EP3562600A1 - Laborabzug mit wandstrahlen - Google Patents

Laborabzug mit wandstrahlen

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Publication number
EP3562600A1
EP3562600A1 EP17823174.2A EP17823174A EP3562600A1 EP 3562600 A1 EP3562600 A1 EP 3562600A1 EP 17823174 A EP17823174 A EP 17823174A EP 3562600 A1 EP3562600 A1 EP 3562600A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
trigger
working space
jets
wall
openings
Prior art date
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Granted
Application number
EP17823174.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3562600B8 (de
EP3562600B1 (de
Inventor
Jürgen Liebsch
Christian Oliver Paschereit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Waldner Laboreinrichtungen Se & Co Kg
Original Assignee
Waldner Laboreinrichtungen GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Waldner Laboreinrichtungen GmbH and Co KG filed Critical Waldner Laboreinrichtungen GmbH and Co KG
Publication of EP3562600A1 publication Critical patent/EP3562600A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3562600B1 publication Critical patent/EP3562600B1/de
Publication of EP3562600B8 publication Critical patent/EP3562600B8/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B15/00—Preventing escape of dirt or fumes from the area where they are produced; Collecting or removing dirt or fumes from that area
    • B08B15/02—Preventing escape of dirt or fumes from the area where they are produced; Collecting or removing dirt or fumes from that area using chambers or hoods covering the area
    • B08B15/023—Fume cabinets or cupboards, e.g. for laboratories
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/16—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by purification, e.g. by filtering; by sterilisation; by ozonisation
    • F24F3/163—Clean air work stations, i.e. selected areas within a space which filtered air is passed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B2215/00—Preventing escape of dirt or fumes from the area where they are produced; Collecting or removing dirt or fumes from that area
    • B08B2215/003—Preventing escape of dirt or fumes from the area where they are produced; Collecting or removing dirt or fumes from that area with the assistance of blowing nozzles

Definitions

  • the present invention is concerned with a fume hood, in particular with a flow-optimized and energy-efficient fume hood.
  • EP 0 486 971 A1 It has been proposed in EP 0 486 971 A1 to provide so-called "air foils" at the front edge of the side posts and the front edge of the worktop whose flow-optimized contour is intended to be achieved by the teachings of EP 0 486 971 A1 open sash to less detachment of the incoming room air at the leading surface of the baffles and thus less swirling, but remains behind these baffles, an area in which there may be turbulence, as the incoming air at the downstream end of the baffles can be detached. Reinforced this effect occurs when room air enters the hood at an angle to the side walls.
  • the retention capacity has been further improved by providing airfoil-shaped profiles at a distance from the front edge of the worktop and the side posts, so that room air can enter not only along the airfoil-shaped profiles in the draw-off interior, but also through the between Profiles and the front edge of the worktop on the one hand and the side post on the other hand existing, mostly funnel-shaped gap.
  • the room air is accelerated in the funnel-shaped gap, so that the velocity profile of the exhaust air in the area of the side walls and the worktop is increased.
  • the inventors of the present invention were able to observe, for the first time in fume hoods equipped with conventional support jet technology, that in contrast to previously made investigations with nebulae where no significant flow separation of the wall beams could be observed, the flow field of the wall beams was examined by means of PIV measurements (Particle Image Velocimetry "measurements) flow separation is already a relatively short distance behind the level of the sash and therefore dangerous backflow areas on the side walls can arise.
  • PIV measurements Particle Image Velocimetry "measurements
  • the main objective pursued by the present invention is primarily to further improve the break-out safety of a deduction equipped with a support jet technology while at the same time further reducing its energy consumption.
  • the invention provides on the one hand a deduction for a laboratory space available, which has a housing in which there is a working space which is bounded on the front side by a sash, bottom side of a bottom plate and laterally each of a side wall.
  • the trigger further comprises a first hollow profile disposed on a front end face of each side wall, each first hollow profile having a first pressure chamber fluidly connected to a plurality of first openings comprising air jets in the form of compressed air wall jets along the respective side wall the work space can be spent.
  • the trigger is characterized in that the size of the first openings and the prevailing in the intended use of the trigger in the first pressure chamber air pressure are selected so that the first pressure chamber can be fluidly connected to a building side installed compressed air system, without causing a flow separation of the Wall blasting from the side wall in an area from a front of the working space to at least 25% of the depth of the working space comes.
  • the invention provides a fume hood for a laboratory space having a housing in which a working space is located, the front of a sash, bottom side of a bottom plate and laterally each of a side wall is limited.
  • the trigger further comprises a second hollow profile disposed on a front end face of the bottom plate, the second hollow profile having a second pressure chamber fluidly connected to a plurality of second ports from which air jets in the form of compressed air ground jets along the bottom plate in the Work space can be spent.
  • the trigger is characterized in that the size of the second openings and the pressure prevailing in the intended use of the trigger in the second pressure chamber air pressure are selected so that the second pressure chamber can be fluidly connected to a building side installed compressed air system, without causing a flow separation of the Ground jets from the bottom plate in an area from a front of the working space to at least 25% of the depth of the working space comes.
  • the trigger has both a first hollow profile and a second hollow profile.
  • / is a first and / or a second pressure transducer is provided, which / are fluidly connected to the first and / or the second pressure chamber / is.
  • the first and / or the second pressure transducer comprises a first and / or a second pressure transducer arranged such that a pressure chamber side end of the first and / or the second pressure transducer line flush with an inner surface of the first and / or the second pressure chamber ends. It is also advantageous if a control device is provided which sets the pressure in the first and / or the second pressure chamber in the range of 50 Pa to 500 Pa, preferably in a range of 150 Pa to 200 Pa in the intended use of the trigger.
  • control device is electrically connected to the first and / or the second pressure accumulator.
  • control device is a pressure reducer or a mass flow controller, which is arranged upstream of the first and / or the second pressure chamber.
  • the pressure reducer or the mass flow controller is disposed within the housing.
  • a cross-sectional area seen perpendicular to the flow direction, at least one of the first and / or the second openings, preferably of all first and / or second openings, in a range of 1 mm 2 to 4 mm 2 .
  • a cross-sectional area seen perpendicular to the flow direction, at least one of the first and / or the second openings, preferably all first and / or second openings, in a range of 1.8 mm 2 to 3 mm 2 .
  • An advantageous embodiment of the trigger is when at least one of the first and / or the second openings, preferably all first and / or second openings, is / are such that the first and / or the second opening leaving compressed air jet as periodic oscillating wall jet (100) and / or output as a periodically oscillating ground beam (200) in the working space.
  • the periodicity is in a range of 1 Hz to 100 kHz, preferably 200 Hz to 300 Hz.
  • the periodic oscillation of the wall jet and / or the ground jet is merely non-movable Components of the first and / or the second hollow profile, which are preferably formed in one piece, generates.
  • the periodic oscillation of the wall jet and / or the ground jet is generated by self-excitation.
  • At least one first and / or one second fluidic oscillator is / is provided which comprises the first and / or second opening, preferably a multiplicity of first and / or second fluidic oscillators are provided, which respectively comprise a first and / or a second opening, and which generate / generate the periodic oscillation of the wall jet / wall jets and / or the periodic oscillation of the ground jet / ground jets.
  • first and / or second openings have a circular, round, oval, right-angled or polygonal shape.
  • An advantageous embodiment of the invention relates to a trigger, which is characterized in that at least a first and / or a second opening via a first and / or a second elongated channel with the first and / or the second pressure chamber is fluidly connected, and that the first and / or the second channel has a length L which is at least 3 times, preferably 4 times to 11 times the hydraulic diameter of a cross-sectional area, seen perpendicular to the flow direction, the associated opening.
  • Fig. 1 is a perspective view of a conventional fume hood
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the fume hood shown in FIG. 1 taken along the line A-A shown in FIG. 1;
  • Baseplate profile; 4 shows a cross-sectional view of a hollow profile according to the invention, which is arranged on the front-side end side of the side wall and / or the front-side end side of the bottom plate;
  • Fig. 6 shows the results of PIV measurements of the flow field of
  • FIG. 10 is a diagram showing the reduction of the volume flows of the wall jets at different nozzle geometries of the side post profiles.
  • the fume hood 1 shown in perspective in FIG. 1 corresponds approximately to the fume hood, which is sold by the applicant since about 2002, almost worldwide under the name Secuflow ®. Thanks to the support beam technology described above, this fume hood requires an exhaust air volume flow of only 270 m 3 / (h lfm). This deduction (Designation: Secuflow ® TA-1500) served as a reference for the operations carried out under the present invention, measurements which are described further below.
  • the trigger according to the invention differs in particular with regard to the nozzle geometry of the hollow sections 10, 20 and the way in which the compressed air jets 100, 200 output from the hollow sections 10, 20 are produced, from the conventional Secuflow ® trigger.
  • the fume hood 1 shown in Fig. 1 has a vent interior, the rear side preferably by a baffle 40, laterally by two side walls 36, bottom side by a bottom plate 34 or worktop, the front side by a closable sash 30 and ceiling side preferably limited by a ceiling panel 48 is.
  • the sash 30 is preferably designed in several parts such that a plurality of vertically displaceable window elements 30 extend in the same direction telescopically behind each other during opening and closing of the sash.
  • the window element arranged furthest down in the closed position of the sash 30 preferably has an aerodynamically optimized airfoil profile 32 (FIG. 2) on its front edge.
  • the sash 30 preferably has horizontally displaceable window elements which, even in the closed position of the sash 30, allow the laboratory personnel access to the withdrawal interior.
  • the sash 30 may also be formed as a two-part sliding window, the two parts can be moved in opposite directions in the vertical direction.
  • the opposing parts are coupled via ropes or belts and pulleys with the mass of the sash balancing weights.
  • a channel 63 which leads to a Abluftsammelkanal 50 on the top of the fume hood 1.
  • the exhaust air collection channel 50 is connected to a building side installed exhaust device.
  • Below the worktop 34 of the deduction interior furniture 38 is arranged, which serves as a storage space for different laboratory utensils. This For the purposes of the terminology used here, furniture is to be understood as part of the housing 60 of the fume hood 100.
  • hollow sections 10 are provided at the front end sides of the side walls 36 of the fume hood 1, which are also commonly referred to as side posts.
  • hollow sections 10 are provided at the front end sides of the side walls 36 of the fume hood 1, which are also commonly referred to as side posts.
