KR20190103169A - 벽면 분사류를 가진 실험실 흄 후드 - Google Patents

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KR20190103169A
KR20190103169A KR1020197018942A KR20197018942A KR20190103169A KR 20190103169 A KR20190103169 A KR 20190103169A KR 1020197018942 A KR1020197018942 A KR 1020197018942A KR 20197018942 A KR20197018942 A KR 20197018942A KR 20190103169 A KR20190103169 A KR 20190103169A
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fume cupboard
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cupboard
pressure chambers
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위르겐 리브슈
크리스티안 올리버 파셰라이트
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발트너 라보라인리히퉁겐 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명은 실험실용 흄 컵보드(fume cupboard)(1)에 관한 것으로, 각각의 측벽(36)의 전방 단부면의 전면에 배치되고 다수의 제1 개구들(10d, 10d')을 가진 제1 압력 챔버(10b, 10b')를 가지는 제1 중공형 프로파일(hollow profile)(10, 10')을 포함하며, 상기 다수의 제1 개구들(10d, 10d')로부터 공기 분사류(air jets)가 압축 공기로 이루어진 벽면 분사류(wall jets)(100)의 형태로 관련된 측벽(36)을 따라서 작업 공간 내부로 출력될 수 있다. 상기 제1 개구들(10d, 10d')의 크기와 상기 제1 압력 챔버(10b, 10b') 내에 존재하는 공기 압력은, 상기 작업 공간의 전면측으로부터 상기 작업 공간의 깊이의 적어도 25%까지의 영역 내에서 상기 측벽(36)으로부터 상기 벽면 분사류(100)의 흐름 분리의 발생 없이 상기 제1 압력 챔버(10b, 10b')가 건물 내에 설치된 압축 공기 시스템(74)에 유체적으로 연결될 수 있는 방식으로 선택된다.

Description

벽면 분사류를 가진 실험실 흄 후드
본 발명은 흄 컵보드(fume cupboard)에 관한 것으로서, 특히 흐름-최적화되고 에너지-효율적인 흄 컵보드에 관한 것이다.
에너지 절감은 환경을 책임지고 있을 뿐만 아니라, 주당 7일, 매일 24시간 가동되는 수십 개의 흄 컵보드들이 설치되는 것이 이례적이 아닌 현대의 실험실의 때때로 매우 높은 작동 비용을 낮추는데 도움을 준다. 그러나, 현대의 흄 컵보드의 가장 중요한 품질은 여전히 유독성 물질들을 안전하게 다룰 수 있으며 이러한 물질들이 흄 컵보드의 작업 영역으로부터 누출되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것에 있다. 이러한 안전 조치는 보유 능력(retention capacity)으로도 불린다. 이러한 목적을 위해, 상세한 일련의 표준들, "EN14175 Part 1 내지 Part 7"이 발행되었으며, 이는 그 중에서도 유지 능력에 관한 동적 공기 흐름(dynamic airflow)의 효과를 설명한다. 따라서, 흄 컵보드의 기술 영역에서 많은 개발들은 이러한 흄 컵보드의 보유 능력을 약화시키지 않고 에너지 소비를 어떻게 감소시킬 것인가의 질문을 다루고 있다.
일찍이 1950년대에, "공기 커튼(air curtain)"을 사용하여 흄 컵보드의 누출 방지 능력을 향상시키기 위한 시도들이 있어 왔다. 이러한 공기 커튼은 흄 컵보드의 측벽들에 제공된 공기 배출 노즐들의 도움으로 전면 새시 개구(front sash opening)의 영역 내에 생성되어 유독성 흄이 작업 영역 밖으로 나가는 것을 방지하기 위한 것이다(US 2 702 505 A).
EP 0 486 971 A1에서, 측면 기둥의 전면 에지와 작업 플레이트의 전면 에지에 흐름-최적화된 윤곽을 가진 편향기(deflector)("날개(air foil)")를 제공하는 것이 제안되었다. EP 0 486 971 A1의 가르침에 따르면, 이러한 편향기는 새시가 열렸을 때 편향기의 선행 표면에 유입되는 주변 공기의 박리(delamination)를 감소시키도록 설계되며, 이에 따라 더 적은 난류를 유발한다. 그러나, 유입되는 주변 공기가 편향기의 단부 하류에서 박리될 수 있기 때문에, 이러한 편향기 뒤에 있는 영역에서는 난류가 증가한다. 이러한 효과는 주변 공기가 측벽들에 대해 각을 이루어 흄 컵보드 내부로 흐르는 경우에 더 크게 발생한다.
GB 2 336 667 A에서, 작업 플레이트와 측면 기둥의 전면 에지로부터 거리를 두고 베어링 표면들(bearing surfaces)의 형태로 프로파일들을 제공함으로써, 주변 공기가 베어링 표면들의 형태인 프로파일들을 따라서 그리고 일측에서는 작업 플레이트의 전면 에지와 프로파일들 사이 및 다른 측에서는 측면 기둥들의 전면 에지와 프로파일들 사이에 존재하는 보통 깔때기-모양의 갭을 통해 흄 컵보드의 내부로 들어올 수 있으며, 이에 의해 보유 능력이 개선되었다. 주변 공기는 깔때기-모양의 갭 내에서 가속됨으로써, 배기가스의 속도 프로파일은 측벽들과 작업 플레이트의 영역에서 상승한다.
누출 방지를 향상시키면서 동시에 흄 컵보드의 에너지 소비를 감소시키는데 추가적으로 중요한 것은 "안정화 분사류(stabiliser jet)"의 최적화된 공급이다. 중공형 프로파일들이 작업 플레이트의 전면 에지와 측면 기둥들의 전방 단부면들 둘 다에 제공되기 때문에, 압축 공기를 이 프로파일들 내의 공동(cavity) 내부로 공급하여 중공형 프로파일들에 제공된 개구들을 통해 압축 공기 분사류(compressed air jets)의 형태로 작업 영역 내부로 불어내는 것이 가능하다. 그 이점은 압축 공기로 이루어진 안정화 분사류는 측벽들과 작업 플레이트를 따라서, 즉 난류의 위험성이 있어서 보유 능력에 불리한 영향을 미치는 영역들(역류 영역들)을 따라서 흄 컵보드의 작업 영역으로 들어간다는 것이다. 측벽들과 작업 영역의 하부 영역 내의 압축 공기 분사류는 몇몇의 효과들을 가진다. 압축 공기 분사류는, 중공형 프로파일들의 하류 단부에서 룸으로부터 공기의 유입 흐름의 박리를 방지할 뿐만 아니라, 벽들과의 마찰 효과를 감소시킴으로써, 이 영역들에서 난류와 역류 영역들이 상당히 감소된다. 작업 영역으로 들어온 주변 공기는 말하자면 벽들과 인출된 작업 플레이트를 따라서 작업 영역의 후방을 향해 뒤쪽으로 이동하는 공기의 동적 쿠션 위에서 미끄러진다. 처음에는, 압축 공기 분사류의 제공이 더 많은 에너지를 사용하기 때문에, 이는 모순되는 것으로 보인다. 그러나, 보유 능력을 악화시키지 않고서도 흄 컵보드 내부의 다른 영역들에서 공기 속도가 늦춰질 수 있기 때문에, 흄 컵보드의 전체 에너지 밸런스에 긍정적으로 영향을 미친다. 이러한 안정화 분사류에 의해, 전면 새시가 부분적으로 또는 완전히 개방된 때에도, 흄 컵보드의 누출 방지 능력이 표준 규정을 이행하는 것을 보장하기 위해 필요한 배출 공기의 최소량이 감소될 수 있다. 안정화 분사류 기술을 구비한 흄 컵보드의 예는 DE 101 46 001 A1, EP 1 444 057 B1 및 US 9,266,154 B2에 서술되어 있다.
