Устройство, система и способ калибровки вентиляционной установки
Настоящее изобретение относится к устройству, системе и способу калибровки вентиляционной установки. Установка содержит: двигатель с вентилятором и источником питания и калибровочный модуль для регулирования реальной скорости воздушного потока, измененной физической характеристикой системы вентиляции, причем калибровочный модуль включает в себя системную кривую, соответствующую физической характеристике системы, модуль также включает множество рабочих кривых, каждая из которых соответствует значению подаваемой энергии. Калибровочный модуль содержит регулятор энергии, соединенный с двигателем, для изменения реальной скорости потока через систему так, что реальная скорость потока соответствует референсной скорости потока. Физическая характеристика системы вентиляции включает в себя площадь поперечного сечения и длину проточного канала, прямолинейных, угловых и соединительных участков, фильтров, концевых фитингов или их комбинации. Это позволяет обеспечить требуемую скорость потока в любом из множества условий размещения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
Заявленный приоритет
Данная международная заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США № 12/873069, поданной 31 августа 2010 г., содержание которой в его полном объеме включено в данный документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к производительности вентиляционной установки и, более конкретно, к устройству, системе и способу калибровки вентиляционной установки для обеспечения требуемой скорости потока в любом из множества условий размещения.
Краткая сущность изобретения
В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение обеспечивает вентиляционную установку для размещения в системе вентиляции. Вентиляционная установка может также включать в себя электродвигатель, соединенный с элементом вентилятора и источником питания. Вентиляционная установка может также включать в себя калибровочный модуль, соединенный с электродвигателем и содержащий регулятор энергии для регулирования производительности вентиляционной установки на основе по меньшей мере одной характеристики системы вентиляции.
Настоящее изобретение обеспечивает также способ калибровки вентиляционной установки с номинальной производительностью, включающий определение по меньшей мере одной характеристики системы вентиляции. Упомянутый способ может также включать регулирование энергии, подводимой к вентиляционной установке, на основе по меньшей мере одной характеристики системы вентиляции, определяемой для соответствия номинальному значению производительности вентиляционной установки.
В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение обеспечивает способ размещения вентиляционной установки с номинальной производительностью, включающий подсоединение вентиляционной установки к системе вентиляции и оценку по меньшей мере одной характеристики системы вентиляции и величины подаваемой энергии источника питания. Упомянутый способ может также включать регулирование энергии, подводимой к вентиляционной установке, на основе по меньшей мере одной характеристики системы вентиляции, определяемой для соответствия номинальному значению производительности вентиляционной установки.
Другие аспекты настоящего изобретения станут понятными при рассмотрении подробного описания и прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид с частичным разрезом примерных условий размещения вентиляционной установки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.1А представляет собой примерную конфигурацию системы вентиляции в примерных условиях размещения в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.1В и 1С представляют собой примерные конфигурации систем вентиляции в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2А представляет собой вид с пространственным разделением элементов вентиляционной установки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2В представляет собой вид с пространственным разделением элементов вентиляционной установки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3А представляет собой график, показывающий производительность вентиляционной установки в двух разных системах вентиляции.
Фиг.3В представляет собой график, показывающий производительность вентиляционной установки в двух разных системах вентиляции.
Фиг.4 представляет собой ряд таблиц, показывающих эквивалентную сеть воздуховодов для достижения уровней производительности для каждой из вентиляционных установок с номинальной производительностью.
Фиг.5 представляет собой график, показывающий калибровочные кривые для вентиляционной установки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6А представляет собой блок-схему вентиляционной установки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6В представляет собой блок-схему вентиляционной установки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6С представляет собой блок-схему вентиляционной установки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 представляет собой блок-схему последовательности операций, поясняющую способ калибровки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
Прежде чем варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно, необходимо понимать, что изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции и расположением элементов, изложенными в приведенном ниже описании или показанными в прилагаемых чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и может быть реализовано на практике или осуществлено различными способами. Кроме того, необходимо понимать, что формулировки и термины, используемые в данном документе, предназначены для описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Использование в данном документе таких понятий как "включающий", "включающий в себя" или "содержащий" и их вариантов относится к элементам, перечисленным ниже, и их эквивалентам, а также дополнительным элементам.
Если это не оговорено или не ограничено как-то иначе, то понятия "прикрепленный", "соединенный", "поддерживаемый" и "сопряженный" и их варианты используются в широком смысле и охватывают как прямые, так и непрямые прикрепления, соединения, опоры и сопряжения. Кроме того, понятия "соединенный" и "сопряженный" не ограничены физическими или механическими соединениями или сопряжениями.
Кроме того, необходимо понимать, что выражения и термины, используемые в данном документе со ссылкой на ориентацию устройства или элемента (например, такие термины, как "центральный", "верхний", "нижний", "передний", "задний" и другие) используются только для упрощения описания настоящего изобретения и сами по себе не означают или подразумевают, что упоминаемое устройство или элемент должен иметь конкретную ориентацию. Кроме того, такие термины, как "первый" и "второй", используются в данном документе в целях описания и не предназначены для указания или обозначения сравнительной важности или значимости.
На фиг.1 показаны условия размещения, включающие в себя две системы 20 вентиляции, каждая из которых может включать в себя вентиляционную установку 22 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Хотя условия размещения, показанные на фиг.1, представляют собой дом, система 20 вентиляции и вентиляционная установка 22 могут быть размещены в любом здании или сооружении, включая, помимо прочих, жилое здание, административное здание, производственные здания, магазины, служебные постройки и другие, для обеспечения перемещения воздуха (газа, дымов, находящихся в воздухе твердых частиц и другие) вдоль проточного канала 24 между первым пространством 26 и вторым пространством 28.
