EP4359789A1 - Überwachungsvorrichtung und verfahren zur überwachung der qualität einer gasatmosphäre - Google Patents

Überwachungsvorrichtung und verfahren zur überwachung der qualität einer gasatmosphäre

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EP4359789A1
EP4359789A1 EP22731547.0A EP22731547A EP4359789A1 EP 4359789 A1 EP4359789 A1 EP 4359789A1 EP 22731547 A EP22731547 A EP 22731547A EP 4359789 A1 EP4359789 A1 EP 4359789A1
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EP
European Patent Office
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volume flow
gas
fan
sensor
value
Prior art date
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Pending
Application number
EP22731547.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Sauer
Jan GEHRINGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the invention relates to a monitoring device and a method for monitoring the quality of a gas atmosphere.
  • the invention also relates to a method for setting up the monitoring device, in particular before or during commissioning.
  • a sensor device for monitoring the quality of a gas atmosphere is described in US 2021/0140868 A1.
  • the particle concentration in an aerosol is measured with this sensor device.
  • the particle concentration is detected based on the electrical charge of the particles flowing through the sensor.
  • a cost-effective and reliable measurement of ultra-fine particles smaller than 0.1 ⁇ m should also be carried out.
  • a response function for determining the particle concentration is set up, which is independent of the volume flow of the aerosol flowing through the sensor device.
  • EP 2142 857 B1 describes a control device and a method for displaying the indoor air quality.
  • the volume flow of the supply air can either be temperature-controlled or air quality-controlled.
  • the logarithmic measurement scale for the air quality of the air quality sensor can be changed depending on the current room temperature to calibrate the air quality sensor.
  • the exact determination of the quality of a gas atmosphere is expensive. With many known gas sensors for determining the gas quality, the measured value depends on the volume flow through the gas sensor. For this reason, it is usually not possible to measure directly on a fan of a room air system. A small, separate fan is typically assigned to the gas sensor, which generates a constant volumetric flow rate of a measurement flow, which flows through the gas sensor, independently of the operation of the (main) fan of the room air system. In this case, the measurement accuracy that can be achieved depends on the measurement flow remaining unaffected by the gas flow generated by the fan of a room air system.
  • the monitoring device is set up to monitor the quality of a gas atmosphere.
  • the gas atmosphere is in particular an air atmosphere.
  • the concentration of dust particles and/or the concentration of one, several or all volatile organic compounds (VOC) can be determined from the gas atmosphere.
  • the concentration of dust particles with a specified size (eg PM 2.5) or a TVOC value (Total Volatile Organic Compounds) can be determined.
  • values describing the state and/or the quality of the gas atmosphere can also be measured, for example the temperature, the humidity, the concentration of at least one chemical component of the gas atmosphere, such as the concentration of carbon dioxide (CO2). or nitrogen oxides (NO x ).
  • the monitoring device has a fan that is set up to generate a gas flow.
  • the volume flow of the gas flow can be changed depending on the operating status of the fan.
  • the fan is operated in a controlled or regulated manner by a control device, in which case, for example, the volume flow or a differential pressure between the suction side and the pressure side of the fan can be controlled or regulated.
  • the fan and the control device can be part of a room air system, for example for supplying and/or discharging air (e.g. fresh air and/or warm air and/or cold air, ...) into or out of a room or several rooms in a building.
  • the fan has an electric motor and a fan rotor which is rotatably mounted on a fan stator about an axis of rotation.
  • the electric motor is with the Drive-connected to the fan rotor and arranged to rotationally drive the fan rotor about the axis of rotation.
  • the monitoring device also has a gas sensor which is communicatively connected to the controller.
  • the gas sensor provides the control device with a measured value that describes the quality of the gas in the gas atmosphere, for example the concentration of dust particles and/or volatile organic components in the gas atmosphere.
  • at least one further sensor can be present in order to measure at least one further parameter (for example at least one physical parameter) and provide it to the control device, such as the temperature and/or the humidity and/or the pressure of the gas atmosphere.
  • the gas sensor is arranged on the fan stator or on the electric motor or a motor housing of the electric motor.
  • the gas sensor is preferably arranged at a sensor position outside of the main flow path of the gas flow.
  • the gas sensor is arranged at a sensor position that was determined by simulation and/or measurement over the work area or operating range of the fan and in which the volume flow changes as little as possible when the fan generates the gas flow with a variable volume flow.
  • the sensor position can lie, for example, on a surface oriented downstream, so to speak in the flow shadow of the gas flow.
  • the sensor position can be determined by measurement and/or simulation.
  • the control device is set up to to determine a volume flow-corrected and at least essentially volume-flow-independent monitoring value based on the measured value of the gas sensor, the current volume flow of the fan and stored or otherwise provided correction data.
  • the correction data can be determined, for example, by simulation and/or measurement before or during the commissioning of the fan or the room air system having the fan, and stored in a non-volatile memory of the control device and/or in a non-volatile external memory with which the Control device is communicatively connected (e.g. cloud storage).
  • the correction data can be in the form of a table, a curve or a function and describe the relationship between the measured value, the current volume flow and the volume flow-corrected monitoring value.
  • the gas sensor can therefore form an assembly with the fan and does not have to be arranged separately as far away from the fan as possible. This considerably simplifies the installation of the fan or a room air system at an installation location, for example in a building.
  • the monitoring device also has a volume flow sensor for measuring the current value of the volume flow.
  • the volume flow sensor is preferably arranged in the main flow path of the gas flow at a distance from the gas sensor.
  • the volume flow sensor is connected to the control device in terms of communication and provides the control device with the respective current value of the volume flow ready.
  • control device can be provided with at least one operating parameter of the fan and/or the electric motor, for example the speed of the fan and the torque of the electric motor or one or more other operating parameters that characterize the speed of the fan and the torque of the electric motor.
  • the torque of the electric motor can be characterized by the motor current, for example.
  • the speed of the fan can be described by a specified target speed of the control device or can be detected by a speed sensor, for example by a speed sensor.
  • the control device can be set up to use the differential pressure or the volume flow as a guide variable for the open-loop or closed-loop control.
  • the monitoring device also has a differential pressure sensor arrangement for measuring the differential pressure between a suction side and a pressure side of the fan.
  • the differential pressure sensor arrangement is communicatively connected to the control device.
  • the differential pressure sensor arrangement can be omitted if the control device is set up to control the differential pressure.
  • the gas sensor is arranged in particular outside of the main gas flow path at a suitable sensor position.
  • the sensor position can be determined by simulation and/or measurement and can be a position on the fan stator or on the electric motor at which a change in the volume flow through the fan in its working range from a minimum volume flow to a maximum volume flow occurs at the sensor position Volume flow difference is less than a predetermined limit or at which the volume flow difference is minimal.
  • the sensor position on the fan stator or on the electric motor can be determined at which a change in volume flow caused by the fan has little or the least influence on the measured value of the gas sensor.
  • the compensation based on the correction data can take place with sufficient accuracy.
  • a reference value for the quality of the gas in the gas atmosphere can be determined and stored in a non-flowing gas atmosphere.
  • the reference value can be determined, for example, by the gas sensor when the fan is not running in the gas atmosphere.
  • the fan can then be operated in its working range from a minimum volume flow to a maximum volume flow, with a calibration measurement value being recorded by the gas sensor if there are several volume flow values.
