Устройство, система и способ создания потока воздуха в виде столба
Устройство, система и способ предназначены для создания потока воздуха в виде столба. Устройство для перемещения воздуха включает в себя корпус, установленное в корпусе рабочее колесо для создания направленного вниз потока воздуха и установленные в корпусе лопатки, которые расположены в непосредственной близости от рабочего колеса на заданном от него расстоянии и служат для создания прямолинейного воздушного течения. Устройство создает поток воздуха, который на значительном расстоянии по существу сохраняет форму столба. Способ заключается в том, что создают поток воздуха, который на значительном расстоянии по существу сохраняет форму столба, и направляют указанный поток от потолка в сторону пола для перемешивания слоев воздуха с разной температурой в закрытом воздушном объеме. Способ также заключается в том, что теплый воздух направляют от потолка в сторону пола, аккумулируя тепловую энергию в полу, в находящихся на полу устройствах и под полом. Когда потолок более холодный, чем пол, происходит высвобождение накопленной энергии. Технический результат - уменьшение энергопотребления и уровня шума. 5 н. и 27 з.п. ф-лы, 24 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам для обогрева, вентиляции и кондиционирования воздушных объемов, а более конкретно к системам, устройствам и способам для перемещения воздушной массы в виде столба воздуха с минимальным боковым растеканием, которые особенно пригодны для внедрения в воздушные объемы и перемешивания слоев воздуха, имеющих различные температуры.
Уровень техники
Подъем более теплого и опускание более холодного воздуха создает значительную разницу в температурах между потолком и полом в зданиях с системами обогрева, вентиляции и кондиционирования традиционной конструкции. Такое расслоение воздуха по температурам, в частности, создает проблемы, в частности, в помещениях с высокими потолками, таких как склады, гимнастические залы, офисы, аудитории, ангары, торговые помещения и даже жилые помещения со сводчатыми потолками, и может значительно увеличивать расходы на обогрев и кондиционирование воздуха. Кроме того, в помещениях как с низкими, так и высокими потолками может создаваться застой воздуха. В помещениях со стандартной высотой потолка, на котором имеются выпускные вентиляционные отверстия, наблюдается резкое увеличение температуры потолка, когда имеет место поступление тепла.
Одним из решений, которое предложено для устранения расслоения воздуха, является потолочный вентилятор. Потолочные вентиляторы представляют собой сравнительно крупные вращающиеся устройства с несколькими лопастями, которые устанавливают вблизи потолка. Лопасти потолочного вентилятора имеют плоскую форму или им придают аэродинамический профиль. Лопасти создают некоторую составляющую аэродинамической силы, которая толкает воздух вверх или вниз в зависимости от направления вращения, и некоторую составляющую аэродинамического сопротивления, которая толкает воздух по касательной. Указанная компонента аэродинамического сопротивления приводит к появлению тангенциального или центробежного воздушного течения, так что воздух уходит или распространяется от вентилятора расходящимся потоком. Стандартные потолочные вентиляторы в качестве устройства для перемешивания воздуха в помещениях со сравнительно высокими потолками обычно неэффективны, потому что такие вентиляторы не создают и не поддерживают столба воздуха, движущегося от потолка к полу, а часто рассеивают воздух достаточно высоко над полом.
Другим предлагаемым решением проблемы температурного расслоения воздуха является вентилятор, соединенный с вертикальной трубой, которая идет от потолка в направлении пола и имеет значительную длину. Вентилятор может быть установлен вблизи потолка, рядом с полом или между полом и потолком. Устройство такого типа может гнать более холодный воздух вверх, от пола к потолку, или более теплый воздух вниз, от потолка к полу. Такие устройства при их размещении в свободном месте здания, на удалении от стен, мешают использованию пространства пола и эстетически некрасивы. Если их расположение ограничить только пространством вдоль стен свободного помещения, то они будут не в состоянии осуществить циркуляцию воздуха в центре свободного помещения. Примеры вентиляторов, соединенных с вертикальными трубами, раскрыты в патенте США 3827342 (патентообладатель Hughes) и в патенте США 3973479 (патентообладатель Whiteley).
Эффективно перемешивать воздух может устройство без вертикальной трубы, которое создает столб воздуха, направленный от потолка к полу, который отличается отсутствием растекания или незначительным растеканием воздуха. В патентах США 4473000 и 4662912 (владелец Perkins) раскрыто устройство, содержащее корпус, в верхней части которого находится вращающееся рабочее колесо с лопастями, а под рабочим колесом в корпусе имеется множество мелких и крупных неподвижных лопаток, которые идут вертикально, выдаваясь при этом в радиальном направлении. Назначение описанного устройства - направлять воздух с более четко определенной структурой потока и уменьшать растекание. Однако автор не раскрывает важности особого, сравнительно небольшого промежутка между лопастями рабочего колеса и неподвижными лопатками, к тому же описанное устройство создает завихрения и турбулентность из-за большого зазора и центробежного потока воздуха, который отражается от внутренних стенок корпуса между лопастями и лопатками. Автор также говорит о сужении корпуса на участке лопаток. Сужение корпуса на участке лопаток увеличивает скорость выходящей струи воздуха.
Устройство с вращающимся вентилятором, которое создает минимальную составляющую вращения воздушного потока при максимальной величине осевого воздушного течения и максимальной осевой скорости, способно обеспечить столб воздуха, движущегося от высокого потолка в направлении пола с минимальным боковым растеканием, без необходимости применения физической транспортирующей трубы. Такое устройство должно уменьшать потери энергии за счет сведения к минимуму вращательной составляющей воздушного потока и, следовательно, уменьшения турбулентности. Такое устройство должно сводить к минимуму противодавление, поскольку падение давление на выходе устройства будет приводить к расширению, потере скорости и боковому растеканию воздуха. Устройство должно создавать минимум шума и обладать низким электропотреблением.