"입자 영상 유속계(PIV: Particle Image Velocimetry)" 측정을 사용하여 종래의 안정화 분사류 기술을 구비한 흄 컵보드 내의 벽면 분사류(wall jet)의 유동장(flow field)을 검사하는 중에, 본 발명의 발명자들은, 벽면 분사류의 상당한 공기 흐름 박리가 검출되지 않는 미스트(mist)에 의한 이전의 실험들과 대조적으로, 전면 새시의 평면 뒤 비교적 짧은 거리에 공기 흐름 박리가 발생하며 그 결과 측벽들에 위험한 역류 영역이 형성될 수 있다는 것을 처음으로 관찰하였다.
따라서, 본 발명이 추구하는 주된 목적은 주로 안정화 분사류 기술을 구비한 흄 컵보드의 누출 방지 능력을 더 개선하고, 동시에 에너지 소비를 더 감소시키는데 있다.
이러한 목적은 청구항 제1항과 제2항의 특징들에 의해 해결된다. 본 발명의 선택적인 또는 바람직한 특징들은 종속항들에 기재된다.
따라서, 본 발명은 실험실용 흄 컵보드(fume cupboard)를 서술하며, 상기 흄 컵보드는, 내부에 작업 영역이 배치되고, 전방에서는 전면 새시(front sash)에 의해, 바닥에서는 바닥 플레이트에 의해, 양측에서는 측벽에 의해 한정된 하우징을 구비한다. 상기 흄 컵보드는 각각의 측벽의 전방 단부면의 전면에 배치된 제1 중공형 프로파일(hollow profile)을 더 포함하며, 각각의 제1 중공형 프로파일은 다수의 제1 개구들과 유체 연통되는 제1 압력 챔버를 포함하고, 상기 다수의 제1 개구들로부터 공기 분사류가 압축 공기로 이루어진 벽면 분사류(wall jets)의 형태로 각각의 측벽을 따라서 상기 작업 영역 내부로 출력될 수 있다. 상기 흄 컵보드는, 상기 제1 개구들의 크기와 상기 흄 컵보드의 적절한 사용 중에 상기 제1 압력 챔버 내에 존재하는 공기 압력은, 상기 작업 영역의 전면측으로부터 상기 작업 영역의 깊이의 적어도 25%까지 연장된 영역 내에서 상기 측벽으로부터 상기 벽면 분사류의 공기 흐름 박리(airflow delamination)를 유발함이 없이 상기 제1 압력 챔버가 건물 내에 설치된 압축 공기 시스템에 유체적으로 연결될 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 한다.
다른 한편, 본 발명은 실험실용 흄 컵보드를 제공하며, 상기 흄 컵보드는, 내부에 작업 영역이 배치되고, 전방에서는 전면 새시(front sash)에 의해, 바닥에서는 바닥 플레이트에 의해, 양측에서는 측벽에 의해 한정된 하우징을 구비한다. 상기 흄 컵보드는 상기 바닥 플레이트의 전방 단부면의 전면에 배치된 제2 중공형 프로파일(hollow profile)을 더 포함하며, 상기 제2 중공형 프로파일은 다수의 제2 개구들과 유체 연통되는 제2 압력 챔버를 포함하고, 상기 다수의 제2 개구들로부터 공기 분사류가 압축 공기로 이루어진 바닥 분사류(bottom jets)의 형태로 상기 바닥 플레이트를 따라서 상기 작업 영역 내부로 출력될 수 있다. 상기 흄 컵보드는, 상기 제2 개구들의 크기와 상기 흄 컵보드의 적절한 사용 중에 상기 제2 압력 챔버 내에 존재하는 공기 압력은, 상기 작업 영역의 전면측으로부터 상기 작업 영역의 깊이의 적어도 25%까지 연장된 영역 내에서 상기 바닥 플레이트로부터 상기 바닥 분사류의 공기 흐름 박리(airflow delamination)를 유발함이 없이 상기 제2 압력 챔버가 건물 내에 설치된 압축 공기 시스템에 유체적으로 연결될 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 흄 컵보드가 제1 중공형 프로파일과 제2 중공형 프로파일 둘 다를 구비하는 것이 유리하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 작업 영역의 전면측으로부터 상기 작업 영역의 깊이의 적어도 50%까지 연장된 영역 내에서 상기 측벽으로부터 벽면 분사류의 공기 흐름 박리 또는 상기 바닥 플레이트로부터 바닥 분사류의 공기 흐름 박리가 발생하지 않는다.
더욱 바람직하게는, 상기 작업 영역의 전면측으로부터 상기 작업 영역의 깊이의 적어도 75%까지 연장된 영역 내에서 상기 측벽으로부터 벽면 분사류의 공기 흐름 박리 또는 상기 바닥 플레이트로부터 바닥 분사류의 공기 흐름 박리가 발생하지 않는다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 압력 챔버 및/또는 제2 압력 챔버와 유체적으로 연통되는 제1 및/또는 제2 압력 변환기가 제공된다.
본 발명의 유리한 변형예에 따르면, 상기 제1 및/또는 제2 압력 변환기는 제1 및/또는 제2 압력 변화기 라인을 포함하며, 상기 제1 및/또는 제2 압력 변화기 라인은, 상기 제1 및/또는 제2 압력 변환기의 압력 챔버측 단부가 상기 제1 압력 챔버 및/또는 제2 압력 챔버의 내면과 동일 평면으로 끝나는 방식으로 배치된다.
또한, 유리하게는 제어 장치가 제공되며, 상기 제어 장치는 상기 흄 컵보드의 적절한 작동 중에 상기 제1 압력 챔버 및/또는 제2 압력 챔버의 압력을 50Pa 내지 500Pa의 범위 내에서, 바람직하게는 150Pa 내지 200Pa의 범위 내에서 설정한다.
상기 제어 장치는 바람직하게는 상기 제1 및/또는 제2 압력 변환기에 전기적으로 연결된다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어 장치는 감압기(pressure reducer) 또는 질량 유량 제어기이며, 상기 제1 압력 챔버 및/또는 제2 압력 챔버의 상류에 배치된다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 상기 감압기 또는 질량 유량 제어기는 상기 하우징 내부에 배치된다.
흐름 방향에 대해 직각으로 보았을 때, 상기 제1 개구들 및/또는 제2 개구들 중 적어도 하나의, 바람직하게는 상기 제1 및/또는 제2 개구들 모두의 단면적은 바람직하게는 1㎟ 내지 4㎟의 범위 내에 놓인다.
흐름 방향에 대해 직각으로 보았을 때, 상기 제1 개구들 및/또는 제2 개구들 중 적어도 하나의, 바람직하게는 상기 제1 및/또는 제2 개구들 모두의 단면적은 더욱 바람직하게는 1.8㎟ 내지 3㎟의 범위 내에 놓인다.
