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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Rauchextraktions- und Filtervorrichtung
und insbesondere eine tragbare Rauchextraktions- und Filtervorrichtung.
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Hintergrund und Zusammenfassung
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Gewöhnlich wird
eine Rauchextraktionsvorrichtung bereitgestellt, um Rauch von Arbeitsplätzen zu
entfernen, an welchen Rauch erzeugt werden kann, wie etwa an chemischen
Arbeitsplätzen,
Lötarbeitsplätzen, und
anderen Arbeitsplätzen.
Rauchextraktionsvorrichtungen werden in einigen Kategorien bereitgestellt.
Eine der Kategorie einer Rauchextraktionsvorrichtung wird gelegentlich
eine Spitzenextraktionsvorrichtung genannt, welche typischerweise in
Anwendungen, wie etwa Löten
zum Entfernen von Lötrauch
im wesentlichen bei seiner Quelle benutzt wird. In einer Spitzenextraktionsvorrichtung
zieht ein Vakuum Luft durch eine Röhre mit kleinem Durchmesser,
welche an der Spitze zum Beispiel eines handgehaltenen Lötkolbens
befestigt ist. Spitzenextraktionsvorrichtungen sind hauptsächlich nützlich für Anwendungen,
in welchen relativ kleine Mengen an Rauch erzeugt werden.
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Eine
andere Kategorie einer Rauchextraktionsvorrichtung ist ein Auslegerextraktionssystem,
in welchem Luft von einem Arbeitsplatz durch ein Rohr (duct) mit
relativ großem
Durchmesser gezogen wird. Auslegerextraktionssysteme gibt es in
verschiedenen Größen, sie
ziehen aber als eine allgemeine Regel große Luftvolumina von Arbeitsplätzen ab.
Die Ausleger sind typischerweise einstellbar, um sie an spezifische
Rauchextraktionserfordernisse anzupassen.
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Kleinere
Auslegerextraktionssysteme umfassen typischerweise einen Ausleger,
welcher mit einer entfernten Vakuum- und Filtervorrichtung verbunden ist.
In kleineren Auslegerextraktionssystemen ist es in der Vergangenheit
schwierig gewesen, gewünschte
Volumenflussraten und geeignete Drücke zu erzielen, welche für eine geeignete
Filtration erforderlich sind, ohne die Systeme übermäßig sperrig und geräuschvoll
zu machen. Fernauslegerextraktionssysteme des Standes der Technik
sind entweder so groß,
dass sie mit einem beräderten
Wagen ausgestattet sein müssen,
um zu gestatten, die Systeme von einer Stelle zu einer anderen Stelle
zu bewegen, oder zu ineffektiv für
viele Rauchextraktionsanwendungen. Größere Auslegerextraktionssysteme
umfassen typischerweise einen Ausleger oder eine stationäre Haube
bei dem Arbeitsplatz, welcher bzw. welche durch ein Rohrwerk mit
einer entfernten Vakuumanordnung verbunden ist. Die Vakuumanordnung
ist typischerweise sehr überdimensioniert,
um eine Benutzung einer einzelnen Vakuum- und Filteranordnung für mehrere
Arbeitsplätze
zu erlauben, und eine Abwandlung der Rauchextraktionsvorrichtung
zu erlauben, um zusätzliches
Rohrwerk für
weitere Arbeitsplätze
zu umfassen. Vorteile der größeren Vorrichtungen
umfassen die Fähigkeit
der Vorrichtung, große
Luftvolumina durch hochwirkungsvolle Filter zu ziehen und eine entfernte
Positionierung von Komponenten, welche Lärm machen, wie etwa Gebläseanordnungen
und Motoren, um den Geräuschpegel
bei dem entfernten Arbeitsbereich zu minimieren.
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Ein
offensichtlicher Nachteil der Rauchextraktionsvorrichtung mit entfernten
Vakuum- und Filteranordnungen ist, dass sie nicht bequem an verschiedene
Situationen anpassbar sind. Zum Beispiel ist es oft notwendig, Rauch
von einer Stelle entfernt von dem Ausleger oder der stationären Haube
zu extrahieren. Ohne das ausgedehnte Rohrwerk bereitzustellen, welches
notwendig ist, mit dem Vakuum zu verbunden zu werden, ist die Rauchextraktionsvorrichtung
im wesentlichen nutzlos in solchen Situationen. Offensichtlich ist
es nicht immer möglich
oder praktisch, ein Rohrwerk zur Rauchextraktion in allen Situationen
bereitzustellen.
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Ein
weiterer Nachteil für
eine Vorrichtung mit entfernter Vakuum- und Filteranordnung ist,
dass sie dazu tendieren ineffizient zu sein. Weil das Vakuumsystem
typischerweise überdimensioniert
ist, um eine Erweiterung der Rauchextraktionsvorrichtung zu erlauben,
ist das Vakuum selten optimal in der Größe für eine bestimmte Anwendung
eingerichtet. Als ein Resultat wird Energie verschwendet und eine
kostspieligere Ausstattung wird benutzt als notwendig ist. Weil
die meisten herkömmlichen
Rauchextraktionsvorrichtungen außerdem AC-Motoren umfassen, welche
dazu ausgelegt sind, bei Frequenzen von 60 Zyklen pro Sekunde in
den Vereinigten Staaten oder bei Frequenzen von 50 Zyklen pro Sekunde
in vielen europäischen
Ländern
zu operieren, arbeiten sie nicht effizient, wenn sie mit Energiequellen
benutzt werden, welche andere sind als für welche sie speziell entworfen
worden sind. Wenn ein zweipoliger AC-Motor mit einer konventionellen
Energieversorgung aus den Vereinigten Staaten benutzt wird, wird er
darauf beschränkt
sein, bei 3600 rpm zu operieren. Während AC-Motoren bei höheren Geschwindigkeiten
betrieben werden können,
wenn sie mit einer speziell angepassten Energieversorgung mit variabler Frequenz
ausgestattet sind, welche Energie bei höheren Frequenzen als konventionelle
Energieversorgungen bereitstellt, führt dies den Systemen, welche AC-Motoren
beinhalten, unerwünschte
Kosten zu. Es ist wünschenswert,
eine tragbare Rauchextraktionsvorrichtung bereitzustellen, welche
in der Lage ist, bei hohen Geschwindigkeiten zu operieren, ohne dass
Erfordernis, eine speziell angepasste Energieversorgung mit variabler
Frequenz bereitzustellen. Noch ein weiterer Nachteil für Vorrichtungen
mit entfernten Vakuum- und Filteranordnungen ist, dass sie dazu
tendieren, ziemlich groß zu
sein, auch wenn sie nur dazu gebraucht werden, Rauch aus einem begrenzten
Bereich zu extrahieren. Als ein Resultat ist der Raum, welcher mit
größerem Vorteil
für andere Zwecke
genutzt werden könnte,
für die
Rauchextraktionsvorrichtung verschwendet.
