层流风扇论文和设计-张蕾

全文摘要

本实用新型提供了一种层流风扇。其中层流风扇包括：多个环形盘片，彼此间隔地平行设置且具有相同的中心轴线；圆形盘片，其中心朝向多个环形盘片形成有轮毂，轮毂内部限定有凹槽；连接片，将多个环形盘片连接至圆形盘片；凹槽中设置有电机，电机直接驱动圆形盘片旋转，进而由圆形盘片带动多个环形盘片旋转，以利用粘性效应形成层流风；轮毂的周壁外侧设置有与环形盘片平行的导流片，以在旋转时利用粘性效应将凹槽内的空气通过轮毂周壁上的多个出口导向多个环形盘片之间。本实用新型的层流风扇，通过粘性效应实现层流送风，送风过程噪音小、风量高；导流片提升进入层流风扇的风量，从而提升层流风扇的工作效率。

主设计要求

1.一种层流风扇，其特征在于，包括：多个环形盘片，彼此间隔地平行设置且具有相同的中心轴线；圆形盘片，间隔地平行设置于所述多个环形盘片的一侧，且所述圆形盘片的中心朝向所述多个环形盘片形成有轮毂，所述轮毂内部限定有凹槽；以及连接片，贯穿所述圆形盘片和所述多个环形盘片，以将所述多个环形盘片连接至所述圆形盘片；其中，所述凹槽中设置有电机，所述电机直接驱动所述圆形盘片旋转，进而由所述圆形盘片带动所述多个环形盘片旋转，以利用粘性效应形成层流风；所述轮毂的周壁外侧设置有一组或多组与所述环形盘片平行的导流片，以在旋转时利用粘性效应将所述凹槽内的空气通过所述轮毂周壁上的多个出口导向所述多个环形盘片之间，其中所述多个出口由每组中的多个所述导流片彼此之间的间隙形成。

设计方案

1.一种层流风扇，其特征在于，包括：

多个环形盘片，彼此间隔地平行设置且具有相同的中心轴线；

圆形盘片，间隔地平行设置于所述多个环形盘片的一侧，且所述圆形盘片的中心朝向所述多个环形盘片形成有轮毂，所述轮毂内部限定有凹槽；以及

连接片，贯穿所述圆形盘片和所述多个环形盘片，以将所述多个环形盘片连接至所述圆形盘片；

其中，所述凹槽中设置有电机，所述电机直接驱动所述圆形盘片旋转，进而由所述圆形盘片带动所述多个环形盘片旋转，以利用粘性效应形成层流风；

所述轮毂的周壁外侧设置有一组或多组与所述环形盘片平行的导流片，以在旋转时利用粘性效应将所述凹槽内的空气通过所述轮毂周壁上的多个出口导向所述多个环形盘片之间，其中所述多个出口由每组中的多个所述导流片彼此之间的间隙形成。

2.根据权利要求1所述的层流风扇，其特征在于，

多个所述环形盘片的中心共同形成有进风通道，以使所述层流风扇外部的空气进入。

3.根据权利要求2所述的层流风扇，其特征在于，

所述轮毂底部开设有多个入口，以使所述进风通道内的空气进入凹槽，且

所述导流片将所述凹槽内的空气导向所述多个环形盘片之间时散发所述电机工作产生的热量。

4.根据权利要求1所述的层流风扇，其特征在于，

所述导流片设置有四组，呈十字状设置于所述轮毂的周壁外侧。

5.根据权利要求1所述的层流风扇，其特征在于，

所述多个环形盘片的内径由远离所述圆形盘片的一侧至另一侧逐渐缩小。

6.根据权利要求5所述的层流风扇，其特征在于，

所述连接片的弦长由远离所述圆形盘片的一侧至另一侧逐渐增大。

7.根据权利要求1所述的层流风扇，其特征在于，

所述连接片设置有多个，且均匀间隔地贯穿于所述圆形盘片和所述多个环形盘片。

8.根据权利要求1所述的层流风扇，其特征在于，

多个所述环形盘片彼此之间的间隙形成有多个出风口，以供所述层流风吹出。

9.根据权利要求1所述的层流风扇，其特征在于，

所述多个环形盘片均为平面盘片。

10.根据权利要求1所述的层流风扇，其特征在于，

所述圆形盘片的半径和所述多个环形盘片的外径相同。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及家用电器技术领域，特别是涉及一种层流风扇。

