TW201829084A - 具有壁噴流的通風櫥 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種用於實驗室的通風櫥(1)，該通風櫥具有殼體(60)，工作區域位於該殼體(60)中，前部由前窗框(30)限定，底部由底板(34)限定，並且在每側由側壁(36)限定。通風櫥(1)還包括設置在每個側壁(36)的前端面上的第一中空輪廓(10，10’)，其中每個第一中空輪廓(10，10’)包含與多個第一開口(10d，10d’)流體連通之第一壓力室(10b，10b’)，其中以由壓縮空氣構成的壁噴流(100)形式的空氣噴流可以被從第一壓力室(10b，10b’)沿著各別的側壁(36)輸出到工作區域中。通風櫥的特徵在於在通風櫥的適當使用者期間，第一開口(10d，10d’)的尺寸和第一壓力室(10b，10b’)中存在的空氣壓力被選擇，使得第一壓力室(10b，10b’)可以流體連接到安裝在建築物中的壓縮空氣系統(74)，而不會導致從側壁(36)的壁噴流(100)之氣流脫層在從工作區域的前側延伸至少到工作區域的深度的25%的區域中。 　　本發明進一步關於一種通風櫥，其中這種類型的中空輪廓(20，20’)設置在底板(34)的前部前端面上。

Description

具有壁噴流的通風櫥
[0001] 本發明關於通風櫥，特別是流量優化的、能量有效的通風櫥。
[0002] 節約能源不僅對環境負責，而且還有助於降低現代化實驗室的有時非常高的營運成本，其中現代化實驗室安裝數十個通風櫥的情況並不少見，每個通風櫥每週7天，每天24小時運行。然而，現代通風櫥的最重要的品質仍然在於，它們可以安全地與有毒物質工作，並防止這些物質從通風櫥的工作區域逸出。這種安全措施也被稱為保留能力。為此目的，公開了一系列詳細的標準“EN14175第1部分至第7部分”，其中大部分內容描述了動態氣流對保留能力的效應。因此，通風櫥技術領域的許多發展旨在解決如何在不降低其保留能力的情況下減少這些通風櫥能耗的問題。 　　[0003] 早在20世紀50年代，人們正在嘗試使用“空氣幕”來提高通風櫥的防脫能力。該空氣幕借助設置在前窗框開口區域中的通風櫥側壁上的空氣出口噴嘴所產生，並且旨在防止有毒煙霧從工作區域排出(US 2 702 505 A)。 　　[0004] 在EP 0 486 971 A1中建議在側柱的前邊緣和工作板的前邊緣上設置具有流動優化輪廓的偏向板(“機翼”)。根據EP 0 486 971 A1的教導，這些偏向板被設計成在窗框打開時減少偏向板前表面上流入的環境空氣的脫層，並因此導致較少的紊流。但是，這些偏向板後面仍有一個可產生紊流的區域，因為流入的環境空氣會在偏向板的下游端脫層。如果環境空氣以相對於側壁的一角度流入通風櫥，則會產生具有較大強度的效應。 　　[0005] 在GB 2 336 667A中，保留能力進一步得到改善，藉由提供在與工作板的前邊緣和側立柱的距離處的以軸承表面形式的輪廓，使環境空氣能夠進入通風櫥的內部，不僅沿著軸承表面形狀的輪廓，而且穿過在輪廓和一側上的工作板的前邊緣和另一側上的側柱之間存在的通常為漏斗狀的間隙。環境空氣被加速在漏斗狀間隙中，使得排氣的速度分佈在側壁和工作板的區域中被增加。 　　[0006] 在以“穩定器噴流”的優化供應之同時，進一步提高了防逸出的里程碑，同時達成減少了通風櫥的能耗。由於在工作板的前邊緣和側立柱的前端面上兩者都設置有中空輪廓，所以可以將壓縮空氣送入這些輪廓的腔中，並以壓縮空氣噴流形式透過設置在中空輪廓中的開口將其吹入工作區域中。