专利名称：商用厨房排风风机及补风风机的节能控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及使用空气质量传感器，温度传感器，风量测量设备，和智能控制器 来控制商用厨房排风风机和空调补风风机的电机运转速度的控制系统。适用于大、中型商 用厨房抽油烟排风系统的节能控制。
背景技术：
商业厨房常用于餐馆、学校、企业食堂、酒店、医院和零售商场等地方。这种厨房一 般都配备有一个或更多的烹饪炉灶和排风罩。商业厨房在烹饪过程中会产生大量的热量和 气体废弃物，例如水蒸气、油脂颗粒、烟雾和气溶胶等。所有这些热量和废弃物都必须从厨 房及时排除，以避免餐饮区的室内环境污染。厨房通风至少有两个目的(1)提供在厨房工作人员的舒适环境和(2)保证在厨 房工作人员和就餐者的安全。商业厨房通风系统的核心部件是抽油烟排风风机(以下简称排风风机)，它主要 用于去除厨房烹饪过程中产生的热量和污染物以保证厨房工作环境的舒适和安全。大型商 业厨房通风系统通常提供了炉灶、排风罩、风管、排风风机和空调补风系统。排风风量设计 参照相关国家标准。在实际使用中，实际排风风量必需足够大到可以捕获和带走烹饪产生 的热量和气体废弃物。如果有一个排风风机负责多个炉灶和排风罩，排风流速是最重要的 设计因素。为避免厨房产生过量负压，厨房里必需补进足够多的室外空气，这可能增加厨房 的能源损耗。建筑设计标准和规范要求补风达到100%的排风量。目前最理想的补风空调 装置提供空气调节处理过的室外新风，用于提高厨房环境舒适度。补风空调装置可包括补 风风机，过滤器，和冷却盘管等。在常规的商用厨房设计与控制中，排风风机通常是固定转速。不论多少炉灶实际 在使用，不论实际排出的烟气的温度和浓度多少，通常排风风机的排风风量是固定不变的。 这就导致了炉灶未使用的情况下的过度排风以及造成的风机电量的浪费。如果厨房使用了 补风装置，传统设计也未考虑到补风风量的变化情况，这就造成了补风系统在炉灶并未满 负荷使用情况下的风机电量和制冷制热的浪费。为了降低在炉灶非满负荷使用的情况下系统能耗，1990年的美国专利4，903，685 和6，170，480提出使用变速电机(VSD)来调节风机转速。系统通过建立转速和排风温度的 固定线性关系来控制变速电机转速。如果排风温度低于某个值，风机在最低转速工作，如果 排风温度高于某个值，风机在最高转速工作。这种线性控制方式一定程度上减低了风机能 耗，但是不足以提供最优化的控制效果。外国(欧洲)专利EP 443141B1描述了一个使用超声波发射器和一个超声波传感 器的控制系统，其中的超声波信号变化可以反映厨房排风的烟气浓度并用于风机速度的分 级控制。本发明的缺点之一是超声波传感器系统使用安装较为昂贵，因此只能用于高造价 的商用厨房。[0009]中国专利申请(CN200610042692. 1和CN200620078826. 0)提出根据厨房炉具投入 运行的多少，自动调整风机的转速，从而调整抽排风系统的风量、风压。这样的控制方式理 论上可行，可是但系统超过一个排风罩时，根据炉具的开关情况控制风机转速的控制方式 不足以保证排风管道内的风速，因此无法确保在任何情况下厨房的舒适及安全环境。例如 当某个炉灶产生了超出标准数倍的烟雾和热量，该系统无法让风机加速到应有的速度。美国专利第7048199和7442119开发的系统使用利用激光束探测烟雾或蒸气，从 而自动地控制排风风机变速器是否需要加速或减速。上述发明提高利用激光束装置的厨房 排气风扇控制仍有以下缺陷1)产品造价和安装价格昂贵。发射装置(激光模块)和接收器的设备成本高。此 外，人体很可能受到激光器的伤害。2)仍使用传统的线性控制模式或事先定义的曲线(风扇转速和排气温度的关 系)。3)以往的发明中未涉及补风机的流量控制。厨房里是必需略微负压条件，如果补 风机补给空气流量超过厨房排气风扇排风量(比如最低转速时)，厨房里的污染物有可能 进入其他领域。