Раскрытие изобретения
Устройство для перемещения воздуха содержит корпус, снабженный воздушным впускным отверстием и воздушным выпускным отверстием, отстоящим от воздушного впускного отверстия. В корпусе, на стороне воздушного впускного отверстия, установлено вращающееся рабочее колесо с лопастями, которое создает воздушный поток с осевой и вращательной составляющими потока. В корпусе, по ходу потока после рабочего колеса и в непосредственной близости от его лопастей, установлены отстоящие друг от друга и проходящие в продольном направлении радиальные воздушные направляющие лопатки для минимизации вращательной составляющей и преобразования воздушного потока в ламинарный осевой воздушный поток в указанном корпусе, выходящий из воздушного выпускного отверстия в виде столба с минимальным боковым растеканием. Способ перемещения воздуха заключается в создании воздушного потока через корпус, направлении указанного воздушного потока в виде ламинарного осевого потока через корпус с выходом из воздушного выпускного отверстия для получения столба воздуха с минимальным боковым растеканием. Способ также заключается в том, что теплый воздух из области вблизи потолка направляют в сторону пола, что позволяет аккумулировать в полу, предметах, находящихся на полу, и в земле под полом тепловую энергию теплого воздуха. Способ также заключается в том, что воздух направляют по существу горизонтально для внедрения в воздушный объем контейнера, трейлера или помещения, продувки воздушного пространства и обеспечения в нем циркуляции воздуха. Устройство и способ, в частности, подходят для высокоэффективного перемешивания слоев воздуха с различной температурой, улучшения качества воздуха и создания циркуляции при низких затратах энергии.
Краткое описание чертежей
Изобретение далее описано подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, из которых:
Фиг.1 представляет собой вид в перспективной проекции устройства для перемещения воздуха, соответствующего настоящему изобретению.
Фиг.2 представляет собой вид сбоку устройства по фиг.1.
Фиг.3 представляет собой вид снизу устройства по фиг.1.
Фиг.4 представляет собой перспективную проекцию устройства по фиг.1 в условно разобранном состоянии.
Фиг.5 представляет собой разрез изображения по фиг.2 по линии 5-5.
Фиг.6 представляет собой разрез изображения по фиг.2 по линии 6-6.
Фиг.7 представляет собой разрез изображения по фиг.2 по линии 5-5 с верхними участками лопаток прямолинейной формы.
Фиг.8 представляет собой вид сбоку устройства по фиг.1, на котором показан разворот устройства по углу.
Фиг.9 представляет местный, увеличенный вид крепления подвеса устройства по фиг.1 в условно разобранном состоянии.
Фиг.10 представляет собой вид сбоку помещения с устройством по фиг.1, на котором штриховыми линиями и стрелками показана картина воздушного течения.
Фиг.11 представляет собой вид сбоку с частичным разрезом, демонстрирующий устройство по фиг 1, модифицированное для крепления в стакане, предназначенном для установки осветительных ламп.
Фиг.11А представляет собой сечение изображения по фиг.11 по линии 11А-11А.
Фиг.12 представляет собой вид сбоку устройства по фиг.1 с решеткой для забора воздуха.
Фиг.13 представляет собой разрез изображения фиг.2 устройства по фиг.1 по линии 6-6 с распылительной форсункой.
Фиг.14 представляет собой вид сбоку устройства по фиг.1 в сочетании с трубой и вторым устройством для перемещения воздуха.
Фиг.15 представляет собой вид снизу в перспективной проекции с частичным разрезом, демонстрирующий устройство по фиг.1, установленное на подвесном потолке.
Фиг.15А представляет собой вид сверху в перспективной проекции устройства по фиг.15.
Фиг.15В представляет собой вид сверху в перспективной проекции фиксирующего элемента, показанного на фиг.15А.
Фиг.15С представляет собой сечение устройства по фиг.15А по линии 15С-15С.
Фиг.15D представляет собой сечение устройства по фиг.15А по линии 15D-15D.
Фиг.16 представляет собой увеличенный вид части устройства по фиг.15.
Фиг.17 представляет собой вид сбоку с частичным разрезом устройства по фиг.1, модифицированного для крепления в ламповом патроне и содержащего с нижней стороны осветительную лампу.
Фиг.18 представляет собой схему открытого тента с устройством для перемещения воздуха в его верхней части.
Фиг.19 представляет собой схему контейнера для грузовых перевозок с устройством для перемещения воздуха с одной, нижней стороны.
Осуществление изобретения
На фиг.1-9 показано устройство 12 для перемещения воздуха, содержащее удлиненный наружный корпус 13, установленный в нем электрический вращающийся вентилятор 14 для создания в корпусе потока воздуха, несколько идущих в продольном направлении и выступающих наружу радиальных лопаток 15 и сопряженное с лопатками центральное тело 16, образованное в корпусе по ходу потока после вентилятора для придания направления проходящему в корпусе воздушному потоку.
Корпус 13 имеет круглое поперечное сечение, и при этом у него имеется открытая первая концевая часть 17 и открытая вторая концевая часть 18, отстоящая от первой концевой части 17. В варианте осуществления изобретения, показанном на чертежах, первая концевая часть 17 образована съемным, выпуклым обтекателем 19, выступающим наружу в осевом направлении, в котором предусмотрено воздушное впускное отверстие 21 с диаметром, немного меньшим, чем наружный диаметр обтекателя 19.
Корпус 13 содержит первый участок 25, который проходит от обтекателя 19 до внутренней полки 26. На верхней границе первого участка 25 к противоположным сторонам корпуса 13 своими противоположными концами 24 крепится подвес 23, который, в общем случае, имеет С-образную форму. Подвес 23 служит для крепления устройства 12 для перемещения воздуха к несущей конструкции. На виде сбоку первый участок 25 имеет искривленную в радиальном направлении, слегка выпуклую форму, которая соответствует кривизне обтекателя 19. Полка 26 выступает радиально внутрь и смыкается с границей второго участка 27 в месте входа потока. Второй участок 27 сужается внутрь и проходит в осевом направлении от полки 26 ко второй концевой части 18 по плавной кривой, которая от выступающего радиально наружу выпуклого участка вблизи полки 26 идет к вогнутому в радиальном направлении участку вблизи второй концевой части 18. Вторая концевая часть 18 образует воздушное выпускное отверстие 28, диаметр которого меньше диаметра воздушного впускного отверстия 21. От полки 26 ко второму участку 27 идет множество расположенных по окружности наружных ребер 29, чтобы при рассматривании корпуса 13 сбоку создавалось впечатление плавного перехода от воздушного впускного отверстия 21 к воздушному выпускному отверстию 28.
