CN204974671U - 一种安全节能高氯酸通风柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种安全节能高氯酸通风柜，包括通风柜、变风量控制系统及酸雾净化系统，变风量控制系统包括设变风量阀、排风机和排风管，酸雾净化系统包括若干个PP分水球、喷嘴、PP上水箱、PP下水箱，PP下水箱设有多个水位探头控制装置、PH值调节计量泵及防腐水泵，PP下水箱通过循环水泵和循环水管向喷嘴提供循环喷淋水，PP上水箱与PP下水箱管连通；使用时，酸雾气体上行，水下行，形成逆流交换，酸雾气体与水雾充分接触，大量酸雾溶入水中得以净化高氯酸；PP下水箱中水的PH值升高至一定数值时，自动加入碱性试剂进行中和反应后排走符合排放标准的废水，废水排空后再往PP下水箱中注入新鲜水质以供继续循环喷淋使用。

Description

一种安全节能高氯酸通风柜

技术领域

本实用新型涉及实验室设备领域，具体是一种安全节能高氯酸通风柜。

背景技术

通风柜是现代实验室最重要的安全设备，它通过排风系统来保证通风柜内足够的负压，保证实验人员及实验环境的不受化学物质的污染，通风柜有严格的风量控制系统，然而高氯酸通风柜除掉保证通风柜内足够负压安全因素外，还有一个重要的危险因素需要做到安全保证，就是在实验过程中会有高氯酸的结晶体粘着到通风柜的内壁及排风管道的内壁。在很多金属前处理实验过程中，时常会用到高氯酸HClO₄与碱金属发生化学反应，此化学反应过程会产生大量的酸雾，高氯酸借着通风柜的风力扩散到通风柜的导流板及排风管道的内壁，而且在常温下高氯酸容易结晶，经过一段时间累积通风柜内部及排风管道内部会产生高氯酸结晶层，当结晶层达到一定厚度后，结晶层碰到水或振动或撞击后会产生燃烧爆炸，而且爆炸强度非常之大，近几年时有这方面的伤亡事故发生，为了消处这个隐患，实验人员在通风管道内进行不定期人工喷水清洗，尽管实验人员做了很多努力，但通风柜内部有好多拐角以内排风管道的弯头三通等不规则的风管内部都无法清洗到位，这些地方容易产生高氯酸结晶层，安全隐患依然很大，而且这种治标不治本的清洗方式还存在浪费水资源、耗费人力、漏水等缺点。如说明书附图7、8所示，传统型通风柜的废气集中到楼顶处理排放，含有强酸的废气先腐蚀排风管道及排风设备或部分酸液会沉淀或粘着到排风管道上，时间长了将有废液回流到实验实验室；而且这种系统能耗较大，通常情况下排风系统的风量范围是变化的，而这种净化的水量是固定的，当此系统只有部分通风柜甚至只有一台通风柜使用时，这种外置的净化系统也要全部开启，造成浪费。

通风柜的介质是空气与水，如何解决空气与水的充分接触是高氯酸通风柜的关键技术，通风柜内部的气流组织是不断变化的，做出气模型不太现实，只有在试验过程中不断总结数据，还有很多部件及设备受制于相关供应商，我们将设计出分水效率更高的分水球模型，循环水系统的水力特性，让水泵生产商专业定做此类型的水泵，上下座水箱多为PP材质，市场上没有此类产品，只能开模定做，所有这些都给高氯酸通风柜的研发与生产带来很技术难题，需要我们理论结合实际，不断总结经验，最终研发出高效的、低能耗的、低成本的标准化高氯酸型通风柜。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供一种安全高效、低能耗、低成本的标准化安全节能高氯酸通风柜，使实验室通风系统的设计更加灵活、兼容性更强。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种安全节能高氯酸通风柜，包括通风柜，通风柜上方配置变风量控制系统及酸雾净化系统，所述变风量控制系统包括设置在通风柜上部的变风量阀、排风机和排风管，所述酸雾净化系统包括设置在通风柜导流板和排风柜背板之间的若干个PP分水球、设置在PP分水球上部的喷嘴、设置在PP分水球下部的PP上水箱、设置在排风柜底座的PP下水箱，PP下水箱设有多个水位探头控制装置、PH值调节计量泵以及防腐水泵，PP下水箱通过循环水泵和循环水管向喷嘴提供循环喷淋水，PP上水箱与PP下水箱管连通；使用时，酸雾气体上行，水下行，形成逆流交换，酸雾气体与水雾充分接触，大量酸雾溶入水中得以净化高氯酸；同时也设置计量泵，当PP下水箱中水的PH值升高至一定数值时，PP下水箱中自动加入碱性试剂进行中和反应后排走符合排放标准的废水，废水排空后再往PP下水箱中注入新鲜水质以供继续循环喷淋使用。