Как показано на фиг.1, первое и/или второе пространство 26, 28 могут быть вообще определены как внутренняя сторона или внешняя сторона здания или комнаты или группы комнат внутри здания. В некоторых вариантах осуществления первое и/или второе пространство 26, 28 могут быть определены как объем, примыкающий к по меньшей мере части вентиляционной установки 22, или, более конкретно, как объем, находящийся между частью вентиляционной установки 22 и другой установкой, такой как кухонная плита или душевая кабина. В других вариантах осуществления первое и/или второе пространство 26, 28 могут быть ограничены замкнутым пространством, например вытяжным шкафом или вентиляционным каналом здания.
Системы 20 вентиляции могут иметь различные конфигурации в зависимости от условий размещения и требований к системе. Система 20 вентиляции может включать в себя систему 30 воздуховодов для обеспечения проточного канала 24 между первым пространством 26 и вторым пространством 28. Система 30 воздуховодов может включать в себя воздуховод с по меньшей мере одним прямолинейным участком 30а и/или по меньшей мере одним угловым участком 30b. Каждый угловой участок 30b может иметь любой из некоторого диапазона углов, хотя наиболее распространенными являются угловые участки 30b с углами в пределах 90-135°. Форма и площадь поперечного сечения участков 30а, 30b воздуховода, а также материал, из которого они выполнены, могут быть разными в зависимости от условий размещения и требований к системе. Например, система 30 воздуховодов может быть выполнена из жестких и/или гибких материалов, которые широко известны в данной области техники. Кроме того, система 30 воздуховодов может включать в себя один или несколько соединительных участков 30с, которые могут соединять различные другие участки системы 30 воздуховодов или системы 20 вентиляции, как показано на фиг.1 и 1А.
Система 30 воздуховодов может быть подсоединена к вентиляционной установке 22 в конце, примыкающем к или связанном с первым пространством 26, и к концевому фитингу 32 в конце, примыкающем к или связанном со вторым пространством 28. В некоторых вариантах осуществления концевой фитинг 32 может содержать подвижную заслонку, которая способна селективно позволять воздушному потоку 24 выходить из системы 30 воздуховодов во второе пространство 28. Концевой фитинг 26 способен предотвращать обратную тягу воздуха из второго пространства 28 в систему 30 воздуховодов. В других вариантах осуществления концевой фитинг 32 может содержать частичную заслонку (например, решетку, сетку, выступ с решеткой и другие) для предотвращения попадания животных и/или насекомых в проточный канал 24. В других вариантах осуществления концевой фитинг 32 может предусматривать выходное отверстие изменяющейся формы для выпуска из системы 30 воздуховодов воздушного потока 24. В вариантах осуществления систем 20 вентиляции, включающих в себя соединительный участок 30с, проточный канал 24 может разветвляться на множество концевых фитингов 32 и/или сходиться из множества всасывающих устройств. Как показано на фиг.1, концевой фитинг 32 может представлять собой крышку 32а на крыше, прикрепленную к крыше здания, или крышку 32с на потолке, прикрепленную к потолку здания с крышей. Однако в зависимости от расположения конца системы 30 воздуховодов, примыкающего к или связанного со вторым пространством 28, в соответствии с конкретным вариантом осуществления концевой фитинг 32 может быть, в качестве альтернативы, предусмотрен в стене, как показано на фиг.1А, или в другой конструкции, которая по меньшей мере частично образует второе пространство 28.
На фиг.1В и 1С показаны два дополнительных примера систем вентиляции в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг.1В, встроенная воздуходувка 33а может быть расположена между участками 30а, 30b воздуховода и таким образом соединена с концевым фитингом 32 и всасывающим устройством 34. В качестве альтернативы, как показано на фиг.1С, внешняя воздуходувка 33b может быть соединена посредством системы 30 воздуховодов с всасывающим устройством 34 и выполнять функцию концевого фитинга. Всасывающее устройство 34 может содержать простое приспособление, такое как вытяжной козырек, колосник, вентиляционная пластина и другие, или же само всасывающее устройство 34 может представлять собой вентиляционную установку 22, как более подробно описано ниже.
Системы вентиляции, показанные на фиг.1В и 1С, могут быть приспособлены для различных условий размещения, как описано выше со ссылкой на фиг.1. Например, встроенная воздуходувка 33а, показанная на фиг.1В, помимо прочих мест, может быть размещена в подвале, чулане, внутристеновом пространстве, шкафу или на чердаке, и система 30 воздуховодов, которая соединяет всасывающее устройство 34 с встроенной воздуходувкой 33а и воздуходувку 33а с концевым фитингом 32, может включать в себя один или несколько прямолинейных участков 30а и/или угловых участков 30b. Внешняя воздуходувка 33b, показанная на фиг.1С, может быть прикреплена к стене или другой конструкции, которая по меньшей мере частично образует второе пространство 28 (например, к крыше или стене, непосредственно примыкающей к второму пространству 28), и система 30 воздуховодов, которая соединяет всасывающее устройство 34 с внешней воздуходувкой 33b, может включать в себя один или несколько прямолинейных участков 30а и/или угловых участков 30b.
