CN110576419B - 具有受控的循环空气流的安全工作台及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全工作台，其具有被壳体包围的工作腔；其具有用于输送所述安全工作台中的空气流的排风扇和循环空气风扇，其适于将被排风扇吸入的部分空气流作为排风流穿过排风过滤器从所述安全工作台吹出并且将被循环空气风扇吸入的部分空气流作为朝下方定向的循环空气流穿过循环空气过滤器吹入所述工作腔；以及其具有调节装置、差压传感器以及两个与所述差压传感器连接的压力传送器，所述压力传送器适于在所述安全工作台内的两个不同的位置上测量压力，其中第一压力传送器紧邻所述循环空气风扇的低压侧上的风扇叶片地布置，第二压力传送器布置在所述循环空气风扇的低压侧上的流动稳定的区域内。本发明还涉及一种所述安全工作台的运行方法。

Description

具有受控的循环空气流的安全工作台及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种安全工作台，以及所述安全工作台的运行方法。这类安全工作台且特别是这类用于加工微生物样本的安全工作台，例如如DE 44 41 784 C2中所描述的那样，通过生物气溶胶保护其免受污染，在进行微生物研究时产生并释放这些生物气溶胶。

背景技术

在安全工作台内，借助风扇作为定向空气流进一步输送被污染的空气流并且经过过滤器，过滤器将空气流中的杂质拦截。将经过过滤的空气的至少一部分以某种方式作为排风体积流量经过清洁后重新输往外部空气，该部分以下便暂时称为排风流。

安全工作台的区别在于其安全措施且根据不同的国际标准构建、检验和批准。安全工作台主要是提供人身保护或者人身与产品保护。

在仅提供人身保护的安全工作台中，涉及的是I类安全工作台，其中通过抽吸外部空气使其穿过工作孔进入安全工作台的工作腔来实现人身保护。在这个进气流未受阻碍且吸入足够的空气的情况下，粒子和气溶胶无法从安全工作台的内腔通向外部。在此情况下，吸入的外部空气形成穿过工作孔的空气幕，其保护在安全工作台上工作的人或环境免受粒子的污染。

足够的人身保护是安全工作台运行的前提。例如通过精确地规定进入工作孔的进气速度来定义安全工作台的这个同样被称为拦截能力的特性。进气速度与排风流成正比，使得排风流的变化对人身保护和使用者的安全有直接影响。

II类安全工作台除人身保护外还保护工作台中的研究物体免受外部的污染或免受处于工作台上的其他样本的污染(所谓的交叉污染)。将免受这类杂质污染的保护称为产品保护。借助产品保护，将吸入工作台中的空气流的一部分在过滤后重新作为循环空气流输往内腔。通常将这个从上往下的垂直下降流动中的循环空气流对准工作台的工作腔。这个同样称为排挤流或“下降流”的循环空气流从四面冲刷处于工作板上的物体，并且防止外部的或其他样本中的受污染空气与这些物体发生接触。循环空气流又在通常处于工作板的前缘上的吸入孔的区域内与流入内腔的进气流相遇，使得粒子无法朝外部渗出。也就是说，产品保护包括免受交叉污染的保护主要通过下降流与进气流的进气速度之间的关系来实现。

为了产生空气流，标准的II类安全工作台具有交流风扇，此交流风扇从工作内腔吸入总空气流并且吹入循环空气过滤器和排风过滤器。这些过滤器指的是高效悬浮物过滤器，例如HOSCH过滤器、HEPA过滤器或ULPA过滤器，这些过滤器能够将相关粒子或微生物从空气流中滤除。

在这种安全工作台运行时，通过风门或通过安装在设备中的过滤器的流阻，借助经过校准的风速计，将需要被从设备中吹出的排风流，也就是每单位时间需要被吹出的空气量固定地设定至标准的额定值。通常将从工作内腔吸入总空气流的约65％至70％作为循环空气流重新送入工作内腔，将剩余的30％至35％作为排风流排放至室内空气或从室内通向外部的排风系统。

基于循环空气流与排风流之间的系统相关的耦合，在这些安全工作台中，无法轻易独立于人身保护地设定产品保护。因此，过去人们已经开发出具有用于循环空气与排风的独立风扇的安全工作台，其可以实现这种单独设定。

在采用这个第二类型的安全工作台时，在运行中首先调节人身保护，再调节产品保护。为此，同样通过风门、过滤器电阻或对排风扇的输送功率的相应电设定来固定地设定排风扇的输送功率。由对排风扇的设定产生进气流在工作孔的区域内的进气速度，也就是人身保护。在设定排风扇后，对朝向下方的循环空气流的流速进行设定，从而调节产品保护。但这个循环空气流又对进气流的进气速度有影响，因此，必须重新检验进气速度且通常需要再一次进行调节。视情况必须在此调节后重新实施对循环空气风扇和排风扇的重新调节。

对排风扇及循环空气风扇的这个交替且重复性的设定较为复杂且取决于安全工作台中或接入安全工作台的外部排风系统中的流动条件。因此，即使在过滤器的负荷渐增的安全工作台中或者在流阻变化中，进气速度也会因例如外部排风系统中的干扰而发生变化。排风量随着排风过滤器越来越多地被使用而减小。因此，吸入的外部空气和对设备的相应人身保护也会减少。

在发明人的在此就本发明的安全工作台的基本结构而言明确涉及的EP 1609 541A2中提出过这个问题的解决方案，也就是如此地调节排风扇及循环空气风扇，使其分别保持预设的体积流量额定值。为了测定相应风扇的当前输送功率，在风扇后布置流量传感器，其中此流量传感器可以指测压计或风速计。将流量传感器所测得的流量值与针对相应的风扇所保存的体积流量额定值进行对比。在发现偏差的情况下，如此地调节风扇功率，从而重新达到体积流量额定值。