  • a hollow profile 20 is provided on the front end side of the bottom plate 34.
  • the airfoil-shaped inflow side 10a of the hollow profile 10 or of the side mullion profile 10 is preferably aerodynamically optimized.
  • the wing-like profile geometry allows a low-turbulence, in the optimal case even a turbulence-free inflow of room air in the vent interior with partially or fully open sash 30th
  • support jets i.e. compressed air jets 100, 200 made of compressed air
  • These compressed air jets are conventionally generated by a fan 70 (FIG. 3) arranged below the work surface 34 and inside the housing 60.
  • a fan 70 FIG. 3
  • the hollow sections 10, 20 are preferably in front of the plane of the front sash member.
  • the compressed air jets 100, 200 therefore preferably reach the discharge interior only when the sash 30 is partially or fully opened.
  • the fume hood 1 shown in Fig. 1 is purely exemplary to see because the invention can be applied to different types of fume cupboards, for example, table deductions, low-capacity table deductions, drawdowns, walk-in prints or even mobile fume hoods.
  • these deductions fulfill the valid on the filing date of the present patent application European standard series DIN EN 14175.
  • the deductions can also meet other standards, such as the ASHRAE 110/1995, which is valid for the United States. If reference should be made to a standard in this description and the patent claims, the currently valid standard is always meant here. This is because, according to experience, the regulations specified in the standards are becoming ever stricter, and thus a trigger that meets the current standard also meets the requirements of an older standard.
  • FIG. 2 greatly simplifies the flow pattern of the compressed air jets 100, 200 emerging from the hollow sections 10, 20 within the withdrawal interior and the exhaust air in the channel 63 between the baffle 40 and the rear wall 62 for the exhaust collection channel 50.
  • the view in FIG. 2 corresponds a cross-sectional view along the line AA in Fig. 1st
  • the baffle 40 is preferably spaced on the bottom side of the work surface 34 and preferably from the rear wall 62 of the housing, whereby the exhaust duct 63 is formed.
  • the baffle 40 preferably has a multiplicity of elongate openings 42 (FIG. 1) through which the exhaust air or the air which is located in the withdrawal interior and possibly under toxic loading flows through and can enter the channel 63.
  • the baffle 40 may also preferably be spaced from the side walls 36 of the trigger housing 60. Through a gap formed in this way, exhaust air can additionally be introduced through it into the exhaust air duct 63.
  • a plurality of tripod holders 44 are preferably provided, can be releasably clamped in the rods, which serve as supports for experimental setups in the deduction interior.
  • the compressed air jets 100, 200 are generated by a fan 70 disposed below the bottom plate 34 and preferably within the housing 60.
  • the fan 70 used in the measurements made in the invention was one one-sided sucking centrifugal fan from ebm Papst with the designation G1G097-AA05- 01.
  • the compressed air generated by the fan 70 is first fed into the arranged in the region of the front end side of the bottom plate 34 hollow section 20.
  • the feeding of the fan pressure air into the hollow profile 20 preferably takes place at a location which is approximately in the middle of the longitudinal extension of the hollow profile 20 extending in the width direction of the trigger. In this way it is achieved that the pressure drop in the hollow profile 20 is approximately symmetrical relative to this point.
  • Fig. 3 it can also be seen that the hollow profiles 10, 20 fluidly connected to each other. As a result, a portion of the compressed air reaches the two side post profiles 10 and exits from the side post profiles 10 in the form of support beams 100 along the side walls 36 in the withdrawal interior.
  • FIG. 4 the structure and the geometry of a formed according to an embodiment of the invention hollow profile 10, 20 in cross-section, that is, shown perpendicular to the longitudinal extent of the Hohlpro fils 10, 20.
  • the outer inflow side 10a, 20a is aerodynamically optimized designed as a wing profile.
  • Inside the hollow profile 10, 20 is a pressure chamber 10b, 20b.
  • the compressed air generated by the fan 70 flows along the longitudinal extent of the hollow profile 10, 20.
  • Also along the longitudinal extent of the hollow profile 10, 20 are preferably a plurality of outlet openings 10d, 20d, escape through which the compressed air in the discharge interior can.
  • the multiplicity of spatially separated outlet openings 10d, 20d are arranged in the hollow profile 10, 20 corresponding to the respective point of use of the fume hood 1. They can be distributed irregularly over the length of the hollow profile 10, 20 or arranged according to a certain pattern or even equidistant and regular to each other.
  • the hollow profiles 10, 20 may preferably be formed integrally with the respective side wall 36 and / or the bottom plate 34, e.g. as extruded aluminum profile. Likewise, it is conceivable réellestecken and fix the hollow sections 10, 20 on the end face of the respective side wall 36 and / or the bottom plate 34, or otherwise secure it.
  • FIG. 4 The geometry shown in FIG. 4 is applicable both to the side post hollow profiles 10 and to the hollow profile 20 arranged on the front end side of the work plate or bottom plate 34.
  • the side post profile is referred to as the first hollow profile 10 and the bottom plate profile as the second hollow profile 20.
  • hydraulic diameter In order to be able to compare various fluid-dynamic channels with different cross-sectional shape, which are traversed by a fluid, the so-called hydraulic diameter is used.
  • hydraulic diameter is well known to the person skilled in the art and represents an arithmetic variable which indicates the diameter of a flow channel with an arbitrary cross-section, which has the same pressure loss at the same length and same average flow velocity as a flow tube with a circular cross-section and same diameter.
  • the longitudinal dimension of the outlet openings 10d, 20d ie, the extension of the outlet openings 10d, 20d perpendicular to the longitudinal direction of the hollow sections 10, 20 equal to 30 mm and the transverse dimension to equal to 2 mm.
  • the surface area of the outlet openings 10d, 20d is preferably only 1 mm 2 to 4 mm 2 , and more preferably 1.8 mm 2 to 3 mm 2 .
  • the outlet openings 10d, 20d may preferably have a circular, round, oval, rectangular or polygonal shape.
  • the longitudinal extent of the nearly rectangular outlet openings 10d, 20d is preferably 3 mm and the transverse dimension perpendicular thereto is preferably 1 mm. This results in a hydraulic diameter of 1.5 mm.
  • a hollow profile 10, 20 with outlet openings 10d, 20d formed in this way was also used in the measurement series carried out within the scope of the invention.
  • this hollow section 10, 20 is also referred to by the term "jet nozzles”.
  • At least one outlet opening 10d, 20d, preferably all outlet openings 10d, 20d provided in the hollow profile 10, 20 are fluidly connected to the pressure chamber 10b, 20b via a channel 10c, 20c having a length L (Fig. 4).
  • the length L of the channel is preferably 9 mm.
  • the ratio of the length L to the hydraulic diameter (1.5 mm) is thus equal to 6.
  • the channel 10c, 20c which is connected fluidly to preferably one outlet opening 10d, 20d, should have a length L which is at least 3 times, preferably 4 times to 11 times the hydraulic diameter of the outlet opening 10d, 20d is.
  • compressed air jets are issued into the deduction interior, which a direction "mittician" is given, which is much more pronounced than air jets that only have to go through a shorter channel Opening angle of the compressed air jets 100, 200 propagating in the drawing-off interior.
  • the compressed-air jets 100, 200 are directed so strongly already at the time of leaving the outlet openings 10d, 20d that they bear as close as possible to the side walls 36 and the bottom plate 34.
  • the angle ⁇ (FIG. 4), which the preferably rectilinearly extending channel 10c, 20c encloses relative to the side wall 36 and / or the bottom plate 34, is preferably in a range of 0 ° to 10 °. It should be noted at this point that an air jet passing through a channel that encloses an angle of 0 ° to the associated side wall or base plate will not propagate absolutely parallel to the side wall or base plate in the drawing room interior. This is due to the fact that the mean velocity vector will always occupy an angle of greater than 0 ° to the side wall 36 or the bottom plate 34 even with parallel purging.
  • an outlet geometry shown in Fig. 5 is provided, which is the blowing of a preferably periodically oscillating compressed air jet allows.
  • This nozzle geometry is also referred to below as OsciJet.
  • FIG. 5 corresponds approximately to the partial region indicated by dashed lines in FIG. 4, so that the remaining features of the hollow profiles 10, 20 which were explained in connection with FIG. 4 also on the hollow sections 10 ', 20' of Fig. 5 are transferable.
  • the periodic oscillation is preferably generated by self-excitation and preferably by means of non-movable components, which are preferably formed integrally with the hollow profile 10 ', 20'.
  • Fluidic oscillators are characterized by producing a self-excited vibration in the fluid passing therethrough. This vibration results from dividing the fluid stream into a skin stream and a partial stream. While the main flow is flowing through a main passage 10c ', 20c', the sub-flow flows alternately through one of the two sub-passages 10f, 20f (Fig. 5).
  • the partial stream again meets the main stream and deflects it alternately downwards or upwards, depending on which secondary channel 10f, 20f the partial stream had previously passed through. Due to the alternately changing pressure conditions in the secondary channels 10f, 20f, the partial flow in the next cycle flows through the respective other secondary channel 10f, 20f. This results in a deflection of the main and partial flow in the other direction in the region of the outlet opening 10d ', 20d'. Then the processes repeat themselves.
  • the outlet port 10d ', 20d' is fluidly connected to a pressure chamber 10b ', 20b' via a passage 10c ', 20c' (here, the main passage) having a length L.
  • the channel length L is at least 3 times, preferably 4 times to 11 times the hydraulic diameter of the outlet 10d ', 20d'.
  • the longitudinal extension of the substantially rectangular outlet opening 10d ', 20d' is equal to 1.8 mm and the extension perpendicular thereto equal to 1 mm. This results in a hydraulic diameter of 1.3 mm.
  • the channel length L is preferably 14 mm and thus about 11 times the hydraulic diameter.
  • nozzle geometries are also conceivable which generate a nonperiodic compressed air jet.
  • such nozzle geometries create a reciprocating, stochastically moving compressed air jet.
  • feedback-free fluidic components may be used.
  • Fig. 6 shows the result of PIV measurements of the flow field of the wall beams output from the side of the post section 10 by using the conventional nozzle geometry of Secuflow ® trigger (Fig. 6A) jet nozzle geometry (Fig. 6B) and the OsciJet nozzle geometry (Fig 6C).
  • the fan voltage was 9.85V in the measurements shown in FIG.