Вентилятор 14 включает в себя рабочее колесо 31, содержащее внутреннюю цилиндрическую ступицу 32, внутри которой установлен электродвигатель 34, а также несколько жестко закрепленных и распределенных по окружности лопастей 33, которые выступают от ступицы 32 в радиальном направлении. В варианте осуществления изобретения, показанном на чертежах, рабочее колесо 31 имеет три лопасти 33, равномерно расположенные по окружности, и вращается вокруг оси против часовой стрелки, если смотреть сверху. На профильной проекции каждая лопасть 33 проходит от кромки 35, в месте входа воздуха, вниз и влево до кромки 36, где воздух выходит, при этом каждая лопасть 33 слегка вогнута (вогнутость обращена вниз) в форме аэродинамического профиля или крыла, чтобы осуществлять нагнетание воздуха вправо, как показано стрелкой. Каждая лопасть 33 наклонена под выбранным углом к оси вращения рабочего колеса. Каждая показанная лопасть 33 выступает радиально и идет в направлении выпускного отверстия или второй концевой части 18, направляя воздух вдоль оси, при этом создается и некоторая вращательная (тангенциальная) составляющая движения воздуха. Если бы двигатель 34 вращался в противоположном направлении, наклон лопастей 33 был бы изменен на обратный. Вентилятор 14 включает в себя неподвижное цилиндрическое установочное кольцо 38, которое проходит вокруг лопастей 33, при этом ступица 32 рабочего колеса установлена так, что может вращаться относительно установочного кольца 38. Установочное кольцо 38 имеет выступающие закраины 40 и 41, которые отстоят друг от друга и располагаются соответственно в месте входа воздушного потока и в месте его выхода. Вентилятор 14 устанавливается в корпусе 13 между обтекателем 19 и полкой 26.
Все лопатки 15 идентичны, причем каждая из них содержит верхний (расположенный выше по потоку воздуха) участок 43 и нижний (расположенный ниже по потоку воздуха) участок 44. Верхний участок 43 закреплен на статоре 46. Статор 46 содержит цилиндрическую ступицу 47, диаметр которой по существу равен диаметру ступицы 32 рабочего колеса. Верхние участки 43 лопаток 15 распределены по окружности вокруг ступицы 47 статора, проходят вдоль оси ступицы 47 статора и выступают от нее в радиальном направлении. Каждая лопатка содержит верхнюю (расположенную выше по потоку воздуха) кромку 48 и нижнюю (расположенную ниже по потоку воздуха) кромку 49. Несущий диск 50 включает в себя цилиндрическое кольцо 52 статора, которое проходит вокруг верхних участков 43 и соединяется с наружными кромками лопаток 15 участков 43 вблизи верхних кромок 48. Несущий диск 50 также включает в себя выступающую закраину 53 статора, которая по существу лежит в одной плоскости с верхними кромками 48 верхних участков 43 лопаток 15 и которая соединяется с кольцом 52 статора, выступая от последнего наружу в радиальном направлении.
У корпуса 13 имеется внутренняя поверхность, а у внутреннего тела 16 корпуса имеется наружная поверхность, которая отстоит от внутренней поверхности корпуса и имеет с ней общую ось, что определяет, таким образом, канал для прохождения воздушного потока через корпус. Внутреннее тело 16 корпуса состоит из ступицы 32 вентилятора, участка ступицы 47 статора и участка нижней (расположенной ниже по потоку воздуха) ступицы 57, при этом у каждого из составляющих участков имеется наружная поверхность, а сами участки расположены впритык друг к другу вдоль оси корпуса напротив внутренней поверхности корпуса и отстоят от нее, определяя канал для прохождения воздушного потока. В частности, показанные наружные поверхности являются цилиндрическими и имеют одинаковый диаметр на значительной длине канала, причем по мере сужения корпуса 13 сужается и участок нижней ступицы 57, чтобы в целом следовать кривизне внутренней поверхности корпуса.
Статор 46 расположен в корпусе 13 и может быть отделен от последнего. Закраина 53 статора располагается между полкой 26 корпуса 13 и закраиной 41 установочного кольца 38 вентилятора 14 на стороне выхода воздушного потока, при этом между кромками 36 лопастей 33 рабочего колеса 31 и кромками 49 участков 43 лопаток 15 образован зазор 55 выбираемой величины. Если зазор 55 слишком велик, в воздушном потоке между рабочим колесом 31 и лопатками 15 будет возникать турбулентность, снижающая скорость воздушного потока. Если зазор 55 слишком мал, усилия сдвига в текучей среде будут создавать шум. Величину зазора 55, в общем случае, выбирают не больше некоторого максимального размера, чтобы избежать турбулентности, и не менее некоторого минимального размера, чтобы исключить шум. Более конкретно, выбирают наименее возможный зазор, который не создает шума.
В общем случае, выбираемый размер зазора 55 пропорционален диаметру рабочего колеса 31, и, кроме того, на него может влиять скорость вращения рабочего колеса 31. Например, для рабочего колеса 31 диаметром 6 дюймов (152 мм) при скорости вращения 1800 об/мин максимальная величина зазора 55 должна составлять 1,25 дюйма (31,7 мм), а минимальная - 0,2 дюйма (5,1 мм). Для рабочего колеса 31 диаметром 8,5 дюйма (216 мм) при скорости вращения 1400 об/мин максимальная величина зазора 55 должна составлять 1,25 дюйма (31,7 мм), а минимальная - 0,2 дюйма (5,1 мм), но для более низкой частоты вращения минимальный зазор может составить 0,02 дюйма (0,5 мм), так как величина зазора зависит от частоты вращения рабочего колеса. В общем случае, максимальный размер зазора 55 должен быть меньше половины диаметра рабочего колеса 31.