在实践中，所实施的测量基于相应的风扇的抽吸侧与压力侧之间的差压测量。正如发明人的调查所示，在安全工作台，特别是风扇和过滤器在预设的标准运行条件下工作的情况下，这些测量同样相当可靠地起作用。但此调查同样示出，在安全工作台内的压力条件发生变化的情况下，可能会导致对体积流量的错误测定。特别是静压间逐渐增大的压差并非必然致使风扇的输送量减小。而若回到压差增大的另一原因，则调节机构会导致输送功率过高，这一点因相关的能耗增加且风扇的磨损增加而较为不利。此外，风扇的预设体积流量互不相同，这一点可能导致人身和/或产品保护减弱。因此，必须以相对紧密的间隔引发报警极限(超过此报警极限后安全工作台无法再运行)以确保可靠的保护，但这一点会导致安全工作时间缩短，且可能必须以高于实际需要的频率更换过滤器。

所描述的缺点特别是在循环空气风扇的情形中较为明显。这一点的原因主要在于用于循环空气风扇和排风扇的不同风扇类型。在用于排风扇的情形中，风扇配设有朝前弯曲的叶轮和蜗壳。针对这些风扇存在功率特性曲线，其产生测得的耗电量或测得的风扇转速与在这些参数中的输送体积流量和静压之间的明确的关系。也就是说，针对这些风扇，已经可以由耗电量足够可靠地推测出当前的输送体积流量。这些值要么可完全替代对排风扇的压差的测量，要么可用于检验和修正压差测量值。而针对通常具有朝后弯曲的叶轮和其他壳体形状的循环空气风扇而言，耗电量或风扇转速与体积流量之间不存在明确的关系。也就是说，为了将循环空气风扇调节至某个体积流量额定值，需要足够精确地测定实际输送的体积流量。

发明内容

从这个背景出发，本发明的目的是，提供一种安全工作台和所述安全工作台的一种运行方法，所述安全工作台实现对由循环空气风扇所输送的体积流量的更精确的测量，从而实现对循环空气风扇的更精确的调节以及所述安全工作台的更安全的运行。

也就是本发明的第一方面涉及一种安全工作台，其在基本结构方面可以如传统的安全工作台那样构建，特别是可以如EP 1 609 541 A2中所描述的方式构建。所述安全工作台具有被壳体包围的工作腔，在所述工作台运行期间，进气流穿过处于所述壳体前侧且可以借助可调节的防护玻璃发生变化的工作孔流入所述工作腔。本发明的安全工作台还具有在所述安全工作台中输送空气流的排风扇和循环空气风扇。将总空气流的被排风扇吸入的部分空气流穿过排风过滤器并且将其作为排风流从安全工作台吹出，而将总空气流的被循环空气风扇吸入的部分空气流作为朝下方定向的循环空气流穿过循环空气过滤器吹入工作腔。此外，所述安全工作台具有调节装置和差压传感器以及两个与这个差压传感器连接的压力传送器，所述压力传送器适于在安全工作台内的两个不同的位置上测量压力。其中，第一压力传送器紧邻风扇叶片地布置在所述循环空气风扇的低压侧上，第二压力传送器布置在所述循环空气风扇的低压侧上的流动稳定的区域内。

因此，本发明的安全工作台与由EP 1 609 541 A2已知的安全工作台的主要区别在于用于测定循环空气风扇的体积流量的测量装置。根据本发明，应用差压传感器连同两个连接这个差压传感器的压力传送器，其中第一压力传送器紧邻风扇叶片地布置，确切而言，不同于EP'541中所述布置在低压侧上，也就是布置在循环空气风扇的入流侧上。相对于布置在风扇的高压侧上的已知布置方案，压力传送器紧邻风扇叶片地布置在入流侧上的布置方案的优点在于，测量位置上的动态压力的减小与通过循环空气风扇输送的体积流量成正比。在实践中，可以将其他因素施加至测量结果的影响完全排除。根据本发明，由第二压力传送器在循环空气风扇的低压侧上的流动稳定的区域内测得的压力用作比较值，凭借该比较值来测定压差。也就是说，根据本发明，用于第一和第二压力传送器的两个测量点均布置在循环空气风扇的低压侧上，而在现有技术中，测定循环空气风扇的低压侧与高压侧之间的压差。第二压力传送器有益地布置在某个区域内，在该区域内尽可能不存在任何涡流。优选指的是远离循环空气风扇的入流孔的区域，有益地在流动较少且较远的壳体角落中，或在通过其他构件与不同风扇的流动隔绝的区域内。在这个区域内应主要存在实际上恒定的静压，该静压为测定就由第一压力传送器在循环空气风扇的风扇叶片上测得的压力而言的压差提供坚实的基础。

如前文所述，将第一压力传送器紧邻循环空气风扇的风扇叶片地布置。根据本发明，这一点表明，第一压力传送器尽可能地靠近风扇叶片布置，靠近的程度使得风扇叶片在旋转期间刚好接触不到该压力传送器。这一点可以在安装第一压力传送器时通过手动地旋转风扇叶轮来进行测试。与风扇叶轮的最靠近压力传送器的部件间的适宜距离例如为最大5mm，优选为最大3mm。

本发明的布置方案的优点在于极为简单的结构，但该结构在实践中易受实际上与体积流量的变化无关的干扰因素影响。确切而言，测得的压差直接代表由循环空气风扇输送的体积流量。这个关系同样存在于在安全工作台的实际运行中相关的体积流量的整个范围内。因此，本发明测得的压差值能够极好地用于精确调节循环空气风扇的体积流量，也就是例如用于某种调节，其中将循环空气风扇的体积流量恒定地保持在固定的体积流量极限值内。