其優點是，由壓縮空氣組成的穩定器噴流沿著側壁和工作板進入通風櫥的工作區域，即沿著對於紊流風險(回流區域)而言是關鍵的區域且因此可能會對保留能力產生不利影響的區域。工作區域的側壁和底部區域的壓縮空氣噴流具有多種效應。它們不僅防止來自中空輪廓下游端的空間進入的空氣流的脫層，而且還減少了與壁的任何摩擦效應，使在這些區域中紊流以及隨之而來的回流區域顯著被減小。進入工作區域的環境空氣隨著空氣的動態緩衝而滑動，其沿著壁和工作板向後移動到工作區域的後部，它在那裡被抽出。乍一看，這似乎是矛盾的，因為提供壓縮空氣噴流需要更多的能量。然而，它確實影響通風櫥的總能量平衡，因為通風櫥內部的其他區域中的空氣速度可以被減緩而不會損害其保留能力。使用這些穩定器噴流時，確保通風櫥的防逸出能力符合標準化規定所需要的最小排氣量可以以前窗框部分打開或全部打開來減少。在DE 101 46 000 A1、EP 1 444 057 B1和US 9,266,154 B2中描述了配備有穩定器噴流技術的通風櫥的示例。 　　[0007] 在使用配備有習知穩定器噴流技術的通風櫥中使用“粒子圖像測速”(Particle Image Velocimetry; PIV)測量來檢查壁噴流的流場時，本發明的發明人首先觀察到，與先前使用霧的實驗相反，其中未檢測到壁噴射的顯著氣流脫層，氣流脫層在前窗框的平面後面相對短的距離發生，並且因此在側壁處可能形成危險的回流區域。
[0008] 因此，本發明所追求的主要目標主要在於進一步改善配備有穩定器噴流技術的通風櫥的防逸出能力，並且同時進一步降低其能耗。 　　[0009] 該目的通過根據申請專利範圍第1和2項的特徵來解決。本發明的可選或較佳特徵在申請專利範圍的附屬項中描述。 　　[0010] 因此，本發明描述了一種用於實驗室的通風櫥，該通風櫥具有殼體，工作區域位於該殼體中，其在前部由前窗框限定，底部由底板限定並且每側上由側壁限定。通風櫥還包括設置在每個側壁的前端面上的第一中空輪廓，其中每個第一中空輪廓包含與多個第一開口流體連通之第一壓力室，其中多個空氣噴流可以以由壓縮空氣構成的多個壁噴流之形式而被從該第一壓力室沿著各別的側壁輸出到工作區域中。通風櫥的特徵在於，在通風櫥的適當使用者期間選擇第一開口的尺寸和第一壓力室中存在的空氣壓力，使得第一壓力室可以流體連接到安裝在建築物中的壓縮空氣系統，而無從側壁的壁噴流之氣流脫層在從工作區域的前側延伸至少到工作區域的深度的25%的區域中。 　　[0011] 另一方面，本發明還提供了一種用於實驗室的通風櫥，本發明描述了一種用於實驗室的通風櫥，該通風櫥具有殼體，工作區域位於該殼體中，其在前部由前窗框限定，底部由底板限定並且每側上由側壁限定。通風櫥還包括設置在每個側壁的前端面上的第二中空輪廓，其中第二中空輪廓包含與多個第二開口流體連通之第二壓力室，其中多個空氣噴流可以以由壓縮空氣構成的多個底部噴流之形式而被從該第二壓力室沿著底板輸出到工作區域中。通風櫥的特徵在於，在通風櫥的適當使用者期間選擇第二開口的尺寸和第二壓力室中存在的空氣壓力，使得第二壓力室可以流體連接到安裝在建築物中的壓縮空氣系統，而無從底板的底部噴流之氣流脫層在從工作區域的前側延伸至少到工作區域的深度的25%的區域中。 　　[0012] 如果通風櫥配備有第一中空輪廓和第二中空輪廓，則是有利的。 　　[0013] 根據本發明的較佳實施例，在從工作區域的前側延伸至少到工作區域的深度的50%的區域中的通風櫥中，不出現壁噴流從側壁的氣流脫層或從底板的該等底部噴流的氣流脫層。 　　