背景技术

随着社会发展以及人们的生活水平不断提高，各种空气调节装置已经成为人们日常生活中不可或缺的电气设备之一。各种空气调节装置可以在环境温度过高或过低时，帮助人们达到一个能够适应的温度。

目前的空调调节装置主要包括各种类型的空调器以及风扇，但是大部分用户认为目前的空调器产生的热气或者冷气在房间或密闭的空间内不均匀分布，具有一定的分布局限性。此外，空调器的室内机使用的风扇主要是离心风扇和贯流风扇。但是离心风扇和贯流风扇存在以下问题：由于离心风扇需要由几十个大体积叶片来提高风压和风量，导致离心风扇噪音很大，并且将离心风扇用于立式空调器时，空气从进入离心风扇到送出空调器需进行两个90°的方向转折，每次方向转折都会有风量损失；贯流风扇虽然噪音较低，但是风压太小，送风距离短。并且贯流风扇整体体积大，而实际的有效体积小，造成空间浪费。此外，离心风扇和贯流风扇在工作时产生的热量不易散发，往往会影响电机的工作效率。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供噪音小、风量高的层流风扇。

本实用新型一个进一步的目的是及时散发层流风扇电机的热量，提升层流风扇的工作效率。

特别地，本实用新型提供了一种层流风扇，包括：多个环形盘片，彼此间隔地平行设置且具有相同的中心轴线；圆形盘片，间隔地平行设置于多个环形盘片的一侧，且圆形盘片的中心朝向多个环形盘片形成有轮毂，轮毂内部限定有凹槽；以及连接片，贯穿圆形盘片和多个环形盘片，以将多个环形盘片连接至圆形盘片；其中，凹槽中设置有电机，电机直接驱动圆形盘片旋转，进而由圆形盘片带动多个环形盘片旋转，以利用粘性效应形成层流风；轮毂的周壁外侧设置有一组或多组与环形盘片平行的导流片，以在旋转时利用粘性效应将凹槽内的空气通过轮毂周壁上的多个出口导向多个环形盘片之间，其中多个出口由每组中的多个导流片彼此之间的间隙形成。

可选地，多个环形盘片的中心共同形成有进风通道，以使层流风扇外部的空气进入。

可选地，轮毂底部开设有多个入口，以使进风通道内的空气进入凹槽，且导流片将凹槽内的空气导向多个环形盘片之间时散发电机工作产生的热量。

可选地，导流片设置有四组，呈十字状设置于轮毂的周壁外侧。

可选地，多个环形盘片的内径由远离圆形盘片的一侧至另一侧逐渐缩小。

可选地，连接片的弦长由远离圆形盘片的一侧至另一侧逐渐增大。

可选地，连接片设置有多个，且均匀间隔地贯穿于圆形盘片和多个环形盘片。

可选地，多个环形盘片彼此之间的间隙形成有多个出风口，以供层流风吹出。

可选地，多个环形盘片均为平面盘片。

可选地，圆形盘片的半径和多个环形盘片的外径相同。

本实用新型的层流风扇，包括：多个环形盘片，彼此间隔地平行设置且具有相同的中心轴线；圆形盘片，间隔地平行设置于多个环形盘片的一侧，且圆形盘片的中心朝向多个环形盘片形成有轮毂，轮毂内部限定有凹槽；以及连接片，贯穿圆形盘片和多个环形盘片，以将多个环形盘片连接至圆形盘片；其中，凹槽中设置有电机，电机直接驱动圆形盘片旋转，进而由圆形盘片带动多个环形盘片旋转，以利用粘性效应形成层流风；轮毂的周壁外侧设置有一组或多组与环形盘片平行的导流片，以在旋转时利用粘性效应将凹槽内的空气通过轮毂周壁上的多个出口导向多个环形盘片之间，其中多个出口由每组中的多个导流片彼此之间的间隙形成。层流风扇通过粘性效应实现层流送风，送风过程噪音小、风量高，有效提升用户的使用体验；导流片的设置有效提升进入层流风扇的风量，从而提升层流风扇的工作效率。

进一步地，本实用新型的层流风扇，多个环形盘片的中心共同形成有进风通道，以使层流风扇外部的空气进入。轮毂底部开设有多个入口，以使进风通道内的空气进入凹槽，且导流片将凹槽内的空气导向多个环形盘片之间时散发电机工作产生的热量，及时散热电机的热量，可以进一步提升层流风扇的工作效率。层流风扇的多个环形盘片可的内径由远离圆形盘片的一侧至另一侧逐渐缩小，可以有效提升层流风扇的风量，使得层流风扇的出风满足用户的使用需求。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是现有技术中离心风扇的送风示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的整体结构示意图；