在此过程中，安全工作台内的差压的测量基于如下已知条件：在传统的安全工作台中，可以借助可移动的玻璃封闭的工作腔通常在空间上与布置有排风扇和循环空气风扇的区域(以下称为风扇腔)隔开。风扇腔通常处于工作腔上方并且通过不同的通流部与该工作腔存在流体连接。在运行期间，基于相对较大的工作孔，在工作腔中实际上主要存在环境压力。排风扇和循环空气风扇从工作腔吸入空气，该空气通常通过在工作腔的远离工作孔的背侧上的流道流入风扇腔。在此过程中，空气加速，且压力减小至环境压力以下(在微生物安全工作台中通常为约35Pa)。在风扇的入流区内，空气在风扇腔内再一次急剧加速，且静态压力能在此过程中转化为速度。动态压力以如下方法计算：0.5×厚度×气流速度²。其中，在风扇的叶轮的叶片正前方存在最大速度和最小静压。在这个区域内的其他压力减小的程度与相应的安全工作台的结构有关，例如安全工作台的大小、类型和风扇的位置等，且通常为30Pa至90Pa。在流过风扇时，通过发动机功率为空气流输送能量，这一点会导致风扇区域内以及连接该风扇的区域内的静压增大。在应用新过滤器且流速为约0.3m/s的情况下，通常会产生相对环境压力而言超过90Pa的升压。

如前文所述，借助第一压力传送器直接在循环空气风扇的风扇叶片上在某个区域内实施本发明的压力测量，在该区域内主要存在最大流速和最小静压。因此，这个区域非常适于测定压差，因为在此可以在两位数的帕斯卡范围内的本身较小的压力下实现相对第二压力传送器的比较值的特别大的压差。这一点会提高结果的精确性。此外，压力传送器可以如此地定位，使得局部的压力变化在尽可能大的范围内与体积流量变化相关。这一点较为重要，因为空气流中的压力减小与流速的平方成比例，但在风扇的入流孔或流出孔的横截面上的速度分配不均匀。因此，相对连接循环空气风扇的流出孔的压力传感器的布置方案而言，本发明的测量装置提供更好的结果。

但在压力传送器紧邻循环空气风扇的风扇叶片的布置方案中需要注意的是，旋转的风扇叶片产生周期性的压力变化，压力传送器对该压力变化进行测量且压力变化的幅度随着越来越接近风扇叶片而增大。这些波动可能会对调节质量产生不利影响因而需要被消除，使得在进行调节时无需考虑这些波动。可以以不同的适宜方式来消除或至少减弱因风扇叶片-中间腔-风扇叶片-中间腔等的交换而产生的极为迅速的波动，使得只有平均差压测量结果用于调节循环空气风扇的风扇功率。一种方案在于适宜的流动机械措施，这些措施使得因叶片旋转引起的压力振荡不对压力传送器产生直接影响。另一措施在于，借助电子过滤器来减弱或消除测量结果的振荡。此外，可以纯通过计算地求出结果波动的平均值。以这种方式获得循环空气风扇的入口区域内的与基于风扇叶片的旋转的短时波动无关的压力值。随后，借助这个压力值和同时由第二压力传送器在循环空气风扇的低压侧上的流动稳定的区域内测得的比较压力值测定出差压值，随后，可以从具有恒定的横截面的入流孔出发，由该差压值测定出循环空气风扇在这个时间所输送的体积流量。随后，可以将这个计算出的体积流量与保存在调节装置中的额定体积流量进行对比。在发现与额定值存在偏差的情况下，对风扇功率进行调整，从而重新输送期望的额定体积流量。作为替代方案，同样可以直接将测得的差压值与所保存的代表期望的额定体积流量的额定差压值进行对比并且相应地实施调节，从而重新输送期望的额定体积流量。

以上述方式就能借助简单且低成本的差压测量来尽可能不受干扰因素影响且精确地调节安全工作台的循环空气风扇的运行。特别是可以如此地进行调节，从而通过循环空气风扇输送大体恒定的体积流量。大体可以如EP 1 609 541 A2中已经基本上描述过的那样进行调节，其中本发明测得的差压值仅用于调节循环空气风扇。

原则上可以将现有技术中已知的所有适宜的这类传感器用作差压传感器。可以将这些差压传感器直接放置在期望的测量站上。出于空间原因，通常不太可能将传感器本身安装在测量位置上，或者这些传感器可能对流动特性产生不利影响，因此，差压传感器本身优选不直接安装在压力测量的位置上，而是仅在该处放置压力传送器并且将这些压力传送器与差压传感器连接在一起。现有技术揭示过这类差压传感器。其包括真正意义上的传感器以及压力传送器，压力传送器中的至少一个借助传输压力的连接，通常通过软管或管道，与感测器中的压力孔连接。在本发明范围内优选使用这个类型的压差传感器。特别有利地采用某些传感器，其中至少一个压力传送器借助柔性的塑料软管与传感器连接，因为这些传感器特别易于安装。在软管的远离传感器的末端上可以安装例如由形状稳定的塑料制成的测量管道，这一点会改进传感器布置的可装配性和稳定性。因此，第一压力传送器有利地包括特别是通过塑料软管与差压传感器连接的压力传送器管道，其开口端紧邻循环空气风扇的风扇叶片布置。该管道有益地沿流向定向，其中进入孔的表面垂直于流向，以便尽可能少地干扰流动。

同样地，第二压力传送器有益地具有特别是通过塑料软管与差压传感器连接的管道，其开口端布置在循环空气风扇的低压侧上的流动稳定的区域内。该布置方案类型同样适用于第一压力传送器。但在本发明的一种替代的且因安装难度减小而优选的方案中，所述差压传感器布置在循环空气风扇的低压侧上的流动稳定的区域内。在这个情形中，可以直接用差压传感器来记录比较压力值，使得无需设置与第二压力传送器的(软管)连接。确切而言，第二压力传送器在此情形中优选为差压传感器本身中的压力孔。

