可攜式鼓風機系統的製作方法

2023-06-15 07:03:36 1

專利名稱：可攜式鼓風機系統的製作方法
可攜式鼓風機系統
背景技術：
本發明涉及鼓風機系統。
目前的可攜式空氣推動系統可應用於多種不同領域。 一種具體應用涉
及動力式空氣淨化呼吸器(PAPR) 。 PAPR通常用於對環境危害物進行嚴格 限制和嚴格量化的工業領域。呼吸危害物可能包括有害氣體、蒸汽和顆粒 物質。目前的PAPR包括帶有至少一個附連的過濾器的電池供電的鼓風機 裝置，和具有從鼓風機裝置接收空氣的進氣口的呼吸面罩或其它合適的護 罩、頭盔或頭部裝置。PAPR用於向使用者的面罩或防護服頭罩持續提供正 氣壓。通過過濾器吸入來自PAPR所處環境的環境空氣，然後通過鼓風機將 環境空氣供給面罩、頭罩或連體防護服。過濾後的供給空氣補充到面罩或 頭罩的內部狹小空間中，並在使用者呼吸時連續排出。
可攜式空氣推動系統的另一個應用包括環境空氣冷卻系統。這些冷卻 系統一般由使用者攜帶，並向使用者身體及周圍供應氣流。在使用者由於 身穿大量衣服和/或攜帶大量設備而處於高溫區的情況下，需要冷卻系統為 身體降溫。這些冷卻系統需要充足的氣流，以獲得從身體除除熱所需的性 能。在這些應用中，期望以緊湊輕便的設計進行氣流輸送，並獲得較高的 效率和較長的電池使用壽命。

發明內容
在一個方面，本發明提出了一種可攜式冷卻或呼吸用鼓風機系統，該 系統由使用者身體攜帶，並包括具有兩個氣流腔室的殼體。在兩個氣流腔 室之間可旋轉地設置有葉輪，葉輪包括在葉輪旋轉時使兩個氣流腔室不流 體連通的基壁。基壁每一側均設置有分開的多個葉片。
本發明內容並非旨在描述本發明的每個公開實施例或每個具體實施方 式。以下附圖和描述更具體地舉例說明了示例性實施例。


下面將參考附圖進一步解釋本發明，在全部視圖中用相同的附圖標記 來表示相同的結構或系統元件。
圖1為可攜式鼓風機系統的示意圖。
圖2為可攜式鼓風機系統中的部件的分解透視圖。
圖3為可攜式鼓風機系統的等軸測圖。
圖4為圖3中的可攜式鼓風機系統拆除外殼頂蓋後的等軸測圖。
圖5為渦室殼體的等軸測圖。
圖6為渦室殼體框架和葉輪的等軸測圖。
圖7為圖6中的渦室殼體框架的等軸測圖。
圖8為圖6中的葉輪的等軸測圖。
圖9為圖3中的可攜式鼓風機系統的剖視圖。
儘管上述各圖示出了本發明的一個或多個實施例，但是正如本說明書 中所提到的，還可以想到其它的實施例。在所有情況下，本說明書僅僅示 例性而非限制性地示出本發明。應當理解，在不脫離本發明的精神和範圍 的前提下，本領域內的技術人員可以設計出大量的其它修改形式和實施 例。
術語表
下文提及的術語具有如下所定義的含義 "空氣交換裝置"是指在使用者頭部周圍提供有限呼吸區域體積的裝 置，在該區域體積中可與使用者的呼吸循環相結合地交換空氣。 "氣流"是指非零度的空氣移動。 "進氣口"是指一個或多個空氣進入部位。 "出氣口"是指一個或多個空氣排出部位。
"環境空氣"是指存在於給定環境中並獨立於該環境中存在的任何空 氣清潔或空氣推動裝置的空氣。
"環境空氣冷卻系統"是指用於向特定區域輸送氣流的動力系統。 "後傾式葉片"是指葉片向與葉輪旋轉方向相反的方向傾斜。 "鼓風機"是指產生氣流的裝置。"清潔空氣"是指經過過濾或者以其它方式進行處理從而對呼吸或與
皮膚接觸來說安全的空氣。
"共用氣源"是指由至少兩個進氣口共用的空氣供應源。 "葉輪"是指用於通過壓力驅使流體向所需方向流動的旋轉裝置。 "不流體連通"是指兩個腔室之間沒有明顯數量的流體交換。 "可攜式"是指能夠在移動時使用，且無需與固定物體直接連接。 "動力式空氣淨化呼吸器"(PAPR)是指通過驅使環境空氣通過空氣
過濾器而驅使清潔空氣進入空氣交換裝置的動力系統。 "渦室"是指直徑逐漸增大的環狀物。
具體實施例方式
圖1為可攜式鼓風機系統10的示意圖。系統10包括其中設置有鼓風
機14的殼體12。鼓風機14電連接到電源16上。如果需要，可使用控制 器18來控制提供給鼓風機14的電能。控制器18可包括簡單的開/關