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Zusätzlich zu
den herkömmlichen
Rauchextraktionsvorrichtungen des Typs, welcher ein Rohrwerk hat,
welches sich zwischen einem Arbeitsplatz und einem Vakuum erstreckt,
sind verschiedene andere Formen von eigenständigen Rauchextraktionsvorrichtungen
bekannt. Wohlbekannte Beispiele von eigenständigen Rauchextraktionsvorrichtungen
sind die Luftreiniger, welche auf einem Tisch oder am Boden montiert
sind, welche gelegentlich dazu benutzt werden, um nicht gefährlichen
oder minimal gefährlichen
Rauch, wie etwa Tabakrauch, von Räumen zu extrahieren. Diese
Vorrichtungen sind typischerweise sehr leichtgewichtig. Sie haben
typischerweise Einlässe,
durch welche Luft durch eine Motor-betriebene Gebläseanordnung
innerhalb eines Gehäuses
der Vorrichtung gezogen wird, einen Filter, durch welchen die Luft
tritt, nachdem sie in das Gehäuse
gezogen ist, und Auslässe,
durch welche die Luft geleitet wird, nachdem sie durch den Filter
hindurchgetreten ist.
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Generell
gesprochen sind kleinere Rauchextraktionsvorrichtungen nicht geeignet
für Anwendungen,
für welche
größere Rauchextraktionsvorrichtungen
mit entferntem Vakuum und Filtern benutzt werden. Weil ihre Größe begrenzt
werden muss, zum Beispiel auf Volumen vorzugsweise ungefähr 1 ft3 (0,03 m3) oder
weniger für
eine bequeme Tragbarkeit, auf eine Basisfläche von weniger als ungefähr 100 Inch2 (0,7 ft2, 0,965
m2), um einen Raum nur minimal zu stören, und
auf Höhen
von nicht mehr als ungefähr
14'' (0,35 m) für eine Benutzung
mit vielen kommerziell erhältlichen
vorgefertigten Arbeitstischeinheiten. Vor der vorliegenden Erfindung
erforderten kleine, eigenständige
Rauchextraktionsvorrichtungen große Motoren und/oder ineffiziente
Filter mit niedrigerem Druckabfall, um die vergleichbaren Luftvolumina
zu bewegen wie die Volumina, welche durch größere Rauchextraktionsvorrichtungen
pro Arbeitsplatz bewegt werden. Wenn eine Effektivität eines
Filters ansteigt, steigt typischerweise die Menge eines Druckabfalls über den
Filter an, und die Größe des Motors
und der Gebläsevorrichtungsanordnung
steigt an, welche notwendig ist, den Druckabfall zu überwinden.
Als ein praktischer Grund sind Motorgröße und Filtereffektivität solch
begrenzende Merkmale von kleineren, eigenständigen Rauchextraktionsvorrichtungen
gewesen, dass, wenn sie in irgendeiner bequem tragbaren Größe gebaut
sind, sie einfach nicht in der Lage sind, einen Rauchextraktions-
und Filtereffekt bereitzustellen, welcher vergleichbar ist zu dem,
welcher durch herkömmliche stationäre Rauchextraktionsvorrichtungen
bereitgestellt ist.
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Ein
weiterer Nachteil für
bekannte eigenständige
Rauchextraktions- und Filtervorrichtung ist, dass, wenn sie von
genügender
Größe sind,
Luftvolumina pro Einheitszeit zu bewegen, welche vergleichbar zu
den Volumina sind, welche durch herkömmliche stationäre Vorrichtungen
bei einem einzelnen Arbeitsplatz bewegt werden, die eigenständigen Vorrichtungen
dazu tendieren, ziemlich laut zu sein. Der Lärm ist typischerweise ein Resultat
des Betriebs eines großen
Motors und einer Drehung von Komponenten der Gebläsevorrichtung.
Weil die eigenständigen
Rauchextraktions- und Filtervorrichtungen beabsichtigt sind, dort
aufgestellt zu werden, wo auch die Leute sind, welche sie benutzen,
müssen
Geräuschpegel
niedrig gehalten werden. Als eine Folge dieses Aspekts sind die
meisten eigenständigen
Rauchextraktions- und Filtervorrichtungen genügend klein, so dass ein Betrieb
des Motors und eine Drehung der Gebläseanordnungskomponenten Lärm bei einem
annehmbar niedrigen Pegel hält. Weil
eine Motorgröße und Gebläseanordnungsgeschwindigkeiten
oder -größen begrenzt
sind, haben diese Strukturen die Wirkung, die Menge an Luft, welche
durch die Anordnung gezogen werden kann und die Effektivität des Filters,
welcher benutzt werden kann, zu begrenzen.
