CN103272818B - 一种新型节能环保实验室数控通风柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型节能环保实验室数控通风柜，包括柜体、滑动窗、导流板和数控系统，导流板上设有多个导流孔，藉由打开滑动窗使通风柜外的空气进入柜体的内腔并在导流板的引导下，带动实验工作区内形成的气体穿过导流板上的导流孔以向外排出；数控系统包括滑动窗自动控制装置、非接触式滑动窗控制装置、面风速控制装置以及系统控制装置，滑动窗自动控制装置用于检测通风柜前的操作区域有/无操作人员而自动控制增大/减少滑动窗的开度；非接触式滑动窗控制装置用于供操作人员在非接触的情况下将滑动窗打开至所需位置；所述面风速控制装置用于根据滑动窗的开度大小而自动调整通风柜的排风量；面风速控制装置将通风柜的排风量和运行状态发送给系统控制装置，以调整排风风机和补风风机的运行频率。

Description

一种新型节能环保实验室数控通风柜

技术领域

本发明涉及实验室设备制造技术领域，尤其涉及一种新型节能环保实验室数控通风柜。

背景技术

实验室通风是实验室设计中不可缺少的一个组成部分。为了防止实验室工作人员吸入或咽入一些有毒的、可致病的或毒性不明的化学物质和有机体，以及为了阻止一些蒸汽、气体和微粒（烟雾、煤烟、灰尘和气悬体）的吸收，实验室中应有良好的通风，可用通风柜、通风罩或局部通风的方法除去。

通风柜的功能中最主要的是排气功能，在化学实验室中，实验操作时产生各种有害气体、臭气、湿气以及易燃、易爆、腐蚀性物质，为了保护使用者的安全，防止实验中的污染物质向实验室扩散，在污染源附近要使用通风柜，以往通风柜使用台数较少，只在特别有害且危险的气体及产生大量热的实验中使用。通风柜只担负实验台的辅助功能。近年来考虑到改善实验环境，在实验台上进行的实验逐渐转移到通风柜内，这就要求在通风柜里要有最适于设备使用的功能。特别是大多新建的实验室都要求有空调，因此在建筑的初步设计阶段就要将通风柜的使用台数纳入空调系统的计划。由于通风柜在生化实验室中占有非常重要的位置，从改善实验室环境、改善劳动卫生条件，提高工作效率等方面考虑，通风柜的使用台数飞跃地增加。随之而来的是通风管道，配管、配线、排风等都成为实验室建设的重要课题。使用通风柜的最大目的是排出实验中产生的有害气体，保护实验人员的健康，也就是说要有高度的安全性和优越的操作性，这就要求通风柜应具有如下功能：

（1） 释放功能：应具备将通风柜内部产生的有害气体用吸收柜外气体的方式，使其稀释后排除室外的机构。

（2） 不倒流功能：应具有在通风柜内部由排风机产生的气流将有害气 体从通风柜内部不反向流进室内的功能。为确保这一功能的实现，一台通风柜与一台通风机用单一管道连接是最好的方法，不能用单一管道连接的，也只限于同层同一房间的可并连，通风机尽可能安装在管道的末端（或层顶处）。

（3） 隔离功能：在通风柜前面应具有可滑动的玻璃视窗将通风柜内外进行分隔。

（4） 补充功能：应具有在排出有害气体时，从通风柜外吸入空气的通道或替代装置。

（5） 控制风速功能：为防止通风柜内有害气体逸出，通风柜需要有一定的吸入速度。决定通风柜进风的吸入速度的要素有：实验内容产生的热量及与换气次数的关系。其中主要的是实验内容和有害物的性质。通常规定，有毒或有危险的有害物为0.4―0.5 m/s ，剧毒或有少量放射性为0.5―0.6m/s ,气状物为0.5m/s 。为了确保这样的风速,排风机应有必要的静压,即空气通过通风管道时的摩擦阻力。确定风速时还必须注意噪音问题,通过空气在管道内流动时以7―10m为限,超过10m将产生噪音,通常实验室的(室内背景噪声级)噪声限制值为70dBA,增加管道裁面积会降低风速,也就降低噪音,考虑到管道的经费和施工问题,必须慎重选择管道及排风机的功率。

（6） 耐热及耐酸碱腐蚀功能：通风柜内有的要安置电炉，有的实验产生大量酸碱等有毒有害气体具有极强的腐蚀性。通风柜的台面，衬板、侧板及选用的水咀、气咀等都应具有防腐功能。在半导体行业或腐蚀性实验中使用硫酸、硝酸、氢氟酸等强酸的场合还要求通风柜的整体材料必须防酸碱，须根据实验对象的不同采用不锈钢、PVC、环氧树脂、酚醛树脂等耐腐蚀材料制造。

为此，从专利DE19712975可知道，依靠横向于工作区开口地尤其下往上吹的气帘，提高了通风柜的漏气安全性。虽然由此可以抵抗外来干扰地改进漏气安全性，但不能防止重质气体聚集在工作区的底部或轻质气体聚集在工作区开口的上方。

