空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分的制作方法

專利名稱：空氣調節系統中的風扇陣列風扇部分的制作方法
技術領域：
本發明涉及在空氣調節系統中采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)傳統上用于調節大廈或房間(也稱之為 “建筑物”)。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，以作為用于 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、增濕器、風扇、減音器、控制器、和用于滿足結構需要的其它裝置。空氣調節系統可在工 廠中制造，并被運輸至待安裝的建筑物，或可使用必需的裝置將它建在合適位置上，以滿足 建筑物的功能需要。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100 (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。通過咨 詢風扇制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。較大建筑物、要求更大的空氣體積的建筑物、或要求較高或較低溫度的建筑物通常需 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110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的上游或下游。例如，要求六(6)英寸水表壓每分鐘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的最小長度由用于給定風扇類型、電機尺寸、和應用的出版的制 造商數據規定。現有技術室尺寸指南示出用于配置空氣調節室103的示例性規則。這些規 則基于最優化、調整、和試驗。
例如，第二示例性結構包括用在半導體和制藥凈化室中的再循環空氣調節器，要 求兩(2)英寸水表壓每分鐘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、99英寸寬、和94至100英寸長。空氣調節室102和/或空氣 道路徑120的最小長度由用于給定風扇類型、電機尺寸、和應用的出版的制造商數據規定。 現有技術室尺寸指南示出用于配置空氣調節室103的示例性規則。這些規則基于最優化、 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 由于不動產(例如建筑物空間)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，且通常對于每項工作定制生產。 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范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110設計為對 稱的，以便于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 Operatingand Maintenance Manual”中所示的，如果想要并排安裝，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。并且，雙風扇單元100部分在緊跟在風扇單元100之后的區域中 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使用用于安裝在多部件隔室(bay)電子裝置中的多風扇模塊化冷卻部件。盡 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，便于電子器件冷卻。Bonet系統將 不用于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，并行的工作風扇并不提供理想的結果。例如，Simon Group具有這樣的網頁， 其中它們示出并行工作的雙軸風扇，但是特別表述了如果“并行風扇”應用于較高系統阻力，則外殼在形成并行風扇操作的流量上具有較少增加。反對使用并行風扇的類似實例可 從HighBeam Reach's library (http//stati. highbeam. com)得至lj的文章禾口 lanMcLeod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。每一個風扇單元位于風扇單元室/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并且位于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 ^Jim (a spaced pattern array) WMl^lit >(a checker board array)
造、行稍微偏離的陣列(rowsslightly offset array)構造、列稍微偏離的陣列(columns slightly offset array) 3a>jIK^Ih^ll (a staggered array) t勾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3X1 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；
0031]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是具有由吸音材料制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是具有由吸音材料制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，所述阻尼器可以位于風扇單元的前面或后面。
