EP3562601B1 - Laboratory fume hood having guided wall and/or bottom jets - Google Patents
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- EP3562601B1 EP3562601B1 EP17823176.7A EP17823176A EP3562601B1 EP 3562601 B1 EP3562601 B1 EP 3562601B1 EP 17823176 A EP17823176 A EP 17823176A EP 3562601 B1 EP3562601 B1 EP 3562601B1
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Definitions
- a cross-sectional area of at least one first and/or one second opening is in a range from 1 mm 2 to 4 mm 2 .
- a cross-sectional area, viewed perpendicularly to the direction of flow, of at least one first and/or one second opening, preferably all the first and/or second openings, is in a range from 1.8 mm 2 to 3 mm 2 .
- the baffle 40 is preferably spaced from the worktop 34 on the bottom side and preferably from the rear wall 62 of the housing, as a result of which the exhaust air duct 63 is formed.
- the baffle 40 preferably has a plurality of elongated openings 42 ( 1 ) through which the exhaust air or the toxic air in the fume cupboard flows through and can enter the duct 63.
- Further openings 47 are preferably provided on the ceiling 48 in the interior of the fume hood, through which, in particular, light gases and vapors can be guided to the exhaust air collecting duct 50 .
- the longitudinal extent of the almost rectangular outlet openings 10d, 20d is preferably 3 mm and the transverse dimension perpendicular thereto is preferably 1 mm. This gives a hydraulic diameter of 1.5 mm.
- a hollow profile 10, 20 with outlet openings 10d, 20d designed in this way was also used in the series of measurements carried out within the scope of the invention. In the following, this hollow profile 10, 20 is also referred to as "jet nozzles”.
- the inventors have concluded that due to the greatly reduced volume flows, it is now possible to use a fully-fledged fume hood, i. H. to operate a fume hood that meets the DIN EN 14175 series of standards in accordance with the regulations with a compressed air system that is usually available in the building.
- a compressed air system that is usually available in the building.
- the person skilled in the art is aware that such compressed air systems installed on the building side can usually provide an air pressure in a range from 0 to 7 bar. A power-driven fan is therefore unnecessary.
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Description
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Laborabzug, insbesondere mit einem strömungsoptimierten und energieeffizienten Laborabzug.The present invention relates to a laboratory hood, in particular to a flow-optimized and energy-efficient laboratory hood.
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 "EN14175 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.Saving energy is not only environmentally friendly, but also lowers the sometimes very high operating costs of a modern laboratory room, in which dozens of fume cupboards can be installed under certain circumstances, each of which is operated 24 hours a day and 7 days a week. However, the most important property of modern fume cupboards is that they enable the safe handling of toxic substances and prevent the escape of these substances from the working area of the fume cupboard. The degree of this safety is also referred to as the retention capacity. For this purpose, a detailed series of standards "EN14175
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 (
In
In
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
Das Dokument
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.The inventors of the present invention were able to observe for the first time in fume cupboards equipped with conventional support jet technology that, contrary to previous investigations with fog, in which no significant flow separation of the wall jets could be detected, when investigating the flow field of the wall jets using PIV measurements ("Particle Image Velocimetry" measurements) a flow separation already occurs a relatively short distance behind the level of the sash and consequently dangerous backflow areas can develop on the side walls.