图3是图2中层流风扇另一视角的整体结构示意图；

图4是图2中层流风扇再一视角的整体结构示意图；

图5是图2中层流风扇的空气循环示意图；

图6是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的送风原理示意图；

图7是根据本实用新型一个实施例的层流风扇的速度分布和受力分布图；

图8是多个环形盘片内径渐变的层流风扇的局部剖视图；以及

图9是图8中层流风扇的多个环形盘片内径渐变与风量和风压的关系示意图。

具体实施方式

图1是现有技术中离心风扇200的送风示意图。图1中的两个箭头示出了离心风扇200在应用于立式空调器时送风过程中空气流动的方向，现有技术中的离心风扇200在应用于立式空调器时由进风到出风的整个过程需要进行两次90°的转折，每次转折都会伴随着较多的风量损失。此外，离心风扇200一般需要由几十个大体积叶片来提高风压和风量，在离心风扇200工作时，叶片旋转与空气产生摩擦或发生冲击。离心风扇200的叶片较宽，且厚度大，因此在离心风扇200的电机高速运转时会产生非常大的噪音。此外，现有技术中还常用贯流风扇，但是贯流风扇虽然噪音较低，但是风压太小，送风距离短；并且贯流风扇整体体积大，而实际的有效体积小，造成空间浪费。

本实施例提供了一种层流风扇，利用粘性效应实现层流送风，送风过程噪音小、风量高，有效提升用户的使用体验；设置的导流片有效提升进入层流风扇的风量，从而提升层流风扇的工作效率。图2是根据本实用新型一个实施例的层流风扇100的整体结构示意图，图3是图2中层流风扇100另一视角的整体结构示意图，图4是图2中层流风扇100再一视角的整体结构示意图，图5是图2中层流风扇100的空气循环示意图。如图2至图5所示，本实施例的层流风扇100一般性地可以包括：多个环形盘片10、圆形盘片30和连接片40。

其中，多个环形盘片10可以彼此间隔地平行设置，具有相同的中心轴线。圆形盘片30可以间隔地平行设置于多个环形盘片10的一侧，且圆形盘片30的中心朝向多个环形盘片10形成有轮毂301，轮毂301内部限定有凹槽305。圆形盘片30与多个环形盘片10可以具有相同的中心轴线。连接片40可以贯穿圆形盘片30和多个环形盘片10，以将多个环形盘片10连接至圆形盘片30。其中，凹槽305中可以设置有电机(图中未示出)，电机直接驱动圆形盘片30旋转，进而由圆形盘片30带动多个环形盘片10旋转，以利用粘性效应形成层流风。层流风扇100通过粘性效应实现层流送风，送风过程噪音小、风量高，有效提升用户的使用体验。

轮毂301的周壁外侧设置有一组或多组与环形盘片10平行的导流片302，以在旋转时利用粘性效应将凹槽305内的空气通过轮毂301周壁上的多个出口304导向多个环形盘片10之间，其中多个出口304由每组中的多个导流片302彼此之间的间隙形成。如图3所示，导流片302可以设置有四组，呈十字状设置于轮毂301的周壁外侧。需要说明的是，导流片302的组数及每组的具体数量可以根据轮毂301的实际情况进行设置。

图6是根据本实用新型一个实施例的层流风扇100的送风原理示意图，图7是根据本实用新型一个实施例的层流风扇100的速度分布和受力分布图。层流风扇100的送风原理主要来源于尼古拉·特斯拉发现的“特斯拉涡轮机”。特斯拉涡轮机主要利用流体的“层流边界层效应”或者“粘性效应”实现对“涡轮盘片”做功的目的。本实施例的层流风扇100通过电机驱动圆形盘片30、圆形盘片30带动多个环形盘片10高速旋转，各盘片间隔内的空气接触并发生相互运动，则靠近各盘片表面的空气边界层13因受粘性剪切力τ作用，被旋转的盘片带动由内向外旋转移动形成层流风。其中空气边界层13指的是靠近各盘片表面的很薄的空气层。本实施例的层流风扇100的多个环形盘片10和多个导流片302在旋转过程中均利用了粘性效应。

