出风结构及空调机组

技术领域

本发明涉及空调技术领域，更具体的说，它涉及一种出风结构及空调机组。

背景技术

近年来，健康舒适型空调器逐渐成为消费者的主流需求，其中新型送风末端及送风技术成为行业竞争的焦点之一。用户使用空调过程中，为改善不同场景下的使用体验，需要空调具备风吹人、风避人、广角送风、远距离送风等多维送风模式灵活切换，同时还需要根据冷/热气流运动机理合理控制气流方向，以使空调风作用于目标区域，增强冷/热量利用效率，减少能耗。

现有上下出风空调器利用两个风口实现制冷/制热送风模式的切换，制冷时上下出风不会直吹人体的躯干、头部，保证用户的舒适体验。但是，下风口吹风贴着地面流动，一方面在空调运行前期用户担心可能存在吹尘问题；另一方面换热冷却后的冷空气先与地板发生对流换热后再循环，大量热量用于围护结构的降温，且本身下风口送风风量较小、风速低，送风距离短，极易导致室内温降速率缓慢，严重影响人体活动区域的热舒适性，相同室温下空调能耗增大。

现有技术采用平行导流板结构，通过控制运动电机调整各个导流板的角度，实现对送风方向的调整，但是由于送风从上至下，从下风口经导流板整流送风，难以使空调水平或向上送风，同时加大导流板角度又会使风量大幅衰减，严重影响空调性能。

发明内容

本发明公开了一种利用导风结构使气流相对于水平面向上流动并均指向集射焦点O以提高送风速度及送风距离，并避免气流直吹地板而存在吹尘隐患的出风结构及空调机组，解决了现有技术中下出风口存在送风直吹地板而存在吹尘隐患、制冷制热效果差、送风风阻较大、冷热量浪费严重影响空调性能的问题。

本发明公开了一种出风结构，包括：

壳体，所述壳体的底部设置有出风口；

导风结构，所述导风结构设置于所述出风口处，且所述导风结构上形成有多条沿弧线Rn分布的气体流道，所有所述气体流道的中心线均交于集射焦点O处；

每一所述气体流道的气流速度矢量均相对于水平面向上倾斜，且每一所述气体流道的气流速度矢量均指向所述集射焦点O。

所述出风口的下边沿与所述弧线Rn相交于点E，所述出风口的上边沿与所述弧线Rn相交于点D；

所述弧线Rn满足以下公式：

；

其中，α是指OD和OE在集射焦点O处形成的夹角；β是指DE与垂直线所形成的夹角；n为气体流道的数量。

所述弧线Rn和所述出风口的下边沿的交点E和集射焦点O之间的连线OE满足以下公式：

；

其中，H

所述出风口到地面的最小距离H

所有所述气体流道的入口端均位于所述弧线Rw上，在竖直方向上，所有所述气体流道包括位于最上端的第一气体流道，所述集射焦点O高于所述第一气体流道的中心线与所述弧线Rw的交点G。

沿所述气体流道中气体流动方向，所述气体流道的流通面积逐渐减小。

所有所述气体流道的入口端均位于所述弧线Rw上，所述弧线的形状满足以下公式：满足以下公式：

；

且k≥0.2；

其中，k为所述气体流道的整流系数；d为所述气体流道的长度；s为气体流道的入口端的流通面积与气体流道的出口端的流通面积的比值；OF为气体流道的中心线和所述弧线Rw的交点F与集射焦点O之间的长度。

所有所述气体流道的入口端均位于所述弧线Rw上，所有所述气体流道的出口端均位于所述弧线Rn上，且所述气体流道的上边沿与所述弧线Rw交于点M，所述气体流道的上边沿与所述弧线Rn交于点J，所述气体流道的下边沿与所述弧线Rw交于点N，所述气体流道的下边沿与所述弧线Rn交于点K，线段JN和线段KM之间形成导风结构特征夹角δ，所述导风结构特征夹角δ与所述气体流道的流道夹角ξ的关系为：