除第一差压传感器外，在优选实施方案中还设有第二差压传感器，所述第二差压传感器如第一传感器那样与紧邻循环空气风扇的低压侧上的风扇叶片的压力传送器连接，并且与循环空气风扇的低压侧上的流动稳定的区域内的另一压力传送器连接。因此，为进行简化，第一和第二差压传感器的部件共同应用，确切而言，特别是共同应用靠近风扇叶片布置的压力传送器。具体而言，即第一和第二差压传感器应用同一第一压力传送器，该压力传送器相应地与该二压力传感器连接。其中特别有利的是，通过尽可能长的区段将例如形式为塑料软管的与压力传送器的连接用作与该二压力传感器的共同连接，并且刚好在压力传感器附近设置叉状物，该叉状物用来将该连接(塑料软管)分为两个独立的输送管，这些输送管与第一和第二差压传感器连接。用于测定比较压力值的该二差压传感器的共用第二压力传送器也可以以相同的方式连接该二传感器。但如前文所述，在这个情形中，差压传感器本身也布置在循环空气风扇的低压侧上的流动稳定的区域内，并且直接通过传感器的压力孔来实施压力测量。

附加的差压传感器的目标在于控制循环空气风扇的报警极限。报警极限指的是例如在EN 12469中所定义的针对(通过工作孔进入安全工作台的)进气流的流速以及针对排挤流(下降流，在工作腔中从上往下的“Downflow”)的法律规定。目前排挤流的最小速度为0.25m/s，进气流的最小速度为0.4m/s。将测试图中绘示的平均进气流与平均排挤流的交点称为安全工作台的运行点。在运行点上，排挤流和进气流的速度为最佳。在安全工作台运行时，如此地设定排风扇和循环空气风扇，使得流速尽可能精确地对应于运行点。相应风扇的运行参数为相应风扇的报警极限，在这些运行参数中可靠地遵循上述规定。与这些报警极限的偏差使得无法再可靠地遵循预设的最低条件，这样就会导致发出报警信号。也就是说，第二差压传感器用于根据规定来控制循环空气风扇的正常运行。以与第一差压传感器中相同的方式由测得的差压值确定，风扇的输送功率是否足以遵循规定的流速。但与第一差压传感器的情形不同的是，调节装置仅对是否超过报警极限进行检查，以便在这个情形中促使发出报警信号。

出于相同目的，优选还设有第三差压传感器，其与排风扇的入流孔区域内的压力传送器连接，并且与排风扇的低压侧上的流动稳定的区域内的另一压力传送器连接。第三差压传感器优选如同前两个传感器那样布置在流动稳定的区域内，从而在传感器本身的压力孔上测量比较压力值。但作为替代方案，同样可以应用两个例如藉由软管连接的压力传送器。第三差压传感器有益地用于控制排风扇的报警极限。在此过程中，原则上以与循环空气风扇相同的方式实施。

第三差压传感器原则上同样可以用于测定用来调节排风扇的差压值。在这个情形中，有益地设有用于用于控制排风扇的报警极限的第四差压传感器。如前文所述，在许多情况下可以与排风扇的类型无关地根据风扇的电流消耗来进行简单的调节，从而无需采用借助压差测量值所进行的复杂调节。但在本发明范围内，同样可以实施上述复杂调节。

就安全工作台的运行而言，本发明的另一方面涉及一种前述安全工作台的运行方法，所述方法包括如下步骤：

a)借助差压传感器测定第一压力传送器与第二压力传送器之间的压差，

b1)将a)中测得的压差与保存在调节装置中的相当于额定体积流量的额定压差进行对比，或者

b2)将a)中测得的压差换算成对应的体积流量并且将计算出的体积流量值与保存在调节装置中的体积流量额定值进行对比，以及

c)如此地调节循环空气风扇，从而输送额定体积流量。

如前文所述，循环空气风扇的额定体积流量为由安全工作台的制造商根据法律规定针对安全工作台的一或数个运行点所确定的体积流量。也就是说，同样可以仅针对单独一个运行点确定额定体积流量，或针对不同的运行点分别确定其额定体积流量。后一情形使得使用者例如能够在不同的循环空气流等级之间进行选择。在此情形中，循环空气风扇的调节装置视具体所选的等级如此地进行调节，使得所选的等级遵循相应的循环空气流额定值。下面以具有单独一个运行点和一个针对循环空气风扇的额定体积流量的安全工作台为例描述本发明。针对具有数个运行点的安全工作台，可以针对每个运行点相应地采取措施。

将针对循环空气风扇的体积流量测得的额定值以已知方式存储在安全工作台的调节装置中。其中，可以将该额定值直接作为体积流量值，也就是每单位时间输送的流量存储，或者作为替代方案，作为速度、压差值或明确定义额定体积流量的其他任意值存储。同样在步骤b2)中，不仅可以将测得的压差换算成每单位时间的流量，还可以将其换算成代表体积流量的其他任何值，例如流速，并且与所保存的相应额定值进行对比。通过将循环空气风扇的输送功率调节至某个循环空气流额定值，就能在采用适于产品保护的值的情况下使得在安全工作台的内腔中向下流动的循环空气流保持不变。这样也能通过增大循环空气风扇的输送功率，对循环空气系统中例如因循环空气过滤器的负荷而产生流阻变化进行补偿。为此，例如在发现测得的循环空气流与体积流量额定值存在偏差的情况下，调节装置传输用来增大循环空气风扇的转速的控制脉冲，直至测得的值重新与存储值一致。

当然，在本发明范围内，遵循预设的额定值并非表示永久性地精确地遵循这个值。例如在所有的调节过程中，对安全工作台的风扇的输送功率的调节基于如下情形：在发现与额定值存在偏差的情况下，以某个时间间隔实施不间断的重新调节。此外，一开始可以允许存在一定的偏差余地，在该偏差余地内仍将该运行识别为允许的且无需实施任何重新调节。因此，额定值无需为点值，而是也可为定义的额定值范围。也就是说，在本发明的安全工作台中同样可以采用风扇的输送功率的某个定义的偏差或波动。但需要如此地设定调节装置，使得允许的偏差尽可能小且不会对工作台的安全运行产生不利影响。