具體實施例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11)、或列稍微偏離陣列(圖12)。由于 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。由于它們的尺寸和 位置的原因，已知扇框架干擾氣流。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的并排安裝。正如同樣在背景技術部分提到的，風扇陣列已經在 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干擾。為了解決干擾問題，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閑間隔(和輪徑到相鄰壁的一半)。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，原因在于，用于固定風扇 單元的工具不會有助于這樣的堆疊(它們僅被設計為位于底板上)。應指出，送風扇是本發明的優選風扇單元200。特別的，已知有TwinCity 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送風扇。送風扇工作良好的原因在于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并使剩余的風扇單元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于用于控制扇速并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))可以適用于空氣調節系統的 風扇陣列風扇部分的制動馬力。由于扇壁陣列的效率可在較大的流量和壓力范圍內優化， 扇陣列消耗的實際工作功率大體小于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)可適于 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可適于扇陣列的功 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于不動產的空氣調節系統的很多問題減少 的制造成本、減少的工作成本、增加的效率、改善的氣流均勻性、冗余度、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并使剩余的風扇單元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)可用于分別使風扇單元200聯機(on line)(“開啟”風扇單元200)和脫機(off line)( “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%并產生氣流等級的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，可以采取氣流僅圍繞機殼的邊緣或僅在頂部有空氣 的模式。最后，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，而系統的剩余部分保持全功能。一旦單個的風扇單元 200可使用，它們將回到聯機狀態。當大廈或建筑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 并消除有時使使用者和維護人員煩惱的涌浪效應(surge effect)。涌浪效應是對于給定量 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并關閉風 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%。這些數字基于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 字基于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(discharge plenum) 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。這里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110、210的長度同樣被減小，原因在于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 點并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游 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)
10英寸水表壓每分鐘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⑵ 英寸水表壓每分鐘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。成本節約部分是由于可大規模生產扇 陣列的各個風扇單元200的事實。成本節約也部分是由于制造較小的風扇單元200是較廉 價的。盡管現有技術單個風扇單元100通常為特定目的定制，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被定制時，制造用于特 定工程的多風扇單元200的成本幾乎一直比產生用于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于在風扇單元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于互鎖風扇單元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，由于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，由于每個小風扇單元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可用于 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，并以峰值效率 運行其余風扇單元200。冗余度
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多風扇單元200增加了系統的冗余度。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。下面討論的旁路特征使用并提高了系統的冗余度。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。由于扇 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，且由于剩余失衡產生較少的 力，從而造成比大風扇單元更小的振動。由于各個風扇往往由于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于在風扇單元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于互鎖風扇單元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，網格可以位于和/或固定在空氣調節室202內。風扇單元200可以位于網 格開口內。