CN102232169A - 带有节能器和过滤器组件的空气调节设备 - Google Patents

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M·J·凯勒
R·A·施罗德
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/0001Control or safety arrangements for ventilation
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/202Air circulating in closed loop within enclosure wherein heat is removed through heat-exchangers

Abstract

本发明的实施例提供了包括预滤器和疏水过滤器的空气调节(AC)设备。疏水过滤器通过深度过滤防止室外空气中的湿气和污物进入AC设备。AC设备还包括将外侧部分与内侧部分分离的竖直隔板,所述竖直隔板带有允许空气在外侧部分和内侧部分之间流动的通气孔,AC设备还包括节气闸的节能器组件。

Description

带有节能器和过滤器组件的空气调节设备
[0001] 相关申请
[0002] 本申请根据35U. S. C § 119要求于2008年10月3日提交的美国临时专利申请 No. 61/102, 688的优先权,上述申请的全部内容通过引用被合并于本文中。
背景技术
[0003] 用于电气外罩的空气调节(AC)系统可以包括节能器组件以允许新鲜的室外空气循环到外罩中。这可以保持室内空气的质量并且通过减小机械冷却系统的做功节省能量。
[0004] 尽管目前用于大型电气外罩的AC系统使用节能器,但是它们需要相当大的附加附件或定制外壳来包含节能器组件。外壳的增加尺寸或附件的复杂构造会大大增加这些AC 系统的成本。所以,较小的AC系统常常不包括节能器组件以防止需要这样的大和/或复杂的占用空间来调节小空间而使成本增加。
[0005] 另外,在电气外罩中到处循环的经调节的空气不仅需要是冷的,而且需要是清洁和干燥的,从而为电子设备提供充分的操作环境。包含节能器组件以引入室外空气需要室外环境和外罩内部之间的开口。所以,这产生来自室外空气的湿气和杂质进入外罩的风险。
发明内容
[0006] 本发明的一些实施例提供了一种用于将室外空气循环到一外罩中的空气调节设备。所述空气调节设备包括:节能器组件、允许室外空气进入所述空气调节设备的进气孔, 和靠近所述进气孔定位防止室外空气中的灰尘和小微粒进入所述空气调节设备的预滤器。 所述空气调节设备还包括定位在所述预滤器的下游的疏水过滤器。所述疏水过滤器通过深度过滤防止室外空气中的湿气和污物进入所述空气调节设备。
[0007] 本发明的一些实施例提供了一种空气调节设备,所述空气调节设备包括:与室外环境连通的外侧部分、与外罩连通的内侧部分,和将所述外侧部分与所述内侧部分分离的竖直隔板。所述竖直隔板包括允许空气在所述外侧部分和所述内侧部分之间流动的至少一个通气孔。所述空气调节设备还包括节能器组件,所述节能器组件带有联接到所述竖直隔板的节气间。所述节气间能够基本覆盖所述至少一个通气孔并且暂时将所述外侧部分与所述内侧部分分离。
附图说明
[0008] 图1是根据本发明的一个实施例的AC设备的透视图。
[0009] 图2A-2E是图1的AC设备的顶视、前视、底视、侧视和后视图。
[0010] 图3是当处于机械冷却模式时图1的AC设备的侧视横截面图。
[0011] 图4是当处于节能器冷却模式时图1的AC设备的侧视横截面图。
[0012] 图5A是当处于机械冷却模式时图1的AC设备的外侧部分的透视图。
[0013] 图5B是当处于节能器冷却模式时图1的AC设备的外侧部分的透视图。
[0014] 图6是示出图1-5B的AC设备的控制系统的操作的流程图。[0015] 图7是根据本发明的另一个实施例的AC设备的侧视横截面图。
[0016] 图8是图7的AC设备的外侧部分的透视图。
[0017] 图9是图7的AC设备的外侧部分的前视图。
[0018] 图10是根据本发明的另一个实施例的AC设备的侧视横截面图。
具体实施方式