需要强调的是，特别是在较大的工作台中，循环空气风扇或排气扇也可以分别指数个单风扇，其如同单独一个风扇那样受调节装置共同控制。在安全工作台的一种有利改进方案中，所述循环空气风扇以及所述排气扇均为连续可调的直流风扇。风扇的这些可以特别良好地调节的直流驱动器使得即使在高效过滤器的负荷逐渐增大的情况下也能均匀且精密地重新调节相应的空气流并且使其大体保持恒定。

此外，可以肯定的是，仅需在定义的报警极限内将循环空气流保持恒定。因此，在整个测量范围内，在测得的差压与体积流量之间无需存在任何需要精确遵循的关系，而这个关系在报警极限内仅需存在于预设的但原则上可以任意选择的一或数个运行点周围。也就是说，仅需在定义的报警极限内使得额定循环空气体积流量(视情况在定义的公差内)保持恒定，但直至报警极限(上下极限值)附近同样允许进行本发明的调节。对使用者而言，这一点的优点在于，只有在超过或低于压差(或体积流量或流速)的固定极限值的情况下才会触发警报。在此之前，该调节对压力条件的变化进行自动补偿，并且使得在运行点上由循环空气风扇输送的空气量保持恒定。将恒定调节限制在安全工作台的运行点上还在设计和调整风扇、入流喷嘴和压力测量装置时大幅降低难度和成本。

如前文所述，有益地在由报警极限定义的范围内实施对循环空气流的恒定调节。借助本发明的调节方法就能如此地在较长的时间段内重新调节循环空气风扇，使得体积流量保持在定义的额定值范围内。但由于循环空气过滤器逐渐被堵塞或出于类似的原因，在某个时刻会进入某个时间点，在这个时间点上，尽管对风扇进行重新调节，仍无法再达到体积流量的期望额定值。正如原则上由现有技术所揭示的那样，在这个时间点上有益地发出警报，以警告使用者无法再确保安全工作台的安全运行。相应地，在一种较佳方法方案中如此地设计本发明的方法，使得在所述调节装置中存储有用于额定压差和/或额定体积流量的上下极限值，并且所述调节装置在超过上极限值或低于下极限值的情况下促使发出警报。在这个情形中，用于额定体积流量的极限值原则上在本发明的范围内不仅包括每单位时间的通流体积的数据，还包括流速的数据，该流速因流入风扇的入流横截面固定而代表输送体积流量。如前文结合安全工作台的所描述的那样，优选借助第二差压传感器来发现与极限值的偏差，除通过测量压差来确定输送体积流量的大小以调节循环空气风扇的第一差压传感器外，还设有所述第二差压传感器。

EP 1 609 541 A 2中已详尽地描述过相互独立地调节循环空气风扇和排气扇的优点。为了在本发明范围内同样获得这些优点，优选在调节循环空气风扇时同样对排风扇实施独立的调节。但如前文所述，无需通过压差测量来调节排风扇。原则上可以如EP'541中所描述的那样，通常在考虑到安全工作台的环境条件的情况下确定排风流额定值以及调节排风扇。此外，通常将报警极限确定为排风扇的运行的上下极限值并且将其存储在调节装置中。正如在循环空气风扇的情形中那样，这些极限值可以被确定为压差值或体积流量值(每单位时间的流量或流速)。为了检验在安全工作台的运行期间是否遵循这些极限值，优选设有第三差压传感器，其原则上如前述差压传感器那样工作。将由第三差压传感器测得的测量值传输至调节装置，该调节装置对是否超过上极限值或低于下极限值进行评价。若超过上极限值或低于下极限值，则调节装置促使发出例如形式为光和/或声音信号的警报。

本发明的安全工作台不仅以这种方式尽可能与外部的影响无关地可靠地遵循人身与产品保护，还简化了对基本运行参数的设定。相互独立地且根据实际离开排风过滤器或循环空气过滤器的空气流来调节循环空气风扇和排风扇，因此，流入的进气流的进气速度在设定循环空气流时同样大体保持恒定。在调整产品保护后便无需再对排风体积流量进行复杂的重新调节。

若本发明的安全工作台连接外部的排风系统，则所述安全工作台由于对离开过滤器的排风流的调节而始终与排风系统中不断变化的流阻最佳地相适应。确切而言，调节装置如此地自动对这些空气阻力变化进行补偿，使得始终有大体保持不变的排风体积流量离开安全工作台。在排风系统中，流阻的这类变化例如在如下情况下产生：数个安全工作台在一个排风通道上共同运行，且将若干安全工作台接通或断开。这种波动在应用本发明的工作台时不会导致对各安全工作台的人身或产品保护恶化，因为这些工作台独立地对其排风流进行重新调整。在数个本发明的安全工作台在同一排风系统上运行时，可以将无需再运行的每个安全工作台断开，而在此过程中，不会明显影响继续运行的安全工作台的气流系统。在排风系统内因其他原因而出现的压力波动被本发明的安全工作台接收且不会对人身与产品保护产生不利影响。

为了进一步改进运行安全性，还可以设有用于测量穿过所述工作孔流入的外部空气的流量传感器。安全工作台有利地还具有用于测量防护玻璃的位置的测量装置。为了实现安全运行，防护玻璃不应长时间地保持以较大的程度打开，因为在工作孔的开口横截面过大的情况下便无法维持所需的空气流，这样就无法保证人身与产品保护。测量装置例如可以具有直接布置在防护玻璃的下缘上的电触点，这些点触点示出防护玻璃边缘在其导引构件中的位置。但同样可以应用其他适宜的测量装置。这类测量装置在现有技术中基本上揭示过，在此无需进一步说明。有益地为调节装置中的上述测量参数保存值域，这些值域给出安全工作台能够在哪些范围内安全且可靠地或者根据法律或其他规定地运行。除风扇调节所需的测量参数外，优选还对这些安全极限范围进行监控，从而实现安全工作台的极高的运行安全性。在预设的极限内对排风流速、循环空气流速和进气速度实施的额外监测确保安全工作台不会不被察觉地在有故障的状态下运行。对针对防护玻璃的位置的监控而言同样如此。在安全工作台的监控这些参数的安全系统发现与预设的位置存在偏差的情况下，有益地发出声音和/或光警报。