；

δ≤100°；

其中，s为气体流道的入口端的流通面积与气体流道的出口端的流通面积的比值；OF为气体流道的中心线和所述弧线Rw的交点F与集射焦点O之间的长度。

所述导风结构包括多个呈所述弧线分布的导流板，相邻的两条所述导流板之间形成一条所述气体流道。

沿所述气体流道内的气体流动方向，所述导流板的截面面积逐渐增加。

所述导流板包括第一导流板和第二导流板，所述第一导流板的截面为长方形，且所述第一导流板所在平面经过所述集射焦点O，沿所述气体流道内的气体流动方向，所述第二导流板的截面面积逐渐增加，所述第一导流板和所述第二导流板相间设置。

所述导流板的截面为长方形，且所述导流板所在平面经过所述集射焦点O。

所述导流板的截面为V形，且所述V形的开口朝向所述集射焦点O。

本发明的另一方面提供一种空调机组，包括上述的出风结构。

本发明的出风结构及空调机组，在下出风口处设置导风结构，利用导风结构上呈弧线分布的气体流道对气体进行导流，使得下出风口的气流向远离地面的方向流动，避免送风直吹地板，避免吹尘风险，提高用户的使用体验，同时使气体流道的气流速度矢量指向集射焦点O，避免气体流道内的气流产生干涉影响，从而实现气流整流和气流定向导流，增加下出风口送风距离，使空调机组的冷热量高效快速送至设定区域，提高空调运行舒适性，降低空调能耗，而且还能够最大限度减少导风结构的阻力，提升空调风机效率与性能、降低噪音。

附图说明

图1是本发明实施例的出风结构的导风结构①的结构示意图；

图2是本发明实施例的出风结构的另一结构示意图；

图3是本发明实施例的出风结构的导风结构②的结构示意图；

图4是本发明实施例的出风结构的导风结构③的结构示意图；

图5是本发明实施例的出风结构的导风结构④的结构示意图；

图6是本发明实施例的出风结构的另一结构示意图；

图7是现有技术中的常规导风结构的结构示意图；

图8为本发明实施例的出风结构的导风结构①的吹风垂直面速度分布云图；

图9为本发明实施例的出风结构的导风结构①的地面速度分布云图；

图10为本发明实施例的出风结构的导风结构②的吹风垂直面速度分布云图；

图11为本发明实施例的出风结构的导风结构②的地面速度分布云图；

图12为本发明实施例的出风结构的导风结构③的吹风垂直面速度分布云图；

图13为本发明实施例的出风结构的导风结构③的地面速度分布云图；

图14为本发明实施例的出风结构的导风结构④的吹风垂直面速度分布云图；

图15为本发明实施例的出风结构的导风结构④的地面速度分布云图；

图16为现有技术中的常规导风结构的吹风垂直面速度分布云图；

图17为现有技术中的常规导风结构的地面速度分布云图；

图18为图6所示的出风结构的导风结构的吹风垂直面速度分布云图；

图19为图6所示的出风结构的导风结构的地面速度分布云图；

图例：1、壳体；11、出风口；2、导风结构；21、气体流道；3、导流板；31、第一导流板；32、第二导流板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。

如图1至图19所示，本发明公开了一种出风结构，包括：壳体1，所述壳体1的底部设置有出风口11；导风结构2，所述导风结构2设置于所述出风口11处，且所述导风结构2上形成有多条沿弧线Rn分布的气体流道21，所有所述气体流道21的中心线均交于集射焦点O处；每一所述气体流道21的气流速度矢量均相对于水平面向上倾斜，且每一所述气体流道21的气流速度矢量均指向所述集射焦点O。在下出风口11处设置导风结构2，利用导风结构2上呈弧线分布的气体流道21对气体进行导流，使得下出风口11的气流向远离地面的方向流动，避免送风直吹地板，避免吹尘风险，提高用户的使用体验，同时使气体流道21的气流速度矢量指向集射焦点O，避免气体流道21内的气流产生干涉影响，从而实现气流整流和气流定向导流，增加下出风口11送风距离，使空调机组的冷热量高效快速送至设定区域，提高空调运行舒适性，降低空调能耗，而且还能够最大限度减少导风结构2的阻力，提升空调风机效率与性能、降低噪音。