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US 5,268,012 offenbart einen
Rauchextraktor, welcher ein Gehäuse
mit einem Aufnahmeraum umfasst und eine untere Platte, welche mit
zumindest einer Saugöffnung
ausgestattet ist; mindestens ein Sauggerät, wobei das Sauggerät einen
Motor hat, welcher an einer oberen Platte des Gehäuses angebracht
ist und welcher mit einer drehbaren Welle ausgestattet ist, auf
welcher ein Windschaufelrad in solch einer Weise angebracht ist,
dass das Windschaufelrad einer Stellung der mindestens einer Saugöffnung entspricht;
wobei dass mindestens eine Sauggerät an einer Peripherie davon
bereitgestellt mit einem Filtrationselement einer zylindrischen
Konstruktion bereitgestellt ist, welches ein oberes Segment und
ein unteres Segment hat, welche an der oberen Platte beziehungsweise
und der unteren Platte des Gehäuses
befestigt sind; wobei das Filtrationselement weiterhin eine innere
Wand hat, welche in einem Abstand von dem Windschaufelrad angeordnet ist;
wobei das Gehäuse
bei einer geeigneten Stellung davon mit einem Auslassteil bereitgestellt
ist, welcher eine Mehrzahl von Auslassöffnungen hat; und eine Ölsammelfalle,
welche auf der unteren Platte außerhalb einer äußeren Wand
des Filtrationselements positioniert ist, um Öl von dem Filtrationselement
zu sammeln. Die Benutzung einer Rohranordnung ist nicht offenbart.
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WO
98/41858 offenbart eine Rauchextraktionsvorrichtung, welche eine
Filtervorrichtung umfasst, um Rauch von Luft zu entfernen, welche
dadurch tritt, wobei ein Rauchdetektor nachgeschaltet der Filteranordnung
angeordnet ist, um Rauch in Ausgabeluft von der Filteranordnung
zu detektieren und dazu ausgebildet ist, ein Warnsignal auszugeben,
wenn ein vorbestimmter Pegel von Rauch in der Ausgabeluft detektiert
wird.
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Die
Rauchextraktionsvorrichtung, welche in den Zeichnungen von WO 98/41858
illustriert ist, besteht aus einer tragbaren Einheit, wie in den 3 und 4 gezeigt,
für eine
Aufstellung an dem Arbeitsplatz, zum Beispiel angrenzend an einen
Lötarbeitstisch
für eine
Verbindung zu einem Rauchkollektorrohrwerk über eine Einlassöffnung.
Die Einheit besteht aus einem Gehäuse mit einem entfernbaren Deckel
für einen
Zugang zu Filtern und einer Pumpe innerhalb des Gehäuses. Die
Pumpe saugt Luft durch die Filter von der Einlassöffnung und
entlüftet sie über eine
Auslassöffnung
an die Atmosphäre.
Die Filter umfassen einen Vorfilter um weitere Partikel zu entfernen,
einen HEPA-Filter,
und einen Aktivkohlenstoff-Filter, um giftige/unausstehliche Gase
und Chemikalien zu entfernen. Die Benutzung einer Rohranordnung
ist nicht offenbart.
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US 4,312,291 betrifft einen
Absorber für
giftigen Rauch für
eine Quelle von giftigem Rauch, welcher in einer chemischen Reaktion
erzeugt ist, welche eine Zustandsänderung mit sich bringt, welche Wärme erfordert.
Der Absorber für
giftigen Rauch umfasst einen länglichen
Mehrfachverteiler, der dazu ausgebildet ist, nebeneinander neben
der Rauchquelle aufgestellt zu werden; eine längliche nach oben weisende Öffnung zu
dem Mehrfachverteiler, wobei die Öffnung angrenzend und unterhalb
der Rauchquelle angeordnet ist; eine längliche Haube, welche sich
von dem Mehrfachverteiler erstreckt und die Rauchquelle zumindest
teilweise umfasst; eine Vakuumquelle, welche mit dem Mehrfachverteiler verbunden
ist, um den Rauch hinunter von der Rauchquelle und in den Mehrfachverteiler
zu ziehen; ein Filtermittel, um den Ausfluss von dem Mehrfachverteiler
zu erhalten, den giftigen Rauch davon zu entfernen und den Ausfluss
an die kontrollierte Atmosphäre
zurückzugegeben.
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Keine
vor der vorliegenden Erfindung vorhandene Rauchextraktionsvorrichtung
ist bekannt, welche bequem tragbar ist sowie in der Lage ist, ein genügendes Luftvolumen
von einem Arbeitsplatz und durch einen hocheffektiven Filter zu
ziehen. Es ist wünschenswert,
eine Rauchextraktions- und Filtervorrichtung bereitzustellen, welche
bequem tragbar ist und in der Lage ist, ein genügendes Luftvolumen von einem
Arbeitsplatz und durch einen hocheffektiven Filter zu ziehen. Außerdem ist
es wünschenswert,
solch eine eigenständige
Rauchextraktions- und
Filtervorrichtung bereitzustellen, welche bei einem genügend niedrigen
Geräuschpegel
arbeitet, um bei einem Arbeitsplatz lokalisiert zu sein. Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erlauben, eine tragbare und eigenständige Vorrichtung
bereitzustellen, welche mit hocheffektiven Filtern benutzbar ist
und in der Lage ist, bei geringen Geräuschpegeln zu arbeiten, verglichen
mit Vorrichtungen des Standes der Technik, welche in der Lage sind,
vergleichbare Luftvolumina zu filtern.
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Die
Rauchextraktions- und Filtervorrichtung, welche in der vorliegenden
Erfindung benutzt wird, umfasst ein Gehäuse, welches eine Basis und
einen oberen Teil umfasst, welcher mit einer oberen Seite der Basis
verbunden ist. Die Basis umfasst einen Einlass an einer deren Seite,
wobei der Einlass in das Gehäuse
führt und
in einer Flusskommunikation mit einem Auslass in dem oberen Teil ist.