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.The main goal pursued with the present invention is therefore primarily to further improve the escape security of a fume hood equipped with support jet technology and at the same time to further reduce its energy consumption.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Optionale bzw. bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is solved by the features of
So stellt die Erfindung einerseits , gemäß Anspruch 1, 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 mindestens eine der ersten Öffnungen über einen ersten länglichen Kanal mit der ersten Druckkammer fluidmäßig verbunden ist, und dass der erste Kanal in Strömungsrichtung eine Länge L aufweist, die mindestens das 3-fache des hydraulischen Durchmessers einer Querschnittsfläche, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen, der ersten Öffnung beträgt, um eine Strömungsablösung des aus der ersten Öffnung austretenden Wandstrahls von der Seitenwand in einem Bereich von der Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 25 % der Tiefe des Arbeitsraumes zu vermeiden.On the one hand, the invention provides, according to
Andererseits stellt die Erfindung , gemäß Anspruch 2, 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 mindestens eine der zweiten Öffnungen über einen zweiten länglichen Kanal mit der zweiten Druckkammer fluidmäßig verbunden ist, und dass der zweite Kanal in Strömungsrichtung eine Länge L aufweist, die mindestens das 3-fache des hydraulischen Durchmessers einer Querschnittsfläche, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen, der zweiten Öffnung beträgt, um eine Strömungsablösung des aus der zweiten Öffnung austretenden Bodenstrahls von der Bodenplatte in einem Bereich von der Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 25 % der Tiefe des Arbeitsraumes zu vermeidenOn the other hand, the invention provides, according to
Vorteilhaft ist, wenn der Abzug sowohl ein erstes Hohlprofil als auch ein zweites Hohlprofil aufweist.It is advantageous if the trigger has both a first hollow profile and a second hollow profile.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der erste und/oder der zweite Kanal in Strömungsrichtung eine Länge L auf, die in einem Bereich des 4-fachen bis 11-fachen des hydraulischen Durchmessers der Querschnittsfläche der ersten und/oder der zweiten Öffnung ist.According to a preferred embodiment of the invention, the first and/or the second channel has a length L in the flow direction which is in a range of 4 times to 11 times the hydraulic diameter of the cross-sectional area of the first and/or the second opening.
Bevorzugt kommt es zu keiner Strömungsablösung des aus der ersten Öffnung austretenden Wandstrahls von der Seitenwand und/oder des aus der zweiten Öffnung austretenden Bodenstrahls von der Bodenplatte in einem Bereich von der Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 50 % der Tiefe des Arbeitsraumes.Preferably, there is no flow separation of the wall jet exiting from the first opening from the side wall and/or the bottom jet exiting from the second opening from the bottom plate in an area from the front side of the working space to at least 50% of the depth of the working space.
Noch bevorzugter kommt es zu keiner Strömungsablösung des aus der ersten Öffnung austretenden Wandstrahls von der Seitenwand und/oder des aus der zweiten Öffnung austretenden Bodenstrahls von der Bodenplatte in einem Bereich von der Vorderseite des Arbeitsraumes bis zu mindestens 75 % der Tiefe des Arbeitsraumes.More preferably, there is no flow separation of the wall jet exiting the first opening from the side wall and/or the bottom jet exiting the second opening from the bottom plate in an area from the front of the working space to at least 75% of the depth of the working space.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt vor, wenn ein erster und/oder ein zweiter Druckaufnehmer vorgesehen sind/ist, die/der fluidmäßig mit der ersten und/oder der zweiten Druckkammer verbunden sind/ist.An advantageous embodiment of the invention is when a first and/or a second pressure transducer is/are provided, which is/are fluidly connected to the first and/or the second pressure chamber.
Weiterhin vorteilhaft 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 zweiten Druckaufnehmerleitung oberflächenbündig an einer Innenoberfläche der ersten und/oder der zweiten Druckkammer endet.The first and/or the second pressure sensor also advantageously includes a first and/or a second pressure sensor line, which is/are arranged in such a way that an end of the first and/or second pressure sensor line on the pressure chamber side is flush with an inner surface of the first and/or the second pressure chamber ends.
Bevorzugt ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, 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.A control device is preferably provided which sets the pressure in the first and/or the second pressure chamber in a range from 50 Pa to 500 Pa, preferably in a range from 150 Pa to 200 Pa, when the trigger is used as intended.
Noch bevorzugter ist die Steuerungseinrichtung mit dem ersten und/oder dem zweiten Druckaufnehmer elektrisch verbunden.Even more preferably, the control device is electrically connected to the first and/or the second pressure sensor.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung ein Druckminderer oder ein Massendurchflussregler, der stromaufwärts der ersten und/oder der zweiten Druckkammer angeordnet ist.According to a further preferred embodiment of the invention, the control device is a pressure reducer or a mass flow controller, which is arranged upstream of the first and/or the second pressure chamber.