为克服上述问题，中国发明专利CN 1287914C公开了一种通风橱（通风柜），该通风橱带有外壳，外壳中设有一侧敞开的工作区，在该敞开侧设有一些装置，所述装置使气流与外壳侧壁的内表面和外壳底板的内表面成锐角地流到该外壳内，在该敞开侧的工作区的前缘和侧柱被设计成流线形异型部，该流线形异型部具有指向前的迎流面，并且产生所述气流的所述装置设置在所述异型部上。如此设计的通风橱可以避免有害物质聚集在外壳工作区的侧壁和底板上。另该，在工作区还设置了一挡板，该挡板在所述工作区里布置在所述通风橱的后壁之前并被设计成使沿着内壁面和底面流动的气流被直接吸入到所述挡板与周围的外壳壁之间。所述自由气流可以由来自空气供应网的空气或由通过风扇而来自周围区域的空气形成。

但是，中国发明专利CN 1287914C公开的通风厨中的导流板属于盲板，当进入工作区内的气体流量突然增大，例如，通风柜前方可移动的滑动窗从完全关闭状态（开度为零）突然打开以增大开度时，在打开瞬间，容易在工作区产生气流涡旋（此时导流板上部的气流猛然间增大），形成的涡流会将有害气体通过滑动窗的开口带到通风柜外，从而造成气体外溢。

另外， 目前实验室采用的通风柜通常是定风量的通风柜，即每一台通风柜的排风量是固定不变的，然而实际上在通风柜进行试验操作的过程中往往会因为不同的试验产生不同量的污染气体。如果采用传统的定风量通风柜进行排风处理，那么过高的面风速可能导致通风柜内实验台面上方空间内气流紊乱，污染物可能在柜内某个角落积聚，还有可能吹熄火焰，破坏正在进行的试验，同时造成一定的能源浪费; 而过低的面风速势必造成污染物的逃逸，危害试验人员的安全。

目前实验室采用的通风柜的滑动窗（可上下或左右移动）大都采用手动的方式，而依靠人手控制滑动窗的移动会存在以下问题：首先，当人离开试验台面的时候，容易忘记关闭视窗门，这样会导致仍然存在较大的通风量，造成能源浪费，不利于节能。其次，当试验人员忙碌过程中，手上可能会沾有酸碱，这样不小心碰触到滑动窗时候，容易将酸碱泄露在滑动窗外边的外表面，造成不安全现象的发生，而且也不方便操作。

发明内容

本发明的实施例提供一种新型节能环保实验室数控通风柜，能够实时有效地控制通风柜内的废气气流走向，并维持通风柜的面风速均匀，避免在通风柜内形成涡流而导致废气外溢，从而保证将有害气体有效排除以保护实验人员的健康。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种新型节能环保实验室数控通风柜，

包括柜体、滑动窗、导流板和数控系统，所述滑动窗设于所述柜体上以隔离柜体内外；所述柜体的内腔构成实验工作区，所述导流板设于所述柜体的内腔并靠近与所述滑动窗相对的柜体内壁，所述导流板与所述柜体内壁之间构成排气通道；所述柜体的顶部设有与所述排气通道连通的排风口，所述排风口通过连接排气管以将通风柜内的气体排出室外；所述导流板上设有多个导流孔，藉由打开所述滑动窗使通风柜外的空气进入所述柜体的内腔并在所述导流板的引导下，带动实验工作区内形成的气体穿过导流板上的导流孔，进入所述排气通道从而通过所述排风口排出；

所述数控系统包括滑动窗自动控制装置、非接触式滑动窗控制装置、面风速控制装置以及系统控制装置，所述滑动窗自动控制装置用于检测通风柜前的操作区域有/无操作人员而自动控制增大/减少滑动窗的开度；所述非接触式滑动窗控制装置用于供操作人员在非接触的情况下将滑动窗打开至所需位置；所述面风速控制装置用于根据滑动窗的开度大小而自动调整通风柜的排风量以维持面风速；所述面风速控制装置通过数字工控信号接口连接所述系统控制装置，以将通风柜的排风量和运行状态发送给所述系统控制装置，所述系统控制装置根据通风柜的排风量和运行状态调整排风风机和补风风机的运行频率。

作为上述实施例的改进方案，所述面风速控制装置包括用于测量滑动窗开度的位移传感器、与所述位移传感器连接的控制器、依次设于所述通风柜的排风管上的所述排风风机和变风量文丘里阀，所述变风量文丘里阀出风口连接所述排风风机进风口；所述变风量文丘里阀与所述控制器连接；所述位移传感器将实时检测到的滑动窗开度值发送给所述控制器，所述控制器根据接收到的滑动窗开度值和面风速的预设值而调整所述变风量文丘里阀的开度，以改变通风柜排风量，从而维持面风速的当前值与面风速的预设值一致。

作为上述实施例的改进方案，所述滑动窗自动控制装置包括红外感应器、与所述红外感应器连接的控制器、用于驱动滑动窗移动的驱动机构以及测量所述滑动窗开度值的位移传感器；所述驱动机构和位移传感器均与所述控制器连接；所述控制器根据所述红外感应器发送的操作员进入/离开操作区域的检测信号，对应控制所述驱动机构打开/关闭所述驱动机构。

