空气调节系统中的风扇阵列风扇部分的制作方法

专利名称：空气调节系统中的风扇阵列风扇部分的制作方法
技术领域：
本发明涉及在空气调节系统中采用的风扇阵列风扇部分。
背景技术：
空气调节系统(也称之为空气调节器)传统上用于调节大厦或房间(也 称之为"建筑物")。空气调节系统定义为包括部件的结构，这些部件设计 为一起工作，以作为用于使结构通风的主系统的部分调节空气。空气调节 系统可包括例如冷却盘管、加热盘管、过滤器、增湿器、风扇、减音器、 控制器、和用于满足结构需要的其它装置。空气调节系统可在工厂中制造， 并被运输至待安装的建筑物，或可使用必需的装置将它建在合适位置上， 以满足建筑物的功能需要。空气调节系统的空气调节室102包括在风扇进 气锥104之前的进气室112和排气室110。在空气调节室102内设置风扇
单元IOO (在图1和2中以进气锥104、风扇106、和电机108示出)、风 扇框架、和与风扇功能相关的任何附件(例如，减震器、控制器、安装装 置、以及相关室(cabinetry))。在风扇106内是具有至少一个叶片的扇轮 (未示出)。扇轮具有从扇轮的外周缘的一侧到扇轮的外周缘的相对侧测 量的扇轮直径。通过咨询风扇制造商所选择的风扇类型，确定例如高度、 宽度、空气道长度等处理室102的尺寸。
图1示出示例性现有技术空气调节系统,其具有容纳在空气调节室102 中的单个风扇单元100。为了示例性目的，示出具有进气锥104、风扇106、 和电机108的风扇单元100。较大建筑物、要求更大的空气体积的建筑物、 或要求较高或较低温度的建筑物通常需要较大风扇单元100和通常相应的 较大空气调节室102。
如图1中所示，空气调节室102大体上分成排气室IIO和进气室112。 将组合的排气室110和进气室112称为空气道路径120。风扇单元100可 设置在排气室110中(如所示出的)、进气室112中、或部分在进气室112 内和部分在排气室110内。其中设置风扇单元100的空气道路径120的部 分可一般称为"风扇部分"(用附图标记114表示)。进气锥104的尺寸、 风扇106的尺寸、电机108的尺寸、和扇框架(未示出)的尺寸至少部分 确定空气道路径120的长度。可将过滤器组122和/或冷却盘管(未示出) 添加到系统中风扇单元100的上游或下游。
例如，要求六(6)英寸水表压每分钟50，000立方英尺气流的第一示 例性结构通常要求现有技术空气调节室102大得足够容纳55英寸叶轮、 100马力电机、和支撑框架。现有技术空气调节室102约为92英寸高、114 至117英寸宽、和106至112英寸长。空气调节室102和/或空气道路径 120的最小长度由用于给定风扇类型、电机尺寸、和应用的出版的制造商 数据规定。现有技术室尺寸指南示出用于配置空气调节室103的示例性规 则。这些规则基于最优化、调整、和试验。
例如，第二示例性结构包括用在半导体和制药净化室中的再循环空气 调节器，要求两(2)英寸水表压每分钟26,000立方英尺气流。这种结构 通常要求现有技术空气系统具有大得足够容纳44英寸叶轮、25马力电机、 和支撑框架的空气调节室102。现有技术空气调节室102约为78英寸高、 100英寸长。空气调节室102和/或空气道路径120的 最小长度由用于给定风扇类型、电机尺寸、和应用的出版的制造商数据规 定。现有技术室尺寸指南示出用于配置空气调节室103的示例性规则。这 些规则基于最优化、调整、和试验。这些现有技术空气调节系统具有许多问题，包括以下示例性问题 由于不动产(例如建筑物空间)非常昂贵，所以空气调节室102的 较大尺寸是非常不理想的。 单个风扇单元100生产昂贵，且通常对于每项工作定制生产。 单个风扇单元100运行昂贵。 单个风扇单元100是效率低的，因为它们仅在其工作范围的小部分 上具有最优或峰值效率。 如果单个风扇单元100故障，则不再能进行空气调节。 大风扇单元100的低频声音难以衰减。 大风扇单元100的高质量和高湍流可造成不想要的震动。高度限制已经使得使用结构有彼此靠近水平设置的两个风扇单元100 的空气调节系统成为必要。然而，应指出，良好的工程实践是将空气调节 室和排气室IIO设计为对称的，以便于跨过所述空气调节室的宽度和高度 的气流更均匀。已经使用存在高度限制的双风扇单元100，且以高的高宽 比设计所述单元，以容纳想要的流量。如Greenheck的"Installation Operating and Maintenance Manual"中所示的，如果想要并排安装，则存在特定指示 来安排这些风扇，以便存在扇轮之间的至少一个扇轮直径间隙和风扇和壁 或屋顶之间至少一个扇轮直径的一半。Greenheck参考甚至特别表述了 "with less spacing will experience performance losses"的布置。通常，将空 气调节系统和空气调节室102设计为在气流方向上具有每分钟500英尺的 匀速速度梯度的流量。然而，具有双风扇单元100的空气调节系统仍大体 上具有单风扇实施例的问题。通过将风扇单元100的数量从一个提高到两 个，没有发现优点。并且，双风扇单元100部分在紧跟在风扇单元100之 后的区域中呈现出不均匀的速度梯度，这使得经过过滤器、盘管、和减音 器的气流不均匀。应指出，电气装置具有多风扇冷却系统的优点。例如，Bonet的美国
