流動擴散機構的制作方法

專利名稱：流動擴散機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種流動擴散機構(flow spreading mechanism)，更具體地說，涉及一種用于冷凍機或空調器等的流動擴散機構，以便強化冷空氣或熱空氣的擴散。當然，這種流動擴散機構不限于用在冷凍機或空調器上，還可用于強化具有流出口的任何種類的設備或系統等的排出流(dischargedflow)的擴散。
背景技術：
一般說來，傳統的用于電冰箱或空調器中的流出口大多是一端簡單地敞開的簡易管道狀(simple-ducted)出口。有時，在電冰箱或空調器內安裝有可轉動的調風裝置，以隨時改變出口的流體排出方向。
但是，這種傳統的流出口存在如下問題。
首先，在簡易管道狀出口的情況下，流體只以預定的方向排出，所以由流動引起的熱傳遞只發生在局部區域，并且流體很難擴散到流體正常排出的流程(flow path)之外。結果，只能對局部進行供冷或供熱。由于無法預期在整個空間形成均勻的溫度分布，所以不能有效地優化供冷或供熱過程。
其次，在使用可轉動的調風裝置的情況下，可以如下方式進行循環往復運動，即，借助于電機等調風裝置可在預定角度內自動運動。在這種情況下，可轉動的調風裝置不斷改變流體的排出方向，以使流體較均勻地擴散并使由流動引起的熱傳遞遍布所有區域。但是，可轉動的調風裝置的安裝需要額外的高額費用，并增加了維修費用。同時，即使裝有可轉動的調風裝置，在調風裝置運行的范圍之外很難發生流體擴散和由流動引起的熱傳遞。因此，傳統的流動擴散機構具有不能充分進行均勻的熱傳遞的局限性。

發明內容
據此，本發明旨在提供一種流動擴散機構，它基本上可避免由于現有技術的局限性和缺陷造成的問題。
本發明的一個目的是提供一種流動擴散機構，以使從出口排出的流體沿流動的上、下和/或左、右方向擴散到更廣闊的空間。
本發明的另一目的是提供一種流動擴散機構，它能使從出口排出的流體擴散，并使由于流體流動引起的熱傳遞甚至能達到那些因出口的尺寸和形狀或為出口而設置的調風裝置的偏差造成的局限性而使流體不能直接達到的地方。
在下面的描述中將列舉出本發明的其它特征和優點，這些特征和優點中的一部分可從說明書中明顯得知，或可從本發明的實施中得到啟示。本發明的所述目的和其它優點可通過說明書的文字部分、權利要求書及附圖中具體給出的結構實現和完成。
為了實現本發明的這些和其它優點，根據本發明的目的，作為具體和概括的描述，本流動擴散機構可包括至少一個入口，流體通過該入口被引入；流動分離裝置，其用于將通過至少一個入口引入的流體流分成至少兩股流體流；及出口，其用于排放由流動分離裝置分離的至少兩股流體流中的至少兩股，隨后再將它們匯流到一起。
此外，在靠近出口處形成復合渦系(complex vortices)，因而使通過出口排出的流體流搖擺地流動(swings while proceeding)。
為了進一步獲得這些和其它優點，根據本發明的目的，該流動擴散機構被構成為將出口設置在一空間內，在該空間內的預定部位設置至少一個凹槽，該凹槽包括用于將空間內的流體排放到外部的開口。
可理解到，上面的概述和下面的詳細描述都只是示例性和解釋性的，旨在進一步說明所要求保護的本發明。


提供對本發明的進一步理解并構成說明書一部分的附圖示出了本發明的實施方式，這些附圖與說明書的文字部分一起用于解釋本發明的原理。附圖中圖1A至1C是本發明第一實施方式及其變型的流動擴散機構的示意圖；圖2A至2K是本發明第二實施方式及其變型的流動擴散機構的示意圖；圖3和4是本發明第三和第四實施方式的流動擴散機構的示意圖；圖5A和5B的照片分別示出了從傳統的簡易管道狀出口和從本發明第四實施方式的流動擴散機構排出的流體運動的實驗結果；圖6A和6B分別示出了傳統的簡易管道狀出口與本發明第四實施方式的內部安裝有出口的空間內的流動場模擬結果；圖7是本發明第五實施方式的流動擴散機構的示意圖。
具體實施例方式
現在參照附圖所示的實例詳細描述本發明的優選實施方式。
