空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分的製作方法

2023-04-26 12:51:26 4

專利名稱：空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分的製作方法
技術領域：
本發明涉及在空氣調節系統中採用的風扇陣列風扇部分。
背景技術：
空氣調節系統(也稱之為空氣調節器)傳統上用於調節大廈或房間(也 稱之為"建築物")。空氣調節系統定義為包括部件的結構，這些部件設計 為一起工作，以作為用於使結構通風的主系統的部分調節空氣。空氣調節 系統可包括例如冷卻盤管、加熱盤管、過濾器、增溼器、風扇、減音器、 控制器、和用於滿足結構需要的其它裝置。空氣調節系統可在工廠中製造， 並被運輸至待安裝的建築物，或可使用必需的裝置將它建在合適位置上， 以滿足建築物的功能需要。空氣調節系統的空氣調節室102包括在風扇進 氣錐104之前的進氣室112和排氣室110。在空氣調節室102內設置風扇
單元IOO (在圖1和2中以進氣錐104、風扇106、和電機108示出)、風 扇框架、和與風扇功能相關的任何附件(例如，減震器、控制器、安裝裝 置、以及相關室(cabinetry))。在風扇106內是具有至少一個葉片的扇輪 (未示出)。扇輪具有從扇輪的外周緣的一側到扇輪的外周緣的相對側測 量的扇輪直徑。通過諮詢風扇製造商所選擇的風扇類型，確定例如高度、 寬度、空氣道長度等處理室102的尺寸。
圖1示出示例性現有技術空氣調節系統,其具有容納在空氣調節室102 中的單個風扇單元100。為了示例性目的，示出具有進氣錐104、風扇106、 和電機108的風扇單元100。較大建築物、要求更大的空氣體積的建築物、 或要求較高或較低溫度的建築物通常需要較大風扇單元100和通常相應的 較大空氣調節室102。
如圖1中所示，空氣調節室102大體上分成排氣室IIO和進氣室112。 將組合的排氣室110和進氣室112稱為空氣道路徑120。風扇單元100可 設置在排氣室110中(如所示出的)、進氣室112中、或部分在進氣室112 內和部分在排氣室110內。其中設置風扇單元100的空氣道路徑120的部 分可一般稱為"風扇部分"(用附圖標記114表示)。進氣錐104的尺寸、 風扇106的尺寸、電機108的尺寸、和扇框架(未示出)的尺寸至少部分 確定空氣道路徑120的長度。可將過濾器組122和/或冷卻盤管(未示出) 添加到系統中風扇單元100的上遊或下遊。
例如，要求六(6)英寸水錶壓每分鐘50，000立方英尺氣流的第一示 例性結構通常要求現有技術空氣調節室102大得足夠容納55英寸葉輪、 100馬力電機、和支撐框架。現有技術空氣調節室102約為92英寸高、114 至117英寸寬、和106至112英寸長。空氣調節室102和/或空氣道路徑 120的最小長度由用於給定風扇類型、電機尺寸、和應用的出版的製造商 數據規定。現有技術室尺寸指南示出用於配置空氣調節室103的示例性規 則。這些規則基於最優化、調整、和試驗。
例如，第二示例性結構包括用在半導體和製藥淨化室中的再循環空氣 調節器，要求兩(2)英寸水錶壓每分鐘26,000立方英尺氣流。這種結構 通常要求現有技術空氣系統具有大得足夠容納44英寸葉輪、25馬力電機、 和支撐框架的空氣調節室102。現有技術空氣調節室102約為78英寸高、 100英寸長。空氣調節室102和/或空氣道路徑120的 最小長度由用於給定風扇類型、電機尺寸、和應用的出版的製造商數據規 定。現有技術室尺寸指南示出用於配置空氣調節室103的示例性規則。這 些規則基於最優化、調整、和試驗。這些現有技術空氣調節系統具有許多問題，包括以下示例性問題 由於不動產(例如建築物空間)非常昂貴，所以空氣調節室102的 較大尺寸是非常不理想的。 單個風扇單元100生產昂貴，且通常對於每項工作定製生產。 單個風扇單元100運行昂貴。 單個風扇單元100是效率低的，因為它們僅在其工作範圍的小部分 上具有最優或峰值效率。 如果單個風扇單元100故障，則不再能進行空氣調節。 大風扇單元100的低頻聲音難以衰減。 大風扇單元100的高質量和高湍流可造成不想要的震動。高度限制已經使得使用結構有彼此靠近水平設置的兩個風扇單元100 的空氣調節系統成為必要。然而，應指出，良好的工程實踐是將空氣調節 室和排氣室IIO設計為對稱的，以便於跨過所述空氣調節室的寬度和高度 的氣流更均勻。已經使用存在高度限制的雙風扇單元100，且以高的高寬 比設計所述單元，以容納想要的流量。如Greenheck的"Installation Operating and Maintenance Manual"中所示的，如果想要並排安裝，則存在特定指示 來安排這些風扇，以便存在扇輪之間的至少一個扇輪直徑間隙和風扇和壁 或屋頂之間至少一個扇輪直徑的一半。Greenheck參考甚至特別表述了 "with less spacing will experience performance losses"的布置。通常，將空 氣調節系統和空氣調節室102設計為在氣流方向上具有每分鐘500英尺的 勻速速度梯度的流量。然而，具有雙風扇單元100的空氣調節系統仍大體 上具有單風扇實施例的問題。通過將風扇單元100的數量從一個提高到兩 個，沒有發現優點。並且，雙風扇單元100部分在緊跟在風扇單元100之 後的區域中呈現出不均勻的速度梯度，這使得經過過濾器、盤管、和減音 器的氣流不均勻。應指出，電氣裝置具有多風扇冷卻系統的優點。例如，Bonet的美國
