CN104271269A - 具有改进功率和压力性能的空气承载成分抽出器 - Google Patents

Abstract

一种空气承载成分抽出器向工作区域提供正压气流，并从所述工作区域吸出负压气流。导管输送这两种气流。可移动推车式基本单元或固定设施可以提供所述气流。选择尺寸和操作参数以提供良好的成分去除效果，减少压头损失，并降低功率需求。

Description

具有改进功率和压力性能的空气承载成分抽出器

相关申请的交叉引用

本申请是2012年12月14日申请的名称为“空气承载成分抽出器(Airborne Component Extractor)”的第61/737,653号美国临时申请、以及2012年3月16日申请的名称为“烟气抽出器(Fume Extractor)”的第61/611,885号临时申请的非临时专利申请，上述临时申请通过引用结合在此。

背景技术

本公开一般而言涉及用于在焊接、切割、金属加工、木材加工和其他应用中从空气流抽出空气承载成分的系统。

广泛的工业、商业、业余爱好和其他应用都会产生空气承载成分，通过适当抽出和过滤可将这些成分去除。金属加工操作的范围包括例如切割、焊接、钎焊、装配和其他可能产生烟和烟气的工艺。在较小车间内，打开周围空气通道或利用风扇的抽吸或排放空气来使空气空间保持相对清洁是简单方便的。在其他应用中，采用推车式烟气排放。在工业环境中，采用的是较复杂的固定系统来从具体工作间、金属加工地点等抽出烟气。在其他环境中，例如机器加工车间、木材加工车间、进行切割、打磨和其他操作的生产场所，会产生灰尘、烟气、微粒和其他类型的空气承载成分，这些都是希望从工作区域和受控空间被收集和抽出的。

已开发了很多用于抽出烟气的系统，其中某些系统目前正在使用。一般来说，这些系统利用抽吸空气来将紧邻金属加工操作区附近的烟气和烟吸出，并且在使空气返回房间或将空气吹到外部空间之前过滤烟气和烟。然而，烟气抽出系统需要进一步改进。例如，提高系统从金属加工工作场所吸出烟气和烟的有效能力会是有用的。而且，增大烟气抽出器能够有效去除烟气和烟的距离和容量会是有用的。

发明内容

本公开提供了对于响应这种需求而设计的抽出器的改进。这些技术基于以下原理：采用正向气流，结合抽吸气流，抽吸气流将空气承载成分从工作场所吸出以进行过滤。本公开提出的创新存在很多不同方面，这些创新可以相互结合使用以实现具体协同效应和优点，或在一些情况下分开使用。

附图说明

参照附图阅读以下详细说明，本公开的这些和其他特征、方面和优点将得到更好的理解，其中在所有附图中相同符号表示相同部件，其中：

图1是根据本技术各个方面的烟气抽出器的图示表示；

图1A和图1B示出了某些目前设想的用于提供正压空气和从应用中吸出烟气和烟的部件的互连的变体实例；

图2是推车式装置中的烟气抽出器的示例性实现方式的透视图；

图2A和图2B是采用这里所述技术的固定或半固定设施的图示表示；

图3是用于将正压气流引导到操作区并经内罩抽出烟气和烟的示例性罩的透视图；

图4是设有用于调节流出空气的手动装置的类似罩；

图5是被设计为产生漩涡气流的罩的另一实现方式的类似表示；

图6是采用径向套环来协助将正压气流从罩向外引导的罩的另一实现方式；

图7是一个示例性罩的图示截面，示出了罩的某些尺寸，其有利于在向罩提供空气和从罩提取空气时提供一定的可调节性。

图8是根据本技术的某些实施例的罩的一部分的正视图；

图9和图10是图8的罩的各部分的详细视图；

图11是用于提供正压气流和抽吸气流的同轴导管排布的局部透视图；

图12和图13是包括多个罩和/或喷嘴的某些替代实施例的示意图；

图14和图15是根据本技术各个方面的目前设想的抽出推车的示意图；

图16至图20是图14和图15所示类型的推车的臂的示例性歧管和支撑组件的各部分的图解；

图21是一般地示出对于带有和不带有本公开所总结的创新的成分收集区进行比较的图；并且

图22和图23是示出了前述各图所示的流向系统喷嘴和从系统喷嘴流出的气流的矢量流图。

具体实施方式

现在转到附图，首先参照图1，示出了用于从工作区域14抽出以标号12表示的空气承载成分(例如烟、烟气、颗粒物，更一般来说，工作场所空气)的抽出系统10。在所示实施例中，抽出系统10包括连接到导管18的基本单元16，导管18将空气输送到罩20和将空气从罩20输出。该罩被设计为放置在区域14中或附近(通常略高于该区域)，并且该罩在基本单元被激活时用于在该区域周围产生空气区并抽出工作场所空气，将抽出的空气引导到基本单元进行处理。