作为上述实施例的改进方案，所述驱动机构主要由伺服电机或步进电机组成，可以方便地调整滑动窗启动、升降、停止速度，特别是启动、停止过程被分解为数百个脉冲，使得启动、停止变得非常轻柔；同时驱动机构采用具有力回馈特性的柔性连接，当启动、升降、停止过程中的受力超出预设范围或受到人为强制升/降时，驱动机构会自动暂停运行，并在预设时间后自动尝试恢复运行。

作为上述实施例的改进方案，所述非接触式滑动窗控制装置包括设于滑动窗底部的带偏振光镜片的激光传感器、具有力回馈检测的柔性连接的驱动机构以及报警机构。所述激光传感器与所述控制器连接，当物体阻挡所述激光传感器时，所述激光传感器将感应信号发送给所述控制器，所述控制器控制所述驱动机构，使所述滑动窗向上提升，直至所述物体离开所述激光传感器时，所述滑动窗停止提升；所述具有力回馈检测的柔性连接驱动机构用于当有外力阻碍滑动窗升/降或人为强制升/降时，可防止对操作人员和/或驱动机构本身造成损伤/损坏；所述报警机构用于自动记录滑动窗运行至最低/最高限位点时对应的位移传感器读数以及驱动机构运行的脉冲数，在运行过程中不断进行测量、对比，当其中任何一个数值超出预设值时，发出报警信号并向所述驱动机构发出信号以停止运行。

作为上述实施例的改进方案，还包括设于通风柜外表面的耐腐蚀的触屏控制面板，所述控制器功能集成到所述控制面板上；且所述控制面板上还设有增加排风量按键、减少排风量按键、紧急排风按键和手动降低滑动窗按键。

作为上述实施例的改进方案，所述多个导流孔从上往下均匀地分布在所述导流板上，且所述导流孔的孔径从上往下依次增大。

作为上述实施例的改进方案，所述位移传感器至少为一个；当所述滑动窗为上下移动时，所述位移传感器测量的滑动窗开度值为开启高度值；当所述滑动窗为左右移动时，所述位移传感器测量的滑动窗开度值为开启宽度值。

作为上述实施例的改进方案，所述控制器及驱动机构均具有失电释放特性，当通风柜因断电时，所述控制器及驱动机构均失效，所述数控通风柜仍可以作为普通通风柜正常使用，当供电恢复时，通风柜控制器及驱动机构会首先在静止情况下进行初始化，并扫描各传感器的状态，确认无故障/阻碍后方开始正常运行。

与现有技术相比，本发明实施例提供的新型节能环保实验室数控通风柜具有如下有益效果：

1、通过红外感应器感应通风柜当前是否有操作人员，从而向控制器发送感应信号，以实现自动控制滑动窗的打开/关闭，不仅利于操作，而且能够有效避免现有技术中由于操作人员忘记关闭滑动窗所带来的能源浪费。结合系统控制装置，可以实时收集上百个通风柜的运行情况，鉴于实际使用中通风柜前有操作人员的比例小于30%（全部的通风柜处于工作状态下），本系统可以显著地降低排风量和补风量。

2、通过实时测量通风柜的滑动窗开度值，并根据测量到的滑动窗开度值和面风速的预设值而调整所述风机的转速和变风量文丘里阀的开度，以增大/减少通风柜排风量，从而维持面风速的当前值与面风速的预设值一致。因此，能够实时有效地控制并维持通风柜的面风速稳定，使其与预设值保持一致，从而保证将有害气体有效排除以保护实验人员的健康。

3、通过在导流板上设置导流孔，使得气流能够均匀顺利地通过导流板上的导流孔而排出，能够实时有效地控制通风柜内的废气气流走向，并维持通风柜的面风速均匀，避免在通风柜内形成涡流而导致废气外溢，从而保证将有害气体有效排除以保护实验人员的健康；

4、还通过激光传感器感应物体（例如，操作人员的手）靠近而向控制器发送感应信号，以控制滑动窗打开/关闭，从而避免了操作人员在实验过程中直接用手打开/关闭滑动窗所带来的不安全或不方便问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中一种新型节能环保实验室数控通风柜的结构示意图；

图2是本发明实施例1中的新型节能环保实验室数控通风柜的主视图；

图3是本发明实施例1中的新型节能环保实验室数控通风柜的气流流向示意图； 

图4是 发明实施2中的一种数控系统的结构示意图；

图5是 发明实施3中的一种面风速调整装置的结构示意图；

图6是本发明实施例3中的变风量文丘里阀的结构示意图；

图7是本发明实施例4中一种滑动窗自动控制装置的结构示意图；

图8是本发明实施例5中一种非接触式滑动窗控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例提供一种新型节能环保实验室数控通风柜，如图1~3所示，包括柜体1、滑动窗2和导流板3，所述滑动窗2设于所述柜体上以隔离柜体1的内外。所述柜体1的内腔4构成实验工作区（一般情况下，所述柜体1内腔设有实验台面）。所述导流板3设于所述柜体1的内腔4并靠近与所述滑动窗2相对的柜体内壁401，所述导流板3与所述柜体内壁401之间构成排气通道402。所述柜体的顶部5设有与所述排气通道402连通的排风口501，所述排风口501通过连接排风管以将通风柜内的气体排出室外。