此構造的一個優點在于可以容易地移除、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且沒有干擾 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使用用于互鎖風扇單元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易于改進圍繞風扇單元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制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、前面或后面中的一個或更多。隔離材料的示例性類型包括但不限于傳統的隔離板(例 如由無機玻璃纖維(玻璃絲)單獨制成，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制成，這披露在美國專利申請No. 10/606435中，該美國專利 申請No. 10/606435轉讓給本申請的受讓人，并且其內容通過引用在此并入。同時，風扇單 元室/小室244、244’的隔離表面248起到共面消音器(coplanarsilencer)的作用。使用 共面消音器的一些優點包括(1)沒有增加用于導流板(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 適于在音樂廳、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、由吸音材料制成的、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，每一個風扇單元小室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，框架可以包括用于支撐和 /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19-23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，它們彼此相反并因此相互作用以形成平頂波 A+B。如果音波不是正好相反，那么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強調低于角落風扇單元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，多于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。盡管圖17顯示了位于風扇單元室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)。旁路特征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，這里N為風扇數量)的范圍內操作。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筑物的需要。對傳統系統 的旁路模式中的機械節流會形成過大的噪音并降低風扇效率。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并沒有降低效率。阻尼器圖25顯示了阻尼器260的陣列，該阻尼器可以位于風扇單元200的前面或后面， 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 于其自身的樞軸上。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，板處于打開位置，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/或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3X1風扇陣列風扇部分。應指出，盡管風扇單元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的上游或下游。應指出，盡管示出過濾器組122、222在風扇單元200的上 游，但是過濾器組122、222也可在下游。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于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。本實施例在用于回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)相關的很多特征和特性將與風扇單元小室244’ (圖18-23)的特性相同或相似。 在前面的說明書中采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。本發明的范圍僅由所附權利要求書所限定和限 制。
權利要求
一種用于向結構供給空氣的風扇陣列風扇部分，包括空氣調節室；由所述空氣調節室保持的風扇單元陣列，所述風扇單元具有大小至少適合滿足結構的空氣調節要求的風扇和電動機；設置在相鄰的風扇單元的至少一部分之間的消音層，所述消音層被定向為當來自所述風扇單元的聲波在所述陣列上向外傳播時，所述聲波與所述消音層交叉，并且至少被部分地消耗。
2.根據權利要求1所述的風扇陣列風扇部分，其中所述風扇單元在公共平面內彼此鄰 近設置，所述聲波至少沿著所述平面行進，所述消音層設置成橫跨所述平面的行和列中的 至少一個，使得當所述聲波沿著所述平面行進時，所述聲波與多個消音層交叉。
3.根據權利要求1所述的風扇陣列風扇部分，其中所述消音層表示由所述空氣調節室 保持的消音板，所述消音板設置在相鄰的風扇單元之間，以消耗在所述風扇單元之間從所 述風扇的旋轉軸向外行進的聲波。
4.根據權利要求3所述的風扇陣列風扇部分，其中所述消音板位于所述風扇單元的第 一縱列和第二縱列的相對側上。
5.根據權利要求1至4所述的風扇陣列風扇部分，其中所述風扇包括彼此鄰近設置的 風扇排放部，并且所述風扇排放部的至少一部分彼此面對。
6.根據權利要求1至4所述的風扇陣列風扇部分，其中當來自第一風扇單元的聲波行 進通過多個消音層時，所述聲波由所述多個消音層消耗。
7.根據權利要求1至4所述的風扇陣列風扇部分，其中所述空氣調節室將來自多個所 述風扇單元中的空氣轉向公共室。
8.根據權利要求1至4所述的風扇陣列風扇部分，其中所述風扇具有風扇進氣口和風 扇排放部，并且每個風扇圍繞相應的旋轉軸轉動，所述風扇進氣口沿著所述旋轉軸向內吸 氣，所述風扇排放部從所述相應的旋轉軸徑向向外排氣，所述消音層與所述電動機和所述 風扇排放部中的至少一個對齊，并且設置為橫跨所述電動機和所述風扇排放部中的至少一 個延伸。
9.根據權利要求1所述的風扇陣列風扇部分，其中所述消音層沿著所述風扇單元的頂 面、底面和側面中的至少一個設置。
10.根據權利要求1所述的風扇陣列風扇部分，其中第一風扇單元具有位于第一風扇 單元的相對側的消音層。
11.根據權利要求1所述的風扇陣列風扇部分，其中所述風扇單元堆疊成縱列和橫行 中的至少一個，并且所述消音層沿著所述縱列和橫行中的至少一個中的所述風扇單元的至 少一個側面設置。