  • Fig. 6a can be clearly seen how the air flowing through the open sash room air despite blowing of support beams 100 from the hollow section 10 is detached after about 150 mm behind the front sash, which corresponds to the 0-position of the side wall. This detachment was not observed in previous fog examinations. Such a detachment can not be seen in FIGS. 6b and 6c.
  • FIG. 6 shows the result of PIV measurements of the flow field of the wall beams output from the side of the post section 10 by using the conventional nozzle geometry of Secuflow ® trigger (Fig. 6A) jet nozzle geometry (Fig. 6B) and the Os
  • the room air flows along the side wall without turbulences and the formation of backflow areas.
  • the field line density which indicates higher air velocities, is significantly higher in the region of the side wall in FIG. 6B and in FIG. 6C than in FIG. 6A. From this and the OsciJet nozzle geometry can be concluded that the ambient air in the case of jet nozzle geometry (Fig. 6B) (Fig. 6C) significantly faster flows toward the baffle wall of the hood inner space than in the case of the conventional nozzle geometry of Secuflow ® trigger (Fig. 6A). Likewise, it can be seen in FIG. 6B and FIG. 6C how the room air itself extends at a distance from the side-post profile 10, 10 '(y-axis) towards the side wall, while in FIG. 6A the room air tends to be more of the side wall flows away.
  • Jet and OsciJet Düsenauslassöff openings 10d, 20d and 10d ', 20d' provides a measurement of the air outlet velocity with the aid of a Hitzdrahtaneometers no reproducible results.
  • the hot-wire ananometer oscillates even with the periodically oscillating support beams.
  • a method for determining the minimum volume flows was then developed.
  • the associated experimental setup is shown in FIGS. 7 and 8 shown.
  • the determination of the volume flow of the wall beams takes place in two steps. As shown in Fig. 7, by means of a voltage regulator 72, the control voltage of the fan 70 is set to a value at which the flow field of the wall jets verified by means of PIV measurements shows almost no significant flow separations. At the measuring points 1, 2, 3, 4, 5 and 6, the static pressure within the hollow sections 10, 10 'and 20, 20' is subsequently determined.
  • a pressure transducer 80 is used which preferably measures the static pressure in the pressure chambers 10a, 10a 'and 20a, 20a' of the hollow profiles 10, 10 'and 20, 20' via respective pressure transducer lines 82.
  • the pressure transducer lines 82 are preferably arranged so that their pressure-chamber-side end surface flush on an inner surface of the respective pressure chamber 10a, 10a 'and 20a, 20a' ends.
  • a hollow profile 10 with jet nozzles is used by way of example on the left side post, and a hollow profile 10 'with OsciJet nozzles is used on the right side post.
  • a second measuring step as can be seen in FIG. 8, the fan 70 is replaced by a compressed air connection 74. Downstream of the compressed air port 74, a calibrated pressure reducer or mass flow controller 76 is placed.
  • the mass flow controller used here was from the company Teledyne Hastings Instruments, Series 201. After setting the static reference air pressure determined in the first measuring step in the Hollow profiles 10, 10 'and 20, 20' can be determined with the help of the mass flow controller of the associated mass flow. Taking into account the ambient pressure and the ambient temperature, the volumetric flow can be calculated from the respective mass flow.
  • FIG. 9 shows the measured static air pressures in the pressure chambers 10a, 10a 'of the hollow profiles 10, 10'.
  • the lowest solid line is presented merely for purposes of comparison and shows the static air pressure in the hollow profile of the series trigger Secuflow ®, namely at a fan voltage of 4.41 V.
  • the average static air pressure here is 12.5 Pa.
  • the dotted line indicates an average value of 65 Pa and was determined for the Jet and OsciJet nozzles at a fan voltage of 4.41V.
  • the top dashed line corresponds to an average air pressure of 197 Pa. This was determined at a fan voltage of 9.85 V using the Jet and OsciJet nozzles.
  • the series ® within the profile of the trigger Secuflow are not shown at a fan voltage of 9.85 V measured average static air pressures in Fig. 9.
  • the inventors have concluded that due to the greatly reduced volume flow rates it is now possible to provide a full fume hood, i. H. To operate a laboratory fume hood, which complies with the DIN EN 14175 series of standards, in accordance with the requirements of a building-standard compressed-air system.
  • the person skilled in the art is aware at this point that such compressed air systems installed on the building side can usually provide an air pressure in a range of 0 to 7 bar. A power-driven fan is unnecessary.
  • outlet openings 10d, 10d 'of the side-post profile 10, 10' and not all outlet openings 20d, 20d 'of the bottom plate profile 20, 20' which are intended for the output of wall jets 100 or ground jets 200 in the respective hollow profile 10, 20 According to the invention, they must have the nozzle geometry shown in FIG. 4 or FIG. 5 in order to realize the subject matter specified in the patent claims. It is therefore sufficient that at least one outlet opening 10d, 10d 'of the side-post profile 10, 10' and / or at least one outlet opening 20d, 20d 'of the bottom-plate profile 20, 20' is / are formed in this way. The same applies to the length L of the channel 10c, 10c 'and 20c, 20c', which is provided immediately upstream of the respective outlet opening 10d, 10d 'and 20d, 20d'.

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Abstract

Abzug (1) für einen Laborraum, mit einem an einer vorderseitigen Stirnseite jeder Seitenwand (36) angeordnetes erstes Hohlprofil (10, 10'), welches eine erste Druckkammer (10b, 10b') mit einer Vielzahl von ersten Öffnungen (10d, 10d') aufweist, aus denen Luftstrahlen in Form von aus Druckluft bestehenden Wandstrahlen (100) entlang der jeweiligen Seitenwand (36) in den Arbeitsraum ausgegeben werden können. Die Größe der ersten Öffnungen (10d, 10d') und der in der ersten Druckkammer (10b, 10b') vorherrschende Luftdruck sind so ausgewählt, dass die erste Druckkammer (10b, 10b') mit einem gebäudeseitig installierten Druckluftsystem (74) fluidmäßig verbunden werden kann, ohne dass es zu einer Strömungsablösung der Wandstrahlen (100) von der Seitenwand (36) in einem Bereich von einer Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 25% der Tiefe des Arbeitsraumes kommt. Des Weiteren ein Abzug, bei dem ein derartiges Hohlprofil (20, 20') an einer vorderseitigen Stirnseite der Bodenplatte (34) angeordnet ist.

Description

Laborabzug mit Wandstrahlen
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Laborabzug, insbesondere mit einem strömungsoptimierten und energieeffizienten Laborabzug.
Die Einsparung von Energie ist nicht nur umweltfreundlich, sondern senkt auch die mitunter sehr hohen Betriebskosten eines modernen Laborraums, in dem unter Umständen dutzende Laborabzüge installiert sein können, die jeweils über 24 Stunden pro Tag und 7 Tage die Woche betrieben werden. Die wichtigste Eigenschaft moderner Abzüge besteht allerdings darin, dass sie den sicheren Umgang mit toxischen Substanzen ermöglichen und den Austritt dieser Substanzen aus dem Arbeitsraum des Abzuges verhindern. Das Maß dieser Sicherheit wird auch als Rückhaltevermögen bezeichnet. Zu diesem Zweck ist eine detaillierte Normenreihe „EN 14175 Teil 1 bis Teil 7" herausgegeben worden, in der u.a. der Einfluss dynamischer Luftströmungen auf das Rückhaltevermögen beschrieben ist. Viele Entwicklungen auf dem Gebiet der Laborabzüge betreffen deshalb die Frage, wie der Energieverbrauch solcher Abzüge verringert werden kann, ohne dass das Rückhaltevermögen nachteilig beeinflusst wird.
Bereits in den 1950er Jahren wurde versucht, die Ausbruchsicherheit von Laborabzügen durch einen Luftvorhang („air curtain") zu verbessern. Dieser Luftvorhang wird mit Hilfe von an den Seitenwänden des Arbeitsraumes des Abzuges im Bereich der vorderen Frontschieberöffnung vorgesehener Luftauslassdüsen erzeugt und soll den Austritt etwaiger toxischer Dämpfe aus dem Arbeitsraum verhindern (US 2 702 505 A).
In EP 0 486 971 AI wurde vorgeschlagen, an der Vorderkante der Seitenpfosten und der Vorderkante der Arbeitsplatte sog. Leitbleche („air foil") vorzusehen, deren Kontur strömungsoptimiert ist. Durch diese Leitbleche soll es der Lehre von EP 0 486 971 AI folgend bei geöffnetem Frontschieber zu weniger Ablösungen der einströmenden Raumluft an der Anströmfläche der Leitbleche und somit zu weniger Verwirbelungen kommen. Es verbleibt jedoch hinter diesen Leitblechen ein Bereich, in dem es zu Verwirbelungen kommen kann, da die einströmende Raumluft am stromabwärtigen Ende der Leitbleche sich ablösen kann. Verstärkt tritt dieser Effekt dann auf, wenn Raumluft unter einem Winkel zu den Seitenwänden in den Abzug eintritt. In GB 2 336 667 A wurde das Rückhaltevermögen weiter dadurch verbessert, dass tragflächenförmige Profile in einem Abstand zur Vorderkante der Arbeitsplatte und den Seitenpfosten vorgesehen werden, so dass Raumluft nicht nur entlang der tragflächenförmigen Profile in den Abzuginnenraum eintreten kann, sondern auch durch den zwischen den Profilen und der Vorderkante der Arbeitsplatte einerseits und den Seitenpfosten andererseits bestehenden, meist trichterförmigen Spalt. Die Raumluft wird in dem trichterförmigen Spalt beschleunigt, so dass das Geschwindigkeitsprofil der Abluft im Bereich der Seitenwände und der Arbeitsplatte erhöht ist.
