CN103917118A - 可变体积排气系统 - Google Patents

Abstract

一种用于从空间排出空气的排气系统，所述排气系统包括可变体积的排气移动系统，该排气移动系统具有至少一个带有入口和出口的风扇。导管连接至所述入口，并且限定可变横截出口面积的出口喷嘴流体地连接到出口。将选择性地可操作旁路气闸流体地连接至入口。位于排气系统中的传感器用于检测在其中的压力条件和流动条件中的至少一个。基于从传感器发送的信号，控制系统控制至少一个风扇、出口喷嘴以及旁路气闸。

Description

可变体积排气系统

本申请于2012年6月6日作为PCT国际专利申请递交，以美国国家公司Greenheck Fan Corporation（格林瀚克通风设备有限公司）的名称作为除美国以外所有国家指定申请人，以Ronald L.Wendorski,John Enzenroth,TonyPodjaski,Kyle Rothmeyer,Bruce Knieriem,和Anthony Rossi（全部为美国公民）仅作为美国的指定申请人。

相关申请的交叉引用

本申请主张以下申请的优先权和权益：于2011年10月3日递交的名称为“Variable-Volume Exhaust System”(可变体积排气系统)的美国临时专利申请No.61/542,164；于2011年6月15日递交的名称为“Variable-Volume ExhaustSystem”(可变体积排气系统)的美国临时专利申请No.61/497,152；于2011年6月14日递交的名称为“Variable-Volume Exhaust System”(可变体积排气系统)的美国临时专利申请No.61/496,944；以及于2011年6月14日递交的名称为“Variable-Volume Exhaust System”(可变体积排气系统)的美国临时专利申请No.61/496,829；以引用的方式将它们的公开内容全部合并入本文中。

背景技术

当前，国家、州和地方法规以及特定项目要求规定了对于排气柜或其他（潜在的）有污染或有毒空间，允许从排气扇排放喷嘴放的最小速率。例如，ANSIZ9.5（美国国家标准-实验室通风）当前规定了在实验室排气喷嘴出口的最小排放速率为3000英尺每分钟。尽管喷嘴的排放必须维持在或高于该规定的速率，但是取决于实验室排气系统的配置，仍然需要改变实验室空间内空气的排放体积、向空间供应空气、使多个风罩或空间通风的需要，等等。与该排气速率需求平衡是通过排气扇系统降低能耗的额外需求（即，更低的风扇流动率对应于更低的风扇马力和降低的电能消耗）。

维持最小的排气喷嘴排放速率对保障安全分散危险、有毒的或者气味（odoriferous）排放有帮助的，防止排放堆“下冲气流（down wash）”并且最小化进入建筑或建筑周围的补充空气进风口系统的排放流的二次夹带。历史上，已经通过恒定体积排气系统或可变体积排气系统实现了这一点。恒定体积系统将从所占据空间抽出的空气维持在恒定体积，并进而通过风扇，该风扇将通过风扇排放和排气扇的流保持恒定。这种技术使用100%经调节的空气来维持恒定的空气体积。可变体积系统利用屋顶板的或者从外部环境用管道输送的旁路气闸。排气流要求减少旁路气闸开口，将等量的未经调节的空气与减少的排气进行混合，使得流过排气扇的空气流保持恒定。这种方法使用未经调节的空气以维持恒定的空气体积，然而没有实现风扇能量的节省，因为风扇以恒定流速运转来维持恒定的排气扇排放速率。排气扇典型地以恒定风扇速度运转来维持空气流体积。风扇速度的任何减慢都会减少风扇流，进而减少具有固定出口面积的风扇的风扇排气出口速率。对减少排气系统中排气扇能耗的考虑已经导致了对排气系统中容量的连续变换通气需求的重新评估，这也被称为“基于需求的通风”。

对于减少风扇流的希望，得到减少风扇能耗，具有固定面积出口喷嘴的排气系统会得到减少排放速率并降低排放堆“下冲气流”和排放流二次夹带进入补充空气进风系统的可能性。通过应用能够调节风扇出口面积的可变喷嘴，可以以变化的风扇空气流速率和风扇速度控制空气的排放出口速率。以低速运转的风扇极大地降低了与风扇有关的功耗。

发明内容

本文中描述的技术包括系统、装备以及控制与排气扇（上升气流、高烟羽、径向、轴向、感应流、等等）一起使用的可变横截出口面积喷嘴的控制器。在一个实施例中，系统部件包括可变速度排气扇、可变横截出口面积喷嘴、非入侵式测压流监视系统、控制器、变频驱动器以及旁路气闸。所述风扇、可变喷嘴和流监视系统可以被合并入单个包或者可以作为独立组件遍及安装在排气系统中。

系统可以包括喷嘴和流测量部件，所述部件被合并入风扇中或安装在建筑物外部或机械房内，使用排气流出建筑物。可变频率驱动器可以安装在风扇上或例如电子或机械房间的方便的远程地点中。旁路空气室和旁路气闸也可以被安装在排气扇的入口侧。烟罩、化学容纳橱或通用建筑物排气也可以至排气系统中。一个或多个静态压力探测器被安装在通风管道中并与压力传感器相连。系统还可以具有阀或气闸，在通风管道中与烟罩或化学容纳橱或空间内的其他区域协作运行。