所述安全工作台优选还包括至少一个测量装置，其对排风扇、循环空气风扇或这两个风扇的耗电量和/或转速进行测定。将这个测量结果以预设的时间间隔转发至调节装置并且在该处对其进行评价。为达成这个目的，在调节装置的存储单元中存储有值域，这些值域给出相应的风扇的耗电量或转速应在哪些界限内。在此情形中，调节装置例如如此地编程，使得风扇仅在针对其存储的运行范围内运行。这样就能防止例如因过大的供电或过大的转速而损伤风扇。若无法在预设的条件下运行，则工作台的安全系统触发声音和/或光警报。正如在所有其他报警情形中那样，还可以将所发出的警报的原因显示在显示器上或以其它适宜的方式显示。“风扇警报”的原因例如可以为，因过滤器的负荷较大，风扇的功率必须高达确保期望的输送量的程度，这一点无法再借助最大允许的转速或最大允许的耗电量实现。

安全工作台的安全监控系统有益地具有用于对安全工作台的重要构件的工作能力进行监控的附加装置。也就是除了遵循预设的运行参数外，还对安全工作台的某些构件是否准备就绪进行监控。安全监控系统优选对差压传感器的构件、流量传感器、排风扇、循环空气风扇、调节装置和安全工作台的供电进行监控。为了确保工作台的安全运行，有益地对这些构件中的数个或全部的不受干扰工作能力定期地进行监控。若察觉到所监控的构件中的即使是只有一个出现故障或损坏，则发出光和/或声音警报。特别是有利地通过独立的安全监控系统来监控调节装置，因为这样就确保受调节系统调节的风速在安全工作台的相应区域内符合规定并且确保足够的人身保护。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细说明。附图中的图式仅用于阐述本发明的优选实施例，但本发明不限于这些示例。相同的参考符号表示相同的部件，其中不是图中的所有部件均必须配设参考符号。图中示意性地示出：

图1为本发明的安全工作台的实施例；

图2为图1所示的本发明的安全工作台的内部的侧视图，

图3为用于阐述本发明的安全工作台的本发明的运行方法的电路图，

图4为差压传感器的布置方案的第一实施例，

图5为图4的替代实施例，以及

图6为压力传送器的就风扇叶片而言的布置方案的示例。

具体实施方式

图1和图2示出本发明的安全工作台1，其例如可以用于加工微生物培养物。安全工作台1在其基本结构方面对应于现有技术中揭示过的基本结构。安全工作台1具有包围工作内腔3的壳体2。在壳体前侧4布置有可调节的防护玻璃5。防护玻璃5如此地支承，使其能够大体平行于壳体前侧4地上下移动。可以通过防护玻璃5下移来使得处于壳体前侧的工作孔6缩小。也就是说，工作孔6的高度由防护玻璃5的底侧与壳体2的工作腔底板27之间的间隙产生。

壳体2通常构建为两壳式的，使得壳体本身至少部分地用作用于在安全工作台中循环的空气流的通风道。工作腔底板27具有布置在在工作孔6的区域内以及靠近工作腔后壁28布置的吸入孔29。布置在外部的底板30在工作腔底板27下方延伸。在被这两个板件27、30包围的中间腔或通风道中，空气流10从前侧4朝壳体后壁方向流动。在另一流动走向中，将空气流10穿过工作腔后壁28与外后壁31之间的中间腔朝上方导引。在工作内腔3上方，在风扇腔26中设有排风扇8和循环空气风扇9，其分别吸入空气流10的部分空气流。图2中的流向箭头10的厚度高度示意性地阐释了相应空气流的不同流量。

将由循环空气风扇9吸入且通过循环空气过滤器13过滤的循环空气流14朝下方吹入工作内腔3。循环空气过滤器13例如为传统的HEPA过滤器，其将如微生物等杂质从循环空气中滤除，并且防止借助循环空气流14将杂质带回工作内腔3。从上往下流动的循环空气在工作孔6前和布置在工作内腔3中的样本之间形成大体垂直的帘幕，从而有助于产品保护。

将排风流12穿过排风扇8经由排风过滤器11输往安全工作台1的周围环境或输往在此未详细示出的建筑自有的排风系统。排风过滤器11又可以指传统的过滤器，例如HEPA过滤器。该过滤器防止借助排风将微生物或其他杂质从安全工作台1带出。从安全工作台1引出的排风12被穿过工作孔6流入工作内腔3的进气流7替代。这个进气流提供人身保护，并且在充分经过设定的情况下防止杂质穿过工作孔6从安全工作台1逸出。

通过相应地调节空气流使得进气流7以及循环空气流14保持充足。为此，在安全工作台1中设有调节装置15。在安全工作台1运行前，在调节装置15中保存额定值，该额定值给出每单位时间需要由排风扇8输送的排风量和需要由循环空气风扇9输送的循环空气量。额定值可以作为每单位时间的流量值、流速或压差值被保存。调节装置15相互独立地调节对排风扇8和循环空气风扇的供电，从而输送排风体积流量和循环空气体积流量，其大小视情况在固定的公差范围内相当于相应的额定值。

为了能够确定实际由循环空气风扇输送的体积流量并且将这个值与保存的额定值进行对比，在安全工作台中布置有差压传感器16。这个差压传感器以预设的时间间隔通过进行压差测量测定出输送体积流量，并且将测量值传输至调节装置15。这个调节装置将测量值与额定值进行对比。在测量值小于期望的值的情况下，调节装置15持续地增大循环空气风扇9的输送功率，在差压传感器16上发现相当于期望的体积流量的值。反之，在体积流量过高的情况下减小风扇9的转速。图3中示意性地示出该调节循环。