Ein weiterer Meilenstein zur Erhöhung der Ausbruchsicherheit bei gleichzeitig verringertem Energiebedarf eines Laborabzuges wurde durch die optimierte Zuführung von sog. Stützstrahlen erzielt. Dadurch, dass Hohlprofile sowohl an der Vorderkante der Arbeitsplatte als auch an den vorderen Stirnseiten der Seitenpfosten vorgesehen sind, konnte Druckluft in den Hohlraum dieser Profile eingespeist und durch an den Hohlprofilen vorgesehenen Öffnungen in Form von Druckluftstrahlen in den Arbeitsraum eingeblasen werden. Der Vorteil dabei ist, dass die aus Druckluft bestehenden Stützstrahlen entlang der Seitenwände und entlang der Arbeitsplatte in den Arbeitsraum des Abzuges eintreten, d.h. entlang von Bereichen, die in Bezug auf das Risiko von Verwirbelungen (Rückstromgebieten) kritisch sind und daher das Rückhaltevermögen nachteilig beeinflussen können. Der Effekt der Druckluftstrahlen im Bereich der Seitenwände und des Bodens des Arbeitsraumes ist vielfältig. Sie verhindern nicht nur Strömungsablösungen der einströmenden Raumluft am stromabwärtigen Ende der Hohlprofile, sondern verringern ebenso etwaige Wandreibungseffekte, so dass es in diesen Bereichen zu deutlich weniger Verwirbelungen und damit Rückstromgebieten kommen kann. Die in den Arbeitsraum eintretende Raumluft gleitet sozusagen auf einem dynamischen, sich nach hinten bewegenden Luftkissen entlang der Wände und der Arbeitsplatte in den hinteren Bereich des Arbeitsraumes, wo sie abgesaugt wird. Auf den ersten Blick erscheint dies widersprüchlich, denn das Vorsehen von Druckluftstrahlen kostet zusätzlich Energie. Auf die Gesamtenergiebilanz des Abzuges wirkt sich dies allerdings positiv aus, da in den übrigen Bereichen des Abzuginnenraums die Luftgeschwindigkeit verringert werden kann, ohne dass das Rückhaltevermögen nachteilig beeinflusst wird. Durch diese Stützstrahlen konnte die Mindestabluftmenge, bei der die Ausbruchssicherheit des Laborabzugs noch die normierten Vorschriften erfüllt, bei teilweise oder vollständig geöffnetem Frontschieber deutlich herabgesenkt werden. Ein Beispiel eines Laborabzuges, der mit Stützstrahltechnik ausgestattet ist, ist in DE 101 46 000 AI, EP 1 444 057 Bl und US 9,266,154 B2 beschrieben. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung konnten erstmalig bei mit herkömmlicher Stützstrahltechnik ausgestatteten Abzügen beobachten, dass entgegen zuvor gemachter Untersuchungen mit Nebel, bei denen keine signifikante Strömungsablösung der Wandstrahlen festgestellt werden konnte, bei der Untersuchung des Strömungfeldes der Wandstrahlen mit Hilfe von PIV-Messungen („Particle Image Velocimetry"-Messungen) eine Strömungsablösung bereits eine relativ kurze Distanz hinter der Ebene des Frontschiebers erfolgt und folglich gefährliche Rückstromgebiete an den Seitenwänden entstehen können.
Das mit der vorliegenden Erfindung verfolgte Hauptziel besteht deshalb vornehmlich darin, die Ausbruchsicherheit eines mit Stützstrahltechnik ausgestatteten Abzuges weiter zu verbessern und gleichzeitig seinen Energieverbrauch weiter abzusenken.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Optionale bzw. bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
So stellt die Erfindung einerseits einen Abzug für einen Laborraum zur Verfügung, der ein Gehäuse aufweist, in dem sich ein Arbeitsraum befindet, der vorderseitig von einem Frontschieber, bodenseitig von einer Bodenplatte und seitlich jeweils von einer Seitenwand begrenzt ist. Der Abzug umfasst ferner ein an einer vorderseitigen Stirnseite jeder Seitenwand angeordnetes erstes Hohlprofil, wobei jedes erste Hohlprofil eine erste Druckkammer aufweist, die fluidmäßig mit einer Vielzahl von ersten Öffnungen verbunden ist, aus denen Luftstrahlen in Form von aus Druckluft bestehenden Wandstrahlen entlang der jeweiligen Seitenwand in den Arbeitsraum ausgegeben werden können. Der Abzug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der ersten Öffnungen und der beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abzuges in der ersten Druckkammer vorherrschende Luftdruck so ausgewählt sind, dass die erste Druckkammer mit einem gebäudeseitig installierten Druckluftsystem fluidmäßig verbunden werden kann, ohne dass es zu einer Strömungsablösung der Wandstrahlen von der Seitehwand in einem Bereich von einer Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 25% der Tiefe des Arbeitsraumes kommt.
Andererseits stellt die Erfindung einen Abzug für einen Laborraum zur Verfügung, der ein Gehäuse aufweist, in dem sich ein Arbeitsraum befindet, der vorderseitig von einem Frontschieber, bodenseitig von einer Bodenplatte und seitlich jeweils von einer Seitenwand begrenzt ist. Der Abzug umfasst ferner ein an einer vorderseitigen Stirnseite der Bodenplatte angeordnetes zweites Hohlprofil, wobei das zweite Hohlprofil eine zweite Druckkammer aufweist, die fluidmäßig mit einer Vielzahl von zweiten Öffnungen verbunden ist, aus denen Luftstrahlen in Form von aus Druckluft bestehenden Bodenstrahlen entlang der Bodenplatte in den Arbeitsraum ausgegeben werden können. Der Abzug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der zweiten Öffnungen und der beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abzuges in der zweiten Druckkammer vorherrschende Luftdruck so ausgewählt sind, dass die zweite Druckkammer mit einem gebäudeseitig installierten Druckluftsystem fluidmäßig verbunden werden kann, ohne dass es zu einer Strömungsablösung der Bodenstrahlen von der Bodenplatte in einem Bereich von einer Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 25% der Tiefe des Arbeitsraumes kommt.
Vorteilhaft ist, wenn der Abzug sowohl ein erstes Hohlprofil als auch ein zweites Hohlprofil aufweist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommt es bei dem Abzug zu keiner Strömungsablösung der Wandstrahlen von der Seitenwand oder der Bodenstrahlen von der Bodenplatte in einem Bereich von der Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 50% der Tiefe des Arbeitsraumes.
Und noch bevorzugter kommt es bei dem Abzug zu keiner Strömungsablösung der Wandstrahlen von der Seitenwand oder der Bodenstrahlen von der Bodenplatte in einem Bereich von der Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 75 % der Tiefe des Arbeitsraumes.
Ebenso bevorzugt sind/ist ein erster und/oder ein zweiter Druckaufnehmer vorgesehen, die/der fluidmäßig mit der ersten und/oder der zweiten Druckkammer verbunden sind/ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der erste und/oder der zweite Druckaufnehmer eine erste und/oder eine zweite Druckaufnehmerleitung, die derart angeordnet sind/ist, dass ein druckkammerseitiges Ende der ersten und/oder der zweiten Druckaufnehmerleitung oberflächenbündig an einer Innenoberfläche der ersten und/oder der zweiten Druckkammer endet. Vorteilhaft ist es ebenso, wenn eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abzuges den Druck in der ersten und/oder der zweiten Druckkammer in einem Bereich von 50 Pa bis 500 Pa, vorzugsweise in einem Bereich von 150 Pa bis 200 Pa einstellt.
Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung mit dem ersten und/oder dem zweiten Druckaumehmer elektrisch verbunden.
Noch bevorzugter ist es, wenn die Steuerungseinrichtung ein Druckminderer oder ein Massendurchflussregler ist, der stromaufwärts der ersten und/oder der zweiten Druckkammer angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druckminderer oder der Massendurchflussregler innerhalb des Gehäuses angeordnet.
Bevorzugt liegt eine Querschnittsfläche, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen, mindestens einer der ersten und/oder der zweiten Öffnungen, vorzugsweise aller ersten und/oder zweiten Öffnungen, in einem Bereich von 1 mm2 bis 4 mm2.
Noch bevorzugter liegt eine Querschnittsfläche, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen, mindestens einer der ersten und/oder der zweiten Öffnungen, vorzugsweise aller ersten und/oder zweiten Öffnungen, in einem Bereich von 1,8 mm2 bis 3 mm2.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Abzuges liegt dann vor, wenn mindestens eine der ersten und/oder der zweiten Öffnungen, vorzugsweise alle ersten und/oder zweiten Öffnungen, derart ausgebildet ist/sind, dass der die erste und/oder die zweite Öffnung verlassende Druckluftstrahl als periodisch oszillierender Wandstrahl (100) und/oder als periodisch oszillierender Bodenstrahl (200) in den Arbeitsraum ausgegeben wird.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Periodizität in einem Bereich von 1 Hz bis 100 kHz, vorzugsweis 200 Hz bis 300 Hz liegt.
Nach einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die periodische Oszillation des Wandstrahls und/oder des Bodenstrahls durch lediglich nicht-bewegliche Bauteile des ersten und/oder des zweiten Hohlprofils, die vorzugsweise einteilig ausgebildet sind, erzeugt.
Noch bevorzugter ist es, wenn die periodische Oszillation des Wandstrahls und/oder des Bodenstrahls durch Selbsterregung erzeugt wird.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn mindestens ein erster und/oder ein zweiter fluidischer Oszillator vorgesehen sind/ist, die/der die erste und/oder zweite Öffnung umfassen/umfasst, vorzugsweise eine Vielzahl erster und/oder zweiter fluidischer Oszillatoren vorgesehen sind, welche jeweils eine erste und/oder eine zweite Öffnung umfassen, und der/die die periodische Oszillation des Wandstrahls/der Wandstrahlen und/oder die periodische Oszillation des Bodenstrahls/der Bodenstrahlen erzeugt/erzeugen.
Noch bevorzugter ist es, wenn die ersten und/oder zweiten Öffnungen eine kreisrunde, runde, ovale, rechtwinklige oder polygonale Form aufweisen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung betrifft einen Abzug, der dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens eine erste und/oder eine zweite Öffnung über einen ersten und/oder einen zweiten länglichen Kanal mit der ersten und/oder der zweiten Druckkammer fluidmäßig verbunden ist, und dass der erste und/oder der zweite Kanal eine Länge L aufweist, die mindestens das 3 -fache, vorzugsweise das 4-fache bis 11 -fache des hydraulischen Durchmessers einer Querschnittsfläche, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen, der zugehörigen Öffnung beträgt.