集射焦点O的位置为所有支路气流最终汇合的交点，该点位置决定导风结构2的导流性能优劣，决定气流的最终状态。

如图2所示，以出风口11高度H

过A点作导风结构2的对称中心线L

在确定送风广角α后，确定气体流道21的数量n，过集射焦点O点画出每条气体流道21的中心线L

然后在结合出风口11高度H

；

所述弧线Rn和所述出风口11的下边沿的交点E和集射焦点O之间的连线OE满足以下公式：

；

从而确定集射焦点O的位置。

为了使最终送风方向向上避免吹地，需要各个流道的出流方向均向上(与水平面成一定夹角)，因此本发明设计要求集射焦点O离地高度要大于G点，也即所有所述气体流道21的入口端均位于所述弧线Rw上，在竖直方向上，所有所述气体流道21包括位于最上端的第一气体流道，所述集射焦点O高于所述第一气体流道的中心线与所述弧线Rw的交点G。此时，所述出风口11的下边沿与所述弧线Rn相交于点E，所述出风口11的上边沿与所述弧线Rn相交于点D；

所述弧线Rn满足以下公式：

；

其中，α是指OD和OE在集射焦点O处形成的夹角；β是指DE与OD或DE与OE所形成的夹角；n为气体流道21的数量。

其中，为了保证送风方向向上，优先确保导风结构2倾斜角度β，β值主要取决于风口离地高度H

为了提高出风口11的送风速率，依据动量守恒定律，气流在渐缩流道中加速从而提高风速，与流道进/出口截面比的大小成正比，为此，本发明采用渐缩流道原理实现气流的动静压转化、气流整流定向，气流在进出流道的状态与整流过程是否充分密切相关，也即沿所述气体流道21中气体流动方向，所述气体流道21的流通面积逐渐减小。出风口11的气体在流经气体流道21时，会随着流通面积的减小而逐渐加速，从而达到提高出风口11风速的目的，随着出风口11的风速的提高，能够进一步的增加出风口11的送风距离，从而使空调机组的冷热量高效快速送至设定区域，提高空调运行舒适性，降低空调能耗。

以O点为定点，分别以各气体流道21的中心线L

；

流道变截面比s的计算如下：

；

因此，所有所述气体流道21的入口端均位于所述弧线Rw上，所述弧线的形状满足以下公式：满足以下公式：

；

其中，k为所述气体流道21的整流系数；d为所述气体流道21的长度(如图2中的BC之间的尺寸)；s为气体流道21的入口端的流通面积与气体流道21的出口端的流通面积的比值；OF为气体流道21的中心线和所述弧线Rw的交点F与集射焦点O之间的长度。

由上述公式可知，整流系数k与流道长度d、变截面比s、导风结构2的形状密切相关，该参数是评价气流流动是否稳定、导风结构2是否设计合理的重要参数。当s、OF保持不变，流道长度d越长，k值越大，流道的整流、稳流效果越好，反之亦然；当d、OF保持不变，变截面比s越大，k值越大，流道动静压转化过程较弱，流动较稳定，反之亦然。

若导风结构2流道d很短、变截面比s很小，气流在进入气体流道21内整流时，尚未形成稳定的边界层便从出口流出，在此期间，气流的压力、速度剧烈变化，会导致出口气流紊乱、局部阻力损失大、涡流噪音等问题。因此，为了使导风结构2充分整流并使出口气流稳定，优选的，整流系数k必须大于或等于0.2(即k≥0.2)；变截面比s决定了进出口气流速度的变化大小，根据实际需求可选择恒速整流或变速整流，当恒速整流时，s取1，当加速整流时，s越小，出口流速越快。