Ein Motor ist in dem Gehäuse
angeordnet. Eine Gebläseanordnung ist
in dem Gehäuse
angeordnet und durch den Motor antreibbar, um Luft in den Einlass
zu ziehen und zu bewirken, dass die Luft durch den Auslass austritt. Ein
Filter ist in dem Gehäuse
zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet und ist dazu ausgebildet,
um Luft, welche in den Einlass gezogen ist, zu filtern, bevor die
Luft durch den Auslass austritt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Rauchextraktions- und Filtervorrichtungsanordnung
eine eigenständige,
an einem Arbeitsplatz aufstellbare Rauchextraktions- und Filtervorrichtung
und eine Rohranordnung. Die Rauchextraktions- und Filtervorrichtung
umfasst ein Gehäuse,
welches eine Basis und einen oberen Teil umfasst, welcher mit einer
oberen Seite der Basis verbunden ist. Die Basis umfasst einen Einlass
an einer deren Seite, wobei der Einlass in das Gehäuse führt und
in einer Flusskommunikation mit einem Auslass in dem oberen Teil ist.
Ein Motor ist in dem Gehäuse
angeordnet. Eine Gebläseanordnung
ist in dem Gehäuse
angeordnet und durch einen Motor antreibbar, um Luft in den Einlass
zu ziehen und zu bewirken, dass Luft durch den Auslass austritt.
Ein Filter ist in dem Gehäuse
zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet und ist dazu ausgebildet,
um Luft zu filtern, welche in den Einlass gezogen ist, bevor die
Luft durch den Auslass austritt. Die Rohranordnung ist an der Basis
anbringbar.
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Gemäß eines
bevorzugten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst eine Rauchextraktions- und
Filtervorrichtung ein Gehäuse,
welches eine Seitenwand umfasst, welche eine Einlassöffnung hat, welche
sich von einem Punkt oberhalb eines offenen Bodens des Gehäuses zu
dem Boden des Gehäuses erstreckt
und einen Einlass, welcher in das Gehäuse führt und in Flusskommunikation
mit einem Auslass ist, welcher nächst
zu einem oberen Ende des Gehäuses
ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen Motor, welcher in dem
Gehäuse
angeordnet ist, eine Gebläseanordnung,
welche in dem Gehäuse
angeordnet ist und durch den Motor antreibbar ist, um Luft in den
Einlass zu ziehen und zu bewirken, dass Luft durch den Auslass austritt,
und einen Filter, welcher in dem Gehäuse zwischen dem Einlass und
dem Auslass angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, um Luft, welche
in den Einlass gezogen ist, zu filtern, bevor die Luft durch den
Auslass austritt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden gut durch
Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden in Verbindung mit
den Zeichnungen, in welchen ähnliche
Zeichen ähnliche
Elemente bezeichnen und in welchen:
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1A und 1B perspektivische
Ansichten einer Rauchextraktions- und Filtervorrichtungsanordnung
bzw. einer Rauchextraktions- und Filtervorrichtung von vorne sind,
gemäß Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung;
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2A eine
perspektivische Ansicht der Rauchextraktions- und Filtervorrichtungsanordnung der 1A von
hinten und 2B eine perspektivische Ansicht
der Rauchextraktions- und
Filtervorrichtung der 1B von hinten ist;
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3 eine
vergrößerte Vorderansicht
der Komponenten der Rauchextraktions- und Filtervorrichtungsanordnung
gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
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4 eine
vergrößerte Seitenansicht
der Komponenten der Rauchextraktions- und Filtervorrichtungsanordnung
der 3 ist;
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5 eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht von Komponenten einer zweistufigen Gebläseanordnung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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6 ein
Graph ist, in welchem für
zwei Rauchextraktoren über
denselben Filter Druck gegen Volumenflussrate aufgetragen ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Eine
Rauchextraktions- und Filtervorrichtungsanordnung 21 gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist in den 1A und 2A gezeigt.
Die Anordnung 21 umfasst eine tragbare Rauchextraktions-
und Filtervorrichtung 23 (1B und 2B)
und eine Rohranordnung 25. Die Vorrichtung 23 kann
getrennt von der Rohranordnung 25 benutzt werden, wenn
gewünscht
oder notwendig, wie in den 1B und 2B illustriert.
Die Vorrichtung 23 und die Anordnung 21 sind vorzugsweise
dimensioniert, um sie bequem auf, unter oder nahe einem chemischen
Arbeitsplatz, einem Lötarbeitsplatz
oder einem anderen Arbeitsplatz zu montieren, ohne übermäßigen Raum
an dem Arbeitsplatz einzunehmen, und um Luft in genügenden Volumenflussraten
zu ziehen und zu filtern und mit einer geeigneten Effektivität Partikel
zu entfernen, um anzuwendende Berufssicherheitsvorschriften zu erfüllen.
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Die
Filtervorrichtung 23 umfasst ein Gehäuse 27, welches eine
Basis 29 und einen oberen Teil 31 umfasst, welcher
mit einer Oberseite 33 der Basis verbunden ist. Die Basis 29 umfasst
einen Einlass 35 oder einen Luftsammelbereich an deren
einer Seite 37. Der Einlass 35 führt in das
Gehäuse 27 und
ist in einer Flusskommunikation mit einem Auslass 39 in dem
Oberteil 31.
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Wie
in den vergrößerten Ansichten
der 3 und 4 gesehen, ist ein Motor 41 in
dem Gehäuse 27 angeordnet.
Eine Gebläseanordnung 43 ist
auch in dem Gehäuse 27 angeordnet
und ist durch den Motor 41 antreibbar, um Luft in den Einlass 35 zu
ziehen und zu bewirken, dass Luft durch den Auslass 39 austritt.
Ein Filter 45 ist in dem Gehäuse 27 zwischen dem
Einlass 35 und dem Auslass 39 angeordnet und ist
dazu ausgebildet, um Luft, welche in den Einlass gezogen ist, zu
filtern, bevor die Luft durch den Auslass austritt.