專利No.6，414，845使用用於安裝在多部件隔室(bay)電子裝置中的多風 扇模塊化冷卻部件。儘管在Bonet系統中實現的一些優點將在本系統中實 現，但存在顯著不同。例如，Bonet系統設計為通過指引來自每個風扇的 輸出到特定裝置或區域，便於電子器件冷卻。Bonet系統將不用於在通常 的氣流方向上指引氣流到所有裝置。例如Simon的美國專利No.4,767，262 和EIGhobashy等人的美國專利No.6,388，880等其它專利講述了與電子器件一起使用的風扇陣列。然而，即使在計算機和機器工業中，講述了除了風扇在接近自由傳送 的低系統阻力情形下外，並行的工作風扇並不提供理想的結果。例如， Sunon Group具有這樣的網頁，其中它們示出並行工作的雙軸風扇，但是 特別表述了如果"並行風扇"應用於較高系統阻力，則外殼在形成並行 風扇操作的流量上具有較少增加。反對使用並行風扇的類似實例可從 HighBeam Reach's library (http:y7stati.highbeam.com ) f尋至U的文章禾口 lan McLeod在http:〃papstplc.com得到的文章中找到。發明內容本發明涉及空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分。所述風扇陣列風扇 部分包括排列在扇陣列中的多個風扇單元。每一個風扇單元位於風扇單元 室/小室(cell)內。每一個風扇單元室/小室具有至少一個吸音隔離表面。 風扇單元室/小室的隔離表面一起形成共面消音器。來自風扇單元的通過隔 離表面的音波當它們通過隔離表面時至少被部分地消耗。在一個優選實施 例中，風扇單元室/小室是具有支撐隔離表面的框架的小室。本發明也涉及在包括排列在風扇陣列中並且位於空氣調節室內的多 個風扇單元的空氣調節系統內的風扇陣列風扇部分。 一個優選的實施例可 以包括被編程為以峰值效率操縱多個風扇單元的陣列控制器。多個風扇單 元可以實陣列(a true array)構造、間隔開的圖形(a spaced pattern array)陣列 構造、跳棋盤陣列(a checker board array)構造、行稍微偏離的陣列(rows slightly offset array)構造、列稍微偏離的陣列(columns slightly offset array) 構造、或交錯陣列(a staggered array)構造排列。考慮到下述結合附圖對本發明作出的詳細描述，將更容易理解本發明
的前述和其它目的、特性、和優點。


圖1是在空氣調節室內具有單個大風扇單元的示例性現有技術空氣調節系統的側視圖；圖2是示例性現有技術的大風扇單元的透視圖；圖3是在空氣調節室內具有多個小風扇單元的本發明的空氣調節系統 中的示例性風扇陣列風扇部分的側視圖；圖4是在空氣調節室內具有多個小風扇單元的本發明的空氣調節系統 中的4x6示例性風扇陣列風扇部分的平面圖或正視圖；圖5是在空氣調節室內具有多個小風扇單元的本發明的空氣調節系統 中的5x5示例性風扇陣列風扇部分的平面圖或正視圖；圖6是在空氣調節室內具有多個小風扇單元的本發明的空氣調節系統 中的3x4示例性風扇陣列風扇部分的平面圖或正視圖；圖7是在空氣調節室內具有多個小風扇單元的本發明的空氣調節系統 中的3x3示例性風扇陣列風扇部分的平面圖或正視圖；圖8是在空氣調節室內具有多個小風扇單元的本發明的空氣調節系統 中的3W示例性風扇陣列風扇部分的平面圖或正視圖；圖9是本發明的空氣調節系統中的可選示例性風扇陣列風扇部分的平 面圖或正視圖，其中多個小風扇單元以間隔開的圖形陣列排列在空氣調節 室內；圖10是本發明的空氣調節系統中的可選示例性風扇陣列風扇部分的 平面圖或正視圖，其中多個小風扇單元以跳棋盤陣列排列在空氣調節室 內；圖11是本發明的空氣調節系統中的可選示例性風扇陣列風扇部分的 平面圖或正視圖，其中多個小風扇單元以行稍微偏離的陣列排列在空氣調 節室內；圖12是本發明的空氣調節系統中的可選示例性風扇陣列風扇部分的 平面圖或正視圖，其中多個小風扇單元以列稍微偏離的陣列排列在空氣調 節室內；圖13是本發明的空氣調節系統中的5x5示例性風扇陣列風扇部分的 平面圖或正視圖，其通過打開部分風扇和關閉部分風扇以52%的容量運 行；圖14是本發明的空氣調節系統中的5x5示例性風扇陣列風扇部分的 平面圖或正視圖，其通過打開部分風扇和關閉部分風扇以32%的容量運 行；圖15是本發明的空氣調節系統中的可選示例性風扇陣列風扇部分的 側視圖，其在空氣調節室內具有多個交錯的小風扇單元；圖16是示例性風扇陣列的透視圖，所述示例性風扇陣列使用風扇單元 安裝在其內的網格系統；圖17是示例性風扇陣列的透視圖，所述示例性風扇陣列使用網格系統 或模塊化單元，網格系統或模塊化單元中的每一個包括安裝在其自身的風 扇單元室內的風扇單元；圖18是具有由吸音材料製成的內部表面的示例性隔離網格陣列系統或模塊化單元系統的橫截面；圖19 —23是具有由吸音材料製成的內部表面的示例性隔離網格陣列 系統或模塊化單元系統的橫截面，顯示了音波作用(sound wave reaction);圖24是圖示音波消除原理的波形圖；和圖25是阻尼器的示例性陣列的透視圖，所述阻尼器可以位於風扇單元 的前面或後面。