所述导流板3包括第一导流板31和第二导流板32，其中，所述第二导流板32倾斜于所述排风口501的下方，且与水平方面的倾斜夹角约为30~60°；所述第一导流板31平行或略倾斜于（夹角小于30°）所述柜体内壁401，且所述第一导流板31和第二导流板32连接或不连接（之间形成通道，以利于气流通过）。

所述第二导流板32上设有多个导流孔301，所述多个导流孔301从上往下成排均匀地分布在所述第二导流板32上，且所述导流孔301的孔径从上往下依次增大。所述导流孔301可以为长条形、圆孔形或其他几何形状。而所述导流孔301的孔径从上往下依次增大的设置方式更利于气流通过：首先，由于排风口（设置风机）在上方，因此对于柜体内部的上下位置的吸力是不同的，越往吸气量（排风量）均匀；其次，重质气体或粒状物会容易聚集在工作区的下部，这样设计更利于排出。

所述第一导流板31和第二导流板32的材料为不锈钢材质表面涂层特氟龙，耐腐蚀。

所述柜体1表面的上部设有补风口601，所述补风口601用于将来自室外的外援气体（通过补风机）导入到实验工作区内（柜体内腔4），而所述柜体内腔4设有与所述补风口连通的补风通道，以引导气体进入。所述补风口601增大了进入柜体内腔4的气体流量，根据空气动力学原理，进一步有利于带动工作区产生的有毒气体或其他物质排出通风柜。

另外，所述柜体1表面位于所述滑动窗2的上下两侧分别设有上导流板7和下导流板8，以引导柜体1外的空气通过所述滑动窗2流入柜体内腔4。

可以理解的，所述滑动窗2既可设置为上下移动的滑动窗，也可设置为左右移动的滑动窗，或者通过其他方式开关。在本实施例中，所述滑动窗2选用上下移动方式。

藉由打开所述滑动窗2，使通风柜外的空气进入所述柜体,内腔4并在所述导流板3的引导下，带动实验工作区内形成的气体穿过导流板3上的导流孔301，进入所述排气通道402从而通过所述排风口501排出。

在本实施例中，通过在导流板3上均与分布多个导流孔301，使得气流能够均匀顺利地通过导流板上的导流孔而排出，能够实时有效地控制通风柜内的废气气流走向，并维持通风柜的面风速均匀，避免在通风柜内形成涡流而导致废气外溢，从而保证将有害气体有效排除以保护实验人员的健康。

实施例2

参考图4，本实施例的新型节能环保实验室数控通风柜，在实施例1的基础上，还包括数控系统110，所述数控系统110包括滑动窗自动控制装置111、非接触式滑动窗控制装置112、面风速控制装置113以及系统控制装置114，所述滑动窗自动控制装置110用于检测通风柜前的操作区域有/无操作人员而自动控制增大/减少滑动窗的开度。所述非接触式滑动窗控制装置112用于供操作人员在非接触的情况下将滑动窗打开至所需位置。所述面风速控制装置113用于根据滑动窗的开度大小而自动调整通风柜的排风量以维持面风速。所述面风速控制装置113通过标准的数字工控信号接口连接所述系统控制装置114，以将通风柜的排风量、风管压力、运行状态发送给所述系统控制装置，所述系统控制装置根据接收到的通风柜的排风量、风管压力和运行状态，并进行计算后调整排风风机和补风风机的运行频率，使其能够在保证通风柜排风效果、房间压力梯度的前提下最大限度减少空气排放。另外，系统控制装置114同样配置标准的数字工控信号接口，可方便地接入楼宇自控系统。

可以理解的，每一台排风风机和补风风机可以为多台通风柜服务，因此所述面风速控制装置113和系统控制装置114可构成系统控制网络，所述面风速控制装置113配置标准的数字工控信号接口，以将联网的每台通风柜的实际排风量、风管压力、运行状态等输出至系统控制装置114，系统控制器汇总所有联网通风柜的信号，一个系统控制装置114汇总（最多56台）通风柜的输入值，经计算后改变系统排风风机和补风风机运行频率输出，使其能够在保证每台通风柜排风效果、维持房间压力梯度的前提下最大限度减少废气排放、减少能耗。

经计算后确定排风风机和补风风机运行频率输出，使其能够在保证通风柜排风效果、房间压力梯度的前提下最大限度减少空气排放。关于所述面风速控制装置113的具体结构以及工作原理在后面通过具体实施例描述。

在本实施例的新型节能环保实验室数控通风柜中，该滑动窗自动控制装置111主要通过红外感应器41感应通风柜当前是否有操作人员，从而向控制器发送感应信号，以控制驱动机构驱动滑动窗移动，从而实现自动控制滑动窗的打开/关闭，不仅利于操作，而且能够有效避免现有技术中由于操作人员忘记关闭滑动窗所带来的能源浪费。另外，所述非接触式滑动窗控制装置112主要通过激光传感器感应物体（例如，操作人员的手）靠近而向控制器发送感应信号，以控制驱动机构驱动滑动窗打开/关闭，从而避免了操作人员在实验过程中直接用手打开/关闭滑动窗所带来的不安全或不方便问题。同样，所述滑动窗自动控制装置111和非接触式滑动窗控制装置112的具体结构以及工作原理在后面通过具体实施例描述。