  • the following data can then be used and saved as correction data: -
  • the reference value and the pairs of values determined each contain a calibration measurement value and the associated volume flow; or
  • the correction values can be, for example, the difference between a calibration measurement value and the reference value.
  • the correction data can be described in a suitable form by a table, a function or a curve. If the correction values are not available for all volume flow values at which the fan can be operated, the correction data for the current volume flow value can be determined from the available correction data, for example by interpolation or extrapolation or other suitable mathematical methods. If the volume flow of the fan can only be changed in stages over its working range, a value pair consisting of reference value and volume flow value or correction value and volume flow value can be present in the correction data for each stage.
  • the quality of the gas atmosphere and in particular the air atmosphere can be monitored during operation of the fan or a room air system to which the fan belongs.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a monitoring device
  • FIG. 2 shows a schematic, block diagram-like representation of an exemplary embodiment of a fan of the monitoring device from FIG. 1 in the form of a radial fan
  • FIG. 3 shows a schematic, block diagram-like representation of an exemplary embodiment of a fan of the monitoring device from FIG. 1 in the form of an axial fan
  • FIG. 4 shows a perspective representation of an exemplary embodiment of a monitoring device having a fan in the form of a radial fan
  • FIG. 5 shows a schematic, exemplary course of a reference value, a calibration measurement value and a correction value as a function of the volume flow of a gas flow in the gas atmosphere and
  • FIG. 6 shows a schematic representation for determining a volume flow-independent monitoring value based on a measured value that describes the quality of the gas in the gas atmosphere and as a function of a correction value from a current volume flow at which the measured value was measured.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a monitoring device 10 .
  • the monitoring device 10 is configured to monitor the quality of a gas atmosphere A.
  • the gas atmosphere A can be an air and in particular room air atmosphere.
  • the 10 has a gas sensor 11 that generates a measured value Q that describes a parameter of the quality of the gas or gas mixture in the gas atmosphere A, for example the total concentration of volatile organic components (TOVC value) or the concentration of dust particles of a defined size, for example PM 2.5.
  • the gas sensor 11 can also be set up to provide several different parameters or measured values Q.
  • control device 12 of the monitoring device 10 communicates with a control device 12 of the monitoring device 10 and provides the control device 12 with the measured value Q.
  • the monitoring device 10 has a fan 13 which is set up to generate a gas flow G with a variable volumetric flow V.
  • the fan 13 can be part of an existing room air system or one that is to be installed.
  • the fan has a suction side 14, on which it draws in gas from the gas atmosphere A, and a pressure side 15, on which it ejects the gas flow.
  • the fan 13 can be designed as a radial fan (FIGS. 2 and 4) or as an axial fan (FIG. 3).
  • the flow direction in the main gas flow path of the gas flow G upstream and downstream of the fan 13 depends on the type of fan 13 (radial fan or axial fan) and on the design and course of the flow channels of the room air system and can vary depending on the application.
  • the specified, desired flow direction of the gas flow G can be regarded as the main gas flow path, for example parallel or at right angles to the axis of rotation D, depending on the type of fan 13 (radial fan or axial fan) and the flow ducts of the room air system connected to the fan 13 Specify as target flow direction.
  • FIG. 1 an essentially rectilinear main flow path of the gas flow G is shown only schematically and by way of example.
  • the fan 13 has a fan stator 16 and a fan rotor 17.
  • the fan rotor 17 is rotatable about an axis of rotation D on the fan stator 16 gela siege.
  • the fan rotor 17 is drive-connected to an electric motor 18 of the fan 13 .
  • the fan rotor 17 may be rotatably connected to the rotor of the electric motor 18, so that the speed of the electric motor 18 corresponds to the speed of the fan rotor 17 (fan lator speed).
  • the electric motor 18 is controlled by the control device 12 .
  • the electric motor 18 can in principle be any type of electric motor and can be designed as a brushless direct current motor in a preferred exemplary embodiment.
  • the monitoring device 10 can have one or more other sensors in addition to the gas sensor 11, for example to detect other parameters of the gas atmosphere A or the gas flow G, such as one temperature sensor, a humidity sensor, etc.
  • a volume flow sensor 22 is additionally arranged in a main flow path of the gas flow G, preferably downstream of the fan 13, which is designed to record a current value for the volume flow V of the gas flow G and for the control device 12 to provide.
  • a differential pressure sensor arrangement 23 may be present in order to measure or determine a differential pressure dp between the suction side 14 and the pressure side 15 of the fan 13 .
  • the differential pressure dp is the difference between an outlet pressure pa on the pressure side 15 and an inlet pressure pe on the suction side 14 of the fan 13.
  • the differential pressure sensor arrangement 23 can, for example, have an inlet pressure sensor 23e to record the inlet pressure pe and an outlet pressure sensor 23a to record the From outlet pressure pa.
  • the at least one sensor e.g. volume flow sensor 22 and/or differential pressure sensor arrangement 23
  • the at least one sensor that is optionally present in addition to the gas sensor 11 also communicates with the control device 12.
  • the volume flow V can also be determined or calculated in the control device 12.
  • the fan speed of the valve tilators 13 and the torque of the electric motor 18 for determining the volume flow V are used.
  • the torque and the speed can be assigned to a volume flow V via the fan characteristic curve, with the torque being characteristic of the differential pressure dp between the suction side 14 and the pressure side 15 of the fan 13.
  • the control device 12 can have a communication module 24 which is set up to establish a communication connection with an external device 25, for example a mobile end device such as a smartphone, a tablet computer, a notebook, etc.
  • the communication link is preferably wireless and, for example, based on a defined communication protocol, such as Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE), ZigBee, WiFi, etc.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • WiFi WiFi
  • the communication link between the communication module 24 and the external Device 25 can also be connected via a wireless local area network (WLAN) and/or the cellular network.
  • WLAN wireless local area network
  • the control device 12 also has a non-volatile memory 26 in which data can be stored, for example in order to set up and/or calibrate the monitoring device 10 .
  • the control device 12 can be stored in a communication link with a non-volatile external memory (eg cloud memory) in order to back up data redundantly to the local storage and/or to make it available for retrieval.
  • Setting up the monitoring device 10 can be carried out at the factory and/or at the installation site before or during initial commissioning.
  • the monitoring device 10 can be set up exclusively based on the flow conditions of the gas flow G using the fan 13 or additionally taking into account the flow conditions of the gas flow G within the room air system in which the fan 13 is installed or is to be installed at the installation site.
  • the sensor position P of the gas sensor 11 is first determined by measurement and/or simulation.
  • the gas sensor 11 is arranged on the fan stator 16 or on a non-rotating component of the electric motor 18, such as a motor housing or the stator of the electric motor 18.
  • the sensor position P is selected in such a way that the variable volume flow V of the gas flow G has as little influence as possible on the detected measured value Q of the gas sensor 11 has. If the gas sensor 11 measures the concentration of volatile constituents or dust particles in the gas atmosphere A, for example, the recorded measured value Q depends on the current value of the volume flow V that is generated by the fan 13 . Therefore, the sensor position P outside the main flow path of the gas flow G is selected.
  • a position can be selected based on a measurement or a simulation at which the flow conditions change less than in the main flow path and in particular change as little as possible when the fan 13 changes the volume flow V variably adjusts its working range between a minimum volume flow and a maximum volume flow.