Die Erfindung wird nun rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Von den Figuren zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Laborabzuges;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht des in Fig. 1 dargestellten Laborabzuges entlang der in Fig. 1 gezeigten Linie A-A;
Fig. 3 die Einspeisung von Druckluft in die Seitenpfostenprofile und das
Bodenplattenprofil; Fig.4 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Hohlprofils, das an der vorderseitigen Stirnseite der Seitenwand und oder der vorderseitigen Stirnseite der Bodenplatte angeordnet ist;
Fig. 5 einen fluidischen Oszillator im Auslasskanal eines Hohlprofils;
Fig. 6 die Ergebnisse von PIV-Messungen des Strömungsfeldes der
Wandstrahlen in einem herkömmlichen Laborabzug (Fig. 6A), in einem Laborabzug mit Jet-Düsen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 6B) und in einem Laborabzug mit OsciJet-Düsen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 6C);
Fig. 7 einen Versuchsaufbau zur Ermittlung des statischen Luftdruckes in den
Druckkammern der beiden Seitenpfostenprofile und des Bodenprofils;
Fig. 8 einen Versuchsaufbau zur Ermittlung der Volumenströme der aus den
Seitenpfostenprofilen austretenden Wandstrahlen;
Fig. 9 die Messergebnisse des statischen Druckes in den Druckkammern der
Seitenpfostenprofile eines herkömmlichen Laborabzuges (durchgezogene Linie), eines Laborabzuges mit Jet-Düsen und OsciJet- Düsen bei unterschiedlichen Steuerspannungen des Ventilators (gepunktete Linie und gestrichelte Linie); und
Fig. 10 ein Diagramm, das die Reduktion der Volumenströme der Wandstrahlen bei unterschiedlichen Düsengeometrien der Seitenpfostenprofile zeigt.
Der in Fig. 1 perspektivisch dargestellte Laborabzug 1 entspricht in etwa dem Laborabzug, der von der Anmelderin seit etwa dem Jahr 2002 nahezu weltweit unter dem Namen Secuflow® vertrieben wird. Dieser Laborabzug benötigt dank der vorstehend beschriebenen Stützstrahltechnik einen Abluftvolumenstrom von lediglich 270 m3/(h lfm). Dieser Abzug (Bezeichnung: Secuflow® TA- 1500) diente als Referenz für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Messungen, die weiter unten beschrieben werden.
Der erfindungsgemäße Abzug entspricht hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaus dem in Fig. 1 dargestellten Abzug 1. Der erfindungsgemäße Abzug weicht insbesondere hinsichtlich der Düsengeometrie der Hohlprofile 10, 20 und der Art, wie die aus den Hohlprofilen 10, 20 ausgegebenen Druckluftstrahlen 100, 200 erzeugt werden, von dem herkömmlichen Secuflow® Abzug ab.
Der in Fig. 1 gezeigte Laborabzug 1 weist einen Abzuginnenraum auf, der rückseitig vorzugsweise durch eine Prallwand 40, seitlich durch zwei Seitenwände 36, bodenseitig durch eine Bodenplatte 34 bzw. Arbeitsplatte, vorderseitig durch einen verschließbaren Frontschieber 30 und deckenseitig vorzugsweise durch ein Deckenpaneel 48 begrenzt ist.
Der Frontschieber 30 ist vorzugsweise mehrteilig ausgebildet derart, dass mehrere vertikal verschiebbare Fensterelemente beim Öffnen und Schließen des Frontschiebers 30 gleichsinnig teleskopartig hintereinander verlaufen. Das in der geschlossenen Stellung des Frontschiebers 30 am weitesten unten angeordnete Fensterelement weist bevorzugt an seiner Vorderkante ein aerodynamisch optimiertes Tragflächenprofil 32 (Fig. 2) auf. Darüber hinaus weist der Frontschieber 30 vorzugsweise horizontal verschiebbare Fensterelemente auf, die auch in der geschlossenen Stellung des Frontschiebers 30 dem Laborpersonal Zugriff in den Abzuginnenraum gestatten.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass der Frontschieber 30 ebenso als zweiteiliges Schiebefenster ausgebildet sein kann, dessen beide Teile in vertikaler Richtung gegenläufig bewegt werden können. In diesem Fall sind die gegenläufigen Teile über Seile oder Riemen und Umlenkrollen mit die Masse des Frontschiebers ausgleichenden Gewichten gekoppelt.
Bevorzugt befindet sich zwischen der Prallwand 40 und der Rückwand 62 (Fig. 2) des Abzuggehäuses 60 ein Kanal 63, der zu einem Abluftsammelkanal 50 auf der Oberseite des Laborabzuges 1 führt. Der Abluftsammelkanal 50 ist mit einer gebäudeseitig installierten Ablufteinrichtung verbunden. Unterhalb der Arbeitsplatte 34 des Abzuginnenraumes ist ein Möbel 38 angeordnet, das als Stauraum für unterschiedliche Laborutensilien dient. Dieses Möbel ist im Sinne der hier verwendeten Terminologie als Teil des Gehäuses 60 des Laborabzuges 100 zu verstehen.
An den vorderseitigen Stirnseiten der Seitenwände 36 des Laborabzuges 1, die herkömmlich auch als Seitenpfosten bezeichnet werden, sind Hohlprofile 10 vorgesehen. Ebenso ist ein Hohlprofil 20 an der vorderseitigen Stirnseite der Bodenplatte 34 vorgesehen.
Wenn hier von„an der vorderseitigen Stirnseite" die Rede ist, so ist dieser Begriff nicht wortwörtlich zu verstehen. Vielmehr sind damit auch Konstruktionen gemeint, die lediglich im Bereich der Stirnseite vorgesehen oder angebracht sind.
Ähnlich wie das aerodynamisch optimierte Tragflächenprofil 32 an der Unterseite des untersten Frontschieberelements 30 ist auch die tragflächenförmige Anströmseite 10a des Hohlprofils 10 bzw. des Seitenpfostenprofils 10 (Fig. 4) vorzugsweise aerodynamisch optimiert ausgebildet. Gleiches gilt vorzugsweise auch für das Hohlprofil 20 an der vorderseitigen Stirnseite der Bodenplatte 34. Die tragflächenartige Profilgeometrie ermöglicht eine turbulenzarme, im optimalen Fall sogar eine turbulenzfreie Einströmung von Raumluft in den Abzuginnenraum bei teilweise oder vollständig geöffnetem Frontschieber 30.
Mit Hilfe der Hohlprofile 10, 20 werden sog. Stützstrahlen, d.h., aus Druckluft bestehende Druckluftstrahlen 100, 200 entlang der Seitenwände 36 und der Bodenplatte 34 in den Abzuginnenraum eingebracht. Diese Druckluftstrahlen werden herkömmlich von einem unterhalb der Arbeitsplatte 34 und innerhalb des Gehäuses 60 angeordneten Ventilator 70 (Fig. 3) erzeugt. Wenngleich in Fig. 2 die exakte Anordnung der Hohlprofile 10, 20 nur schwer zu erkennen ist, befinden sich die Hohlprofile 10, 20 vorzugsweise vor der Ebene des vordersten Frontschieberelements. Die Druckluftstrahlen 100, 200 erreichen daher den Abzuginnenraum bevorzugt nur bei teilweise oder vollständig geöffnetem Frontschieber 30.
Der in Fig. 1 dargestellte Laborabzug 1 ist rein exemplarisch zu sehen, denn die Erfindung lässt sich auf unterschiedliche Arten von Laborabzügen anwenden, beispielsweise Tischabzüge, Niedrigraum-Tischabzüge, Tiefabzüge, begehbare Abzüge oder gar mobile Laborabzüge. Ebenso erfüllen diese Abzüge die am Anmeldetag der vorliegenden Patentanmeldung gültige europäische Normenreihe DIN EN 14175. Des Weiteren können die Abzüge auch andere Normen erfüllen, beispielsweise die ASHRAE 110/1995, die für die USA gültig ist. Sollte in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen Bezug auf eine Norm genommen werden, so ist hierbei immer die aktuell gültige Norm gemeint. Dies deshalb, da die in den Normen angegebenen Vorschriften erfahrungsgemäß stets strenger werden, und somit ein Abzug, der die aktuelle Norm erfüllt, auch den Vorschriften einer älteren Norm genügt.
Fig. 2 stellt stark vereinfacht den Strömungsverlauf der aus den Hohlprofilen 10, 20 austretenden Druckluftstrahlen 100, 200 innerhalb des Abzuginnenraums und der Abluft in dem Kanal 63 zwischen der Prallwand 40 und der Rückwand 62 zum Abluftsammeikanal 50 dar. Die Ansicht in Fig. 2 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Prallwand 40 vorzugsweise bodenseitig von der Arbeitsplatte 34 und vorzugsweise von der Rückwand 62 des Gehäuses beabstandet, wodurch der Abluftkanal 63 gebildet wird. Die Prallwand 40 weist bevorzugt eine Vielzahl von länglich ausgebildeten Öffnungen 42 (Fig. 1) auf, durch die die Abluft bzw. die im Abzuginnenraum befindliche und unter Umständen toxisch belastete Luft hindurch strömt und in den Kanal 63 eintreten kann. An der Decke 48 im Abzuginnenraum sind vorzugsweise weitere Öffnungen 47 vorgesehen, durch die insbesondere leichte Gase und Dämpfe zum Abluftsammeikanal 50 geführt werden können.
Wenngleich in Fig. 1 und Fig. 2 nicht dargestellt, kann die Prallwand 40 ebenfalls vorzugsweise von den Seitenwänden 36 des Abzuggehäuses 60 beabstandet sein. Durch einen so ausgebildeten Spalt kann zusätzlich Abluft durch diesen hindurch in den Abluftkanal 63 eingeleitet werden.
An der Prallwand 40 sind vorzugsweise eine Vielzahl von Stativhaltern 44 vorgesehen, in die Stäbe lösbar eingespannt werden können, welche als Halterungen für Versuchsaufbauten im Abzuginnenraum dienen.
Wie in Fig. 3 gezeigt, werden bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten herkömmlichen Laborabzug die Druckluft- bzw. Stützstrahlen 100, 200 durch einen unterhalb der Bodenplatte 34 und vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 60 angeordneten Ventilator 70 erzeugt. Der bei den im Rahmen der Erfindung durchgeführten Messungen eingesetzte Ventilator 70 war ein einseitig saugender Radialventilator der Fa. ebm Papst mit der Bezeichnung G1G097-AA05- 01.