为了保证导风结构2具有良好的气流定向导风能力、稳定的整流过程，除了对整流系数k值进行约束外，还对保证导风效果的导风结构2特征夹角δ的设计范围进行限定、约束。

如图3所示，所有所述气体流道21的入口端均位于所述弧线Rw上，所有所述气体流道21的出口端均位于所述弧线Rn上，且所述气体流道21的上边沿与所述弧线Rw交于点M，所述气体流道21的上边沿与所述弧线Rn交于点J，所述气体流道21的下边沿与所述弧线Rw交于点N，所述气体流道21的下边沿与所述弧线Rn交于点K，线段JN和线段KM之间形成导风结构2特征夹角δ，其中导风结构2特征夹角δ的计算如下：

因此，所述导风结构2特征夹角δ与所述气体流道21的流道夹角ξ的关系为：

；

其中，s为气体流道21的入口端的流通面积与气体流道21的出口端的流通面积的比值；OF为气体流道21的中心线和所述弧线Rw的交点F与集射焦点O之间的长度。

优选的，δ≤100°，即tanξ/2＜1.2，此时风道的上沿、下沿对流束的影响比较明显，气流导向效果好，充分发挥导风结构2的整流、定向送风作用。

根据上述公式可知，减小流道夹角ξ对减小导风结构2特征夹角δ、改善导流效果的作用最大，此外增长流道长度d、减小变截面比s、改变导风结构2形状(如减小送风广角α)均对改善导流效果有一定作用，但作用有限。

在流道长度d设计受限时，减少流道夹角ξ会间接使得流道数量n增加，若全部采用相同的流道设计，会加大聚抬风导风结构2的阻力，需要适当减小变截面比s。

作为一种实施方式，所述导风结构2包括多个呈所述弧线分布的导流板3，相邻的两条所述导流板3之间形成一条所述气体流道21。

可选的，如图1和图2所示，沿所述气体流道21内的气体流动方向，所述导流板3的截面面积逐渐增加，从而形成流通面积逐渐减小的气体流道21。

或者，如图4所示，所述导流板3包括第一导流板31和第二导流板32，所述第一导流板31的截面为长方形，且所述第一导流板31所在平面经过所述集射焦点O，沿所述气体流道21内的气体流动方向，所述第二导流板32的截面面积逐渐增加，所述第一导流板31和所述第二导流板32相间设置。

或者，如图5所示，所述导流板3的截面为长方形，且所述导流板3所在平面经过所述集射焦点O。

导风结构2主要取决于导流板型线，因此将每块导流板作轻量化设计，以减少导流板用材、出模效率。如图6所示，所述导流板3的截面为V形，且所述V形的开口朝向所述集射焦点O，以沿所述气体流道21内的气体流动方向，所述导流板3的截面面积逐渐增加的导流板型线为准，用2mm薄板进行替代，取消了气体流道21的出口端的导流板闭合面，形成近似V型结构，其依然能达到相同的送风效果，且因为没有导流板闭合面的附壁流动效应影响，气流更不容易贴地，抬风效果更好。如图18和图19为图6所示的导流板为V形时的吹风垂直面速度分布云图、地面速度分布云图。

按照上述设计方法，结合导风结构2的多个减阻方案，提供4个具体实施例及其技术效果对结构低阻化方案进行保护，具体如下：

导风结构①

根据上述设计方法、设计要求，在某一落地式空调器出风口11进行导风结构设计。并以：

为导风结构的第一约束条件；

为导风结构的第二约束条件；

进行导风结构①的设计，使导风结构①满足所有约束条件才能达到避免送风吹地的效果、保证送风气流稳定的效果。

其中，H

对导风结构①进行仿真分析，取出风口11风量650m

导风结构②

通过减少流道数量的方法，降低导风结构的送风阻力损失。

附图3所示为低阻化导风结构②截面示意图，将导风结构①的第1气体流道、第2气体流道合并，第3气体流道、第4气体流道合并后得到。与导风结构①有所区别的是，s＝0.71，则OF＝69.4mm，计算得到整流系数k＝0.54，大于k值下限值0.2，满足第一、第二约束条件，气流流动稳定。