进一步地，所述通风柜的迎风断面设计风速2m/s；通风柜的操作视窗安全面风速0.5m/s，操作视窗开启最大高度700mm。

进一步地，所述PP分水球过滤段高度为300mm，通风柜最大风量运行时，酸雾通过PP分水球过滤段的时间约0.15s。

进一步地，所述喷嘴选用120度的雾化喷嘴，数量2－3个，喷嘴的材质选用防腐性能强的PP材质。

进一步地，所述PP分水球直径约50mm，PP分水球是椭圆形球体，球表面有很多细小的分水带，内部有交错的分水带，PP分水球用于提高水对酸雾的吸附面积，同时也增加吸附时间，PP分水球的材质选用防腐性能强的PP材质。

进一步地，所述循环水泵选用防腐性能强的PP材质，低噪音型离心磁力泵，设计采用水流量2-3m³/h，扬程15-20m的低噪音型离心磁力泵，电机功率约0.55kw。

进一步地，所述PP下水箱在给水高度、溢流口高度、排水高度这些入口的位置，装有液位显示器，当液位过低时将有报警信号发出。排水前要控制PH值，当PH值达到排放标准时方可排放，酸碱中和反应将无机盐沉淀在水箱内部，为避免此种情况，每个月循环排放15分钟后排空废水，再加满新鲜水质。通过计量泵根据PH值自动加入碱性试剂进行中和反应后排走废水，并注入新鲜水质；计量泵的工作状态与PH值的测量结果是联系在一起的，当PH值大小设定值时，计量泵将开始工作，为此设计中将对碱罐的溶液贮存量进行安全监控，确保里面有充足的碱液。

进一步地，变风量控制系统包括风速传感器、位移传感器、变风量控制阀及控制器，风速传感器测量通风柜的面风速，位移传感器及面风速传感器计算出通风柜的标准风量，控制器快速调节变风量控制阀的开度，保证通风柜标准风量值及其稳定性；通风柜上方安装区域安装传感器，通风柜面风速自动切换；通风柜的视窗开启高度过高或过低，控制器会发出报警提示信号，以便即时修正；面风速过高或高低，控制器会发出报警提示信号，以便即时修正；紧急情况下，开启紧急排风，通风柜排风量不受变风量控制，以最大风量工作。

进一步地，还设有水箱水位安全监控装置、循环水泵安全监控装置、PH控制器与计量泵的安全监控装置、碱液罐的安全监控装置、酸水收集箱的安全监控装置、给水安全监控装置、排水安全监控装置、通风柜风量监控装置、排风机的安全监控装置、过滤段阻力特性安全监控装置，所有这些监控装置为中央监控并预留有与楼宇自控系统并网接口及通用的通讯协议。

本实用新型在通风柜内部配置水过滤系统，利用高氯酸快速溶于水的特性，对高氯酸进行高达99%的吸收率，排风柜内部及排风管道内部不会再产生高氯酸结晶层，有效防止了产生结晶层而导致的燃烧爆炸事故发生，彻底解决安全隐患，创造一个安全、节能、环保、舒适的实验室。

本实用新型与目前市场上的通风柜净化系统相比：

1、更加安全：本实用新型通风柜将高效吸收高氯酸等强酸，避免高氯酸在通风管道及部件上产生结晶层，引起爆炸；

2、高氯酸通风柜使用起来更加灵活，更加节能、环保。

本实用新型不局限于高氯酸实验，可以用于盐酸、硝酸、氢氟酸等强酸碱类及易溶于水的有机化学物质的实验，所以高氯酸型通风柜的使用范围是比较广泛的，有了高氯酸型通风柜以后，为实验室行业的设计师提供了广阔的平台，为建设一个安全、环保、节能的实验室提供了下个重要帮手，希望在这个领域有所作为，昌导实验室行业朝着更健康的方向前进。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型的工作原理示意图；