在一个方面中，该技术涉及排气系统，用于从空间排除空气，该排气系统包括：可变体积排气移动系统，该系统包括包含入口和出口的至少一个风扇；管道，连接至入口；出口喷嘴具有可变横截出口面积，将该出口喷嘴流体地连接到出口；选择性地可操作的旁路气闸，流体地连接至入口；传感器用于感测排气系统中的压力条件和流条件中的至少一个；以及控制系统，用于至少部分基于从传感器发送的信号来控制所述至少一个风扇、所述出口喷嘴和所述旁路气闸。在排气系统的一个实施例中，传感器包括位于管道中的压力传感器；至少一个风扇包括可变速度风扇；并且控制系统至少部分基于从传感器发送给控制系统的信号来调节可变速度风扇的速度。在排气系统的另一个实施例中，传感器包括位于出口喷嘴附近的速率传感器；并且控制系统至少部分基于从传感器发送给控制系统的信号，调节出口喷嘴的横截出口面积。在排气系统的再一实施例中，控制系统包括：基于在管道中感测到的静态压力改变风扇的速度；基于喷嘴附近的排气速率改变出口喷嘴的横截出口面积；以及基于需要的条件选择性地操作旁路气闸。在又一实施例中，所述需要的条件包括超驰条件、低空气流条件和故障条件中的至少一个。

在上述方面的另一实施例中，空气移动系统还包括至少一个远程排气扇，用于从房间和排气罩中的至少一个向管道排出空气。在另一个实施例中，出口喷嘴包括：排气气口，限定了第一横截面积；多个气闸，在排气气口中可定位，其中气闸的位置限定了排气气口的第二横截面积；以及至少一个致动器，用于定位所述气闸。在再一实施例中，多个气闸包括第一气闸和第二气闸，并且其中所述至少一个致动器包括第一致动器和第二致动器。在又一实施例中，排气系统包括喷嘴壳体，其中第一气闸和第二气闸位于所述壳体中，并且其中壳体限定了所述壳体与第一气闸和第二气闸中每一个之间的间隔。

另一方面，该技术涉及这样的可变体积排气移动系统，该系统包括：至少一个风扇，所述风扇具有入口和出口；管道，流体地连接至风扇入口；出口喷嘴，具有可变横截出口面积，所述出口喷嘴流体地连接到风扇出口；以及控制器，用于a）以下两点中的至少一个：（i）基于在管道中感测的静态压力向风扇供电和（ii）完全根据在管道中感测的静态压力调节风扇速度，以及b）用于完全基于喷嘴附近的排气速率来控制出口喷嘴的横截面积。。在一个实施例中，可变体积排气移动系统还包括选择性地可操作旁路气闸，并且其中当出口喷嘴的横截出口面积为最小出口面积时，控制器操作旁路气闸。另一方面，可变体积排气移动系统进一步包括选择性地可操作的旁路气闸，并且其中基于超驰条件、低空气流条件和故障条件中的至少一个，控制器操作旁路气闸。

另一方面，该技术涉及这样的排气扇系统，包括：风扇；风扇出口喷嘴；位于喷嘴中的可移动气闸；以及流监视系统，用于基于喷嘴处的排气速率来移动气闸。在一个实施例中，所述流监视系统包括位于风扇的入口附近的传感器，并且其中流监视系统至少部分基于从传感器的输出和风扇的旋转速度来计算喷嘴处的排气速率。

另一方面，该技术涉及控制可变体积排气系统的控制方法，该可变体积排气系统包括风扇、连接到风扇的管道以及包括可变横截面积的出口喷嘴，该方法包括以下步骤：（a）以下的至少一个：基于在管道中感测到的静态压力向风扇供电；以及完全基于在管道中感测的静态压力来控制风扇速度；（b）完全基于喷嘴附近的排气速率来改变出口喷嘴的横截面积。