В представленном на чертежах варианте осуществления изобретения предусмотрено восемь равноотстоящих верхних участков 43 лопаток 15, которые, если смотреть сбоку, идут от своих нижних кромок 49 прямолинейно вверх, а затем, вблизи верхних кромок 48, изгибаются влево. Криволинейный верхний участок 43 каждой лопатки наклонен на угол, противоположный наклону лопасти 33. Указанный криволинейный участок выступает радиально и проходит вдоль оси внутрь в направлении выпускного отверстия 28, помогая преобразовать вращательную составляющую воздушного течения в ламинарный, осевой поток внутри корпуса. Можно использовать лопатки 15 с прямыми верхними участками 43А, как показано на фиг.7, так же как и другое число лопаток. К тому же, если электродвигатель 34 вращается в противоположном направлении, должен быть изменен на обратный и наклон криволинейных участков вблизи верхних кромок 48.
Нижние участки 44 лопаток 15 своей внутренней стороной крепятся к участку нижней ступицы 57 внутреннего тела корпуса, распределены по окружности и выступают радиально от участка нижней ступицы в направлении самого корпуса 13. Участок нижней ступицы 57 и нижние участки лопаток 15 проходят в осевом направлении, начинаясь у статора 46 и заканчиваясь у воздушного выпускного отверстия 28 или вблизи него. Участок нижней ступицы 57 внутреннего тела корпуса на своей верхней стороне, примыкающей к участку ступицы 47 статора, имеет круговое поперечное сечение и диаметр, по существу равный диаметру участка ступицы 47 статора, и сужается вниз к точке 58 вблизи воздушного выпускного отверстия 28. Данный участок внутреннего тела по форме напоминает торпеду. В представленном на чертежах варианте осуществления имеются четыре нижних участка 44 лопаток 15, которые разнесены по окружности на 90° друг от друга, при этом каждый нижний участок 44 совмещен с верхним участком 43 лопатки 15. Можно использовать и другое число нижних участков 44 лопаток 15.
Число лопастей 33 может быть равным 2, 3, 4, 5, 6, 7 или 8. Число лопаток 15 может быть равным 2, 3, 4, 5, 6, 7 или 8. Число лопаток 15 должно отличаться от числа лопастей 33. Если число лопаток 15 равно числу лопастей 33, то создается дополнительный шум по причине возникновения гармоник.
Устройство 12 для перемещения воздуха нагнетает воздух, движущийся после выхода из отверстия 28 с высокой скоростью, в основном, в осевом направлении в виде воздушного столба с минимальным боковым растеканием. Обтекатель 19 криволинейно загибается внутрь для снижения турбулентности и шума воздушного потока, входящего в воздушное впускное отверстие 21. Ступица 32 вентилятора, ступица 47 статора и нижняя ступица 57 корпуса образуют внутреннее тело 16 корпуса. Сужение ступицы 57 в общем случае соответствует сужению корпуса 13, так что вдоль длины устройства 12 для перемещения воздуха площадь поперечного сечения для воздушного потока уменьшается на 10-35%, чтобы исключить противодавление и одновременно увеличить скорость воздушной струи. В представленном варианте осуществления поток воздуха уменьшается, приблизительно, на 22%.
Лопатки 15 преобразуют вращательную (тангенциальную) составляющую воздушного потока от рабочего колеса 31 в ламинарный осевой поток внутри корпуса. В представленном на чертежах варианте осуществления изгиб влево верхних кромок 48 верхних участков 43 лопаток 15 уменьшает потери энергии при преобразовании тангенциальной составляющей воздушного потока от рабочего колеса 31 в ламинарное, осевое течение внутри корпуса. Небольшой зазор 55 между рабочим колесом 31 и лопатками 15 препятствует возникновению турбулентности в воздушном течении в зазоре 55. Сужение корпуса 13 в сочетании с сужением ступицы 57 корпуса до точки 58 дает возможность воздуху выходить из воздушного выпускного отверстия 28 в виде сплошного непрерывного столба без провала в середине, с минимальным растеканием и с линейной скоростью, большей, чем скорость, которую сообщал бы воздуху один только вентилятор. Внутренняя поверхность корпуса 13 представляет собой в основном гладкую непрерывную поверхность, что снижает турбулентность и потери энергии.
Подвес 23 установлен с возможностью его поворота и фиксации относительно корпуса 13 для того, чтобы, когда подвес 23 прикрепляют к верхней несущей конструкции, например потолку, воздушный поток от устройства 12 для перемещения воздуха можно было направлять вертикально или под любым выбранным углом к вертикали, как показано на фиг.8. Как показано на фиг.1 и 9, первый участок 25 корпуса 13 содержит фиксирующие выступы 91 на противоположных сторонах верхнего края первого участка 25. Каждый фиксирующий выступ 91 включает в себя направленный наружу диск 92 с отверстием 93, которое проходит внутрь через центр фиксирующего выступа 91. На поверхности диска 92, с противоположных сторон отверстия 93, радиально выступает пара направленных наружу гребней 94.
На каждом конце 24 подвеса 23 имеется обращенная внутрь круглая концевая поверхность 96, по размеру подобная фиксирующему диску 92 корпуса 13. Через центр поверхности 96 на конце подвеса проходит отверстие 97. На каждой концевой поверхности 96 подвеса предусмотрено множество разнесенных по окружности радиальных канавок 98 такого размера, который позволяет принимать в себя гребни 94 корпуса. Через отверстие 97 на конце подвеса проходит болт 100, который заворачивается в цилиндрическую вставку 101 с внутренней резьбой, жестко закрепленную в отверстии 93 корпуса. Угол наклона корпуса 13 устанавливают путем выбора пары противолежащих канавок 99 на каждом конце 24 подвеса, в которые входят гребни 94 корпуса. Такая поворотная конструкция позволяет поворачивать корпус на заданный угол и фиксировать его на заданном угле, чтобы под таким углом направить воздушный поток.