상기 제1 개구들 및/또는 제2 개구들 중 적어도 하나, 바람직하게는 상기 제1 및/또는 제2 개구들 모두가, 상기 제1 개구 및/또는 제2 개구를 빠져나가는 압축 공기 분사류가 주기적으로 진동하는 벽면 분사류 및/또는 주기적으로 진동하는 바닥 분사류로서 상기 작업 영역 내부로 전달되는 방식으로 구성될 때, 상기 흄 컵보드의 유리한 변형예가 구현된다.
또한, 유리하게는 주기는 1Hz 내지 100Hz의 범위, 바람직하게는 200Hz 내지 300Hz의 범위 내이다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 상기 벽면 분사류 및/또는 바닥 분사류의 주기적 진동은 전적으로 상기 제1 중공형 프로파일 및/또는 제2 중공형 프로파일의 비-이동(non-moving) 부품들에 의해 발생되며, 이들은 바람직하게는 단일 부품으로서 구성된다.
바람직하게는, 상기 벽면 분사류 및/또는 바닥 분사류의 주기적 진동은 자기-여기(self-excitation)에 의해 발생된다.
또한, 유리하게는, 적어도 제1 및/또는 제2 유체 발진기(fluidic oscillator)가 제공되고, 상기 제1 및/또는 제2 유체 발진기는 제1 개구 및/또는 제2 개구를 포함하며, 바람직하게는 다수의 제1 및/또는 제2 유체 발진기들이 제공되고, 상기 다수의 제1 및/또는 제2 유체 발진기들 각각은 제1 및 /또는 제2 개구를 포함하며, 상기 제1 및/또는 제2 유체 발진기는 벽면 분사류의 주기적 진동 및/또는 바닥 분사류의 주기적 진동을 발생시킨다.
바람직하게는, 상기 제1 개구들 및/또는 제2 개구들은 원형, 둥근형, 타원형, 직사각형 또는 다각형 형상을 가진다.
본 발명의 하나의 유리한 변형은, 적어도 하나의 제1 개구 및/또는 하나의 제2 개구는 신장된 제1 및/또는 제2 덕트를 통해 상기 제1 압력 챔버 및/또는 제2 압력 챔버에 유체적으로 연결되며, 상기 제1 덕트 및/또는 제2 덕트는, 흐름 방향에 대해 직각으로 보았을 때, 연관된 개구의 단면의 수력학적 직경(hydraulic diameter)보다 적어도 3배, 바람직하게는 4배 내지 11배의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 흄 컵보드에 관한 것이다.
이제, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하면서 순전히 예시적인 목적으로 설명될 것이다.
도 1은 종래의 흄 컵보드의 사시도이며;
도 2는 도 1의 A-A 선을 따른 도 1에 도시된 흄 컵보드의 단면도이며;
도 3은 측면 기둥 프로파일들과 바닥 플레이트 프로파일 내부로의 압축 공기의 공급을 보여주며;
도 4는 측벽의 전방 단부면 및/또는 바닥 플레이트의 전면에 배치된, 본 발명에 따른 중공형 프로파일의 단면도이며
도 5는 중공형 프로파일의 배출 덕트 내의 유체 발진기를 보여주며;
도 6은 종래의 흄 컵보드(A)에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 분사 노즐들을 가진 흄 컵보드(B)에서, 그리고 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따라 OsciJet 노즐들을 가진 흄 컵보드(C)에서, 벽면 분사류의 유동장의 PIV 측정의 결과들을 보여주며;
도 7은 2개의 측면 기둥 프로파일들과 바닥 프로파일의 압력 챔버들 내의 공기 정압을 측정하기 위한 시험 장치를 보여주며;
도 8은 측면 기둥 프로파일들로부터 들어오는 벽면 분사류의 체적 유량을 측정하기 위한 시험 장치를 보여주며;
도 9는 팬의 상이한 제어 전압들에 대한, 종래의 흄 컵보드(실선), 분사 노즐들을 가진 흄 컵보드(점선), 및 OsciJet 노즐들을 가진 흄 컵보드(파선)의 측면 기둥 프로파일들의 압력 챔버들 내의 정압의 측정 결과를 보여주며;
도 10은 측면 기둥 프로파일들의 상이한 노즐 기하구조에 대한, 벽면 분사류의 체적 유량의 감소를 보여주는 다이어그램이다.
도 1에 도시된 흄 컵보드(fume cupboard)(1)의 사시도는 출원인에 의해 상표명 Secuflow®로 대략 2002년 이후로 이미 전세계에 시판되고 있는 흄 컵보드와 대략적으로 동일하다. 앞에서 설명된 안정화 분사류 기술의 덕분으로, 이 흄 컵보드는 단지 270㎥/(h·rm)의 배출 공기 체적 유량을 필요로 한다. 이 흄 컵보드(제품번호: Secuflow® TA-1500)는 본 발명의 문맥에서 취해진 측정을 위한 기준으로서 사용되며, 이는 뒤에서 설명된다.
본 발명에 따른 흄 컵보드의 기본적인 구성은 도 1에 도시된 흄 컵보드의 구성과 대체로 유사하다. 본 발명에 따른 흄 컵보드는, 중공형 프로파일들(10, 20)의 노즐 기하구조와 중공형 프로파일들(10, 20)로부터 나오는 압축 공기 분사류(100, 200)가 발생되는 방법에 있어서 종래의 Secuflow® 흄 컵보드와 상이하다.
도 1에 도시된 흄 컵보드(1)는, 후방에서는 바람직하게는 정류벽(baffle wall)(40)에 의해, 측부에서는 두 개의 측벽들(36)에 의해, 바닥에서는 바닥 플레이(34) 또는 작업 플레이트에 의해, 전방에서는 잠글 수 있는 전면 새시(front sash)(30)에 의해, 그리고 상부에서는 바람직하게는 천장 패널(48)에 의해 한정된 컵보드 내부를 가진다.
전면 새시(30)는 바람직하게는 다수의 부품으로 구성되어, 전면 새시(30)가 열리고 닫힐 때 몇몇의 수직으로 이동 가능한 윈도우 요소들이 서로의 뒤에서 신축식으로 슬라이딩한다. 전면 새시(30)가 닫힌 위치에 있을 때 바닥에 있는 윈도우 요소의 전면 에지는 바람직하게는 공기역학적으로 최적화된 날개-모양의 프로파일(32)을 가진다(도 2). 추가적으로, 전면 새시(30)는 바람직하게는 수평으로 이동 가능한 윈도우 요소들을 구비하며, 이는 전면 새시(30)가 닫힌 위치인 때에도 실험실 인원이 흄 컵보드의 내부로 접근할 수 있도록 한다.
현 시점에서, 전면 새시(30)는 2-부분 슬라이딩 윈도우로서 구현될 수도 있으며, 2-부분은 수직으로 반대 방향으로 이동될 수 있다. 이 경우에, 반대 방향으로 이동하는 부분들은 케이블 또는 벨트와 풀리를 통해 전면 새시의 질량을 균형잡는 무게추(weight)에 결합된다.
덕트(63)는 바람직하게는 정류벽(40)과 흄 컵보드 하우징(60)의 뒷벽(62) 사이에 위치하며 흄 컵보드(1) 상부의 배출 공기 수집 덕트(50)로 이어진다(도 2). 배출 공기 수집 덕트(50)는 건물 내에 설치된 배출 공기 시스템에 연결된다. 상기 흄 컵보드 내부의 작업 플레이트(34) 아래에는 가구 구조물(38)이 배치되어 다양한 실험 기구들을 위한 저장 공간으로서의 역할을 한다. 여기서 사용되는 용어의 의미에서, 이 가구 구조물은 흄 컵보드(100)의 하우징(60)의 부분이 되는 것으로 이해된다.
