CN108160652A - 一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统 - Google Patents
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Abstract
一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统，包括通风柜本体，由吸风罩、竖向支通风管、通风管弯头、横向主通风管、吸风罩罩壁、竖向支通风管管壁、通风管弯头管壁；横向主通风管管壁组合为根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统；其中所述通风管系统的管材全部用Si02气凝胶复合板加工制作，其空间布局为：吸风罩下端与通风柜本体出风口相连，吸风罩上端与竖向支通风管下端相连，通风管弯头下端与竖向支通风管上端相连，通风管弯头上端与由内高外低的倾斜横向主通风管侧面相连，达到内外结合根治冷凝水回流的技术效果。
Description
技术领域
本专利涉及涉及一种消化型通风柜技术领域，具体涉及一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统。
背景技术
本申请是在“一种消化型通风柜冷凝废水净化回收系统”（专利号2016110129681）的基础上的发展。消化型通风柜亦称消解通风柜，或净气型通风柜，是一种用无机酸溶液加热消解有机物质实验的专用通风柜，经通风柜通风管带走含大量水分的腐蚀性高温废气，在进入风机前，水蒸汽在管壁遇冷，转化为液态冷凝废水，沿管壁返回流入吸风口，造成通风柜不同程度的二次污染；因此必须治理，但现有的治理方法与装置都是针对冷凝废水已经形成后的治理，或称为被动式治理，这种被动式治理存在以下缺陷，一是增加治理废水的成本，需要在通风机前、后，或实验室内、外设置废水处理系统，才能较好解决解决废水治理问题，所谓麻雀虽小，但须五脏俱全，两套治理废水的制作成本与运行成本都将增加；二是现有通风管道大多是用玻璃钢或PVC管材或喷塑钢材制作，其导热系数都高于现有高效保温材料，管壁因传热而降温，造成液态冷凝水在管壁的形成；三是通风管管壁的传热，即提升实验室空间温度，又可能造成人接触高温管壁而灼伤的安全隐患；四是在实验室管理上存在两难的选择，因实验室通风柜冷凝永是间隙式作业，处理量又少，不治理直接排放，违反环保法，若治理又不经济。因此，开发一种从源头把关，根治消解通风柜回流冷凝水的通风管系统，变被动治理转换为主动治理，是十分必要的，据相关资料检索，目前尚是开发的空白。
发明内容
本专利从源头根治消解通风柜冷凝水回流的基本构思是：冷凝水产生在通风管中，经通风管回流到通风柜台面造成污染，因此需要解析造成冷凝水回流的原因，便于对症下药；应用TRIZ理论中的物质—场分析方法，冷凝水回流发生在通风管中，受竖向支通风管(含吸风罩)、横向主通风管、排出废气三个物与废气流速、废气温度、相变重力三个场的制约，通过建立物—场基本模型分析，得出结论（建模分析过程与分析从略）:废气流速按实验室通风柜设计规范都有确定值——主管内风速约8-14米/秒，支管内风速约6-8米/秒，在正常情况下，能够确保含气溶胶的废气排出室外进行治理；因此，本专利开发重点是在不考虑排出废气流速前提下，如何在三个物-两个场的条件下，消除冷凝水的回流；含有大量水蒸气的废气（只有消解实验时，才会出现），在流经通风管管壁时，若通风管材质的导热系数大于废气的导热系数，则高温废气经管壁向外传热，废气温度下降，其中的水蒸气在温度低的管壁发生相变，转换为液态水，受重力影响，不管是横向主风管，还是竖向支风管都会沿壁向低处流动，经主、支风管壁形成的冷凝水汇总回流到通风柜中，造成二次污染，这是冷凝水回流的外在原因，其二现有制作通风管管材导热系数大于高温废气，如玻璃钢导热系数是0.4w/m·k、PVC导热系数是0.17w/m·k、PP导热系数是0.21-0.26w/m·k，而废气（空气为主体）是0.024 w/m·k，两相比较，玻璃钢、PVC与PP的导热系数是废气的7-16倍，这是造成水蒸气沿管壁转变为液态冷凝水的内在原因；由此可见，消除冷凝水回流必须从通风管材质的选择与通风管的合理布局入手，才能达到从根本上消除冷凝水回流的现象；
据此，本专利所要解决的技术问题是：从消解通风柜排出废气在通风管中产生冷凝水回流的内在与外在原因入手，对症下药，采用导热系数小于废气的二氧化硅气凝胶复合材料制作通风管，消除废气流经管壁时，因温度下降，水分子由气态相变为液态水的冷凝转换现象，同时通过通风管的合理布局，消除横向主通风管冷凝水向竖向通风管的倒流现象，经内外双重手段，达到根治消解通风柜冷凝水回流的技术效果；