优选的，结合图2，还包括设于通风柜柜体1的外表面的耐腐蚀的控制面板509，所述控制面板59集成有控制器12，所述控制器12是核心处理单元，能够对通风柜各种电信号进行处理，并控制通风柜工作过程的电路单元。所述控制面板供操作人员预先设置相关值并且可以相关按键直接控制通风柜工作，例如，所述控制面板上还设有增加排风量按键、减少排风量按键、紧急排风量按键和手动降低滑动窗按键（后面详细描述）。

实施例3

本发明实施例提供一种面风速调整装置113，如图5所示，面风速调整装置包括用于测量通风柜的滑动窗开度的位移传感器11、与所述位移传感器连接的控制器12、依次设于所述通风柜的排风管101上的排风风机13和变风量文丘里阀15，所述变风量文丘里阀16的出风口连接所述排风风机13的进风口，所述变风量文丘里阀16与所述控制器12连接。

具体的，结合图2和图4，所述排风管101的一端（即图5中的A端）连接到通风柜的排风口51，通风柜内的气体通过所述排风管101排出室外（即图4中的B端）。通风柜内的气体在所述排风风机13的作用下进入所述排风管101，且通过所述排风风机13排出室外的气体（风量）跟所述变风量文丘里阀16的开度有关，开度越大，排出气体越多；而开度越小，排出气体越少。

所述位移传感器11可以设于通风柜的滑动窗上，将实时检测到的滑动窗开度值发送给所述控制器12。所述控制器12根据接收到的滑动窗开度值和面风速的预设值而调整所述变风量文丘里阀16的开度，从而维持面风速的当前值与面风速的预设值一致。另外，当通风柜的滑动窗为上下移动时，所述位移传感器11测量的滑动窗开度值为开启高度值；当通风柜的滑动窗为左右移动时，所述位移传感器11测量的滑动窗开度值为开启宽度值。

具体的，所述控制器12接收到所述位移传感器11发送的滑动窗开度值时，根据以下公式计算出维持面风速为预设值所需要的通风柜排风量：

Q=V*S*3600   （1）

Q为通风柜排风量，单位为m³/h; V为面风速的预设值（例如，0.4m/s~0.6m/s， 优选为0.5m/s），单位为m/s; S为滑动窗的通风截面积, 单位为m²；其中，

S=L*H        （2）

L为滑动窗的宽度（通风柜的滑动窗为上下移动时）或高度（通风柜的滑动窗为左右移动时），为固定值；而H为所述位移传感器检测到的滑动窗开度值；

然后，控制器12根据计算得到的通风柜排风量来调整所述变风量文丘里阀15的开度。

例如，当所述位移传感器11检测到的滑动窗开度值H增大时，说明滑动窗开度增大，通风柜面风速的实际值会因此减少。为了使通风柜面风速的实际值保持与面风速的预设值一致，必须增大通风柜排风量Q。因此，所述控制器12向所述变风量文丘里阀16发出控制指令，提高所述变风量文丘里阀16的开度，从而增大通风柜排风量Q，从而使得通风柜面风速的实际值保持与面风速的预设值一致。

而当所述位移传感器11检测到的滑动窗开度值H减少时，说明滑动窗开度减少，通风柜面风速的实际值会因此增大。为了使通风柜面风速的实际值保持与面风速的预设值一致，必须减少通风柜排风量Q。因此，所述控制器12向所述变风量文丘里阀16发出控制指令，降低所述变风量文丘里阀16的开度，以减少通风柜排风量Q，从而使得通风柜面风速的实际值保持与面风速的预设值一致。

在本实施例中，还包括与所述排风风机13连接的变频器14，所述变频器14连接实施例2所述的系统控制装置114，受所述系统控制装置114控制以调整排风风机13的运行频率。

另外，还包括与所述控制器12电连接的增加排风量按键、减少排风量按键和紧急排风量按键（图未示），所述增加排风量按键、减少排风量按键和紧急排风量按键可以集成到通风柜表面的控制面板59上（图1），这些按键供操作人员手动操作，例如，当操作人员按下增加排风量按键时，相当于向控制12发送增加排风量信号，因此所述控制器12向所述变风量文丘里阀16发出控制指令，提高所述变风量文丘里阀16的开度，从而增大通风柜排风量；当操作人员按下减少排风量按键时，相当于向控制器发送减少排风量信号，因此所述控制器12向所述变风量文丘里阀16发出控制指令，降低所述变风量文丘里阀16的开度，以减少通风柜排风量，等等。

参考图6，为图5中一种可以选用的变风量文丘里阀16的结构示意图。变风量文丘里阀16包括进风口处设有一个锥体组件161以及与所述锥体组件161连接且置于所述定风量文丘里阀的出风口处的定位阀杆162。定位阀杆162是可调整的，采用直接的电位器测量定位阀杆162，该电位器提供经出厂标定的线性化流量反馈。通过对指令（控制信号）低于1秒钟的响应和流量反馈信号闭环来控制流量。例如，当需要降低所述变风量文丘里阀16的开度时，定位阀杆162受控向左移动以将锥体组件161移入文丘里，从而降低所述变风量文丘里阀16的开度，以减少气体流量；当需要增大所述变风量文丘里阀16的开度时，定位阀杆162受控向右移动以将锥体组件161移出文丘里，从而增大所述变风量文丘里阀16的开度，以增加气体流量。