根据本发明，差压传感器16具有两个与这个差压传感器连接的压力传送器17、18，其可以用来在安全工作台内的两个不同的位置上测量压力。其中，第一压力传送器17紧邻循环空气风扇9的风扇叶片地布置在该循环空气风扇的低压侧91上。第二压力传送器18同样处于循环空气风扇9的进气侧(低压侧91)上，但处于流动稳定的区域20内。在这两个压力传送器17与18之间测得的压差与通过循环空气风扇9输送的体积流量成正比。因此，可以将测得的压差直接用作用于在调节装置15中进行对比的测量值，在调节装置中将该测量值与压差额定值进行对比，该压差额定值相当于在输送额定体积流量时产生的压差。但作为替代方案，压差同样可以被换算成所属的体积流量(每单位时间的流量)或相应的流速，该流速因循环空气风扇9的进入横截面保持不变而同样与输送体积流量成正比，并且在调节装置15中将该体积流量或该流速与相应的额定体积流量或额定流速进行对比。

图4示出具有附属的压力传送器17和18的差压传感器16的可能的第一布置方案。第一压力传送器17处于布置在壳体93中的循环空气风扇9的风扇叶片的正上方。从图6中的放大图可以看出，压力传送器17具有塑料制成的管道171，该管道以末端插入塑料软管170，该塑料软管又与差压传感器16的压力孔连接(参阅图4中的局部放大图X)。管道171的开口端172实际上处于循环空气风扇9的风扇叶片90中的一个的上缘901的正上方。该距离刚好足以使得管道171在循环空气风扇9运行时接触不到风扇叶片。这一点可以在将压力传送器17布置在循环空气风扇的壳体93上时通过手动地旋转风扇叶轮来进行测试。管道171与上缘901之间的距离优选为最大5mm，特别是最大3mm。

保持件175用于将压力传送器17紧固在所示位置上，该保持件的一个末端具有平行于壳体93的外缘延伸的保持板177，在该保持板中设有两个长孔178，这些长孔能够将保持件175定向在适宜的位置上，在该位置上借助螺钉179将保持件固定在壳体93上。在此过程中，除正确的高度外，如此地选择该位置，使得管道171和与其连接在一起的软管170末端大体沿循环空气流14的流向定向。压力传送器17以这种方式引起对循环空气流微弱干扰。为了紧固软管末端和管道171，保持件175具有两个相叠布置的包含孔洞的弯曲的保持轴176，可以将软管170穿过这些孔洞。例如借助扎线带来实施紧固，这些扎线带同样可以用来将管道171可靠地固定在软管170中。

在图4所示情形中，差压传感器16紧固在传感器板32上，该传感器板又与调节装置15连接。传感器板32布置在风扇腔26的流动稳定的区域20内，其中该板本身将布置在其上的传感器与由风扇8和9引起的流动隔离。差压传感器16处于循环空气风扇的入流侧91上的流动稳定的区域20内，因此，无需借助塑料软管将第二压力传送器18伸入流动稳定的区域内。确切而言，差压传感器16的第二压力孔可以直接用作第二压力传送器18。这一点会降低安装复杂度。

但作为替代方案，同样可以以管道的形式设计第一压力传送器17以及第二压力传送器18，这些管道借助软管连接与差压传感器16的压力孔连接。图5示出这个方案。第一压力传送器17的构建方案相当于结合图4所描述的压力传送器。第二压力传送器18在此由塑料软管180构成，在其远离差压传感器16的末端上插有塑料管道181。这个塑料管道与风扇腔26的侧缘上的流动稳定的区域20连通。

在图4中，除第一差压传感器16外，还有另一差压传感器21布置在传感器板32上。该另一差压传感器的第一压力传送器同样对紧邻循环空气风扇9的压力进行测量。为了降低安装复杂度，同样将差压传感器16的第一压力传送器17用于这个压力测量。通过将叉状物173安装在差压传感器16和21附近来共同应用塑料管道171以及塑料软管170的大部分。叉状物，例如由塑料制成的Y形管段将塑料软管170分为两个软管区段，其中软管件174从叉状物173通向差压传感器21的压力孔。直接通过第二压力孔22来测量流动稳定的区域20内的比较压力。也就是说，第二差压传感器21原则上与第一差压传感器16测量相同的压差。但由该第二差压传感器测得的压差值并非用于调节循环空气风扇9，而是用于控制其报警极限。也就是说，将测得的压差在调节装置15中与上下极限值进行对比，这些上下极限值定义循环空气风扇9的允许工作范围。在差压传感器21传输相当于由极限值定义的循环空气风扇工作范围以外的体积流量的压差值时，调节装置15将其评价为错误并且以本身已知的方式促使释放警报。这一点同样示意性地在图3中示出，图中循环空气风扇9的错误用箭头符号40表示。在所示情形中，还有一个安全装置43布置在调节装置15下游，所述安全装置促使释放出在此形式为光信号的报警信号41。

在本发明的安全工作台中，有益地不仅对所述循环空气风扇的输送功率进行调节，还对排风扇8的输送功率进行调节。为此，正如循环空气风扇那样，使用对应于差压传感器16的差压传感器。但更简单因而优选地，以已知方式根据排风扇的功率消耗来调节排风扇。因此，图4所示第三差压传感器23并非用于调节排风扇8，而是如差压传感器21那样用于监控其报警极限。在排风扇的入流孔80的区域内布置在排风扇8的入口侧上且通过塑料软管240与差压传感器23的第一压力孔连接的压力传送器24原则上如压力传送器17那样构建。差压传感器23的第二压力孔用作第二压力传送器25。以类似于针对循环空气风扇9所描述的方式监控报警极限以及释放报警信号。

为了能够遵循所保存的体积流量额定值，优选额外地对安全工作台1中的窗口位置进行监控。过大的工作孔6会在可能的情况下给遵循额定值造成困难。出于这个原因，在工作孔6的区域内设有测量装置42(仅在图3中示出)，该测量装置测定当前的窗口位置并且将测量值传输至安全装置43。安全装置43可以在空间上整合至调节装置15。若窗口位置从安全运行允许的位置偏移，则安全装置43促使报警装置41释放出声和/或光信号，该信号促使使用者将防护玻璃5下降。