[0014] 更佳地，在從工作區域的前側延伸至少到工作區域的深度的75%的區域中的通風櫥中，不出現壁噴流從側壁的氣流脫層或從底板的該等底部噴流的氣流脫層。 　　[0015] 又更佳地，第一壓力轉換器和/或第二壓力轉換器被設置，其與第一壓力室和/或第二壓力室流體連通。 　　[0016] 根據本發明的一個有利的變型，第一壓力轉換器和/或第二壓力轉換器包括第一壓力轉換器線路和/或第二壓力轉換器線路，其被以壓力室側上的第一壓力轉換器線路和/或第二壓力轉換器線路的端部與第一壓力室和/或第二壓力室的內表面齊平而終止的方式佈置。 　　[0017] 如果控制裝置被設置，其中在通風櫥的適當操作期間，控制裝置將第一壓力室和/或第二壓力室中的壓力設定在從50Pa至500Pa的範圍內，較佳的是控制裝置將第一壓力室和/或第二壓力室中的壓力設定在從150Pa至200Pa的範圍內，這樣也是有利的。 　　[0018] 控制裝置較佳與第一壓力轉換器和/或第二壓力轉換器電連接。 　　[0019] 如果控制裝置是佈置在第一壓力室和/或第二壓力室上游的減壓器或質量流量控制器，則又更佳。 　　[0020] 根據本發明的更佳實施例，減壓器或質量流量控制器被設置在殼體內部。 　　[0021] 當以與流動方向成直角觀察時，第一開口和/或第二開口中的至少一個的橫截面區域較佳在1 mm2 至4 mm2 的範圍內，較佳的是所有第一開口和/或第二開口的橫截面區域較佳在1 mm2 至4 mm2 的範圍內。 　　[0022] 當以與流動方向成直角觀察時，第一開口和/或第二開口中的至少一個的橫截面面積較佳在1.8 mm2 至3 mm2 的範圍內，較佳的是所有第一開口和/或第二開口的橫截面區域較佳在1.8 mm2 至3 mm2 的範圍內。 　　[0023] 當第一開口和/或第二開口中的至少一個被以從第一開口和/或第二開口排出的壓縮空氣噴流被輸送到工作區域中作為週期性振盪壁噴流(100)和/或作為週期性振盪底部噴流(200)的方式設計為時，通風櫥的一個有利變型被實現，較佳的是第一開口和/或第二開口中的全部被以從第一開口和/或第二開口排出的壓縮空氣噴流被輸送到工作區域中作為週期性振盪壁噴流(100)和/或作為週期性振盪底部噴流(200)的方式設計為時，通風櫥的一個有利變型被實現。 　　[0024] 如果週期性在1Hz至100kHz的範圍內，較佳地週期性在200Hz至300Hz的範圍內，這也是有利的。 　　[0025] 根據本發明的更佳實施例，壁噴流和/或底部噴流的週期性振盪完全由第一中空輪廓和/或第二中空輪廓的多個非移動部件所產生，其較佳被構造為單一個部件。 　　[0026] 如果壁噴流和/或底部噴流的週期性振盪是由自激發所產生，則是較佳的。 　　[0027] 如果至少一個第一流體振盪器和/或第二流體振盪器被設置，其包括第一開口和/或第二開口，較佳的是多個第一流體振盪器和/或第二流體振盪器被設置，其中多個第一流體振盪器和/或第二流體振盪器的每一個包括第一開口和/或第二開口，並且多個第一流體振盪器和/或第二流體振盪器的每一個產生壁噴流/多個壁噴流的週期性振盪和/或底部噴流/多個底部噴流的週期性振盪，這樣也是有利的。 　　[0028] 如果第一開口和/或第二開口具有圓形，環形，橢圓形，矩形或多邊形形狀，則這樣是較佳的。 　　[0029] 本發明的一個有利的變型關於一種通風櫥，其特徵在於，至少一個第一和/或一個第二開口經由第一和/或第二細長管道而流體連接到第一和/或第二壓力室，並且第一管道和/或第二管道具有的長度L是與流動方向成直角所觀察的相關開口的橫截面表面的水力直徑的長度的至少3倍，較佳為4倍至11倍。
