CN101569867A - 推挽式生物安全柜 - Google Patents

Abstract

本发明是一种推挽式生物安全柜，包括有：一柜体，柜体的柜内设有排除有害气体的容置空间，而柜体的一侧以及上方是形成开放空间；一个具有夹层的气门，气门活动结合在柜体一侧，以便于控制气门开度，气门上设有一吹气罩；一高效率过滤器，高效率过滤器设置在柜体上方，用来提供补气；一送风机，送风机连接于一设置在高效率过滤器顶端的进气口，用来提供干净空气；一吸气槽，吸气槽设在柜体前端下缘处，且设有一吸气槽缝，吸气槽缝对应该气门的吹气罩设置；以及一抽气机，抽气机配设在吸气槽的出口端，以供排除有害气体。本发明可有效控制生物安全柜的流场以避免柜内产生紊流。

Description

推挽式生物安全柜

技术领域

本发明涉及一种推挽式生物安全柜，利用于气门开口处形成一道气帘，可有效达到柜内与柜外气流隔绝，并获得柜内无回流的情形，且所述的柜内气流也不会逸散，进而可加强防护柜内污染物的泄漏。

背景技术

生物安全柜(Biological Safety Cabinet，BSC)研发设计的主轴是了在进行细胞培养时，保持细胞株的无菌化过程，并避免操作人员与细胞株作交互污染。在许多微生物试验或使用微生物为媒介的制程都隐含着生物性危害的风险，进而影响到操作人员的健康与安全，因此生物安全柜的发展除了保护细胞株无菌化之外，更需要确保操作者在使用生物安全柜时免受柜内反应物感染的危害。

微生物实验室要求污染物必须隔绝在生物安全柜内，然而许多研究报告都详细记载过生物安全柜操作人员死在细菌感染的事件，而且这种类似事件一直持续被报导出来，显示现有的生物安全柜有很多弱点。主要原因是因现有的生物安全柜本身的设计对抵抗周遭环境变异的能力不足，例如突然的室内压力变化、进出口开关产生的压力变化、安全柜的柜门开口前人员快速移动等等，都易使生物安全柜的防护失效。

在实际操作造成有害物逸散的状况，常见的问题大约可以分为两种：(1)设计未达到最适当状况：如抽气量不足、抽气槽缝位置不适当、补气抽气配置不当、视窗开口(front opening)风速分布不均匀以及开口边缘设计不当等。(2)未在最适当状况下操作：如有害物释放量过大、内部有害物朝开口方向高速释放、过大的内部朝外操作动作、拉门开启面积过大以及抽气量未随操作状况调整等。

依据美国生物安全柜标准NSF/ANSI 49，生物安全柜依适用的生物危害层级可分为三级。其中第二级的生物安全柜又可分为A1、A2、B1、B2四种型式。许多研究报告都发现第二级生物安全柜的排除污染物能力不足以抵抗突然的室内压力变化，故生物安全柜排除污染物的能力有待加强。

第二级B型生物安全柜依排气比例可分为B1以及B2两种型式，其中B1型生物安全柜的排气气流有30％循环气流经高效率过滤器(High EfficiencyParticulate Arresting(HEPA)filter)再循环至工作台面，而70％则由出风高效率过滤器排出；B2型的生物安全柜则为100％全排气且无循环气流。在气体排出室外前，所有气体需通过排气高效率过滤器，且两种安全柜的排气都需连结至建筑物的排气系统。

第二级B2型生物安全柜顶端是在柜顶装置一含有高过滤效果的高效率过滤器，凭借一吹气机通过高效率过滤器补气进入柜内，再在于柜内前后(或其他位置)各开一槽，以抽风机大量抽气(至少应达到0.57m3/s)，造成柜内形成负压而将污染物抽离柜体，而柜顶补气不足的部份会由柜门(sash)开口自然补气进入柜内，但柜内污染物极易因此一柜门开口处受到外部干扰气流以及/或柜门开关动作的影响而泄漏。因此，传统的生物安全柜对抗侧流干扰以及柜门开关动作的能力颇为不足。