图7示出的就是空气边界层13受到的粘性剪切力分布τ(y)和速度分布u(y)的示意图。空气边界层13受到的粘性剪切力实际上是各盘片对空气边界层13产生的阻力。图6中的横坐标轴指的是空气边界层13的的移动方向上的距离，纵坐标轴指的是空气边界层13在与移动方向垂直的方向上的高度。ve为空气边界层13内每一点的气流速度，δ为空气边界层13的厚度，τw为环形盘片10表面处的粘性剪切力。τ(y)和u(y)中的变量y指的是空气边界层13在与移动方向垂直的方向上截面的高度，L为环形盘片10内圆周的某一点与环形盘片10表面某一点之间的距离。则τ(y)是在该距离L处，空气边界层13截面的高度为y时受到的粘性剪切力分布；u(y)是在该距离L处，空气边界层13截面的高度为y时的速度分布。

如图2至图5所示，多个环形盘片10的中心共同形成有进风通道11，以使层流风扇100外部的空气进入。多个环形盘片10彼此之间的间隙形成有多个出风口12，以供层流风吹出。需要说明的是，空气边界层13由内向外旋转移动形成层流风的过程是离心运动，因而离开出风口12时的速度要大于进入进风通道11时的速度。层流风扇100的出风口12与进风通道11进口处的压力差为风压。如图2和图3所示，轮毂301底部开设有多个入口303，以使进风通道11内的空气进入凹槽305，且导流片302将凹槽305内的空气导向多个环形盘片10之间时可以散发电机工作产生的热量。多个入口303可以沿着轮毂301的底壁边缘均匀间隔地设置。入口303的具体数量和大小可以根据实际需要和轮毂301底壁的面积进行设置。在轮毂301底部设置有多个入口303，不仅可以实现凹槽305内的进风，还使得层流风扇100的重量降低，有效降低成本。

图5中的箭头具体示出了层流风扇100外部的空气进入层流风扇100的过程。层流风扇100外部的空气首先进入进风通道11，然后一部分直接进入多个环形盘片10之间，形成层流风通过多个出风口12吹出；还有一部分通过轮毂301底部的入口303进入凹槽305，导流片302将这部分凹槽305内的空气导向多个环形盘片10之间，同样形成层流风通过多个出风口12吹出。导流片302不仅可以将凹槽305内的空气导向多个环形盘片10之间，起到导流作用，提升多个环形盘片10之间的进风量，进而提升层流风扇100的工作效率；还可以将电机工作时产生的热量及时释放，进一步提升层流风扇100的工作效率。

图8是多个环形盘片10内径渐变的层流风扇100的局部剖视图，图9是图8中层流风扇100的多个环形盘片10内径渐变与风量和风压的关系示意图。如图5所示，本实施例的多个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐缩小。随着多个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐缩小，会有效提升层流风扇100的风量，使得层流风扇100的出风满足用户的使用需求。在一种优选的实施例中，相邻两个环形盘片10的内径变化量相同，也就是说，多个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧缩小的数值相同。

图9中横坐标轴shrinking uniform expanding Inner radius increase指的是每一个环形盘片10的内径与下方相邻的环形盘片10的内径的变化量，左纵坐标轴Massflow rate指的是风量，右纵坐标轴Pressure rise指的是风压。具体地，图9示出的是在层流风扇100的环形盘片10外径、间距、数量、厚度、电机的转速均保持不变时，多个环形盘片10内径渐变与风量和风压的关系示意图。如图9所示，在上述提及的各参数均保持不变时，多个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐变化对风量影响较大，对风压影响很小。当横坐标轴表示的每一个环形盘片10的内径与远离圆形盘片30一侧相邻的环形盘片10的内径的变化量为正数时，说明多个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐增加；当横坐标轴表示的每一个环形盘片10的内径与远离圆形盘片30一侧相邻的环形盘片10的内径的变化量为负数时，说明多个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐缩小。

由图9可知，多个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐缩小时，层流风扇100的风量有所增加，风压稍有减小；多个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐增加时，层流风扇100的风压稍有增加，风量减小很多。因而综合考虑层流风扇100的风量和风压，将多个环形盘片10的内径设置为由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐缩小。