圖1A是本發明第一實施方式的流動擴散機構的示意圖。
參照圖1A，本發明第一實施方式的流動擴散機構包括兩根管道10，每一管道都有一個入口20，這兩根管道相交于一點；及一出口30，它形成在兩根管道的相交點處。兩根管道作為一個整體大體呈U字形。
參照圖1A說明本發明第一實施方式的流動擴散機構。通過入口20引入并沿各管道10流動的流體就在通過出口30排出之前相互碰撞，從而形成非穩定狀態的混沌流(chaos flow)。這種混沌流包括多個大、小渦系，因此通過出口30流出的流體左右搖擺(swings)，從而使流動沿左右方向擴散。
若通過兩根管道10的各股流體的流動速率相同，本實施方式的流動擴散效果可達到最佳，這意味著，若將兩根管道10制造成形狀和尺寸相同或至少使它們的流程的橫截面積相同時，通過兩根管道10流動的各股流體的流速是相同的。當通過兩根管道10的流體速率不相同而且差異較大時，通過出口30排出的流體的流動狀態取決于流速較大的流體的流動狀態。因此，兩股流之間的相互作用較弱，因而使排出的流體流動較柔弱，或幾乎不擺動(vibrated)。
圖1B和1C的視圖示出了圖1A的第一實施方式的改型，兩根管道10整體上分別為直線形和V字形。
同時，雖然在圖1A至1C的實施方式中，兩根管道各自具有入口，但具有一個共同入口的兩根管道基本上也能以相同的方式工作，且可獲得大體相同的效果。
圖2A是本發明第二實施方式的流動擴散機構的示意圖。
參照圖2A，本實施方式的流動擴散機構包括具有入口200和出口300的管道100及設置在管道100內并在其內形成兩條分離的流程的鈍體110。在該附圖所示的實施方式中，鈍體110由垂直于流線安裝的板構成，盡管在鈍體110的左右只延伸較短的距離，仍能形成兩條分離的流程。
參照圖2A，本發明第二實施方式的流動擴散機構的工作過程如下。在本實施方式中，與第一實施方式不同，考慮利用鈍體110將一股流臨時分離成兩股流、再將分離的流程匯合成一條流程時，沿兩條分離的流程流動的流體的碰撞很難產生渦系。但是，由于鈍體110的存在，形成在鈍體110表面的流動邊界層形成相反的壓力梯度，借此使通過管道100流動的流體在鈍體110的某一點處分離。結果可在分離點之后形成渦系，而且通過形成在鈍體110的兩后側115處的渦系可使流體在流動的過程中搖擺。換句話說，在鈍體110的兩后側115基本上可形成兩個渦系；雖然具有由流體的引入流速和鈍體110的形狀和尺寸確定的恒定頻率，但這兩個渦系的大小和強度是可變的；于是排出流可在流動過程中左右搖擺。
可將鈍體構成為只在管道的一部分形成分離的流程，或沿管道的較長部分設置鈍體。但是，對于本發明的目的來說，更優選的是在管道的一部分內形成分離的流程就足夠了。同時，為了獲得利用兩個渦系之間的干擾和流動過程中的搖擺產生的流動的最大流體擴散效果，優選將出口正好設置在兩個渦系之間出現干擾的那點之后。換句話說，優選將管道的出口設置在鄰近由鈍體110形成的兩條分離的流程相匯合之處。
在鈍體按上述方式設置在管道內的情況下，流動阻力比簡易管道狀出口的流動阻力大數倍，所以，能量損失增大。因此，必須選擇具有較小阻力系數的形狀的鈍體。
圖2B至2K是圖2所示的第二實施方式的不同變型，圖中示出了使用不同橫截面形狀的鈍體的本發明的流動擴散機構。
圖2B至2I所示的鈍體具有銳利邊緣，由于不管流動的邊界層的特性如何都發生分離，也就是說不管在鈍體的表面上產生層流/紊流邊界層都形成分離流，這些鈍體在雷諾數約為104以上時通常具有恒定的阻力系數，就像圖2A所示的板那樣。眾所周知，垂直于圖2A所示流動方向的板的阻力系數為2.0，而圖2B所示的橫截面為矩形、安裝時使一側垂直于流動方向的鈍體也具有2.0的阻力系數。但是，鈍體越接近于流線形，其阻力系數越小。在圖2C、2D、2F、2H所示的鈍體的阻力系數分別為1.50、1.40、1.20、1.20。鈍體的橫截面為圖2J和2K所示的圓形和橢圓形的情況下，阻力系數可根據流動邊界層是層流邊界層還是紊流邊界層改變。即使在形成層流邊界層的情況下，阻力系數通常小于上述值，而在形成紊流邊界層的情況下，阻力系數可能遠小于上述值。所以，通過在鈍體的表面上形成多個小突起或凹坑，阻力系數可減小到很小的值。