专利No.6，414，845使用用于安装在多部件隔室(bay)电子装置中的多风 扇模块化冷却部件。尽管在Bonet系统中实现的一些优点将在本系统中实 现，但存在显著不同。例如，Bonet系统设计为通过指引来自每个风扇的 输出到特定装置或区域，便于电子器件冷却。Bonet系统将不用于在通常 的气流方向上指引气流到所有装置。例如Simon的美国专利No.4,767，262 和EIGhobashy等人的美国专利No.6,388，880等其它专利讲述了与电子器件一起使用的风扇阵列。然而，即使在计算机和机器工业中，讲述了除了风扇在接近自由传送 的低系统阻力情形下外，并行的工作风扇并不提供理想的结果。例如， Sunon Group具有这样的网页，其中它们示出并行工作的双轴风扇，但是 特别表述了如果"并行风扇"应用于较高系统阻力，则外壳在形成并行 风扇操作的流量上具有较少增加。反对使用并行风扇的类似实例可从 HighBeam Reach's library (http:y7stati.highbeam.com ) f寻至U的文章禾口 lan McLeod在http:〃papstplc.com得到的文章中找到。发明内容本发明涉及空气调节系统中的风扇阵列风扇部分。所述风扇阵列风扇 部分包括排列在扇阵列中的多个风扇单元。每一个风扇单元位于风扇单元 室/小室(cell)内。每一个风扇单元室/小室具有至少一个吸音隔离表面。 风扇单元室/小室的隔离表面一起形成共面消音器。来自风扇单元的通过隔 离表面的音波当它们通过隔离表面时至少被部分地消耗。在一个优选实施 例中，风扇单元室/小室是具有支撑隔离表面的框架的小室。本发明也涉及在包括排列在风扇阵列中并且位于空气调节室内的多 个风扇单元的空气调节系统内的风扇阵列风扇部分。 一个优选的实施例可 以包括被编程为以峰值效率操纵多个风扇单元的阵列控制器。多个风扇单 元可以实阵列(a true array)构造、间隔开的图形(a spaced pattern array)阵列 构造、跳棋盘阵列(a checker board array)构造、行稍微偏离的阵列(rows slightly offset array)构造、列稍微偏离的阵列(columns slightly offset array) 构造、或交错阵列(a staggered array)构造排列。考虑到下述结合附图对本发明作出的详细描述，将更容易理解本发明
的前述和其它目的、特性、和优点。


图1是在空气调节室内具有单个大风扇单元的示例性现有技术空气调节系统的侧视图；图2是示例性现有技术的大风扇单元的透视图；图3是在空气调节室内具有多个小风扇单元的本发明的空气调节系统 中的示例性风扇阵列风扇部分的侧视图；图4是在空气调节室内具有多个小风扇单元的本发明的空气调节系统 中的4x6示例性风扇阵列风扇部分的平面图或正视图；图5是在空气调节室内具有多个小风扇单元的本发明的空气调节系统 中的5x5示例性风扇阵列风扇部分的平面图或正视图；图6是在空气调节室内具有多个小风扇单元的本发明的空气调节系统 中的3x4示例性风扇阵列风扇部分的平面图或正视图；图7是在空气调节室内具有多个小风扇单元的本发明的空气调节系统 中的3x3示例性风扇阵列风扇部分的平面图或正视图；图8是在空气调节室内具有多个小风扇单元的本发明的空气调节系统 中的3W示例性风扇阵列风扇部分的平面图或正视图；图9是本发明的空气调节系统中的可选示例性风扇阵列风扇部分的平 面图或正视图，其中多个小风扇单元以间隔开的图形阵列排列在空气调节 室内；图10是本发明的空气调节系统中的可选示例性风扇阵列风扇部分的 平面图或正视图，其中多个小风扇单元以跳棋盘阵列排列在空气调节室 内；图11是本发明的空气调节系统中的可选示例性风扇阵列风扇部分的 平面图或正视图，其中多个小风扇单元以行稍微偏离的阵列排列在空气调 节室内；图12是本发明的空气调节系统中的可选示例性风扇阵列风扇部分的 平面图或正视图，其中多个小风扇单元以列稍微偏离的阵列排列在空气调 节室内；图13是本发明的空气调节系统中的5x5示例性风扇阵列风扇部分的 平面图或正视图，其通过打开部分风扇和关闭部分风扇以52%的容量运 行；图14是本发明的空气调节系统中的5x5示例性风扇阵列风扇部分的 平面图或正视图，其通过打开部分风扇和关闭部分风扇以32%的容量运 行；图15是本发明的空气调节系统中的可选示例性风扇阵列风扇部分的 侧视图，其在空气调节室内具有多个交错的小风扇单元；图16是示例性风扇阵列的透视图，所述示例性风扇阵列使用风扇单元 安装在其内的网格系统；图17是示例性风扇阵列的透视图，所述示例性风扇阵列使用网格系统 或模块化单元，网格系统或模块化单元中的每一个包括安装在其自身的风 扇单元室内的风扇单元；图18是具有由吸音材料制成的内部表面的示例性隔离网格阵列系统或模块化单元系统的横截面；图19 —23是具有由吸音材料制成的内部表面的示例性隔离网格阵列 系统或模块化单元系统的横截面，显示了音波作用(sound wave reaction);图24是图示音波消除原理的波形图；和图25是阻尼器的示例性阵列的透视图，所述阻尼器可以位于风扇单元 的前面或后面。