在一种优选的实施例中，层流风扇100的环形盘片10外径为175㎜，环形盘片10的间距为13.75㎜，环形盘片10的数量为8个，环形盘片10的厚度为2㎜，电机的转速为1000rpm(revolutions per minute，转\/分钟)，此时综合层流风扇100的风量与风压的全面考虑，可以设置每一个环形盘片10的内径与下方相邻的环形盘片10的内径的变化量为-5mm。即8个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧可以依次设置为：115㎜、110㎜、105㎜、100㎜、95㎜、90㎜、85㎜、80㎜，每一个环形盘片10的内径都比下方相邻的环形盘片10的内径缩小5㎜。需要说明的是，上文中环形盘片10的间距具体指的是相邻两个环形盘片10之间的间距。而且需要强调的是，多个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐缩小，实际上是指沿着气流在进风通道11中流动的方向，多个环形盘片10的内径逐渐缩小。

对应于多个环形盘片10的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐缩小，连接片40的弦长由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐增大。其中连接片40的横截面具有沿环形盘片10旋转的方向依次设置的两段曲线，两段曲线的弦线长度即为弦长。连接片40可以设置有多个，且均匀间隔地贯穿于圆形盘片30和多个环形盘片10，可以保证圆形盘片30和多个环形盘片10的连接关系稳固，进而保证在电机驱动圆形盘片30旋转时，圆形盘片30可以稳定地带动多个环形盘片10旋转，提高层流风扇100的工作可靠性。

在一种具体的实施例中，多个环形盘片10可以均为平面盘片，圆形盘片30的半径和多个环形盘片10的外径相同，需要说明的是，环形盘片10的内径指的是其内圆周的半径；外径指的是其外圆周的半径。本实施例的层流风扇100不仅可以单独使用进行送风，更重要地，该层流风扇100还可以应用于各种类型的空调器室内机，例如应用于立式空调器和挂式空调器等。考虑到空调器室内机的内在空间有限，对层流风扇100的整体体积需要有一定约束。在横向上，可以对圆形盘片30的半径和环形盘片10的外径进行约束；在纵向上，可以对多个环形盘片10之间的间距以及环形盘片10的厚度、数量进行约束。

本实施例的多个环形盘片10中每两个相邻的环形盘片10之间的间距可以相同，也就是说多个环形盘片10以相同的间距彼此间隔地平行设置。多个环形盘片10彼此之间的间隙形成的多个出风口12可以使得层流风扇100实现360°均匀送风，避免用户因空调器直吹送风而产生的多种不适症状，进一步提升用户的使用体验。

本实施例的层流风扇100，包括：多个环形盘片10，彼此间隔地平行设置且具有相同的中心轴线；圆形盘片30，间隔地平行设置于多个环形盘片10的一侧，且圆形盘片30的中心朝向多个环形盘片10形成有轮毂301，轮毂301内部限定有凹槽305；以及连接片40，贯穿圆形盘片30和多个环形盘片10，以将多个环形盘片10连接至圆形盘片30；其中，凹槽305中设置有电机，电机直接驱动圆形盘片30旋转，进而由圆形盘片30带动多个环形盘片10旋转，以利用粘性效应形成层流风；轮毂301的周壁外侧设置有一组或多组与环形盘片10平行的导流片302，以在旋转时利用粘性效应将凹槽305内的空气通过轮毂301周壁上的多个出口304导向多个环形盘片10之间，其中多个出口304由每组中的多个导流片302彼此之间的间隙形成。层流风扇100通过粘性效应实现层流送风，送风过程噪音小、风量高，有效提升用户的使用体验；导流片302的设置有效提升进入层流风扇100的风量，从而提升层流风扇100的工作效率。

进一步地，本实施例的层流风扇100，多个环形盘片10的中心共同形成有进风通道11，以使层流风扇100外部的空气进入。轮毂301底部开设有多个入口303，以使进风通道11内的空气进入凹槽305，且导流片302将凹槽305内的空气导向多个环形盘片10之间时散发电机工作产生的热量，及时散热电机的热量，可以进一步提升层流风扇100的工作效率。层流风扇100的多个环形盘片10可的内径由远离圆形盘片30的一侧至另一侧逐渐缩小，可以有效提升层流风扇100的风量，使得层流风扇100的出风满足用户的使用需求。

本领域技术人员应理解，在没有特别说明的情况下，本实用新型实施例中所称的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等用于表示方位或位置关系的用语是以层流风扇100的实际使用状态为基准而言的，这些用语仅是为了便于描述和理解本实用新型的技术方案，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

设计图

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