圖3是本發明第三實施方式的流動擴散機構的示意圖。
參照圖3，在本實施方式中，管道100的出口300的端部120向內彎曲，以使從鈍體110兩側旁流過的兩股流改變其方向并正好在通過出口300排出之前相互碰撞。本發明使用一塊板作為鈍體，當然也可使用在第二實施方式中提到的任何形狀的鈍體。此外，在本實施方式中，將管道100的端部120構成為使從鈍體的兩側113旁通過的兩股流沿一直線相互面對，然后彼此碰撞，當然也可將管道100的端部120制成為使得所述兩股流以一預定角而不是以180度相互碰撞。
按照本實施方式，通過使從鈍體110的兩側113旁通過并在鈍體110的兩后側115形成渦系的兩股流相互碰撞可增大排出流的搖擺，因而可形成較強的渦系。
圖4是本發明第四實施方式的流動擴散機構的示意圖，它是第三實施方式的改進。
參照圖4，流動擴散機構是這樣構成的使正好在出口300之前的流程比圖3所示的實施方式中將鈍體110放置在靠近出口300處旁流過鈍體110兩側113的流程窄。在圖4所示的實施方式中，與入口200相通的管道100具有這樣的結構它的寬度從正好在鈍體110所處位置之前擴大，以形成頸部130，當然它也可具有如圖3所示的恒定寬度。
按照本實施方式，從鈍體110的兩側113至正好在出口300之前的位置的流程的作用有點象噴嘴，從而使流過分離的流程的各流體加速流動并形成兩股噴射流。與第三實施方式相同，這兩股射流沿直線或以預定角度相互碰撞，以使正好在出口300之前的部分310中的流體的靜壓超過大氣壓并形成非穩定狀態的流動。與因分離而形成的渦系相結合，在鈍體110的兩后側115可形成兩個更強的渦系。這兩個渦系在大小和強度上是變化的，其變化的頻率由引入流的速度和板的厚度決定，這樣就使靜壓發生改變。結果，流體可以恒定頻率在通過出口300排出的流動過程中左右搖擺。
圖5A和5B的照片示出了從傳統的簡易管道狀出口和本發明的流動擴散機構獲得的排出流體的情況。與圖5A和5B中只示出了出口附近的情況不同，圖6A和6B分別示出了傳統的簡易管道狀出口和本實施方式的流動擴散機構在安裝有出口的空間內的流動場模擬結果。應注意到，圖6A和6B所示的流動場適合于包括后面將描述的本發明第五實施方式中的凹槽的結構。
對離開出口300某位置處的流體的擴散寬度進行測量直到其為沿排出流體的運動方向上的出口寬度的3.5倍、即對具有高于排出流的穩定狀態速度的速度的流體的寬度進行測量，結果，與使用簡易管道狀出口的情況相比，寬度增大了30-60％。此外，其結果表明，雷諾數的增大使流體的擴散寬度增大，同時增加速率可降低所述的一定的雷諾數(大約1400)。
同時，為了獲得最佳結果，優選使頸部130前的管道100的寬度D0、板110的寬度D和出口300的寬度D2全都相同，而且使頸部130之后的管道100的長度H2和頸部130之后的管道100的寬度D3分別為頸部130前的管道100的寬度D0的1至1.5倍和2至2.5倍。另外，優選使板110和出口300之間的長度H1約為頸部130前的管道100的寬度D0的0.5倍。
從上述第一至第四實施方式的流動擴散機構的出口排出并在流動過程中搖擺的流體擴散遍及的區域比在傳統簡易管道狀出口流出的情況更寬，但在安裝了流動擴散機構的空間與流體搖擺的空間相比大得多的情況下，流體不能擴散到整個空間。必須采用一種輔助結構來使流動的擴散超過搖擺寬度或區域，這樣，就可將熱量傳遞到整個空間。
圖7所示的本發明第五實施方式的流動擴散機構借助于在第一至第四實施方式的結構基礎上增加了另一部件而改善了排出流體的擴散。