  • the flow in the area of the fan 13 can be measured or simulated with or without considering the flow channels of the room air system if the volume flow V is between the minimum and the maximum volume flow V or at least over a large part of more than 50-70% of the entire working area is varied. From this, possible sensor positions can be identified where the flow conditions change significantly less than in the main flow path of the gas flow.
  • the sensor position is at a point downstream of the fan rotor 17.
  • the sensor position P can, for example, be offset at an angle or at right angles to the flow direction of the gas flow G in the main flow path with respect to the fan rotor 17 and in particular the fan blades of the fan rotor 17.
  • the sensor position P can be arranged on the back of a front plate of the fan stator 16, through which the radial fan draws in gas to form the gas flow through an inlet 31 in the front plate 30.
  • the inlet 31 is surrounded by a ring 32 of the fan stator 16 which adjoins the front panel 30 .
  • the gas of the gas flow G flows through the ring 32 from the inlet 31 and on to the ventilator rotor 17 or the ventilator blades of the ventilator rotor 17.
  • the gas sensor 11 is arranged adjacent to the ring 32, for example. It is offset transversely to the flow direction of the gas flow G to the ventilator rotor 17 .
  • the gas sensor 11 can be arranged on a surface facing away from the gas flow G in the vicinity of the axis of rotation D, for example on a housing of the electric motor 18.
  • the monitoring device 10 is calibrated, the procedure being as follows, for example:
  • a reference value R is measured in the gas atmosphere A with the least possible gas movement, for example with the fan 13 stopped, for example by means of the gas sensor 11.
  • the reference value R describes the same parameter as the measured value Q, for example the concentration Dust particles of a defined size in the gas atmosphere A or the concentration of volatile organic components (e.g. TVOC value).
  • the fan 13 is then operated with a variable volume flow V.
  • a variable volume flow V In the operating range of the fan 13 from a minimum volume flow value to a maximum volume flow value, several measured values Q are measured for each associated volume flow value, which are referred to as calibration measured values QC.
  • a schematic, purely exemplary curve of such pairs of values for the calibration measurement values QC is illustrated in FIG. It can be seen there that the deviation between the calibration measurement values QC and the reference value R increases with increasing Volume flow V increases.
  • volume flow-dependent correction values K can optionally be calculated, for example by forming the difference between the calibration measurement values QC and the reference value R:
  • Correction data C based on the measurement of the calibration measurement values QC can be stored in the memory 26 of the control device 12 .
  • the following can be used as correction data C:
  • the correction data C can be stored in a suitable form, for example by storing the reference value R and the pairs of values from a calibration measurement value QC and the associated value of the volume flow V (cf. option (a)) and/or by storing the Pairs of values each consisting of a correction value K and the associated value of the volume flow V (cf. option (b)).
  • the correction data C can be stored by a table, a curve, an approximate function, and so on. It is possible to determine intermediate values for the correction data C that are not detected by measurement or simulation by interpolation, extrapolation or other suitable mathematical methods.
  • a volume flow-independent monitoring value M can be determined in the control device 12 during operation of the monitoring device 10.
  • the monitoring value M is determined based on the current measured value Q, the current value for the volume flow V and the correction value K associated with the current volume flow as follows:
  • the current measured value Q is corrected based on the correction value K, which is assigned to the current value for the volume flow V, so that the monitoring value M obtained is corrected and thus at least essentially independent of the current volume flow V, which is generated by the fan 13 .
  • the invention makes it possible to correct the measured values Q, which the gas sensor 11 detects during operation of the monitoring device 10, so that it can be used with fans 13 that generate a variable volume flow V during operation .
  • Separate fans assigned to the gas sensor 11, which permanently generate the same constant volume flow, can be dispensed with.
  • the monitoring device 10 can be implemented very easily and inexpensively with fans 13 that are installed or are to be installed in a room air system.
  • the invention relates to a monitoring device 10 and a method for monitoring the quality of a gas atmosphere A.
  • the monitoring device 10 has a fan 13 which is set up to generate a gas flow G with a variable volume flow V.
  • a gas sensor 11 is arranged at a sensor position P on a stationary part of the fan 13 and provides a measured value Q for a control device 12 .
  • the control device 12 is set up to determine a volume flow-corrected and at least essentially volume flow-independent monitoring value M based on the measured value Q and the correction data C provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung (10) und ein Verfahren zur Überwachung der Qualität einer Gasatmosphäre (A). Die Überwachungsvorrichtung (10) weist einen Ventilator (13) auf, der dazu eingerichtet ist, eine Gasströmung (G) mit veränderlichem Volumenstrom (V) zu erzeugen. Ein Gassensor (11) ist an einer Sensorposition (P) an einem ruhenden Teil des Ventilators (13) angeordnet und stellt einen Messwert (Q) für eine Steuereinrichtung (12) bereit. Die Steuereinrichtung (12) ist dazu eingerichtet, basierend auf den Messwert (Q) und bereitgestellten Korrekturdaten (C) einen volumenstromkorrigierten Überwachungswert (M) zu ermitteln.

Description

ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG
Überwachungsvorrichtung und Verfahren zur Überwachung der
Qualität einer Gasatmosphäre
[0001] Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrich tung und ein Verfahren zur Überwachung der Qualität einer Gasatmosphäre. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfah ren zum Einrichten der Überwachungsvorrichtung, insbeson dere vor oder während der Inbetriebnahme.
[0002] Eine Sensoreinrichtung zur Überwachung der Quali tät einer Gasatmosphäre ist in US 2021/0140868 Al beschrie ben. Mit dieser Sensoreinrichtung wird die Partikelkonzent ration in einem Aerosol gemessen. Die Partikelkonzentration wird basierend auf der elektrischen Ladung der durch den Sensor strömenden Partikel erfasst. Es soll eine kosten günstige und zuverlässige Messung auch von ultrafeinen Par tikeln kleiner als 0,1 pm erfolgen. Dazu wird eine Antwort funktion zur Bestimmung der Partikelkonzentration aufge stellt, die unabhängig ist von dem Volumenstrom des durch die Sensoreinrichtung fließenden Aerosols.
[0003] EP 2142 857 Bl beschreibt eine Regelungsvorrich tung und ein Verfahren zur Anzeige der Raumluftqualität.
Der Volumenstrom der Zuluft kann entweder temperaturgeführt oder luftqualitätsgeführt geregelt werden. Bei der Erstin stallation der Regelungsvorrichtung oder während des Be triebs kann die logarithmische Messwertskala für die Luft qualität des Luftqualitätssensors abhängig von der aktuel- len Raumtemperatur verschoben werden, um den Luftqualitäts sensor zu kalibrieren.
[0004] Die genaue Bestimmung der Qualität einer Gasat mosphäre ist aufwendig. Bei vielen bekannten Gassensoren zur Bestimmung der Gasqualität hängt der Messwert vom Volu menstrom durch den Gassensor ab. Deswegen kann in der Regel nicht unmittelbar an einem Ventilator eines Raumluftsystems gemessen werden. Dem Gassensor wird typischerweise ein se parater kleiner Ventilator zugeordnet, der unabhängig vom Betrieb des (Haupt-)Ventilators des Raumluftsystems einen konstanten Volumenstrom einer Messströmung erzeugt, die durch den Gassensor strömt. Die erreichbare Messgenauigkeit hängt in diesem Fall davon ab, dass die Messströmung unbe einflusst bleibt von der Gasströmung, die der Ventilator eines Raumluftsystems erzeugt.