중공형 프로파일들(10)은 흄 컵보드(1)의 측벽들(36)의 전방 단부면에 제공되고, 상기 측벽들은 종래에는 측부 기둥들로 불리기도 한다. 중공형 프로파일(20)은 바닥 플레이트(34)의 전면에 제공된다.
이 문서에서 "전방 단부면에(on the frontal end face)"라는 표현이 사용될 때, 그 용어는 문자 그대로 이해하여서는 안 된다. 대신에, 이는 오직 전방 단부면의 영역 내에 제공되거나 부착된 구조물을 지칭하는 것이다.
하부 전면 새시 요소(30) 하측의 공기역학적으로 최적화된 날개 프로파일(wing profile)(32)과 유사하게, 중공형 프로파일(10) 또는 측부 기둥 프로파일(10)의 날개-형상의 선행 에지(10a)는 바람직하게는 공기역학적으로 최적화된다(도 4). 바람직하게는, 동일한 것이 바닥 플레이트(34)의 전방 단부면 전면의 중공형 프로파일(20)에도 적용된다. 상기 날개-모양의 프로파일 기하구조는 적은-난류를 가능하게 하고, 전면 새시(30)가 부분적으로 또는 완전히 열린 때 이상적인 조건들에서 주변 공기가 흄 컵보드 내부로 난류 없이 유입될 수 있도록 한다.
중공형 프로파일들(10, 20)은 "안정화 분사류(stabiliser jets)"를 - 압축 공기로 이루어진 압축 공기 분사류(100, 200)를 - 측벽들(36)과 바닥 플레이트(34)를 따라서 흄 컵보드의 내부로 도입하는 역할을 한다. 이러한 압축 공기 분사류는 일반적으로 하우징(60) 내부에서 작업 플레이트(34) 아래에 배치된 팬(70)(도 3)에 의해 발생된다. 도 2에서 중공형 프로파일들(10, 20)의 정확한 구성을 파악하는 것은 어렵지만, 중공형 프로파일들(10, 20)은 바람직하게는 최전방의 전면 새시 요소의 평면의 전방에 위치한다. 결과적으로, 압축 공기 분사류(100, 200)는 바람직하게는 전면 새시(30)가 부분적으로 또는 완전히 열린 때에만 흄 컵보드의 내부에 도달한다.
도 1에 도시된 흄 컵보드(1)는 순전히 예시적으로 보여주기 위한 것이며, 본 발명은 다양한 유형의 흄 컵보드, 예컨대 탁상형 흄 컵보드, 저상형 흄 컵보드, 깊은 흄 컵보드, 출입형 흄 컵보드 또는 이동식 흄 컵보드에도 적용될 수 있다. 본 특허출원의 출원일에, 이러한 흄 컵보드들도 현재 버전의 유럽 표준의 DIN EN 14175 시리즈를 충족한다. 상기 흄 컵보드들은 다른 표준들, 예컨대 미국에서 유효한 ASHRAE 110/1995도 충족할 것이다.
이 명세서와 청구항들 내의 표준에 대해 참조할 경우에는, 항상 그 표준의 현재 유효한 버전이 참조된다. 이는 표준들에 제시된 규정들은 더욱 엄격하게 되어 가기 때문에, 현재의 표준을 만족하는 흄 컵보드는 이전의 표준의 규정들을 만족할 것이기 때문이다.
도 2는 흄 컵보드 내부의 중공형 프로파일들(10, 20)로부터 나오는 압축 공기 분사류(100, 200)의 공기 흐름 패턴과, 정류벽(40)과 뒷벽(62) 사이의 덕트(63) 내의 배출 가스의 배출 공기 수집 덕트(50)로의 공기 흐름 패턴을 매우 간략하게 표현한다. 도 2의 도면은 도 1의 A-A 선을 따른 단면도에 대응된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 정류벽(40)은 바람직하게는 바닥에서 작업 플레이트(34)로부터 거리를 두고 배치되고, 바람직하게는 하우징의 뒷벽(62)으로부터 거리를 두고 배치되며, 이에 따라 배출 공기 덕트(63)를 형성한다. 정류벽(63)은 바람직하게는 다수의 신장된 개구들(42)(도 1)을 포함하며, 상기 개구(42)를 통해 배출 공기 또는 흄 컵보드의 내부 내의 - 유독성을 가질 수도 있는 - 공기가 흘러서 덕트(63)로 들어갈 수 있다. 바람직하게는, 추가적인 개구들(47)이 흄 컵보드의 내부의 천장(48)에 제공되며, 이 개구(47)를 통해 특히 가벼운 기체들과 흄이 배출 공기 수집 덕트(50)로 유도될 수 있다.
도 1과 2에 도시되지 않았지만, 정류벽(40)은 바람직하게는 흄 컵보드 하우징(60)의 측벽(36)으로부터 거리를 두고 배치될 수 있다. 이에 의해 형성된 갭(gap)은 배출 공기가 이 갭을 통해 흘러서 배출 공기 덕트(63) 내부로 안내될 수 있도록 한다.
바람직하게는, 정류벽(40)에는 다수의 컬럼 리테이너들(column retainers)(44)이 제공되며, 이들은 흄 컵보드의 내부에 시험 장치들을 위한 홀더들(holders)로서 역할을 하기 위해 로드들(rods) 내에 느슨하게 고정될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도 1과 2에 도시된 종래의 흄 컵보드에서, 공기 또는 안정화 분사류(100, 200)는 바닥 플레이트(34)의 아래에 배치되고 바람직하게는 하우징(60) 내부에 배치된 팬(70)에 의해 생성된다. 본 발명에서 수행되는 측정들을 위해 사용된 상기 팬(70)은 ebm Papst에 의해 제조된 제품번호 G1G097-AA05-01의 단일-측면에서 흡입하는 레이디얼 팬이었다.
팬(70)에 의해 발생된 압축 공기는 먼저 바닥 플레이트(34)의 전방 단부면의 전면 영역 내에 배치된 중공형 프로파일(20) 내부로 공급된다. 팬에 의해 발생된 압축 공기는 바람직하게는 측방향으로 정렬된 중공형 프로파일(20)의 길이 방향 연장의 대략 중간 지점에서 중공형 프로파일(20) 내부로 공급된다. 이에 의해, 중공형 프로파일(20) 내의 압력 저하가 이 지점에 대해 대략 대칭이 된다,
도 3은 또한 중공형 프로파일들(10, 20)이 유체적으로 서로 연결된다는 것을 보여준다. 따라서, 압축 공기의 일부는 측면 기둥 프로파일들(10)에 도달되고 측부 기둥 프로파일들(10)로부터 측벽들(36)을 따라서 흄 컵보드의 내부로 안정화 분사류(100)의 형태로 배출된다.