发明内容为了克服现有发明的使用成本和控制方法的不足，本实用新型提供一种新的方式 探测炉灶使用情况和控制排风风机及补风风机的转速。本发明使用空气质量(Volatile organiccompounds-挥发性有机化合物)传感器和温度传感器去探测炉灶的试用情况，而 非激光设备和超声波发射器，从而降低设备及安装成本。空气质量传感器监测空气中的多 种气体及带有气味的物质。这些物质包括厨房油烟，蒸汽和各类不适宜的气味。相较于激 光和超声波设备，本发明提供更安全、更容易安装和维护的监测与控制系统。此外，本发明 还可以监测厨房里不良气味和挥发性有机气体，这些都是激光或超声波装置无法检测的。另外，本发明使用比例积分微分(PID)回路控制，而不是传统发明中用的线性控 制。PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数 据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的 是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可 以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以 通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID 反馈回路却可以保持系统的稳定。此外，本发明还通过在补风系统和排风系统安装风量测量设备解决了传统发明中 未涉及的补风风机控制问题。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在排风管内安装温度传感器和 空气质量传感器。控制器可以监测排风的温度和空气质量，并控制排风机变速器转速以满 足排风罩内适宜的温度和空气质量(烟气浓度)。当所有炉灶均未使用时，控制器会根据探 测到的排风温度和空气质量，将排风机变速器控制在最低速度，保证基本的排风要求。一旦 工作人员使用某个炉灶，探测到的排风的温度和烟气浓度升高，控制器将会提高排风机转速以满足温度和空气质量设定值。控制系统使用比例-积分-微分控制(PID)在最低转速 和最高转速之间来控制排风风机转速以保证排风温度和烟气浓度永远等于或低于设定值。 该设定值可以随探测到的厨房温度进行动态设定。对于有空调补风系统的厨房系统，风量 测量装置将被安装在排风和补风系统上。控制器会控制补风风机的变速器转速以控制总补 风量和总排风量的差值，从而保证厨房工作区间的负压值。本实用新型的有益效果是，可以检测厨房烟气温度和浓度，并用于控制排风风机 转速，从而达到在炉灶没有使用的时候的节能目的，并且不会影响厨房工作区域的舒适度。 补风风机的转速将根据送风排风量控制转速，从而节省了风机电量和制冷的能耗损失。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是一个使用传统发明的商业厨房和餐厅的样图。图中121是温度传感器，122 是激光发射器或其他装置，114是排风风机变速电机，115是部分空调机组的补风风机，116 是空调机组过滤器，117是空调冷却盘管。图2是一个应用本发明的商业厨房的排风及补风系统的样图。请参考“具体实施 方案”中对各部件详细说明。图3是一个应用本发明排风系统系统控制器接线和控制框图。请参考“具体实施 方案”中对各部件详细说明。图4是应用本发明的排风系统风机转速控制流程图。请参考“具体实施方案”中 对各流程详细说明。图5是应用本发明的补风系统风机转速控制流程图。请参考“具体实施方案”中 对各流程详细说明。
具体实施方式
图2是一个应用本发明的商业厨房范例，它包括一个厨房烹饪区(102)和至少一 个相邻的房间，例如就餐区(101)。厨房烹饪设备包括一个或多个炉灶或烤箱等。厨房通风 空调系统配备了排风风机、补风空调系统，以保持厨房一个适宜的室内工作环境。在食物烹饪过程中产生的废弃物包括固体、液体、蒸气、烟雾颗粒和挥发性有机化 合物(挥发性有机化合物或低碳芳烃，通常称为厨房异味)。一个厨房排气系统包括位于炉 灶或其他烹饪设备上方的排风罩010)，排风风管，和排风风机021)。当排风风机的电机 运行时，烹饪产生的热量烟气水蒸气等副产品通过排风风管排出室外。排风风速必须足够 大，以避免废气和废热进入厨房工作区域。变速器013)应安装在排风风机的电机上(211)。温度传感器(221)和空气质量 (VOC)烟气传感器(222)可以安装在排风罩上或排风风管内。图2中的传感器021和222) 只是作为范例代表。控制系统(控制器220)根据实时测量的温度和烟气(VOC)浓度来控 制排风风机电机011)的变速器转速013)，从而达到节能的目的。