[0005] Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfin dung angesehen werden, die Überwachung der Qualität einer Gasatmosphäre zu vereinfachen und insbesondere eine einfa che Integration in ein Raumluftsystem zu ermöglichen.
[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Überwachungsvor richtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, durch ein Verfahren zum Einrichten der Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 9, sowie ein Verfah ren zur Überwachung der Qualität einer Gasatmosphäre mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 gelöst.
[0007] Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, die Qualität einer Gasatmosphäre zu überwachen. Bei der Gasatmosphäre handelt es sich insbeson dere um eine Luftatmosphäre. Zur Bestimmung der Qualität der Gasatmosphäre kann beispielsweise die Konzentration der Staubpartikel und/oder die Konzentration einer, mehrerer o- der aller flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) ermit telt werden. Beispielsweise kann die Konzentration der Staubpartikel mit einer vorgegebenen Größe (z.B. PM 2,5) o- der ein TVOC-Wert (Total Volatile Organic Compounds) ermit telt werden.
[0008] Zusätzlich oder alternativ können auch andere den Zustand und/oder die Qualität der Gasatmosphäre beschrei benden Werte gemessen werden, beispielsweise die Tempera tur, die Feuchtigkeit, die Konzentration wenigstens eines chemischen Bestandteils der Gasatmosphäre, wie z.B. die Konzentration von Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Stickoxiden (NOx).
[0009] Die Überwachungsvorrichtung hat einen Ventilator, der zur Erzeugung einer Gasströmung eingerichtet ist. Der Volumenstrom der Gasströmung ist dabei abhängig vom Be triebszustand des Ventilators veränderbar. Der Ventilator wird von einer Steuereinrichtung gesteuert oder geregelt betrieben, wobei beispielsweise der Volumenstrom oder ein Differenzdruck zwischen der Saugseite und der Druckseite des Ventilators gesteuert oder geregelt werden kann. Der Ventilator und die Steuereinrichtung können Bestandteil ei nes Raumluftsystems sein, beispielsweise zur Luftzufuhr und/oder Luftabfuhr (z.B. Frischluft und/oder Warmluft und/oder Kaltluft, ...) in bzw. aus einem Raum oder mehre ren Räumen in einem Gebäude.
[0010] Der Ventilator hat einen Elektromotor und einen Ventilatorrotor, der um eine Drehachse drehbar an einem Ventilatorstator gelagert ist. Der Elektromotor ist mit dem Ventilatorrotor antriebsverbunden und dazu eingerichtet, den Ventilatorrotor drehend um die Drehachse anzutreiben.
[0011] Die Überwachungsvorrichtung hat außerdem einen Gassensor, der mit der Steuereinrichtung kommunikationsver bunden ist. Der Gassensor stellt der Steuereinrichtung ei nen Messwert bereit, der die Qualität des Gases der Gasat mosphäre beschreibt, also beispielsweise die Konzentration von Staubpartikeln und/oder flüchtigen organischen Bestand teilen in der Gasatmosphäre. Zusätzlich kann wenigstens ein weiterer Sensor vorhanden sein, um wenigstens einen weite ren Parameter zu messen (beispielsweise wenigstens einen physikalischen Parameter) und der Steuereinrichtung bereit zustellen, wie etwa die Temperatur und/oder die Feuchtig keit und/oder den Druck der Gasatmosphäre.
[0012] Der Gassensor ist an dem Ventilatorstator oder am Elektromotor bzw. einem Motorgehäuse des Elektromotors an geordnet. Der Gassensor ist bevorzugt an einer Sensorposi tion außerhalb des Hauptströmungspfades der Gasströmung an geordnet. Insbesondere ist der Gassensor an einer Sensorpo sition angeordnet, die durch Simulation und/oder Messung über den Arbeitsbereich oder Betriebsbereich des Ventila tors ermittelt wurde und in der sich der Volumenstrom mög lichst wenig verändert, wenn der Ventilator die Gasströmung mit veränderlichem Volumenstrom erzeugt. Die Sensorposition kann beispielsweise an einer stromabwärts ausgerichteten Fläche sozusagen im Strömungsschatten der Gasströmung lie gen. Die Sensorposition kann durch Messung und/oder Simula tion bestimmt werden.
[0013] Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, ba- sierend auf den Messwert des Gassensors, den aktuellen Vo lumenstrom des Ventilators und abgespeicherten oder ander weitig bereitgestellten Korrekturdaten einen volumenstrom korrigierten und zumindest im Wesentlichen volumenstromun abhängigen Überwachungswert zu ermitteln. Die Korrekturda ten können beispielsweise durch Simulation und/oder Messung vor oder während der Inbetriebnahme des Ventilators bzw. des den Ventilator aufweisenden Raumluftsystems ermittelt und in einem nicht flüchtigen Speicher der Steuereinrich tung und/oder in einem nicht flüchtigen externen Speicher abgelegt werden, mit dem die Steuereinrichtung kommunikati onsverbunden ist (z.B. Cloud-Speicher). Die Korrekturdaten können in Form einer Tabelle, einer Kurve oder einer Funk tion vorliegen und den Zusammenhang zwischen dem Messwert, dem aktuellen Volumenstrom und dem volumenstromkorrigierten Überwachungswert beschreiben.
[0014] Dadurch ist es möglich, Ventilatoren mit verän derlichem Volumenstrom für eine genaue Bestimmung der Qua lität einer Gasatmosphäre einzusetzen. Der Gassensor kann daher mit dem Ventilator eine Baugruppe bilden und muss nicht separat möglichst weit entfernt vom Ventilator ange ordnet werden. Die Installation des Ventilators bzw. eines Raumluftsystems an einem Einbauort, beispielsweise in einem Gebäude, wird dadurch wesentlich vereinfacht.
[0015] Es ist vorteilhaft, wenn die Überwachungsvorrich tung zusätzlich einen Volumenstromsensor zur Messung des jeweils aktuellen Wertes des Volumenstroms aufweist. Der Volumenstromsensor ist bevorzugt im Hauptströmungspfad der Gasströmung mit Abstand zum Gassensor angeordnet. Der Volu menstromsensor ist mit der Steuereinrichtung kommunikati onsverbunden und stellt der Steuereinrichtung den jeweils aktuellen Wert des Volumenstromes bereit.
[0016] Es kann auch vorteilhaft sein, einen aktuellen Wert für den Volumenstrom ohne die Verwendung eines Volu menstromsensors durch die Steuereinrichtung zu ermitteln. Hierfür kann der Steuereinrichtung wenigstens eine Be triebsparameter des Ventilators und/oder des Elektromotors bereitgestellt werden, beispielsweise die Drehzahl des Ven tilators und das Drehmoment des Elektromotors oder ein oder mehrere weitere Betriebsparameter, die die Drehzahl des Ventilators und das Drehmoment des Elektromotors charakte risieren. Das Drehmoment des Elektromotors kann beispiels weise durch den Motorstrom charakterisiert werden. Die Drehzahl des Ventilators kann durch eine vorgegebene Soll drehzahl der Steuereinrichtung beschrieben werden oder durch einen Drehzahlsensor, beispielsweise durch einen Drehzahlsensor erfasst werden.