具体实施方式
本发明涉及空气调节系统中的风扇阵列风扇部分。如图3至12所示， 空气调节系统中的风扇阵列风扇部分使用多个单独的单个风扇单元200。 在一个优选实施例中，风扇单元200以实阵列(图3—7)排列，但可选实 施例可包括可选排列，诸如间隔开的图形阵列(图9)、跳棋盘阵列(图 10)、行稍微偏离阵列(图ll)、或列稍微偏离阵列(图12)。由于本发明可以用实阵列和/或可选阵列实施，术语"阵列"的含义是广泛的。本发明的扇阵列中的风扇单元200可以隔开小至20%的扇轮直径。靠近布置的阵列的理想工作条件是距离为30%至60%的扇轮直径。通过紧
密地间隔风扇单元200，更多的空气可进入更小的空间。例如，如果风扇 单元200的扇轮具有20英寸的扇轮直径，在一个扇轮的外周和邻近扇轮 的外周之间仅需要4英寸的空间(20%)(或者在扇轮的外周和邻近的壁 或内顶板之间2英寸空间)。通过使用更小的风扇单元200，可以用更少的插入结构(扇框架)支 撑风扇单元200。这可以与支撑现有技术风扇单元100的起到基体作用的 较大扇框架进行比较。较大的扇框架必须足够大和坚固以支撑现有技术风 扇单元100的整个重量。由于它们的尺寸和位置的原因，已知扇框架干扰 气流。在优选实施例中，因此，扇阵列的风扇单元200由支撑电机108的 对气流具有最小摩擦力的框架支撑。正如在背景技术部分提到的，有人已经尝试使用彼此相邻水平布置在 空气调节系统中的两个风扇单元100的并排安装。正如同样在背景技术部 分提到的，风扇阵列己经在电子和计算机组件中得到使用。然而，在空气 调节系统领域，在水平布置的扇轮之间总是必须具有较大的间隔，具有较 小间隔的结构是昂贵的，且有性能受损。单个大风扇将所有空气送入机壳 (cabinet)。使用两个相同的或稍微小一些的风扇引起一个风扇产生的空 气对其他风扇产生的空气的干扰。为了解决干扰问题，风扇不得不在特定 引导线中隔开，通常在风扇之间提供至少一个轮径的距离的空闲间隔(和 轮径到相邻壁的一半)。根据这一逻辑，将不能增加更多的风扇。即使已 经增加额外的风扇，风扇之间的空间将继续保持至少一个轮径。另外，在 空气调节系统领域，垂直堆叠风扇单元是不可思议的，原因在于，用于固 定风扇单元的工具不会有助于这样的堆叠(它们仅被设计为位于底板上)。应指出，送风扇是本发明的优选风扇单元200。特别的，已知有Twin City Fan Companies, Ltd. of Minneapolis, Minnesota, U.S.制造的工作良好的 APF-121、 APF-141、 APF-161、以及APF-181送风扇。送风扇工作良好的 原因在于它们不产生诸如由轴式风扇和壳体离心风扇以及大离心风扇产 生的高速率点。可选实施例可使用在气流方向不产生高速率梯度的将要开 发的风扇单元。其它实施例，虽然低效，也可以使用诸如在气流方向具有 高速率点的轴式风扇和/或离心壳式风扇。在优选实施例中，通过阵列控制器300 (图13和14)控制空气调节 系统中的风扇阵列风扇部分中的每个风扇单元200。在一个优选实施例中， 阵列控制器300可被编程以使风扇单元200在峰值效率运行。在这一峰值 效率实施例中，不是以减小的效率运行所有风扇单元200，阵列控制器300 关闭某些风扇单元200并使剩余的风扇单元200在峰值效率运行。在可选 实施例中，风扇单元200可以全部运行在相同的运行功率水平(例如，效 率和/或流量)。本发明的另一优点在于用于控制扇速并从而控制速率和压力的阵列 控制器300 (可以是可变频率驱动(variable frequency drive, VFD))可以 适用于空气调节系统的风扇阵列风扇部分的制动马力。由于扇壁阵列的效 率可在较大的流量和压力范围内优化，扇阵列消耗的实际工作功率大体小 于对比的现有技术空气调节系统消耗的实际工作功率，且阵列控制器的功 率可相应降低。在传统设计的控制器(已经具有可变频率驱动)可适于根 据电气规程要求的电机最高铭牌额定功率的情况下，阵列控制器300可适 于扇阵列的功率消耗。提供2.5英寸空气压力的每分钟50,000立方英寸的 现有技术风扇设计的一个实例，将需要50马力的电机和50马力的控制器。 本发明优选使用十四个2马力电机阵列和一个30马力的阵列控制器300。