附图说明

在当前优选的附图、实施例中进行了显示，然而应当理解，该技术不限于所示的精确的布置和机构。

图1是可变体积排气系统的示意图。

图2A和图2B分别是用于可变体积排气系统的风扇系统的前视图和侧视图。

图3A和图3B分别是用于可变体积排气系统的另一个风扇系统的前视图和侧视图。

图4A-图4D是可变横截出口面积喷嘴的顶视图和侧视图。

图4E和图4F分别是可变横截出口面积喷嘴的透视图和分解透视图。

图5A和图5B分别是另一个可变横截出口面积喷嘴的透视图和分解透视图。

图5C和图5D分别是显示了图5A和图5B的喷嘴在闭合位置上的侧视图和顶视图。

图5E和图5F分别是显示了图5A和图5B的喷嘴在打开位置上的侧视图和顶视图。

图5G和图5H显示安装在排气系统上的图5A和图5B的喷嘴。

图5I-图5L显示具有替选的旋转致动器的图5A和图5B的喷嘴，该旋转致动器用枢轴连接组件连接到气闸。

图5M-图5P显示具有线性致动器的图5A和图5B的喷嘴。

图6A-图6D是另一可变横截出口面积喷嘴的顶视图和侧视图。

图7A和图7B是另一可变横截出口面积喷嘴的顶视图和侧视图。

图8A和图8B分别是用于可变体积排气系统的另一风扇系统的前视图和侧视图。

图8C-图8E是图8A和图8B喷嘴的透视图和侧视图。

图8F是图8A和图8B喷嘴的分解透视图。

图9描述了控制可变体积排气系统的方法。

具体实施方式

图1描述了可变体积排气系统100的示意图。系统100从一个或多个空间102排出空气，以下将典型地描述用于实验室环境中的排烟罩，尽管其他空间被考虑过。阀、气闸或其他流-阻挡装置104位在每个空间102的出口处，借此在需要时可选择性地阻挡流。每个气闸104连接至管道106，该管道可以为封盖或其他配置。位于管道106中的，为至少一个静态压力传感器监视器108。额外的静态压力传感器108a可以安装在导管106中的其他位置，用于很多目的，包括但不限于使传感器冗余、使值平均、或为了完整性监视。管道016被连接至风扇系统110，该风扇系统包括风扇112、被连接至风扇出口的出口喷嘴114，以及旁路气闸116和旁路空气室118。通过控制器120监视并且控制可变体积排气系统100，所述控制器120接收并处理从各种传感器、气闸和其他组件发送的信号，并将控制信号发送到这些组件。可变频率驱动器122与控制器120进行通信，控制风扇112的速度。控制器120还可以与建筑自动系统124进行通信，或者可以与建筑自动系统124合成。可以紧邻风扇112而提供隔离气闸119。当隔离阀119处于打开位置时，风扇112与旁路气室118和管道106处于流体连通。当隔离气闸119处于关闭位置，旁路气室118和风扇之间的流体流通被割断，借此将风扇与旁路气室118和管道106隔离。此外，传感器126，诸如空气流或压力传感器可以被放置在出口喷嘴114附近以检测空气流条件。

图2A和图2B描述了可以使用在可变体积排气系统中的风扇系统110。如以上简要描述的，风扇系统100包括风扇112、连接至风扇出口的出口喷嘴114和旁路气闸116和旁路空气室118。在这个实施例中，风扇112是轴向风扇。在这种情况下，可变频率驱动器122被安装在风扇壳体200中。此外，还可以将控制器120紧固在风扇112上或者安装在风扇112附近。也可以使用具有长度L的出口圈202。长度L可以为足以在进入喷嘴114之前减少从风扇112排出的排出空气的湍流。管道106可以如描述的从下方或从侧面通过旁路气室118中的开口进入旁路空气室118。旁路气室118还包括罩204，用以吸入旁路空气而没有雨、雪或其他潮气的介入，并且可以包括筛子和/或过滤器来防止碎片侵入气室118。如下描述地可选择性地运行旁路气闸116。当然，不需要使用旁路气室118和气闸116，但是在以下描述了这些组件的优点。此外，旁路气室118不需要是与（与风扇112的入口连接的）管道106分离的组件，而可以是安装有旁路气闸116和罩204的通风管道的长度。可以将诸如非侵入式流监视系统的流监视系统安装在风扇112的入口206。通过评测出口上的压力差精确地评定流输出的一个上述这种流监视系统，是威斯康辛州斯科菲尔德的Greenheck Fan Corporation（格林瀚克通风设备有限公司）销售的VektorSureAire^TM产品中使用的类型。在美国专利No.5,586,861中描述了另一种代表的流测量系统，通过引用的方式将该专利的全部内容合并入本文中。

图3A和图3B描述了可以在可变体积排气系统中使用的风扇系统110a的另一个实施例。该风扇系统110a包括径向风扇112a和可变频率驱动器122。风扇112a、可变频率驱动器122、电机、控制器和其他组件可以安装在垫木300或其他支撑结构上，与图2A和图2B中描述的实施例一样，所述支撑结构可以安装在机房或其他空间中的屋顶302上。旁路气室118a包括旁路气闸116，其被安装在靠近风扇112a的入口一侧。来自内部空间的管道106从下方进入旁路气室118a。隔离气闸119a放置在旁路气室118a和风扇112a之间。如那些以上描述的其他替选管道和气闸配置是可以预期的。风扇112a出口连接到出口圈202，其是进而连接到出口喷嘴114a。出口喷嘴114a具有机械装置304用于改变喷嘴114a的横截出口面积。以下描述多个机械装置。流监视系统，诸如非侵入式流监视器（如上所述）安装在风扇112的入口206处。