具體實施方式
本發明涉及空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分。如圖3至12所示， 空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分使用多個單獨的單個風扇單元200。 在一個優選實施例中，風扇單元200以實陣列(圖3—7)排列，但可選實 施例可包括可選排列，諸如間隔開的圖形陣列(圖9)、跳棋盤陣列(圖 10)、行稍微偏離陣列(圖ll)、或列稍微偏離陣列(圖12)。由於本發明可以用實陣列和/或可選陣列實施，術語"陣列"的含義是廣泛的。本發明的扇陣列中的風扇單元200可以隔開小至20%的扇輪直徑。靠近布置的陣列的理想工作條件是距離為30%至60%的扇輪直徑。通過緊
密地間隔風扇單元200，更多的空氣可進入更小的空間。例如，如果風扇 單元200的扇輪具有20英寸的扇輪直徑，在一個扇輪的外周和鄰近扇輪 的外周之間僅需要4英寸的空間(20%)(或者在扇輪的外周和鄰近的壁 或內頂板之間2英寸空間)。通過使用更小的風扇單元200，可以用更少的插入結構(扇框架)支 撐風扇單元200。這可以與支撐現有技術風扇單元100的起到基體作用的 較大扇框架進行比較。較大的扇框架必須足夠大和堅固以支撐現有技術風 扇單元100的整個重量。由於它們的尺寸和位置的原因，已知扇框架幹擾 氣流。在優選實施例中，因此，扇陣列的風扇單元200由支撐電機108的 對氣流具有最小摩擦力的框架支撐。正如在背景技術部分提到的，有人已經嘗試使用彼此相鄰水平布置在 空氣調節系統中的兩個風扇單元100的並排安裝。正如同樣在背景技術部 分提到的，風扇陣列己經在電子和計算機組件中得到使用。然而，在空氣 調節系統領域，在水平布置的扇輪之間總是必須具有較大的間隔，具有較 小間隔的結構是昂貴的，且有性能受損。單個大風扇將所有空氣送入機殼 (cabinet)。使用兩個相同的或稍微小一些的風扇引起一個風扇產生的空 氣對其他風扇產生的空氣的幹擾。為了解決幹擾問題，風扇不得不在特定 引導線中隔開，通常在風扇之間提供至少一個輪徑的距離的空閒間隔(和 輪逕到相鄰壁的一半)。根據這一邏輯，將不能增加更多的風扇。即使已 經增加額外的風扇，風扇之間的空間將繼續保持至少一個輪徑。另外，在 空氣調節系統領域，垂直堆疊風扇單元是不可思議的，原因在於，用於固 定風扇單元的工具不會有助於這樣的堆疊(它們僅被設計為位於底板上)。應指出，送風扇是本發明的優選風扇單元200。特別的，已知有Twin City Fan Companies, Ltd. of Minneapolis, Minnesota, U.S.製造的工作良好的 APF-121、 APF-141、 APF-161、以及APF-181送風扇。送風扇工作良好的 原因在於它們不產生諸如由軸式風扇和殼體離心風扇以及大離心風扇產 生的高速率點。可選實施例可使用在氣流方向不產生高速率梯度的將要開 發的風扇單元。其它實施例，雖然低效，也可以使用諸如在氣流方向具有 高速率點的軸式風扇和/或離心殼式風扇。在優選實施例中，通過陣列控制器300 (圖13和14)控制空氣調節 系統中的風扇陣列風扇部分中的每個風扇單元200。在一個優選實施例中， 陣列控制器300可被編程以使風扇單元200在峰值效率運行。在這一峰值 效率實施例中，不是以減小的效率運行所有風扇單元200，陣列控制器300 關閉某些風扇單元200並使剩餘的風扇單元200在峰值效率運行。在可選 實施例中，風扇單元200可以全部運行在相同的運行功率水平(例如，效 率和/或流量)。本發明的另一優點在於用於控制扇速並從而控制速率和壓力的陣列 控制器300 (可以是可變頻率驅動(variable frequency drive, VFD))可以 適用於空氣調節系統的風扇陣列風扇部分的制動馬力。由於扇壁陣列的效 率可在較大的流量和壓力範圍內優化，扇陣列消耗的實際工作功率大體小 於對比的現有技術空氣調節系統消耗的實際工作功率，且陣列控制器的功 率可相應降低。在傳統設計的控制器(已經具有可變頻率驅動)可適於根 據電氣規程要求的電機最高銘牌額定功率的情況下，陣列控制器300可適 於扇陣列的功率消耗。