Weiterhin bevorzugt ist der Druckminderer oder der Massendurchflussregler innerhalb des Gehäuses angeordnet.Furthermore, the pressure reducer or the mass flow controller is preferably arranged inside the housing.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Querschnittsfläche mindestens einer ersten und/oder einer zweiten Öffnung, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen, vorzugsweise aller ersten und/oder zweiten Öffnungen, in einem Bereich von 1 mm2 bis 4 mm2 liegt.It is advantageous if a cross-sectional area of at least one first and/or one second opening, viewed perpendicularly to the direction of flow, preferably all the first and/or second openings, is in a range from 1 mm 2 to 4 mm 2 .
Noch vorteilhafter ist es, wenn eine Querschnittsfläche, senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen, mindestens einer ersten und/oder einer zweiten Öffnung, vorzugsweise aller ersten und/oder zweiten Öffnungen, in einem Bereich von 1,8 mm2 bis 3 mm2 liegt.It is even more advantageous if a cross-sectional area, viewed perpendicularly to the direction of flow, of at least one first and/or one second opening, preferably all the first and/or second openings, is in a range from 1.8 mm 2 to 3 mm 2 .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt vor, wenn mindestens eine erste und/oder eine zweite Öffnung, 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 und/oder als periodisch oszillierender Bodenstrahl in den Arbeitsraum ausgegeben wird.A further advantageous embodiment of the invention is when at least a first and/or a second opening, preferably all the first and/or second openings, is/are designed in such a way that the compressed air jet leaving the first and/or the second opening as a periodically oscillating wall jet and/or as a periodically oscillating floor jet into the working space.
Bevorzugt liegt die Periodizität in einem Bereich von 1 Hz bis 100 kHz, vorzugsweise in einem Bereich von 200 Hz bis 300 Hz.The periodicity is preferably in a range from 1 Hz to 100 kHz, preferably in a range from 200 Hz to 300 Hz.
Noch bevorzugter wird die periodische Oszillation des Wandstrahls und/oder die periodische Oszillation des Bodenstrahls durch lediglich nicht-bewegliche Bauteile des ersten und/oder des zweiten Hohlprofils, die vorzugsweise einteilig ausgebildet sind, erzeugt.Even more preferably, the periodic oscillation of the wall jet and/or the periodic oscillation of the floor jet is generated only by non-moving components of the first and/or the second hollow profile, which are preferably designed in one piece.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die periodische Oszillation des Wandstrahls und/oder die periodische Oszillation des Bodenstrahls durch Selbsterregung erzeugt werden/wird.Furthermore, it is advantageous if the periodic oscillation of the wall jet and/or the periodic oscillation of the ground jet are/is generated by self-excitation.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist/sind mindestens ein erster und/oder ein zweiter fluidischer Oszillator vorgesehen, der/die die erste und/oder die zweite Öffnung umfasst/umfassen, vorzugsweise eine Vielzahl erster und 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.According to a further preferred embodiment of the invention, at least one first and/or one second fluidic oscillator is/are provided, which comprises/comprises the first and/or the second opening, preferably a plurality of first and second fluidic oscillators are provided, each of which comprise a first and/or a second opening and which/which/which generate the periodic oscillation of the wall jet(s) and/or the periodic oscillation of the ground jet(s).
Bevorzugt weisen die ersten und/oder die zweiten Öffnungen eine kreisrunde, runde, ovale, rechtwinklige oder polygonale Form auf.The first and/or the second openings preferably have a circular, round, oval, rectangular or polygonal shape.
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 inFig. 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.