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Die
Komponenten der Vorrichtung 23 sind vorzugsweise dazu ausgebildet,
zwischen ungefähr 42-50
CFM an Luft in den Einlass und über
einen HEPA- und Aktivkohlenstoff-Gasfilter mit einem 5,19 cm (2'') H2O-Druckabfall
zu ziehen, was eine Volumenflussrate ist, welche ausreichend für die meisten
Einzelbenutzerarbeitsplätze
ist, bei welchen die Anordnung 21 oder die Vorrichtung 23 momentan
zu benutzen beabsichtigt sind. Natürlich wird es geschätzt werden,
dass andere Volumenflussraten bereitgestellt werden können, wie
für besondere
Anwendungen gewünscht
oder notwendig. Die Komponenten der Vorrichtung 23 sind
auch vorzugsweise angeordnet, um nicht mehr als 53 dB in 0,5 m (ungefähr 20'') Abstand zu erzeugen, einem Abstand,
von dem angenommen wird, der typische Abstand von dem Ohr eines
Benutzers zu einem Punkt zu sein, an welchem der Rauchextraktor
gemäß der vorliegenden
Erfindung angeordnet sein wird. Wiederum kann der Geräuschpegel,
welcher durch die Vorrichtung 23 erzeugt wird, erhöht oder
erniedrigt werden, wie gewünscht
oder notwendig. Der Volumenumfang der Vorrichtung 23 ist
vorzugsweise weniger als 0,028 m3 (1 ft3) und bevorzugter sind die Abmessungen der Vorrichtung
bevorzugt ungefähr
10,5'' (27 cm) hoch × 11,5'' (29 cm) breit × 8,5'' (22
cm) tief.
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Um
gewünschte
hohe Volumenflussraten, niedrige Geräuschpegel und kleine Vorrichtungsgrößen zu erlangen,
ist die Vorrichtung 23 vorzugsweise mit Merkmalen bereitgestellt,
welche zusammenspielen, um eine kompaktere und leistungsfähige Vorrichtung
zu ergeben, als ohne die neue Kombination erreicht wird. Zum Beispiel
ist der Motor 41 vorzugsweise ein DC-Motor, und die Gebläseanordnung 43 ist ein
zweistufiges Gebläse,
welches ein Ansaugschaufelrad 47 umfasst und ein Ausstoßschaufelrad 49, welche
an gegenüberliegenden
Seiten eines Umlenkers 51 angeordnet sind. Das Ansaugschaufelrad 47 ist
näher an
dem Einlass 35 als das Ausstoßschaufelrad 49 und
das Ausstoßschaufelrad
ist näher
an dem Auslass 39 als das Ansaugschaufelrad.
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Die
vorteilhaften Merkmale der Vorrichtung 23 werden durch
die Kombination von Merkmalen in verschiedenen Weisen erreicht.
Durch Einstellen einer Schaufeldichte, das ist die Zahl von Schaufeln der
Gebläseanordnung 43,
wird der Geräuschpegel der
Gebläseanordnung
eingestellt. Insbesondere wurde entdeckt, dass, wenn mehr Schaufeln
an einem Schaufelrad bereitgestellt sind, der Lärm, welcher durch eine Drehung
des Schaufelrads erzeugt ist, vermindert ist. Ohne zu wünschen,
durch Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass Gründe für die Verminderung
an Lärm,
welche durch Bereitstellung von mehr Schaufelrädern auf einem Schaufelrad
resultiert, umfassen, dass, wenn zusätzliche Schaufeln hinzugefügt werden,
für jede
Drehung des Schaufelrads, jede Schaufel ein kleineres Luftvolumen
bewegt, als wenn weniger Schaufeln bereitgestellt sind. Die Zahl
an Schaufeln ist vorzugsweise ausgewählt, um gleichzeitig gewünschte Volumenflussraten
zu erzielen, ohne gewünschte
Geräuschpegel
zu übersteigen.
Zusätzlich
wurde entdeckt, dass, wenn die Höhen
des Ausstoßschaufelrads
und des Ansaugschaufelrads 47 und 49 und des Umlenkers 51 erhöht werden,
eine verbesserte Flusscharakteristik erreicht ist. Wenn z.B. eine
Höhe ansteigt, ist
der Druck leichter erreicht, welcher für eine geeignete Filterleistung
notwendig ist.
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Das
Ansaugschaufelrad 49 arbeitet wie ein Turbolader. Es erzeugt
einen anfänglichen
Lufttrichter und zwingt ihn in den Umlenker 51. Der Umlenker 51 wiederum
hilft, den Wirbel zu erhöhen
und zwingt die Luft weiter zu dem Ausstoßschaufelrad 49. Das Ausstoßschaufelrad 49 erhält den erhöhten Luftfluss und
unterstützt
dabei, ihn auszustoßen.
Weil das Ausstoßschaufelrad 49 dem
Luftfluss Energie hinzufügt,
ist. weniger Gegendruck zwischen der Gebläseanordnung 43 und
dem Auslass 39 als es in dem Fall wäre, wenn nur ein einzelnes
Schaufelrad benutzt würde
und folglich kann ein größeres Vakuum
in dem Bereich zwischen dem Einlass 35 und der Gebläseanordnung
erzeugt werden.
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Der
bevorzugte Filter 45 ist ein HEPA- und Aktivkohlenstoff-Gasfilter,
welcher Abmessungen von ungefähr
7'' breit × 7'' tief × 3,5'' dick
(18 cm breit × 18
cm tief × 9
cm dick) und einen Druckabfall von 2'' H2O bei Volumenflussraten unter 50 CFM (1,41 m3/min) hat. Bei dieser Volumenflussrate und
diesem Druckabfall wird der Filter 45 vorzugsweise 99,997 Prozent
aller Partikel, welche eine Größe von 0,3 μm oder mehr
haben, filtern und Klasse-100-Reinraum-US-Standard erfüllen.