本实施例的面风速调整装置通过实时测量通风柜的滑动窗开度值，并根据测量到的通风柜的滑动窗开度值和面风速的预设值而调整所述风机的转速和变风量文丘里阀的开度，以增大/减少通风柜排风量，从而维持面风速的当前值与面风速的预设值一致。因此，能够实时有效地控制并维持通风柜的面风速，使其与预设值保持一致，从而保证将有害气体有效排除以保护实验人员的健康。

实施例4

本发明实施例提供一种滑动窗自动控制装置111，如图7所示，滑动窗自动控制装置111包括用于检测操作员进入/离开通风柜前的操作区域的红外感应器41、与所述红外感应器连接的控制器12、用于驱动通风柜的滑动窗2移动的驱动机构43以及测量所述滑动窗开度值的位移传感器11；所述驱动机构43和位移传感器11均与所述控制器连接。

具体的，所述红外感应器41是一种用热电元件检测人体的存在或移动的电子，通过把热电元件的输出信号转换成电压信号并进行波形分析以与人体产生的波形比对，从而输出检测信号。所述红外感应器41可根据通风柜前操作人员一般处于的操作区域而设置，例如，可以设于通风柜的滑动窗的上方中间位置（参考图1），以使红外感应器41的检测区域和操作员在通风柜前的操作区域基本重合。

控制器12接收所述红外感应器41发送的检测信号并进行处理，然后根据处理后的信号，控制驱动机构43工作，从而控制驱动通风柜的滑动窗打开/关闭。

所述驱动机构43是为可以接收控制器12发送的控制指令，并能根据接收到的控制指令驱动滑动窗移动的任何组件，例如，所述驱动机构43主要由伺服电机或步进电机组成，可以方便地调整滑动窗启动、升降、停止速度，特别是启动、停止过程被分解为数百个脉冲，使得启动、停止变得非常轻柔。同时，所述驱动机构43采用具有力回馈特性的柔性连接，当启动、升降、停止过程中的受力超出预设范围或受到人为强制升/降时，驱动机构43会自动暂停运行，并在预设时间后自动尝试恢复运行。所述位移传感器11用于实时检测通风柜的滑动窗的开度值，对于不同打开方式的滑动窗，所述位移传感器11测量的开度值有所不同。例如，当通风柜的滑动窗为上下移动时，所述位移传感器11测量的滑动窗开度值为开启高度值；当通风柜的滑动窗为左右移动时，所述位移传感器11测量的滑动窗开度值为开启宽度值。所述位移传感器11将实时检测到的开度值发送给所述控制器12，以通知所述控制器12是否继续控制所述驱动机构43驱动滑动窗移动。

另外，所述控制器12和驱动机构43均具有失电释放特性，当通风柜因各种原因断电时，所述控制器12及驱动机构43均失效，所述数控通风柜仍可以作为普通通风柜正常使用，当供电恢复时，通风柜控制器及驱动机构会首先在静止情况下进行初始化，并扫描各传感器的状态，确认无故障/阻碍后方开始正常运行。

本实施例的滑动窗自动控制装置的工作过程如下：

当所述红外感应器41检测到检测操作员进入操作区域（检测区域）时向所述控制器12发送第一检测信号，所述控制器12根据所述第一检测信号控制所述驱动机构43打开所述滑动窗（针对左右或上下移动的滑动窗，其打开方式不一样，在此，“打开所述滑动窗”可理解为使所述滑动窗的开度增大），直至所述位移传感器11检测到所述滑动窗的开度值为启动通风柜正常工作的预设开度值时，所述控制器12才控制所述驱动机构43停止驱动，从而停止滑动窗继续打开。此处，可以理解的，所述“启动通风柜正常工作的预设开度值”是预先设置的一个参数，也就是说，仅有当所述滑动窗的开度值达到或超过所述“启动通风柜正常工作的预设开度值”时，所述控制器12才启动所述通风柜正常工作，其余情况下所述通风柜均处于待命状态。

当所述红外感应器12检测到检测操作员离开操作区域时向所述控制器发送第二检测信号，所述控制器根据所述第二控制信号控制所述驱动机构43关闭所述滑动窗（针对左右或上下移动的滑动窗，其关闭方式不一样，在此，“打开所述滑动窗”可理解为使所述滑动窗的开度减少），直至所述位移传感器检测到所述滑动窗的开度值为最小值时，所述控制器12才控制所述驱动机构43停止驱动，从而停止滑动窗继续关闭。此处，可以理解的，所述“最小值”可为预先设置或默认（即，滑动窗达到完全关闭的状态）的一个参数，也就是说，该“最小值”并不是固定不变的，只要滑动窗的开度值达到该“最小值”时，能够有效的减少通风柜的排风量即可。