Хотя приведенное ниже описание относится к конкретной вентиляционной установке 22, а именно к надплитной вытяжке, такой как надплитная вытяжка, показанная на фиг.2А, или вытяжной вентилятор ванной комнаты, такой как вытяжной вентилятор, показанный на фиг.2В, необходимо понимать, что настоящее изобретение применимо к широкому кругу вентиляционных установок 22. Например, в некоторых вариантах осуществления вентиляционная установка 22 может представлять собой вытяжной или всасывающий воздух вентилятор (фиг.1А), вытяжной колпак, встроенную воздуходувку 33а (фиг.1В), внешнюю воздуходувку 33b (фиг.1С) или подобную установку, которая выполнена с возможностью перемещения воздуха из одного пространства в другое. Вентиляционная установка 22 может иметь любой из множества размеров, форм и конфигураций, известных в данной области техники. Как показано на фиг.1, вентиляционная установка 22 может быть прикреплена к шкафу или потолку комнаты. Однако в зависимости от расположения конца системы 30 воздуховодов, примыкающего к или связанного с первым пространством 26 в соответствии с конкретным вариантом осуществления, вентиляционная установка 22 может быть прикреплена к стене или другой конструкции, которая по меньшей мере частично образует первое пространство 26, как показано на фиг.1А. Как описано выше со ссылкой на фиг.1В, встроенная воздуходувка 33а может быть преимущественно расположена где-нибудь между первым и вторым пространствами 26, 28, а внешняя воздуходувка 33b может быть преимущественно расположена рядом с или во втором пространстве 28, как описано со ссылкой на фиг.1С.
Как показано на фиг.2А и 2В, вентиляционная установка 22 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения может быть соединена с системой 30 воздуховодов посредством одной или нескольких крепежных пластин/держателей 35а и соединителя 35b воздуховодов. Вентиляционная установка 22 может включать в себя электродвигатель 36, подсоединенный к колесу 38 воздуходувки или подобному элементу вентилятора, расположенному в корпусе 40. Электродвигатель 36 выполнен с возможностью приведения в движение колеса 38 воздуходувки, тем самым обеспечивая вентиляцию или воздушный поток 24. Колесо 38 воздуходувки может быть расположено/ориентировано в вентиляционной установке 22 таким образом, что воздушный поток 24 направлен в или из системы 30 воздуховодов.
В некоторых вариантах осуществления электродвигатель 36 может представлять собой бесщеточный электродвигатель переменного тока (brushless alternate current - BLAC), электродвигатель переменного тока с постоянными магнитами (permanent magnet alternate current - PMAC) или бесщеточный электродвигатель постоянного тока (brushless direct current - BLDC). Электродвигатели данных типов представляют собой синхронные электродвигатели, приводимые в действие либо переменным током (АС), либо постоянным током (DC) и содержащие электронную систему коммутации вместо механического коммутатора и щеток, что обеспечивает повышенную эффективность электродвигателя и уменьшенный механический износ, увеличивающий срок службы электродвигателя. В BLAC, РМАС и BLDC электродвигателях преобразование тока в крутящий момент и напряжения в угловую скорость носят линейный характер. Бесщеточные электродвигатели постоянного тока обычно имеют уменьшенный рабочий шум по сравнению с другими типами электродвигателей, пригодными для приведения в движение колеса 38 воздуходувки или подобного элемента вентилятора. Бесщеточные электродвигатели переменного тока и электродвигатели переменного тока с постоянными магнитами имеют еще меньший рабочий шум по сравнению с бесщеточными электродвигателями постоянного тока. Эти характеристики могут быть предпочтительными в вентиляционной установке 22, которая может требовать работы в течение продолжительных периодов времени в местах, где фоновый шум нежелателен. Кроме того, BLAC, РМАС и BLDC электродвигатели обеспечивают надежный запуск и непрерывную работу и управляемость при очень низких скоростях. В некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрен интерфейс для преобразования сигнала мощности переменного тока, который используется для управления асинхронным электродвигателем переменного тока, в пригодный входной сигнал для управления BLAC, РМАС и BLDC электродвигателем. Для специалиста в данной области техники, конечно, будет понятно, что в различных вариантах осуществления изобретения, в качестве альтернативы, могут быть использованы другие типы электродвигателей.
Как показано на фиг.2А, вентиляционная установка 22 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения может включать в себя один или несколько фильтров 42, расположенных вдоль проточного канала 24. В некоторых вариантах осуществления, таких как варианты осуществления, показанные на фиг.2А и 2В, вентиляционная установка 22 может включать в себя одну или несколько лампочек 44 для освещения пространства рядом с установкой 22. Лампочки 44 выполнены с возможностью селективного включения и выключения через интерфейс 46 пользователя, расположенный на корпусе 40 или другом элементе установки 22. Скорость электродвигателя 36, приводящего в действие воздуходувку или вентилятор 38, можно регулировать через интерфейс 46 пользователя. Интерфейс 46 пользователя может состоять из одного или нескольких выключателей, круговых шкал, кнопок, сенсорных экранов, дисплеев, индикаторов и других или любого их сочетания. В других вариантах осуществления управление лампочками и/или скоростью электродвигателя может осуществляться посредством интерфейса 46 пользователя, расположенного на расстоянии от вентиляционной установки 22 (например, закрепленного на стене или шкафу). В других вариантах осуществления управление работой вентиляционной установки 22 может осуществлять пользователь через один из множества интерфейсов 46, расположенных на, около или на расстоянии от установки 22.