图4A-图4D描绘了可变横截出口面积喷嘴400的顶视图和侧视图。在图4G-图4K中描绘了该实施例的额外的视图。图4A和图4B描绘了喷嘴400处于第一最小横截面积位置；图4C和图4D描绘了喷嘴400处于第二最大横截面积位置。该喷嘴400包括锥形部分402和烟囱部分404，其中锥形部分与风扇112的出口连接。气闸406被放置在烟囱404中，所述气闸具有与烟囱出口曲率基本相似的曲率，并且在该实施例中，所述气闸包括与滑动销410连接的两个转化导向装置408。致动器412安装在烟囱404的外表面上，并且与较低的引导装置408在枢轴414或其他连接上连接。在致动的情况下，致动器412旋转枢轴杆414，该枢轴杆414迫使导向装置408倾斜，使得较上的引导装置408的上端移动得更靠近基本上椭圆的排放出口416的固定端416a。槽418和突出420确保较上的引导装置408的对准，随着较上的引导装置408移动靠近固定端416a，两个引导装置408相对彼此进行转化，使用滑动销410确保两个引导装置408之间的适当连接。随着导向装置408移动靠近固定端416a，排放出口在形状上变得更圆。致动器412在相反方向上的致动将引导装置408返回原始位置。

图4E和图4F分别是喷嘴400的透视图和分解透视图。同样的，喷嘴400包括锥形402部分和烟囱404部分。根据希望的应用，可以将这些部分中的每一个以及引导装置408和各种连接元件422制造为薄片金属或其他类型的金属。不锈钢和更高冲击强度塑料可以用作从腐蚀性环境中排出空气的喷嘴。各种接头可以与所描述的连接元件422接合或焊接。接头应当被制成使用密封元件的密封的，以防止高速率、高压力空气的泄漏。图4E和图4F还描绘了许多安装支架424，致动器412和其他组件可以被固定在所述支架424上。在描绘的实施例中，将致动器412紧固在第一致动器支架424a上。如果枢轴杆414延伸穿过整个烟囱404，则第二致动器支架424b可以被用于支撑枢轴杆414的相反端。

图5A-图5F描绘了可变横截出口喷嘴500的另一实施例的透视图和分解透视图。描绘的实施例包括外部壳体502和紧固所述壳体502的各种连接元件504，尽管焊接也是可以使用的。喷嘴500包括可定位的气闸506，其安装在喷嘴壳体502的内部。通过致动器507（例如，旋转致动器）将气闸506从最小位置（如图5C和图5D所示的气闸最靠近开口510的固定部分510a）移动到最大位置（如图5A和图5E以及图5F中所描绘的）。气闸506具有凹面曲率509，该凹面曲率朝向开口510的固定部510a。当气闸506处于最大位置时，开口510具有拉长的配置，该拉长的配置具有在凹面端之间延伸的平行、相对侧511。用于气闸506的枢轴513被放置得邻近外部壳体502的较低端。韧性翼片515（见图5C）可以在气闸506的较低端和外部壳体502之间延伸，以防止排出物从开口510绕开。气闸506、圈508和罩502的其他配置是可以预期的。喷嘴500还包括致动器安装支架512，在这种情况下，当气闸506处于图5A的最大位置时，该支架安装在气闸506的附近。其他位置是可以预期的。

图5G和图5H显示出喷嘴500安装在图2A和2B的排气系统的排放端。图5I-图5L显示了喷嘴500装备有替选致动器507a，用以移动气闸506。致动器507a包括旋转驱动器521，通过枢轴连接组件523连接至气闸506。图5M-图5P显示了喷嘴500，其配备有线性致动器507，用于在最大横向横截流动面积位置和最小横向横截流动面积位置之间移动气闸506。在风扇112的入口处安装有诸如非侵入性流建议系统（如上所述）的流监视系统。

图6A-图6D描绘了可变横截出口面积喷嘴600的另一个实施例的顶视图和侧视图。图6A和图6B描绘了喷嘴600处于第一、最小横截面积位置；图6C和图6D描绘了喷嘴600位于第二、最大横截面积位置。喷嘴600包括大致为正方形或矩形的壳体602并安装在风扇112的上方。喷嘴600包括可定位的气闸604，可以通过与致动器608连接的连接件606移动所述气闸。也可以与该喷嘴600或本文中描绘的任何喷嘴一起使用其他类型的连接。例如，一个或多个引导螺丝可以用来调节气闸604的位置。随着连接件606将气闸604从位于致动器608附近的位置朝向固定位置610a枢轴旋转时，开口610的面积减少。其他喷嘴形状、配置等使可以预期的。