[0017] Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Differenzdruck oder den Volumenstrom als Füh rungsgröße für die Steuerung oder Regelung zu verwenden.
[0018] Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Überwachungsvorrichtung außerdem eine Differenzdruck-Senso ranordnung zur Messung des Differenzdrucks zwischen einer Saugseite und einer Druckseite des Ventilators auf. Die Differenzdruck-Sensoranordnung ist mit der Steuereinrich tung kommunikationsverbunden. Die Differenzdruck-Sensoran ordnung kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel entfal len, wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den Differenzdruck zu steuern. [0019] Wie eingangs geschildert, ist der Gassensor ins besondere außerhalb des Hauptgasströmungspfades an einer geeigneten Sensorposition angeordnet. Die Sensorposition kann durch Simulation und/oder Messung ermittelt werden und kann eine Position am Ventilatorstator oder am Elektromotor sein, an der bei der Änderung des Volumenstromes durch den Ventilator in seinem Arbeitsbereich von einem minimalen Vo lumenstrom bis zu einem maximalen Volumenstrom ein an der Sensorposition ermittelter Volumenstromdifferenzbetrag kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert oder an der der Volumenstromdifferenzbetrag minimal ist. Es kann somit die Sensorposition am Ventilatorstator oder am Elektromotor er mittelt werden, bei der eine Volumenstromänderung durch den Ventilator einen geringen bzw. den geringsten Einfluss auf den Messwert des Gassensors hat. Durch die Bestimmung die ser Sensorposition kann die Kompensation basierend auf den Korrekturdaten mit ausreichender Genauigkeit erfolgen.
[0020] Irgendein Ausführungsbeispiel der vorstehend be schriebenen Überwachungsvorrichtung kann wie folgt einge richtet bzw. kalibriert werden:
[0021] Zunächst kann ein Referenzwert für die Qualität des Gases der Gasatmosphäre in einer nichtströmenden Gasat mosphäre ermittelt und abgespeichert werden. Der Referenz wert kann beispielsweise durch den Gassensor bei stillste hendem Ventilator in der Gasatmosphäre ermittelt werden. Anschließend kann der Ventilator in seinem Arbeitsbereich von einem minimalen Volumenstrom bis zu einem maximalen Vo lumenstrom betrieben werden, wobei bei mehreren Volumen stromwerten jeweils ein Kalibriermesswert durch den Gas sensor erfasst wird. Anschließend als Korrekturdaten können folgende Daten verwendet und abgespeichert werden: - Der Referenzwert und die ermittelten Wertepaare ent haltend jeweils einen Kalibriermesswert und den zuge hörigen Volumenstrom; oder
- Ermitteln jeweils eines Korrekturwertes anhand eines Kalibriermesswerts und des Referenzwerts, wobei die Wertepaare aus jeweils einem Korrekturwert und dem zu gehörigen Volumenstrom die Korrekturdaten bilden.
[0022] Im letzteren Fall können die Korrekturwerte bei spielsweise die Differenz zwischen jeweils einem Kalibrier messwert und dem Referenzwert sein.
[0023] Die Korrekturdaten können in einer geeigneten Form durch eine Tabelle, eine Funktion oder eine Kurve be schrieben werden. Wenn die Korrekturwerte nicht für sämtli che Volumenstromwerte verfügbar sind, bei denen der Venti lator betrieben werden kann, können die Korrekturdaten für den jeweils aktuellen Volumenstromwert aus den verfügbaren Korrekturdaten ermittelt werden, beispielsweise durch In terpolation oder Extrapolation oder andere geeignete mathe matische Methoden. Wenn der Volumenstrom des Ventilators über seinen Arbeitsbereich nur stufenweise verändert werden kann, kann für jede Stufe ein Wertepaar aus Referenzwert und Volumenstromwert oder aus Korrekturwert und Volumen stromwert in den Korrekturdaten vorhanden sein.
[0024] Unter Verwendung irgendeines Ausführungsbeispiels der Überwachungsvorrichtung kann während des Betriebs des Ventilators bzw. eines Raumluftsystems, zu dem der Ventila tor gehört, die Qualität der Gasatmosphäre und insbesondere Luftatmosphäre überwacht werden. [0025] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge ben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeich nungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
[0026] Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Überwachungsvorrichtung,
[0027] Figur 2 eine schematische, blockschaltbildähnli che Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Ventila tors der Überwachungsvorrichtung aus Figur 1 in Form eines Radialventilators,
[0028] Figur 3 eine schematische, blockschaltbildähnli che Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Ventila tors der Überwachungsvorrichtung aus Figur 1 in Form eines Axialventilators,
[0029] Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Überwachungsvorrichtung aufwei send einen Ventilator in Form eines Radialventilators,
[0030] Figur 5 einen schematischen, beispielhaften Ver lauf eines Referenzwertes, eines Kalibriermesswertes sowie eines Korrekturwertes abhängig vom Volumenstrom einer Gas strömung in der Gasatmosphäre und
[0031] Figur 6 eine schematische Darstellung zur Ermitt lung eines Volumenstrom unabhängigen Überwachungswertes ba sierend auf einem Messwert, der die Qualität des Gases der Gasatmosphäre beschreibt sowie einem Korrekturwert abhängig von einem aktuellen Volumenstrom, bei dem der Messwert ge messen wurde.
[0032] In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausfüh rungsbeispiels einer Überwachungsvorrichtung 10 veranschau licht. Die Überwachungsvorrichtung 10 ist dazu eingerich tet, die Qualität einer Gasatmosphäre A zu überwachen. Die Gasatmosphäre A kann eine Luft- und insbesondere Raumluft atmosphäre sein. Hierfür weist die Überwachungsvorrichtung
10 einen Gassensor 11 auf, der einen Messwert Q erzeugt, der einen Parameter der Qualität des Gases bzw. Gasgemi sches der Gasatmosphäre A beschreibt, beispielsweise die Gesamtkonzentration flüchtiger organischer Bestandteile (TOVC-Wert) oder die Konzentration von Staubpartikel einer definierten Größe, beispielsweise PM 2,5. Der Gassensor 11 kann auch dazu eingerichtet sein, mehrere unterschiedliche Parameter bzw. Messwerte Q bereitzustellen. Der Gassensor
11 ist mit einer Steuereinrichtung 12 der Überwachungsvor richtung 10 kommunikationsverbunden, und stellt der Steuer einrichtung 12 den Messwert Q bereit.
[0033] Die Überwachungsvorrichtung 10 weist einen Venti lator 13 auf, der dazu eingerichtet ist, eine Gasströmung G mit einem veränderlichen Volumenstrom V zu erzeugen. Der Ventilator 13 kann Bestandteil eines vorhandenen oder zu installierenden Raumluftsystems sein. Der Ventilator hat eine Saugseite 14, an der er Gas aus der Gasatmosphäre A ansaugt und eine Druckseite 15, an der er die Gasströmung ausstößt. Der Ventilator 13 kann als Radialventilator (Fi guren 2 und 4) oder als Axialventilator (Figur 3) ausge führt sein.