[0031] 圖1所示的通風櫥1的透視圖與自2002年以來幾乎在全世界由申請人銷售的商品名為Secuflow® 的通風櫥基本相同。由於前面介紹的穩定器噴流技術，該通風櫥需要的排風量僅為270 m³/(h·rm)。使用該通風櫥(標誌：Secuflow® TA-1500)作為本發明上下文中描述的測量的參考，這些將在後面描述。 　　[0032] 根據本發明的通風櫥的基本佈局與圖1所示的通風櫥1的基本佈局大致相似。根據本發明的通風櫥與中空輪廓10，20的噴嘴幾何形狀中的習知Secuflow® 通風櫥不同以及與從中空輪廓10，20排出的壓縮空氣噴流100，200之產生的方式不同。 　　[0033] 圖1所示的通風櫥1具有櫥內部，其較佳在後部由擋板壁40限定，在側面由兩個側壁36限定，在底部由底板34或工作板限定，在前部由可鎖定的前窗框30限定並且較佳由天花板48在頂部限定。 　　[0034] 前窗框30較佳為多部件結構，使得當前窗框30被打開和關閉時，多個可垂直位移的窗元件可伸縮地彼此向後滑動。當前窗框30處於關閉位置時，窗元件的位於底部的前邊緣較佳地具有空氣動力學優化的翼狀輪廓32(圖2)。此外，前窗框30較佳地配備有可水平位移的窗元件，即使當前窗框30處於關閉位置時，也允許實驗室人員進入通風櫥的內部。 　　[0035] 此時，應該注意的是，前窗框30也可以實施為兩部分滑動窗，其兩部分可以在相反的方向上垂直移動。在這種情況下，沿相反方向移動的部件耦接至通過纜索或皮帶和滑輪抵消前部窗框質量的重物。 　　[0036] 管道63較佳地位於通風櫥殼體60的擋板壁40和後壁62(圖2)之間並且通向通風櫥1的頂部上的排氣收集管道50。排氣收集管道50被連接到安裝在建築物內之排氣系統。家具結構38被佈置在通風櫥內部的工作板34的下方並且用作各種實驗室儀器的儲存空間。為了這裡使用的術語的目的，該家具結構被理解為通風櫥100的殼體60的一部分。 　　[0037] 中空輪廓10設置在通風櫥1的側壁36的前端面上-側壁習知也稱為側柱。中空輪廓20也設置在底板34的前面上。 　　[0038] 在本文件中使用“在前端面上”這個片語時，這個術語不能從字面上理解。相反地，它也指的是僅在前端面的區域中所設置或附接的結構。 　　[0039] 類似於底部前窗框元件30的下側上的空氣動力學優化的翼型32，中空輪廓10的翼形前緣10a或側柱輪廓10(圖4)較佳在空氣動力學上被優化。同樣較佳地也適用於底板34的前部前端面上的中空輪廓20。當前窗框30被部分地打開或被全部打開時，翼型輪廓幾何形狀能夠實現流入通風櫥內部的環境空氣之在理想條件下甚至無紊流的低紊流。 　　[0040] 中空輪廓10，20用於引入“穩定器噴流”-由壓縮空氣組成的壓縮空氣噴流100，200，其沿著側壁36和底板34被引入通風櫥的內部。這些壓縮空氣噴流習知上由佈置在工作板34下方和殼體60內側的風扇70(圖3)所產生。雖然中空輪廓10，20的精確佈置在圖2中難以理解，但中空輪廓10，20較佳地位於最前面的前窗框元件的平面前。因此，當前窗框30被部分地打開或被全部打開時，壓縮空氣噴流100，200較佳地僅到達通風櫥的內部。 　　[0041] 由於本發明可應用於各種類型的通風櫥，如台式通風櫥、低空間工作台通風櫥、深度較深的通風櫥、步入式通風櫥或甚至移動通風櫥等，因此圖1中所示的通風櫥1僅被認為是示例性的圖示。