图7A和图7B描绘了可变横截出口面积喷嘴700的另一实施例的顶视图和侧视图。每个图的上半部分描绘了喷嘴700位于关闭的或最小面积位置；每幅图的下半部分描绘了喷嘴700位于打开或最大面积位置。图7A和图7B中描绘的尺度仅用于说明的目的。具有其他尺度的实施例也是可以预期的。喷嘴700包括可移动的多个重叠叶片702，以便减少或增加出口704的面积。每个叶片702连接于致动器706，该致动器由操作环或圈708或其他结构组件支撑。在一个实施例中，致动器706可以是凸轮或将旋转移动转换为线性移动的其他结构。一个或多个电机（未显示）旋转或者要不然移动致动器706来减少出口704的面积。叶片702可以具有韧性配置（例如，可以由弹簧钢或其他塑料材料制成，或者可以经由韧性连接而安装），所述韧性配置偏转弯曲至打开位置，其中叶片比图7A和图7B中所示的配置更竖直，使得中间排气通道具有最大横向横截面积。通过旋转圈708，致动器706迫使叶片相对于它们的底端向内径向弯曲，从而增加重叠量并且减少喷嘴的中心排气通道的横向横截面积。图7A和图7B显示了喷嘴处于减少了中心排气通道的横截面积的配置。在另一实施例中，诸如流体圈（例如气体或液压圈）的其他致动器可以用于选择性地径向压紧叶片来减少喷嘴的横向横截面积。例如，这种圈可以被膨胀/扩展来减少喷嘴的横截面积并且可以被泄气来增加喷嘴的横截面积。在其他实施例中，诸如带夹的夹子可以用作致动器。当然，喷嘴700可以被安装为以上描述的其他喷嘴。

图8A和图8B分别描绘了用于可变体积排气系统的另一风扇系统的前视图和侧视图。通常，图8A-图8B的风扇系统类似于图2A和图2B中描绘的风扇系统，使用相同类型的风扇，可变频率的驱动器和旁路气室118。更具体来说，图8A和图8B的风扇系统110包括风扇112、连接到风扇出口的出口喷嘴814和旁路气闸116以及旁路空气室118。在该实施例中，风扇112是轴向风扇。在这种情况下，可变频率驱动器122被安装到风扇壳体200。此外，控制器120还可以被紧固或固定在风扇112附近。也可以使用具有长度L的出口圈202。长度L可以是足够减少进入喷嘴814之前，排出风扇112的排出空气的湍流。管道106可以如同所描绘的从下方进入旁路空气室118，也可以从侧面进入旁路气室，通过旁路气室118中的开口。旁路气室118还包括罩204，用于吸进旁路空气而没有雨、雪或其他潮气的介入，并且可以包括筛子和/或过滤器来防止碎片侵入气室118。如下所述的，旁路气闸116是可选择地运行的。当然，不需要使用旁路空气室118和气闸116，但是以下描述了这些组件的优点。此外，旁路空气室118不需要是与管道106分离的组件（所述管道106与风扇112的入口连接），而可以是安装有旁路气闸116和罩204的通风管道的长度。可以将注入非侵入式流监视系统的流监视系统安装在风扇112的入口206。示例流监视和测量系统在以上进行了定义。

图8C-图8E是图8A和图8B的喷嘴814的透视图和侧视图。图8F是喷嘴814的分解视图。喷嘴814包括放置在过渡圈802上的壳体800。过渡圈802将壳体800底部上基本呈矩形的开口连接到图8A和图8B描绘的圆形出口圈202。当然，过渡圈使壳体800可以连接至几乎具有任何横截形状或尺寸的出口圈202。壳体包括侧部804和端部806，至少部分限定排放面积804a。该侧部804被配置为支撑或保护一个或多个致动器808。在描绘的实施例中，可以将致动器808安装在侧部804内形成的空白处804b，以此保护致动器808不以环境为条件或受到环境干扰。壳体的端部806向外弓曲，以此限定侧部806和叶片810后表面之间的间隔806a。该间隔806a使得叶片可以使在排放区域804a处有可能收集的水、雪、冰、树叶或其他大的或者重的杂质流出。一个或多个支柱812可以支撑端部806附近的壳体800。

返回到图8D，具体来说，描绘了叶片810和致动器808。致动器808连接至控制器（本文中详细描述过）并且随着控制器的指令，将叶片810移动朝向彼此或者彼此远离。在描绘的实施例中，致动器808是旋转的致动器，其在位于叶片810近端附近的枢轴杆816处枢轴旋转每个叶片810。例如，也可以使用线性致动器、或者线性致动器和旋转致动器的组合。替选的，单个致动器可以用于控制两个叶片。在另一实施例中，可以安装一个或多个第二致动器（典型的安装在与主致动器枢轴杆的相反一端），并且可以配置为在主致动器故障时操作叶片。叶片810的远端是弯曲的，这有助于减少噪音和振动，并且还提升空气流。在描述的实施例中，叶片810的较低部分（大约叶片810长度的三分之二）是直的，而较上的三分之一限定了弯曲。其他的叶片配置和形状是可以预期的，包括叶片沿着他们全部长度上是直的或弯曲的。在特定实施例中，叶片的弯曲可以至少部分限定抛物线形状。

图9描绘了操作可变体积排气系统的方法900。方法900包括风扇速度调节序列900a和出口面积调节序列900b。针对风扇速度调节序列900a，在902，设置想要的静态压力，这典型地通过控制器处的操作员进行。该静态压力是经过计算或实际测试确定的，使得风扇能够维持在从建筑物排出的正确的排气流。在运行期间，风扇试图维持该静态压力。在904，在排气管道中的一个或多个传感器处感测管道的静态压力。如以上所描述的，如果使用了多个传感器，可以平均读数，或者否则，将读数用于确定精确的静态压力。随后在906将实际测量的静态压力与在控制器设定的静态压力进行比较。随着烟罩气闸关闭，这在管道中产生了增加的静态压力（即，压力变为更加负值（more negative））。压力变换器将压力的该变化通知给控制器。通过与可变频率驱动器进行通信，控制器进行响应，以降低风扇电机908的速度。在使用多个风扇的替选实施例中，控制器可以根据努力维持静态压力的需要给一个或多个风扇供电。