本发明利用气体动学的原理，使用下节所述的方法，克服如上所述现有的第二级B2型生物安全柜的弱点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种推挽式生物安全柜，最终标的在于避免柜内的有害物不致逸散至外界且柜内的气流不会互相交流。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种推挽式生物安全柜，其特征在于，包括有：

一柜体，所述的柜体的柜内设有排除有害气体的容置空间，而所述的柜体的一侧以及上方是形成开放空间；

一个具有夹层的气门，所述的气门活动结合在所述的柜体一侧，以便于控制气门开度，所述的气门上设有一吹气罩；

一高效率过滤器，所述的高效率过滤器设置在所述的柜体上方，用来提供补气；

一送风机，所述的送风机连接于一设置在所述的高效率过滤器顶端的进气口，用来提供干净空气；

一吸气槽，所述的吸气槽设在所述的柜体前端下缘处，且设有一吸气槽缝，所述的吸气槽缝对应该气门的吹气罩设置；以及

一抽气机，所述的抽气机配设在所述的吸气槽的出口端，以供排除有害气体。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：利用于气门开口处形成一道气帘，可有效达到柜内与柜外气流隔绝，使安全柜内污染性气胶不仅不会散逸而造成对操作人员的健康危害，并且可使柜外的污染性气胶在生物安全柜操作时不会进入柜内而对产品造成污染。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图2是本发明的平面示意图；

图3是本发明的侧面示意图；

图4是本发明的设备与仪器配置示意图；

图5是本发明的参数示意图；

图6是本发明的不同吹吸配比下笔直模态示意图；

图7是本发明的不同吹吸配比下轻微内凹模态示意图；

图8是本发明的不同吹吸配比下严重内凹模态示意图；

图9A、图9B、图9C是本发明的不同吹吸配比下摇摆模态随时间演化示意图。

附图标记说明：推挽式生物安全柜1；柜体11；进气口111；气门12；把手121；整流段123；开口区124；送风机13；吸气槽14；吸气槽缝141；抽气机15；高效率过滤器16；变频器17a、17b；文氏管18；压力转换计19；横流扇20；横流扇控制器2；笔直模态71；轻微内凹模态72；严重内凹模态73；摇摆模态74。

具体实施方式

请参阅图1～图5所示，是分别为本发明的立体示意图、本发明的平面示意图、本发明的侧面示意图、本发明的设备与仪器配置示意图以及本发明的参数示意图。如图所示：本发明至少是由一柜体11、一气门12、一送风机13、一吸气槽14、一抽气机15、一横流扇20以及一高效率过滤器(High EfficiencyParticulate Air(HEPA)Filter)16所构成。如此，可有效达到柜内与柜外气流隔绝，并获得柜内无回流的情形，且所述的柜内气流也不会逸散，进而可加强防护柜内污染物的泄漏。

所述的柜体11的柜内设有排除有害气体的容置空间，而所述的柜体11的一侧以及上方是形成开放空间。

所述的气门12活动结合在所述的柜体11一侧，所述的气门12设有把手121，以供移动所述的气门12，进而控制气门开度。而任意的气门开口高度为H，并定义生物安全柜的原点座标(x，z)在生物安全柜中间对称面上，且所述的气门12上设有一横流扇20，所述的气门12为一两节式的拉门机构(根据实际需要，可以选用单节、两节或者多节式的拉门机构)，可依照柜门开度的变化延长吹气口的位置。在所述的气门12吹出气体的供应方面，主要是由气罩上装置一排横流扇(cross-flow fans)20，提供稳定的吹气气流，以横流扇控制器2控制横流扇20，使气流经所述的气门12上端至整流段(honeycombs)123后，再经稳定区消散部分紊流能量而到达所述的气门12的开口区，吹出平均速度Vb。

下吹气流方面的提供，主要是以一变频器17a(inverter)控制所述的送风机13，并经由绕性管子连接一设置在所述的高效率过滤器16顶端的进气口111，用来提供干净空气。