本发明解决了现有技术中包括但不限于不动产的空气调节系统的很 多问题减少的制造成本、减少的工作成本、增加的效率、改善的气流均 匀性、冗余度、良好的衰减效果、以及降低的振动。控制能力如所提到的，优选通过被编程以使风扇单元200在峰值效率运行的阵 列控制器300 (图12和13)控制空气调节系统中的风扇阵列风扇部分中 的每个风扇单元200。在这一峰值效率实施例中，不是以减小的效率运行 所有风扇单元200，阵列控制器300能够关闭某些风扇单元200并使剩余 的风扇单元200在峰值效率运行。优选地，阵列控制器300能够以预定的 组和/或整体作为一个组单独控制风扇单元200。例如，在诸如图5、 13、和14所示出的5X5的阵列中，希望控制阵 列的人可以选择想要的空气量、气流等级、气流模式、和/或运行的风扇单 元200的数量。首先来看空气量，5X5阵列中的每个风扇单元200均贡献 整个空气的4%。在可变空气量系统(这是大多数结构所具有的)中，仅
有数个需要满足需求的扇阵列300运行。控制系统(可以包括阵列控制器 300)可用于分别使风扇单元200联机(online)("开启"风扇单元200) 和脱机(offline)("关闭"风扇单元200)。开关风扇单元200的能力可有 效地消除可变频率驱动的需求。同样，5X5阵列中的每个风扇单元200 均使用整个功率的4%并产生气流等级的4%。使用控制系统使风扇单元 200联机和脱机使用户能够控制功率用量和/或气流。如果需要，可以控制 气流的模式。例如，根据系统，可以采取气流仅围绕机壳的边缘或仅在顶 部有空气的模式。最后，单个风扇单元200可被联机和脱机。在一个或多 个风扇单元200工作出问题时，需要维护(例如需要常规服务)时，和/ 或需要更换时，这种控制能力是有利的。有问题的单个风扇单元200可以 脱机，而系统的剩余部分保持全功能。 一旦单个的风扇单元200可使用， 它们将回到联机状态。当大厦或建筑物控制系统需要具有较高压力的低空气量时，体现出开 启或关闭风扇单元200的进一步优点。在这种情况下，风扇单元200可被模块化以产生稳定的工作点并消除有时使使用者和维护人员烦恼的涌浪 效应(surge effect)。涌浪效应是对于给定量的扇速度来说系统压力太高且 风扇单元200具有进入失速(stall)的可能性。控制能力的实例在图13和14中示出。在图13示出的空气调节系统 中的风扇阵列风扇部分中，阵列控制器300可以以所示出的第一示例模式 开启风扇单元200并关闭风扇单元200，使得整个系统被设置为以52%的 最大额定气流工作，但仅消耗整个额定功率的32%。这些数字基于结构中 的示例性典型扇操作。图14示出了空气调节系统中的风扇阵列风扇部分 设置为在32%的最大额定气流工作，但仅消耗整个额定功率的17。％。这 些数字基于结构中的示例性典型扇操作。在这一实施例中，阵列控制器300 创建如示出的关闭风扇单元200和开启风扇单元200的第二示例模式。不动产本发明的空气调节部分220中的风扇阵列风扇部分优选使用比空气调 节系统中的现有技术排气室(dischargeplenum) 120更少(60%到80%) 的不动产(其中标号100为如图1中所示的现有技术，标号200为如图2 中所示的本发明)。对比现有技术(图1)，本发明(图3)示出縮短通风
道120、 220的图形展示。这里有很多原因使用多个小风扇单元200可 减小通风道120、 220的长度。例如，减小风扇单元100、 200和电机108、 208的尺寸减小了排气室110、 210的长度。相似地，减小进气锥104、 204 的尺寸减小了进气室112、 212的长度。排气室IIO、 210的长度同样被减 小，原因在于来自本发明的空气调节系统的风扇阵列风扇部分的空气基本 上是均匀的，而现有技术中的空气调节系统具有较高空气速率点并需要时 间和空间来混合，从而到空气排出空气调节室102、 202时气流才是均匀 的。(这也可被描述为较高的静态效率，其中本发明不再需要在现有技术 风扇系统的排放部的下游设置装置，因为很少需要或不再需要从高速率到 低速率的转移)。与现有技术的空气调节系统相比，空气调节系统中的风 扇阵列风扇部分从进气室212更均匀和更有效地吸入空气，从而可减少进 气室112、 212的长度。为了比较目的，使用在本发明的背景技术中阐述的第一示例性结构 (要求六(6)英寸水表压每分钟50,000立方英尺气流的结构)。使用所述 第一示例性结构，本发明的示例性实施例可由89英寸高160英寸宽30至 36英寸长的标称排气室212服务(如与现有技术实施例的106至112英寸 长相比的)。排气室210包括例如图6中所示的具有12个风扇单元200的 空气调节系统中的3x4风扇阵列风扇部分。根据阵列构造，每个示例性风 扇单元200所需要的空间将是一边约为24至30英寸的矩形立方体。通风 道路径220为42至48英寸(如与现有技术实施例中的88至139英寸相 比的)。