风扇速度的降低导致排气速率的减少，并且进而减少管道静态压力（即静态压力变得更少负值（less negative））。替选地，随着烟罩闸打开，这产生了通风管道中静态压力的减少（即，压力变得更少负值）。压力变换器将压力的该变化通知给控制器。控制器通过与可变频率驱动器进行通信来进行响应，以提高风扇电机910的速度。替选地或额外地，如果风扇是在测量静态压力时不被供电的排气扇，那么风扇可以被供电。风扇速度的提高导致排气速率的增加，这进而增加管道静态压力（即，静态压力变得更加负值）。以上所述的风扇速度调节序列900a被专门用于控制风扇速度（即，如下所述，其不依赖于出口面积调节序列900b而运行）。此外，根据风扇速度调节序列，风扇速度是完全地基于在管道中感测的静态压力而进行控制的。其他用于其他排气系统配置的类似序列也是可以预期的。

在出口面积调节序列900b中，在912，首先经由风扇入口内的非侵入式流监视系统测量空气流，其被发送给控制器。流监视系统（或者，如果来自监视系统的信号被直接发送给控制器，则控制器）可以基于查看表格、算法或其他方法来计算排气速率。例如，可以基于来自传感器的输出和风扇瞬时旋转速度来计算排气速率。如果在914空气速率读取数据在减少，那么在916，控制器首先确定喷嘴的出口面积是否可以被减少。如果是这样，那么在918，控制器减少可变喷嘴的出口面积来维持恒定排放速率和/或安全排放烟羽高度。所公开的系统的一个特殊优势涉及旁路气闸的功能性。例如，如果喷嘴位于最小空闲面积并且不能进一步减少，则在920控制器打开旁路气闸。这允许该系统被控制作为传统的可变体积排气系统。返回到步骤914，如果空气速率读数在增加，则控制器增加可变喷嘴的出口面积来维持恒定的排放速率和/或安全排放烟羽高度。出口面积调节序列900b独立于风扇速度调节序列900a而运行，并且专门用于基于喷嘴附近的排气速率而改变出口喷嘴的横截面积。此外，根据出口面积调节序列，出口喷嘴的横截面积是完全地基于喷嘴附近的排气速率的。

旁路气闸的另一个优点是根据紧急或需要的条件也可以调节其位置。如果在运行期间的任何时间点，喷嘴、控制器、空气流监视系统或其他组件都可能发生故障，则旁路气闸可以用于控制系统作为传统的可变体积排气系统。除了该故障条件之外，还可以基于手动超驰或其他低空气流条件来调节旁路气闸。此外，在单个方法900中顺序描述风扇速度调节序列900a和出口面积调节序列900b的同时，这些序列900a、900b可以平行地独立运行。在这种平行运行序列中，风扇速度调节序列900a可以在步骤908、910减少或增加风扇速度之后返回步骤904。类似地，在出口面积调节序列900b中，在步骤918、920和922之后执行，序列900b可以返回到步骤912的测量空气流。

对运行方法的其他修改是可以预期的。控制器可以用于向多风扇系统的运行增加或从中移除风扇。这样做以通过超前-滞后程序来旋转就绪的风扇，以平均包括冗余（即就绪）风扇的所有风扇的运行时间。也可以布置多个风扇导通或断开来与可变位置气闸相关联地响应管道静态压力的变化。例如，减少静态压力可能需要额外的风扇来满足空气速率和静态压力需求。增加静态压力可以允许停止向风扇供电并且能够将风扇移除出运行，来与可变喷嘴相关联地减少气流。控制器还可以合并序列，用于将诸如风扇流或静态压力的信息经由控制通信协议报告给建筑物自动系统。此外，尽管监视排气速率来控制出口喷嘴的面积，也可以监视其他系统参数，例如体积流比例（立方英尺/分钟、公升/分钟等）。此外，不需要直接测量空气速率。例如，指示空气速率的来自一个或多个传感器的参数也反而可以被利用。

图1描绘的实施例中描述了实验室/烟罩排气系统，但是本文中揭露的技术对于从其他空间中排出空气也同样适用，所述其他空间包括洗手间、体育馆、厨房、隔离室等，或需要或希望特殊排气设置的任何其他空间。例如，以上描述的技术可以被利用在洗手间排气系统中，其中，多个洗手间被连接至单个屋顶风扇，但是并不时刻需要排气系统。在这种情况下，随着每个洗手间被使用/未被使用，可变速度风扇改变空气流，所述洗手间被使用/未被使用的情况可以基于灯开关的位置、占用传感器等决定。在另一实施例中，可以随着专用于特定空间的远程排气扇（即，烟罩排气风扇或洗手间排气风扇）被供电或未被供电而改变管道系统中的静态压力。在检测到管道静态压力改变的情况下，可以如上所述地运行风扇速度调节序列。利用本文中描述的可变体积排气系统的非有毒空间典型地不需要特定排气速率；因此，不需要利用上述出口面积调节序列。