[0019] 在详细解释本发明的任何实施例之前,应当理解本发明在它的应用中并不局限于在以下描述中阐述或在以下图中示出的构造的细节和部件的布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实施或实现。而且,应当理解在本文中使用的措辞和术语是为了描述的目的而不应当被理解为限制。在本文中“包括”、“包含”或“具有”以及它们的变型的使用表示涵盖其后列出的项和它们的等效物以及附加项。除非另外指出或限定,术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”以及它们的变型广义地被使用并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和联接。此外,“连接”和“联接”并不限于物理或机械连接或联接。
[0020] 提供以下论述允许本领域的技术人员制造和使用本发明的实施例。本领域的技术人员将显而易见对所示实施例的各种修改,并且本文中的一般原理可以适用于其他实施例和应用而不脱离本发明的实施例。因此,本发明的实施例并非旨在限于所示的实施例,而是符合与本文中公开的原理和特征一致的最大范围。以下详细描述应当参考附图进行阅读, 其中在不同附图中相似的元件具有相似的参考数字。不必按比例的附图显示了选定实施例并且并非旨在限制本发明的实施例的范围。熟练技术人员将认识到本文中提供的例子具有许多有用的替换选择并且属于本发明的实施例的范围内。
[0021] 图1示出了根据本发明的一个实施例的AC设备10。AC设备10可以是侧面安装设备,用于冷却容纳用于移动电话塔或类似应用的电子设备的小建筑物或外罩。
[0022] 在一个实施例中,AC设备10可以使用大约115伏特的输入电压以大约50赫兹到 60赫兹之间的频率和大约16. 1安培到21. 0安培之间的电流进行操作。AC设备10可以在高达大约131华氏度的最大外罩温度下具有大约每小时12,000到12,500BTU的冷却能力。 AC设备10的环境(外部)工作温度范围可以从大约负40华氏度到大约131华氏度。在其他实施例中,AC设备10可以具有不同尺寸并且包括用于在其他空间、建筑物、房屋或外罩中调节空气的不同操作规格。
[0023] 图1-2E示出了 AC设备10的外部。在一个实施例中,AC设备10可以为大约53英寸高,大约15英寸宽,大约12英寸深,并且重量可以为大约131磅。AC设备10可以包括外壳12,所述外壳带有排气孔14、进气孔16、回气孔18和供气孔20(如图2E中所示)。
[0024] 图3示出了处于机械冷却模式的AC设备10。AC设备10可以包括外侧部分(湿侧)22和内侧部分(干侧)24。内侧部分M可以邻近或接触外罩,而外侧部分22可以接触外部(周围)环境。外壳12的后板沈可以将内侧部分M与外罩分离,并且外壳12的前板观可以将外侧部分22与外部环境分离。内侧部分M和外侧部分22可以在外壳12内由隔板30分离。
[0025] 外侧部分22可以容纳排气孔14、进气孔16、压缩机32、冷凝器34、一个或多个叶轮风扇36、过滤器38,和其他相关部件。其他相关部件可以包括包含将在制冷循环中流动的制冷剂的管道。过滤器38可以是常见的一次性玻璃纤维过滤器、可洗网状过滤器、静电
5过滤器或其他合适的过滤器。在机械冷却期间,叶轮风扇36可以吸入室外空气使其通过进气孔16、穿过过滤器38,并且贯穿外侧部分22径向释放它。然后外侧部分22中的空气可以穿过冷凝器34的盘管并且通过排气孔14离开外侧部分22。因此,穿过外侧部分22的空气可以冷却冷凝器盘管内的制冷剂。
[0026] 内侧部分M可以容纳回气孔18、供气孔20、回气风扇40,和蒸发器42。回气风扇 40(例如叶轮风扇)可以吸入来自外罩的空气并且在内侧部分M内释放所述空气。内侧部分M内的空气可以穿过蒸发器盘管,并且通过供气孔20离开内侧部分M。因此,当盘管内的制冷剂被加热时,穿过蒸发器盘管的空气可以被冷却,因此将冷空气供应给外罩。在机械冷却期间,在外侧部分22和内侧部分M之间传递的仅有的部件可以是包含在制冷循环中循环通过的制冷剂的管道。