为了比较目的，使用在本发明的背景技术中阐述的第二示例性结构 (要求两(2)英寸水表压每分钟26,000立方英尺气流的结构)。使用所述 第二示例性结构，本发明的示例性实施例可由84英寸高84英寸宽30至 36英寸长的标称排气室212服务(如与现有技术实施例的94至100英寸 长相比的)。排气室包括(例如图7中所示的)具有9个风扇单元200的 空气调节系统中的3x3风扇阵列风扇部分。根据阵列构造，每个示例性风 扇单元200所需要的空间将是一边约为24至30英寸的矩形立方体。通风 道路径220为42至48英寸(如与现有技术实施例中的71至95英寸相比 的)。 降低的生产成本与用在现有技术空气调节系统中的单个风扇单元100相比，在本发明的空气调节系统中建立风扇阵列风扇部分通常是更节约成本的。成本节约部分是由于可大规模生产扇阵列的各个风扇单元200的事实。成本节约也 部分是由于制造较小的风扇单元200是较廉价的。尽管现有技术单个风扇 单元100通常为特定目的定制，但本发明可在单一类型的风扇单元200上 实现。在可选实施例中，可以存在几个具有不同尺寸和/或功率(输入和输 出)的风扇单元200。不同的风扇单元200可用在单个空气调节系统中或 每个空气调节系统将仅具有一种类型的风扇单元200。即使在较小的风扇 单元200被定制时，制造用于特定工程的多风扇单元200的成本几乎一直 比产生用于相同工程的单个大的现有技术风扇单元100的成本低。这是因 为产生较大部件的困难和/或获得单个大的现有技术风扇单元100所必需 的较大部件的成本。这种成本节约也延伸到产生较小空气调节室202的成 本。在本发明的一个优选实施例中，风扇单元200是模块化的，使得所述 系统是"即插即用"。这种模块化单元可通过包括用于在风扇单元200自 身外部上互锁的结构实现。可选地，这种模块化单元可通过使用用于互锁 风扇单元200的单独结构实现。在再一可选实施例中，这种模块化单元可 通过使用其中可放置风扇单元200的网格系统实现。减少的运行费用与现有技术空气调节系统相比，通过使用要求较低频率噪音控制和对 气流的静态阻力较低的较小的高速风扇单元200，由于较大的控制灵活性 和对结构运行要求的精细调整，使得本发明的空气调节系统中的风扇阵列 风扇部分优选运行较廉价。提高的效率与现有技术空气调节系统相比，由于每个小风扇单元200能以峰值效 率运行，所以本发明的空气调节系统中的风扇阵列风扇部分优选更有效。 所述系统可以分别打开和关闭风扇单元200，以防止特定风扇单元200的 低效率使用。应指出，阵列控制器300可用于控制风扇单元200。如上所 阐述的，阵列控制器300关闭某些风扇单元200，并以峰值效率运行其余
风扇单元200。 冗余度多风扇单元200增加了系统的冗余度。如果单个风扇单元200故障， 则仍将存在冷却。阵列控制器300可考虑不能使用的风扇单元200，使得 冷却或空气流量没有明显的降低。这种特性在维护期间也是有用的，因为 阵列控制器300可关闭保持脱机的风扇单元200，而冷却或空气流量没有 明显的降低。下面讨论的旁路特征使用并提高了系统的冗余度。消音优点与大风扇单元的低频声音相比，小风扇单元200的高频声音更容易衰 减。由于扇壁具有较少的低频声能，所以与由单个大风扇单元100产生的 低频声音相比，需要较短的廉价声频陷波器来衰减由多个小风扇单元200 产生的较高频声音。多个风扇单元200每个都工作，使得来自每个单元的 声波将互相作用，以抵消特定频率的声音，从而产生比现有技术系统更安 静的工作单元。减少的振动本发明的多风扇单元200具有质量较小的较小轮，且由于剩余失衡产 生较少的力，从而造成比大风扇单元更小的振动。由于各个风扇往往由于 小的相差而互相抵消，所以多风风扇单元200的总振动将传送较少能量给 结构。多风扇单元200的每个风扇单元200都管理总空气调节要求的较小 百分比，因此在气流中产生较少的湍流和产生相当少的振动。可选实施例如所述的，在本发明的一个优选实施例中，风扇单元200是模块化的， 从而系统可以"即插即用"。这种模块化单元可通过包括用于在风扇单元 200自身外部上互锁的结构实现。可选地，这种模块化单元可通过使用用 于互锁风扇单元200的单独结构实现。在再一可选实施例中，这种模块化 单元可通过使用其中可放置风扇单元200的网格系统实现。图16显示了使用风扇单元200可以放置到其内的示例性网格系统230 的实施例。在此实施例中，网格可以位于和/或固定在空气调节室202内。 风扇单元200可以位于网格开口内。此构造的一个优点在于可以容易地移 除、维修、和/或更换单个风扇单元200。此实施例使用示例性的单个电动