应指出虽然在本公开所述的某些实施例中，描述了独立的基本单元16，并且在一个目前设想的实施例中描述了推车式单元，但本技术不限于任何具体物理配置。更一般来讲，本公开所提供和描述的创新可在固定或半固定设施(例如工业、商业、业余爱好和其他环境中使用的设施)中实现。也就是说，通过将正压空气引导到多个工作场所并且将空气和空气承载成分从多个工作场所输出的通用导管，这里所述基本单元的某些部件可以服务于多个工作场所、工作间、焊接间、工作地点和区域等。操作者控制装置(如下所述设有操作者控制装置的情况)可以定位在远离这些工作场所的位置或定位在工作场所内，以控制流入和流出具体工作场所的气流。

应指出本公开所讨论的“空气承载成分”可以包括空气所承载的、悬浮于空气中的或以其他方式由空气携带的任何物质，或更一般来说所考虑区域中存在的流体。依照应用，空气承载成分可以是浮质形式的，例如悬浮于空气中的固相、液相或气相颗粒。这种空气承载成分可以形成该区域正在进行的操作所存在的或产生的烟、烟气(包括化学烟气)或云(无论对人工操作者来说是否可见)。在其他应用中，空气承载成分可以至少暂时是空气承载的，但不悬浮于空气中，例如较大微粒，如液滴、雾(例如来自油、冷却剂等)、灰尘(例如来自干墙、谷物、矿物、水泥或其他灰尘源)、碎屑、碎片等即如此。本技术针对以所述方式收集和抽出任何此类空气承载成分。类似地，本公开提到“空气”或“空气承载”，虽然存在空气承载成分且通过系统进行循环的流体更一般而言可能是气态物质，该气态物质无需包含与大气中相同的成分或在大气中占相同的比率。然而词语“空气”或“空气承载”应涵盖这种气体。而且，目前设想相同的流体力学和承载成分去除原理可以适用于空气或气体之外的其他“流体”(包括液体)，并且在这个程度上，本公开的教导应扩展到其他应用。

返回图1，如图所示，基本单元16包括由驱动电机24驱动的鼓风机22，例如鼠笼式鼓风机。该驱动电机由控制电路26控制，控制电路26可以向电机提供驱动信号从而进行固定速度或可变速度操作。基本单元16可以被设计为从任何来源，例如电网、电池源、发动机发电机组等获得电源。控制电路26通常包括处理电路和存储器，用于按照操作者所希望的那样或响应于下述系统输入来执行驱动操作。因此，控制电路26可以与用于接收操作者设置、速度设置、开关命令等的操作界面28通信。类似地，控制电路26可以与被设计为从远程输入、远程系统等接收信号的远程接口30通信。该远程接口还可以向这种远程系统，例如用于监控和/或控制抽出系统的操作的系统，提供数据。

在所示实施例中，在基本单元16与罩20之间延伸的导管18包括正压空气导管32和返回空气导管34。一般而言，正压空气导管32向罩提供空气，而返回空气导管34受到负压或轻微的抽吸压力，以将包含空气承载成分的空气从工作场所吸出。导管34中从罩返回的空气可以在被再次引入鼓风机22之前被引导经过抽吸过滤器38。如上所述，系统还可以包括被设计为允许调节正压气流和负压气流之一或二者的自身流速或相对流速的部件。

在图1所示的实施例中，罩20包括外罩40和内罩42，本实施例中外罩40实质上是圆形钟状物，内罩42定位于外罩40之内。外罩的侧壁44与内罩侧壁46间隔开，内罩侧壁末端为外周下凸缘48。因此在外罩侧壁44与内罩侧壁46之间限定了环形空间50。正压空气流经该环形空间并且分布于该空间内，最终如图1箭头所示向下流动并冲击凸缘48。该凸缘迫使大体径向向外的气流形成空气区52。在目前设想的实施例中，凸缘48基本上垂直于内罩和外罩的中心线，内罩和外罩大体上彼此同轴对齐。已发现空气基本上垂直、径向流出产生了非常有效的空气区，从而允许罩与工作场所或工件位置隔开相当大的距离，同时仍非常有效地排出空气承载成分。