Вентиляционная установка 22 может включать в себя соединение 48 с источником электропитания или прямое (например, с электроэнергетической системой здания), или непрямое (например, через шнур, подсоединенный к электроэнергетической системе здания через электрическую розетку). Приведение в действие лампочек 44 и/или электродвигателя 36 может осуществляться посредством блока 50 управления. В некоторых вариантах осуществления блок 50 управления представляет собой регулятор энергии (например, регулятор напряжения или тока), контроллер или микропроцессор, один или несколько плавких предохранителей, датчики и/или выключатели или некоторое сочетание данных элементов. Элемент или элементы, образующие блок 50 управления, могут быть установлены на схемной плате и прикреплены к корпусу 40 или другому элементу вентиляционной установки 22. Могут быть предусмотрены электрические соединения для соединения электродвигателя 36 с соединением 48 в цепи питания через блок 50 управления. Интерфейс 46 пользователя, а также лампочка или лампочки 44 могут быть соединены с блоком 50 управления. В альтернативных вариантах осуществления блок 50 управления или его элементы могут быть расположены на расстоянии от вентиляционной установки 22. Например, блок 50 управления (или его элементы) может быть выполнен за одно целое с расположенным на расстоянии интерфейсом пользователя, который закреплен на стене, шкафу или подобной конструкции. В некоторых вариантах осуществления интерфейс 46 пользователя может представлять собой устройство дистанционного управления, которое взаимодействует с установкой 22 посредством инфракрасных (infrared - IR) или радиочастотных (radio frequency - RF) сигналов.
Вентиляционная установка 22 может быть рассчитана на функционирование на некотором уровне (т.е. на создание определенной скорости потока). В качестве промышленного стандарта производительность надплитной вытяжки обычно рассчитывают и рекламируют при статическом давлении 0,1 дюйм водяного столба. Данный общеотраслевой стандарт теоретически обеспечивает простое сравнение моделей надплитных вытяжек различных торговых марок и производителей. Номинальное значение статического давления 0,1 дюйм водяного столба было выбрано производителями бытовых вентиляционных установок в 1950-х гг., когда обычные бытовые вытяжные вентиляторы обладали низкой производительностью (менее 100 куб.фут/мин) и были соединены с короткими системами 30 воздуховодов жесткого оцинкованного воздуховода.
Однако многие бытовые надплитные вытяжки, предлагаемые в настоящее время на рынке, вентилируют при значительно более высокой скорости потока, соединены с более длинными системами 30 воздуховодов с изменяющейся площадью поперечного сечения и включают в себя концевые фитинги 32 с демпферами обратной тяги с использованием самых разных размеров и площадей поперечного сечения. Статическое давление, связанное с конкретной системой 20 вентиляции, может существенно изменяться в зависимости от физических характеристик и расположения элементов системы.
На фиг.3А показана эксплуатационная кривая установки, рассчитанной на функционирование на конкретном уровне "Y". Другими словами, данная кривая изображает скорость 24 воздушного потока, создаваемую установкой с номинальной производительностью "Y" при различных статических давлениях. Как показано, чем выше статическое давление, воздействующее на вентиляционную установку "Y", тем ниже скорость воздушного потока (т.е. скорость воздушного потока обратно пропорциональна статическому давлению).
На фиг.3А кривые "А" и "В" изображают характеристики конкретных систем 20 вентиляции. Кривая системы может изменяться в зависимости, помимо прочего, от площади поперечного сечения проточного канала через систему 30 воздуховодов; длины проточного канала через систему 30 воздуховодов; конфигурации, ориентации и материалов прямолинейного, углового и соединенных участков 30а, 30b, 30с и эффектов фильтра 42 и/или демпфированного концевого фитинга. По существу, характеристики конкретной системы 20 вентиляции могут влиять на производительность вентиляционной установки 22 (т.е. установка 22 вентилирует с производительностью выше, ниже или соответствующей номинальному уровню). Кривые систем, которые имеют больший угол наклона, характеризуют более ограничивающие системы или условия размещения. Как показано посредством пересечения между эксплуатационной кривой и каждой кривой системы, вентиляционная установка, рассчитанная на производительность "Y", будет создавать значительно меньшую скорость воздушного потока в системе "А", чем в системе "В". Например, если установка рассчитана на 160 куб.фут/мин, то кривая "В" может характеризовать систему, в которой производительность равна номинальному значению установки, а кривая "А" может характеризовать систему, которая более ограничивающая (т.е. имеет более высокое статическое давление) по сравнению с системой "В". Различия между производительностью установки в системе "А" и в системе "В" могут быть связаны с одним или несколькими отличиями в характеристиках систем (т.е. системе 30 воздуховодов, типе 32 концевого фитинга и других), которые описаны выше.
На фиг.3В показана эксплуатационная кривая установки, рассчитанной на функционирование на конкретном уровне "Z", который может быть в несколько раз выше уровня "Y", показанного на фиг.3А. Как показано, установка с расчетным уровнем "Z" может иметь эксплуатационную кривую, которая в значительной степени отличается от эксплуатационной кривой установки с расчетным уровнем "Y", хотя скорость воздушного потока остается обратно пропорциональной статическому давлению, воздействующему на установку.
На фиг.3В кривые тренда "А" и "В" изображают кривые для систем с эквивалентной длиной, но другим диаметром, отличающимся от диаметров систем "А" и "В" вентиляции соответственно, как описано со ссылкой на фиг.3А. Необходимо отметить, что установка с более высоким расходом (например, установка с номинальным уровнем "Z") обычно использует воздуховод с большей площадью поперечного сечения по сравнению с площадью поперечного сечения установки с более низким расходом (например, установки с номинальным уровнем "Y"). Как показано посредством пересечения между эксплуатационной кривой и каждой кривой системы, вентиляционная установка с номинальным уровнем "Z" будет создавать значительно меньшую скорость воздушного потока в системе "А", чем в системе "В". Например, если установка рассчитана на 600 куб.фут/мин, то обе кривые "А" и "В" могут изображать системы, в которых реальная производительность установки может не соответствовать их номинальному значению производительности, хотя данная установка способна функционировать ближе к заданному номинальному уровню в системе "В", чем в системе А" (т.е. система "А" более ограничивающая, чем система "В").
