专利名称：排气风扇组合件的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及排气风扇，尤其涉及某种类型的排气风扇，该排气风扇从分布于建筑中的一个或更多的通风橱中抽出污染空气，将污染空气与环境空气混合来稀释污染物，然后从建筑中向环境空气环境排出稀释的空气。
背景技术：
建筑的排气系统有很多种类型。它们中大多数的目的是以一种有效的方式简单地从建筑内部抽出空气。在诸如实验室之类的建筑中，烟气由化学和生物工艺而生成，这些烟气可能会有难闻的气味、有害或有毒。除掉建筑中的这些烟气的一个方法是通过高的排气烟囱排出烟气，烟囱释放出烟气使其远高于地面和屋顶。然而，这些排气烟囱造价昂贵且不美观。
另一个方法是将烟气与新鲜空气混合来稀释污染气体，从建筑的顶部高速排出污染气体。废气尤其被稀释并被吹到高于建筑之上的高度。这种系统的例子在美国专利4,806,076、5,439,349和6,112,850中已有所描述。
在这些系统中，美国专利5,439,349使用离心扇来从建筑中排出空气。离心扇迫使空气进入分叉管道，分叉管道容纳有一对相邻的导管，每个导管由外壁和内壁形成，内壁和外壁沿气流的下游方向收缩。风套连接于管道的排气端，提供了一个通道，该通道使得输送空气进入建筑排气装置。遗憾的是，在导管中产生了显著的压降。而且，导管互相相对地收缩并远离空气输送通道，因此减小了进入建筑排气装置的环境空气流速。
因此，希望得到一种建筑排气系统，该系统包括联结到离心扇上的建筑排气烟囱，来达到比通常的排气系统性能更好的程度。
发明内容
本发明是一种排气风扇组合件，该组合件从建筑的进气口接收废气、将环境空气与废气混合然后吹动混合气体向上到出气口上方相当高的烟羽高度。
根据本发明的一个方面，排气风扇组合件包括风扇壳体，风扇壳体含有从建筑中抽出废气和迫使空气通过风扇壳体出口的风扇。喷嘴位于风扇壳体的下游，它包括一个封闭的外壁和一个内壁，内壁和外壁形成收缩的、接收来自风扇的废气的环形导管。风套位于喷嘴的下游并设置有接纳环境空气的空气夹带路径，从而使环境空气与风套中的废气混合。风套还包括排出混合气体的出口。
根据本发明的另一个方面，排气风扇组合件包括风扇壳体，风扇壳体含有从建筑中抽出废气和迫使空气通过风扇壳体出口的风扇。喷嘴位于风扇壳体的下游，并包括一个封闭的外壁和一个内壁，内壁向外壁发散来形成收缩的、从风扇中接收废气的环形导管。风套位于喷嘴的下游并设置有接纳环境空气的空气夹带路径，使得环境空气与风套中的废气混合。风套还包括排出混合气体的出口。
根据本发明的另一个方面，排气风扇组合件包括连接于通风网路的管道，管道在一端接收废气，导管形成有出口端。风扇壳体形成入口，该入口连接于管道的出口；风扇壳体包含一个离心扇，该离心扇从建筑中抽出废气并迫使空气通过风扇壳体出口。连接件具有一个连接于风扇壳体的矩形基座和一个柱形的上端。连接件形成有从风扇壳体出口接收废气的接收导管。喷嘴包括1)外壁，该外壁连接于连接件的柱形上端的封闭；以及2)内壁，该内壁向封闭外壁发散以形成一个收缩的环形导管，该导管接收来自连接件的导管废气。风套连接于喷嘴的封闭外壁。风套具有截锥体形，该截锥体形在其下端具有圆形开口，该下端与所述的喷嘴同轴线。风套的下端与所述喷嘴基本上共面。
以下的描述参照附图，这些附图形成以下描述的一部分且在这些附图中说明性地而非限定性地示出了本发明的一个优选实施例。这样的一个实施例并不限定本发明的范围，因此必须参照所附权利要求以确定本发明的范围。