(on/off)切換式開關和/或其它複雜元件，例如利用反饋控制或電機輸出 脈衝寬度調製的恆流控制器。控制器18還可以可選地結合有基於不同參數
(例如低氣流、低電池電量或任何非標準操作狀態)而操作的視覺和/或聽 覺報警器。作為另外一種選擇，電源16可直接向鼓風機14供電。可選的 外殼20用於包圍殼體12並向其提供共用氣源。在一個實施例中，外殼20 還可被構造為進一步包圍電源16和/或控制器18。
鼓風機14用於在殼體12中的一個腔室內形成負壓，從而通過一個或 多個進氣口 (統稱為進氣口 22)吸入空氣。進氣口 22可以可選地與空氣 處理介質(例如過濾器24)相連以過濾諸如有害氣體、蒸汽和顆粒物質等 環境危害物。或者，例如，環境空氣冷卻系統中可以包括過濾器以去除汙 染物，例如來自進氣口 22的沙子。鼓風機14向一個或多個出氣口 (統稱 為出氣口 26)輸送空氣。例如，出氣口 26包括一條管子，以有利於氣流 到達使用者佩戴的頭部裝置或使用者的身體。出氣口 26還可被構造為向多 個裝置供氣，例如同時向頭部裝置和冷卻服供氣。
圖2-9示出了鼓風機系統50。圖2為鼓風機系統50中的部件的分解 等軸測圖。鼓風機系統50包括外殼頂蓋52、電機54、渦室殼體頂蓋56、葉輪58、渦室殼體框架59、渦室殼體底蓋60和外殼底蓋62。圖3為安裝 在系統50中的圖2所示部件的等軸測圖。外殼頂蓋52和外殼底蓋62形成 外殼以包圍電機54、渦室殼體頂蓋56、葉輪58、渦室殼體框架59和渦室 殼體底蓋60。外殼向葉輪58提供共用氣源。
外殼頂蓋52和外殼底蓋62可由耐生化("CB")試劑暴露的樹脂模 制。 一個樹脂實例是由General Electrical Company (Fairfield, Connecticut)生產的商標為N0RYL^的樹脂。NORYL⑧樹脂是聚苯醚樹脂和 聚苯乙烯樹脂的共聚物混合物。外殼頂蓋52和外殼底蓋62還可以採用其 它樹脂。此外，還可密封外殼頂蓋52和外殼底蓋62，其中外殼頂蓋52包 括位於外殼底蓋62的V形槽內的凸起，並在兩者之間包括合適的密封劑， 例如填縫劑或聚氨酯。
外殼頂蓋52包括進氣部分64。如圖所示，進氣部分64可包括用於在 其上連接過濾器的螺紋連接口和相關定位件66。出氣口 68用於從系統50 中輸出加壓空氣。出氣口 68可從外殼頂蓋52和外殼底蓋62延伸，以便能 夠在出氣口上連接軟管。如果需要，出氣口 68可結合有聯結器以有利於拆 卸和更換軟管。軟管也可例如通過使用丁基橡膠配方而成為為耐生化的。 可利用螺旋纏繞的軟管構造來減小氣流阻力並使軟管具有抗擠壓性。
在外殼頂蓋52上設置有電連接器70。電連接器70可電連接到電源 (例如電池)上，並連接到系統50內的電路和/或電機上。
圖4為拆除外殼頂蓋52後的系統50的等軸測圖。渦室殼體頂蓋56、 渦室殼體框架59和渦室殼體底蓋60共同形成了位於外殼底蓋62內的渦室 殼體72。渦室殼體72包括連接到出口 76上的環形構件74。出口 76與由 外殼頂蓋52和外殼底蓋62形成的出氣口 68對準。電路78可以與渦室殼 體框架59相連。電路78可連接到電連接器70 (圖3)上並電連接到電機 54上以驅動電機。在一個實施例中，電路78可以用作控制器18 (圖 1)。
圖5為渦室殼體72的等軸測圖。電機54包括與環形構件74的中心軸 線錯開的驅動軸線。電機54設置在渦室殼體頂蓋56中的進氣口 82的上 方。電機座84包括多個角撐板86以將電機54支撐在進氣口 82的上方。 渦室殼體底蓋60也包括進氣口 (見圖2中的87)以便讓氣流進入渦室殼體72。渦室殼體頂蓋56形成第一壁，渦室殼體底蓋60形成第二壁，渦室 殼體框架59形成第三壁，第三壁與第一和第二壁結合起來限定了位於葉輪 與渦室殼體72的壁之間的腔室。在渦室殼體框架59內提供了空氣通道 88，以有利於空氣在外殼頂蓋52和外殼底蓋62內圍繞渦室殼體72流動， 具體地講是流向渦室殼體頂蓋56中的進氣口 82和渦室殼體底蓋60中的進 氣口 87。