如以上所指出，本技术可以允许调节正压气流和/或返回气流以优化系统操作。目前对于这种调节设想了几种不同的技术。例如，在图1所示的实施例中，可以在抽吸过滤器38之前设置抽吸空气调节器54。该调节器可以包括例如旁通阀、通气孔或者其他机械装置，该机械装置可以被调节以限制空气从抽吸过滤器流出以及因此将空气从周围环境吸入鼓风机22。类似地，可以提供返回空气调节器56，返回空气调节器56可以类似地配置以允许调节返回空气的流速。在一些情况下，该调节器可以允许一些空气排出到环境中，如图1所示。这种调节器可以有利地允许正压气流和返回气流具有相对质量或容积流速，以促进空气区的产生和工作场所空气的抽出。在一种替代配置中，可以通过以标号58表示的输入进行电子控制，以此代替对抽吸气流和返回气流之一或二者的手动调节。这些可以例如通过调节刻度盘、薄膜开关、操作者触摸控制器等设置在基本单元上。进一步，气流之一或二者的手动和/或电子调节可以设置在罩处。在图1所示的实施例中，例如，对这两种调节都提供电子输入60。这些输入被传达给基本单元的远程接口30，远程接口30进而将输入传达给控制电路26。控制电路可以连接到任何适当的装置，例如抽吸调节器54和返回调节器56，以调节其操作(例如通过小型调节电机和致动组件)。还应指出正压气流和负压气流的流速调节可以通过改变一个或多个电机和/或鼓风机、风扇或压缩机的速度来实现。

还应指出系统可以适配为与其他系统部件，例如焊接/等离子切割或其他系统62，交换数据。在所示实施例中，系统62可以包括例如焊接或等离子切割电源、送丝器、保护气体供应装置等。在其他金属加工环境中，系统可以包括各种其他手动和机器工具。在另外的其他环境中，系统可以包括各种机器人、生产线、电动工具(例如锯、工作台等)。这些通常会连接到操作区以实现对工件64希望的作业。这些系统中的某些系统可能能够向抽出系统提供控制信号，以允许接通或断开抽出系统，从而调节速度和空气流量等。这种通信可以通过适当布线66或通过其他无线通信方式实现。例如在Mehn等人的2012年1月23日申请的名称为“焊接应用的烟气抽出器”的第13/356,160号美国专利申请中描述了一种设计为控制烟气抽出器的操作的示例系统，该申请通过引用结合在此。

图1A和图1B示出了基本单元16的部件的某些替代配置和互连。具体来说，如图1A所示，过滤器38可以放置在鼓风机22的下游，抽吸调节器54可以将空气直接引导到鼓风机中。在该情况下，过滤器38可以直接排入返回调节器56中。在图1B的替代方案中，抽吸过滤器38放置在抽吸调节器54的上游，这里抽吸调节器54同样将空气引导到鼓风机中。

这里同样，还应指出虽然关于某些实施例描述了分开的调节机构，但也可以提供允许例如通过基本单元上、罩上或任何方便位置处的单个旋钮或输入来简单地调节流速比率的单个调节器。

而且，也可以将其他的和附加的部件和功能内置于系统中。例如，目前设想可以提供至少一个上述部件或附加部件用于正压气流的温度调节。例如，由于正压区对于去除空气承载成分提供了很大帮助，因此操作者可能希望中断使用工作区域中的其他风扇、鼓风机等。正压气流可以被基本单元(或集中系统)的一个或多个部件冷却，从而不仅为实现成分去除提供了工作区域周围的希望的区，而且为操作者提供了冷却功能。还可以提供类似方式的加热。

图2示出了以推车68实现的系统10的示例性实施例。推车被设计为在金属加工操作处附近的轮子或脚轮70上滚动。如上所述，导管32和34将正压空气引导到罩20并将抽吸空气吸回到基本单元。上述基本单元部件位于推车68中或推车68上。该推车被设计为接入常规插座中，例如以从电网获得电源。图2所示的实施例包括定位于返回空气导管34任一侧的两个正压空气导管32。所有这些导管都包括柔性接头72，允许将罩抬起、落下、水平定位及以其他方式定位于工作场所中或工作区附近(通常为工作场所上方)。以标号74表示的支撑结构可以协助支撑导管和罩。所有这些部件都可以向推车缩回，以便于存放和运输。而且，在图2所示的实施例中，并且如以下更详细的讨论，该导管排布可以利用歧管76，歧管76协助将正压气流散布到罩的内罩与外罩之间的环形空间。

如以上所提及，可以在工作地点本地的推车或系统和基本单元之外的系统和排布中采用本技术。图2A和图2B示出了可以在车间、工厂、装配和金属加工厂等场所采用的这种类型的示例性固定或半固定系统。在图2A的实施例中，正向空气导管32将来自常见空气处理系统(例如配有鼓风机、过滤器以及希望提供气流的其他部件的空气处理系统)的空气提供给多个焊接间或其他应用地点。负向空气导管34类似地将空气从多个应用地点吸出。在这个意义上，这些导管形成可以定位于工作区域上方或以其他方式接在工作区域之间的总管或歧管。然后每个工作区域配有用于抽出烟气和烟的相应罩20以及相应抽吸调节器54和返回调节器56。如推车式实施例中所述，这些可以手动操作或电动操作。图2B示出了替代排布，其中设有抽吸导管，但每个工作区域有其自身的本地鼓风机或风扇。这些可以设在返回调节器56的上游或下游，同时设置抽吸调节器54用于调节流至导管34所限定的共同总管或歧管的空气和气体的容积或质量流速。