可以理解的，所述红外感应器41可为一个或多个，主要根据操作区域（检测区域）的大小而对应设置。而红外感应器41无论使用一个或多个时，其均与控制器12连接以发送检测信号。而控制器12将接收到的检测信号进行分析处理后，再发出对应的控制指令。例如，当所述红外感应器12为多个时，只要控制器12接收到任何一个红外感应器12发送的第一检测信号（检测操作员进入操作区域），则向所述驱动机构43发送控制指令，以驱动所述滑动窗打开；但是， 仅当控制器12接收到全部红外感应器12发送的第二检测信号（检测操作员离开操作区域），才向所述驱动机构43发送控制指令，以驱动所述滑动窗关闭。

实施例5

本发明实施例提供一种非接触式滑动窗控制装置112，如图8所示，本实施例的非接触式滑动窗控制装置112包括设于通风柜的滑动窗上的激光传感器48、与所述激光传感器48连接的控制器12、用于驱动通风柜的滑动窗2移动的驱动机构43以及测量所述滑动窗开度值的位移传感器11；所述驱动机构43和位移传感器11均与所述控制器连接。

具体的，所述激光传感器48可以感应物体的存在，例如，当物体（例如，操作人员的手）靠近所述激光传感器48以阻挡所述激光传感器48发出的激光束时，所述激光传感器48则向控制器发出相应的感应信号，所述控制器12接收到所述感应信号后，控制所述驱动机构43工作，从而使所述滑动窗打开/关闭；而当物体（例如，操作人员的手）离开所述激光传感器48（不再阻挡所述激光束时），所述激光传感器48则向控制器发出相应的感应信号，所述控制器12接收到所述感应信号后，控制所述驱动机构43停止工作，从而使滑动窗停止移动，从而可有效避免滑动窗在自动下行过程中碰倒位于行程范围内的物品。此处，当所述激光传感器48感应到物体时是控制所述滑动窗打开还是关闭，是根据实际需求而预先设定的。

可以理解的，所述激光传感器48可以根据滑动窗的不同打开方式而设置不同，一般情况下，设于滑动窗手把处。例如，若滑动窗为上下移动的，可以将激光传感器48设置在滑动窗的底端；若滑动窗为左右移动的，可以将激光传感器48设置在滑动窗的侧端（例如，最右端）。

另外，所述激光传感器48可为一个或多个，主要根据检测区域的大小而对应设置，例如，可以将两个激光传感器48分别设在滑动窗的底端或侧端的两侧。

优选的，在本实施例中，所述激光传感器48带偏振光镜片，由于采用了偏振光镜片，对透明物品同样有效。

所述驱动机构43同样具有力回馈检测的柔性连接，当有外力阻碍滑动窗升/降或人为强制升/降时，柔性连接可防止对操作人员和/或驱动机构本身造成损伤/损坏。

优选的，在本实施例中，所述非接触式滑动窗控制装置112还包括报警机构45，所述报警装,45用于自动记录滑动窗运行至最低/最高限位点时对应的位移传感器11读数以及驱动机构43运行的脉冲数，在运行过程中不断进行测量和对比，当其中任何一个数值超出预设值时，发出报警信号并向所述驱动机构43发出信号以控制驱动机构43停止运行。

在本实施例中，由于通过所述激光传感器48感应物体（例如，操作人员的手）靠近而向控制器发送感应信号，以控制滑动窗打开/关闭，从而避免了操作人员在实验过程中直接用手打开/关闭滑动窗所带来的不安全或不方便问题。

综上所述，本发明实施例的验室通风柜具有如下有益效果：

1、通过红外感应器感应通风柜当前是否有操作人员，从而向控制器发送感应信号，以实现自动控制滑动窗的打开/关闭，不仅利于操作，而且能够有效避免现有技术中由于操作人员忘记关闭滑动窗所带来的能源浪费。结合系统控制装置，可以实时收集上百个通风柜的运行情况，鉴于实际使用中通风柜前有操作人员的比例小于30%（全部的通风柜处于工作状态下），本系统可以显著地降低排风量和补风量。

2、通过实时测量通风柜的滑动窗开度值，并根据测量到的滑动窗开度值和面风速的预设值而调整所述风机的转速和变风量文丘里阀的开度，以增大/减少通风柜排风量，从而维持面风速的当前值与面风速的预设值一致。因此，能够实时有效地控制并维持通风柜的面风速稳定，使其与预设值保持一致，从而保证将有害气体有效排除以保护实验人员的健康。

3、通过在导流板上设置导流孔，使得气流能够均匀顺利地通过导流板上的导流孔而排出，能够实时有效地控制通风柜内的废气气流走向，并维持通风柜的面风速均匀，避免在通风柜内形成涡流而导致废气外溢，从而保证将有害气体有效排除以保护实验人员的健康；

4、还通过激光传感器感应物体（例如，操作人员的手）靠近而向控制器发送感应信号，以控制滑动窗打开/关闭，从而避免了操作人员在实验过程中直接用手打开/关闭滑动窗所带来的不安全或不方便问题。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型节能环保实验室数控通风柜，包括柜体、滑动窗、导流板和数控系统，所述滑动窗设于所述柜体上以隔离柜体内外；所述柜体的内腔构成实验工作区，所述导流板设于所述柜体的内腔并靠近与所述滑动窗相对的柜体内壁，所述导流板与所述柜体内壁之间构成排气通道；所述柜体的顶部设有与所述排气通道连通的排风口，所述排风口通过连接排气管以将通风柜内的气体排出室外；其特征在于，所述导流板上设有多个导流孔，藉由打开所述滑动窗使通风柜外的空气进入所述柜体的内腔并在所述导流板的引导下，带动实验工作区内形成的气体穿过导流板上的导流孔，进入所述排气通道从而通过所述排风口排出；