所述的吸气槽14设在所述的柜体11前端下缘处，且设有一吸气槽缝141，所述的吸气槽缝141是对应该气门12。

所述的抽气机15是配设在所述的吸气槽14的出口端，以供排除有害气体，而所述的抽气机15是以一变频器17b改变并控制抽气机15转速，进而与吸气截面平均速度Vs者。

另，所述的抽气机15与吸气槽14的出口端之间设有一文氏管(venturi flowmeter)18，以供测量吸气速度Vs，而所述的文氏管18是配合设置一压力转换计19(pressure transducer)，俾利量得压差者。

所述的高效率过滤器16设置在所述的柜体11上方，以提供补气，而所述的高效率过滤器16是以所述的送风机13通过后以提供平均补气速度Vc者。

凭借上述的结构构成一种推挽式生物安全柜1。本发明的特点是在于凭借所述的气门12活动结合在所述的柜体11一侧，且所述的气门12上设有一横流扇20，而以变频器17a控制送风机13，并经由绕性管子连接进气口111，进气口111设置在高效率过滤器16顶端，气流通过高效率过滤器16提供补气。气门12上设有一横流扇20，所述的气门12为一两节式的拉门机构，可依照柜门开度的变化延长吹气口的位置。在所述的气门12吹出气体的供应方面，主要是由气罩上装置一排横流扇(cross flow fans)20，提供稳定的吹气气流，以横流扇控制器2控制横流扇20，使气流经所述的气门12上端至整流段(honeycombs)123后，再经稳定区消散部分紊流能量而到达所述的气门12的开口区124，吹出平均速度Vb；并同时凭借所述的吸气槽14设在所述的柜体11前端下缘处，且设有一吸气槽缝141，而所述的吸气槽缝141是对应该气门12，进而形成一吹吸式(push-pull)的空气帘幕(air-isolator)(即气帘)。凭借流场可视化诊测生物安全柜流场，来分辨在不同吹吸速度下的气帘流场模态，进而有效控制生物安全柜流场，以达到可加强防护柜内污染物的泄漏，并且改变抽气的位置，以便靠近柜内污染源做有效的局部抽气动作；另外，可凭借所述的柜体11上方所设置的高效率过滤器16提供适当干净气流，以符合抽气与补气的物理机制；如此，以供推挽式生物安全柜1得以兼具抽气以及补气机制，而就污染源附近做即时有效的局部抽气动作，达到节省能源以及有效排除有害气体，且形成气帘有效阻隔污染物的外泄，达到节省能源以及有效排除以及阻隔有害气体，使得本发明具有快速排除、阻隔有害气体以及节省能源等效果，增加其实用性、便利性以及安全性。

当本发明在运作时，所述的柜体11内部的流场说明如下：

(a)轻微内凹模态(slightly concave curtain)72，当吹气速度、补气速度即吸气速度调配到适当的比例时，气门12吹出的气帘会呈现往柜内轻微内凹的趋势，当气流流至接近吸气端时，会受到前下吸的吸力拉住，而不会继续凹向柜内或流至柜外；(b)笔直模态(straight curtain)71，当吸气速度Vs相对上述情况小很多时，由于吸气力道不足时，所以气门12吹出的气帘流场没有内凹的形态而呈现比较笔直的状态，但不会在柜内产生回流；(c)严重内凹模态(serverelyconcave curtain)73，当吸气速度Vs加大，使气帘气流往柜内移动，并且呈现严重内凹现象，使柜内产生明显回流；(d)摇摆模态(oscillating curtain)74，当柜内与柜外产生明显的回流，并且随时间的不同还会呈现左右摆动的现象。