從本專利申請的申請日起，這些通風櫥在其當前版本中也符合DIN EN 14175系列歐洲標準。通風櫥也可能滿足其他標準，如ASHRAE 110/1995，這針對美國有效。 　　[0042] 如果在本說明書和這些申請專利範圍中提及標準，則參考始終是標準的現行有效版本。這是明確說明的，因為據了解，標準中所提出的規定穩定地越來越嚴格，使符合現行標準的通風櫥也將符合較早標準的規定。 　　[0043] 圖2示出了從通風櫥內部內側的中空輪廓10，20排出至排氣集合管50的壓縮空氣噴流100，200的氣流模式的高度簡化的表示以及在擋板壁40與後壁62之間的管道63中至排氣集合管50的排氣的氣流模式的高度簡化的表示。圖2中的視圖對應於沿著圖1中的線A-A的橫截面視圖。 　　[0044] 如圖2所示，擋板壁40較佳地被佈置在與底部的工作板34的一定距離處並且較佳地與殼體的後壁62相距一段距離，因此形成排氣管道63。擋板壁40較佳地包括多個細長的開口42(圖1)，其中通風櫥內部中可能攜帶有毒物質的排氣或空氣透過該等開口42流入並能夠進入管道63。另外的開口47較佳設置在通風櫥內部的天花板48，其中可透過該等開口47將特別輕的氣體和煙霧引導至排氣收集管道50。 　　[0045] 雖然在圖1和圖2中未示出，但是擋板壁40也可以較佳地被定位在與通風櫥殼體60的側壁36的一定距離處。由此所形成的間隙還能夠使排出的空氣流過，使其可以被引導進入排氣管道63。 　　[0046] 多個柱保持器44較佳地被設置在擋板壁40上並且可以被寬鬆地固定在該等桿中以用作針對通風櫥內部中的測試設定的保持器。 　　[0047] 如圖3所示，在圖1和圖2所示的習知通風櫥中，空氣或穩定器噴流100，200由位於底板34下方且較佳位於殼體60內側的風扇70所產生。被用於在本發明的上下文中進行的測量之風扇70是由ebm Papst製造的具有單側抽吸的徑向風扇，其具有代號G1G097-AA05-01。 　　[0048] 由風扇70產生的壓縮空氣首先被供給到設置在底板34的前端面的區域中的中空輪廓20中。由風扇產生的壓縮空氣較佳地在橫向對準的中空輪廓20的縱向延伸之大致中間的點被饋送至中空輪廓20中。這樣，確保了中空輪廓20中的壓降相對於該點大致對稱。 　　[0049] 圖3還顯示了中空輪廓10，20彼此流體連接。因此，一些壓縮空氣到達兩個側柱輪廓10並且被以穩定器噴流100形式從側柱輪廓10沿著側壁36排到通風櫥的內部中。 　　[0050] 人們可能最初認為，風扇70的能量消耗會惡化而不是改善通風櫥的總能量平衡，但是在本申請人的習知Secuflow® 通風櫥中，穩定器噴流100，200的正面功效使得有可能減少維持標準規定的防逸出能力所必需的最小排氣體積流量，即仍滿足關於排風櫥防逸出能力的法定要求，並且安裝在建築物內並與排氣收集管道50連接的排氣系統必須能夠產生之最小體積流量。通過這種方式，可以將通風櫥的能耗降低了比風扇的能量消耗更大的量，這反過來對通風櫥的總能量平衡具有正面功效。 　　[0051] 圖4以橫截面，即垂直於中空輪廓10，20的縱向延伸之橫截面示出了根據本發明的一個實施例構造的中空輪廓10，20的佈局和幾何形狀。外前緣10a，20a在空氣動力學上被優化有翼型。在中空輪廓10，20內側有壓力室10b，20b。由風扇70產生的壓縮空氣沿著中空輪廓10，20的縱向延伸部分流過壓力室10b，20b。