图2为本实用新型通风柜系统的结构示意图；

图3为本实用新型通风柜净化段断面风速的示意图；

图4为本实用新型通风柜工作原理示意图；

图5为本实用新型通风柜控制系统示意图；

图6为本实用新型通风柜PP下水箱示意图；

图7为现有的通风柜的酸雾净化系统工作原理图；

图8为现有的通风柜系统结构示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、6所示，本实用新型为一种安全节能高氯酸通风柜，包括通风柜1，通风柜1上方配置变风量控制系统及酸雾净化系统，所述变风量控制系统包括设置在通风柜1上部的变风量阀2、排风机3和排风管4，所述酸雾净化系统包括设置在通风柜1导流板11和排风柜背板12之间的若干个PP分水球5、设置在PP分水球5上部的喷嘴6、设置在PP分水球5下部的PP上水箱7、设置在排风柜底座13的PP下水箱8，PP下水箱8设有多个水位探头控制装置、PH值调节计量泵以及防腐水泵，PP下水箱8通过循环水泵81和循环水管82向喷嘴6提供循环喷淋水，PP上水箱7与PP下水箱8管连通；使用时，酸雾气体上行，水下行，形成逆流交换，酸雾气体与水雾充分接触，大量酸雾溶入水中得以净化高氯酸；同时也设置计量泵，当PP下水箱8中水的PH值升高至一定数值时，PP下水箱8中自动加入碱性试剂进行中和反应后排走符合排放标准的废水，废水排空后再往PP下水箱8中注入新鲜水质以供继续循环喷淋使用。图5为本实用新型通风柜控制系统示意图。

如图7、8所示，传统型通风柜的酸雾净化系统工作原理图，从该原理图中看出，酸雾在净化前需要经过通风柜内部结构、排风管道及管件、排风机，这些地方会产生高氯酸结晶层，留有多处安全隐患，这些传统型通风柜目前国内外都在生产，但针对类似高氯酸的排风柜就没有相应的产品。我们在传统通风柜的基础上进行全面优化设计，包括通风柜的外型、排风柜的排风量、排风柜的净化装置、排风柜的防腐性材质、排风柜的安全控制等各方面进行全面论证设计。

如图3所示，本实用新型高氯酸通风柜的迎风断面设计风速2m/s，风速不宜过低，过低会增加排风柜的外形尺寸，占地、造价、安装难度增加；风速不宜过高，过高风阻力增大、水滴容易吹到排风管道内部，运行成本增加。

如图4所示，本实用新型高氯酸通风柜1的操作视窗安全面风速0.5m/s，操作视窗开启最大高度700mm，1500宽通风柜操作视窗的有效净宽1300mm，如此推算：

通风柜最大排量：0.5*1300*700≈1700m³/h

断面面积：1700/3600/2.0=0.236m²

则通风柜过滤段净深：0.236/1.3=180mm，取净深L=200mm。

如图1所示，空气上行，水下行，形成逆流交换，空气与水雾充分接触，大量酸雾溶入水中达到净化高氯酸的目标，过滤段不宜过低，过低会导致空气与水雾的接触混合时间较短，水雾不能充分吸收酸液，过滤段不宜过高，过高将增加排风的阻力，导致排风机的压力变大，增加能耗，现设计300mm高，排风柜最大风量运行时，酸雾通过过滤段的时间约：0.3/2=0.15s，其实这种靠高度接触取得的时间是非常有限的，即使把过滤段高度调整最大高度1000mm，酸雾通过过滤段的时间也只有0.5s，这点将是此产品的一个重要技术指标及难点。酸雾净化效率除时间因素外，还与酸雾与水雾接触的面积有很大的关系，喷水的雾化程度越高，其吸附酸雾的能力越强，同时喷嘴数量要足够，保证喷出来水雾能完全覆盖酸雾经过的段面，以1500宽通风柜为例，根据通风柜的形状及空间大小，宜选用120度的雾化喷嘴，数量2－3个。喷嘴的材质要求防腐性能强，目前多选用PP材质。

喷嘴6的雾化能力是有限的，在过滤段我们装有直径约50mm的分水球，分水球是椭圆形球体，球表面有很多细小的分水带，内部有交错的分水带，通过分水球的功能将大大提供水对酸雾的吸附面积，同时也增加了吸附时间。分水球的材质要求防腐性能强，目前多选用PP材质。

除掉水的雾化效率、分水球的分水效率，还要考虑到喷嘴的喷水压力与喷水量的设计，我们要根据风量与水量的合适比例进行配比，可适当增加水的流量，循环水泵的材质要求防腐性能强，目前多选用PP材质，低噪音型离心磁力泵。有了循环水泵，喷出来的水能够循环利用，节约用水量，设计采用水流量2-3m3/h，扬程15-20m的低噪音型离心磁力泵，电机功率约0.55kw。