提供2.5英寸空氣壓力的每分鐘50,000立方英寸的 現有技術風扇設計的一個實例，將需要50馬力的電機和50馬力的控制器。 本發明優選使用十四個2馬力電機陣列和一個30馬力的陣列控制器300。本發明解決了現有技術中包括但不限於不動產的空氣調節系統的很 多問題減少的製造成本、減少的工作成本、增加的效率、改善的氣流均 勻性、冗餘度、良好的衰減效果、以及降低的振動。控制能力如所提到的，優選通過被編程以使風扇單元200在峰值效率運行的陣 列控制器300 (圖12和13)控制空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分中 的每個風扇單元200。在這一峰值效率實施例中，不是以減小的效率運行 所有風扇單元200，陣列控制器300能夠關閉某些風扇單元200並使剩餘 的風扇單元200在峰值效率運行。優選地，陣列控制器300能夠以預定的 組和/或整體作為一個組單獨控制風扇單元200。例如，在諸如圖5、 13、和14所示出的5X5的陣列中，希望控制陣 列的人可以選擇想要的空氣量、氣流等級、氣流模式、和/或運行的風扇單 元200的數量。首先來看空氣量，5X5陣列中的每個風扇單元200均貢獻 整個空氣的4%。在可變空氣量系統(這是大多數結構所具有的)中，僅
有數個需要滿足需求的扇陣列300運行。控制系統(可以包括陣列控制器 300)可用於分別使風扇單元200聯機(online)("開啟"風扇單元200) 和脫機(offline)("關閉"風扇單元200)。開關風扇單元200的能力可有 效地消除可變頻率驅動的需求。同樣，5X5陣列中的每個風扇單元200 均使用整個功率的4%並產生氣流等級的4%。使用控制系統使風扇單元 200聯機和脫機使用戶能夠控制功率用量和/或氣流。如果需要，可以控制 氣流的模式。例如，根據系統，可以採取氣流僅圍繞機殼的邊緣或僅在頂 部有空氣的模式。最後，單個風扇單元200可被聯機和脫機。在一個或多 個風扇單元200工作出問題時，需要維護(例如需要常規服務)時，和/ 或需要更換時，這種控制能力是有利的。有問題的單個風扇單元200可以 脫機，而系統的剩餘部分保持全功能。 一旦單個的風扇單元200可使用， 它們將回到聯機狀態。當大廈或建築物控制系統需要具有較高壓力的低空氣量時，體現出開 啟或關閉風扇單元200的進一步優點。在這種情況下，風扇單元200可被模塊化以產生穩定的工作點並消除有時使使用者和維護人員煩惱的湧浪 效應(surge effect)。湧浪效應是對於給定量的扇速度來說系統壓力太高且 風扇單元200具有進入失速(stall)的可能性。控制能力的實例在圖13和14中示出。在圖13示出的空氣調節系統 中的風扇陣列風扇部分中，陣列控制器300可以以所示出的第一示例模式 開啟風扇單元200並關閉風扇單元200，使得整個系統被設置為以52%的 最大額定氣流工作，但僅消耗整個額定功率的32%。這些數字基於結構中 的示例性典型扇操作。圖14示出了空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分 設置為在32%的最大額定氣流工作，但僅消耗整個額定功率的17。％。這 些數字基於結構中的示例性典型扇操作。在這一實施例中，陣列控制器300 創建如示出的關閉風扇單元200和開啟風扇單元200的第二示例模式。不動產本發明的空氣調節部分220中的風扇陣列風扇部分優選使用比空氣調 節系統中的現有技術排氣室(dischargeplenum) 120更少(60%到80%) 的不動產(其中標號100為如圖1中所示的現有技術，標號200為如圖2 中所示的本發明)。對比現有技術(圖1)，本發明(圖3)示出縮短通風
道120、 220的圖形展示。這裡有很多原因使用多個小風扇單元200可 減小通風道120、 220的長度。例如，減小風扇單元100、 200和電機108、 208的尺寸減小了排氣室110、 210的長度。相似地，減小進氣錐104、 204 的尺寸減小了進氣室112、 212的長度。排氣室IIO、 210的長度同樣被減 小，原因在於來自本發明的空氣調節系統的風扇陣列風扇部分的空氣基本 上是均勻的，而現有技術中的空氣調節系統具有較高空氣速率點並需要時 間和空間來混合，從而到空氣排出空氣調節室102、 202時氣流才是均勻 的。(這也可被描述為較高的靜態效率，其中本發明不再需要在現有技術 風扇系統的排放部的下遊設置裝置，因為很少需要或不再需要從高速率到 低速率的轉移)。與現有技術的空氣調節系統相比，空氣調節系統中的風 扇陣列風扇部分從進氣室212更均勻和更有效地吸入空氣，從而可減少進 氣室112、 212的長度。為了比較目的，使用在本發明的背景技術中闡述的第一示例性結構 (要求六(6)英寸水錶壓每分鐘50,000立方英尺氣流的結構)。使用所述 第一示例性結構，本發明的示例性實施例可由89英寸高160英寸寬30至 36英寸長的標稱排氣室212服務(如與現有技術實施例的106至112英寸 長相比的)。排氣室210包括例如圖6中所示的具有12個風扇單元200的 空氣調節系統中的3x4風扇陣列風扇部分。