12.根據權利要求1所述的風扇陣列風扇部分，其中所述風扇單元堆疊成一連串的至 少三個縱列或至少三個橫行，所述消音層垂直或水平延伸，并且設置在相鄰的所述縱列或 橫行之間。
13.根據權利要求1至4和9至12中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述風 扇單元可移除地安裝在所述空氣調節室上。
14.根據權利要求1至4和9至12中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述空氣調節室包括其中安裝所述風扇單元中的至少一個的單獨室，所述消音層沿著所述室的至 少一個側面設置。
15.根據權利要求1至4和9至12中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述空 氣調節室包括其中安裝所述風扇單元中的至少一個的單獨室，所述消音層沿著所述室的相 對側面設置。
16.根據權利要求1至4和9至12中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述空 氣調節室包括其中安裝所述風扇單元中的至少一個的單獨室，所述消音層沿著所述室的頂 面和底面設置。
17.根據權利要求1至4和9至12中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述消 音層包括消音隔離件。
18.根據權利要求1至4和9至12中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中來自不 同風扇單元的聲音呈現出相互作用以進行音波消除的波型。
19.根據權利要求1至4中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中來自設置在所述陣 列內部的第一風扇單元的聲音徑向向外向著周圍的風扇單元發散，由所述消音層消耗的聲 音一旦到達設置在所述陣列邊緣附近的遠端風扇單元就變得柔和。
20.根據權利要求1至4和9至12中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述消 音層構造為使低頻聲音衰減。
21.根據權利要求1至4和9至12中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述風 扇單元安裝在電動機安裝件上。
22.根據權利要求1所述的風扇陣列風扇部分，其中所述空氣調節室還包括其中放置 所述風扇單元的網格系統。
23.根據權利要求22所述的風扇陣列風扇部分，其中所述網格系統包括形成網格小室 中的每一個的多個單獨的模塊化結構，所述風扇單元中的每一個放置在所述單獨的模塊化 結構中的對應的一個中。
24.根據權利要求23所述的風扇陣列風扇部分，其中所述單獨的模塊化結構包括外 部，所述外部具有位于其上的使所述模塊化結構彼此互鎖的結構。
25.根據權利要求22至24中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述網格小室包 括網格開口，所述風扇單元可移除地設置在相應的網格開口內，使得單獨的風扇單元能夠 移除、維修和更換。
26.根據權利要求22至24中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述網格小室表 示風扇單元室，所述風扇單元中的每一個安裝到位于對應的風扇單元室中的電動機安裝件 上。
27.根據權利要求22至24中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述風扇單元室 包括具有所述消音層的一個或多個內部表面。
28.根據權利要求22至24中的任一項所述的風扇陣列風扇部分，其中所述風扇單元室 的壁由所述消音層制成。
29.一種用于向結構供給空氣的風扇陣列風扇部分的實現方法，包括確定風扇單元的數量，以至少滿足結構的空氣調節要求，其中所確定的數量包括至少 三個風扇單元，所述風扇單元具有電動機和風扇；使所述風扇和電動機的大小至少適合滿足所述結構的所述空氣調節要求；將所述風扇單元構造成陣列；將消音層設置在相鄰的風扇單元的至少一部分之間；定向消音層，使得當來自所述風扇單元的聲波在所述陣列上向外傳播時，所述聲波與 所述消音層交叉，并且至少被部分地消耗。
30.根據權利要求29所述的方法，還包括在公共平面內將風扇單元設置為彼此鄰近，所述聲波沿著所述平面行進，以及將所述消音層設置成橫跨所述平面的行和列中的至少一個，使得當所述聲波沿著所述 平面行進時，所述聲波與多個消音層交叉。
31.根據權利要求29所述的方法，還包括將所述消音層形成為由所述空氣調節室保持 的消音板，該方法包括將所述消音板設置在相鄰的風扇單元之間，以消耗在所述風扇單元 之間從所述風扇的旋轉軸向外行進的聲波。
32.根據權利要求29所述的方法，還包括將所述風扇單元設置成第一縱列和第二縱 列，并且將所述消音板設置在所述風扇單元的所述第一縱列和第二縱列的相對側上。
33.根據權利要求29所述的方法，還包括設置所述風扇，使得風扇排放部彼此鄰近設置，并且其中所述風扇排放部的至少一部 分彼此面對。
34.根據權利要求29所述的方法，還包括當來自第一風扇單元的聲波行進通過多個消 音層時，由所述多個消音層消耗所述聲波。
35.根據權利要求29所述的方法，還包括構造所述風扇，使得每個風扇具有風扇進氣口和風扇排放部，并且所述風扇中的每一 個圍繞相應的旋轉軸轉動，所述風扇進氣口沿著所述旋轉軸向內吸氣；從所述相應的旋轉軸將來自所述風扇排放部的空氣徑向向外排出；以及使所述消音層對齊，以橫跨所述電動機和所述風扇排放部中的至少一個延伸。
36.根據權利要求29所述的方法，還包括沿著所述風扇單元的頂面、底面和側面中的 至少一個設置所述消音層。
37.根據權利要求29所述的方法，還包括在所述風扇單元的所述第一風扇單元的相對 側設置所述消音層。
38.根據權利要求29所述的方法，還包括將所述風扇單元堆疊成縱列和橫行中的至少 一個，并且沿著成所述縱列和橫行中的至少一個中的所述風扇單元的至少一個側面設置所述消音層。
39.根據權利要求29所述的方法，還包括將所述風扇單元堆疊成一連串的至少三個縱 列或至少三個橫行，并且使所述消音層在相鄰的所述縱列或橫行之間垂直或水平延伸。
40.根據權利要求29至39中的任一項所述的方法，還包括允許來自不同風扇單元的聲 音相互作用并進行音波消除。
41.根據權利要求29至39中的任一項所述的方法，還包括在所述陣列內部設置第一風 扇單元，在所述消音層處消耗聲音，使得所述聲音徑向向外向著周圍的風扇單元發散，一旦 到達設置在所述陣列邊緣附近的遠端風扇單元就變得柔和。
42.根據權利要求29至39中的任一項所述的方法，還包括用所述消音層使低頻聲音衰減。
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F24F7/06GK101852475SQ20101010809
公開日2010年10月6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