圖6為設置在渦室殼體框架59內進行旋轉的葉輪58的等軸測圖。圖 7為渦室殼體框架59本身的等軸測圖，圖8為葉輪58本身的等軸測圖。 渦室殼體框架59包括周壁90和徑向延伸的分隔壁92。分隔壁92從壁90 向內向葉輪58的外周緣延伸。分隔壁92在其每一側分別部分地形成第一 腔室94和第二腔室96，並具有從中貫穿的圓形開口 97。腔室94和96包 括位於分隔壁92兩側的大體呈環形的外部氣室，外部氣室分別與出氣口 98和100流體連通。出氣口 98和100延伸穿過渦室殼體框架59的壁90。 葉輪58與渦室殼體框架59的中心軸線向錯開，並安裝在分隔壁92的環形 開口 97內。為了適應這種錯開，分隔壁92的徑向寬度是不一致的，以便 在葉輪58處於旋轉位置(圖6)並旋轉時，在腔室94與96之間形成非流 體連通。
葉輪58是雙面葉輪，其包括分別設置在環形葉輪分隔壁106兩側的第 一組葉片102和分開的第二組葉片104。第一組葉片102和第二組葉片104 可為"後傾式"，即葉片向與葉輪58旋轉方向(如圖8中箭頭107所示) 相反的方向傾斜。在-一個實施例中，第一組葉片102和第二組葉片104在 分隔壁106的相對兩面形成鏡像，但也可採用其它葉片取向。當分隔壁 106設置在渦室殼體72的分隔壁92的圓形開口 97內時，它與渦室殼體框 架59的分隔壁92共面。葉輪58還包括弓形頂壁108和弓形底壁110 (見 圖9)。葉輪58的中心轂112可旋轉地連接到電機54上以驅動葉輪58。 吸氣口 114和116 (圖9)分別設置在葉輪58的每一側。
進一步參考圖9，電機54驅動葉輪58旋轉。在運行期間，空氣從外 殼頂蓋52和底蓋62的外部(通過進氣部分64)流入，圍繞渦室殼體72 並進入渦室殼體頂蓋和底蓋的進氣口 82和87。在一個實施例中，使吸入 葉輪的空氣在到達葉輪前穿過處理介質(如過濾材料、木炭、進行熱處理和電離等)以對其進行處理。然後空氣流入葉輪吸氣口 114和116。第一
組葉片102驅使空氣從吸氣口 114流入腔室94，具體地講是流入腔室94 的外部氣室。類似地，第二組葉片104驅使空氣從吸氣口 116流入腔室 96，具體地講是流入腔室96的外部氣室。然後驅使空氣分別從腔室94和 96進入出氣口 98和100。在葉輪旋轉期間，渦室殼體框架59的分隔壁92 和葉輪58的分隔壁106使腔室94和96保持不流體連通。儘管在分隔壁 92與分隔壁106之間存在小的徑向間隙(如小於lmm)，但在腔室94與 96之間沒有明顯數量的流體交換。
儘管己參考一些可供選擇的實施例描述了本發明，但本領域中的技術 人員將認識到，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下可以在形式和細節 方面對其進行更改。例如，腔室94的出氣口98和腔室96的出氣口 100可 以在出氣口 68處形成流體連通(如圖所示)，或者可以連接到分開的出氣 口 (如一個出氣口用於提供呼吸用空氣，另一個出氣口用於提供冷卻用空 氣)。此外，儘管所示的本發明的示例性鼓風機與使用者身體攜帶的便攜 式冷卻或呼吸用鼓風機系統結合使用，但本發明可用於多種空氣推動應用 中(如車輛風扇系統、HVAC系統、真空吸塵器等)。而且，在一個實施例
中所示和所述的特徵可以根據需要與其它實施例的特徵相結合。
權利要求
1.一種由使用者身體攜帶的可攜式冷卻或呼吸用鼓風機系統，所述鼓風機系統包括具有兩個氣流腔室的殼體；以及可旋轉地設置在所述兩個氣流腔室之間的葉輪，所述葉輪具有在所述葉輪旋轉時使所述兩個氣流腔室之間不流體連通的基壁，並且所述葉輪具有位於所述基壁每一側的分開的多個葉片。
2. 根據權利要求1所述的鼓風機系統，其中所述殼體的每個氣流腔室都具有與共用氣源流體連通的進氣口 。
3. 根據權利要求2所述的鼓風機系統，還包括包圍所述殼體以便提供所述共用氣源的外殼。