[0034] Die Strömungsrichtung im Hauptgasströmungspfad der Gasströmung G stromaufwärts und stromabwärts des Venti lators 13 hängt zum einen vom Typ des Ventilators 13 (Radi alventilator oder Axialventilator) sowie von der Ausgestal tung und dem Verlauf der Strömungskanäle des Raumluftsys tems ab und kann abhängig vom Anwendungsfall variieren. Als Hauptgasströmungspfad kann die vorgegebene, gewünschte Strömungsrichtung der Gasströmung G angesehen werden, bei spielsweise parallel oder rechtwinkelig zur Drehachse D, je nachdem, wie es der Typ des Ventilators 13 (Radialventila tor oder Axialventilator) sowie die sich an den Ventilator 13 anschließenden Strömungskanäle des Raumluftsystems als Sollströmungsrichtung vorgeben. Im Blockschaltbild der Fi gur 1 ist lediglich schematisch und beispielhaft ein im We sentlichen geradliniger Hauptströmungspfad der Gasströmung G dargestellt.
[0035] Der Ventilator 13 hat einen Ventilatorstator 16 sowie einen Ventilatorrotor 17. Der Ventilatorrotor 17 ist um eine Drehachse D drehbar am Ventilatorstator 16 gela gert. Der Ventilatorrotor 17 ist mit einem Elektromotor 18 des Ventilators 13 antriebsverbunden. Beispielsweise kann der Ventilatorrotor 17 drehfest mit dem Rotor des Elektro motors 18 verbunden sein, so dass die Drehzahl des Elektro motors 18 mit der Drehzahl des Ventilatorrotors 17 (Venti latordrehzahl) übereinstimmt.
[0036] Der Elektromotor 18 wird durch die Steuereinrich tung 12 angesteuert. Der Elektromotor 18 kann prinzipiell irgendeine Art von Elektromotor sein und kann bei einem be vorzugten Ausführungsbeispiel als bürstenloser Gleichstrom motor ausgeführt. [0037] Wie es beispielsweise in Figur 1 schematisch dar gestellt ist, kann die Überwachungsvorrichtung 10 zusätz lich zu dem Gassensor 11 einen oder mehrere weitere Senso ren aufweisen, beispielsweise um weitere Parameter der Gas atmosphäre A oder der Gasströmung G zu erfassen, wie etwa einen Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor, usw. Beispielsgemäß ist zusätzlich ein Volumenstromsensor 22 in einem Hauptströmungspfad der Gasströmung G angeordnet, vor zugsweise stromabwärts des Ventilators 13, der dazu einge richtet ist, einen jeweils aktuellen Wert für den Volumen strom V der Gasströmung G zu erfassen und für die Steuer einrichtung 12 bereitzustellen. Als weitere Option kann eine Differenzdruck-Sensoranordnung 23 vorhanden sein, um einen Differenzdruck dp zwischen der Saugseite 14 und der Druckseite 15 des Ventilators 13 zu messen oder zu ermit teln. Der Differenzdruck dp ist die Differenz zwischen ei nem Ausgangsdruck pa an der Druckseite 15 und einem Ein gangsdruck pe an der Saugseite 14 des Ventilators 13. Die Differenzdruck-Sensoranordnung 23 kann beispielsweise einen Eingangsdrucksensor 23e zur Erfassung des Eingangsdrucks pe und einen Ausgangsdrucksensor 23a zur Erfassung des Aus gangsdruckes pa aufweisen.
[0038] Auch der wenigstens eine optional zusätzlich zu dem Gassensor 11 vorhandene Sensor (z.B. Volumenstromsensor 22 und/oder Differenzdruck-Sensoranordnung 23) sind mit der Steuereinrichtung 12 kommunikationsverbunden.
[0039] In Abwandlung zu der Messung des Volumenstroms V mittels eines Volumenstromsensors 22 kann der Volumenstrom V in der Steuereinrichtung 12 auch ermittelt bzw. berechnet werden. Beispielsweise kann die Ventilatordrehzahl des Ven- tilators 13 und das Drehmoment des Elektromotors 18 zur Er mittlung des Volumenstroms V verwendet werden. Das Drehmo ment und die Drehzahl können über die Ventilatorkennlinie einem Volumenstrom V zugeordnet werden, wobei das Drehmo ment charakteristisch ist für den Differenzdruck dp zwi schen der Saugseite 14 und der Druckseite 15 des Ventila tors 13.
[0040] Bei dem in Figur 1 veranschaulichten Ausführungs beispiel kann die Steuereinrichtung 12 ein Kommunikations modul 24 aufweisen, das dazu eingerichtet ist, eine Kommu nikationsverbindung mit einem externen Gerät 25 herzustel len, beispielsweise einem mobilen Endgerät, wie etwa einem Smartphone, einem Tabletcomputer, einem Notebook, usw. Die Kommunikationsverbindung ist vorzugsweise drahtlos und be ruht beispielsgemäß auf einem definierten Kommunikations protokoll, beispielsweise Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE), ZigBee, WiFi, usw. Zusätzlich oder alternativ kann die Kommunikationsverbindung zwischen dem Kommunikationsmo dul 24 und dem externen Gerät 25 auch über ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) und/oder das Mobilfunknetz herge stellt werden.
[0041] Beispielsgemäß hat die Steuereinrichtung 12 au ßerdem einen nicht flüchtigen Speicher 26, in dem Daten ab gespeichert werden können, beispielsweise um die Überwa chungsvorrichtung 10 einzurichten und/oder zu kalibrieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung 12 in abgelegt werden, mit einem nicht flüchtigen externen Spei cher (z.B. Cloud-Speicher) kommunikationsverbunden sein, um Daten redundant zu der lokalen Speicherung zu sichern und/oder abrufbar bereitzuhalten. Das Einrichten der Über- wachungsvorrichtung 10 kann vor oder während der ersten In betriebnahme werkseitig und/oder am Installationsort durch geführt werden. Das Einrichten der Überwachungsvorrichtung 10 kann ausschließlich basierend auf den Strömungsverhält nissen der Gasströmung G anhand des Ventilators 13 oder zu sätzlich unter Berücksichtigung der Strömungsverhältnisse der Gasströmung G innerhalb des Raumluftsystems erfolgen, in das der Ventilator 13 am Installationsort eingebaut ist oder eingebaut werden soll.
[0042] Im Rahmen der Einrichtung der Überwachungsvor richtung 10 wird zunächst die Sensorposition P des Gas sensors 11 durch Messung und/oder Simulation ermittelt. Der Gassensor 11 ist am Ventilatorstator 16 oder an einem nicht drehenden Bestandteil des Elektromotors 18 angeordnet, wie beispielsweise einem Motorengehäuse oder dem Stator des Elektromotors 18. Die Sensorposition P wird dabei derart gewählt, dass der veränderliche Volumenstrom V der Gasströ mung G einen möglichst geringen Einfluss auf den erfassten Messwert Q des Gassensors 11 hat. Wenn der Gassensor 11 beispielsweise die Konzentration von flüchtigen Bestandtei len oder Staubpartikeln in der Gasatmosphäre A misst, hängt der erfasste Messwert Q vom aktuellen Wert des Volumen stroms V ab, der vom Ventilator 13 erzeugt wird. Deshalb ist die Sensorposition P außerhalb des Hauptströmungspfades der Gasströmung G gewählt.