처음에는 팬(70)의 에너지 소비가 흄 컵보드의 전체 에너지 밸런스를 향상시키는 것보다 더 나쁘다고 생각할지도 모르지만, 출원인의 종래의 Secuflow® 흄 컵보드에서 안정화 분사류(100, 200)의 긍정적인 효과는 표준에서 규정된 누출 방지 능력을 유지하는데 필요한 최소 배출 공기 체적 유량, 즉 흄 컵보드의 누출 방지 능력에 관한 법적 요구를 만족시키며 건물 내에 설치되고 배출 공기 수집 덕트(50)에 연결된 배출 공기 시스템이 발생시킬 수 있어야 하는 최소 체적 유량을 감소시킬 수 있도록 만든다. 이에 의해, 흄 컵보드의 에너지 소비를 팬의 에너지 소비보다 더 많은 양으로 낮추는 것이 가능하며, 결국 흄 컵보드의 전체 에너지 밸런스에 대해 긍정적인 효과를 가진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 중공형 프로파일(10, 20)의 배치와 기하구조를 단면으로, 즉, 중공형 프로파일(10, 20)의 길이 방향 연장에 대해 직각으로 보여준다. 외측 선행 에지(outer leading edge)(10a, 20a)는 날개 프로파일(wing profile)에 의해 공기역학적으로 최적화된다. 중공형 프로파일(10, 20) 내부에 압력 챔버(10b, 20b)가 있다. 팬(70)에 의해 생성된 압축 공기는 압력 챔버(10b, 20b)를 통해 중공형 프로파일(10, 20)의 길이 방향 연장을 따라서 흐른다. 바람직하게는, 중공형 프로파일(10, 20)의 길이 방향 연장을 따라서 다수의 배출구들(10d, 20d)이 존재하며, 이들을 통해 압축 공기가 흄 컵보드의 내부로 빠져나갈 수 있다.
공간적으로 분리된 다수의 배출구들(10d, 20d)은 각각의 흄 컵보드(1)의 의도된 목적에 따라 중공형 프로파일(10, 20) 내에 위치한다. 이들은 중공형 프로파일(10, 20)의 길이에 걸쳐 불규칙하게 분포되거나 또는 특정 패턴을 따르거나, 또는 심지어 서로에 대하여 등간격으로 규칙적으로 배치될 수 있다.
상기 중공형 프로파일(10, 20)은 바람직하게는 각각의 측벽(36) 및/또는 바닥 플레이트(34)와 일체로, 예컨대 압출된 알루미늄 프로파일로서 구성될 수 있다. 중공형 프로파일(10, 20)을 각각의 측벽(36) 및/또는 바닥 플레이트(34)의 전방 단부면에 붙이거나 부착하거나 고정시키는 것도 구상될 수 있다.
또한, 상기 다수의 배출구들(10d, 20d)은 배출 덕트(10c, 20c)를 가지거나 가지지 않으며, 각각의 중공형 프로파일(10, 20) 내에 프로파일 스트립의 형태로 삽입되거나 또는 각각의 중공형 프로파일(10, 20)과 함께 일체로 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 기하구조는 측면 기둥 중공형 프로파일들(10)과 작업 플레이트 또는 바닥 플레이트(34)의 전방 단부면 전면에 배치된 중공형 프로파일(20) 둘 다에 대해 사용될 수 있다. 차이점을 명확하게 하기 위해, 상기 부품들에 관한 설명과 청구항들에서, 측면 기둥 프로파일은 제1 중공형 프로파일(10)로 지칭되고 바닥 플레이트 프로파일은 제2 중공형 프로파일(20)로 지칭된다.
유체가 통과하는 상이한 단면들을 가진 상이한 덕트들의 유체역학적 특성들을 비교할 수 있도록 하기 위해, 수력학적 직경(hydrauric diameter)"이 사용된다. "수력학적 직경" 이라는 용어는 본 기술분야의 기술자에게 잘 알려져 있으며, 원형 단면과 동일한 직경을 가진 흐름 파이프와 같이 동일한 길이와 동일한 평균 유속에서 동일한 압력 손실을 나타내는 임의의 단면을 가진 흐름 덕트의 직경을 의미하는 피연산자(operand)로서 역할을 한다.
본 출원인의 종래의 Secuflow® 흄 컵보드에서, 배출구들(10d, 20d)의 길이 방향의 치수, 즉 중공형 프로파일들(10, 20)의 길이 방향으로 배출구들(10d, 20d)의 연장은 30mm와 동일하며, 길이 방향에 대해 직각인 횡방향 치수는 2mm와 동일하다. 직사각형 배출구에 대해, 수력학적 직경은 공식 dh = 2ab/(a+b) 에 따라 계산된다. a=30mm이고 b=2mm인 경우에, 종래의 Secuflow® 흄 컵보드에서 각각의 배출구(10d, 20d)의 수력학적 직경은 3.75mm와 동일하고 표면적은 60㎟이다.
이와 대조적으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 중공형 프로파일들(10, 20)의 표면적은 바람직하게는 오직 1㎟ 내지 4㎟ 사이의 값을 가지며, 바람직하게는 1.8㎟ 내지 3㎟ 사이의 값을 가진다. 이와 관련하여, 배출구들(10s, 20d)은 바람직하게는 원형, 타원형, 직사각형 또는 다각형 형상을 가질 수 있다.
거의 직사각형의 배출구들(10d, 20d)의 길이 방향의 연장은 바람직하게는 mm이고, 길이 방향에 대해 직각으로 횡방향 치수는 바람직하게는 1mm이다. 이에 따라, 수력학적 직경은 1.5mm이다. 이러한 디자인의 배출구들(10d, 20d)을 가진 중공형 프로파일(10, 20)은 본 발명의 부분으로서 수행된 일련의 측정에서도 사용되었다. 이하에서, 이러한 중공형 프로파일들(10, 20)은 "분사 노즐(jet nozzle)"로 지칭될 것이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 중공형 프로파일(10, 20) 내에 제공된 적어도 하나의 배출구(10d, 20d), 바람직하게는 모든 배출구들(10d, 20d)은 길이(L)를 가진 덕트(10c, 20c)를 통해 압력 챔버(10b, 20b)와 유체적으로 연통된다(도 4).
도 4에 도시된 중공형 프로파일(10a, 20a)에서, 덕트의 길이(L)는 바람직하게는 9mm이다. 따라서, 수력학적 직경(1.5mm)에 대한 길이(L)의 비율은 6과 동일하다.
본 발명의 부분으로서 수행되는 일련의 측정은, 바람직하게는 각각의 배출구(10d, 20d)와 유체적으로 연통된 덕트(10c, 10d)는 배출구(10d, 20d)의 수력학적 직경 값의 적어도 3배, 바람직하게는 4배 내지 11배인 길이(L)를 가질 것을 제안한다. 오직 이 조건을 만족하는 덕트 길이(L)만으로, 오로지 더 짧은 덕트를 통과하여야 하는 공기 분사류보다 상당히 더 유리하게 방향이 "특정(specified)"될 수 있는 상태로 압축 공기 분사류를 흄 컵보드 내부로 도입하는 것이 가능하다. 그 결과로서, 흄 컵보드 내부로 퍼지는 압축 공기 분사류(100, 200)의 개방 각도(opening angle)가 더 작아진다. 다시 말해서, 압축 공기 분사류(100, 200)는, 배출구(10d, 20d)로부터 나오는 시점에서, 이미 측벽들(36)과 바닥 플레이트(34)를 따라서 가능한 한 가깝게 유지되도록 충분히 강하게 지향된다.
이러한 상황과 달리, 종래의 Secuflow® 흄 컵보드에 사용되는 압출된 알루미늄 중공형 프로파일들(10, 20)은 2mm의 두께를 가지며, 즉, 덕트는 배출구 전에 정확히 2mm의 길이(L)을 가졌다. 수력학적 직경(3.75mm)에 대한 길이(L)의 비율은 1보다 상당히 작다.