当排风温度和烟气浓度 低于设定值时，风机转速会自动降低。拥有空调补风系统012)的商业厨房可以通过向厨房工作空间输送新风来更好 地平衡厨房排风造成的负压。补风风机上也应该相应的安装变速器014)。风量测量装置(223)可安装在补风风机上以用于厨房工作区域的压力控制。送排风的风量测量装置 (223，224)将风量信号送至控制器，控制系统(控制器220)控制补风风机变速器014)的 转速以保持总补风量和总排风量之间的差值。图3描述了智能厨房排风系统控制器和传感器的连接关系。这套控制系统包括以 微处理器为基础的控制器(300)，用于接收通过各个传感器的电缆321，322，323和3 传 来的温度、风量和烟气浓度信号(311，312，313和314)，还用于产生变速器转速的控制信号 (331和33 。该控制器可打开和关上补风和排风风机的变速器。该控制器也可以链接到 一个用户人机界面，供厨房操作人员使用。控制器还可以与火灾报警系统联系，当控制器检 测到烟气温度过高时候，可以将此信号传递给火灾报警系统。图4为更详细的排风风机转速控制流程图。此图使用一个排风罩的情况为范例。 当排气风扇启动G00)，排风风机在预先设定的最低转速(401)运转。当厨师开始烹饪或任 何炉灶打开，排风罩内的烟气以及排风温度可能会增加。烟气检测传感器和温度传感器可 以立即检测出这些变化。排风温度和烟气浓度是由比例-积分-微分循环控制系统(PID) 控制的变量。一个PID回路(402)控制排风罩温度Gll)在设定温度值012)。另一个的 PID(403)控制回路控制排风罩盖烟雾(VOC)的浓度(41 在烟气浓度设定点014)。排风 风机转速将取这两个PID回路输出的高值。如果有一个以上的排风罩，排风风机转速将取 这所有PID回路输出的高值。图5为更详细的补风风机转速控制流程图。补风风机转速的控制目的是通过保持 适当的送风量和排风量的差值以保持厨房和就餐区适当的压力(512)。控制器将控制补风 风机变速器的速度变化以满足补风风量的设定值(501)。补风风量的设定值(501)将会通 过测量到的排风量(500)实时变化。
权利要求1.一种商用厨房排风风机及补风风机的节能控制系统，其特征是系统包括温度，空 气质量传感器和风量测量装置，控制器控制排风机的变速器转速和补风风机的变速器转 速。
2.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征是在排风罩或排风风管内安装温度， 空气质量传感器，用于监控排风烟气的温度和烟气浓度。
3.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征是在排风和补风系统上安装风量测量 装置，用于测定排风风量和补风风量。
4.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征是在排风风机和补风风机上均安装变 速器ο
5.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征是使用比例-积分-微分控制(PID) 来调节排风风机和补风风机变速器转速。
专利摘要一种能够控制厨房排风和补风风机转速的节能控制系统。系统包括在排风管内安装温度传感器和挥发性空气质量传感器。空气质量传感器可以测量空气中的多种气体、水蒸汽及带有气味的物质等(包括厨房油烟和各类不适宜的气味)。控制器可以检测排风的温度和空气质量VOC浓度来控制排风机变速器转速以满足排风罩内适宜的温度和烟气浓度。当所有炉灶均未开启时，控制器会根据探测到的排风温度和烟气浓度，将排风机变速器控制在最低速度，只保证基本的排风要求。一旦工作人员使用某个炉灶，排风的温度和VOC浓度升高，控制器将会提高排风机转速以满足温度和空气质量要求的设定值。控制器使用比例-积分-微分控制(PID)来控制排风风机转速。对于有空调补风系统的厨房系统，风量测量装置将被安装在排风和补风系统上。控制器会控制补风风机的变速器转速以控制总补风量和总排风量的差值，从而保证厨房工作区间适当的负压值。
文档编号F04D27/00GK201884316SQ20102013266
公开日2011年6月29日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者刘国鹏 申请人:刘国鹏