请进一步参阅图6～图9C所示，是分别为本发明的不同吹吸配比下笔直模态示意图、本发明的不同吹吸配比下轻微内凹模态示意图、本发明的不同吹吸配比下严重内凹模态示意图以及本发明的不同吹吸配比下摇摆模态随时间演化示意图。如图所示：在流场模态的判别上，是以流场可视化诊测将观察到的流场型态与相配合的吹吸速度做纪录，并以此做为模态分区的依据。在吹吸式气帘模态分区应用于生物安全柜上，主要区分成四种模态，分别为笔直模态(straightcurtain)71、轻微内凹模态(slightly concave curtain)72、严重内凹模态(severelyconcave curtain)73、摇摆模态(oscillating curtain)74。定义此四种模态的条件除了不同的吹吸速度以及补气速度造成不同的气帘流场型态之外，还定义生物安全柜顶部为高效率过滤器制造下吹气流、吸气位置为前下吸、由气门12制造一喷气气流，来做为定义这些不同流场模态的附带条件。

综合以上四种气帘的流场模态而言，生物安全柜在吹吸速度的操作上，建议使用于所述的轻微内凹模态72的区域。

然而推挽式生物安全柜1吹吸速度的改变，气帘以及柜内都会形成许多不同的流场型态。这些不同型态的流场容易令人产生混淆且难以掌握重点，所以必须凭借多次的实验以及参数调整，整理出一套有系统的流场模态，才能厘清在各种吹吸速度以及气门开度下的气帘流场型态，并定出适用的特性区域以及范围。

申请人在实验室中使用本技术构建出一个全尺寸的推挽式生物安全柜，并以美国NSF/ANSI 49的枯草杆菌孢子测试法进行(1)操作人员保护的测试(柜内有害物有否泄漏至外侧)、(2)柜内物品保护的测试(柜外的物质有否泄漏至柜内)、(3)柜内物品交互感染保护的测试(柜内相邻摆放的培养皿中的物质有无交互感染)，结果效果极为优越。另外以EN-14175(用来检测化学排烟柜Chemical FumeHood泄漏的严格规范)中用来检测受柜门外干扰气流影响的方法检验本发明(以一片直立的大平板在柜门开口面外，以1m/s的速度连续来回扫六次，测量柜内物质散逸至柜外的量)，结果显示本发明可以做到几乎不受柜门外干扰气流的影响。另外也测试过以真人站(或坐)在柜门开口面的前，双手伸入柜内进行操作的动作以及双手抽出伸入的动作的泄漏情形，结果显示本发明可以做到几乎不受上述操作员动作的影响。

综上所述，本发明是一种推挽式生物安全柜，可有效改善现有的种种缺点，利用于气门开口处形成一道气帘，可有效达到柜内与柜外气流隔绝，使安全柜内污染性气胶不仅不会散逸而造成对操作人员的健康危害，并且可使柜外的污染性气胶在生物安全柜操作时不会进入柜内而对产品造成污染。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种推挽式生物安全柜，其特征在于，包括有：

一柜体，所述的柜体的柜内设有排除有害气体的容置空间，而所述的柜体的一侧以及上方是形成开放空间；

一个具有夹层的气门，所述的气门活动结合在所述的柜体一侧，以便于控制气门开度，所述的气门上设有一吹气罩；

一高效率过滤器，所述的高效率过滤器设置在所述的柜体上方，用来提供补气；

一送风机，所述的送风机连接于一设置在所述的高效率过滤器顶端的进气口，用来提供干净空气；

一吸气槽，所述的吸气槽设在所述的柜体前端下缘处，且设有一吸气槽缝，所述的吸气槽缝对应该气门的吹气罩设置；以及

一抽气机，所述的抽气机配设在所述的吸气槽的出口端，以供排除有害气体。

2.根据权利要求1所述的推挽式生物安全柜，其特征在于：所述的气门是单节、两节或多节式的拉门机构。

3.根据权利要求1所述的推挽式生物安全柜，其特征在于：所述的送风机是直接横置在气门上方入口处，并以一变频器来调整吹出风量或吹出口风速。

4.根据权利要求1所述的推挽式生物安全柜，其特征在于：所述的气门设有把手。

5.根据权利要求1所述的推挽式生物安全柜，其特征在于：抽气机配合有管线以达成抽气动作，所述的抽气机还连接有一变频器以改变吸气风量或吸入口风速。

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