[0043] Als Sensorposition P kann basierend auf einer Messung oder einer Simulation eine Position gewählt werden, an der sich die Strömungsverhältnisse weniger stark ändern als im Hauptströmungspfad und insbesondere möglichst wenig ändern, wenn der Ventilator 13 den Volumenstrom V variabel über seinen Arbeitsbereich zwischen einem minimalen Volu menstrom und einem maximalen Volumenstrom einstellt. Bei spielsweise kann die Strömung im Bereich des Ventilators 13 mit oder ohne Berücksichtigung der Strömungskanäle des Raumluftsystems gemessen oder simuliert werden, wenn der Volumenstrom V zwischen dem minimalen und dem maximalen Vo lumenstrom V oder zumindest über einen großen Teil von mehr als 50-70% des gesamten Arbeitsbereichs variiert wird. Dar aus lassen sich mögliche Sensorpositionen erkennen, an de nen sich die Strömungsverhältnisse deutlich weniger stark ändern als im Hauptströmungspfad der Gasströmung.
[0044] Bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist die Sensorposition an einer Stelle stromabwärts des Ventilatorrotors 17. Die Sensorposition P kann beispiels weise schräg oder rechtwinklig zur Strömungsrichtung der Gasströmung G im Hauptströmungspfad versetzt sein gegenüber dem Ventilatorrotor 17 und insbesondere den Ventilator schaufeln des Ventilatorrotors 17.
[0045] Die Sensorposition P kann bei dem Radialventila tor gemäß Figuren 2 und 4 an der Rückseite einer Front platte des Ventilatorstators 16 angeordnet sein, durch die der Radialventilator Gas zur Bildung der Gasströmung durch einen Einlass 31 in der Frontplatte 30 ansaugt. Der Einlass 31 ist von einem Ring 32 des Ventilatorstators 16 umschlos sen, der sich an die Frontplatte 30 anschließt. Durch den Ring 32 strömt das Gas der Gasströmung G vom Einlass 31 und weiter zum Ventilatorrotor 17 bzw. den Ventilatorschaufeln des Ventilatorrotors 17. Der Gassensor 11 ist beispielsge mäß benachbart zum Ring 32 angeordnet. Er ist quer zur Strömungsrichtung der Gasströmung G versetzt zum Ventila torrotor 17 angeordnet. [0046] Bei dem in Figur 3 schematisch dargestellten Axi alventilator kann der Gassensor 11 an einer der Gasströmung G abgewandten Fläche in der Nähe der Drehachse D angeordnet sein, beispielsweise an einem Gehäuse des Elektromotors 18.
[0047] Nachdem die Sensorposition P basierend auf einer Messung und/oder Simulation definiert wurde, wird die Über wachungsvorrichtung 10 kalibriert, wobei beispielsgemäß wie folgt vorgegangen wird:
[0048] Zunächst wird in der Gasatmosphäre A bei einer möglichst geringen Gasbewegung, beispielsweise bei still stehendem Ventilator 13, ein Referenzwert R gemessen, bei spielsweise mittels des Gassensors 11. Der Referenzwert R beschreibt denselben Parameter wie der Messwert Q, bei spielsweise die Konzentration an Staubpartikeln einer defi nierten Größe in der Gasatmosphäre A oder die Konzentration an flüchtigen organischen Bestandteilen (z.B. TVOC-Wert).
[0049] Anschließend wird der Ventilator 13 mit veränder lichem Volumenstrom V betrieben. Im Arbeitsbereich des Ven tilators 13 von einem minimalen Volumenstromwert bis zu ei nem maximalen Volumenstromwert werden mehrere Messwerte Q für jeweils einen zugeordneten Volumenstromwert gemessen, die als Kalibriermesswerte QC bezeichnet werden. Dadurch entstehen Wertepaare aus jeweils einem Kalibriermesswert QC und dem zugehörigen Wert des Volumenstroms V, bei dem der Kalibriermesswert QC aufgenommen wurde. Eine schematische, lediglich beispielhafte Kurve solcher Wertepaare für die Kalibriermesswerte QC ist in Figur 5 veranschaulicht. Dort ist zu erkennen, dass die Abweichung zwischen den Kalib riermesswerten QC und dem Referenzwert R mit zunehmendem Volumenstrom V zunimmt.
[0050] Basierend auf dem Referenzwert R und den Kalib riermesswerten QC können optional volumenstromabhängige Korrekturwerte K berechnet werden, beispielsweise durch Bildung der Differenz zwischen den Kalibriermesswerten QC und dem Referenzwert R:
K(V) = QC(V) - R.
[0051] In dem Speicher 26 der Steuereinrichtung 12 kön nen basierend auf der Messung der Kalibriermesswerte QC Korrekturdaten C abgespeichert werden. Als Korrekturdaten C können verwendet werden:
(a)der Referenzwert R und die volumenstromabhängigen Ka libriermesswerte QC und/oder
(b)die volumenstromabhängigen Korrekturwerte K.
[0052] Die Korrekturdaten C können in geeigneter Form abgespeichert werden, beispielsweise durch Abspeichern des Referenzwertes R und der Wertepaare aus jeweils einem Ka libriermesswert QC und den zugehörigen Wert des Volumen stroms V (vgl. Option (a)) und/oder durch Abspeichern der Wertepaare aus jeweils einem Korrekturwert K und dem zuge hörigen Wert des Volumenstroms V (vgl. Option (b)). Die Korrekturdaten C können durch eine Tabelle, eine Kurve, eine approximierte Funktion, usw. abgespeichert werden. Es ist dabei möglich, nicht durch Messung oder Simulation er fasste Zwischenwerte für die Korrekturdaten C durch Inter polation, Extrapolation oder andere geeignete mathematische Verfahren zu ermitteln. [0053] Basierend auf den Korrekturdaten C, dem aktuellen Wert für den Volumenstrom V, der beispielsweise mittels des Volumenstromsensors 22 erfasst werden kann, kann während des Betriebs der Überwachungsvorrichtung 10 ein volumen stromunabhängiger Überwachungswert M in der Steuereinrich tung 12 ermittelt werden. Der Überwachungswert M wird ba sierend auf dem aktuellen Messwert Q, dem aktuellen Wert für den Volumenstrom V sowie dem zu dem aktuellen Volumen strom gehörenden Korrekturwert K wie folgt ermittelt:
M (V) = Q(V) - K (V).
[0054] Dieses Verfahren ist schematisch in Figur 6 dar gestellt. Der aktuelle Messwert Q wird basierend auf dem Korrekturwert K korrigiert, der dem aktuellen Wert für den Volumenstrom V zugeordnet ist, so dass der erhaltene Über wachungswert M korrigiert und somit zumindest im Wesentli chen unabhängig ist vom aktuellen Volumenstrom V, der vom Ventilator 13 erzeugt wird.
[0055] Durch die Erfindung ist es möglich, die Messwerte Q, die der Gassensor 11 während des Betriebs der Überwa chungsvorrichtung 10 erfasst, zu korrigieren, so dass der Einsatz mit Ventilatoren 13 ermöglicht wird, die einen ver änderlichen Volumenstrom V während des Betriebs erzeugen. Auf separate dem Gassensor 11 zugeordnete Ventilatoren, die permanent denselben konstanten Volumenstrom erzeugen, kann verzichtet werden. Die Überwachungsvorrichtung 10 lässt sich sehr einfach und kostengünstig mit Ventilatoren 13 re alisieren, die in ein Raumluftsystem eingebaut sind oder eingebaut werden sollen. [0056] Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrich tung 10 und ein Verfahren zur Überwachung der Qualität ei ner Gasatmosphäre A. Die Überwachungsvorrichtung 10 weist einen Ventilator 13 auf, der dazu eingerichtet ist, eine Gasströmung G mit veränderlichem Volumenstrom V zu erzeu gen. Ein Gassensor 11 ist an einer Sensorposition P an ei nem ruhenden Teil des Ventilators 13 angeordnet und stellt einen Messwert Q für eine Steuereinrichtung 12 bereit. Die Steuereinrichtung 12 ist dazu eingerichtet, basierend auf den Messwert Q und bereitgestellten Korrekturdaten C einen volumenstromkorrigierten und zumindest im Wesentlichen vo lumenstromunabhängigen Überwachungswert M zu ermitteln.