随着酸雾不断地溶入循环水中，水的PH会越来越高，高氯酸的浓度也会会越来越高，甚至达到饱和浓度，导致水溶液的吸附效率相应降低，我们设计通过计量泵根据PH值自动加入碱性试剂进行中和反应后排走废水，并注入新鲜水质。

由图1看出，PP上水箱7的形状不规则，安装操作空间有限，在设计过程中要充分考虑到水箱本身的结构的牢固性，要考虑到上水箱的固定安装、喷嘴的安装、检修更换，过滤段分水球的安装、检修更换，喷淋箱体与通风柜有机的组合，也是此款通风柜能否标准化的一个重要因素，特别是将喷淋箱体通过模具进行标准化生产。

由图6所示，PP下水箱8外形尺寸根据排风柜的下座量身定做，方便今后的维护与检修，水箱是废水收集装置，必须做好相应的安全控制：

给水安装控制：适当设计给水高度、溢流口高度、排水高度，同时这些入口的位置，设计要有液位显示器，当液位过低时将有报警信号发出。

排水安全控制：排水前要控制PH值，当PH值达到排放标准时方可排放，酸碱中和反应将无机盐沉淀在水箱内部，为避免此种情况，我们在此操作规程将强调每个月（具体周期可适当调整）循环排放15分钟后排空废水，再加满新鲜水质。

计量泵的安全控制：计量泵的工作状态与PH值的测量结果是联系在一起的，当PH值大小设定值时，计量泵将开始工作，为此设计中将对碱罐的溶液贮存量进行安全监控，确保里面有充足的碱液。

高氯酸通风柜风量的控制：

通风柜内部的负压取决于通风柜的排风量，在保证足够负压的前提下还要保持相对独立的稳定性，为保证高氯酸型通风柜足够的安全性，我们在产品研发过程中保证这些安全因素，如下图所示，在通风柜上方配置变风量控制系统，这个变风量控制系统与酸雾净化系统一起成为高氯酸通风柜的标准配置，形成标准化产品。

根据风速传感器测量出通风柜的面风速。

根据位移传感器及面风速传感器计算出通风柜的标准风量，控制器快速调节变风量控制阀的开度，保证通风柜标准风量值及其稳定性。

通风柜上方安装区域存在传感器，通风柜面风速自动切换，既保证安全，又节约能源。

视窗开启高度过高或过低，控制器会发出报警提示信号，以便即时修正。

面风速过高或高低，控制器会发出报警提示信号，以便即时修正。

紧急情况下，开启紧急排风，通风柜排风量不受变风量控制，以最大风量工作。

集中监控：水箱水位安全监控、循环水泵安全监控、PH控制器与计量泵的安全监控、碱液罐的安全监控、酸水收集箱的安全监控、给水安全监控、排水安全监控、通风柜风量监控、排风机的安全监控、过滤段阻力特性安全监控等等，所有这些监控设计为中央监控并预留有与楼宇自控系统并网接口及通用的通讯协议，达到操作简单、使用方便的目的。

系统设计更加灵活多样：理化类实验室的通风柜数量较多，不是每台都需要做酸雾净化装置，我们只好分成两套系统，一套配置酸雾净化装置、另一套不配置酸雾净化装置，通风系统的管道数量增加、风机数量增加、管井点位增加，电控数量增加，整体造价增加，要不然就选用一台较大酸雾净化装置，增加能耗；有了高氯酸型通风柜，设计师针对有酸雾净化需的地方选用高氯酸型通风柜，高氯酸通风柜与其它通风柜共用一个系统，不再加装酸雾净化装置，节约能源、降低造价，更加环保。

新产品的延伸：

目前市场上有进口品牌的无管道通风柜（符合JG/T3852012），其主要采用活性炭吸附有机类化学物质及轻度的酸雾，在实验室应用中有诸多局限，如果我们的高氯酸酸型通风柜能够通过相关环境监测部门环保监测、研制成功，同样可以做成无管道通风柜，今后将酸雾净化系统与活性炭吸附系统有机的组合，做成无管道通风柜，扩大此款通风柜的应用范围，实验室的能耗将会得到有效控制。

附经济节能分析表，以广州地区为例：

每台通风柜每小时费用表（元）

通风柜型号	净化费用	耗电费用	通风费用	全部费用
					FH-1200	1.36	0. 60	0.30	2.26
FH-1500	1.36	0.60	0.40	2.36
					FH-1800	1.36	0.60	0.45	2.41