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Die
Benutzung eines DC-Motors bietet den Vorteil einer höheren Energieausgabe
als ein typischer AC-Motor im wesentlichen derselben Größe. Außerdem bietet
die Benutzung eines DC-Motors den Vorteil, eine Vorrichtung bereitzustellen,
welche auf Grund von Unterschieden in einer Eingabe-Leistung weniger
anfällig
für Schwankungen
in einer Leistungsfähigkeit
ist als ein AC-Motor. Zum Beispiel neigt eine Leistungscharakteristik
von AC-Motoren dazu, abhängig
davon zu schwanken, ob der Motor mit einer konventionellen US-Energieversorgung oder
mit einer konventionellen Europäischen
Energieversorgung benutzt wird. Es ist entdeckt worden, dass eine
Kombination eines DC-Motors 41 mit einer zweistufigen Gebläseanordnung 43 in
der Lage ist, eine außerordentlich
wirkungsvolle Luftbewegungsausstattung zu ergeben, welche ein Minimum
an Raum erfordert, während
sie bei niedrigen Geräuschpegel
arbeitet. Ein momentan bevorzugter Motor ist ein Modell 28099-520022
eines DC-Motors, welcher von Fasco, Ontario, Kanada erhältlich ist.
Der Motor 41 arbeitet vorzugsweise bei ungefähr 5000
rpm, 24 V, und weniger als 65 W, obwohl auf Grund von Ineffizienzen
eine größere Leistung
gezogen werden kann. Die Vorrichtung 23 ist vorzugsweise
für einen Betrieb
des Motors 41 mit einer konventionellen DC-Energieversorgung
ausgestattet.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Ansaugschaufelräder
und Ausstoßschaufelräder 47 und 49 hat
15 Schaufeln, und einen Durchmesser von 5'' (0,12
m). Die gesamte Gebläseanordnung 43,
den Umlenker 51 umfasssend, hat vorzugsweise einen Durchmesser
von ungefähr
5,75'' (0,15 m). Die Schaufelräder sind
vorzugsweise aus weichem Polymermaterial mit substantiellen Rundungen
und Ausrundungen gestaltet, um Turbulenzen und Geräusche zu
vermindern. Der Ansaugdurchmesser des Ansaugschaufelrades 47 ist
vorzugsweise 2'' (0,05 m). Wenn mit
einem DC-Motor bei ungefähr
5000 RPM betrieben, ist die Gebläseanordnung 43 dazu ausgebildet,
etwa 42-50 CFM von Luft in den Einlass und über einen HEPA- und Aktivkohlenstoff-Gasfilter mit
einem 2'' H2O-Druckabfall
zu ziehen. Weil die Drücke,
welche durch eine Gebläseanordnung
erreichbar sind, eine Funktion des Quadrats des Durchmessers der
Gebläseanordnung
und des Quadrats der Umdrehungsgeschwindigkeiten (rpm) der Gebläseanordnung
sind, müsste
der Durchmesser der Gebläseanordnung
ungefähr
7'' (0,18 m) sein, um
eine Leistungsfähigkeit
mit einem AC-Motor, welcher bei 3600 rpm arbeitet, vergleichbar
einer Leistungsfähigkeit
der bevorzugten Ausführungsform
zu erreichen, welche eine Gebläseanordnung
mit 5'' Durchmesser hat,
welche bei 5000 rpm arbeitet.
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Außerdem erlaubt
der minimale Durchmesser der Gebläseanordnung 43 eine
Herstellung einer Rauchextraktionsvorrichtung, welche vorzugsweise eine
Gesamtausdehnung von weniger als 0,028 m3 (ein
ft3) hat, eine Grundfläche von weniger als 100 in2 (0,70 ft2, 0,965
m2), und eine Höhe von weniger als 12'' (0,35 m), was die Vorrichtung hervorragend
tragbar macht. Weil die Rauchextraktionsvorrichtung vorzugsweise
weniger als 14'' hoch (0,35 m), und
bevorzugter weniger als 12'' (0,3 m) hoch ist,
ist sie gut geeignet zur Benutzung mit vielen kommerziell erhältlichen
vorfabrizierten Arbeitstischeinheiten, welche oft mit Regalen an
der hinteren Seite der Arbeitsplätze ausgestattet
sind, welche 14'' ± 2'' (0,35 ± 0,05
m) oberhalb einer Arbeitsfläche
sind.
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Noch
ein weiteres Merkmal der Vorrichtung 23, welches die Luftbewegung
erleichtert, ist die bevorzugte Form der Vorrichtung. Insbesondere
definiert die Oberseite 33 der Basis 29, auf welcher
der obere Teil 31 angebracht ist, vorzugsweise einen Winkel,
welcher nicht 0 ist, vorzugsweise 15 Grad, mit einer horizontalen
unteren Seite 53 der Basis. Der Motor 51, die
Gebläseanordnung 43,
und der Filter 45 sind vorzugsweise innerhalb des oberen
Teils 31 im wesentlichen entlang einer zentralen Achse
des oberen Teils angebracht. Eine Unterseite 55 des oberen
Teils 31 ist vorzugsweise im wesentlichen flach und die
zentrale Achse des oberen Teils ist im wesentlichen vertikal, wenn
die Unterseite des oberen Teils horizontal ist. Als ein Resultat
der bevorzugten Konfiguration des oberen Teils 31 und der
Basis 29, definiert die zentrale Achse den Winkel, welcher
nicht 0 ist, vorzugsweise 15 Grad, zu einer vertikalen Achse, wenn
die untere Seite 53 der Basis 29 horizontal ist.
Der Filter 45 ist gleichermaßen vorzugsweise bei einem
Winkel, welcher nicht 0 ist, vorzugsweise 15 Grad, zu der Vertikalen
angeordnet. Weil der Filter 45 relativ zu der Vertikalen
geneigt ist, entsteht ein verminderter Druckabfall über den
Filter als wenn der Filter vollständig vertikal wäre. Durch
diese Orientierung des Filters 45, welche zu einem niedrigeren Druckabfall über den
Filter hinweg führt,
kann der Motor 41 und die Gebläseanordnung 43 mehr
Luft durch den Filter ziehen, als wenn der Filter vertikal wäre.
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Der
Einlass 35 erstreckt sich vorzugsweise zu der unteren Seite 53 der
Basis 29. Die Basis 29 ist vorzugsweise im wesentlichen
quadratisch oder rechteckig, wenn von der unteren Seite 53 gesehen, und,
wenn die Vorrichtung 23 in einem aufrechten Zustand ist,
wobei die untere Seite der Basis einer horizontalen Oberfläche gegenübersteht,
kontaktiert vorzugsweise nur der Rand oder die untere Kante 57 der Seite 37 der
Basis die horizontale Oberfläche.