气凝胶作为一种新型的轻质纳米隔热材料，被认为是目前质量最轻和隔热性能最好的多孔固态材料（接近真空绝热），孔隙率高达99%，密度低至0.003g·cm-3，还具有良好的吸声、减震、抗腐蚀、性价比高等多功能，是一种具有超级绝热性能和具有广阔现实与潜在应用前景的新型高效隔热材料；但气凝胶的高孔隙率和多孔网络结构使其强度低、韧性差，限制了在隔热保温领域中的应用；实验室通风柜通风管系统布局于实验室空间，不仅要求隔热性、抗高温与腐蚀性等功能性要求，还必须有足够的抗压、抗拉强度等结构性要求，因此不是任何气凝胶材料都适合制作通风管道，必须进行选择与改性，满足消解通风柜通风管不产生冷凝水回流的要求，一是导热系数小于或接近0.024 w/m·k（静态空气导热系数）；二是耐最高消解试验排出的约300℃±的废气温度，，三是抗酸碱蒸蒸气/液体腐蚀，四是具有支撑通风管系统各组件自重与抗震的机械强度；据此选择以下已公开的气凝胶复合材料，如有机纤维增强增韧的SiO2气凝胶复合材料、纤维毡增强增韧SiO2气凝胶复合材料、纳米材料增强增韧SiO2气凝胶复合材料，这些复合材都具有良好的韧性、抗腐蚀性、具有自支撑能力，在兼顾气凝胶优良隔热性能的前提下，有效提高了力学机械性能，作为功能性结构材用于料制作实验室通风柜的通风管道。
为实现上述技术目的，采取的技术方案是：一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统，包括通风柜本体，由吸风罩、竖向支通风管、通风管弯头、横向主通风管、吸风罩罩壁、竖向支通风管管壁、通风管弯头管壁；横向主通风管管壁组合为根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统；其中所述吸风罩、竖向支通风管、通风管弯头与横向主通风管的管材全部用Si02气凝胶复合板加工制作，其空间布局为：吸风罩下端与通风柜本体出风口相连，吸风罩上端与竖向支通风管下端相连，通风管弯头下端与竖向支通风管上端相连，通风管弯头上端与由内高外低的倾斜横向主通风管侧面相连，确保竖向支通风管管壁不再成为相变冷凝水向下回流和横向主通风管管壁所产冷凝水不再经通风管弯头倒流回竖向支通风管管壁，达到内外结合根治冷凝水回流的技术效果；
其中所述制作吸风罩、竖向支通风管、通风管弯头、横向主通风管的Si02气凝胶绝热复合材料，选用纤维毡或芳纶纤维增强增韧的二氧化硅气凝胶复合板，其气凝胶的质量含量为39-61％，密度为 98-260kg/m3，抗压强度2.9-3.7MPa，抗折强度1.9-3.3MPa，导热系数0.023-0.035W/(m·K)，抗酸、碱腐蚀，具有自支撑能力，同时兼备吸音、减震等性能；竖向通风管外径250mm、壁厚10mm的约3kg/米，横向主通风管外径350mm、壁厚10mm的自重约4kg/米，吸风罩与竖向通风管之间、弯头与竖向支通风管、横向通风管之间、通风管之间，采用密封铆接方式将其连接为通风管系统；
其中所述横向主通风管横跨实验室空间，排出废气的距离长，为避免冷凝水沿管壁底部向竖向支通风管向下倒流，在主通风管设计布局上，采取两种方式：一是主通风管走向设计为室内高、室外低，有一定倾斜度的水平通风管，二通风弯头与主通风管采用侧面连接，且连接的最低处高于主通风管管底面，即使主通风管出现冷凝水，而是经倾斜的主通风管底部，流向实验室外集中统一治理。
与现有消解通风柜通风系统相比，具有以下优势：
一是利用其绝热功能，消除通风管管壁成为水蒸汽→液态水的相变转换条件，在竖向支通风管管壁不再产生回流的的液态冷凝水；
二是利用其高效吸音功能，降低通风管风速的噪声与振动，改善实验室的空间环境；
三是利用其管壁内外的隔热功能，改善实验室维修人员的作业条件，不再出现通风管灼伤事故的发生；
四是利用其轻质，制作快捷、安装方便、性价比高。
附图说明
图1为一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统正视图，
图2为一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统剖视图，
图3为一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统立体示意图；
图1、图2中，1是通风柜本体，2是吸风罩，3是竖向支通风管，4是通风管弯头，5是横向主通风管，1-1是吸风罩罩壁，2-1是竖向支通风管管壁，3-1是通风管弯头管壁，4-1是横向主通风管管壁。
具体实施方案
结合附图说明，具体的实施方案是：一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统，包括通风柜本体5，由吸风罩1、竖向支通风管2、通风管弯头3、横向主通风管4、吸风罩罩壁1-1、竖向支通风管管壁2-1、通风管弯头管壁3-1；横向主通风管管壁4-1组合为根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统；其中所述吸风罩1、竖向支通风管2、通风管弯头3与横向主通风管4的管材全部用Si02气凝胶复合板加工制作，其空间布局为：吸风罩1下端与通风柜本体5出风口相连，吸风罩1上端与竖向支通风管2下端相连，通风管弯头3下端与竖向支通风管2上端相连，通风管弯头3上端与由内高外低的倾斜横向主通风管4侧面相连，确保竖向支通风管2管壁2-1不再成为相变冷凝水向下回流和横向主通风管4管壁4-1所产冷凝水不再经通风管弯头3倒流回竖向支通风管管壁2-1，达到内外结合根治冷凝水回流的技术效果；