机安装件232，所述安装件232支撑电动机208且没有干扰围绕其的空气 流动。如所示的，此示例性电动机安装件232具有围绕风扇进气锥204安 装的多个臂。应指出，网格的尺寸是示例性的。在考虑到本发明中的风扇 单元200可以在风扇单元200之间间隔开小至扇轮直径的20%的情况下构 造该网格。图17显示了使用网格系统或模块化单元240的实施例，该网格系统 或模块化单元240使用用于互锁风扇单元200的单独的结构(没有示出)。 在此示例性实施例中，风扇单元200中的每一个安装在其自身的风扇单元 室244内的更加传统的电动机安装件242上。在一个优选的实施例中，风 扇单元200和电动机安装件242优选地悬挂在它们自身的风扇单元室244 内，从而在风扇单元200和电动机安装件242的下面存在空气释放通道 246。此空气释放通道246易于改进围绕风扇单元200的空气流动。图17中示出的风扇单元室244可以包括加衬有吸音材料或的一个或 更多内部表面或"隔离表面(insulating surfaces)" 248。相似地，图18 — 23中示出的风扇单元小室244，可以包括由吸音材料制成的一个或更多内 部表面或"隔离表面"248。与表面不能紧邻风扇单元200放置的传统工 业的知识相反，本发明至少部分围绕每一个风扇单元200放置一个或更多 隔离表面248，且没有扰乱空气流动。隔离表面248可以包括侧面、顶面、 底面、前面或后面中的一个或更多。隔离材料的示例性类型包括但不限于 传统的隔离板(例如由无机玻璃纤维(玻璃丝)单独制成，或由无机玻璃 纤维与工厂用箔棉麻织物牛皮纸(foil-scrim-kraft) (FSK)衬面或厂用全保 养套(all service jacket) (ASJ)或可选的隔离材料例如开口泡沫塑料 一起制成，这披露在美国专利申请No.10/606435中，该美国专利申请 No.l0/606435转让给本申请的受让人，并且其内容通过引用在此并入。同 时，风扇单元室/小室244、 244，的隔离表面248起到共面消音器(coplanar silencer)的作用。使用共面消音器的一些优点包括(1)没有增加用于导 流板(splitter)的空气通路长度，(2)没有压力下降，和/或(3)成本较 低。本实施例和其他实施例的声学上的优点使得本发明非常适于在音乐 厅、讲演厅、表演艺术中心、图书馆、医院、和其他要求声学敏感的设施 中使用。
图18—23显示了示例性的、由吸音材料制成的、隔离的网格系统或 模块化单元系统内部表面或"隔离表面"248。在此实施例中，每 个风 扇单元小室244'优选地具有牢固的框架250，框架250支撑隔离表面248。 在一个优选的实施例中，框架将仅形成立方体形状的风扇单元小室244， 的边缘，且隔离表面248将形成立方体形状的风扇单元小室244，的侧面(例 如顶面、底面和/或侧面)。在可选的优选实施例中，框架可以包括用于支 撑和/或加强的附加结构或支柱。同样，风扇单元244'的隔离表面248起 到共面消音器的作用。这在图19一23中图解示出，其中当音波行进通过 隔离表面248时共面消音器(由隔离表面248形成)降低音波的作用。例 如，在图19中，中心风扇单元200a在它自身的风扇单元小室244'中声音 最大。当风扇的声音径向传播时，当风扇的声音通过围绕的隔离表面248 时其至少被部分地消耗。这图解地显示为音波圆在中心风扇单元小室244' 处颜色最黑，而在周围的风扇单元小室244'中的颜色更淡。结果就是最 终从系统发出的来自中心风扇单元200a的声音比从没有共面消音器的系 统发出的声音柔和。在图20中，第一侧面风扇单元200b在它自身的风扇 单元小室244，中声音最大。当风扇的声音径向传播时，当风扇的声音通过 围绕的隔离表面248时其至少被部分地消耗。这图解地显示为音波圆在中 心风扇单元小室244'处颜色最黑，而在周围的风扇单元小室244'中颜色更 淡，且在距离初始的风扇单元200b更远则风扇单元小室244，中的音波圆 的颜色更淡。结果就是最终从系统发出的来自中心风扇单元200b的声 音比从没有共面消音器的系统发出的声音柔和。图21显示了第一侧面风 扇单元200b、第二侧面风扇单元200c和它们各自的音波。如图24中所图 解图示的，本发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，从而音波自己消失。图24显示了音波A和与相反的音波B，它们 彼此相反并因此相互作用以形成平顶波A+B。如果音波不是正好相反，那 么组合的音波就不是平顶的，但是仍然会有一些音波被抵消。这是本发明 得以获益的基本的音波原理。音波抵消的结果就是最终从系统发出的来 自中心风扇单元200b、 200c的声音比从没有共面消音器的系统发出的声 音柔和。图22强调第一角落风扇单元200d及其波形。图23强调低于角 落风扇单元200d和第二角落风扇单元200e及其各自的波形。对图22和23的分析与对图20和21的分析分别相似。应指出，在优选的实施例中， 多于两个的风扇可同时运行且所有的运行风扇将具有波形。所有运行风扇 的波形将能够产生消耗(当它们通过围绕的隔离表面248时)和受到共面 消音器的波形抵消。