參照圖7，在安裝了本發明第一至第四實施方式的流動擴散機構的空間500內還安裝了兩個凹槽400，這兩個凹槽在橫向于通過出口300排出的流體的運動方向的直線上相互面對地設置，而且這兩個凹槽400包括開口。可設置一個以上的出口300，和/或可安裝一個或兩個以上的凹槽400，以使流體擴散更均勻，并使空間500內最終的熱傳遞更均勻。在出口300設置在空間500的一個壁的中部的情況下，為了實現均勻的熱傳遞，優選將一對凹槽400相互面對地設置在橫向于通過出口300排出的流體的運動方向的直線上，如圖7所示。
下面參照圖7描述本實施方式的工作過程。從出口300排出的、大體上沿直線左右搖擺地前進的流體撞擊另一側的壁510，并沿該壁運動，再次撞擊壁角520，然后以與排出方向相反的方向沿壁530運動。在沒有凹槽400的情況下，由于流體兩次撞擊壁而使能量損失，且由于空間內的與空氣壓力相反的阻力，使流動不能完全擴散到整個空間而將在中途消失。但是，由于有凹槽400，空間內的空氣可通過凹槽400被驅出(dispelled out)，從而使空氣的流動阻力變弱，并且即使流體兩次撞擊壁，流體也能朝凹槽400運動并通過凹槽排出。因此，在整個空間的所有通路上都能實現均勻的熱傳遞。
在圖4所示的流動擴散機構與凹槽的混合結構中，凹槽開口的寬度最好與圖4所示的板110的寬度D相同，以達到最佳效果。
工業實用性按照本發明的流動擴散機構，在流動過程中，通過出口的排出流可上、下或左、右搖擺，從而增強了流動的擴散，并可使熱量的傳遞遍及比使用簡易管道狀出口的情況更寬廣的空間。所以，利用本流動擴散機構排出冷氣流或熱氣流可獲得更均勻的溫度分布。同時，利用包括具有一個開口的凹槽(一個或多個)的流動擴散機構流體能更均勻地擴散，甚至能擴散到即使搖擺地流動也難以通過流動而進行熱傳遞的那些部分，因此提高了溫度的均勻性。這樣就解決了由于冰箱內的不均勻的供冷造成的局部凍結或冷藏保存效果差的問題。另外，在將空調器或空調系統安裝在多個室內的情況下，可實現均勻的供冷或供暖，進而可提供更舒適的環境條件。同時，本發明也可應用在熱交換器上。
雖然上面已參照優選實施方式描述和示出了本發明，顯然，對于本領域技術人員來說，在不超出本發明構思和范圍的前提下可進行各種改型和變換。因此，本發明應涵蓋在所附權利要求及其等同物的范圍內的那些改型和變換。
權利要求
1.一種流動擴散機構，包括至少一個入口，流體流通過所述入口被引入；一流動分離裝置，其用于將通過所述至少一個入口被引入的流體流分離成至少兩股流體流；一出口，其用于排出被所述流動分離裝置分離的至少兩股流體流中的至少兩股，隨后再將它們匯流到一起，其中，在靠近所述出口處形成復合渦系，因而使通過所述出口排出的所述流體流搖擺地流動，其中，所述出口被設置在一空間內；所述流動擴散機構還包括至少一個被安裝在所述空間內的預定部位的凹槽，該凹槽包括用于將所述空間內的流體排放到外部的開口。
2.按照權利要求1所述的流動擴散機構，其中，所述至少一個凹槽的數量是偶數，每對所述凹槽相互面對地被安裝在橫向于通過所述出口排出的流體的運動方向的直線上。
3.按照權利要求1所述的流動擴散機構，其中，所述開口的寬度與所述板的寬度相同。
4.一種熱交換器，其包括如權利要求1至3中任一項所述的流動擴散機構。
5.一種冰箱，其包括如權利要求1至3中任一項所述的流動擴散機構。
6.一種空調器，其包括如權利要求1至3中任一項所述的流動擴散機構。
全文摘要
本發明涉及一種流動擴散機構，具體地說，涉及一種用于冰箱或空調器的流動擴散機構，以便強化冷空氣或熱空氣的擴散。為了實現所述目的，本發明包括至少一個入口(200)，流體流通過該入口被引入；將通過至少一個入口(200)被引入的流體流分成至少兩股分離的流體流的流動分離裝置(110)；及出口(300)，通過該出口使被流動分離裝置分離的至少兩股流體流中的至少兩股排出，隨后再將它們匯流到一起，借此在靠近出口處形成使流出出口的流體搖擺的復合渦系。與現有的簡易管道狀出口相比，本發明的流動擴散機構可使冰箱或空調器的溫度分布更均勻。
文檔編號F24F13/04GK101033765SQ20071010123
公開日2007年9月12日 申請日期2002年12月3日 優先權日2002年12月3日
發明者李成華, 嚴允燮 申請人:Lg電子株式會社