图3是根据本技术的某些方面的示例性罩的更详细视图。如图3所示，罩20包括外罩40和内罩42，外罩40和内罩42彼此间隔开以允许如上所述的气流。可将附接部件78紧固到返回空气导管(或者一个或多个正压空气导管)用于支撑导管上的罩。而且，可以设置各种机械结构，例如支撑装置80，以限定和保持外罩40与内罩42之间的环形间隔。如本领域的技术人员将领会，凸缘48的上表面与外罩40的外周下边缘间隔开，以限定环形开口或间隙82。正压空气向下流入歧管76中，通过歧管散布在内罩与外罩之间的环形间隔周围，经环形间隔向下流动并经环形开口或间隙82向外流动，以提供希望的空气区，如图3中的箭头所示。可以设置各种形式的歧管，这些歧管可以容纳一个、两个或更多个正压气流导管。例如，在图3的歧管76中设置两个这样的入口，这些入口可以引导空气部分或完全环绕在环形物周围。在一些实施例中，罩可以有效散布正压气流，而无需歧管。在另外的实施例中，可以在歧管中设置转向结构、挡板等，以将流入气流大体上均等地散布在罩周围。

图4示出了罩20的另一个实施例，该罩被设计为允许手动调节正向气流。如以上所指出，可以在罩上设置电子控制输入，例如按钮、刻度盘和触摸控制器，以通过导体或以无线方式将信号输送到基本单元，或更一般来说，输送到流量控制装置的位置。然而，也可以提供对一个或多个气流的手动控制，例如图4所示。在该实施例中，紧邻下凸缘上方设有外罩可移动部84。该外罩可移动部安装在从内罩或者外罩固定部延伸的一个或多个销86上，如图4所示。外罩可移动部84因此包括槽88，该槽88倾斜且容纳销86。在设置多个销的情况下，可以使用多个槽88来安装外罩可移动部。外罩可移动部84因此可以转动(如标号90所示)，以使外罩可移动部轴向平移(如标号92所示)。该平移允许对外罩可移动部与凸缘48之间的空气间隙94进行调节，从而提供对空气区产生的正压气流的质量或容积气流的控制。当然可以设想其他结构提供对该间隙的调节从而允许气流调节。

图5示出了被设计为产生漩涡气流的罩的另一个实施例。在该情况下，罩的部件可以基本上类似于上述部件，但在外罩40与内罩42之间的环形空间中设有多个螺旋翅片96。除了翅片数量之外，还可以选择这些翅片的角度、宽度、范围等，以将漩涡模式传给产生空气区的流出空气。凸缘48的倾斜也可以调节，以促进空气区的产生。向下流经环形空间的空气则具有向下向外方向分量以及圆周分量，如图5中箭头98所示。

更进一步，图6示出了罩的替代配置，其中在外罩40的外周下边缘与凸缘48之间定位有径向套环100。当排出的空气冲击凸缘48并在凸缘上方流动时，这种套环可以协助引导该排出的空气。

应指出所有这些实现方式中提供的罩都可以包括用于径向向外引导正压空气的单个凸缘，从而非常便于罩的生产并减轻其重量。在某些目前设想的实施例中，例如，罩的外部件和内部件是分开模制或以其他方式成型的，然后通过以下方式进行装配：简单地将内部件插入外部件中并将其紧固在位，同时单个凸缘与外部件的下部外围间隔开。

应指出通过正压气流和负压气流的容积或质量流速可调节性，与其他烟气和烟或更一般而言空气承载成分抽出器相比，实现了很大改进。已发现，由于能够在进入工作区域周围的区的正压空气流与从工作区域吸出的负压空气流之间达到平衡，因此产生了能够适应用户需求的极其灵活的系统，同时能够比先前的系统在离作业更远的距离处增强成分去除效果。

存在几种方式可以实现正压气流与负压气流之间的最佳比率或平衡，该比率可通过调节气流参数来调节。例如，该比率如下得出：

已发现上述比率提供了对于烟气疏散有效性的良好指示。正压气流速率可以在例如外罩的下部外周与内罩的外周凸缘之间的区域处测量。负压气流速率可以在例如内罩的入口(下部开口)处测量。这样的位置提供了方便的标准地点来比较空气移动参数。在目前设想的实施例中，比率R有利地介于约0.25和100之间，相信该比率特别有利地介于约0.6和10之间。

还应指出已发现正压气流与负压气流的质量或容积流速的具体比率产生了特别良好的性能。例如，在目前设想的实施例中，这些气流可以具有在约1:1和0.5:1之间的质量或容积流速比率(正负气流比率)，本配置中采用约0.8:1的比率。如以上所公开，这些流速可以通过系统设计(例如导管的尺寸)获得，还可以通过将附加空气从环境吸入鼓风机或从鼓风机排出空气(在希望的情况下每种方式均可调节)来获得。