由此参照以下的附图，其中相同的标号与相同的元件相对应，在这些附图中图1是根据本发明的原理建造的建筑通风系统的示意立体图；图2是根据优选实施例建造的排气风扇装置的侧视图，该实施例包括一个安装于风扇壳体上的排气烟囱；图3是排气烟囱和如图2所示的风扇壳体的一部分的剖面侧视图，它显示了通过排气烟囱的气流；图4是如图3所示的排气烟囱的仰视图；图5是如图4所示的排气烟囱的立体图；图6是风扇装置的示意图，显示了决定所需性能的参量；图7是与图3类似的但根据另一实施例建造的排气烟囱的剖面侧视图。
具体实施例方式
首先参考图1，建筑通风系统20包括一个或更多的通风橱22，这些通风橱通常安装于商用厨房、实验室、生产设施或其他适当的遍及建筑的会产生要从建筑中排出的有害或其它气体的位置。具体来说，每个通风橱22都形成一个开口在通风橱前部用于接收周围空气的腔体28。腔体28的上端连接于导管32的下端，导管32从通风橱22向上延伸到总管34。总管34进一步连接于向上延伸到屋顶40或建筑的其它上表面的上升管38。接着，上升管38的上端连接于排气风扇组合件42，排气风扇装置42安装于屋顶40的顶部并离开屋顶向上延伸，从而从建筑中排出气体。除非在此有另外的描述，排气风扇组合件42的组件由金属制成，最好是钢材。
排气风扇装置42如图2所示，它包括在其基座上的、包含一个离心扇组合件46的风扇壳体44。接着，壳体44连接于绕垂直轴线A-A向上延伸的排气烟囱48。排气烟囱48包括一个从壳体44上向上延伸的烟囱延伸部分50和一个模块化的空气夹带组合件51，空气夹带组合件51通过烟囱延伸部分50和风扇壳体44间接地安装于屋顶40上(尽管应该知道可选择将夹带组合件51直接安装于屋顶40上方，如将在下文详述的那样)。空气夹带组合件51包括一个喷嘴52和一个连接于喷嘴上端的风套54。管道49将建筑物的废气从上升管38输送到风扇壳体44。在下文中，这些构件都会被详述。在运行期间，排气风扇组合件42从每个所连接的通风橱22、经过腔体28、导管32、总管34、上升管38和管道16抽出气流。废气在通过风套54的顶部的开口高速向上排出之前与新鲜空气混合。
系统的控制件通常包括机械和电子控制元件。一个常规的挡板36安置在导管32中的每个通风橱22的稍上方位置，在全开(如图所示)和全闭的位置之间自动启动来控制通过腔体28废气流。因此，可控制通过每个通风橱22排出的空气量。
建筑可装备有一个以上的排气风扇组合件42，每个这样的组合件可工作地或连接到单独的通风橱22组或连接到总管34。因此，每个排气风扇组合件42可负责从建筑中的某个特定区域排出有害气体，或者许多排气风扇组合件42可以共同从同一个总管34中排出气体。另外，总管34可连接到建筑物中的总废气室。电子控制系统(未显示)可被用于自动控制系统的运行。
现在参考图2和图3，管道49包括从屋顶40向上延伸的、从上升管38中接收建筑废气的竖直部分56和通过连接法兰62连接到壳体44的入口60的水平部分58。壳体44包括支持风扇电动机68的框架64。传动皮带74驱动轴70，轴70轴颈安装于安装在框架64上的轴承架72中。然后，轴70驱动了罩在蜗室78内的离心叶轮76。叶轮76包括许多绕轴70旋转的叶片80，从而提供负压来抽出空气通过通风系统20。蜗室78在它的上端形成向上延伸的矩形出口82。离心扇组件46可以是一个常用的41系列AFSQ离心扇，它可从位于威斯康辛州斯科菲尔德(Schofield，WI)的格林海克风机股份有限公司(Greenheck Fan Corporation)得到，该离心扇能够产生3000立方英尺/分(CFM)到180000立方英尺/分之间的流速。然而，需要注意的是，只要风扇适合根据需要从建筑中排出空气，除了离心扇，风扇装置46还可以包括任何其它风扇。