根據陣列構造，每個示例性風 扇單元200所需要的空間將是一邊約為24至30英寸的矩形立方體。通風 道路徑220為42至48英寸(如與現有技術實施例中的88至139英寸相 比的)。為了比較目的，使用在本發明的背景技術中闡述的第二示例性結構 (要求兩(2)英寸水錶壓每分鐘26,000立方英尺氣流的結構)。使用所述 第二示例性結構，本發明的示例性實施例可由84英寸高84英寸寬30至 36英寸長的標稱排氣室212服務(如與現有技術實施例的94至100英寸 長相比的)。排氣室包括(例如圖7中所示的)具有9個風扇單元200的 空氣調節系統中的3x3風扇陣列風扇部分。根據陣列構造，每個示例性風 扇單元200所需要的空間將是一邊約為24至30英寸的矩形立方體。通風 道路徑220為42至48英寸(如與現有技術實施例中的71至95英寸相比 的)。 降低的生產成本與用在現有技術空氣調節系統中的單個風扇單元100相比，在本發明的空氣調節系統中建立風扇陣列風扇部分通常是更節約成本的。成本節約部分是由於可大規模生產扇陣列的各個風扇單元200的事實。成本節約也 部分是由於製造較小的風扇單元200是較廉價的。儘管現有技術單個風扇 單元100通常為特定目的定製，但本發明可在單一類型的風扇單元200上 實現。在可選實施例中，可以存在幾個具有不同尺寸和/或功率(輸入和輸 出)的風扇單元200。不同的風扇單元200可用在單個空氣調節系統中或 每個空氣調節系統將僅具有一種類型的風扇單元200。即使在較小的風扇 單元200被定製時，製造用於特定工程的多風扇單元200的成本幾乎一直 比產生用於相同工程的單個大的現有技術風扇單元100的成本低。這是因 為產生較大部件的困難和/或獲得單個大的現有技術風扇單元100所必需 的較大部件的成本。這種成本節約也延伸到產生較小空氣調節室202的成 本。在本發明的一個優選實施例中，風扇單元200是模塊化的，使得所述 系統是"即插即用"。這種模塊化單元可通過包括用於在風扇單元200自 身外部上互鎖的結構實現。可選地，這種模塊化單元可通過使用用於互鎖 風扇單元200的單獨結構實現。在再一可選實施例中，這種模塊化單元可 通過使用其中可放置風扇單元200的網格系統實現。減少的運行費用與現有技術空氣調節系統相比，通過使用要求較低頻率噪音控制和對 氣流的靜態阻力較低的較小的高速風扇單元200，由於較大的控制靈活性 和對結構運行要求的精細調整，使得本發明的空氣調節系統中的風扇陣列 風扇部分優選運行較廉價。提高的效率與現有技術空氣調節系統相比，由於每個小風扇單元200能以峰值效 率運行，所以本發明的空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分優選更有效。 所述系統可以分別打開和關閉風扇單元200，以防止特定風扇單元200的 低效率使用。應指出，陣列控制器300可用於控制風扇單元200。如上所 闡述的，陣列控制器300關閉某些風扇單元200，並以峰值效率運行其餘
風扇單元200。 冗餘度多風扇單元200增加了系統的冗餘度。如果單個風扇單元200故障， 則仍將存在冷卻。陣列控制器300可考慮不能使用的風扇單元200，使得 冷卻或空氣流量沒有明顯的降低。這種特性在維護期間也是有用的，因為 陣列控制器300可關閉保持脫機的風扇單元200，而冷卻或空氣流量沒有 明顯的降低。下面討論的旁路特徵使用並提高了系統的冗餘度。消音優點與大風扇單元的低頻聲音相比，小風扇單元200的高頻聲音更容易衰 減。由於扇壁具有較少的低頻聲能，所以與由單個大風扇單元100產生的 低頻聲音相比，需要較短的廉價聲頻陷波器來衰減由多個小風扇單元200 產生的較高頻聲音。多個風扇單元200每個都工作，使得來自每個單元的 聲波將互相作用，以抵消特定頻率的聲音，從而產生比現有技術系統更安 靜的工作單元。減少的振動本發明的多風扇單元200具有質量較小的較小輪，且由於剩餘失衡產 生較少的力，從而造成比大風扇單元更小的振動。由於各個風扇往往由於 小的相差而互相抵消，所以多風風扇單元200的總振動將傳送較少能量給 結構。多風扇單元200的每個風扇單元200都管理總空氣調節要求的較小 百分比，因此在氣流中產生較少的湍流和產生相當少的振動。可選實施例如所述的，在本發明的一個優選實施例中，風扇單元200是模塊化的， 從而系統可以"即插即用"。這種模塊化單元可通過包括用於在風扇單元 200自身外部上互鎖的結構實現。可選地，這種模塊化單元可通過使用用 於互鎖風扇單元200的單獨結構實現。在再一可選實施例中，這種模塊化 單元可通過使用其中可放置風扇單元200的網格系統實現。圖16顯示了使用風扇單元200可以放置到其內的示例性網格系統230 的實施例。在此實施例中，網格可以位於和/或固定在空氣調節室202內。 風扇單元200可以位於網格開口內。此構造的一個優點在於可以容易地移 除、維修、和/或更換單個風扇單元200。此實施例使用示例性的單個電動