与常规排出系统相比，可以改进性能，并且在当前技术中通过适当选择和给系统部件设置尺寸(特别是用于将气流输送到工作区和输送来自工作区域的气流的导管)，可以优化性能。例如，在目前设想的下述基于同轴导管的设计中，内导管具有7英寸的公称直径或约38平方英寸的截面面积，而外导管具有10英寸的公称直径或约79平方英寸的截面面积，使得流出气流的环形区域具有约41平方英寸的截面面积。相信对于实现最佳空气承载成分去除而言，约4:1和0.7:1之间的流出气流面积与返回气流面积比率可能是特别理想的。在本配置中，该比率在约1:1和1.5:1之间。如本领域的技术人员将领会，所选择的气流区域可能对鼓风机(一个或多个)所需总静压头产生很大影响，这可能是产生所指定比率的设计因素之一。

进一步，已发现对于所讨论类型的单凸缘罩来说，某些维度关系可以实现最佳成分去除。图7用图解方式示出了这种罩，其中内罩42的有效内直径与内罩的凸缘的有效外直径之间存在特定关系。具体而言，内罩的有效内直径102与其凸缘的有效直径104的比率有利地介于约0.25和0.75之间，相信特别有利地为约0.5。举例来说，在本实施例中，内直径102为约8英寸，而外直径104为约16英寸。应指出这里使用“有效直径”一词以适应于内罩形状不是直柱或者该形状或罩形状的截面不是圆形的情况。

图8示出了图7所示类型的罩的具体实现。图8所示的罩具有如上所述的外罩40和内罩42。在该具体实施例中，外罩40具有10英寸的公称直径106，内罩148具有7英寸的公称直径108。从内罩延伸的凸缘具有18英寸的公称直径110。而且，外罩140具有如图9最佳所示的弧形唇。一般以标号112表示的该唇协助对来自外罩与内罩之间的环形区域的气流平滑地重新定向。在图9所示的实施例中，唇112具有以标号114表示的0.25英寸的半径，并且延伸到约45度的角116。应指出在一些实施例中，外罩上的唇可以延伸形成与内罩上的凸缘非常相似的凸缘，形成一种“双凸缘”结构。如图10所示，内罩的外凸缘具有类似的半径，以促使对从内外罩之间的角度区域流出和流回内罩的气流平滑地重新定向。在所示实施例中，在该过渡点存在两个半径，即，约2英寸的第一半径118及其后约7英寸的较大半径，该较大半径过渡到大体平坦部，该平坦部与内罩的中心线大约垂直。

如以上所讨论，可以设想导管的各种配置、导管的数量等。图11呈现了例如总体上呈轴向或管中管布置的导管排布。这种排布可以便于罩相对于基本单元进行安装、连接、支撑和操纵。在图11所示的实施例中，例如，外导管122在其内部大体上同轴定位了内导管124，以产生环形流动空间124。在该实施例中，正压空气流经环形空间，返回空气流经内导管。可能希望在这些导管之间放置支撑装置或其他固定结构，以使其保持彼此间隔开，或者在一些排布中，可以省掉这些支撑装置或固定结构，允许一个导管或多或少自由地安置在另一个导管内。

应指出，虽然参考了具有内罩和外罩的单个喷嘴，但在不偏离本公开所讨论的技术的范围内可以对系统做出某些调整。例如，图12和图13示出了变体例子，其中多个罩或喷嘴可以用于正压气流和/或负压气流。在图12的图示中，两个罩20示出为与源30相邻，要从该源30吸出烟气、气体、颗粒物等。这些罩可以连接到相同或不同系统，该系统同样可以是推车式抽出器或固定设施。如图13所示，在一些实施例中，正向流和抽出流可以是分开的。在该实施例中，多个鼓风机喷嘴132示出为与抽出导管134相分离。在这样的实施例中，喷嘴132可以通过任何希望的方式定位在源130周围。在某些实施例中，例如这些喷嘴可以径向定位在源周围，同时一个或多个抽出导管定位为与流出喷嘴相邻，例如位于中央位置。

图14和图15示出了目前设想的在推车式产品中的如上所述系统的排布。一般以标号136表示的推车包括一般为上述类型的基本单元16。在该具体实施例中，臂138从基本单元延伸，并且包括如上所述的同心定位导管。该臂提供正压力或流出气流以及包含要从工作区域抽出的空气承载成分的返回气流。在该实施例中，臂138适配为进行如箭头140所示的旋转。该臂可以旋转或多或少360°，在本实施例中旋转角度限于略微小于360°，虽然臂与基本单元之间的接头可设计为具有全面的多旋转功能。