Bezugszeichenliste :
10 Überwachungsvorrichtung
11 Gassensor
12 Steuereinrichtung
13 Ventilator
14 Saugseite
15 Druckseite
16 Ventilatorstator
17 Ventilatorrotor
18 Elektromotor
22 Volumenstromsensor
23 Di fferenzdruck-Sensoranordnung 23a Ausgangsdrucksensor
23e Eingangsdrucksensor
24 Kommunikationsmodul
25 externes Gerät
26 Speicher
30 Frontplatte
31 Einlass
32 Ring
A Gasatmosphäre
C Korrekturdaten
D Drehachse dp Differenzdruck
G Gasströmung
K Korrekturwert
M Überwachungswert
P Sensorposition pa Ausgangsdruck pe Eingangsdruck
Q Messwert
QC Kalibriermesswert
R Referenzwert
V Volumenstrom

Claims

Patentansprüche:
1. Überwachungsvorrichtung (10), die zur Überwachung der Qualität einer Gasatmosphäre (A) eingerichtet ist, auf weisend:
- einen Ventilator (13), der dazu eingerichtet ist, eine Gasströmung (G) mit veränderlichem Volumenstrom (V) zu erzeugen und der einen an einem Ventilator stator (16) drehbar um eine Drehachse (D) gelagerten Ventilatorrotor (17) und einen Elektromotor (18) aufweist,
- einen Gassensor (11), der am Ventilatorstator (16) oder am Elektromotor (18) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, einen Messwert (Q) zu erzeugen, der die Qualität des Gases der Gasatmosphäre (A) be schreibt,
- eine Steuereinrichtung (12), die mit dem Gassensor (11) kommunikationsverbunden ist und basierend auf dem Messwert (Q), dem aktuellen Volumenstrom (V) und Korrekturdaten (C) einen volumenstromkorrigierten Überwachungswert (M) ermittelt.
2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, außerdem auf weisend einen mit der Steuereinrichtung (12) kommunika tionsverbundenen Volumenstromsensor (22) zu Messung des aktuellen Volumenstromes (V).
3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu eingerichtet ist, den aktu ellen Volumenstrom (V) basierend auf wenigstens einem Betriebsparameter des Ventilators und/oder des Elektro motors (18) zu ermitteln.
4. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu eingerichtet ist, den aktu ellen Volumenstrom (V) basierend auf der Drehzahl und dem Drehmoment des Elektromotors (18) oder damit zusam menhängenden Betriebsparametern.
5. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem aufweisend eine Differenzdruck-Sen- soranordnung (23) zur Messung des Differenzdruckes zwi schen einer Saugseite (14) und einer Druckseite (15) des Ventilators (13), wobei die Steuereinrichtung (12) dazu eingerichtet ist, den Differenzdruck (dp) zu steu ern oder zu regeln.
6. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gassensor (11) außerhalb des Hauptgasströmungspfades der Gasströmung (G) angeordnet ist.
7. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gassensor (11) an einer Sensorpo sition (P) angeordnet ist, an der bei einer Änderung des vom Ventilator (13) erzeugten Volumenstroms (V) von einem minimalen Volumenstrom zu einem maximalen Volu menstrom ein ermittelter Volumenstromdifferenzbetrag kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
8. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gassensor (11) an einer Sensorpo sition (P) angeordnet ist, an der bei einer Änderung des vom Ventilator (13) erzeugten Volumenstroms (V) von einem minimalen Volumenstrom zu einem maximalen Volu menstrom ein ermittelter Volumenstromdifferenzbetrag am kleinsten ist.
9. Verfahren zur Einrichtung einer Überwachungsvorrichtung (10) zur Überwachung der Qualität einer Gasatmosphäre (A), wobei die Überwachungsvorrichtung (10) einen Ven tilator (13) zur Erzeugung einer Gasströmung (G) mit veränderlichem Volumenstrom (V) mit einem an einem Ven tilatorstator (16) drehbar um eine Drehachse (D) gela gerten Ventilatorrotor (17) und mit einem Elektromotor (18), einen am Ventilatorstator (16) oder am Elektromo tor (18) angeordneten Gassensor (11) und eine mit dem Gassensor (11) kommunikationsverbundene Steuereinrich tung (12) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Ermitteln eines Referenzwertes (R) für die Qualität des Gases der Gasatmosphäre (A),
- Betreiben des Ventilator (13) derart, dass der Volu menstrom von einem minimalen Volumenstrom bis zu ei nem maximalen Volumenstrom verändert wird und Erzeu gen jeweils eines Kalibriermesswertes (QC) bei ver schiedenen Volumenströmen (V), der die Qualität des Gases der Gasatmosphäre (A) beschreibt,
- Speichern des Referenzwertes (R) und der Wertepaare bestehend aus jeweils einem Kalibriermesswert (QC) und dem zugehörigen Volumenstrom (V) als Korrektur daten (C) oder Ermitteln jeweils eines Korrekturwer tes (K) aus dem Referenzwert (R) und einem der Ka libriermesswerte (QC) und Speichern der Wertepaare bestehend aus jeweils einem Korrekturwert (K) und dem zugehörigen Volumenstrom (V) als Korrekturdaten (C).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Sensorposition
(P), an der der Gassensor (11) angeordnet wird, durch Messung oder Simulation der Gasströmung (G) ermittelt wird, wobei als Sensorposition (P) eine Position am Ventilatorstator (16) oder am Elektromotor (18) ausge wählt wird, an der bei einer Änderung des vom Ventila tor (13) erzeugten Volumenstroms (V) vom minimalen Vo lumenstrom zum maximalen Volumenstrom ein ermittelter Volumenstromdifferenzbetrag kleiner ist als ein vorge gebener Grenzwert.
11. Verfahren zur Überwachung der Qualität einer Gasat mosphäre (A) unter Verwendung einer Überwachungsvor richtung (10), die einen Ventilator (13) zur Erzeugung einer Gasströmung (G) mit veränderlichem Volumenstrom (V) mit einem an einem Ventilatorstator (16) drehbar um eine Drehachse (D) gelagerten Ventilatorrotor (17) und mit einem Elektromotor (18), einen am Ventilatorstator
(16) oder am Elektromotor (18) angeordneten Gassensor (11) und eine mit dem Gassensor (11) kommunikationsver bundene Steuereinrichtung (12) aufweist, wobei das Ver fahren folgende Schritte umfasst:
- Erfassen eines Messwertes (Q), der die Qualität des Gases der Gasatmosphäre (A) beschreibt, mittels des Gassensors (11),
- Ermitteln eines volumenstromkorrigierten Überwa chungswertes (M) basierend auf dem Messwert (Q), dem aktuellen Volumenstrom (V) und vorgegebenen Korrek turdaten (C).
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