参考图3-5，烟囱延伸部分50增加了排气风扇组合件42的高度，由此增加了所排出的废气的烟羽高度。烟囱延伸部分50包括封闭的壁85，壁85沿废气流动的下游方向径向向内收缩。壁85包括通过安装法兰84连接于出口80的矩形基座88。导管86通过壁85竖直延伸并接收从离心扇装置46中沿箭头100方向排出的废气。可由金属薄板制成的壁85从它的矩形基座88过渡到提供延伸部分50出口端的柱形上端90。这样，烟囱延伸部分50提供了一个矩形到圆形的过渡部分，该部分连接了风扇壳体44和模块化的空气夹带组合件51，如现在将要描述的。
模块化的空气夹带组合件51包括喷嘴52和风套54。喷嘴52包括以竖直延伸的圆环形套环94的形式存在的外壁和与套环94径向向内间隔开的内壁96。柱形套环94通过柱形的安装法兰95固定在延伸部分50上，用螺栓将安装法兰95固定到从延伸部分的上端90径向向外延伸的环形安装法兰91上。内壁96位于套环94中心，这样套环94限制了内壁96。内壁96是一个截头圆锥体形的构件，与倒置的锥体的形状相似，它的尖端98向下延伸入导管86，大致竖直地中途通过延伸部分50收尾。因此，内壁96向套环94发散来确定环状收缩的导管99，导管99的横截面积沿废气流动的下游方向减小。在运行期间，废气在途经环状导管99时加速并沿所示箭头101所指的方向排出喷嘴52。
风套54安装在排气烟囱48的顶部并环绕着喷嘴52。一组角撑板102沿套环94的周边安装，向上且从其顶部边缘径向向外延伸，并紧固于风套54。风套54本质上是具有同轴线开口的大型圆环底部的截锥体形状，圆环底部绕中心轴线A-A与环状喷嘴52对准。风套54的底端通过入口圆锥体104而展开，入口圆锥体104的底边与喷嘴52的边缘基本上共面地对准。风套54的顶端通过柱形环部分106收尾，圆环部分106形成排气风扇组合件42的废气出口。
如图3所最清楚地显示的，风套54的尺寸和位置相对于喷嘴52相设置，从而夹带最大量的环境空气进入排出喷嘴52的废气。环境空气进入提供了空气夹带路径的环状空隙，如箭头108所示，环状空隙在喷嘴52和入口圆锥体104之间形成。它与沿着箭头107方向途经喷嘴52的漩涡状高速废气混合，混合气体沿着箭头109方向通过在风套54顶部的废气排出口排出。
此系统上的许多部件有助于加强环境空气的夹带并提高风扇的效率。在风套54底部展开的入口圆锥体104已被发现提高了环境空气夹带量几个百分点。相对而言，这些在空气夹带方面的改进对展开的角度和入口圆锥体104的大小不灵敏。在风套54顶部的环状部分110同样如此。除了环状部分110通过增加风套54的轴向高度来可能提供的任何改进以外，发现它实质上增加了环境空气的夹带量。测试显示，长度上的微小改变不显著地变更这一性能的改进。
已经发现，通过使喷嘴52的边缘和风套54的底边之间的重叠最小化可使环境空气的夹带量最大化。在优选实施例中，这些边缘实质上彼此共面地对准以致于没有重叠。
此外，已经发现相对于通常的系统，喷嘴52的形状改进了排气风扇组合件42的运行。具体来说，在本技术中将喷嘴的形状设置成径向向内引导废气沿中心轴线A-A“集中”是通常的做法。这可以通过使外壁径向向内渐缩或者通过使内壁和外壁都径向向内渐缩来实现，从而将废气导向中心轴线A-A。通过将喷嘴52的形状设置成将废气从中心轴线A-A径向向外而非向着中心轴线径向向内引导，可以增加环境空气的夹带量并可减少气压损失，这是本发明的一个发现。在优选实施例中，通过提供向外套环94发散的内壁96来实现这一目的。通过这个结构，空气传输量增加了几个百分点，气压损失显著降低。可以认为，空气传输量的增加是由于增大了喷嘴的周长，喷嘴周长的增大是因为套环94并未径向向内渐缩而造成的。可以认为，减少的气压损失是由于大部分通过环形导管99的向上的废气靠近套环94，以及由于通过保持套环94正直使较少的废气转向或通过喷嘴52改变了方向。