在图14的实施例中，臂38具有下接头142、中接头144和罩接头146，该臂在下接头142处与基本单元结合，中接头144将导管的两个大体线型部相结合，罩120可以围绕罩接头146至少在有限角度范围内枢转。与下接头142相邻设有支撑结构148，以在臂向工作区伸出和从工作区域收回时协助支撑该臂。与接头144相邻设有类似的支撑件150。在目前设想的实施例中，这些接头包括平滑的内壁，内壁可以变形以允许臂相对于基本单元进行伸出、收回以及(更一般来说)定位，同时与导管的线型部相比几乎没有增加压头损失。在推车的顶部设有歧管和支撑组件152，如以下更充分地说明，其协助将返回气流移至推车和将流出气流从推车移出。歧管和支撑组件152还在臂被伸出、收回和旋转时协助将该臂机械地支撑在推车上。

在推车内，返回气流进入过滤箱154，返回气流在过滤箱中被过滤以去除细小的和较大的颗粒物以及气流承载的其他成分。该组件可以被设计为在可以朝着一个或多个滤芯引导增压空气以促使释放被捕捉的微粒的过程中实现压力清洁。空气从过滤箱154被吸入如上所述的由电机24驱动的鼓风机22中。该鼓风机排气至弯管或弯头156，该弯管或弯头156将流出气流引导至歧管和支撑组件152。应指出在一些实施例中，可以采用一个或多个电机和/或鼓风机。例如，一个电机鼓风机组可以用于流出气流或正向气流，而另一个电机鼓风机组可以用于返回气流或负向气流。

相信通过将推车设计成流入气流和流出气流经过尽可能少的弯管，获得了大大增强的性能。也就是说，如图15最佳所示，流入气流从臂流到过滤箱154实际上是线型的，如箭头158所示。过滤箱内的空气几乎是静态的，这取决于过滤箱的尺寸和空气的流速。因此，可以考虑到过滤箱中产生转弯，虽然从实际观点来看，在目前的实施例中该点几乎不存在压头损失。来自过滤箱的气流(箭头160所示)进入风扇或鼓风机22，并如标号162所示排出。从该点开始在弯管或弯头156(在目前设想的实施例中其为限制和引导气流的平滑弧形弯头)进行单次重新定向，并且如箭头64所示，流出气流进入歧管和支撑组件152。如以下更充分地说明，歧管和支撑组件将空气有效地重新定向到同轴导管之间的环形区域中，同时允许臂旋转。

如这里所述，基本单元中的“转弯”对应于25°和180°之间的方向变化，在一个具体实施例中对应于约90°的方向变化。基于这个定义，基本单元内产生的唯一转弯实质上位于弯管或弯头156处。也就是说，在过滤箱154内，虽然空气被重新定向到鼓风机入口，但过滤箱内的空气可以视为实质上静止。如下所述，歧管和支撑组件152内的空气被蜗壳结构准确地引导。在这个意义上，以下可以考虑基本单元。在这个意义上，可以考虑基本单元具有单个转弯。依据各部件的设计，可以考虑该单元在过滤箱154内、弯管156内和歧管或支撑组件152内具有两个或三个(或更多个)转弯，在目前设想的实施例中该弯管156同样是有效引导空气的平滑弯头。由于鼓风机是气流上施加的静压头和动压头的来源，因此区别对待鼓风机进行的重新定向。同样，相信通过将推车内气流的转弯或必要的重新定向降到最少，以最小的压头损失实现了大大增强的性能。推车可以最佳设计为在鼓风机上设有小型高效驱动电机。举例来说，目前的设计提供了鼓风机上14量级(H₂O)总压头的气流。依据空气过滤器的状况，系统的总静压头可以在10(H₂O)和18(H₂O)之间变化。随着功率要求这样下降，目前900CFM气流容积流速的设计可以采用5Hp额定功率的电机。然而，目前设想的范围在3Hp和7.5Hp之间的电机可以提供优良操作，特别是在工业环境下。当然也可以使用其他额定功率和尺寸。如以上所指出，在一些实施例中，可以使用一个以上电机和/或鼓风机、风扇或压缩机。类似地，电机(一个或多个)可以具有固定速度或可变速度。

在目前设想的实施例中，系统可以设计为使得电机(一个或多个)和其他部件的电气要求可由460V的三相电源提供。在其他实施例中，系统可以设计为接收230V的单向电源。在另外的其他实施例中，系统可以设计为接收115V的单向电源。还可以设想，除了“专业”和“商业”实现方式之外，这些技术还可以用于业余爱好者和其他应用。的确，设想可以针对例如车间真空系统、现有抽出设施等设备制造原始设备或者甚至改型。还设想可以在特定环境中采用以本公开所述结构和教导为基础的结构和教导，以增强空气承载成分收集效果。例如，较小的系统可以基于1Hp或更小的电机，配有短的正压导管和负压导管，例如用于办公桌或桌面用途。这种系统可能在工作台对于小型应用、商业和业余爱好者等来说特别有用。