機安裝件232，所述安裝件232支撐電動機208且沒有幹擾圍繞其的空氣 流動。如所示的，此示例性電動機安裝件232具有圍繞風扇進氣錐204安 裝的多個臂。應指出，網格的尺寸是示例性的。在考慮到本發明中的風扇 單元200可以在風扇單元200之間間隔開小至扇輪直徑的20%的情況下構 造該網格。圖17顯示了使用網格系統或模塊化單元240的實施例，該網格系統 或模塊化單元240使用用於互鎖風扇單元200的單獨的結構(沒有示出)。 在此示例性實施例中，風扇單元200中的每一個安裝在其自身的風扇單元 室244內的更加傳統的電動機安裝件242上。在一個優選的實施例中，風 扇單元200和電動機安裝件242優選地懸掛在它們自身的風扇單元室244 內，從而在風扇單元200和電動機安裝件242的下面存在空氣釋放通道 246。此空氣釋放通道246易於改進圍繞風扇單元200的空氣流動。圖17中示出的風扇單元室244可以包括加襯有吸音材料或的一個或 更多內部表面或"隔離表面(insulating surfaces)" 248。相似地，圖18 — 23中示出的風扇單元小室244，可以包括由吸音材料製成的一個或更多內 部表面或"隔離表面"248。與表面不能緊鄰風扇單元200放置的傳統工 業的知識相反，本發明至少部分圍繞每一個風扇單元200放置一個或更多 隔離表面248，且沒有擾亂空氣流動。隔離表面248可以包括側面、頂面、 底面、前面或後面中的一個或更多。隔離材料的示例性類型包括但不限於 傳統的隔離板(例如由無機玻璃纖維(玻璃絲)單獨製成，或由無機玻璃 纖維與工廠用箔棉麻織物牛皮紙(foil-scrim-kraft) (FSK)襯面或廠用全保 養套(all service jacket) (ASJ)或可選的隔離材料例如開口泡沫塑料 一起製成，這披露在美國專利申請No.10/606435中，該美國專利申請 No.l0/606435轉讓給本申請的受讓人，並且其內容通過引用在此併入。同 時，風扇單元室/小室244、 244，的隔離表面248起到共面消音器(coplanar silencer)的作用。使用共面消音器的一些優點包括(1)沒有增加用於導 流板(splitter)的空氣通路長度，(2)沒有壓力下降，和/或(3)成本較 低。本實施例和其他實施例的聲學上的優點使得本發明非常適於在音樂 廳、講演廳、表演藝術中心、圖書館、醫院、和其他要求聲學敏感的設施 中使用。
圖18—23顯示了示例性的、由吸音材料製成的、隔離的網格系統或 模塊化單元系統內部表面或"隔離表面"248。在此實施例中，每 個風 扇單元小室244'優選地具有牢固的框架250，框架250支撐隔離表面248。 在一個優選的實施例中，框架將僅形成立方體形狀的風扇單元小室244， 的邊緣，且隔離表面248將形成立方體形狀的風扇單元小室244，的側面(例 如頂面、底面和/或側面)。在可選的優選實施例中，框架可以包括用於支 撐和/或加強的附加結構或支柱。同樣，風扇單元244'的隔離表面248起 到共面消音器的作用。這在圖19一23中圖解示出，其中當音波行進通過 隔離表面248時共面消音器(由隔離表面248形成)降低音波的作用。例 如，在圖19中，中心風扇單元200a在它自身的風扇單元小室244'中聲音 最大。當風扇的聲音徑向傳播時，當風扇的聲音通過圍繞的隔離表面248 時其至少被部分地消耗。這圖解地顯示為音波圓在中心風扇單元小室244' 處顏色最黑，而在周圍的風扇單元小室244'中的顏色更淡。結果就是最 終從系統發出的來自中心風扇單元200a的聲音比從沒有共面消音器的系 統發出的聲音柔和。在圖20中，第一側面風扇單元200b在它自身的風扇 單元小室244，中聲音最大。當風扇的聲音徑向傳播時，當風扇的聲音通過 圍繞的隔離表面248時其至少被部分地消耗。這圖解地顯示為音波圓在中 心風扇單元小室244'處顏色最黑，而在周圍的風扇單元小室244'中顏色更 淡，且在距離初始的風扇單元200b更遠則風扇單元小室244，中的音波圓 的顏色更淡。結果就是最終從系統發出的來自中心風扇單元200b的聲 音比從沒有共面消音器的系統發出的聲音柔和。圖21顯示了第一側面風 扇單元200b、第二側面風扇單元200c和它們各自的音波。如圖24中所圖 解圖示的，本發明的另一原理即音波的相互作用，存在一定程度的音波 抵消，從而音波自己消失。圖24顯示了音波A和與相反的音波B，它們 彼此相反並因此相互作用以形成平頂波A+B。如果音波不是正好相反，那 麼組合的音波就不是平頂的，但是仍然會有一些音波被抵消。這是本發明 得以獲益的基本的音波原理。音波抵消的結果就是最終從系統發出的來 自中心風扇單元200b、 200c的聲音比從沒有共面消音器的系統發出的聲 音柔和。圖22強調第一角落風扇單元200d及其波形。圖23強調低於角 落風扇單元200d和第二角落風扇單元200e及其各自的波形。對圖22和23的分析與對圖20和21的分析分別相似。應指出，在優選的實施例中， 多於兩個的風扇可同時運行且所有的運行風扇將具有波形。所有運行風扇 的波形將能夠產生消耗(當它們通過圍繞的隔離表面248時)和受到共面 消音器的波形抵消。