바람직하게는 직선 덕트(10c, 20c)가 측벽 및/또는 바닥 플레이트(34)에 대하여 형성하는 각도(α)(도 4)는 바람직하게는 0° 내지 10°의 범위 내이다. 연관된 측벽 또는 바닥 플레이트에 대해 0°의 각도로 덕트를 통과하는 공기 분사류는 흄 컵보드의 내부에서 측벽 또는 바닥 플레이트에 정확하게 평행하게 전파되지는 않을 것이다. 이는, 평균 속도 벡터는 평행한 분출의 경우에도 항상 측벽(36) 또는 바닥 플레이트(34)와 0°보다 큰 각도를 형성하는 경향이 있다는 사실에 기인한다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 덕트(10c, 2c)(도 4) 대신에, 도 5에 도시된 배출구 기하구조(outlet geometry)가 제공되며, 이는 바람직하게는 주기적으로 진동하는 압축 공기 분사류가 배출될 수 있도록 한다. 이하에서, 이러한 노즐 기하구조는 OsciJet로 지칭될 것이다.
이와 관련하여, 도 5에 도시된 단면은 도 4에 점선으로 표시된 서브영역에 대략적으로 대응됨으로써, 도 4를 참조하면서 설명된 중공형 프로파일들(10, 20)의 다른 특징들도 도 5의 중공형 프로파일들(10', 20')로 이전될 수 있다.
주기적인 진동은 바람직하게는 자기-여기(self-excitation)에 의해 발생되며 바람직하게는 중공형 프로파일(10', 20')과 일체로 구성된 비-이동 부품들의 도움으로 발생된다. 이 목적을 위해, 본 발명에서는 "유체 발진기(fluidic oscillator)"의 도움으로 측정이 이루어졌다.
유체 발진기의 독특한 특징은, 이를 통과하는 유체 내에 자기-여기 진동을 발생시킨다는 것이다. 이러한 진동은 메인 스트림(main stream)과 서브 스트림(substream)으로의 유체 스트림의 분할에 기인한다. 메인 스트림은 메인 덕트(10c', 20c')를 통해 흐르고, 서브 스트림은 두 개의 2차 덕트들(10f', 20f')(도 5) 중 하나를 통해 교대로 흐른다. 서브 스트림은 배출구(10d', 20d')의 영역에서 메인 스트림과 다시 만나서 서브 스트림이 이전에 통과한 2차 덕트(10f', 20f')에 따라 위쪽 또는 아래쪽으로 교번하는 방식으로 방향이 전환된다. 2차 덕트(10f', 20f') 내에서 교대로 변동하는 압력 조건들은 다음 사이클에서 서브 스트림이 각개의 다른 2차 덕트(10f', 20f')를 통해 흐르도록 유도한다. 이는 번갈아서 배출구(10d', 20d')의 영역에서 다시 합류하는 메인 스트림과 서브 스트림의 반대 방향으로의 편향을 유발한다. 그 다음에 이 과정이 반복된다.
도 5의 노즐 기하구조와 함께 배출구(10d', 20d')는 길이(L)를 가진 덕트(10c', 20c')(이 경우에 메인 덕트)를 통해 압력 챔버(10b', 20b')와 유체적으로 연통된다. 여기에서도, 덕트 길이(L)는 배출구(10d', 20d')의 수력학적 직경보다 적어도 3배, 바람직하게는 4 내지 11배 크다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 실질적으로 직사각형의 배출구(10d', 20d')의 길이 방향 연장은 1.8mm와 동일하고, 길이 방향에 대해 직각인 연장은 1mm와 동일하다. 그 결과, 수력학적 직경은 1.3mm이다. 덕트 길이(L)는 바람직하게는 14mm이며, 따라서 수력학적 직경보다 11배 크다.
OsciJet 노즐 기하구조에 대한 대안으로서, 비주기적인 압축 공기 분사류를 발생시키는 노즐 기하구조가 구상된다. 다시 말해서, 이러한 노즐 기하구조들은 확률적 운동으로 왔다갔다 휩쓰는 압축 공기 분사류를 생성한다. 이러한 유형의 비주기적인 압축 공기 분사류를 생성하기 위해서는, 유체 발진기에서 사용되는 것과는 달리, 역류가 없는 유체 요소들이 사용될 수 있다.
도 6은 종래의 Secuflow® 흄 컵보드의 노즐 기하구조(A), 분사 노즐 기하구조(B), 및 OsciJet 노즐 기하구조(C)를 사용한 측면 기둥 프로파일(10)로부터 배출된 벽면 분사류의 유동장의 PIV 측정의 결과를 보여준다. 도 6에 도시된 측정에서, 팬 전압은 9.85V 였다.
도 6의 A는 중공형 프로파일(10)로부터의 안정화 분사류(100)의 운동에도 불구하고, 열린 전면 새시를 통해 흐르는 주변 공기가 0 위치에 대응되는 전면 새시의 평면 뒤로 대략 150mm에서 측벽으로부터 박리되는 것을 보여준다. 이러한 박리는 미스트(mist)가 사용된 이전의 실험들에서는 관찰되지 않았다. 이러한 박리는 도 6의 B와 C에서는 인식되지 않는다. 도 6의 B와 C에서, 주변 공기는 난류 또는 역류 영역을 형성하지 않고 측벽을 따라서 흐른다.
더 높은 공기 속도의 지표인 필드 라인들(field lines)의 밀도는 도 6의 A보다 도 6의 B와 C에서 측벽의 영역에서 상당히 더 높다. 이는 Secuflow® 흄 컵보드의 종래의 노즐 기하구조(A)보다 분사 노즐 기하구조(B)와 OsciJet 노즐 기하구조(C)의 경우에 주변 공기가 흄 컵보드 내부의 정류벽을 향해 흐르며 상당히 더 빠르게 흐른다는 결과로 이어진다. 도 6의 B와 C는 또한 측면 기둥 프로파일(10, 10')(y-축)로부터 거리가 떨어진 경우에도 주변 공기가 흡입과 같은 힘에 의해 측벽 쪽으로 당겨지는데 반해, 도 6의 A에서 주변 공기는 측벽으로부터 떨어지도록 방향이 변하는 경향이 있다는 것을 명확하게 보여준다.
따라서, 유동장의 PIV 측정은 분사 노즐(Jet nozzle)(도 4)과 OsciJet 노즐(도 5)에 의해 공기 흐름 박리가 매우 효과적으로 방지된다는 것을 매우 명확하게 보여준다. 더욱이, 유입되는 주변 공기는 측면 기둥의 전면 영역 내의 날개-모양의 윤곽을 더 양호하게 따라가며, 이에 의해 역류의 위험을 추가적으로 감소시킨다.
일련의 PIV 측정은 팬(70)(도 3)의 상이한 제어 전압에서 수행되었다. 이 경우, 더 높은 제어 전압은 안정화 분사류의 더 높은 송풍 속도와 연관된다. PIV 측정은, 공기 흐름의 박리를 방지하는 목적은 더 높은 스트림 속도에서 더 효과적으로 달성된다는 것을 명확하게 보여주었다. 본 발명의 이러한 측면을 실현하기 위해, 작업 영역의 깊이의 적어도 25%까지의 작업 영역의 전방 영역에서 공기 흐름 박리가 방지되면 충분하다. 이는 작업 영역 중 위험한 역류 영역과 관련되어 특히 위험한 것으로 평가되는 영역에 대응된다. 이 값은 바람직하게는 적어도 50%, 더 바람직하게는 75%이다.