4. 根據權利要求2所述的鼓風機系統，還包括相對於所述殼體的每個進氣口設置的空氣處理介質，以使得進入所 述殼體的空氣在進入所述殼體的所述氣流腔室之前必須穿過所述空 氣處理介質。
5. 根據權利要求1所述的鼓風機系統，還包括 由所述殼體支撐的電機，所述電機可操作地連接到所述葉輪上以使 所述葉輪旋轉。
6. 根據權利要求1所述的鼓風機系統，其中每個氣流腔室都具有出氣卩。
7. 根據權利要求6所述的鼓風機系統，其中所述兩個氣流腔室的所述出氣口是流體連通的。
8. 根據權利要求6所述的鼓風機系統，其中每個氣流腔室都具有氣 室，所述氣室徑向延伸至所述葉輪之外，每個氣室均與其各自的氣 流腔室的所述出氣口流體連通。
9. 根據權利要求8所述的鼓風機系統，其中每個所述氣室都大致呈環 形。
10. 根據權利要求1所述的鼓風機系統，其中所述殼體具有徑向延伸的 分隔壁，所述分隔壁與所述葉輪的所述基壁配合，以使所述兩個氣 流腔室在所述葉輪旋轉時是不流體連通的。
11. 根據權利要求1所述的鼓風機系統，其中所述葉輪包括具有弓形表 面的頂壁和具有弓形表面的底壁。
12. 根據權利要求11所述的鼓風機系統，其中所述頂壁包括中心吸氣 口，所述底壁包括中心吸氣口。
13. 在由使用者身體攜帶的可攜式冷卻或呼吸用鼓風機系統中，改進包 括可繞軸線旋轉的葉輪，所述葉輪包括圓形分隔壁，所述分隔壁具有相對的第一面和第二面以及外周緣， 位於所述分隔壁的所述第一面上的第一組多個葉片，以及 位於所述分隔壁的所述第二面上的分開的第二組多個葉片；以及 圍繞葉輪不可旋轉地設置的葉輪殼體，所述葉輪殼體包括 具有進氣口的第一壁， 具有進氣口的第二壁，第三壁，其與所述葉輪的所述分隔壁的所述外周緣間隔開，並與所 述殼體的所述第一壁和第二壁結合以限定位於所述葉輪與所述殼體 的所述壁之間的腔室，以及分隔壁，其從所述所殼體的所述第三壁向所述葉輪的所述分隔壁的 所述外周緣延伸，其中所述殼體的所述分隔壁與所述葉輪的所述分 隔壁大致共面地延伸，並將所述腔室分隔成第一出氣口氣室和第二 出氣口氣室，並且每個出氣口氣室具有至少一個延伸穿過所述殼體的一個或多個所述 壁的出氣口。
14. 根據權利要求13所述的改進，還包括空氣處理介質，其相對於所述殼體的每個進氣口設置，以使得進入 所述殼體的空氣在進入所述殼體之前必須穿過所述空氣處理介質。
15. 根據權利要求13所述的改進，還包括由所述殼體支撐的電機，所述電機可操作地連接到所述葉輪上以使 所述葉輪旋轉。
16. 根據權利要求13所述的改進，其中所述殼體具有用於所述第一出氣 口氣室的第一出氣口和用於所述第二出氣口氣室的分開的第二出氣 □。
17. 根據權利要求13所述的改進，其中所述殼體的所述至少一個出氣口 同時與所述第一出氣口氣室和第二出氣口氣室流體連通。
18. 根據權利要求13所述的改進，其中所述殼體的所述進氣口與共用氣 源流體連通。
19. 根據權利要求13所述的改進，其中所述葉輪包括具有弓形表面的頂 壁和具有弓形表面的底壁。
20. —種鼓風機系統，包括具有兩個氣流腔室的殼體，其中每個氣流腔室都具有與共用氣源流 體連通的進氣口；以及可旋轉地設置在所述兩個氣流腔室之間的葉輪，所述葉輪具有在所 述葉輪旋轉時使所述兩個氣流腔室之間不流體連通的基壁，並且所 述葉輪具有位於所述基壁的每一側分開的多個葉片。
全文摘要
一種由使用者身體攜帶的可攜式冷卻或呼吸用鼓風機系統，該系統包括具有兩個氣流腔室的殼體。所述兩個氣流腔室之間可旋轉地設置有葉輪，所述葉輪包括基壁，在所述葉輪旋轉時，所述基壁使所述兩個氣流腔室不流體連通。所述基壁每一側均設置有分開的多個葉片。
文檔編號F04D29/44GK101321958SQ200680045405
公開日2008年12月10日 申請日期2006年12月6日 優先權日2005年12月9日
發明者戴維·E·利文斯通, 皮埃爾·勒加雷, 莉薩·M·克羅爾 申請人:3M創新有限公司