Вообще говоря, чем больше номинальное значение производительности вентиляционной установки 22 или статическое давление системы 20, тем выше вероятность того, что вентиляционная установка 22 сможет функционировать при номинальном уровне в условиях размещения. Данная ситуация может стать более вероятной при увеличении не только номинального значения производительности вентиляционной установки 22, но и статического давления системы 20. Например, если система воздуховодов с одинаковым диаметром и длиной используется с установкой с высоким номинальным значением расхода и установкой с низким номинальным значением расхода, то установка с высоким номинальным значением расхода будет подвергаться гораздо более значительному уменьшению в производительности, чем установка с низким номинальным значением расхода. Простое увеличение площади поперечного сечения системы воздуховодов для размещения установки с более высокой скоростью потока имеет очевидные практические ограничения, основанные на условиях размещения.
На фиг.4 дополнительно показана зависимость между конфигурацией и характеристиками системы 20 вентиляции и реальной производительностью вентиляционной установки 22 с расчетной производительностью. Каждая таблица содержит данные для одной из пяти вентиляционных установок с конкретной расчетной производительностью (т.е. 1500 куб.фут/мин, 1200 куб.фут/мин, 600 куб.фут/мин, 500 куб.фут/мин и 160 куб.фут/мин). В первом столбце каждой таблицы описано поперечное сечение системы 30 воздуховодов. В столбцах 2-4 указана максимальная длина (в футах) эквивалентного воздуховода, который обеспечивает 75%, 90% и 100% номинальной производительности. Например, для вентиляционной установки 22 с номинальной производительностью 1500 куб.фут/мин в системе 30 воздуховодов, содержащей круглый жесткий воздуховод диаметром 8 дюймов, максимальная эквивалентная длина системы соответствует 3 футам прямолинейного воздуховода 30а. Если же система 20 включает в себя угловой участок 30b (эквивалентный приблизительно 10 футам прямолинейного воздуховода 30а) и/или концевой фитинг 32 (эквивалентный приблизительно 25 футам прямолинейного воздуховода 30а), то вентиляционная установка 22 не способна обеспечить номинальный воздушный поток.
Настоящее изобретение предназначено для учета изменений в конфигурации и характеристиках систем 20 вентиляции, чтобы обеспечить вентиляционную установку 22 с реализованной (реальной) производительностью, которая эквивалентна ее номинальному значению производительности в соответствии с оценками промышленного стандарта. Вентиляционная установка 22 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения может включать в себя калибровочный модуль 52 или способ для данной цели. Калибровочный модуль 52 или способ может быть использован для определения электропитания, необходимого для вентиляционной установки 22 для обеспечения скорости воздушного потока, эквивалентной номинальной производительности установки 22, на основе одной или нескольких характеристик системы 20 вентиляции - характеристик, которые влияют на статическое давление, воздействующее на вентиляционную установку 22 в зависимости от конкретной системы 20.
В соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения способ калибровки может быть реализован в программном обеспечении, аппаратном оборудовании или в их сочетании. Например, в вариантах осуществления вентиляционной установки 22, включающих в себя контроллер, контроллер может быть запрограммирован для осуществления процедуры калибровки. Контроллер может представлять собой блок 50 управления, который показан на фиг.2А и 2В, его элемент, совершенно отдельный элемент или включать в себя блок 50 управления. Процедура калибровки может быть инициирована автоматически при каждом использовании посредством подсоединения блока 50 управления к источнику питания во время монтажа или посредством ввода в интерфейс 46 пользователя, соединенный с упомянутым блоком.
В некоторых вариантах осуществления контроллер может быть запрограммирован для хранения данных, представляющих собой характеристики вентиляционной установки 22. Например, таких данных, как номинальная мощность электродвигателя 36, наличие и тип фильтра 42, размер и форма канала воздушного потока, определяемые установкой 22, номинальная производительность установки, скорость вращения вентилятора или электродвигателя, помимо прочих (например, тока, напряжения, давления, скорости потока, крутящего момента и других). Для специалиста в данной области техники будет понятно, что любые или все данные, связанные с вентиляционной установкой 22, могут быть, как вариант, введены в контроллер через интерфейс 46 пользователя во время монтажа или когда требуется калибровка. Данная информация может быть измерена или воспринята пользователем (т.е. монтажником, пользователем, инициирующим калибровку) или предоставлена изготовителем.