Die vom Ventilator 70 erzeugte Druckluft wird zunächst in das im Bereich der vorderen Stirnseite der Bodenplatte 34 angeordnete Hohlprofil 20 eingespeist. Die Einspeisung der Ventilatordruckluft in das Hohlprofil 20 erfolgt vorzugsweise an einer Stelle, die etwa in der Mitte der Längserstreckung des sich in Breitenrichtung des Abzuges erstreckenden Hohlprofils 20 liegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Druckabfall in dem Hohlprofil 20 relativ zu dieser Stelle ungefähr symmetrisch ist.
In Fig. 3 ist ebenfalls zu erkennen, dass die Hohlprofile 10, 20 fluidmäßig miteinander verbunden. Dadurch gelangt ein Teil der Druckluft zu den beiden Seitenpfostenprofilen 10 und tritt aus den Seitenpfostenprofilen 10 in Form von Stützstrahlen 100 entlang der Seitenwände 36 in den Abzuginnenraum aus.
Wenngleich man zunächst vermuten würde, dass der Energiebedarf des Ventilators 70 die gesamte Energiebilanz des Laborabzuges eher verschlechtern als verbessern würde, konnte bei dem herkömmlichen Laborabzug Secuflow® der Anmelderin aufgrund der positiven Wirkung der Stützstrahlen 100, 200 der zur Beibehaltung der normierten Ausbruchsicherheit mindestens erforderliche Abluftvolumenstrom, d.h. derjenige Mindestvolumenstrom, der die gesetzlichen Vorgaben an die Ausbruchsicherheit des Abzuges noch erfüllt und den die gebäudeseitig installierte und mit dem Abluftsammelkanal 50 verbundene Abluftanlage erzeugen können muss, herabgesenkt werden. Dadurch konnte der Energiebedarf des Laborabzuges um ein Maß reduziert werden, das den Energiebedarf des Ventilators übersteigt, was sich wiederum positiv auf die gesamte Energiebilanz des Laborabzuges auswirkt.
In Fig. 4 ist der Aufbau bzw. die Geometrie eines gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung ausgebildeten Hohlprofils 10, 20 im Querschnitt, d.h., senkrecht zur Längserstreckung des Hohlpro fils 10, 20 gezeigt. Die äußere Anströmseite 10a, 20a ist aerodynamisch optimiert als Tragflächenprofil ausgebildet. Im Inneren des Hohlprofils 10, 20 befindet sich eine Druckkammer 10b, 20b. Durch die Druckkammer 10b, 20b strömt die vom Ventilator 70 erzeugte Druckluft entlang der Längserstreckung des Hohlprofils 10, 20. Ebenfalls entlang der Längserstreckung des Hohlprofils 10, 20 befinden sich vorzugsweise eine Vielzahl von Auslassöffnungen 10d, 20d, durch die die Druckluft in den Abzuginnenraum entweichen kann. Die Vielzahl von räumlich voneinander getrennten Auslassöffhungen 10d, 20d sind entsprechend dem jeweiligen Verwendungszeck des Laborabzuges 1 in dem Hohlprofil 10, 20 angeordnet. Sie können unregelmäßig über die Länge des Hohlprofils 10, 20 verteilt oder entsprechend einem bestimmter Muster oder gar äquidistant und regelmäßig zueinander angeordnet sein.
Die Hohlprofile 10, 20 können vorzugsweise einteilig mit der jeweiligen Seitenwand 36 und/oder der Bodenplatte 34 ausgebildet sein, z.B. als stranggepresstes Aluminiumprofil. Ebenso ist es denkbar, die Hohlprofile 10, 20 auf die Stirnseite der jeweiligen Seitenwand 36 und/oder der Bodenplatte 34 aufzustecken und zu fixieren, oder anderweitig damit zu befestigen.
Ebenso kann die Vielzahl von Auslassöffnungen 10d, 20d - mit oder ohne Auslasskanal 10c, 20c - in Form einer Profilleiste in das jeweilige Hohlprofil 10, 20 eingebracht oder einteilig damit ausgebildet sein.
Die in Fig. 4 gezeigte Geometrie ist sowohl auf die Seitenpfostenhohlprofile 10 als auch auf das an der vorderen Stirnseite der Arbeitsplatte bzw. Bodenplatte 34 angeordnete Hohlprofil 20 anwendbar. Zur besseren Unterscheidbarkeit wird in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen zum Teil das Seitenpfostenprofil als erstes Hohlprofil 10 und das Bodenplattenprofil als zweites Hohlprofil 20 bezeichnet.
Um verschiedene, von einem Fluid durchströmte Kanäle mit unterschiedlicher Querschnittsform fluiddynamisch miteinander vergleichen zu können, wird der sog. hydraulische Durchmesser herangezogen. Der Begriff„hydraulischer Durchmesser" ist dem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann durchaus bekannt und stellt eine Rechengröße dar, die denjenigen Durchmesser eines Strömungskanals mit einem beliebigen Querschnitt angibt, der bei gleicher Länge und gleicher mittlerer Strömungsgeschwindigkeit den gleichen Druckverlust aufweist wie ein Strömungsrohr mit kreisrunden Querschnitt und gleichem Durchmesser.
Beim herkömmlichen Laborabzug Secuflow® der Anmelderin ist die Längsabmessung der Auslassöffnungen 10d, 20d, d. h., die Erstreckung der Auslassöffnungen 10d, 20d in Längsrichtung der Hohlprofile 10, 20 gleich 30mm und die Querabmessung senkrecht dazu gleich 2 mm. Bei einer rechteckigen Auslassöffnung berechnet sich der hydraulische Durchmesser nach der Formel dh=2ab/(a+b). Ist a=30mm und b=2mm, so ist der hydraulische Durchmesser jeder Auslassöffnung 10d, 20d beim herkömmlichen Laborabzug Secuflow® gleich 3,75 mm und der Flächeninhalt beträgt 60 mm2.
Bei den in Fig. 4 gezeigten Hohlprofilen 10, 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Flächeninhalt der Auslassöffnungen 10d, 20d hingegen vorzugsweise nur 1 mm2 bis 4 mm2, und noch bevorzugter 1,8 mm2 bis 3 mm2. Dabei können die Auslassöffhungen 10d, 20d vorzugsweise eine kreisrunde, runde, ovale, rechtwinklige oder polygonale Form aufweisen.
Die Längserstreckung der nahezu rechtwinkligen Auslassöffhungen 10d, 20d beträgt vorzugsweise 3 mm und die Querabmessung senkrecht dazu beträgt bevorzugt 1 mm. Dies ergibt einen hydraulischen Durchmesser von 1,5 mm. Ein Hohlprofil 10, 20 mit derart ausgebildeten Auslassöffnungen 10d, 20d wurde auch bei den im Rahmen der Erfindung durchgeführten Messreihen verwendet. Im Folgenden wird dieses Hohlprofil 10, 20 auch mit dem Begriff„Jet-Düsen" bezeichnet.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist mindestens eine Auslassöffhung 10d, 20d, vorzugsweise sind alle in dem Hohlprofil 10, 20 vorgesehenen Auslassöffhungen 10d, 20d, über einen Kanal 10c, 20c, der eine Länge L aufweist, mit der Druckkammer 10b, 20b fluidmäßig verbunden (Fig. 4).
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Hohlprofil 10a, 20a beträgt die Länge L des Kanals vorzugsweise 9 mm. Das Verhältnis der Länge L zum hydraulischen Durchmesser (1,5 mm) ist somit gleich 6.
Die im Rahmen der Erfindung durchgeführten Messreihen legen den Schluss nahe, dass der fluidmäßig mit vorzugsweise jeweils einer Auslassöffnung 10d, 20d verbundene Kanal 10c, 20c eine Länge L aufweisen sollte, die mindestens das 3 -fache, vorzugsweise das 4-fache bis 11- fache des hydraulischen Durchmessers der Auslassöffnung 10d, 20d beträgt. Erst bei einer Kanallänge L, die diese Bedingung erfüllt, werden Druckluftstrahlen in den Abzuginnenraum ausgegeben, denen eine Richtung„mitgegeben" wird, die deutlich stärker ausgeprägt ist als bei Luftstrahlen, die nur einen kürzeren Kanal durchlaufen müssen. Dadurch verkleinert sich der Öffnungswinkel der sich im Abzuginnenraum ausbreitenden Druckluftstrahlen 100, 200. Mit anderen Worten, die Druckluftstrahlen 100, 200 sind bereits zum Zeitpunkt des Verlassens der Auslassöffnungen 10d, 20d so stark gerichtet, dass sie sich möglichst nahe an die Seitenwände 36 und die Bodenplatte 34 anlegen.
Im Gegensatz dazu hatte das beim herkömmlichen Laborabzug Secuflow® verwendete und aus Aluminium stranggepresste Hohlprofil 10, 20 eine Dicke von 2 mm, d.h., der Kanal vor der Auslassöffnung hatte eine Länge L von lediglich 2 mm. Das Verhältnis der Länge L zum hydraulischen Durchmesser (3,75 mm) war somit deutlich kleiner als 1.
Der Winkel α (Fig. 4), den der vorzugsweise sich geradlinig erstreckende Kanal 10c, 20c relativ zur Seitenwand 36 und/oder zur Bodenplatte 34 einschließt, liegt bevorzugt in einem Bereich von 0° bis 10°. An dieser Stelle sei erwähnt, dass ein Luftstrahl, der durch einen Kanal verläuft, der einen Winkel von 0° zur zugehörigen Seitenwand oder der Bodenplatte einschließt, sich nicht absolut parallel zur Seitenwand oder zur Bodenplatte im Abzuginnenraum ausbreiten wird. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass der mittlere Geschwindigkeitsvektor selbst bei paralleler Ausblasung stets einen Winkel von größer 0° zur Seitenwand 36 oder zur Bodenplatte 34 einnehmen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird anstelle eines geradlinig von der Druckkammer 10b, 20b bis zur Auslassöffhung 10d, 20d verlaufenden Kanals 10c, 20c (Fig. 4) eine in Fig. 5 dargestellte Auslassgeometrie zur Verfügung gestellt, die die Ausblasung eines vorzugsweise periodisch oszillierenden Druckluftstrahls ermöglicht. Diese Düsengeometrie wird im Folgenden auch als OsciJet bezeichnet.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der in Fig. 5 gezeigte Ausschnitt in etwa dem in Fig. 4 gestrichelt gekennzeichneten Teilbereich entspricht, so dass die übrigen Merkmale der Hohlprofile 10, 20, die im Zusammenhang mit der Fig. 4 erläutert wurden, auch auf die Hohlprofile 10', 20' der Fig. 5 übertragbar sind.