而且，如本领域的技术人员将领会，一般来说，系统所提供的压头通常会受到所涉气流区域(及其相对尺寸)、系统中的转弯数量(及其性质——光滑、受控相对于较湍急或紧密)、系统中表面的性质、部件(例如臂)的长度等因素的影响。所需功率通常则会受到该压头以及流速、空气增流器(例如风扇、鼓风机或压缩机)类型及其数量等其他因素的影响。设想将为了保持各个部件的有效利用，特别是为了使空气增流器保持在其性能曲线的适当部分内而选择和设置(或可在范围内进行调节)电机、空气增流器、部件等。

图16至图20示出了歧管和支撑组件152及其组成部件的目前实施例。该组件本身在图16中最佳示出。该组件包括容纳同轴导管122和124的转接器166。在臂从基本单元延伸并且可以旋转的实施例中，该转接器随着导管可旋转。该转接器被板组件168固定。空气处理器170具有入口172，该入口172用于接收来自鼓风机的气流，并且用于将该气流重新定向流经同轴导管之间的环形区域。设置开口174，同轴导管配合在该开口174中。设置孔176，用于容纳将导管组件连接到转接器的紧固件或支撑装置。

该结构在图17中以分解视图示出。如图17所示，板组件包括上板180和中间板182。在转接器166的下侧定位有下板184。该转接器具有外周下凸缘186，该凸缘186定位于下板148的凹部188中。因此，当这些板被装配在转接器的任一侧时，转接器被有效地固定和支撑在各板之间，机械地支撑连接到转接器的臂。空气处理器170具有上表面190，在系统装配过程中下板184安装到该上表面190。中央通道192限定为穿过空气处理器并且用来容纳使返回气流流向空气处理器的内导管并与该内导管连通。入口172同样适配为接收来自鼓风机的气流并引导该气流通过同轴导管之间的环形空间。

图18提供了空气处理器170的气流图解。如图18所示，空气处理器170具有内通道或中央通道，返回气流被引导经过该通道。从入口172开始，空气处理器形成蜗壳通道194，如上所述，该通道194有效地将从入口流向同轴导管之间的环形区域的气流进行重新定向。在图18中流向空气处理器的内气流以标号196表示。如箭头198所示，该气流然后被重新定向流经蜗壳通道。

图19示出了用于将转接器166机械地支撑在歧管和支撑组件内的本实施例。如图所示，该转接器具有外围凸缘186，该凸缘186被固定在中间板182与下板184之间。同样，在该实施例中，下板184固定到空气处理器的上表面。然后上板180将该组件紧固在一起并对转接器提供机械支撑，从而对臂提供机械支撑。在某些变形中，该排布可以通过增加密封件、轴承等进行调整。如图20所示，中央通道192内的空气处理器的下部适应于密封啮合内导管。在该实施例中，设置了两个圆周槽200，这些槽200可以容纳被空气处理器和内导管(图20中未示出)压缩的密封件。在外导管和转接器被安装到推车的同时，内导管因此实质上被“戳”入空气处理器中。

可以指出对于该系统还可以设想另外其他的调整和改进。例如，可以在罩上设置灯、流量传感器或其他部件，以辅助所执行的工作或辅助排出系统的排气或控制。在设有这种传感器的情况下，电机速度、阀门或通气孔位置、流速等的闭环控制可以基于所感测的参数。

已发现，与现有技术相比，上述技术允许大大增强对空气承载成分，例如颗粒物、烟、烟气、气体等，的捕捉。具体而言，对于气体给定速率而言，可以在较大区域内并且比以前可能的情况距离喷嘴更远处提供捕捉这种成分时有用的目标速度。具体而言，在目前设想的实施例中，对于约900CFM的气体速率来说，捕捉区的目标气体流速为约100英尺/分钟。试验表明可以在距离喷嘴入口约3英尺处实现这样的速率。可以在距离喷嘴入口5英尺处实现约50英尺/分钟的流速。这些结果是以利用5Hp电机操作的上述系统实现的。

图21至图23示出了该增强的捕捉和速率。具体而言，在图21的图示中，示出了如上所述的推车式抽出系统10。喷嘴20定位于工作区域14附近。在该示例中，操作者希望从工作区域清除空气承载成分。较小的区202表示现有技术中有效捕捉和抽出空气承载成分的近似极限。较大的区204表示上述本实施例提供的有效得多的捕捉和抽出区域。虽然抽出的有效性取决于颗粒大小等因素，但已发现图21的图示在实际试验中得到证实。