Как показано в вариантах осуществления на фиг.6А и 6В, калибровочный модуль 52 может включать в себя один или несколько датчиков для выдачи данных, представляющих собой одну или несколько характеристик системы 20 вентиляции. Например, калибровочный модуль 52 может включать в себя один или несколько датчиков для выдачи в контроллер выходного сигнала, который может характеризовать или быть использован для определения количества электроэнергии, подводимой к вентиляционной установке 22, и/или статического давления, воздействующего на установку 22, помимо прочего. Данные датчики могут включать в себя по меньшей мере один датчик расхода, датчик частоты вращения и датчик тока/напряжения, помимо прочих, или их сочетание. Для специалиста в данной области техники будет понятно, что любые или все данные, связанные с системой 20 вентиляции, могут быть, как вариант, введены в контроллер через интерфейс 46 пользователя во время монтажа или когда требуется калибровка. Данная информация может быть воспринята или определена пользователем посредством использования различных воспринимающих/измерительных устройств, посредством изменения или оценки или их сочетания. Интерфейс 46 пользователя может отображать получаемые из контроллера данные о состоянии системы, относящиеся к функционированию и/или калибровке системы, и может содержать по меньшей мере один индикатор для данной цели. Эти отображаемые данные могут быть получены из или относиться к одному или нескольким датчикам, источнику питания, регулятору энергии, электродвигателю 36, вентилятору 38 и/или самому контроллеру. В некоторых вариантах осуществления калибровочный модуль 52 позволяет пользователю регулировать систему через интерфейс 46 пользователя в ответ на отображаемые данные. Интерфейс 4 6 пользователя может также включать в себя переключатель, устанавливающий расход в куб.фут/мин, который способен позволять пользователю/монтажнику устанавливать минимальную интенсивность вентиляции в выключенном состоянии, чтобы соответствовать стандартам/кодам охраны окружающей среды, и/или максимальную интенсивность вентиляции, которая может быть использована для регулирования производительности вентиляционной установки 22 во время калибровки. Настройка по умолчанию для установки расхода в куб.фут/мин может быть предоставлена изготовителем или продавцом. Для вентиляционных установок 22 с бесступенчатым регулированием скорости установка 22 может быть приспособлена для функционирования между максимальной интенсивностью вентиляции и минимальной интенсивностью вентиляции. Для вентиляционных установок 22 с дискретным регулированием оборотов установка 22 может быть приспособлена для функционирования на уровнях, составляющих определенные проценты от максимальной установленной интенсивности вентиляции, выше минимальной интенсивности вентиляции.
Вариант осуществления, показанный на фиг.6В, изображает калибровочный модуль, который может быть встроен в вентиляционную установку 22, первоначально приспособленную для использования электродвигателя переменного тока. Как показано на фиг.6В, калибровочный модуль 52 может включать в себя интерфейс преобразования энергии, который способен преобразовывать сигнал питания переменного тока в сигнал питания постоянного тока. Сигнал мощности постоянного тока может быть подан в регулятор энергии через контроллер. Один или несколько датчиков и интерфейс 46 пользователя могут выдавать входные сигналы как в имеющийся контроллер электродвигателя переменного тока, так и в контроллер калибровки. В некоторых вариантах осуществления имеющийся контроллер электродвигателя переменного тока способен обеспечивать оперативное управление вентиляционной установкой 22 в ответ на ввод пользователя, а контроллер калибровки и регулятор энергии способны обеспечивать регулировку, определяемую калибровкой, для сигнала энергии, выдаваемого контроллером электродвигателя переменного тока через интерфейс преобразования энергии. Хотя на фиг.6В показано преобразование вентиляционной установки 22, управляемой электродвигателем переменного тока, в установку, управляемую электродвигателем постоянного тока, необходимо понимать, что калибровочный модуль 52 и способ калибровки могут быть встроены в или использованы с вентиляционными установками 22 с различными типами электродвигателей. Например, вентиляционная установка 22, включающая в себя электродвигатель переменного тока и запрограммированный контроллер электродвигателя переменного тока, не требует введения в калибровочный модуль 52 интерфейса преобразования энергии и в остальном может быть подобна установке, схематично изображенной на фиг.6В.
Фиг.6С представляет собой блок-схему, показывающую приведение в действие вентиляционной установки 22 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. В некоторых вариантах осуществления вентиляционная установка 22 может быть приспособлена для функционирования на одной скорости. Схема за пределами пунктирной рамки изображает такую систему и может быть использована, например, в условиях ванной комнаты. Вентиляционная установка 22 выполнена с возможностью включения или выключения посредством настенного выключателя, который выдает электроэнергию в процессор сигналов через ряд ступеней преобразователя сигнала. Затем процессор сигналов выдает электроэнергию, необходимую для приведения в действие трехфазного электродвигателя 36 со скоростью "А", через модуль питания электродвигателя. Бесщеточный электродвигатель переменного тока и электродвигатель переменного тока с постоянными магнитами представляют собой два типа электродвигателей 36, которые могут быть использованы для вращения колеса 38 воздуходувки или другого элемента вентилятора в вентиляционной установке 22 в соответствии с показанным вариантом осуществления. Схема, чувствительная к фазному току электродвигателя, способна обеспечить обратную связь из модуля питания электродвигателя в процессор сигнала. В варианте осуществления, показанном на фиг.6С, калибровочный модуль может быть встроен в систему, например в процессор сигналов, и может быть приведен в действие после монтажа или активации системы при или во время каждой активации.
В некоторых вариантах осуществления система, показанная на фиг.6С, может быть приспособлена для функционирования на многих скоростях и может включать аспекты схемы в пределах пунктирной рамки. В таком варианте осуществления скорость "А" может представлять собой очень низкий уровень вентиляции, который может служить для соблюдения стандартов/кодов защиты окружающей среды, а скорость "В" может представлять собой рабочий уровень вентиляции. Потенциометр, устанавливающий производительность в куб.фут/мин, способен позволять монтажнику/пользователю устанавливать требуемую скорость "А". Датчик влажности способен обеспечивать автоматическую активацию вентиляционной установки 22 в том случае, когда установка 22 не была активирована через настенный выключатель и влажность в первом пространстве 26 достигает некоторого уровня. Потенциометр, устанавливающий задержку выключения, может быть также установлен монтажником/пользователем для деактивации или уменьшения скорости вентиляционной установки 22 по истечении периода времени работы на скорости "В" до скорости "А". В таком варианте осуществления данные элементы способны обеспечивать вводы в процессор сигналов в дополнение к вводам, описанным выше в отношении вентиляционной установки 22, функционирующей на одной скорости, а остальная часть системы может функционировать, как описано выше.