Die Basis 29 ist vorzugsweise auf der unteren Seite 53 offen.
Der Einlass 35 umfasst vorzugsweise den Raum, welcher durch
die Seite 37 der Basis 29 über der unteren Seite 53 der
Basis und unterhalb einer Öffnung 59 durch
die obere Seite 33 der Basis definiert ist, welche zu dem
Filter 45 in dem oberen Teil 31 führt. Die Öffnung 59 umfasst
vorzugsweise eine Lippe oder eine andere Struktur, an welcher der
Filter verankert oder anderweitig gesichert ist.
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Die
Rohranordnung 25 ist an die Basis 29 anbringbar.
Die Rohranordnung 25 umfasst vorzugsweise einen Anbringteil 61,
um die Rohranordnung an der Basis 29 anzubringen. Der Anbringteil 61 ist bevorzugt
an der Basis 29 angebracht, wenn die Basis vertikal über dem
Anbringteil herabgelassen ist, derart, dass der Anbringteil vollständig innerhalb
des Einlasses 35 aufgenommen ist. Eine Größe des Anbringteils 61 ist
vorzugsweise derart, dass, wenn die Basis 29 über den
Anbringteil herabgelassen ist, der Anbringteil innerhalb des Einlasses 35 steckt
und im wesentlichen relativ zu der Basis nicht bewegbar ist. Ein
oberer Teil 63 des Anbringteils 61 kann in einer entsprechend
geformten Aussparung nächst
eines oberen Teils des Einlasses 35 sitzen, um eine korrekte
relative Positionierung des Anbringteils relativ zu der Öffnung 59 sicherzustellen.
Wenn gewünscht oder
notwendig, können
Verriegelungselemente, wie etwa Stifte oder Klickelemente bereitgestellt
sein, um sicherzustellen, dass der Anbringteil 61 relativ
zu der Basis 29 stationär
bleibt.
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Normalerweise
wird jedoch der Anbringteil 61 relativ zu der Basis 29 stationär bleiben,
zumindest auf Grund des Ineinandersteckens des Anbringteils innerhalb
des Einlasses und des Gewichtes der Vorrichtung 23 über dem
Anbringteil. Der Einlass 35 und der Anbringteil 61 sind
beide vorzugsweise im wesentlichen keilförmig, wenn von der Seite gesehen,
und es sind im wesentlichen Quadrate oder Rechtecke, wenn von oben
oder unten gesehen.
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Ein
Rohr 67 ist vorzugsweise an dem Anbringteil 61 angebracht
und erleichtert ein Fokussieren des Vakuums, welches durch die Vorrichtung 23 erzeugt
ist, auf einen bestimmten Bereich, welcher von dem Einlass 35 entfernt
ist. Das Rohr 67 kann relativ zu dem Anbringteil 61 bewegbar
sein in dem Sinne, dass es flexibel und/oder in dem Sinne dass es schwenkbar
und/oder drehbar relativ zu dem Anbringteil ist. Vorzugsweise ist
das Rohr 67 an dem Anbringteil 61 durch ein Bogenstück 69 angebracht, welches
eine Dreh- oder Schwenkbewegung des Rohrs erlaubt. Das Bogenstück 69 kann,
wenn gewünscht
oder notwendig, schwenkbar oder drehbar an dem Anbringteil 61 angebracht
sein.
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Die
Vorrichtung 23 ist als eine eigenständige Rauchextraktionsvorrichtung
mit oder ohne Rohranordnung 25 nützlich. Ohne die Rohranordnung
führt der
Einlass 35 die Funktion des Rohrs 67 aus und kann
nächst
einem Arbeitstisch positioniert sein, um Rauch zu extrahieren. Raumsparen
ist dadurch verwirklicht, dass der Einlass 35 als ein integraler
Teil der Basis 29 bereitgestellt ist. Im Gegensatz dazu
haben konventionelle eigenständige
Rauchextraktionsvorrichtungen typischerweise eine obere oder eine seitliche Öffnung,
welche mit Rohrwerk oder einem Rohr verbunden ist, aber welche sich
nicht bis zu dem Boden der Vorrichtung erstrecken. Die Basen oder
Unterteile von konventionellen eigenständigen Rauchextraktionsvorrichtungen
haben typischerweise keine Funktion außer die Vorrichtungen auf einer Oberfläche zu unterstützen und
fügen den
Vorrichtungen unnötiges
Volumen hinzu.
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Wie
in den 3 und 4 gesehen, sind die Hauptkomponenten
der Rauchextraktionsvorrichtungsanordnung 21 die Basis 29 und
der obere Teil 31 des Gehäuses 27, der Motor 41,
die Gebläseanordnung 43,
der Filter 45, der Anbringteil 61 der Rohranordnung 25,
das Rohr 67, und das Bogenstück 69. Die Basis 29 und
der obere Teil 31 sind vorzugsweise aus einem Druckgussaluminium
gefertigt und die Gebläseanordnung 43 ist
vorzugsweise aus einem Plastikmaterial gefertigt.
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Zusätzlich umfasst
die Rauchextraktionsvorrichtungsanordnung 21 eine Montierplatte 73 für einen
PCB 75, welcher einen Betrieb der Rauchextraktionsvorrichtung 23 steuert.
Die Montierplatte 73 umfasst vorzugsweise eine Öffnung 71,
durch welche sich eine Welle 77 des Motors 41 erstreckt.
Die Montierplatte 73 ist vorzugsweise an dem oberen Teil 31 gesichert,
wie etwa durch Bolzen durch einen Flansch der Montierplatte, und
der Motor 41 ist vorzugsweise an der Montierplatte gesichert,
wie etwa durch Bolzen.