所述数控系统包括滑动窗自动控制装置、非接触式滑动窗控制装置、面风速控制装置以及系统控制装置，所述滑动窗自动控制装置用于检测通风柜前的操作区域有/无操作人员而自动控制增大/减少滑动窗的开度；所述非接触式滑动窗控制装置用于供操作人员在非接触的情况下将滑动窗打开至所需位置；所述面风速控制装置用于根据滑动窗的开度大小而自动调整通风柜的排风量以维持面风速；所述面风速控制装置通过数字工控信号接口连接所述系统控制装置，以将通风柜的排风量和运行状态发送给所述系统控制装置，所述系统控制装置根据通风柜的排风量和运行状态调整排风风机和补风风机的运行频率。

2.如权利要求1所述的新型节能环保实验室数控通风柜，其特征在于，所述面风速控制装置包括用于测量滑动窗开度的位移传感器、与所述位移传感器连接的控制器、依次设于所述通风柜的排风管上的所述排风风机和变风量文丘里阀，所述变风量文丘里阀出风口连接所述排风风机进风口；所述变风量文丘里阀与所述控制器连接；所述位移传感器将实时检测到的滑动窗开度值发送给所述控制器，所述控制器根据接收到的滑动窗开度值和面风速的预设值而调整所述变风量文丘里阀的开度，以改变通风柜排风量，从而维持面风速的当前值与面风速的预设值一致。

3.如权利要求1所述的新型节能环保实验室数控通风柜，其特征在于，所述滑动窗自动控制装置包括红外感应器、与所述红外感应器连接的控制器、用于驱动滑动窗移动的驱动机构以及测量所述滑动窗开度值的位移传感器；所述驱动机构和位移传感器均与所述控制器连接；所述控制器根据所述红外感应器发送的操作员进入/离开操作区域的检测信号，对应控制所述驱动机构打开/关闭。

4.如权利要求3所述的新型节能环保实验室数控通风柜，其特征在于，所述驱动机构主要由伺服电机或步进电机组成，可以方便地调整滑动窗启动、升降、停止速度，特别是启动、停止过程被分解为数百个脉冲，使得启动、停止变得非常轻柔；同时驱动机构采用具有力回馈特性的柔性连接，当启动、升降、停止过程中的受力超出预设范围或受到人为强制升/降时，驱动机构会自动暂停运行，并在预设时间后自动尝试恢复运行。

5.如权利要求3所述的新型节能环保实验室数控通风柜，其特征在于，所述非接触式滑动窗控制装置包括设于滑动窗底部的带偏振光镜片的激光传感器、具有力回馈检测的柔性连接的驱动机构以及报警机构。

6.如权利要求3所述的新型节能环保实验室数控通风柜，其特征在于，所述激光传感器与所述控制器连接，当物体阻挡所述激光传感器时，所述激光传感器将感应信号发送给所述控制器，所述控制器控制所述驱动机构，使所述滑动窗向上提升，直至所述物体离开所述激光传感器时，所述滑动窗停止提升；所述具有力回馈检测的柔性连接驱动机构用于当有外力阻碍滑动窗升/降或人为强制升/降时，可防止对操作人员和/或驱动机构本身造成损伤/损坏；所述报警机构用于自动记录滑动窗运行至最低/最高限位点时对应的位移传感器读数以及驱动机构运行的脉冲数，在运行过程中不断进行测量、对比，当其中任何一个数值超出预设值时，发出报警信号并向所述驱动机构发出信号以停止运行。

7.如权利要求3所述的新型节能环保实验室数控通风柜，其特征在于，还包括设于通风柜外表面的耐腐蚀的触屏控制面板，所述控制器功能集成到所述控制面板上；且所述控制面板上还设有增加排风量按键、减少排风量按键、紧急排风按键和手动降低滑动窗按键。

8.如权利要求3所述的新型节能环保实验室数控通风柜，其特征在于，所述多个导流孔从上往下均匀地分布在所述导流板上，且所述导流孔的孔径从上往下依次增大。

9.如权利要求3所述的新型节能环保实验室数控通风柜，其特征在于，所述位移传感器至少为一个；当所述滑动窗为上下移动时，所述位移传感器测量的滑动窗开度值为开启高度值；当所述滑动窗为左右移动时，所述位移传感器测量的滑动窗开度值为开启宽度值。

10.如权利要求3所述的新型节能环保实验室数控通风柜，其特征在于，所述控制器及驱动机构均具有失电释放特性，当通风柜因断电时，所述控制器及驱动机构均失效，所述数控通风柜仍可以作为普通通风柜正常使用，当供电恢复时，通风柜控制器及驱动机构会首先在静止情况下进行初始化，并扫描各传感器的状态，确认无故障/阻碍后方开始正常运行。

Images