风扇、管道、喷嘴和旁路气闸的其他配置是可以预期的。例如，可以将系统风扇放置在分离的机房并且可以通过更长的管道跑道将空气排放到建筑物外部。此外，可以将旁路气闸安装在距离风扇入口的相当大的距离上，尽管可以希望将旁路气闸安装得靠近风扇用于服务、控制和其他原因。不管配置如何，本文中描述的多种气闸、出口、传感器等，仅仅流体连接到风扇，或者否则与风扇流体连通。

本文中描述的系统还可以被用于多种恒定或可变速度风扇，以维持管道静态压力需求。以上描述的实施例中，随着空间被使用/未被使用来调节可变速度风扇的速度就是这样的例子。恒定速度风扇可以与一个或多个空间相关联地使用。随着每个空间在被使用/未被使用条件之间改变，可以向相关风扇供电/不供电，以便维持管道静态压力。此外，以上描述的可变体积排气系统还可以用于呈现由于放置在排气系统中的一个或多个过滤器引起的管道静态压力的变化。随着过滤器拖拽更多的碎片，相关风扇可以增加其速度来维持想要的从空间排出的排气体积。

以上描述的可变体积排气系统可以作为套件销售，也可以以单个包或多个包出售。套件可以包括风扇、可变出口面积喷嘴、可变频率驱动器、控制器、旁路气闸、传感器等。在其他实施例中，套件可以包括可变出口面积喷嘴、控制器、风扇和旁路气闸。在其他实施例中，控制器和传感器可以以套件出售。可以单独提供用于系统的操作而希望或所需的其他组件。套件的每个组件包括多个连接器，用于在各种系统组件中通信。如果希望，可以包括线缆，尽管关于套件的介绍也可以规定基于特定安装所需要的线缆的类型。可以将额外的传感器模块和功率产生模块（例如备用电池系统）与套件独立使用或者作为套件的一部分使用。此外，可以将用于使用系统所需要的必要软件或固件加载到控制器。在替选配置中，如果将PC用作控制器，或者如果将PC与可变体积排气系统相关联地使用为用户或服务接口，则可以在各种类型的存储介质（CD、DVD、USB驱动器等）上包括软件，用于上载到标准PC。此外，可以在套件指令中包括网站地址和密码，用于从互联网上的网站上下载的程序。

可以以硬件、软件或硬件和软件的结合实现本文中描述的技术。本文中描述的技术可以实现在一个计算机系统中的集中模式中，或者实现在不同元件散布在多个互联的计算机系统上的分布模式中。适用于执行本文中描述的方法的任何种类的计算机系统或其他装置都是合适的。典型的硬件和软件的结合可以是具有这种程序的通用计算机系统，当装载或运行所述程序时，该程序控制计算机系统使得其执行本文中描述的方法。

还可以将本文中公开的技术嵌入计算机程序产品中，所述计算机程序产品包括能够实现本文所描述的方法的所有特征，并且当装在在计算机系统中时，该计算机程序产品能够实现这些方法。本文中的计算机程序意味着以任何语言、代码或符号的、指令组的任何表述，所述指令意欲使具有信息处理能力的系统直接执行，或者在以下两个步骤中任一个之后执行特定功能，a)转换为另一种语言、代码或符号；b)不同材料形式的复制品。

在以上描述的实施例中，软件可以被配置为在任何计算机或工作站上运行，诸如PC或PC兼容机器、苹果Macintosh,Sun工作站、专用于可变体积排气系统等。通常，可以使用任何装置，只要该装置能够执行本文描述的所有功能和性能。特定类型的计算机、工作站或系统对于该技术不是最重要的，其配置、位置或数据库的设计也不是最重要的，其中，所述数据库可以是平面文件（flat-file）、关系型或面对对象的，并且可以包括一个或多个物理的和/或逻辑的组件。

服务器可以包括持续连接到网络的网络接口，并且以此支持多个地理上分散的用户和应用。在典型的实现中，服务器的网络接口和其他内部组件在主双向总线上互通。指令的主序列实现该技术的功能，并且促进客户、服务器和网络之间的交互作用，可以存在于大容量存储设备（诸如硬盘或者光学存储单元）中，以及在运行过程中存在主系统存储器中。这些指令的执行和该技术的功能的实现是通过中央处理单元（“CPU”）实现的。

可以将如上所述的控制CPU运行和实现该技术操作的功能模块组放置在（按照需要，服务器上或独立机器上的）系统存储器中。运行的系统指向低级别的运行，诸如存储器分布、文件管理以及大量存储设备运行的基本系统功能。在更高级别，控制块被实现为一系列所存储的指令，通过检索用户特定的配置文件以及应用一个或多个如上描述的规则来响应客户端发起的访问请求。