每台通风柜排风空调损耗的费用表（元）

通风柜型号	FH-1200	FH-1500	FH-1800
				空调费用	8.26	10.67	13.07

从上可以看出，如做成无管道型通风，将大大降低实验室运行成本。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种安全节能高氯酸通风柜，其特征在于：包括通风柜（1），通风柜（1）上方配置变风量控制系统及酸雾净化系统，所述变风量控制系统包括设置在通风柜（1）上部的变风量阀（2）、排风机（3）和排风管（4），所述酸雾净化系统包括设置在通风柜（1）导流板（11）和排风柜背板（12）之间的若干个PP分水球（5）、设置在PP分水球（5）上部的喷嘴（6）、设置在PP分水球（5）下部的PP上水箱（7）、设置在排风柜底座（13）的PP下水箱（8），PP下水箱（8）设有多个水位探头控制装置、PH值调节计量泵以及防腐水泵，PP下水箱（8）通过循环水泵（81）和循环水管（82）向喷嘴（6）提供循环喷淋水，PP上水箱（7）与PP下水箱（8）管连通；使用时，酸雾气体上行，水下行，形成逆流交换，酸雾气体与水雾充分接触，大量酸雾溶入水中得以净化高氯酸；同时也设置计量泵，当PP下水箱（8）中水的PH值升高至一定数值时，PP下水箱（8）中自动加入碱性试剂进行中和反应后排走符合排放标准的废水，废水排空后再往PP下水箱（8）中注入新鲜水质以供继续循环喷淋使用。

2.根据权利要求1所述的高氯酸通风柜，其特征在于：所述通风柜（1）的迎风断面设计风速2m/s；通风柜（1）的操作视窗安全面风速0.5m/s，操作视窗开启最大高度700mm。

3.根据权利要求1或2所述的高氯酸通风柜，其特征在于：所述PP分水球（5）过滤段高度为300mm，通风柜（1）最大风量运行时，酸雾通过PP分水球（5）过滤段的时间约0.15s。

4.根据权利要求3所述的高氯酸通风柜，其特征在于：所述喷嘴（6）选用120度的雾化喷嘴，数量2－3个，喷嘴（6）的材质选用防腐性能强的PP材质。

5.根据权利要求4所述的高氯酸通风柜，其特征在于：所述PP分水球（5）直径约50mm，PP分水球（5）是椭圆形球体，球表面有很多细小的分水带，内部有交错的分水带，PP分水球（5）用于提高水对酸雾的吸附面积，同时也增加吸附时间，PP分水球（5）的材质选用防腐性能强的PP材质。

6.根据权利要求5所述的高氯酸通风柜，其特征在于：所述循环水泵（81）选用防腐性能强的PP材质，低噪音型离心磁力泵，设计采用水流量2-3m³/h，扬程15-20m的低噪音型离心磁力泵，电机功率约0.55kw。

7.根据权利要求6所述的高氯酸通风柜，其特征在于：所述PP下水箱（8）在给水高度、溢流口高度、排水高度这些入口的位置，装有液位显示器，当液位过低时将有报警信号发出。

8.根据权利要求7所述的高氯酸通风柜，其特征在于：变风量控制系统包括风速传感器、位移传感器、变风量控制阀及控制器，风速传感器测量通风柜的面风速，位移传感器及面风速传感器计算出通风柜（1）的标准风量，控制器快速调节变风量控制阀的开度，保证通风柜（1）标准风量值及其稳定性；通风柜（1）上方安装区域安装传感器，通风柜（1）面风速自动切换；通风柜（1）的视窗开启高度过高或过低，控制器会发出报警提示信号，以便即时修正；面风速过高或过低，控制器会发出报警提示信号，以便即时修正；紧急情况下，开启紧急排风，通风柜（1）排风量不受变风量控制，以最大风量工作。

9.根据权利要求8所述的高氯酸通风柜，其特征在于：还设有水箱水位安全监控装置、循环水泵安全监控装置、PH控制器与计量泵的安全监控装置、碱液罐的安全监控装置、酸水收集箱的安全监控装置、给水安全监控装置、排水安全监控装置、通风柜风量监控装置、排风机的安全监控装置、过滤段阻力特性安全监控装置，所有这些监控装置为中央监控并预留有与楼宇自控系统并网接口及通用的通讯协议。