[0027] 机械冷却系统可以包括制冷循环所需的元件,包括但不限于冷凝器34、压缩机 32、蒸发器42、膨胀装置(未显示)、连接管道,和将循环通过系统的液体(例如制冷剂)。处于低压和液体形式的制冷剂循环通过蒸发器盘管42,从经过的返回空气吸热,导致热的返回空气被冷却,并且制冷剂被加热以在低压下蒸发。低压、蒸汽制冷剂到达压缩机32,所述压缩机增加蒸汽的压力。高压、高温蒸汽穿过冷凝器盘管34并且由流过盘管的外部空气冷却,导致蒸汽冷凝。冷却、高压液体到达膨胀装置,所述膨胀装置减小压力,继续冷却液体。 最后,冷的、低压液体再次到达蒸发器盘管42以完成循环并且冷却返回空气。在一些实施例中可以进行制冷循环的修改和变化。
[0028] 图4示出了处于节能器冷却模式的AC设备10。在该模式中,空气可以经由隔板 30中的从内到外(IO)孔44和从外到内(OI)孔46在外侧部分22和内侧部分24之间流通。节气间48可以被定位为允许高达100%的返回空气通过IO孔44从内侧部分M释放到外侧部分22,并且通过排气孔14到达外部环境。来自进气孔16的外部空气可以通过OI 孔46流入内侧部分M中,并且通过供气孔20流入外罩中。空气流的方向由图3和4中的箭头指示。在一些实施例中,IO孔44、01孔46和节气闸48可以组成AC设备10的节能器组件。在其他实施例中,能够允许外部空气被供应到外罩中的其他部件可以被包括作为AC 设备10中的节能器组件。
[0029] 返回空气的机械冷却在节能器冷却模式中通常是不必要的,原因是所有返回空气被排放到外部。因此,制冷剂不需要被循环通过管道,并且压缩机32可以被禁用,因此节省能量。在一些实施例中,节能器冷却可以100%开或100%关,意味着同一时间只能操作节能器冷却或机械冷却。
[0030] 节气闸48可以控制在返回空气和排放空气之间的IO孔44,以及在室外空气和供应空气之间的OI孔46。不同于在常规节能器组件中使用的多个节气闸,AC设备10的单一节气闸48可以控制返回空气、室外空气、排放空气和供应空气。此外,单一节气闸48可以被包含到AC设备10中而不需要定制组件或增加标准单元的总高度和占用空间。AC设备 10可以是带有节约能源的节能器功能的标准尺寸的空气调节设备。
[0031 ] 如图3和4中所示,在一些实施例中,节气闸48可以由曲柄臂致动器组件50控制。 当AC设备10处于节能器冷却模式时,节气闸电机(未显示)可以旋转曲柄臂,所述曲柄臂可以将节气闸48旋转到图4中所示的位置以允许空气穿过IO孔44和OI孔46。节气闸电机可以由也如图3和4中所示的控制系统52控制。[0032] 图5A和5B示出了分别处于机械冷却模式和节能器冷却模式的、前板观被去除的 AC设备10。如图5A和5B中所示,叶轮风扇36可以竖直地定位在彼此之上。叶轮风扇36 中的一个(例如顶部叶轮风扇36)可以联接到安装托架54,使得它水平地定位在另一个叶轮风扇36之前。上叶轮风扇36的安装托架M可以提供用于下叶轮风扇36的风管56。该竖直和水平交错定位可以允许叶轮风扇36靠近彼此操作,并且最小化将两个叶轮风扇36 定位在相同空气空间中的任何负面性能影响。该叶轮风扇36定位也可以增加每个叶轮风扇36的总性能。另外,该多风扇配置可以提供优于单风扇组件的改善故障保护操作。例如, 如果一个叶轮风扇36失灵,AC设备10可以使用另一个叶轮风扇36保持操作。在上叶轮风扇36失灵的情况下,风管56可以帮助最小化外部空气的再循环。
[0033] 在一些实施例中,AC设备可以包括干球节能器组件,其中控制系统52基于感测温度控制节能器组件。在其他实施例中,AC设备10可以包括焓(enthalpy)节能器组件,其中除了温度以外基于空气焓控制节能器冷却模式。例如,外部空气焓可以被测量以确定节能器冷却模式是否足以用于为外罩通风。这可以使用外部空气焓传感器和/或内部空气焓传感器以及外部空气和内部空气温度传感器实现。外部空气焓和温度传感器可以沿着外壳 12放置以便获取外部空气焓和温度的精确表示。例如,外部传感器可以被放置在离排气孔 14相当远的距离处,原因是感测来自排气孔的空气的焓不会给出外部空气的精确表示。内部空气焓和温度传感器可以被放置在外罩内部靠近回气孔18或在AC设备10内与返回空气直接成直线,以便获取内部空气焓和温度的精确表示。控制系统52可以确定外部和/或内部空气焓,以及比较外部和内部空气温度以确定室外空气是否可以用于代替机械冷却来冷却外罩。然后控制系统52可以相应地控制节气间电机以调节节气间48的位置。