Die periodische Oszillation wird vorzugsweise durch Selbsterregung erzeugt und bevorzugt mit Hilfe nicht beweglicher Bauteile, die vorzugsweise einteilig mit dem Hohlprofil 10', 20' ausgebildet sind. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen der Erfindung Messungen mit Hilfe sog. fluidischer Oszillatoren durchgeführt. Fluidische Oszillatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine selbsterregte Schwingung in dem durch sie hindurchtretenden Fluid erzeugen. Diese Schwingung resultiert aus dem Aufteilen des Fluidstroms in einen Hautstrom und einen Teilstrom. Während der Hauptstrom durch einen Hauptkanal 10c', 20c' strömt, fließt der Teilstrom alternierend durch einen der beiden Nebenkanäle 10f , 20f (Fig. 5). Im Bereich der Auslassöffhung 10d', 20d' trifft der Teilstrom wieder auf den Hauptstrom und lenkt diesen wechselweise nach unten bzw. oben hin ab, und zwar abhängig davon, welchen Nebenkanal 10f , 20f der Teilstrom zuvor durchlaufen hatte. Aufgrund der sich alternierend ändernden Druckverhältnisse in den Nebenkanälen 10f , 20f fließt der Teilstrom im nächsten Zyklus durch den jeweils anderen Nebenkanal 10f , 20f . Daraus folgt eine Ablenkung des sich im Bereich der Auslassöffhung 10d', 20d' vereinigenden Haupt- und Teilstroms in die jeweils andere Richtung. Sodann wiederholen sich die Vorgänge.
Auch bei der Düsengeometrie der Fig. 5 ist die Auslassöffhung 10d', 20d' über einen Kanal 10c', 20c' (hier der Hauptkanal), der eine Länge L aufweist, fluidmäßig mit einer Druckkammer 10b', 20b' verbunden. Auch hier beträgt die Kanallänge L mindestens das 3 -fache, vorzugsweise das 4-fache bis 11 -fache des hydraulischen Durchmessers der Auslassöffhung 10d', 20d'. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Längserstreckung der im Wesentlichen rechteckigen Auslassöffhung 10d', 20d' gleich 1,8 mm und die Erstreckung senkrecht dazu gleich 1 mm. Dies ergibt einen hydraulischen Durchmesser von 1,3 mm. Die Kanallänge L beträgt bevorzugt 14 mm und somit etwa das 11 -fache des hydraulischen Durchmessers.
Alternativ zur OsciJet-Düsengeometrie sind auch Düsengeometrien denkbar, die einen nichtperiodischen Druckluftstrahl erzeugen. Mit anderen Worten, solche Düsengeometrien erzeugen einen hin und her schweifenden, sich stochastisch bewegenden Druckluftstrahl. Zur Erzeugung derartiger nicht-periodischer Druckluftstrahlen können anders als bei fluidischen Oszillatoren rückkopplungsfreie fluidische Bauteile zum Einsatz kommen.
Fig. 6 zeigt das Ergebnis von PIV-Messungen des Strömungsfeldes der aus dem Seitenpfostenprofil 10 ausgegebenen Wandstrahlen unter Verwendung der herkömmlichen Düsengeometrie des Secuflow® Abzuges (Fig. 6A), der Jet-Düsengeometrie (Fig. 6B) und der OsciJet-Düsengeometrie (Fig. 6C). Die Ventilatorspannung betrug bei den in Fig. 6 gezeigten Messungen 9,85V. In Fig. 6a ist deutlich zu erkennen, wie die durch den geöffneten Frontschieber einströmende Raumluft trotz Ausblasung von Stützstrahlen 100 aus dem Hohlprofil 10 sich nach etwa 150 mm hinter der Frontschieberebene, welche der 0-Position entspricht, von der Seitenwand ablöst. Diese Ablösung wurde bei vorherigen Untersuchungen mittels Nebel nicht beobachtet. Eine derartige Ablösung ist in der Fig. 6b und Fig. 6c nicht zu erkennen. In der Fig. 6B und der Fig. 6C strömt die Raumluft der Seitenwand entlang, ohne dass es dabei zu Verwirbelungen und zur Ausbildung von Rückstromgebieten kommt. Auch ist die Feldliniendichte, die auf höhere Luftgeschwindigkeiten hin deutet, im Bereich der Seitenwand in der Fig. 6B und der Fig. 6C deutlich höher als in der Fig. 6A. Daraus lässt sich schließen, dass die Raumluft im Falle der Jet-Düsengeometrie (Fig. 6B) und der OsciJet-Düsengeometrie (Fig. 6C) deutlich schneller in Richtung Prallwand des Abzuginnenraums strömt als im Falle der herkömmlichen Düsengeometrie des Secuflow® Abzuges (Fig. 6A). Ebenso ist in der Fig. 6B und der Fig. 6C zu erkennen, wie die Raumluft selbst in einem Abstand vom Seitenpfostenprofil 10, 10' (y- Achse) sogartig zur Seitenwand hin verläuft, während in der Fig. 6A die Raumluft tendenziell eher von der Seitenwand weg strömt.
Die PIV-Messungen des Strömungsfeldes zeigen also sehr deutlich, dass bei sowohl der Jet- Düse (Fig. 4) als auch bei der OsciJet-Düse (Fig. 5) Strömungsablösungen wirkungsvoll verhindert werden können. Zudem liegt die einströmende Raumluft im vorderen, tragflächenförmig ausgebildeten Bereich des Seitenpfostens besser an, wodurch das Risiko von Rückströmungen weiter herabgesetzt wird.
Es wurden eine Reihe von PIV-Messungen bei unterschiedlichen Steuerspannungen des Ventilators 70 (Fig. 3) durchgeführt. Hierbei entspricht eine höhere Steuerspannung einer höheren Ausblasgeschwindigkeit der Stützstrahlen. Die PIV-Messungen machten deutlich, dass das Ziel Strömungsablösungen zu vermeiden, bei höheren Strahlgeschwindigkeiten noch besser erreicht wird. Um diesen Aspekt der Erfindung zu verwirklichen, genügt es, wenn eine Strömungsablösung in einem Bereich von der Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 25% der Tiefe des Arbeitsraumes vermieden wird. Dies entspricht demjenigen Bereich des Arbeitsraumes, der besonders kritisch in Bezug auf gefährliche Rückstromgebiete zu beurteilen ist. Bevorzugt beträgt dieser Wert mindestens 50%, und noch bevorzugter 75%. Nachdem diejenige Steuerspannung des Ventilators 70 experimentell ermittelt wurde, bei der ein nahezu verwirbelungsfreier Verlauf der Strömung ohne signifikante Rückstromgebiete festgestellt werden konnte, haben die Erfinder sich der Frage gewidmet, welcher Mindestvolumenstrom notwendig sei, um ein verwirbelungsfreies Strömungsfeld reproduzieren zu können.
Aufgrund der geringen Abmessungen der Jet- und OsciJet-Düsenauslassöff ungen 10d, 20d und 10d', 20d' liefert eine Messung der Luftaustrittsgeschwindigkeit mit Hilfe eines Hitzdrahtaneometers keine reproduzierbaren Ergebnisse. Im Falle der OsciJet-Düsen schwingt das Hitzdrahtaneometer sogar mit den periodisch oszillierenden Stützstrahlen mit.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wurde sodann ein Verfahren zur Bestimmung der Mindestvolumenströme entwickelt. Der dazugehörige Versuchsaufbau ist in den Fign. 7 und 8 dargestellt.
Die Ermittlung des Volumenstroms der Wandstrahlen erfolgt dabei in zwei Schritten. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, wird mit Hilfe eines Spannungsreglers 72 die Steuerspannung des Ventilators 70 auf einen Wert eingestellt, bei dem das mit Hilfe von PIV-Messungen verifizierte Strömungsfeld der Wandstrahlen nahezu keine signifikanten Strömungsablösungen zeigt. An den Messpunkten 1, 2, 3, 4, 5 und 6 wird im Anschluss der statische Druck innerhalb der Hohlprofile 10, 10' und 20, 20' ermittelt. Zu diesem Zweck wird ein Druckaufnehmer 80 verwendet, der vorzugsweise über jeweilige Druckaufnehmerleitungen 82 den statischen Druck in den Druckkammern 10a, 10a' und 20a, 20a' der Hohlprofile 10, 10' und 20, 20' misst. Die Druckaufnehmerleitungen 82 werden dabei vorzugsweise so angeordnet, dass deren druckkammerseitiges Ende oberflächenbündig an einer Innenoberfläche der jeweiligen Druckkammer 10a, 10a' und 20a, 20a' endet. Bei diesem ersten Messschritt wird lediglich exemplarisch am linken Seitenpfosten ein Hohlprofil 10 mit Jet-Düsen und am rechten Seitenpfosten ein Hohlprofil 10' mit OsciJet-Düsen eingesetzt.
In einem zweiten Messschritt, wie in Fig. 8 zu erkennen ist, wird der Ventilator 70 durch einen Druckluftanschluss 74 ersetzt. Stromabwärts des Druckluftanschlusses 74 wird ein kalibrierter Druckminderer oder Massendurchflussregler 76 angeordnet. Der hier verwendete Massendurchflussregler war von der Firma Teledyne Hastings Instruments, Serie 201. Nach Einstellung des im ersten Messschritt ermittelten statischen Referenzluftdrucks in den Hohlpro filen 10, 10' und 20, 20' kann so mit Hilfe des Massendurchflussreglers der zugehörige Massenstrom ermittelt werden. Unter Berücksichtigung des Umgebungsdruckes und der Umgebungstemperatur lässt sich aus dem jeweiligen Massenstrom der Volumenstrom errechnen.
In Fig. 9 sind die gemessenen statischen Luftdrücke in den Druckkammern 10a, 10a' der Hohlprofile 10, 10' gezeigt. Die unterste durchgezogene Linie ist lediglich zu Vergleichszwecken aufgeführt und zeigt den statischen Luftdruck in dem Hohlprofil des Serienabzuges Secuflow®, und zwar bei einer Ventilatorspannung von 4,41 V. Der durchschnittliche statische Luftdruck beträgt hier 12,5 Pa. Die gepunktete Linie zeigt einen durchschnittlichen Wert von 65 Pa an und wurde für die Jet- und OsciJet-Düsen bei einer Ventilatorspannung von 4,41 V ermittelt. Die oberste gestrichelte Linie entspricht einem durchschnittlichen Luftdruck von 197 Pa. Dieser wurde bei einer Ventilatorspannung von 9,85 V unter Verwendung der Jet- und OsciJet-Düsen ermittelt. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass in Fig. 9 die innerhalb des Serienprofils des Secuflow® Abzuges bei einer Ventilatorspannung von 9,85 V gemessenen durchschnittlichen statischen Luftdrücke nicht gezeigt sind.