На фиг.10 показано закрепленное на потолке 62 помещения 63 устройство 12 для перемещения воздуха; при этом помещение показано замкнутым, с противоположными стенами. Теплый воздух из-под потолка 62 всасывается в устройство 12 для перемещения воздуха. Этот же теплый воздух выходит из устройства 12 для перемещения воздуха в виде столба 64, который простирается до пола 65. Когда столб 64 достигает пола 65, теплый воздух, пришедший из-под потолка, вытесняет более холодный воздух в районе пола в стороны, в направлении противоположных стен 66 и вверх в направлении потолка 62. Когда столб 64 будет достигать пола 65, теплый воздух из-под потолка будет также передавать полу 65 тепло, так что тепло будет аккумулироваться в полу 65. Данное накопленное тепло будет высвобождаться, когда потолок будет более холодным, чем пол. Данное тепло может также аккумулироваться в предметах, находящихся на полу и в земле под полом. Устройство 12 для перемещения воздуха перемешивает слои воздуха в помещении 63, при этом не требуется иметь закрытую физическую трубу, какая используется во многих известных устройствах. В отличие от многих других известных в данной области техники устройств, устройство 12 для перемещения воздуха осуществляет перемешивание слоев воздуха в помещении 63 при помощи более теплого воздуха от потолка 62 с минимальным его растеканием, прежде чем воздух достигает пола 65. Устройство 12 для перемещения воздуха будет также устранять застой воздуха в любом месте помещения. Понятно, что устройство 12 для перемещения воздуха можно также устанавливать и горизонтально в контейнере, трейлере или, как описывается далее, в помещении.
Как показано на фиг.11, устройство 12 для перемещения воздуха оснащено впускной решеткой 68 и электрическим соединителем 69 для присоединения к стакану 70 для установки осветительных ламп, на верхней стороне которого имеется ламповый патрон 71. Впускная решетка 68 включает в себя множество разнесенных по окружности ребер 72, которые крепятся к первой концевой части 17 корпуса 13. Ребра 72 решетки отделены друг от друга воздухозаборными щелями 73, проходят вдоль оси наружу от первой концевой части 17, искривляются радиально внутрь и выполнены за одно целое с плоским установочным диском 74, который располагается по существу параллельно первой концевой части 17. Электрический соединитель 69 содержит трубку 76, которая с одного конца выполнена за одно целое с установочным диском 74 (в его центральной части), выступая от последнего в осевом направлении, и цоколь 77 с наружной правосторонней резьбой такого же типа, которая используется в осветительных лампах. С другой стороны трубки 76 цоколь 77 прикреплен к штоку 78. На чертеже показано, что решетка 68, диск 74 и трубка 76 выполнены в виде единой детали. Диск 74 содержит отверстия под винты 83 или аналогичные крепежные элементы для крепления диска 74 к потолку 62.
Шток 78 телескопически движется в трубке 76. Трубка 76 содержит пару противолежащих шпоночных канавок 76А, в которые входят шпонки 78А штока 78, что позволяет штоку 78 двигаться поступательно в осевом направлении внутри трубки 76. Пружина 75 сжатия входит в трубку и прилегает к верхней поверхности диска 74 и к нижней поверхности штока 78. Желательно длину штока 78 выбирать сообразно длине стакана 70 таким образом, чтобы, когда производится установка устройства 12 для перемещения воздуха в стакан 70 в потолке 62, резьбовой цоколь 77 завернулся в патрон 71 прежде, чем установочный диск 74 ляжет на потолок 62. Пружина 75 сжата между диском 74 и штоком 78. Винты 83 крепят диск к потолку 62. Поскольку стакан 70 для установки осветительных ламп в зоне над потолком может быть открытым для воздуха, желательно установочный диск 74 выполнить такого размера, чтобы он закрыл собой нижнюю открытую сторону стакана 70, и в устройство 12 для перемещения воздуха всасывался только воздух из-под потолка 62. Устройство 12 для перемещения воздуха, оснащенное впускной решеткой 68 и электрическим соединителем 69, может также использоваться и с потолочным патроном для осветительных ламп.
Как показано на фиг.12, устройство 12 для перемещения воздуха может включать в себя впускную решетку 79, предотвращающую попадание в рабочее колесо 31 посторонних предметов. Показанная на чертеже впускная решетка 79 имеет, по существу, полусферическую форму и содержит множество распределенных по окружности ребер 80, отделенных друг от друга щелями 81. Ребра 80 решетки проходят наружу в осевом направлении и искривляются радиально внутрь от первой концевой части 17 корпуса 13 к отстоящей от первой концевой части 17 центральной точке 82. Для настоящего изобретения пригодны и другие формы впускных решеток.
На фиг.13 представлено устройство 12 для перемещения воздуха с распылительной форсункой 84. Форсунка 84 выступает от точки 58 ступицы 57 и служит для распыления воды в столб воздуха, выходящий из воздушного выпускного отверстия 28, с целью охлаждения воздуха за счет испарения. Вещество, выходящее из форсунки 84 и подаваемое через патрубок 85, может выполнять и иную функцию, например, это может быть дезинфицирующее, ароматизирующее или блокирующее вещество определенного назначения. Внутри ступицы 57 корпуса форсунка 84 соединяется с патрубком 85, который в свою очередь подключен к источнику водоснабжения (не показан).
На фиг.14 показана система 86 для перемещения воздуха внутри зданий с очень высокими потолками, включающая в себя устройство 12 для перемещения воздуха, вертикальную трубу 87 (показана частично вырезанной), которая своей нижней стороной присоединена к воздушному впускному отверстию 21 устройства 12 для перемещения воздуха, и верхнее устройство 88 для перемещения воздуха с усеченным корпусом, у которого имеется воздушное выпускное отверстие 89, соединенное с верхней стороной трубы 87. Корпус устройства 88 назван усеченным, потому что он может быть укорочен или отрезан ниже ребер 29. Для устройства 88 может быть использовано и обычное устройство 12 для перемещения воздуха. Труба 87 может быть гибкой, причем желательно, чтобы она была огнестойкой. Систему 86 для перемещения воздуха крепят к потолку или аналогичной несущей конструкции, при этом желательно, чтобы воздушное выпускное отверстие 28 устройства 12 для перемещения воздуха отстояло от пола, приблизительно, на 10-50 футов (3-15 метров). Длина трубы может составлять, например, от 30 до 100 футов (9 до 30 метров). Устройство 88 для перемещения воздуха, установленное в верхней части системы 86, обладает большей производительностью по потоку, чем устройство 12 для перемещения воздуха в нижней части такой каскадной системы 86. Для примера, верхнее устройство 88 для перемещения воздуха может иметь производительность 800 куб.фунтов/мин (21,6 м3/мин), а устройство 12 для перемещения воздуха может иметь производительность 550 куб.футов/мин (14,9 м3/мин). Данные, указанные в примере, не носят ограничительного характера.