- 1
- a perspective view of a conventional laboratory hood;
- 2
- a cross-sectional view of the in
1 illustrated fume hood along the in1 shown line AA; - 3
- the feeding of compressed air into the side post profiles and the bottom plate profile;
- Fig.4
- a cross-sectional view of a hollow profile according to the invention, which is arranged on the front face of the side wall and/or the front face of the base plate;
- figure 5
- a fluidic oscillator in the outlet channel of a hollow profile;
- 6
- the results of PIV measurements of the flow field of the wall jets in a conventional fume hood (
Figure 6A ), in a laboratory hood with jet nozzles according to a preferred embodiment of the invention (Figure 6B ) and in a laboratory hood with OsciJet nozzles according to a further preferred embodiment of the invention (Figure 6C ); - 7
- a test setup for determining the static air pressure in the pressure chambers of the two side post profiles and the floor profile;
- 8
- a test set-up to determine the volume flows of the wall jets emerging from the side post profiles;
- 9
- the measurement results of the static pressure in the pressure chambers of the side pillar profiles of a conventional fume hood (solid line), a fume hood with jet nozzles and OsciJet nozzles at different control voltages of the fan (dotted line and dashed line); and
- 10
- a diagram showing the reduction of the volume flows of the wall jets with different nozzle geometries of the side post profiles.
Der in
Der erfindungsgemäße Abzug entspricht hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaus dem in
Der in
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 (
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.At this point it is pointed out that the
Bevorzugt befindet sich zwischen der Prallwand 40 und der Rückwand 62 (
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.When "on the front face" is mentioned here, this term is not to be understood literally. Rather, this also means constructions that are only provided or attached in the area of the front side.
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 (
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 (
Der in
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.If reference is made to a standard in this description and the patent claims, the currently valid standard is always meant. This is because experience has shown that the regulations specified in the standards are becoming more and more stringent, and a deduction that meets the current standard also satisfies the regulations of an older standard.
Wie in
Wenngleich in
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.A plurality of
Wie in
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.The compressed air generated by the
In
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.Although one would initially assume that the energy requirement of the
In
Die Vielzahl von räumlich voneinander getrennten Auslassöffnungen 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.The multiplicity of spatially separated
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.The hollow profiles 10, 20 can preferably be designed in one piece with the
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.Likewise, the multiplicity of
Die in
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.In order to be able to compare various channels through which a fluid flows with different cross-sectional shapes, the so-called hydraulic diameter is used. The term "hydraulic diameter" is well known to those skilled in the art and represents an operand that specifies the diameter of a flow channel with any cross-section which, with the same length and the same mean flow rate, has the same pressure loss as a flow pipe with a circular cross-section and same diameter.
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.In the applicant's conventional laboratory fume hood Secuflow® , the longitudinal dimension of the
Bei den in
Die Längserstreckung der nahezu rechtwinkligen Auslassöffnungen 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.The longitudinal extent of the almost
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist mindestens eine Auslassöffnung 10d, 20d, vorzugsweise sind alle in dem Hohlprofil 10, 20 vorgesehenen Auslassöffnungen 10d, 20d, über einen Kanal 10c, 20c, der eine Länge L aufweist, mit der Druckkammer 10b, 20b fluidmäßig verbunden (
Bei dem in
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.The series of measurements carried out within the scope of the invention suggest that the
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.In contrast to this, the
Der Winkel α (
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird anstelle eines geradlinig von der Druckkammer 10b, 20b bis zur Auslassöffnung 10d, 20d verlaufenden Kanals 10c, 20c (
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der in
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.The periodic oscillation is preferably generated by self-excitation and preferably with the help of non-moving components, which are preferably formed in one piece with the hollow profile 10', 20'. For this purpose, within the scope of the invention, measurements were carried out with the aid of so-called fluidic oscillators.
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' (
Auch bei der Düsengeometrie der
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.As an alternative to the OsciJet nozzle geometry, nozzle geometries that generate a non-periodic jet of compressed air are also conceivable. In other words, such nozzle geometries produce a roaming, stochastically moving jet of compressed air. In contrast to fluidic oscillators, feedback-free fluidic components can be used to generate such non-periodic compressed air jets.