儘管圖17顯示了位於風扇單元室244內的排氣室210，但是風扇單元 室244的可選實施例也可以圍繞進氣室212，或至少部分地圍繞進氣室212 和排氣室210。風扇單元室244的其他可選實施例也可以具有網格或線表 面(wire surfaces)(這增加了本發明的安全性)或是開口的(這將降低成 本)。旁路特徵多個風扇單元使得陣列可以在從全流動到局部流動(其中每一個風扇 貢獻1/N的空氣流量，這裡N為風扇數量)的範圍內操作。最直接的驅動 風扇系統以多個速度而不是全同步電動機速度操作，以便匹配結構的加熱 或冷卻需要。通常通過使用變頻驅動器維持速度控制。因為變頻驅動器是 電子裝置，在空氣調節結構內操作的每一個驅動器具有一定的產生故障的 可能性。在傳統的空氣調節系統中，如果VFD故障，空氣調節器將或者 關閉或者以已知的旁路模式以電動機的全同步速度操作。在傳統的系統 中，空氣調節器中的風扇單元必須通過一些機械裝置減速以便限制壓力和 流量從而滿足建築物的需要。對傳統系統的旁路模式中的機械節流會形成 過大的噪音並降低風扇效率。通過允許以關閉某些風扇的方式改變風扇陣 列的輸出以滿足設計點，本發明克服了此問題。所述陣列可以適應為滿足 流量和壓力需要且不需要機械節流，也沒有產生隨之增加的噪音並沒有降 低效率。阻尼器圖25顯示了阻尼器260的陣列，該阻尼器可以位於風扇單元200的 前面或後面，以至少局部地防止逆通風。在示出的示例性實施例中，阻尼 器260包括多個板，每一個板位於其自身的樞軸上。在示出的示例性實施 例中，多個板稍微彼此重疊。示出的實施例構造成當空氣流過風扇單元200 時，板處於打開位置，當空氣停止流動時，重力將板拉回到關閉位置。優 選地，每一個阻尼器260獨立地操作，從而如果風扇單元200中的一部分 啟動而風扇單元的一部分停止時，阻尼器260可以相應地打開或關閉。盡 管示出為簡單的機械實施例，但是可選的實施例可以包括電子控制和域遠 離阻尼器遙控的結構。應指出，圖4示出具有二十四個風扇單元200的空氣調節系統中的4x6 風扇陣列風扇部分，圖5示出具有二十五個風扇單元200的空氣調節系統 中的5x5風扇陣列風扇部分，圖6示出具有十二個風扇單元200的空氣調 節系統中的3x4風扇陣列風扇部分，圖7示出具有九個風扇單元200的空 氣調節系統中的3x3風扇陣列風扇部分，且圖8示出具有三個風扇單元200 的空氣調節系統中的3xl風扇陣列風扇部分。應指出，儘管風扇單元200可排列在單個平面上(如圖3中所示)，但可選的陣列構造可包含在多個 平面中排列成交錯結構的多個風扇單元200 (如圖15中所示)。應指出， 可將冷卻盤管(未示出)添加在系統中風扇單元200的上遊或下遊。應指 出，儘管示出過濾器組122、 222在風扇單元200的上遊，但是過濾器組 122、 222也可在下遊。應指出，可選實施例使用水平排列的扇陣列。換句話說，圖3-15中所 示的實施例可水平或垂直或在垂直於氣流方向的任何方向上使用。例如， 如果通風道的垂直部分用作空氣調節室202，則可水平排列扇陣列。本實施例在用於迴風井的空氣調節室中是特別實用的。應指出，扇部214可以是其中設置風扇單元200的空氣道路徑220的 任何部分。例如，風扇單元200可設置在排氣室212中(如所示出的)、 進氣室212中、或部分在進氣室212內和部分在排氣室210內。也應指出， 空氣調節室202可以是通風道的部分。應指出，與風扇單元室244 (圖17)相關的很多特徵和特性將與風扇 單元小室244'(圖18—23)的特性相同或相似。在前面的說明書中採用的術語和表達是描述性的而非限制的術語，且 不試圖排除所示出和描述的特性或其部分的等同物。本發明的範圍僅由所 附權利要求書所限定和限制。
權利要求
1、一種空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，包括(a)至少三個風扇單元；(b)所述至少三個風扇單元中的每一個位於風扇單元室/小室內；(c)每一個風扇單元室/小室具有至少一個隔離表面；(d)所述至少三個風扇單元以風扇陣列排列；和(e)空氣調節室，所述風扇單元的風扇陣列位於其內。
2、 根據權利要求1所述的空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，其 中，所述風扇單元室/小室的隔離表面一起形成共面消音器。
3、 根據權利要求1所述的空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，其 中，每一個風扇單元室/小室是具有支撐所述隔離表面的框架的小室。
4、 根據權利要求1所述的空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，其 中，每一個所述隔離表面由消音材料製成。
5、 根據權利要求1所述的空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，其 中，來自所述風扇單元的通過所述隔離表面的音波當它們通過所述隔離表 面時至少部分被消耗。