На фиг.15, 15А, 15В, 15С, 15D и 16 представлено устройство 12 для перемещения воздуха, установленное в отверстии 103 потолка 104. Стакан 105, в общем имеющий цилиндрическую форму, устанавливается на потолок 104 и выступает над ним. У стакана 105 имеется открытая нижняя часть 106 и закрытая верхняя часть 107. Верхняя часть 107 стакана содержит обращенный вниз канал 108, который проходит по окружности и имеет полукруговое поперечное сечение. Радиально, поперек канала 108 выступает ребро 111 в форме полукруга для предотвращения завихрения воздуха перед его входом в воздушное впускное отверстие 21. Могут быть использованы и дополнительные ребра. Держатель 125 с решеткой крепится к потолку и соединяется с наружной частью корпуса устройства 12. Решетка содержит распределенные по окружности ребра 109 со щелями 110 между ними, через которые воздух из помещения может подниматься вверх вдоль корпуса и, обойдя обтекатель 19, попадать во впускное отверстие 21. Держатель 125 с решеткой содержит наружное кольцо 120, которое крепится к нижней стороне потолка, и изогнутые ребра 109 решетки с воздушными впускными щелями 110, которые проходят между наружным кольцом 120 и внутренним кольцом 121. На кольце 121 имеется вогнутая сферическая внутренняя опорная поверхность 122. На кольце 123 имеется выпуклая сферическая наружная опорная поверхность 124. Кольцо 123 установлено на корпусе и закреплено на нем, при этом опорные поверхности 122 и 124 сопрягаются друг с другом по посадке с трением, позволяющей поддерживать корпус в вертикальном положении или в наклонном положении под некоторым углом к вертикальной оси, чтобы можно было направлять поток воздуха требуемым образом.
На стакане 105 имеется выступающий наружу нижний фланец 140, который снизу садится на потолок 104. Желательно, чтобы внизу на стакане 105 имелось четыре разнесенных по окружности на 90° паза 141 прямоугольной формы, выступающих на небольшое расстояние вверх от нижнего фланца 140. У фиксирующего элемента 142 (желательно, литого пластмассового) имеется основная часть 143, располагающаяся над потолком 104 снаружи от стенки стакана, и концевая фланцевая часть 144, которая входит внутрь паза 141 стакана. Основная часть 143 содержит участок 145 наружной стенки U-образной формы и внутренний центральный участок 146 с отверстием 147. Фиксирующий элемент 142 вставляют в паз 141 через открытую сторону стакана. Чтобы закрепить стакан 105 на потолке 104, болт 151 пропускают через отверстие во фланце, через отверстие в потолке и завертывают в отверстие 147 в основной части фиксирующего элемента.
Как показано на фиг.15D, держатель 125 с решеткой крепится к потолку 104 и стакану 105 посредством болта 149, который проходит через отверстие в кольце 120, через потолок 104 и завертывается в гайку 150 во фланце 140 стакана. Желательно, чтобы было использовано четыре болта 149, установленных на угловом расстоянии 90° друг от друга, которые располагались бы посредине между вышеописанными болтами 151. Потолок 104, в типичном случае, может быть выполнен из гипсокартона, в котором вырезается отверстие подходящего размера. Фиг.15 можно видоизменить, и периферическую часть кольца 120 развить и выполнить в виде плоской панели размером 2 фута × 2 фута (60 см × 60 см), которую можно было бы вставлять в решетку, предназначенную для крепления стандартных потолочных панелей.
На фиг.17 показано устройство для перемещения воздуха, оснащенное впускной решеткой 113, резьбовым цоколем 114 такого же типа, какой используется для осветительных ламп, предназначенным для завертывания в ламповый патрон, и патроном 115 для осветительной лампы. Впускная решетка 113 содержит множество расположенных по окружности ребер 116, которые прикреплены к первой концевой части корпуса 13. Ребра 116 решетки разделены воздухозаборными щелями 117, идут в осевом направлении, наружу от первой концевой части 17, и радиально изгибаются внутрь к плоскому, круглому установочному диску 118, который отстоит в осевом направлении от первой концевой части 17 и располагается по существу параллельно ей. Резьбовой цоколь 114 смонтирован на установочном диске 118 и выступает вверх от последнего. Патрон 115 установлен внутри корпуса 13 и обращен рабочим гнездом вниз, так что свет от лампы 119, завернутой в патрон 115, направляется вниз.
На фиг.18 изображен тент с наклонной крышей 132, которая от верхней точки спускается вниз и на нижней стороне соединяется с вертикальной боковой стеной 131, которая заканчивается над полом 133, образуя боковой проем 134, так что тент представляет собой открытое помещение. Устройство 12 для перемещения воздуха установлено ниже верхней точки и направляет воздух в помещении вниз в виде столба в направлении пола и вдоль пола, а затем в обратном направлении, при этом часть воздуха входит в помещение и выходит из помещения через идущие вдоль пола 133 боковые проемы 134. В случае широких тентов воздух будет уходить вверх, прежде чем достигнет боковых стен.
Описываемое в изобретении устройство для перемещения воздуха и система для перемещения воздуха отличаются сравнительно низким потреблением электроэнергии. Типичный двигатель вентилятора потребляет 35 Вт при частоте вращения 1600 об/мин и диаметре рабочего колеса 8,5 дюйма (216 мм), что обеспечивает эффективное перемещение воздуха от потолка к полу в помещении с высотой потолка 30 футов (9 м). Другой пример - потребление 75 Вт при диаметре рабочего колеса 8,5 дюйма (216 мм) и частоте вращения 2300 об/мин в помещении с высотой потолка 70 футов (21 м).
На фиг.19 показан контейнер 161 для грузовых перевозок, в котором имеется устройство 12 для перемещения воздуха, установленное горизонтально в нижнем левом углу. Устройство 12 направляет воздух горизонтально вдоль нижней стенки или пола, вверх вдоль противоположной стенки и вдоль верхней стенки, так что воздух выходит через выпускной канал 162, который отстоит от устройства 12 и находится выше его. Воздух от устройства 12 будет проникать в контейнер и способствовать освежению и циркуляции воздуха в объеме контейнера. Устройство 12 можно устанавливать так, чтобы оно направляло воздух в целом горизонтально или под углом вверх или вниз к истинной горизонтали. Таким устройством можно оснащать и другие воздушные объемы, такие как трейлеры, помещения и т.п.