Как показано на фиг.7, различные способы, описанные выше, которыми получают информацию/данные, характеризующие систему 20 вентиляции, называются этапом получения 54 данных калибровки. Как было указано ранее, получение 54 данных может быть осуществлено посредством одного или сочетания аппаратных средств и программного обеспечения. Запрограммированные данные и/или ввод в контроллер (посредством пользователя или датчиков) могут быть использованы контроллером для определения энергии, необходимой вентиляционной установке 22 для обеспечения скорости воздушного потока, эквивалентной конкретной номинальной производительности установки. Это может быть осуществлено посредством вычисления одного или нескольких алгоритмов, хранящихся в контроллере, посредством обращения к одной или нескольким справочным таблицам или посредством некоторой их комбинации, называемой этапом обработки 56 данных калибровки. На основе результатов обработки 56 данных может быть осуществлена коррекция 58 системы. Например, коррекция 58 системы может включать в себя регулирование энергии, подводимой к электродвигателю 36. В некоторых вариантах осуществления контроллер способен непосредственно регулировать напряжение или ток, подаваемый в электродвигатель 36. В других вариантах осуществления контроллер способен выдавать сигнал в регулятор напряжения или тока, тем самым опосредованно управляя энергией, подводимой к электродвигателю 36.
Контур 60 обратной связи может быть выполнен так, чтобы извещать или предупреждать пользователя/монтажника во время калибровки, если система вентиляции находится за пределами заданных или рекомендованных изготовителем параметров.
Предупреждение может быть визуальным (например, лампочка или сообщение об ошибке на дисплее интерфейса 46 пользователя) или звуковым (например, звуковой сигнал). Предупреждение может быть оставлено без внимания, что означает, что вентиляционная установка будет функционировать за пределами рекомендованных параметров и будет иметь неоптимальные эксплуатационные характеристики (т.е. уменьшенную скорость воздушного потока, больший шум и другие). В качестве альтернативы, система вентиляции может быть отрегулирована (т.е. система воздуховодов, концевой фитинг, источник питания и другие), и процедура калибровки может быть повторена. В некоторых вариантах осуществления максимальная установка производительности в куб.фут/мин может быть отрегулирована так, чтобы привести производительность установки в реализуемый диапазон на основе конкретной системы вентиляции, в которой она функционирует. Если регулировки осуществляются так, что параметры системы вентиляции еще не находятся в пределах технических требований, после завершения получения 54 и обработки 56 данных второй раз индикатор будет выдавать другое предупреждение, и процедура может быть повторена.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения процедура калибровки может быть осуществлена следующим образом. Может быть определена рабочая кривая вентиляционной установки 22 посредством подачи в электродвигатель 36 изменяющихся количеств тока или напряжения и определения скорости или интенсивности воздушного потока, создаваемого колесом воздуходувки или элементом 38 вентилятора, для каждой величины подаваемой энергии. Может быть осуществлено сравнение рабочей кривой с номинальной производительностью вентиляционной установки 22, чтобы определить, какую величину энергии подавать в электродвигатель 36, чтобы обеспечить требуемую скорость воздушного потока.
На фиг.5 показаны калибровочные кривые для вентиляционной установки 22 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Кривые "XI" и "Х2" представляют собой характеристики конкретных систем вентиляции. Для специалиста в данной области техники должно быть понятно, что система "XI" более ограничивающая, чем система "Х2". Кривые "a-f" представляют собой эксплуатационные характеристики вентиляционной установки с номинальной производительностью 550 куб.фут/мин для увеличивающихся величин электропитания "a-f". Как показано посредством пересечения между кривой для системы "Х2" и каждой из эксплуатационных кривых, вентиляционная установка с номинальной производительностью 550 куб.фут/мин будет создавать воздушный поток по меньшей мере 550 куб.фут/мин при любой величине "a-f" электропитания. И наоборот, пересечение между кривой для системы "XI" и каждой из эксплуатационных кривых показывает, что для того, чтобы вентиляционная установка создавала воздушный поток по меньшей мере 550 куб.фут/мин, энергия, подводимая к электродвигателю 36, должна иметь величину "d" или больше. Таким образом, вентиляционная установка 22, имеющая эксплуатационную кривую, определенную посредством получения 54 данных и обработки 56 данных, которая должна быть эквивалентна системе "XI", способна автоматически осуществлять коррекцию 58 системы, регулируя энергию, подводимую к электродвигателю 36, до величины "d". Рабочая кривая и калибровочные кривые могут давать информацию, обеспечивающую дополнительную калибровку вентиляционной установки 22. Например, дополнительная калибровка может гарантировать, что вентиляционная установка 22 с множеством регулировок воздушного потока может функционировать на каждом номинальном уровне.
Варианты осуществления, описанные выше и показанные на чертежах, приведены только в качестве примера и не должны рассматриваться как ограничивающие концепции и принципы настоящего изобретения. Соответственно для специалиста в данной области техники будет очевидно, что возможны различные изменения в элементах и их конфигурации и расположении без отхода от сущности и объема настоящего изобретения.