除防护玻璃外，安全监控系统43还有益地对调节装置15以及差压传感器16、21和23、风扇8、9和测量装置42进行监控。在图3中，属于安全系统43的回复用虚线箭头绘示。在组件中的一个无法正常工作的情况下，安全装置43同样促使报警装置41发出报警信号。

Claims (15)

1.一种安全工作台(1)，其具有被壳体(2)包围的工作腔(3)，所述工作腔具有处于所述壳体前侧(4)中且能够借助可调节的防护玻璃(5)进行设定的用于供流入所述工作腔(3)的进气流(7)进入的工作孔(6)；所述安全工作台具有用于输送所述安全工作台(1)中的空气流(10)的排风扇(8)和循环空气风扇(9)，所述排风扇和循环空气风扇适于，将被所述排风扇(8)吸入的部分空气流作为排风流(12)穿过排风过滤器(11)从所述安全工作台(1)吹出，并且将被循环空气风扇(9)吸入的部分空气流作为朝下方定向的循环空气流(14)穿过循环空气过滤器(13)吹入所述工作腔(3)；以及所述安全工作台具有调节装置(15)、第一差压传感器(16)以及与所述第一差压传感器连接的第一和第二压力传送器(17，18)，所述第一和第二压力传送器适于在所述安全工作台内的两个不同的位置上测量压力，

其特征在于，

第一压力传送器(17)紧邻所述循环空气风扇(9)的低压侧(91)上的风扇叶片(90)地布置，第二压力传送器(18)布置在所述循环空气风扇(9)的低压侧(91)上的流动稳定的区域(20)内。

2.根据权利要求1所述的安全工作台，

其特征在于，

所述第一压力传送器(17)包括与所述第一差压传感器(16)连接的第一管道(171)，所述第一管道的开口端(172)紧邻所述循环空气风扇(9)的风扇叶片(90)地布置。

3.根据权利要求1所述的安全工作台，

其特征在于，

要么所述第二压力传送器(18)具有与第一差压传感器(16)连接的第二管道(181)，所述第二管道的开口端布置在所述循环空气风扇(9)的低压侧(91)上的流动稳定的区域(20)内，要么所述第一差压传感器(16)布置在所述循环空气风扇(9)的低压侧(91)上的流动稳定的区域(20)内且所述第二压力传送器(18)为所述第一差压传感器(16)中的压力孔。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的安全工作台，

其特征在于，

设有第二差压传感器(21)，其与紧邻所述循环空气风扇(9)的低压侧(91)上的风扇叶片(90)的压力传送器连接，并且与所述循环空气风扇(9)的低压侧(91)上的流动稳定的区域(20)内的第三压力传送器(22)连接。

5.根据权利要求4所述的安全工作台，

其特征在于，

紧邻所述风扇叶片(90)布置的所述压力传送器为根据权利要求1至3中任一项所述的第一差压传感器(16)的第一压力传送器(17)，且该第一压力传送器(17)与第一差压传感器(16)之间的第一连接部具有叉状物(173)，第二连接部从所述叉状物通向所述第二差压传感器(21)。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的安全工作台，

其特征在于，

设有第三差压传感器(23)，其与所述排风扇(8)的入流孔(80)区域内的第四压力传送器(24)连接并且与所述排风扇(9)的低压侧(91)上的流动稳定的区域(20)内的第五压力传送器(25)连接。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的安全工作台，

其特征在于，

排风扇(8)和循环空气风扇(9)布置在被所述工作腔(3)在空间上隔开的风扇腔(26)中。

8.根据权利要求2所述的安全工作台，

其特征在于，

所述第一管道(171)通过第一塑料软管(170)与所述第一差压传感器(16)连接。

9.根据权利要求3所述的安全工作台，

其特征在于，

所述第二管道(181)通过第二塑料软管(180)与第一差压传感器(16)连接。

10.根据权利要求5所述的安全工作台，

其特征在于，

所述第一连接部形式为第一塑料软管(170)，并且所述第二连接部形式为第三塑料软管(174)。

11.一种根据权利要求1至10中任一项所述的安全工作台的运行方法，所述方法包括如下步骤：

a)借助所述第一差压传感器(16)测定第一压力传送器(17)与第二压力传送器(18)之间的压差，

b1)将a)中测得的压差与保存在所述调节装置(15)中的对应于额定体积流量的额定压差进行对比，或者

b2)将a)中测得的压差换算成对应的体积流量并且将所述计算出的体积流量值与保存在所述调节装置(15)中的额定体积流量进行对比，以及

c)如此地调节所述循环空气风扇(9)，从而输送所述额定体积流量。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中在所述调节装置(15)中存储有用于额定压差和/或额定体积流量的上、下极限值，并且所述调节装置(15)在超过所述上极限值或低于所述下极限值的情况下促使发出报警。

13.根据权利要求12所述的方法，

其中在上、下极限值之间的范围内调节所述循环空气风扇(9)的输送功率。

14.根据权利要求12或13所述的方法，

其中所述安全工作台设有第二差压传感器(21)，其与紧邻所述循环空气风扇(9)的低压侧(91)上的风扇叶片(90)的压力传送器连接，并且与所述循环空气风扇(9)的低压侧(91)上的流动稳定的区域(20)内的第三压力传送器(22)连接，

其中借助所述第二差压传感器(21)来发现与所述上、下极限值的偏差。

15.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，

其中所述安全工作台设有第三差压传感器(23)，其与所述排风扇(8)的入流孔(80)区域内的第四压力传送器(24)连接，并且与所述排风扇(8 )的低压侧(91)上的流动稳定的区域(20)内的第五压力传送器(25)连接，

其中在所述调节装置(15)中针对所述排风扇(8)保存有用于所述额定压差和/或所述额定体积流量的上、下极限值，并且所述调节装置(15)在借助所述第三差压传感器(23)的测量表明超过所述上极限值或低于所述下极限值的情况下促使发出警报。

Images