Следует понимать, что статор 46 и корпус 13 можно выполнить в виде единой детали. Также понятно, что корпус 13 можно выполнить в виде двух секций, как показано, например, на фиг.14, где к концевой части усеченного устройства добавлен участок трубы выбранной длины.
Несмотря на то, что описание настоящего изобретения построено в определенной степени на частных примерах, следует понимать, что в детали конструкции могут быть внесены изменения, не выходящие за рамки изобретения.
1. Устройство для перемещения воздуха, содержащее корпус, снабженный воздушным впускным отверстием на первом конце и воздушным выпускным отверстием на втором конце, который отделен от первого конца расположенным между ними каналом для воздушного потока; вращающийся вентилятор, установленный в корпусе вблизи воздушного впускного отверстия, содержащий рабочее колесо с лопастями, которые создают воздушный поток с вращательной и осевой составляющими потока; отстоящие друг от друга и проходящие в осевом направлении воздушные направляющие лопатки, установленные в корпусе между рабочим колесом и воздушным выпускным отверстием для преобразования вращательной составляющей потока в ламинарный осевой воздушный поток в указанном корпусе, причем лопатки отделены от рабочего колеса зазором, величина которого выбрана не более определенного максимального размера из условия предотвращения образования турбулентности и из условия снижения статического противодавления в воздушном потоке, тем самым обеспечения выхода воздушного потока из воздушного выпускного отверстия в виде осевой струи, продолжающейся за пределами воздушного выпускного отверстия в виде столба с минимальным боковым растеканием.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина указанного зазора выбрана не менее определенного минимального размера из условия исключения шума.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размер указанного зазора имеет величину, меньшую половины диаметра рабочего колеса.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал для воздушного потока имеет площадь поперечного сечения, которая уменьшается от воздушного впускного отверстия к воздушному выпускному отверстию, для увеличения скорости воздушного потока.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанная площадь поперечного сечения уменьшается на величину порядка 10-35%.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая лопасть рабочего колеса наклонена к его оси вращения под выбранным углом, при этом для создания воздушного потока в корпусе каждая лопасть выступает радиально наружу и проходит вдоль оси в направлении указанного второго конца, а каждая лопатка содержит криволинейный участок, наклоненный под углом, противоположным наклону каждой лопасти, причем каждая лопатка выступает радиально внутрь и проходит вдоль оси в направлении второго конца, тем самым способствуя преобразованию вращательной составляющей воздушного потока в ламинарный осевой воздушный поток.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные лопатки выполнены прямыми.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит статор, установленный съемным образом внутри корпуса, причем лопатки включают в себя верхние участки, принадлежащие статору, и нижние участки, закрепленные внутри корпуса по ходу потока воздуха после статора, при этом верхние участки работают совместно с нижними участками для направления воздушного потока через корпус.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит обтекатель, имеющий расположенный на первом конце корпуса наружный торец, поверхность которого плавно закруглена по радиусу, направляющий воздушный поток в зоне воздушного впускного отверстия с его втеканием в корпус по кривой для минимизации турбулентности и шума.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность корпуса выполнена по существу гладкой и непрерывной для минимизации турбулентности и потерь энергии, при этом для снижения турбулентности при прохождении воздушного потока вдоль лопаток предусмотрено внутреннее тело корпуса, содержащее участок нижней ступицы корпуса, который отстоит от указанных лопаток внутрь корпуса и имеет форму торпеды, сходящуюся в направлении второго конца для направления воздушного потока и исключения турбулентности.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит подвес, который соединен с корпусом шарнирным образом для его подвешивания на опоре, при этом подвес выполнен с возможностью поворота корпуса на выбранный угол и фиксации на выбранном угле для направления воздушного потока под выбранным углом.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средства крепления корпуса к утопленному в потолок стакану для установки осветительных ламп с целью подвешивания корпуса в указанном стакане, причем средства крепления включают в себя электрический соединитель, содержащий цоколь с наружной резьбой, соединяемый с патроном для осветительной лампы, расположенным на задней стороне стакана, установочный диск на первом конце корпуса, трубку, закрепленную на верхней стороне установочного диска, при этом средства крепления также содержат помещенную в трубку пружину сжатия, шток, расположенный в трубке с возможностью телескопического осевого перемещения, сопряженные друг с другом участки шпонок и шпоночных канавок, взаимодействующие с предотвращением относительного вращения между штоком и трубкой, причем указанный цоколь закреплен на штоке со стороны, противоположной пружине, а пружина поджимает цоколь к патрону.
13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что включает в себя электрический соединитель, содержащий цоколь с наружной резьбой, установленный на верхней части корпуса, для присоединения к патрону для осветительных ламп, решетку на указанном корпусе для прохода воздуха к воздушному впускному отверстию и патрон для электрической осветительной лампы, установленный внутри корпуса для освещения помещения, в котором устанавливается указанный корпус.
14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что включает в себя прикрепляемый к потолку держатель с решеткой, при этом корпус и указанный держатель имеют первую радиально выступающую выпуклую сферическую наружную опорную поверхность и вторую вогнутую сферическую внутреннюю опорную поверхность, которая сопряжена с первой опорной поверхностью и с трением посажена на нее для фиксации корпуса под потолком вертикально или с наклоном относительно вертикали на заданный угол и фиксации за счет трения в заданном положении.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что включает в себя решетку вогнутой формы, содержащую отстоящие друг от друга ребра и щели для пропускания воздуха, проходящие между наружным кольцом, прикрепляемым к потолку, и внутренним кольцом, которое соединено с указанными ребрами для обеспечения первой опорной поверхности, при этом воздух проходит через решетку вверх вдоль корпуса и входит в воздушное впускное отверстие.
16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что включает в себя стакан, имеющий открытую нижнюю сторону и прикрепляемый к потолку нижний фланец, при этом стакан охватывает указанный корпус с ограждением его верхней части и содержит в канале, в верхней своей части, по меньшей мере одно ребро для предотвращения завихрения воздуха перед его поступлением в воздушное впускное отверстие.