[0034] 在一个实施例中,控制系统52的输入可以包括内部空气温度、外部空气温度和外部湿度,如图6的流程图中所示。控制系统52可以首先确定(在步骤58)外部和内部温度 (例如用温度传感器)。然后控制系统52可以比较(在步骤60)内部和外部温度。如果内部温度比外部温度低大约15华氏度,则控制系统52可以进行步骤62并且进入或继续机械冷却模式。如果否,控制系统52可以进行步骤64。控制系统52可以确定(在步骤64)外部湿度(例如用湿度传感器)。如果在步骤66确定外部湿度大于60%,则控制系统52可以进行步骤68并且进入或继续机械冷却模式。如果否,控制系统52可以进行步骤70并且进入节能器冷却模式。
[0035] 当在节能器冷却模式中时,在步骤70之后,控制系统52可以再次确定(在步骤 72)外部和内部温度。控制系统52可以再次比较(在步骤74)内部和外部温度。如果内部温度比外部温度低大约10华氏度,则控制系统52可以进行步骤76并且进入机械冷却模式。如果否,控制系统52可以进行步骤78。在步骤78,控制系统52可以再次确定外部湿度。如果在步骤80确定外部湿度大于60 %,则控制系统52可以进行步骤82并且进入机械冷却模式。如果否,控制系统52可以继续节能器冷却模式并且返回步骤72。
[0036] 如果外部湿度超过60%,则控制系统52可以在机械冷却模式中操作AC设备10, 与测得温度差无关。而且,可以在一些实施例中使用其他温度和湿度界限。控制系统52的输出可以包括控制节气闸电机的信号(以在机械冷却模式和节能器冷却模式之间变化,反之亦然)和控制风扇电机的信号(当处于机械冷却模式时,如下所述)。在一些实施例中, 控制系统52可以监测外罩中的内部温度的恢复速率。如果AC设备10在节能器冷却模式中未以预期速率充分冷却外罩,则控制系统52可以切换到机械冷却模式。
[0037] 控制系统52也可以控制用于叶轮风扇36、40的风扇电机。AC设备10可以用于冷却电气外罩(其中外罩的内部是干燥、清洁的环境)。将控制系统52、风扇电机和节气闸电机定位在它们不与潮湿的周围空气接触的内侧部分M中可以减小成本和/或增加电机的寿命。另外,如果外罩足够冷,则机械冷却可以被减慢,原因是较少的制冷剂需要循环通过制冷循环。控制系统52可以改变控制风扇36、40的风扇电机的速度。这也可以减小由风扇36、40发出的噪声。在一些实施例中,控制系统52可以包括比例积分微分(PID)控制器,以基于温度和/或焓控制风扇电机和节气闸电机。
[0038] 如图1-5B中所示,AC设备10可以是紧凑的,同时仍利用节省能源的节能器功能。 不同于带有节能器的常规AC设备,该节能器组件可以适配到标准AC设备安装的占用空间中。如图1-5B中所示,由隔板30分离的单一内侧/外侧隔室(而不是常规AC设备中的明显分离的隔室)可以大大减小AC设备10的占用空间。这可以允许用于较小外罩的AC设备10包括节能器组件而不需要大或复杂的定制组件。另外,较小AC设备10可以仅仅包括一个叶轮风扇30以潜在地进一步减小占用空间。
[0039] 图7-9示出了根据本发明的另一个实施例的AC设备10。图7-9的AC设备10可以包括交错的叶轮风扇36和控制系统52以如上所述改变风扇速度。然而,图7-9的AC设备10仅仅包括机械冷却选项。图7-9的AC设备10可以具有类似于图1-5B的AC设备的占用空间,但是图7-9中的AC设备10的隔板30可以完全将外侧部分22与内侧部分M分
1¾ O
[0040] 图10示出了根据本发明的另一个实施例的AC设备10。如图10中所示,AC设备 10可以包括在前板观上的附加护罩84,和第一空气过滤器(预滤器)86,后面是在进气孔 16处的疏水过滤器88。附加护罩84可以附加到现有AC设备。护罩84的定位可以允许过滤器86、88的常规安装、拆卸和维护。预滤器86可以定位在疏水过滤器88的前面以防止灰尘微粒或碎屑进入AC设备10。预滤器86可以是一次性玻璃纤维过滤器、可洗网状过滤器、静电过滤器等。另外,预滤器86可以基本防止碎屑接触疏水过滤器88。疏水过滤器88 可以在预滤器86的直接下游,并且可以是机械过滤器,其包括贯穿过滤器88的深度的疏水介质。与表面过滤相反,当空气贯穿过滤器88的深度时湿气可以连续被去除。该双过滤器组件可以基本防止灰尘和其他污染物进入外罩内的清洁环境,以及基本防止周围空气内的湿气进入外罩。