尽管图17显示了位于风扇单元室244内的排气室210，但是风扇单元 室244的可选实施例也可以围绕进气室212，或至少部分地围绕进气室212 和排气室210。风扇单元室244的其他可选实施例也可以具有网格或线表 面(wire surfaces)(这增加了本发明的安全性)或是开口的(这将降低成 本)。旁路特征多个风扇单元使得阵列可以在从全流动到局部流动(其中每一个风扇 贡献1/N的空气流量，这里N为风扇数量)的范围内操作。最直接的驱动 风扇系统以多个速度而不是全同步电动机速度操作，以便匹配结构的加热 或冷却需要。通常通过使用变频驱动器维持速度控制。因为变频驱动器是 电子装置，在空气调节结构内操作的每一个驱动器具有一定的产生故障的 可能性。在传统的空气调节系统中，如果VFD故障，空气调节器将或者 关闭或者以已知的旁路模式以电动机的全同步速度操作。在传统的系统 中，空气调节器中的风扇单元必须通过一些机械装置减速以便限制压力和 流量从而满足建筑物的需要。对传统系统的旁路模式中的机械节流会形成 过大的噪音并降低风扇效率。通过允许以关闭某些风扇的方式改变风扇阵 列的输出以满足设计点，本发明克服了此问题。所述阵列可以适应为满足 流量和压力需要且不需要机械节流，也没有产生随之增加的噪音并没有降 低效率。阻尼器图25显示了阻尼器260的阵列，该阻尼器可以位于风扇单元200的 前面或后面，以至少局部地防止逆通风。在示出的示例性实施例中，阻尼 器260包括多个板，每一个板位于其自身的枢轴上。在示出的示例性实施 例中，多个板稍微彼此重叠。示出的实施例构造成当空气流过风扇单元200 时，板处于打开位置，当空气停止流动时，重力将板拉回到关闭位置。优 选地，每一个阻尼器260独立地操作，从而如果风扇单元200中的一部分 启动而风扇单元的一部分停止时，阻尼器260可以相应地打开或关闭。尽 管示出为简单的机械实施例，但是可选的实施例可以包括电子控制和域远 离阻尼器遥控的结构。应指出，图4示出具有二十四个风扇单元200的空气调节系统中的4x6 风扇阵列风扇部分，图5示出具有二十五个风扇单元200的空气调节系统 中的5x5风扇阵列风扇部分，图6示出具有十二个风扇单元200的空气调 节系统中的3x4风扇阵列风扇部分，图7示出具有九个风扇单元200的空 气调节系统中的3x3风扇阵列风扇部分，且图8示出具有三个风扇单元200 的空气调节系统中的3xl风扇阵列风扇部分。应指出，尽管风扇单元200可排列在单个平面上(如图3中所示)，但可选的阵列构造可包含在多个 平面中排列成交错结构的多个风扇单元200 (如图15中所示)。应指出， 可将冷却盘管(未示出)添加在系统中风扇单元200的上游或下游。应指 出，尽管示出过滤器组122、 222在风扇单元200的上游，但是过滤器组 122、 222也可在下游。应指出，可选实施例使用水平排列的扇阵列。换句话说，图3-15中所 示的实施例可水平或垂直或在垂直于气流方向的任何方向上使用。例如， 如果通风道的垂直部分用作空气调节室202，则可水平排列扇阵列。本实施例在用于回风井的空气调节室中是特别实用的。应指出，扇部214可以是其中设置风扇单元200的空气道路径220的 任何部分。例如，风扇单元200可设置在排气室212中(如所示出的)、 进气室212中、或部分在进气室212内和部分在排气室210内。也应指出， 空气调节室202可以是通风道的部分。应指出，与风扇单元室244 (图17)相关的很多特征和特性将与风扇 单元小室244'(图18—23)的特性相同或相似。在前面的说明书中采用的术语和表达是描述性的而非限制的术语，且 不试图排除所示出和描述的特性或其部分的等同物。本发明的范围仅由所 附权利要求书所限定和限制。
权利要求
1、一种空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，包括(a)至少三个风扇单元；(b)所述至少三个风扇单元中的每一个位于风扇单元室/小室内；(c)每一个风扇单元室/小室具有至少一个隔离表面；(d)所述至少三个风扇单元以风扇阵列排列；和(e)空气调节室，所述风扇单元的风扇阵列位于其内。
2、 根据权利要求1所述的空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，其 中，所述风扇单元室/小室的隔离表面一起形成共面消音器。
3、 根据权利要求1所述的空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，其 中，每一个风扇单元室/小室是具有支撑所述隔离表面的框架的小室。
4、 根据权利要求1所述的空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，其 中，每一个所述隔离表面由消音材料制成。