현저한 역류 영역이 관찰되지 않는 실제로 난류가 없는 흐름 경로에서 팬(70)의 제어 전압을 실험적으로 판단한 후에, 발명자들은 난류가 없는 유동장이 생성될 수 있도록 하기 위해 필요한 최소 체적 유량에 대한 의문점을 다루었다.
분사 및 OsciJet 노즐 배출구들(10d, 20d, 10d', 20d')의 작은 치수들을 고려해 볼 때, 열선 풍속계를 사용한 공기 배출 속도의 측정은 재현 가능한 결과로 돌아갈 수 없다. OsciJet 노즐들의 경우에, 열선 풍속계는 심지어 주기적으로 진동하는 안정화 분사류와 함께 진동한다.
본 발명의 추가 측면에 따르면, 최소 체적 유량을 측정하기 위한 방법이 개시되어Y다 관련된 시험 장치는 도 7과 8에 도시되어 있다.
이와 관련하여, 벽면 분사류의 체적 유량은 두 개의 단계로 측정된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전압 조정기(72)는 팬(70)의 제어 전압을 벽면 분사류의 유동장이 실질적으로 상당한 공기 흐름 박리를 나타내지 않는 값으로 조절하는데 사용되며, 이는 PIV 측정의 도움으로 검증된다. 그 다음에, 중공형 프로파일들(10, 10', 20, 20') 내부의 정압이 측정 지점들(1, 2, 3, 4, 5, 6)에서 측정된다. 이를 위해, 압력 변환기(80)가 사용되며, 이는 바람직하게는 각각의 압력 변환기 라인들(82)을 통해 중공형 프로파일들(10, 10', 20, 20')의 압력 챔버들(10a, 10a', 20a, 20a') 내의 정압을 측정한다. 상기 압력 변환기 라인들(82)은 바람직하게는 압력 챔버들에 가장 가까운 단부들이 각각의 압력 챔버(10a, 10a', 20a, 20a')의 내면과 동일 평면에 있도록 배치된다. 제1 측정 단계에서, 오직 예시적은 목적으로, 분사 노즐들을 거진 중공형 프로파일(10)이 좌측면 기둥에 사용되고, 우측면 기둥에 OsciJet 노즐이 사용된다.
제2 측정 단계에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 팬(70)은 압축 공기 연결부(74)로 교체된다. 압축 공기 연결부(74)의 하류에 교정된 감압기 또는 질량 유량 제어기(76)가 배치된다. 여기서 사용되는 질량 유량 제어기는 Teledyne Hastings Instruments에 의해 제조된 시리즈 201이다. 제1 측정 단계에서 측정된 바에 따라 중공형 프로파일들(10, 10', 20, 20') 내의 기준 공기 정압을 조절한 후에, 연관된 질량 유량을 측정하기 위해 질량 유량 조절기가 사용될 수 있다. 체적 유량은 주위 압력과 주위 온도를 감안하여 질량 유량으로부터 계산될 수 있다.
도 9는 중공형 프로파일들(10, 10')의 압력 챔버들(10a, 10a') 내에서 측정된 공기 정압을 보여준다. 바닥에 있는 실선은 오직 비교의 목적으로 제공되고 Secuflow® 시리즈의 흄 컵보드의 중공형 프로파일 내의 공기 정압을 보여주며, 팬 전압은 4.41V이다. 이 경우에, 평균 공기 정압은 12.5Pa이다. 점선은 65Pa의 평균값을 가리키며 4.41V의 팬 전압을 가진 분사 및 OsciJet 노즐에서 측정되었다. 상부의 파선은 197Pa의 평균 공기 압력에 대응된다. 이는 분사 및 OsciJet 노즐을 사용하여 9.85V의 팬 전압에서 측정되었다. 여기서, 9.85V의 팬 전압을 가진 Secuflow® 흄 컵보드의 프로파일 내부에서 측정된 평균 공기 정압은 도 9에 도시되어 있지 않다.
이로부터 도출된 체적 유량은 도 10에 도시된다. 최적화된 분사 및 OsciJet 벽면 분사 노즐을 가진 경우, 요구되는 최소 체적 유량은 분사 노즐 구성(도 10의 JET)에서 Secuflow® 흄 컵보드(도 10의 Series)보다 68% 더 낮고, OsciJet 구성(도 10의 OsciJET)에서 Secuflow® 흄 컵보드(도 10의 Series)보다 76% 더 낮다.
본 발명의 추가적인 측면에 따르면, 본 발명자들은, 실질적으로 감소된 체적 유량을 고려해 볼 때, 일반적으로 건물 내에 존재하는 압축 공기 시스템을 사용하여 규정들에 따라 완전히 실용적인 흄 컵보드, 즉 DIN EN 14175 표준 시리즈의 요구들을 충족하는 흄 컵보드를 가동하는 것이 가능하다는 결론에 이르렀다. 본 기술분야의 기술자는 건물 내에 설치된 이러한 압축 공기 시스템은 보통 0 내지 7bar의 범위 내의 공기 압력을 공급할 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 전기가 공급되는 팬은 불필요할 수 있다.
본 발명에 따르면, 각각의 중공형 프로파일(10, 20) 내의 벽면 분사류(wall jets)(100) 또는 바닥 분사류(bottom jets)(200)의 출력을 위해 의도된 측면 기둥 프로파일(10, 10')의 모든 배출구들(10d, 10d')과 바닥 플레이트 프로파일(20, 20')의 모든 배출구들(20d, 20d')이 특허 청구항들에 기재된 목적을 구현하기 위하여 도 4와 5에 도시된 노즐 기하구조를 가져야 할 필요는 없다. 따라서, 측면 기둥 프로파일(10, 10')의 적어도 하나의 배출구(10d, 10d') 및/또는 바닥 플레이트 프로파일(20, 21')의 적어도 하나의 배출구(20d, 20d')가 이러한 방식으로 구성된다면 충분하다. 동일한 내용이 각각의 배출구(10d, 10d', 20d, 20d')의 바로 상류에 제공된 덕트(10c, 10c', 20c, 20c')의 길이(L)에도 적용된다.