对导风结构②进行仿真分析，取下风口风量650m

虽然低阻化导风结构②满足第一、第二约束条件，但是其送风依然有明显吹地，抬风、定向导风效果差，主要因为流道进口截面宽度MN、流道出口截面宽度JK的值均较大，流道流束宽，气流受重力作用主要沿气体流道21的下部分流动，上部分的气体流速小，对主流速度及方向影响小，气流实际矢量方向无法直指集射焦点O，难以达到理想的气流导向效果。

根据导风结构特征夹角δ的计算公式：

；

；

；

；

计算可得，导风结构②的δ

当流道平均风速范围小于18m/s时，导风结构特征夹角δ取值为[0°,100°]，即tanξ/2＜1.2，此时风道的上沿、下沿对流束的影响比较明显，气流导向效果好，充分发挥导风结构的整流、定向送风作用。

；

δ≤100°为导风结构的第三约束条件；

导风结构需要满足所有约束条件才能理想效果。导风结构①满足所有第一、第二、第三约束条件，效果较好；导风结构②不满足第三约束条件，虽然导风过程的阻力损失较小，但是定向送风效果差。

导风结构③

在满足所有约束条件下，通过减少s，降低导风结构的阻力损失，提高风量，如设计中间薄板，如附图4所示。

导风结构③是将导风结构①中隔开第1气体流道、第2气体流道之间的导流板设计成2mm直板(第一导流板31)，将隔开第3气体流道、第4气体流道的导流板设计成2mm直板(第一导流板31)，两个第一导流板31全部指向集射焦点O，形成导风结构③。

导风结构③依然能够保证相邻两流道的气流矢量方向指向焦点O，此时各气体流道21的δ由61°变为74°；s＝0.66，聚风加速整流效果有所减弱；其中第3气体流道、第4气体流道的直线O’F为62.5mm，计算得到整流系数k＝0.48，大于k值下限值0.2，导风结构③满足所有约束条件。

对导风结构③进行仿真分析，取下风口风量650m

导风结构④

在满足所有约束条件下，使s趋近于1，最大程度降低导风结构的阻力损失，如全部采用薄直板进行导风。

当导风过程中只需要调节送风方向、不需要增大空调出风口11气流流速时，可将导风结构①的所有导流板1～4全部设计成2mm的薄直板，全部指向集射焦点O，形成低阻化导风结构④，如附图5所示。

已知导风结构④的δ为85°、s为1、整流系数k值约为1，导风结构④满足所有约束条件。

对导风结构④进行仿真分析，取下风口风量650m

以上为导风结构的四种低阻化设计方法(减流道n、减截面比s)及效果。

作为对比，对常规导风结构进行建模仿真，采用7块30mm的直导流板将该出风口11分为8个流道，水平出流，形成常规导风结构如附图7所示。对常规导风结构进行仿真分析，取下风口风量650m

可知，常规导风结构虽然水平设置，但是气流从风道中流出时方向向下，加上冷风下沉作用，气流经过风口导风结构后出风矢量方向依然向下，表现送风吹地现象，地面风速比几导风结构①～④均要高，空调送风距离短、导风效果差，存在吹尘风险，房间温降速率慢、不舒适，冷量浪费严重、能耗高。

上述四种导风结构及常规平行导流板结构的比较表格如下：

总结可知，上述四种导风结构的定向送风效果、避免送风直吹地板、送风距离均优于常规导风结构；

其中，导风结构①满足3个约束条件，且送风距离最远、基本不贴地。对比导风结构①，导风结构②减少了流道数量，控制减小出风阻力、缩短送风距离，但是其不满足第3约束条件，出现明显送风吹地现象。

在满足3个约束条件的情况下，导风结构③通过同时减小流道变截面比s、流道夹角ξ，保证送风不吹地，且出风阻力比导风结构①更小、风量更大；导风结构④通过进一步减小流道变截面比s，使导风只保证不吹地，同时出风阻力达到最小，相对导风结构③，送风距离更短，但是阻力也更小。

本发明的另一方面提供一种空调机组，包括上述的出风结构。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。