In
Die PIV-Messungen des Strömungsfeldes zeigen also sehr deutlich, dass bei sowohl der Jet-Düse (
Es wurden eine Reihe von PIV-Messungen bei unterschiedlichen Steuerspannungen des Ventilators 70 (
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.After the control voltage of the
Aufgrund der geringen Abmessungen der Jet- und OsciJet-Düsenauslassöffnungen 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.Due to the small dimensions of the jet and OsciJet
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wurde sodann ein Verfahren zur Bestimmung der Mindestvolumenströme entwickelt. Der dazugehörige Versuchsaufbau ist in den
Die Ermittlung des Volumenstroms der Wandstrahlen erfolgt dabei in zwei Schritten. Wie in
In einem zweiten Messschritt, wie in
In
Die sich hieraus ergebenden Volumenströme sind in
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.According to a further aspect of the invention, the inventors have concluded that due to the greatly reduced volume flows, it is now possible to use a fully-fledged fume hood, i. H. to operate a fume hood that meets the DIN EN 14175 series of standards in accordance with the regulations with a compressed air system that is usually available in the building. At this point, the person skilled in the art is aware that such compressed air systems installed on the building side can usually provide an air pressure in a range from 0 to 7 bar. A power-driven fan is therefore unnecessary.
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
Claims (20)
- Fume cupboard (1) for a laboratory space, having a housing (60) with a work space located therein, which is delimited on the front side by a front sash (30), on the bottom by a base plate (34) and on each side by a side wall (36), and a first hollow profile (10, 10') arranged on a front end face side of each side wall (36), wherein each first hollow profile (10, 10') defines a first pressure chamber (10b, 10b'), which is fluidically connected to a plurality of first openings (10d, 10d'), from which air jet streams in the form of wall jet streams (100) consisting of pressurised air can be emitted along the respective side wall (36) into the work space, characterized in that at least one of the first openings (10d, 10d') is fluidically connected to the first pressure chamber (10b, 10b') via a first longitudinal duct (10c, 10c'), and that the first duct (10c, 10c') has a length L in the direction of flow that is at least three times as long as the hydraulic diameter of a cross-sectional area of the first opening (10d, 10d') viewed perpendicularly to the direction of flow, in order to prevent a flow separation of the wall jet stream (100) exiting the first opening (10d, 10d') of the side wall (36) in an area from the front side of the work space up to at least 25% of the depth of the work space.
- Fume cupboard (1) for a laboratory space, having a housing (60) with a work space located therein, which is delimited on the front side by a front sash (30), on the bottom by a base plate (34) and on each side by a side wall (36), and a second hollow profile (20, 20') arranged on a front end face side of the base plate (34), wherein the second hollow profile (20, 20') defines a second pressure chamber (20b, 20b'), which is fluidically connected to a plurality of second openings (20d, 20d'), from which air jet streams in the form of bottom jet streams (200) consisting of pressurised air can be emitted along the base plate (34) into the work space, characterized in that at least one of the second openings (20d, 20d') is fluidically connected to the second pressure chamber (20b, 20b') via a second longitudinal duct (20c, 20c'), and that the second duct (20c, 20c') has a length L in the direction of flow that is at least three times as long as the hydraulic diameter of a cross-sectional area of the second opening (20d, 20d') viewed perpendicularly to the direction of flow, in order to prevent a flow separation of the base jet stream (200) exiting the second opening (20d, 20d') of the base plate (34) in an area from the front side of the work space up to at least 25% of the depth of the work space.
- Fume cupboard (1) having the features of Claims 1 and 2.
- Fume cupboard (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first (10c, 10c') and/or the second (20c, 20c') duct has a length L in the direction of flow, which is in a range from four to eleven times as long as the hydraulic diameter of the cross-sectional area of the first (10d, 10d') and/or the second (20d, 20d') opening.
- Fume cupboard (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that no flow separation takes place of the wall jet stream (100) exiting the first opening (10d, 10d') from the side wall (36) and/or of the base jet stream (200) exiting the second opening (20d, 20d') from the base plate (34) in an area from the front side of the work space up to at least 50% of the depth of the work space.