5、 根据权利要求1所述的空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，其 中，来自所述风扇单元的通过所述隔离表面的音波当它们通过所述隔离表 面时至少部分被消耗。
6、 根据权利要求1所述的空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，其 中，所述至少三个风扇单元中的每一个悬挂在风扇单元室/小室内，从而在 所述至少三个风扇单元中的每一个的下面存在空气释放通道。
7、 根据权利要求1所述的空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，其 中，所述至少三个风扇单元是以从由下面的构造组成的组中选择的风扇阵 列构造排列的多个风扇单元(a) 实阵列构造；(b) 间隔开的图形阵列构造； (C)跳棋盘阵列构造；(d) 行稍微偏离的阵列构造；(e) 列稍微偏离的阵列构造；以及(f) 交错阵列构造。
8、 根据权利要求1所述的空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，其 中，所述至少三个风扇单元是包括至少两个垂直排列的风扇单元的送气 扇。
9、 根据权利要求1所述的空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，其 中，所述至少三个风扇单元中的每一个安装在网格系统内。
10、 根据权利要求l所述的空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，其 中，所述风扇单元室/小室是用于在模块化单元系统内使用的模块化单元。
11、 一种在空气调节室内的风扇阵列部分，所述空气调节室是用于对构造进行空气调节的空气调节系统的一部分，所述风扇阵列部分包括(a) 多个风扇单元；(b) 所述多个风扇单元以风扇阵列排列；(C)所述多个风扇单元中的每一个位于风扇单元室/小室内；(d) 每一个风扇单元室/小室具有至少一个吸音隔离表面；且(e) 所述风扇单元室/小室的隔离表面一起形成共面消音器。
12、 根据权利要求ll所述的风扇阵列部分，其中，每一个所述风扇单 元室/小室是具有支撑所述隔离表面的框架的小室。
13、 根据权利要求11所述的风扇阵列部分，其中，来自所述风扇单元 的通过所述隔离表面的音波当它们通过所述隔离表面时至少部分地被消 耗。
14、 根据权利要求ll所述的风扇阵列风扇部分，其中，所述多个风扇 单元中的每一个悬挂在风扇单元室/小室内，从而在所述多个风扇单元中的 每一个的下面存在空气释放通道。
15、 根据权利要求l所述的风扇阵列风扇部分，其中，所述多个风扇 单元是以从由下面的构造组成的组中选择的风扇阵列构造排列的多个风 扇单元(a) 实阵列构造；(b) 间隔开的图形阵列构造；(c) 跳棋盘阵列构造；(d) 行稍微偏离的阵列构造；(e) 列稍微偏离的阵列构造；以及 (f)交错阵列构造。
16、 一种在空气调节室内的风扇阵列部分，所述空气调节室是用于对构造进行空气调节的空气调节系统的一部分，所述风扇阵列部分包括(a) 多个风扇单元；(b) 所述多个风扇单元以风扇阵列排列；(C)所述多个风扇单元中的每一个位于风扇单元小室内；(d) 每一个风扇单元小室具有框架；且(e) 每一个风扇单元具有形成在所述风扇单元小室的至少一侧上的至 少一个吸音隔离表面，所述至少一个隔离表面由所述框架支撑。
17、 根据权利要求16所述的在空气调节系统中的风扇阵列部分，其 中，所述风扇单元小室的隔离表面一起形成共面消音器。
18、 根据权利要求16所述的在空气调节系统中的风扇阵列部分，其 中，每一个所述隔离表面由吸音材料制成。
19、 根据权利要求11所述的在空气调节系统中的风扇阵列风扇部分， 其中，来自所述风扇单元的通过所述隔离表面的音波当它们通过所述隔离 表面时至少部分地被消耗。
20、 根据权利要求1所述的在空气调节系统中的风扇阵列风扇部分， 其中，所述多个风扇单元是以从由下面的构造组成的组中选择的风扇阵列 构造排列的多个风扇单元(a) 实阵列构造；(b) 间隔开的图形阵列构造；(c) 跳棋盘阵列构造；(d) 行稍微偏离的阵列构造；(e) 列稍微偏离的阵列构造；以及(f) 交错阵列构造。
全文摘要
一种空气调节系统中的风扇阵列风扇部分，包括以风扇阵列排列的多个风扇单元(200)。每一个风扇单元室/小室具有至少一个吸音隔离表面。所述风扇单元室/小室的隔离表面一起形成共面消音器。来自风扇单元的通过隔离表面的音波当它们通过所述隔离表面时至少部分地被消耗。在一个优选的实施例中，风扇单元室/小室具有支撑所述隔离表面的框架。
文档编号F24F7/06GK101156028SQ200680010916
公开日2008年4月2日 申请日期2006年3月16日 优先权日2005年3月31日
发明者劳仑斯·霍普金斯 申请人:亨泰尔公司