图22和图23是通过相同系统的计算机模拟而形成的箭头图。如图22所示，正压气流206可由导管(未示出)界线内的大体平行的气流箭头208表示。如以上所指出，在该实施例中，采用同心导管，使得正压气流206被限制在环形区域中，虽然也可以使用多个和/或非同心导管。气流在离开喷嘴(未示出)时，被径向地转向，如箭头210所示。如上所述，这种转向是在喷嘴元件的几何形状的帮助下实现的。偏转之后，气流则转向，如箭头212所示，以形成一般被防止出现扰动的区，允许增强负压气流的捕捉能力。可以指出在某些应用，例如使用保护气体的焊接应用中，该区的限定可以在不妨碍焊接过程中使用的保护气体的流动和有效性的情况下，允许改进成分捕捉、冷却和其他益处。

图23示出了作为负压气流214的一部分返回至喷嘴(同样未示出)中的气流。如箭头216所示，如上所述，气体(和空气承载成分)速率始于离喷嘴入口某个距离处。然后如箭头218所示，气体在喷嘴入口附近会聚，最终如箭头220所示，被吸入导管中大体上线型的路径中。这里同样，已通过实际试验证实，对于给定气体速率而言，可以在离喷嘴入口的更大距离222处获得希望的速率。

虽然这里仅已图解和描述本公开的某些特征，但本领域技术人员会想到很多修改和变化。因此，应理解所附权利要求书旨在涵盖落入本公开的真正精神范围内的所有这种修改和变化。

Claims (21)

1.一种抽出器系统，包括：

正压气流源；

负压气流源；

正压导管，配置为向工作区域输送正压气流；

负压导管，配置为从所述工作区域输送负压气流；

罩，被连接以接收所述正压气流并且将所述正压气流引导到所述工作区域周围的区，并将空气承载成分从所述工作区域吸入所述负压气流中；

其中所述正压气流源和所述负压气流源包括由单个电机驱动的单个鼓风机，并且其中所述电机具有至多约7.5Hp的标称额定功率。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电机具有约5Hp的标称额定功率。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述电机具有约3Hp的标称额定功率。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述鼓风机和所述电机安置于基本单元中。

5.根据权利要求4所述的系统，其中基本单元包括可移动推车。

6.根据权利要求1所述的系统，包括歧管，所述歧管用于将来自所述鼓风机的气流引导到所述正压导管并将来自所述负压导管的气流朝向所述鼓风机引导。

7.根据权利要求6所述的系统，包括位于所述鼓风机的出口与所述歧管之间的单个转弯。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统包括所述鼓风机上至多约18(H₂O)的总压头。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述系统包括所述鼓风机上约14(H₂O)的总压头。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述系统包括所述鼓风机上约10(H₂O)的总压头。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述鼓风机提供约900CFM的流速，并且所述电机具有5Hp的标称额定功率。

12.一种抽出器系统，包括：

正压气流源；

负压气流源；

正压导管，配置为向工作区域输送正压气流；

负压导管，配置为输送来自所述工作区域的负压气流；

罩，被连接以接收所述正压气流并且将所述正压气流引导到所述工作区域周围的区，并将空气承载成分从所述工作区域吸入所述负压气流中；

其中所述正压气流源和所述负压气流源包括由单个电机驱动的单个鼓风机，并且其中所述系统包括所述鼓风机上至多约18(H₂O)的总压头。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述系统包括所述鼓风机上约14(H₂O)的总压头。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述系统包括所述鼓风机上约10(H₂O)的总压头。

15.根据权利要求2所述的系统，其中所述鼓风机提供约900CFM的流速，并且所述电机具有5Hp的标称额定功率。

16.一种抽出器系统，包括：

基本单元，其包括正压气流源和负压气流源；

正压导管，配置为向工作区域输送正压气流；

负压导管，配置为从所述工作区域输送负压气流；

其中使所述基本单元与所述导管中的所述正压气流和所述负压气流移位所需的总静压头为至多约18(H₂O)。

17.根据权利要求16所述的系统，其中使所述基本单元与所述导管中的所述正压气流和所述负压气流移位所需的总静压头为约14(H₂O)。

18.根据权利要求16所述的系统，其中使所述基本单元与所述导管中的所述正压气流和所述负压气流移位所需的总静压头为约10(H₂O)。

19.根据权利要求16所述的系统，其中所述正压气流源和所述负压气流源包括由单个电机驱动的单个鼓风机，并且其中所述电机具有至多约7.5Hp的标称额定功率。

20.根据权利要求16所述的系统，其中基本单元包括可移动推车。

21.一种抽出器系统，包括：

正压气流源；

负压气流源；

正压导管，配置为向工作区域输送正压气流；

负压导管，配置为从所述工作区域输送负压气流；以及

罩，被连接以接收所述正压气流并且将所述正压气流引导到所述工作区域周围的区，并将空气承载成分从所述工作区域吸入所述负压气流中；

其中所述正压气流源在被标称额定功率为至多5Hp的电机驱动时产生至少约900CFM的流量，并且其中所述罩在离所述罩的入口约3英尺处以约100英尺/分钟的速率吸出所述负压气流。