Claims (20)

  1. 실험실용 흄 컵보드(fume cupboard)(1)로서,
    내부에 작업 영역이 배치되고, 전방에서는 전면 새시(front sash)(30)에 의해, 바닥에서는 바닥 플레이트(34)에 의해, 양측에서는 측벽(36)에 의해 한정된 하우징(60), 및 각각의 측벽(36)의 전방 단부면의 전면에 배치된 제1 중공형 프로파일(hollow profile)(10, 10')을 구비하며,
    각각의 제1 중공형 프로파일(10, 10')은 다수의 제1 개구들(10d, 10d')과 유체 연통되는 제1 압력 챔버(10b, 10b')를 포함하고, 상기 다수의 제1 개구들(10d, 10d')로부터 공기 분사류(air jets)가 압축 공기로 이루어진 벽면 분사류(wall jets)(100)의 형태로 각각의 측벽(36)을 따라서 상기 작업 영역 내부로 출력될 수 있으며,
    상기 제1 개구들(10d, 10d')의 크기와 상기 흄 컵보드의 적절한 사용 중에 상기 제1 압력 챔버(10b, 10b') 내에 존재하는 공기 압력은, 상기 작업 영역의 전면측으로부터 상기 작업 영역의 깊이의 적어도 25%까지 연장된 영역 내에서 상기 측벽(36)으로부터 상기 벽면 분사류(100)의 공기 흐름 박리(airflow delamination) 없이 상기 제1 압력 챔버(10b, 10b')가 건물 내에 설치된 압축 공기 시스템(74)에 유체적으로 연결될 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  2. 실험실용 흄 컵보드(fume cupboard)(1)로서,
    내부에 작업 영역(3)이 배치되고, 전방에서는 전면 새시(front sash)(30)에 의해, 바닥에서는 바닥 플레이트(34)에 의해, 양측에서는 측벽(36)에 의해 한정된 하우징(60), 및 상기 바닥 플레이트(34)의 전방 단부면의 전면에 배치된 제2 중공형 프로파일(hollow profile)(20, 20')을 구비하며,
    상기 제2 중공형 프로파일(20, 20')은 다수의 제2 개구들(20d, 20d')과 유체 연통되는 제2 압력 챔버(20b, 20b')를 포함하고, 상기 다수의 제2 개구들(20d, 20d')로부터 공기 분사류(air jets)가 압축 공기로 이루어진 바닥 분사류(bottom jets)(200)의 형태로 상기 바닥 플레이트(34)를 따라서 상기 작업 영역 내부로 출력될 수 있으며,
    상기 제2 개구들(20d, 20d')의 크기와 상기 흄 컵보드의 적절한 사용 중에 상기 제2 압력 챔버(20b, 20b') 내에 존재하는 공기 압력은, 상기 작업 영역의 전면측으로부터 상기 작업 영역의 깊이의 적어도 25%까지 연장된 영역 내에서 상기 바닥 플레이트(34)로부터 상기 바닥 분사류(200)의 공기 흐름 박리(airflow delamination) 없이 상기 제2 압력 챔버(20b, 20b')가 건물 내에 설치된 압축 공기 시스템(74)에 유체적으로 연결될 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  3. 제1항과 제2항의 특징들을 가지는 흄 컵보드(1).
  4. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 영역의 전면측으로부터 상기 작업 영역의 깊이의 적어도 50%까지 연장된 영역 내에서 상기 측벽(36)으로부터 벽면 분사류(100)의 공기 흐름 박리 또는 상기 바닥 플레이트(34)로부터 바닥 분사류(200)의 공기 흐름 박리가 발생하지 않는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  5. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 영역의 전면측으로부터 상기 작업 영역의 깊이의 적어도 75%까지 연장된 영역 내에서 상기 측벽(36)으로부터 벽면 분사류(100)의 공기 흐름 박리 또는 상기 바닥 플레이트(34)로부터 바닥 분사류(200)의 공기 흐름 박리가 발생하지 않는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  6. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 압력 챔버(10b, 10b') 및/또는 제2 압력 챔버(20b, 20b')에 유체적으로 연결되는 제1 및/또는 제2 압력 변환기(80)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및/또는 제2 압력 변환기(80)는 제1 및/또는 제2 압력 변화기 라인(82)을 포함하며, 상기 제1 및/또는 제2 압력 변화기 라인(82)은, 상기 압력 챔버에 가장 가까운 상기 제1 및/또는 제2 압력 변환기(80)의 단부가 상기 제1 압력 챔버(10b, 10b') 및/또는 제2 압력 챔버(20b, 20b')의 내면과 동일 평면으로 끝나는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  8. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 장치(76)가 제공되며, 상기 제어 장치는 상기 흄 컵보드의 적절한 작동 중에 상기 제1 압력 챔버(10b, 10b') 및/또는 제2 압력 챔버(20b, 20b')의 압력을 50Pa 내지 500Pa의 범위 내에서, 바람직하게는 150Pa 내지 200Pa의 범위 내에서 설정하는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  9. 제6항 또는 제7항에 종속된 제8항에 있어서,
    상기 제어 장치(76)는 상기 제1 및/또는 제2 압력 변환기(80)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제어 장치는 감압기(pressure reducer) 또는 질량 유량 제어기(76)이며, 상기 제1 압력 챔버(10b, 10b') 및/또는 제2 압력 챔버(20b, 20b')의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 감압기 또는 질량 유량 제어기(76)는 상기 하우징(60) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  12. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    흐름 방향에 대해 직각으로 보았을 때, 상기 제1 개구들(10d, 10d') 및/또는 제2 개구들(20d, 20d') 중 적어도 하나의, 바람직하게는 상기 제1 및/또는 제2 개구들 모두의 단면적은 바람직하게는 1㎟ 내지 4㎟의 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  13. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    흐름 방향에 대해 직각으로 보았을 때, 상기 제1 개구들(10d, 10d') 및/또는 제2 개구들(20d, 20d') 중 적어도 하나의, 바람직하게는 상기 제1 및/또는 제2 개구들 모두의 단면적은 바람직하게는 1.8㎟ 내지 3㎟의 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  14. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 개구들(10d, 10d') 및/또는 제2 개구들(20d, 20d') 중 적어도 하나, 바람직하게는 상기 제1 및/또는 제2 개구들 모두는, 상기 제1 개구(10d, 10d') 및/또는 제2 개구(20d, 20d')를 빠져나가는 압축 공기 분사류가 주기적으로 진동하는 벽면 분사류(100) 및/또는 주기적으로 진동하는 바닥 분사류(200)로서 상기 작업 영역 내부로 배출되는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  15. 제14항에 있어서,
    주기는 1Hz 내지 100Hz의 범위, 바람직하게는 200Hz 내지 300Hz의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 벽면 분사류(100) 및/또는 바닥 분사류(200)의 주기적 진동은 오로지 상기 제1 중공형 프로파일(10) 및/또는 제2 중공형 프로파일(20)의 비-이동(non-moving) 부품들에 의해 형성되며, 이들은 바람직하게는 단일 부품으로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벽면 분사류(100) 및/또는 바닥 분사류(200)의 주기적 진동은 자기-여기(self-excitation)에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 제1 및/또는 제2 유체 발진기(fluidic oscillator)(11)가 제공되고, 상기 제1 및/또는 제2 유체 발진기는 제1 개구(10d') 및/또는 제2 개구(20d')를 구비하며, 바람직하게는 다수의 제1 및/또는 제2 유체 발진기들이 제공되고, 상기 다수의 제1 및/또는 제2 유체 발진기들 각각은 제1 및 /또는 제2 개구를 구비하며, 상기 제1 및/또는 제2 유체 발진기는 하나 이상의 벽면 분사류(100)의 주기적 진동 및/또는 하나 이상의 바닥 분사류(200)의 주기적 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  19. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 개구들(10d, 10d') 및/또는 제2 개구들(20d, 20d')은 원형, 둥근형, 타원형, 직사각형 또는 다각형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
  20. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 제1 개구(10d, 10d') 및/또는 제2 개구(20d, 20d')는 신장된 제1 덕트(10c, 10c') 및/또는 신장된 제2 덕트(20c, 20c')를 통해 상기 제1 압력 챔버(10b, 10b') 및/또는 제2 압력 챔버(20b, 20b')에 유체적으로 연결되며, 상기 제1 덕트(10c, 10c') 및/또는 제2 덕트(20c, 20c')는, 흐름 방향에 대해 직각으로 보았을 때, 연관된 개구의 단면의 수력학적 직경(hydraulic diameter)보다 적어도 3배의 길이(L)를 가지는 것을 특징으로 하는, 흄 컵보드.
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