可以经由任何介质进行数据通信，所述介质诸如标准电话线、LAN或WAN链接（例如T1、T3、56kb、X.25）、宽带连接（ISDN、帧中继、ATM）、无线链接等等。优选地，网络可以承载TCP/IP协议通信、由客户做出的HTTP/HTTPS请求以及可以在这种TCP/IP网络上通信的客户和服务器之间的连接。然而，不限制网络的类型，并且可以使用任何适合的网络。可以用作通信网络而服务的网络的典型的例子包括基于无线或有线以太网的内联网，局域或广域网络（LAN或WAN），和/或已知为互联网的全球通信网络，其可以容纳很多不同通信介质和协议。

本文中已经描述了的被认为是本技术的示例性和优选的实施例，通过本文的教导，该技术的其他修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。本文公开的制造的特定方法和几何形状实际上是示例的，并且并不认为是限定。所以希望所附权利要求中确保所有这种修改都落入该技术的精神和范围中。因此，希望专利证书确保的是在以下权利要求中所限定的和具有区别的技术及所有等同物。

Claims (15)

1.一种用于从空间排出空气的排气系统，该排气系统包括：

可变体积排气移动系统，包括至少一个风扇，所述风扇包括入口和出口；

管道，连接至入口；

出口喷嘴，具有可变横截出口面积，所述出口喷嘴流体地连接至出口；

选择性地可操作旁路气闸，流体地连接至入口；

传感器，用于检测排气系统中的压力条件和流条件中的至少一个；以及

控制系统，用于至少部分基于从传感器发送的信号来控制所述至少一个风扇、所述出口喷嘴以及所述旁路气闸。

2.根据权利要求1所述的排气系统，

其中所述传感器包括位于管道中的压力传感器；

其中至少一个风扇包括可变速度风扇；并且

其中控制系统至少部分基于从传感器发送给控制系统的信号来调节可变速度风扇的速度。

3.根据权利要求1所述的排气系统，

其中所述传感器包括位于出口喷嘴的附近的速率传感器；并且

其中所述控制系统至少部分基于从传感器发送给控制系统的信号来调节出口喷嘴的横截出口面积。

4.根据权利要求1所述的排气系统，其中所述控制系统：

基于在管道中感测到的静态压力来改变风扇的速度；

基于喷嘴附近的排气速率来改变出口喷嘴的横截出口面积；并且

基于需要的条件来选择性地操作旁路气闸。

5.根据权利要求4所述的排气系统，其中所述需要的条件包括超驰条件、低空气流条件以及故障条件中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的排气系统，其中空气移动系统还包括至少一个远程排气扇，用于从房间和排气罩中的至少一个向管道排出空气。

7.根据权利要求1所述的排气系统，其中出口喷嘴包括：

排气气口，限定了第一横截面积；

多个气闸，在所述排气气口中可定位，其中气闸的位置限定了排气气口的第二横截面积；以及

至少一个致动器，用于定位所述气闸。

8.根据权利要求7所述的排气系统，其中多个气闸包括第一气闸和第二气闸，并且其中所述至少一个致动器包括第一致动器和第二致动器。

9.根据权利要求8所述的排气系统，还包括喷嘴壳体，其中第一气闸和第二气闸位于壳体内，并且其中壳体限定了壳体与第一气闸和第二气闸中每一个之间的间隔。

10.一种可变体积排气移动系统，包括：

至少一个风扇，所述风扇具有入口和出口；

管道，流体地连接至风扇入口；

出口喷嘴，具有可变横截出口面积，所述出口喷嘴流体地连接到风扇出口；以及

控制器，用于a）以下两点中的至少一个：（i）基于在管道中感测的静态压力向风扇供电和（ii）完全根据在管道中感测的静态压力调节风扇速度，以及b）用于完全基于喷嘴附近的排气速率来控制出口喷嘴的横截面积。

11.根据权利要求10所述的排气移动系统，其中可变体积排气移动系统还包括选择性地可操作的旁路气闸，并且其中当出口喷嘴的横截出口面积为最小出口面积时，控制器操作旁路气闸。

12.根据权利要求10所述的排气移动系统，其中可变体积排气移动系统还包括选择性地可操作的旁路气闸，并且其中基于超驰条件、低气流条件和故障条件之中的至少一个，控制器操作旁路气闸。

13.一种排气扇系统，包括：

风扇；

风扇出口喷嘴；

可移动气闸，位于喷嘴中；以及

流监视系统，用于基于喷嘴处的排气速率来移动气闸。

14.根据权利要求10所述的排气扇系统，其中流监视系统包括传感器，位于风扇入口附近，并且其中流监视系统至少部分基于从传感器的输出和风扇的旋转速度来计算喷嘴处的排气速率。

15.一种控制可变体积排气系统的方法，所述可变体积排气系统包括风扇、连接到风扇的管道以及包括可变横截面积的出口喷嘴，所述方法包括以下步骤：

（a）以下的至少一个：

基于在管道中感测的静态压力向风扇供电；以及

完全基于在管道中感测的静态压力来控制风扇速度；以及

（b）完全基于喷嘴附近的排气速率来改变出口喷嘴的横截面积。