- Fume cupboard (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that no flow separation takes place of the wall jet stream (100) exiting the first opening (10d, 10d') from the side wall (36) and/or of the base jet stream (200) exiting the second opening (20d, 20d') and/or of the base jet stream (200) exiting the second opening (20d, 20d') from the base plate (34) in an area from the front side of the work space up to at least 75% of the depth of the work space.
- Fume cupboard (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that a first and/or a second pressure transducer (80) is provided, which is/are fluidically connected to the first (10b, 10b') and/or the second (20b, 20b') pressure chamber.
- Fume cupboard (1) according to Claim 7, characterized in that the first and/or the second pressure transducer (80) comprises a first and/or a second pressure transducer line (82), which is arranged in such a way that an end of the first and/or second pressure transducer line (82) on the pressure chamber side ends flush with an inner surface of the first (10b, 10b') and/or the second (20b, 20b') pressure chamber.
- Fume cupboard (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that a control device (76) is provided which is designed such that, when the fume cupboard is operated according to its intended use, said control device adjusts the pressure in the first (10b, 10b') and/or the second (20b, 20b') pressure chamber in a range from 50 Pa 500 Pa, preferably in a range from 150 Pa 200 Pa.
- Fume cupboard (1) according to Claim 9, to the extent that it depends on either of Claims 7 or 8, characterized in that the control device (76) is electrically connected to the first and/or second pressure transducer (80).
- Fume cupboard (1) according to Claim 9 or 10, characterized in that the control device is a pressure reducer or a mass flow regulator (76) that is arranged upstream to the first (10b, 10b') and/or the second (20b, 20b') pressure chamber.
- Fume cupboard (1) according to Claim 11, characterized in that the pressure reducer or mass flow regulator (76) is arranged inside the housing (60).
- Fume cupboard (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that a cross-sectional area of at least one first (10d, 10d') and/or at least one second (20d, 20d') opening, viewed perpendicularly to the direction of flow, preferably of all first and/or second openings, is in a range from 1 mm2 to 4 mm2.
- Fume cupboard (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that a cross-sectional area, viewed perpendicularly to the direction of flow, of at least one first (10d, 10d') and/or at least one second (20d, 20d') opening, preferably of all first and/or second openings, is in a range from 1.8 mm2 to 3 mm2.
- Fume cupboard (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one first (10d, 10d') and/or at least one second (20d, 20d') opening, preferably all first and/or second openings, is/are designed that the compressed air stream exiting the first (10d, 10d') and/or the second (20d, 20d') opening is emitted into the work space as a periodically oscillating wall jet stream (100) and/or as a periodically oscillating base jet stream (200).
- Fume cupboard (1) according to Claim 15, characterized in that the periodicity is in a range from 1 Hz to 100 kHz, preferably in a range from 200 Hz to 300 Hz.
- Fume cupboard (1) according to Claim 15 or 16, characterized in that the periodic oscillation of the wall jet stream (100) and/or the periodic oscillation of the base jet stream (200) can be generated by merely non-moving components of the first (10, 10') and/or the second (20, 20') hollow profile, which are preferably constructed as a single part.
- Fume cupboard (1) according to any one of Claims 15 to 17, characterized in that the periodic oscillation of the wall jet stream (100) and/or the periodic oscillation of the base jet stream (200) can be generated by auto-excitation.
- Fume cupboard (1) according to any one of Claims 15 to 18, characterized in that at least one first and/or at least one second fluidic oscillator (11) is/are provided, which comprise/comprises the first (10d') and/or the second (20d') opening, preferably that a multiplicity of first and second fluidic oscillators are provided, each comprising a first (10d') and/or a second (20d') opening, and are designed in such manner that it/they generate(s) the periodic oscillation of the wall jet stream/wall jet streams (100) and/or the periodic oscillation of the base jet stream/base jet streams (200).
- Fume cupboard (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first (10d, 10d') and/or the second (20d, 20d') openings have a circular, round, oval, rectangular or polygonal shape.
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