除了上文讨论的性能改进，排气风扇装置的结构使得可以对其进行定制来满足用户的特殊需要。例如，参考图7，根据另一实施方式而建造的排气风扇组合件142显示在该图中，为了清楚和方便，该组合件的标号与图3中类似的元件相对应，在原标号上加上100。排气风扇组合件142包括风扇壳体144，风扇壳体144具有连接到圆筒形烟囱延伸部分150的圆筒形出口182，烟囱延伸部分150具有圆筒形基座和上端从而以上述方式连接在风扇壳体出口182和喷嘴套环194之间，。
因此，本发明的一个方面提供了一个延伸部分，在允许不考虑风扇排出口的形状而把空气夹带组合件51安装到风扇上的同时可增加烟羽高度。在这点上，应该知道的是烟囱延伸部分50和150可以从其基座的任何形状过渡到圆筒形，来适应实质上任何适合的风扇壳体。或者，假如风扇壳体的出口足够高，空气夹带组合件51和151可以直接安装到风扇壳体上。
还应当知道的是，空气夹带组合件51和151可以与通风系统20相结合来应用，通风系统20的风扇装置如上文所述位于屋顶的上方，或位于建筑中，或位于远离安装在屋顶40上的空气夹带组合件的位置。例如，空气夹带组合件51和151可以通过延伸部分50和150直接或间接地连接于上升管38或合适的连接件上，延伸部分会增加排气风扇组合件的高度，也会增加将废气排到一个理想高度的烟羽高度。在本实施方式中，风扇组合件46可位于建筑通风系统20的任何地方(例如，在总管34中，在独立的导管32中，或在位于屋顶下方或上方的上升管38中)。有利的是，当安装模块化的空气传输装置到建筑上时，本发明的一种形式提供了灵活性。
由此应当知道的是，通过本发明的各种形式所容纳的用户规格包括废气量、烟羽高度、与环境空气的稀释量和在屋顶40上方的组合件高度。用户目的包括成本最小化、性能最优化和安全最大化。通过选择风扇电动机68的大小或马力以及通过改变如图6所示的四个系统参量可完成这一定制。
喷嘴出口面积这个参量的增大，会减小所需电动机马力，减小环境空气传输量，减小烟羽上升高度。这个参量的减小，会增大所需电动机马力，增大环境空气夹带量，增大烟羽上升高度。
风套出口面积这个参量的增大，会增大环境空气夹带量，不会显著影响烟羽上升高度或风扇气流。这个参量的减小，会减小环境空气夹带量，不会显著影响烟羽上升高度或风扇气流。
风套长度这个参量的增大，会增大环境空气夹带量，增大烟羽上升高度，不会显著影响风扇气流。这个参量的减小，会减小环境空气夹带量，减小烟羽上升高度，不会显著影响风扇气流。
风套进口面积(次要影响)这个参量的增大，会增大环境空气夹带量，增大烟羽上升高度，不会显著影响风扇气流。这个参量的减小，会减小环境空气夹带量，减小烟羽上升高度，不会显著影响风扇气流。
上文已对本发明的优选实施方式进行了描述。实践本发明的人员会做出许多不脱离本发明精神和范围的修改。为了告知公众落入本发明范围内的多种实施方式，做出了所附权利要求。
权利要求
1.一种用于从建筑中排出废气的排气风扇组合件包括一风扇壳体，该风扇壳体含有从建筑中抽出废气和迫使空气通过风扇壳体出口的一风扇；一喷嘴，该喷嘴位于风扇壳体的下游并包括一封闭的外壁和一内壁，外壁和内壁形成收缩的、接收来自风扇的废气的一环形导管；以及一风套，该风套位于喷嘴的下游并提供接收环境空气的空气夹带路径，使得环境空气与风套中的废气混合，风套还包括排出混合气体的一出口。
2.如权利要求1所述的排气风扇组合件，其特征在于，风扇是一离心扇。
3.如权利要求1所述的排气风扇组合件，其特征在于，内壁基本上相对于外壁位于中心。
4.如权利要求3所述的排气风扇组合件，其特征在于，内壁是截头圆锥体形的。
5.如权利要求1所述的排气风扇组合件，其特征在于，内壁向外壁发散。
6.如权利要求1所述的排气风扇组合件，其特征在于，该组合件还包括一连接件，该连接件具有连接于风扇壳体的一矩形基座和连接于喷嘴封闭外壁的一柱形上端。