其中所述加工制作吸风罩1、竖向支通风管2、通风管弯头3、横向主通风管4的Si02气凝胶复合材料，选用纤维毡或芳纶纤维增强增韧的Si02气凝胶复合板，其气凝胶的质量含量为39-61％，密度为 98-260kg/m3，抗压强度2.9-3.7MPa，抗折强度1.9-3.3MPa，导热系数0.023-0.035W/(m·K)，抗酸、碱腐蚀，具有自支撑能力，同时兼备吸音、减震等性能；外径250mm、壁厚10mm的竖向通风管2自重约3kg/米，外径350mm、壁厚10mm的横向主通风管4自重约4kg/米，吸风罩1与竖向通风管2之间、通风管弯头3与竖向支通风管2、横向主通风管4之间、通风管之间，用密封铆接方式将其连接为通风管系统；
其中所述横向主通风管4横跨实验室空间，废气流经的距离长，为避免冷凝水沿横向主通风管4的管壁4-1底部倒流回竖向支通风管2的管壁2-1，横向主通风管4设计布局为：一是横向主通风管4设计为室内高、室外低的倾斜横向主通风管4，二是通风管弯头3与横向主通风管4采用侧面连接，且连接的最低处，如图3 所示高于横向主通风管4的管壁4-1底部，即使横向主通风管4的管壁4-1产生冷凝水，也不再倒流回竖向支通风管2的管壁2-1，而是经倾斜的横向主通风管4的管壁4-1底部，直接流向实验室外集中统一治理。
Claims (3)
1.一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统，包括通风柜本体（5），由吸风罩（1）、竖向支通风管（2）、通风管弯头（3）、横向主通风管（4）、吸风罩罩壁（1-1）、竖向支通风管管壁（2-1）、通风管弯头管壁（3-1）；横向主通风管管壁（4-1）组合为根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统；其中所述吸风罩（1）、竖向支通风管（2）、通风管弯头（3）与横向主通风管（4）的管材全部用Si02气凝胶复合板加工制作，其空间布局为：吸风罩（1）下端与通风柜本体（5）出风口相连，吸风罩（1）上端与竖向支通风管（2）下端相连，通风管弯头（3）下端与竖向支通风管（2）上端相连，通风管弯头（3）上端与由内高外低的倾斜横向主通风管（4）侧面相连，确保竖向支通风管（2）管壁（2-1）不再成为相变冷凝水向下回流和横向主通风管（4）的管壁（4-1）所产冷凝水不再经通风管弯头（3）的管壁（3-1）倒流回竖向支通风管（2）的管壁（2-1），达到内外结合根治冷凝水回流的技术效果。
2.根据权利要求1所述一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统，其特征在于所述加工制作吸风罩（1）、竖向支通风管（2）、通风管弯头（3）、横向主通风管（4）的Si02气凝胶复合材料，选用纤维毡或芳纶纤维增强增韧的Si02气凝胶复合板，其气凝胶的质量含量为39-61％，密度为 98-260kg/m3，抗压强度2.9-3.7MPa，抗折强度1.9-3.3MPa，导热系数0.023-0.035W/(m·K)，抗酸、碱腐蚀，具有自支撑能力，同时兼备吸音、减震等性能；外径250mm、壁厚10mm的竖向通风管（2）自重约3kg/米，外径350mm、壁厚10mm的横向主通风管（4）自重约4kg/米，吸风罩（1）与竖向通风管（2）之间、通风管弯头（3）与竖向支通风管（2）、横向主通风管（4）之间、通风管之间，用密封铆接方式将其连接为通风管系统。
3.根据权利要求1所述一种根治消解通风柜冷凝水回流的新型通风管系统，其特征在于所述横向主通风管（4）横跨实验室空间，废气流经的距离长，为避免冷凝水沿横向主通风管（4）的管壁（4-1）底部倒流回竖向支通风管（2）的管壁（2-1），横向主通风管（4）设计布局为：一是横向主通风管（4）设计为室内高、室外低的倾斜横向主通风管（4），二是通风管弯头（3）与横向主通风管（4）采用侧面连接，且连接的最低处，如图3 所示高于横向主通风管（4）的管壁（4-1）底部，即使横向主通风管（4）的管壁（4-1）产生冷凝水，也不再倒流回竖向支通风管（2）的管壁（2-1），而是经倾斜的横向主通风管（4）的管壁（4-1）底部，直接流向实验室外集中统一治理。
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|---|---|---|---|---|
| CN201386883Y (zh) * | 2009-03-23 | 2010-01-20 | 唐达理 | 聚氨酯改性硬质聚异氰脲酸酯泡沫塑料pir节能保温风管 |
| JP2011242067A (ja) * | 2010-05-19 | 2011-12-01 | Panasonic Corp | 通気パイプユニット |
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| CN204710836U (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-21 | 常州工程职业技术学院 | 一种实验室用通风柜系统 |
-
2018
- 2018-02-12 CN CN201810145481.3A patent/CN108160652A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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