[0041] 图10还示出了在护罩84的侧面和前面作为排气孔14的延伸部的百叶窗90,使得空气离开AC设备10的侧面。空气流的该方向改变可以有助于保证进气孔16吸入来自室外环境的新鲜的、冷的空气而不是来自外罩的热的、排放的空气。
[0042] 本领域的技术人员应当理解尽管在上面结合特定实施例和例子描述了本发明,但是本发明并不一定这样被限制,来自所述实施例、例子和用途的许多其他实施例、例子、用途、修改和变化应当由这里附带的权利要求涵盖。本文中引用的每个专利和出版物的完整公开通过引用被合并,就如同每个这样的专利或出版物单独地通过引用被合并于本文中。 在以下权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1. 一种用于将室外空气循环到一外罩中的空气调节设备,所述空气调节设备包括: 节能器组件;进气孔,该进气孔允许室外空气进入所述空气调节设备;预滤器,该预滤器靠近所述进气孔定位,基本防止室外空气中的灰尘和小微粒进入所述空气调节设备;以及疏水过滤器,该疏水过滤器定位在所述预滤器的下游,所述疏水过滤器通过深度过滤基本防止室外空气中的湿气和污物进入所述空气调节设备。
2.根据权利要求1所述的空气调节设备,还包括至少两个叶轮风扇,所述至少两个叶轮风扇抽取室外空气穿过所述预滤器和所述疏水过滤器。
3.根据权利要求1所述的空气调节设备,还包括可拆卸地联接到所述空气调节设备的护罩,所述护罩容纳所述预滤器和所述疏水过滤器。
4.根据权利要求3所述的空气调节设备,还包括在所述护罩上的百叶窗,所述百叶窗将空气弓I导到所述空气调节设备之外。
5.根据权利要求1所述的空气调节设备,其中所述空气调节设备侧面安装到所述外罩。
6. 一种用于冷却室外环境中的外罩的空气调节设备,所述空气调节设备包括: 与室外环境连通的外侧部分;与外罩连通的内侧部分;竖直隔板,所述竖直隔板将所述外侧部分与所述内侧部分分离,所述竖直隔板包括允许空气在所述外侧部分和所述内侧部分之间流动的通气孔;以及节能器组件,其包括联接到所述竖直隔板的节气间,所述节气间能够基本覆盖所述通气孔并且暂时将所述外侧部分与所述内侧部分分离。
7.根据权利要求6所述的空气调节设备,其中所述节气闸是可旋转的。
8.根据权利要求6所述的空气调节设备,还包括控制所述节气间的致动器曲柄臂组件。
9.根据权利要求8所述的空气调节设备,还包括控制所述致动器曲柄臂组件的控制组件。
10.根据权利要求9所述的空气调节设备,其中所述控制组件定位所述内侧部分内。
11.根据权利要求6所述的空气调节设备,还包括定位在所述内侧部分中的至少一个叶轮风扇。
12.根据权利要求6所述的空气调节设备,还包括定位在所述外侧部分中的两个叶轮风扇,其中所述两个叶轮风扇沿竖直方向和水平方向交错。
13.根据权利要求6所述的空气调节设备,其中所述空气调节设备侧面安装到所述外罩。
14. 一种用于位于外部环境中的外罩的空气调节设备,所述空气调节设备包括: 与外罩连通的内侧部分;与外部环境连通的外侧部分,所述外侧部分邻近所述内侧部分并且由隔板与所述内侧部分分离;以及定位在所述外侧部分中的至少两个外侧叶轮风扇,所述至少两个外侧叶轮风扇沿竖直方向和水平方向交错。
15.根据权利要求14所述的空气调节设备,其中所述至少两个外侧叶轮风扇联接到所述隔板。
16.根据权利要求14所述的空气调节设备,其中所述隔板包括提供所述外侧部分和所述内侧部分之间的开口的至少两个通气孔;并且还包括节能器组件,所述节能器组件包括节气闸,以调节所述至少两个通气孔的开口。
17.根据权利要求16所述的空气调节设备,还包括允许周围空气进入所述空气调节设备的外侧进气孔;和过滤进入所述外侧进气孔的空气的过滤器。
18.根据权利要求14所述的空气调节设备,还包括定位在所述内侧部分中的至少一个内侧叶轮风扇。
19.根据权利要求18所述的空气调节设备,还包括调节所述至少两个外侧叶轮风扇和所述至少一个内侧叶轮风扇的速度的控制组件。
20.根据权利要求19所述的空气调节设备,其中所述控制组件定位在所述内侧部分内。
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