Die sich hieraus ergebenden Volumenströme sind in Fig. 10 aufgeführt. Mit den optimierten Wandstrahldüsen Jet und OsciJet reduziert sich der erforderliche Mindestvolumenstrom gegenüber dem Serienabzug Secuflow® um 68 % in der Ausführung Jet und um 76 % in der Ausführung OsciJet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung haben die Erfinder gefolgert, dass aufgrund der stark reduzierten Volumenströme es nun möglich sei, einen vollwertigen Laborabzug, d. h. einen Laborabzug, der die Normenreihe DIN EN 14175 erfüllt, mit einem gebäudeseitig üblicherweise vorhandenen Druckluftsystem vorschriftsmäßig zu betreiben. Dem Fachmann ist an dieser Stelle bekannt, dass solche gebäudeseitig installierten Druckluftsysteme gewöhnlich einen Luftdruck in einem Bereich von 0 bis 7 bar zur Verfügung stellen können. Ein strombetriebener Ventilator erübrigt sich damit.
Nicht sämtliche Auslassöffnungen 10d, 10d' des Seitenpfostenprofils 10, 10' und nicht sämtliche Auslassöffnungen 20d, 20d' des Bodenplattenprofils 20, 20', die für die Ausgabe von Wandstrahlen 100 oder Bodenstrahlen 200 in dem jeweiligen Hohlprofil 10, 20 bestimmt sind, müssen erfindungsgemäß die in Fig. 4 oder Fig. 5 dargestellte Düsengeometrie aufweisen, um den in den Patentansprüchen angegebenen Gegenstand zu verwirklichen. Es genügt daher, dass mindestens eine Auslassöffhung 10d, 10d' des Seitenpfostenprofils 10, 10' und/oder mindestens eine Auslassöffhung 20d, 20d' des Bodenplattenprofils 20, 20' derart ausgebildet ist/sind. Gleiches gilt für die Länge L des Kanals 10c, 10c' und 20c, 20c', der unmittelbar stromaufwärts der jeweiligen Auslassöffhung 10d, 10d' und 20d, 20d' vorgesehen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Abzug ( 1 ) für einen Laborraum, aufweisend ein Gehäuse (60), in dem sich ein Arbeitsraum befindet, der vorderseitig von einem Frontschieber (30), bodenseitig von einer Bodenplatte (34) und seitlich jeweils von einer Seitenwand (36) begrenzt ist, und ein an einer vorderseitigen Stirnseite jeder Seitenwand (36) angeordnetes erstes Hohlprofil (10, 10'), wobei jedes erste Hohlprofil (10, 10') eine erste Druckkammer (10b, 10b') aufweist, die fluidmäßig mit einer Vielzahl von ersten Öffnungen (10d, 10d') verbunden ist, aus denen Luftstrahlen in Form von aus Druckluft bestehenden Wandstrahlen (100) entlang der jeweiligen Seitenwand (36) in den Arbeitsraum ausgegeben werden können,
dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der ersten Öffnungen (10d, 10d') und der beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abzuges in der ersten Druckkammer (10b, 10b') vorherrschende Luftdruck so ausgewählt sind, dass die erste Druckkammer (10b, 10b') mit einem gebäudeseitig installierten Druckluftsystem (74) fluidmäßig verbunden werden kann, ohne dass es zu einer Strömungsablösung der Wandstrahlen (100) von der Seitenwand (36) in einem Bereich von einer Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 25% der Tiefe des Arbeitsraumes kommt.
2. Abzug (1) für einen Laborraum, aufweisend ein Gehäuse (60), in dem sich ein Arbeitsraum (3) befindet, der vorderseitig von einem Frontschieber (30), bodenseitig von einer Bodenplatte (34) und seitlich jeweils von einer Seitenwand (36) begrenzt ist, und ein an einer vorderseitigen Stirnseite der Bodenplatte (34) angeordnetes zweites Hohlprofil (20, 20'), wobei das zweite Hohlprofil (20, 20') eine zweite Druckkammer (20b, 20b') aufweist, die fluidmäßig mit einer Vielzahl von zweiten Öffnungen (20d, 20d') verbunden ist, aus denen Luftstrahlen in Form von aus Druckluft bestehenden Bodenstrahlen (200) entlang der Bodenplatte (34) in den Arbeitsraum ausgegeben werden können,
dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der zweiten Öffnungen (20d, 20d') und der beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abzuges in der zweiten Druckkammer (20b, 20b') vorherrschende Luftdruck so ausgewählt sind, dass die zweite Druckkammer (20b, 20b') mit einem gebäudeseitig installierten Druckluftsystem (74) fluidmäßig verbunden werden kann, ohne dass es zu einer Strömungsablösung der Bodenstrahlen (200) von der Bodenplatte (34) in einem Bereich von einer Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 25% der Tiefe des Arbeitsraumes kommt.
3. Abzug (1), der die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 aufweist.
4. Abzug (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zu keiner Strömungsablösung der Wandstrahlen (100) von der Seitenwand (36) oder der Bodenstrahlen (200) von der Bodenplatte (34) in einem Bereich von der Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 50% der Tiefe des Arbeitsraumes kommt.
5. Abzug (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zu keiner Strömungsablösung der Wandstrahlen (100) von der Seitenwand (36) oder der Bodenstrahlen (200) von der Bodenplatte (34) in einem Bereich von der Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 75 % der Tiefe des Arbeitsraumes kommt.
6. Abzug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und/oder ein zweiter Druckaumehmer (80) vorgesehen sind/ist, die/der fluidmäßig mit der ersten (10b, 10b') und/oder der zweiten (20b, 20b) Druckkammer verbunden sind/ist.
7. Abzug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Druckaumehmer (80) eine erste und/oder eine zweite Druckaufnehmerleitung (82) umfasst, die derart angeordnet sind/ist, dass ein druckkammerseitiges Ende der ersten und/oder der zweiten Druckaufnehmerleitung (82) oberflächenbündig an einer Innenoberfläche der ersten (10b, 10b') und/oder der zweiten (20b, 20b') Druckkammer endet.
8. Abzug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (76) vorgesehen ist, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abzuges den Druck in der ersten (10b, 10b') und/oder der zweiten (20b, 20b') Druckkammer in einem Bereich von 50 Pa bis 500 Pa, vorzugsweise in einem Bereich von 150 Pa bis 200 Pa einstellt.
9. Abzug (1) nach Anspruch 8, soweit dieser von einem der Ansprüche 6 oder 7 abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (76) mit dem ersten und/oder dem zweiten Druckaufnehmer (80) elektrisch verbunden ist.
10. Abzug (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung ein Druckminderer oder ein Massendurchflussregler (76) ist, der stromaufwärts der ersten (10b, 10b') und/oder der zweiten (20b, 20b') Druckkammer angeordnet ist.
11. Abzug (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckminderer oder der Massendurchflussregler (76) innerhalb des Gehäuses (60) angeordnet ist.
12. Abzug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen, mindestens einer der ersten (10d, 10d') und/oder der zweiten (20d, 20d') Öffnungen, vorzugsweise aller ersten und/oder zweiten Öffnungen, in einem Bereich von 1 mm2 bis 4 mm2 liegt.
13. Abzug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen, mindestens einer der ersten (10d, 10d') und/oder der zweiten (20d, 20d') Öffnungen, vorzugsweise aller ersten und/oder zweiten Öffnungen (10d, 10d'), in einem Bereich von 1,8 mm2 bis 3 mm2 liegt.
14. Abzug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der ersten (10d, 10d') und/oder der zweiten (20d, 20d') Öffnungen, vorzugsweise alle ersten und/oder zweiten Öffnungen, derart ausgebildet ist/sind, dass der die erste (10d, 10d') und/oder die zweite (20d, 20d') Öffnung verlassende Druckluftstrahl als periodisch oszillierender Wandstrahl (100) und/oder als periodisch oszillierender Bodenstrahl (200) in den Arbeitsraum ausgegeben wird.
15. Abzug (1) nach Anspruch 14, dass die Periodizität in einem Bereich von 1 Hz bis 100 kHz, Vorzugs weis 200 Hz bis 300 Hz liegt.
16. Abzug (1) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Oszillation des Wandstrahls (100) und/oder des Bodenstrahls (200) durch lediglich nicht-bewegliche Bauteile des ersten (10) und/oder des zweiten (20) Hohlprofils, die vorzugsweise einteilig ausgebildet sind, erzeugt wird.
17. Abzug (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Oszillation des Wandstrahls (100) und/oder des Bodenstrahls (200) durch Selbsterregung erzeugt wird.
18. Abzug (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster und/oder ein zweiter fluidischer Oszillator (11) vorgesehen sind/ist, die/der die erste (10d') und/oder die zweite (20d') Öffnung umfassen/umfasst, vorzugsweise eine Vielzahl erster und/oder zweiter fluidischer Oszillatoren vorgesehen sind, welche jeweils eine erste und/oder eine zweite Öffnung umfassen, und der/die die periodische Oszillation des Wandstrahls/der Wandstrahlen (100) und/oder die periodische Oszillation des Bodenstrahls/der Bodenstrahlen (200) erzeugt/erzeugen.
19. Abzug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (10d, 10d') und/oder zweiten (20d, 20d') Öffnungen eine kreisrunde, runde, ovale, rechtwinklige oder polygonale Form aufweisen.
20. Abzug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste (10d, 10d') und/oder eine zweite (20d, 20d') Öffnung über einen ersten (10c, 10c') und/oder einen zweiten (20c, 20c') länglichen Kanal mit der ersten (10b, 10b') und/oder der zweiten (20b, 20b') Druckkammer fluidmäßig verbunden ist, und dass der erste (10c, 10c') und/oder der zweite (20c, 20c') Kanal eine Länge L aufweist, die mindestens das 3 -fache des hydraulischen Durchmessers einer Querschnittsfläche, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen, der zugehörigen Öffnung beträgt.
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