7.如权利要求1所述的排气风扇组合件，其特征在于，风套安装于封闭外壁的上端并接收来自喷嘴的废气。
8.如权利要求1所述的排气风扇组合件，其特征在于，风套具有一截锥体形状，该截锥体形状在其较低的部位具有圆形开口，该开口与所述的喷嘴同轴线。
9.如权利要求8所述的排气风扇组合件，其特征在于，风套的下端基本上与所述喷嘴共面。
10.如权利要求1所述的排气风扇组合件，其特征在于，风套在其下端展开以形成一入口圆锥体。
11.如权利要求1所述的排气风扇组合件，其特征在于，柱形套环在风套的上端形成。
12.一种用于从建筑中排出废气的排气风扇组合件，包括一风扇壳体，该风扇壳体含有从建筑中抽出废气和迫使空气通过风扇壳体出口的一风扇；一喷嘴，该喷嘴位于风扇壳体的下游并包括一封闭的外壁和一内壁，内壁向外壁发散以形成收缩的、接收来自风扇的废气的一导管；以及一风套，该风套位于喷嘴的下游并提供接收环境空气的空气夹带路径，使得环境空气与风套中的废气混合，风套还包括排出混合气体的一出口。
13.如权利要求12所述的排气风扇组合件，其特征在于，风扇是一离心扇。
14.如权利要求12所述的排气风扇组合件，其特征在于，收缩的导管是环形的。
15.如权利要求12所述的排气风扇组合件，其特征在于，内壁基本上相对于外壁位于中心。
16.如权利要求15所述的排气风扇组合件，其特征在于，内壁是截头圆锥形的。
17.如权利要求12所述的排气风扇组合件，其特征在于，内壁向外壁发散。
18.如权利要求12所述的排气风扇组合件，其特征在于，该组合件还包括一连接件，该连接件具有连接于风扇壳体上的一矩形基座和连接于喷嘴封闭外壁的一柱形上端。
19.如权利要求12所述的排气风扇组合件，其特征在于，风套安装于封闭外壁的上端并接收来自喷嘴的废气。
20.如权利要求12所述的排气风扇组合件，其特征在于，风套具有截锥体形状，该截锥体形状在其较低的部位具有圆形开口，该开口与所述喷嘴同轴线。
21.如权利要求20所述的排气风扇组合件，其特征在于，风套的下端基本上与所述喷嘴共面。
22.如权利要求12所述的排气风扇组合件，其特征在于，风套在其下端展开以形成一入口圆锥体。
23.如权利要求12所述的排气风扇组合件，其特征在于，柱形套环在风套的上端形成。
24.一种连接到建筑的通风网路、用于从建筑中排出废气的排气风扇组合件包括一管道，该管道连接到通风网路以在一端接收废气，导管形成一出口端；一风扇壳体，该风扇壳体形成一入口，该入口连接于管道的出口；该风扇壳体包含一离心扇，该离心扇从建筑中抽出废气并迫使空气通过风扇壳体出口；一连接件，该连接件具有连接于风扇壳体上的一矩形基座和一柱形上端，该连接件形成接收来自风扇壳体出口的废气的一导管；一喷嘴，该喷嘴包括1)一封闭外壁，该封闭外壁连接于连接件的柱形上端；以及2)一内壁，该内壁向封闭外壁发散以形成一收缩环形导管，该导管接收来自连接件导管的废气；以及一风套，该风套连接于喷嘴的封闭外壁，该风套具有截锥体形状，截锥体形状在其下端具有圆形开口，该开口与所述喷嘴同轴线，该风套的下端基本上与所述喷嘴共面。
全文摘要
本发明提供了一种排气风扇组合件用于从建筑中排出被污染的空气。该组合件包括通过管道连接于建筑上的风扇壳体。风扇壳体包括通过管道从建筑中抽出空气的风扇。延伸部分安装于风扇壳体的出口端并具有一个连接于喷嘴的柱形上端。风套连接于喷嘴的上端并提供了一个空气夹带路径，该路径使得环境空气在通过排气风扇组合件的出口之前与排出空气混合。
文档编号F23L17/02GK1926384SQ200580006164
公开日2007年3月7日 申请日期2005年1月19日 优先权日2004年1月20日
发明者A·J·罗西, M·G·塞林格, S·索姆森, G·泽斯 申请人:格林海克风机股份有限公司