1. Вентиляционная установка для размещения в системе вентиляции, содержащая:
двигатель, соединенный с элементом вентилятора и источником питания; и
калибровочный модуль для регулирования реальной скорости воздушного потока вентиляционной установки, измененной по меньшей мере одной физической характеристикой системы вентиляции, причем калибровочный модуль включает в себя по меньшей мере одну системную кривую, соответствующую по меньшей мере одной физической характеристике системы вентиляции, при этом калибровочный модуль также включает в себя множество рабочих кривых, каждая из которых соответствует значению подаваемой энергии,
при этом калибровочный модуль выполнен с возможностью сравнения системной кривой с множеством рабочих кривых для определения подаваемой энергии, соответствующей номинальной производительности установки, причем калибровочный модуль содержит регулятор энергии, соединенный с двигателем, выполненный и расположенный с возможностью подачи энергии двигателю на заданном значении подаваемой энергии для изменения реальной скорости потока через систему вентиляции так, что реальная скорость потока соответствует референсной скорости потока для номинальной производительности установки,
при этом по меньшей мере одна физическая характеристика системы вентиляции включает в себя по меньшей мере площадь поперечного сечения и длину проточного канала, прямолинейных, угловых и соединительных участков, фильтров, концевых фитингов или их комбинации.
2. Вентиляционная установка по п. 1, в которой калибровочный модуль включает в себя интерфейс пользователя.
3. Вентиляционная установка по п. 1, в которой калибровочный модуль дополнительно включает в себя контроллер, соединенный с регулятором энергии.
4. Вентиляционная установка по п. 3, в которой контроллер запрограммирован для хранения справочной таблицы.
5. Вентиляционная установка по п. 3, в которой контроллер запрограммирован для вычисления по меньшей мере одного алгоритма.
6. Вентиляционная установка по п. 1, в которой калибровочный модуль включает в себя датчик.
7. Вентиляционная установка по п. 6, в которой упомянутый датчик представляет собой один из датчика напряжения, датчика тока и датчика на эффекте Холла.
8. Вентиляционная установка по п. 6, в которой упомянутый датчик представляет собой один из датчика статического давления, датчика расхода текучей среды и датчика частоты оборотов.
9. Вентиляционная установка по п. 1, в которой двигатель представляет собой BLAC, РМАС или BLDC электродвигатель.
10. Способ калибровки вентиляционной установки с номинальной производительностью, включающий в себя этапы, на которых:
определяют системную кривую, соответствующую по меньшей мере одной физической характеристике системы вентиляции; и
сравнивают системную кривую с множеством рабочих кривых, каждая из которых соответствует значению подаваемой энергии, для определения значения подаваемой энергии, соответствующей номинальной производительности вентиляционной установки, и
подают энергию к двигателю системы вентиляции на заданном значении подаваемой энергии для изменения реальной скорости потока системы вентиляции для соответствия референсной скорости потока, соответствующей номинальной производительности вентиляционной установки,
при этом по меньшей мере одна физическая характеристика системы вентиляции включает в себя по меньшей мере площадь поперечного сечения и длину проточного канала, прямолинейных, угловых и соединительных участков, фильтров, концевых фитингов или их комбинации.
11. Способ калибровки по п. 10, в котором упомянутая по меньшей мере одна характеристика системы вентиляции представляет собой статическое давление.
12. Способ калибровки по п. 11, в котором статическое давление системы вентиляции определяют посредством датчика.
13. Способ калибровки по п. 10, дополнительно включающий калибровку меры одного из тока и напряжения, необходимой для соответствия номинальной производительности вентиляционной установки.
14. Способ калибровки по п. 10, определяющий величину подаваемой энергии источника питания, причем по меньшей мере одно из величины подаваемого тока и величины подаваемого напряжения определяют посредством датчика.
15. Способ калибровки по п. 10, дополнительно включающий осуществление по меньшей мере одного этапа упомянутого способа через интерфейс пользователя.
16. Способ размещения вентиляционной установки с номинальной производительностью, включающий в себя этапы, на которых:
присоединяют вентиляционную установку, содержащую двигатель и вентилятор, к системе вентиляции;
оценивают по меньшей мере одну физическую характеристику системы вентиляции для определения по меньшей мере одной системной кривой, соответствующей по меньшей мере одной физической характеристике;
оценивают по меньшей мере одно из величины подаваемого тока и величины подаваемого напряжения источника питания и
сравнивают по меньшей мере одну системную кривую с множеством рабочих кривых, каждая из которых соответствует значению подаваемой энергии, для определения значения подаваемой энергии, соответствующей номинальной производительности вентиляционной установки, и
регулируют энергию, подаваемую к двигателю, в соответствии со значением энергии для изменения реальной скорости потока системы вентиляции так, чтобы реальная скорость потока соответствовала референсной скорости потока при номинальной производительности вентиляционной установки и по меньшей мере одной физической характеристике вентиляционной установки,
при этом по меньшей мере одна физическая характеристика системы вентиляции включает в себя по меньшей мере площадь поперечного сечения и длину проточного канала, прямолинейных, угловых и соединительных участков, фильтров, концевых фитингов или их комбинации.
17. Способ размещения по п. 16, дополнительно включающий инициирование по меньшей мере одного этапа упомянутого способа через интерфейс пользователя.
18. Способ размещения по п. 16, дополнительно включающий повторное оценивание по меньшей мере одной характеристики системы вентиляции после регулирования энергии, подводимой к вентиляционной установке.
19. Способ размещения по п. 16, в котором по меньшей мере один из этапов оценки осуществляют посредством калибровочного модуля вентиляционной установки.
20. Способ размещения по п. 16, в котором этап регулирования осуществляют посредством контроллера и регулятора одного из тока и напряжения.