17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что содержит фиксирующий элемент, имеющий основную часть и фланцевую часть, которая расположена на одном из концов указанной основной части, при этом фланцевая часть установлена в пазу стакана на его открытой нижней стороне, и предусмотрен крепежный элемент, пропускаемый через нижний фланец стакана и потолок и соединяемый с основной частью фиксирующего элемента для прижатия стакана к потолку.
18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что предусмотрен ряд фиксирующих элементов, устанавливаемых с интервалом по окружности стакана.
19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе установлена водяная магистраль с форсункой на одном конце для распыления воды в воздух, выходящий со второго конца корпуса для понижения температуры воздуха.
20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что число лопастей выбрано отличным от числа лопаток для снижения шума.
21. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрены три лопасти и четыре лопатки.
22. Устройство для перемещения воздуха, содержащее корпус, имеющий первый участок, второй участок, диаметр которого меньше диаметра первого участка, расположенный по ходу потока после первого участка, и внутреннюю полку, выступающую радиально внутрь от первого участка в направлении второго участка; статор, расположенный на первом участке с опорой на внутреннюю полку; вращающийся вентилятор, установленный в корпусе вблизи воздушного впускного отверстия по ходу потока перед центральным телом корпуса, содержащий рабочее колесо со ступицей, имеющей наружную поверхность и лопасти, выступающие от ступицы в радиальном направлении, при этом внутренняя и наружная поверхности определяют канал для воздушного потока, проходящего через корпус между первым и вторым участками, а лопасти создают в указанном канале воздушный поток с вращательной и осевой составляющими потока, причем вентилятор расположен в корпусе по ходу потока перед указанным статором и содержит рабочее колесо с лопастями, которые создают воздушный поток с вращательной и осевой составляющими потока; обтекатель, который установлен на корпусе по ходу потока перед вентилятором и проходит радиально внутрь корпуса по кривой для минимизации турбулентности; и воздушные направляющие лопатки, которые отстоят друг от друга и проходят в корпусе в осевом направлении между рабочим колесом и воздушным выпускным отверстием для преобразования вращательной составляющей потока в ламинарный осевой воздушный поток в указанном корпусе, при этом каждая лопатка включает в себя верхний участок, находящийся в статоре, и нижний участок, закрепленный на внутренней стороне корпуса, причем лопатки отделены от рабочего колеса зазором, величина которого выбрана не более определенного максимального размера из условия предотвращения образования турбулентности и из условия снижения статического противодавления в воздушном потоке, тем самым обеспечения выхода воздушного потока из воздушного выпускного отверстия в виде осевой струи, продолжающейся за пределами воздушного выпускного отверстия в виде столба с минимальным боковым растеканием.
23. Система для перемещения воздуха, содержащая верхнее устройство для перемещения воздуха, снабженное воздушным впускным отверстием на первом конце и воздушным выпускным отверстием на втором конце, противоположном первому концу, причем указанное верхнее устройство создает воздушный поток, выходящий из воздушного выпускного отверстия в виде осевой струи, продолжающейся по существу за пределами воздушного выпускного отверстия в виде столба с минимальным боковым растеканием; нижнее устройство для перемещения воздуха, снабженное воздушным впускным отверстием на первом конце и воздушным выпускным отверстием на втором конце, противоположном первому концу, причем указанное нижнее устройство создает воздушный поток, выходящий из воздушного выпускного отверстия в виде осевой струи, продолжающейся по существу за пределами воздушного выпускного отверстия в виде столба с минимальным боковым растеканием; и трубу, расположенную между воздушным выпускным отверстием верхнего устройства и воздушным впускным отверстием нижнего устройства для передачи воздушного потока от верхнего устройства к нижнему устройству, при этом нижнее устройство соединено с верхним устройством через указанную трубу.
24. Система по п.23, отличающаяся тем, что труба выполнена гибкой и огнестойкой.
25. Система по п.23, отличающаяся тем, что верхнее устройство имеет большую производительностью, чем нижнее устройство.
26. Система по п.23, отличающаяся тем, что верхнее устройство имеет производительность порядка 21,6 м3/мин, а нижнее устройство имеет производительность около 14,9 м3/мин.
27. Способ перемещения воздуха, в котором создают воздушный поток через удлиненный корпус от воздушного впускного отверстия на первом конце корпуса к воздушному выпускному отверстию на втором конце корпуса, отстоящем от первого конца корпуса; и направляют указанный воздушный поток в виде ламинарного осевого потока через корпус и воздушное выпускное отверстие с получением осевой струи, продолжающейся за пределами воздушного выпускного отверстия в виде столба с минимальным боковым растеканием.
28. Способ по п.27, отличающийся тем, что воздушный поток направляют горизонтально и под выбранными углами к горизонтали для внедрения в воздушный объем и обеспечения циркуляции воздуха в указанном воздушном объеме.
29. Способ по п.27, отличающийся тем, что воздушный поток направляют вертикально и под выбранными углами к вертикали для внедрения в воздушный объем и обеспечения перемешивания слоев воздуха в указанном объеме и циркуляции воздуха.
30. Способ уменьшения количества тепла, требуемого для обогрева помещения, имеющего боковые стены, потолок и пол, в котором обеспечивают устройство для перемещения воздуха, не содержащее воздухопроводов, которое создает воздушный поток в виде осевой струи, продолжающейся за пределами указанного устройства в виде столба с минимальным боковым растеканием, устанавливают указанное устройство под потолком, и направляют посредством указанного устройства теплый воздух из-под потолка в сторону пола с передачей тепловой энергии указанного теплого воздуха полу и ее аккумулированием в полу, а также с обеспечением движения воздуха вдоль внутренней стороны боковых стен и его возврата вверх к потолку и указанному устройству для обеспечения циркуляции воздуха в помещении.
31. Способ по п.30, отличающийся тем, что высвобождают аккумулированную в полу тепловую энергию, когда потолок холоднее, чем пол, для нагрева внутреннего пространства помещения.
32. Способ по п.30, отличающийся тем, что помещение представляет собой тент, имеющий вершину и расходящиеся вниз боковые стены с проемами между боковыми стенами и полом, причем указанное устройство помещают ниже вершины тента.