6、 根據權利要求1所述的空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，其 中，所述至少三個風扇單元中的每一個懸掛在風扇單元室/小室內，從而在 所述至少三個風扇單元中的每一個的下面存在空氣釋放通道。
7、 根據權利要求1所述的空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，其 中，所述至少三個風扇單元是以從由下面的構造組成的組中選擇的風扇陣 列構造排列的多個風扇單元(a) 實陣列構造；(b) 間隔開的圖形陣列構造； (C)跳棋盤陣列構造；(d) 行稍微偏離的陣列構造；(e) 列稍微偏離的陣列構造；以及(f) 交錯陣列構造。
8、 根據權利要求1所述的空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，其 中，所述至少三個風扇單元是包括至少兩個垂直排列的風扇單元的送氣 扇。
9、 根據權利要求1所述的空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，其 中，所述至少三個風扇單元中的每一個安裝在網格系統內。
10、 根據權利要求l所述的空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，其 中，所述風扇單元室/小室是用於在模塊化單元系統內使用的模塊化單元。
11、 一種在空氣調節室內的風扇陣列部分，所述空氣調節室是用於對構造進行空氣調節的空氣調節系統的一部分，所述風扇陣列部分包括(a) 多個風扇單元；(b) 所述多個風扇單元以風扇陣列排列；(C)所述多個風扇單元中的每一個位於風扇單元室/小室內；(d) 每一個風扇單元室/小室具有至少一個吸音隔離表面；且(e) 所述風扇單元室/小室的隔離表面一起形成共面消音器。
12、 根據權利要求ll所述的風扇陣列部分，其中，每一個所述風扇單 元室/小室是具有支撐所述隔離表面的框架的小室。
13、 根據權利要求11所述的風扇陣列部分，其中，來自所述風扇單元 的通過所述隔離表面的音波當它們通過所述隔離表面時至少部分地被消 耗。
14、 根據權利要求ll所述的風扇陣列風扇部分，其中，所述多個風扇 單元中的每一個懸掛在風扇單元室/小室內，從而在所述多個風扇單元中的 每一個的下面存在空氣釋放通道。
15、 根據權利要求l所述的風扇陣列風扇部分，其中，所述多個風扇 單元是以從由下面的構造組成的組中選擇的風扇陣列構造排列的多個風 扇單元(a) 實陣列構造；(b) 間隔開的圖形陣列構造；(c) 跳棋盤陣列構造；(d) 行稍微偏離的陣列構造；(e) 列稍微偏離的陣列構造；以及 (f)交錯陣列構造。
16、 一種在空氣調節室內的風扇陣列部分，所述空氣調節室是用於對構造進行空氣調節的空氣調節系統的一部分，所述風扇陣列部分包括(a) 多個風扇單元；(b) 所述多個風扇單元以風扇陣列排列；(C)所述多個風扇單元中的每一個位於風扇單元小室內；(d) 每一個風扇單元小室具有框架；且(e) 每一個風扇單元具有形成在所述風扇單元小室的至少一側上的至 少一個吸音隔離表面，所述至少一個隔離表面由所述框架支撐。
17、 根據權利要求16所述的在空氣調節系統中的風扇陣列部分，其 中，所述風扇單元小室的隔離表面一起形成共面消音器。
18、 根據權利要求16所述的在空氣調節系統中的風扇陣列部分，其 中，每一個所述隔離表面由吸音材料製成。
19、 根據權利要求11所述的在空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分， 其中，來自所述風扇單元的通過所述隔離表面的音波當它們通過所述隔離 表面時至少部分地被消耗。
20、 根據權利要求1所述的在空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分， 其中，所述多個風扇單元是以從由下面的構造組成的組中選擇的風扇陣列 構造排列的多個風扇單元(a) 實陣列構造；(b) 間隔開的圖形陣列構造；(c) 跳棋盤陣列構造；(d) 行稍微偏離的陣列構造；(e) 列稍微偏離的陣列構造；以及(f) 交錯陣列構造。
全文摘要
一種空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分，包括以風扇陣列排列的多個風扇單元(200)。每一個風扇單元室/小室具有至少一個吸音隔離表面。所述風扇單元室/小室的隔離表面一起形成共面消音器。來自風扇單元的通過隔離表面的音波當它們通過所述隔離表面時至少部分地被消耗。在一個優選的實施例中，風扇單元室/小室具有支撐所述隔離表面的框架。
文檔編號F24F7/06GK101156028SQ200680010916
公開日2008年4月2日 申請日期2006年3月16日 優先權日2005年3月31日
發明者勞侖斯·霍普金斯 申請人:亨泰爾公司