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Ein
elektrischer Verbinder 79 ist auf dem oberen Teil 31 montiert
und elektrisch mit dem PCB 77 verbunden und ist mit einer
Energiequelle (nicht gezeigt) verbindbar. Ein Schalter 80,
welcher durch einen Benutzer zu bedienen ist, ist vorzugsweise in einem
oberen Teil des Gehäuses 27 bereitgestellt und
mit dem PCB 77 zum Starten und Stoppen der Vorrichtung 23 verbunden.
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Zwischen
dem Einlass 35 und dem Filter 45, ist vorzugsweise
ein Vorfilterfeld 81 bereitgestellt, um größere Partikel
abzufangen und die Lebenszeit des Filters zu verlängern. Das
Feld 81 ist vorzugsweise ein luftdurchlässiges schwammartiges Material.
Besondere Materialien können
für das
Feld 81 abhängig von
den voraussichtlichen Benutzungen der Rauchextraktionsvorrichtungsanordnung 21 ausgewählt werden.
Das Feld befindet sich vorzugsweise auf einer geeigneten Halterungsstruktur,
wie etwa einem Gitter oder einer Lippe, bei der Öffnung 59 durch die
obere Seite 33 der Basis 29, so dass das Feld
und der Filter geeignet gehaltert und positioniert sind.
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Die
Gebläseanordnung 43 umfasst
das Ansaugschaufelrad 47, das Ausstoßschaufelrad 49 und den
Umlenker 51. Der Umlenker 51 ist vorzugsweise an
der Montierplatte 73 durch eine Mehrzahl von Bolzen (nicht
gezeigt) montiert, welche an Gewindeöffnungen 85 an der
Peripherie des Umlenkers anbringbar sind. Wie in den 3 bis 5 gesehen,
sind das Ansaugschaufelrad 47 und das Ausstoßschaufelrad 49 vorzugsweise
voneinander durch eine Buchse 87 beabstandet, welche sich
durch eine zentrale Öffnung 89 (5)
in dem Umlenker 51 erstreckt und in welcher die Welle 77 des
Motors 41 aufgenommen ist, um die Gebläseanordnung anzutreiben. Wenn
zusammengesetzt, sind das Ansaugschaufelrad 47 und das
Ausstoßschaufelrad 49 innerhalb
einer peripheren Hülse
des Umlenkers 51 angeordnet. Eine Schaufelradhalterung 92 ist
an der Welle 77 oberhalb des Ausstoßschaufelrads 49 montiert,
um die Schaufelräder
in einer gewünschten
axialen Position relativ zu der Welle zu haltern. Eine Umlenkerplatte 91 ist
zwischen dem Ansaugschaufelrad 47 und dem Umlenker 51 angeordnet,
um einen Fluss aufzufangen und zwischen den Schaufeln zu fokussieren,
und um Luft in eine geeignete Richtung zu verteilen und zu lenken
und ein Lecken zu minimieren.
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Ein
Flusssensor 93 ist vorzugsweise an dem Umlenker 51 montiert
und elektrisch mit dem PCB 75 verbunden. Der Flusssensor 93 kann
angeordnet sein, um Situationen zu detektieren, wie etwa, wenn ein
Fluss nächst
dem Umlenker 51 unterhalb eines bestimmten Levels absinkt,
was ein Verstopfen des Filters 45 anzeigen kann, oder einen
bestimmten Level überschreitet,
was eine andere Beschädigung des
Filters anzeigen kann. Der Flusssensor 93 kann ein Signal
zu dem PCB 75 senden, um z.B. eine Warnsignal, wie etwa
ein Licht oder einen Alarm bereitzustellen, oder die Vorrichtung 23 abzustellen.
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Eine
Ansaugplatte 95 ist vorzugsweise oberhalb des Filters 45 und
unterhalb des Ansaugschaufelrades 47 angeordnet. Die Ansaugplatte
kann dabei helfen, Luft in das Ansaugschaufelrad 47 zu
lenken, und kann den oberen Teil des Filters durch Angrenzen gegen
eine Dichtung auf dem Filter unterstützen. Wenn erwünscht oder
notwendig, können
Montierverbindungen, wie etwa Bolzenöffnungen oder Halterungen (nicht
gezeigt), zum Anbringen der Rauchextraktionsvorrichtung 23 unter
Arbeitstischen oder an Wänden
bereitgestellt sein.
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6 ist
ein Graph, wobei Druck gegen Volumenflussrate für zwei Rauchextrakttoren über demselben
Filter aufgetragen ist. Die Linie Nummer 1 repräsentiert
typische Drücke,
welche bei verschiedenen Volumenflussraten unter Benutzung eines
zweistufigen Schaufelrades und eines DC-Motors erreichbar sind, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Linie 2 repräsentiert
typische Drücke,
welche bei verschiedenen Volumenflussraten unter Benutzung eines
konventionellen einstufigen Schaufelrads und eines AC-Motors erreichbar sind.
Die Linie 3 ist eine Druck-Volumen-Kurve, welche einen
typischen Druckabfall bei verschiedenen Volumenflussraten über einen
Filter eines Typs repräsentiert,
welcher dazu ausgelegt ist, mit der Rauchextraktionsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Er findung
benutzt zu werden. Es wird geschätzt
werden, dass verschiedene Faktoren die Kurven der Linien beeinflussen
können,
und der Graph der 6 ist nur für Zwecke bereitgestellt, Konzepte
zu illustrieren, die im Text hierin beschrieben wurden. Von dem Graph
der 6 wird gesehen werden, dass in den Volumenflussraten,
in welchen der Rauchextraktor gemäß der vorliegenden Erfindung
beabsichtigt ist betrieben zu werden, das ist um 42-50 CFM, der Rauchextraktor,
welcher die Merkmale der vorliegenden Erfindung hat, ein größeres Luftvolumen
durch den Filter pro Einheitszeit bewegen kann als der konventionelle
Rauchextraktor durch denselben Filter bewegen kann.
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Während diese
Erfindung in Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
illustriert und beschrieben worden ist, wird erkannt, dass Variationen
und Veränderungen
darin vollzogen werden können,
ohne von der Erfindung abzuweichen, wie in den Ansprüchen ausgeführt.