多個出口開口10d，20d通過該出口開口10d，20d，較佳地也沿中空輪廓10，20的縱向延伸部分存在，其中壓縮空氣能夠通過該等出口開口10d，20d逸出進入通風櫥內部。 　　[0052] 根據各別的通風櫥1的預期目的，多個空間分開的出口開口10d，20d被定位在中空輪廓10，20中。它們可以被不規則地散佈在中空輪廓10，20的長度上，或者它們可以遵循特定的模式，或者甚至可以被相互等距地和規則地排列。 　　[0053] 中空輪廓10，20可以較佳地被與各別的側壁36和/或底板34一體地構造，例如被一體地構造為擠壓鋁輪廓。也可以設想將中空輪廓10，20附接並固定或以其他方式緊固到各別的側壁36和/或底板34的前端面。 　　[0054] 具有或不具有出口管道10c，20c的多個出口開口10d，20d也可以以輪廓帶的形式而被插入各別的中空輪廓10，20中，或者被與其一體地構造。 　　[0055] 圖4所示的幾何結構既可以用於側柱中空輪廓10以及用於設置在工作板或底板34的前端面上的中空輪廓20兩者。為了闡明這種差別，在本說明書和關於該部件的申請專利範圍中，側柱輪廓被稱為第一中空輪廓10並且底板輪廓被稱為第二中空輪廓20。 　　[0056] 為了能夠比較流體流過的不同橫截面形狀的不同管道的流體動態特性，使用“水力直徑”。術語“水力直徑”對於本領域技術人員來說是眾所周知的，並且作用為代表具有任意橫截面的流動管道的直徑之操作數，其針對相同長度和相同平均流速表現出相同的壓力損失作為具有圓形橫截面和相同直徑的流管。 　　[0057] 在本申請人的習知Secuflow® 通風櫥中，出口開口10d，20d的縱向尺寸，即出口開口10d，20d在中空輪廓10，20的縱向方向上的延伸等於30mm，並且與其垂直的橫向尺寸等於2 mm。對於矩形出口開口，根據公式dh = 2ab/(a+b)計算水力直徑。如果a = 30mm和b = 2mm，則習知Secuflow® 通風櫥中每個出口開口10d，20d的水力直徑等於3.75mm，表面積為60 mm2 。 　　[0058] 與此相反，根據本發明的較佳實施例，圖4所示的中空輪廓10，20的表面積較佳僅具有1 mm2 至4 mm2 的值，且較佳僅具有1.8 mm2 至3 mm2 的值。在本文中，出口開口10d，20d可以較佳具有圓形、環形、橢圓形、矩形或多邊形形狀。 　　[0059] 幾乎長方形的排出口10d，20d的長度方向的尺寸較佳為3mm，與其正交的橫向尺寸較佳為1mm。這導致1.5 mm的水力直徑。具有這種設計的出口開口10d，20d的中空輪廓10，20也被使用在作為本發明的一部分進行的測量系列中。在下文中，這些中空輪廓10，20也將被稱為“噴流噴嘴”。 　　[0060] 根據本發明的另一態樣，被設置在中空輪廓10，20中的至少一個出口開口10d，20d以及較佳地為所有出口開口10d，20d經由管道10c，20c與壓力室10b，20b流體連通，該管道10c，20c具有長度L(圖4)。 　　[0061] 在圖4所示的中空輪廓10a，20a中，管道的長度L較佳為9 mm。長度L與水力直徑(1.5mm)的比率因此等於6。 　　[0062] 作為本發明的一部分進行的測量系列建議，較佳地與每個出口開口10d，20d流體連通的管道10c，20c應具有長度L，其至少為出口開口10d，20d的水力直徑的3倍的值，較佳為出口開口10d，20d的水力直徑的4倍至11倍的值。只有滿足這種條件的管道長度L才有可能將壓縮空氣噴流引入通風櫥的內部，其中針對於該通風櫥的方向可以被“規範”比對於只能通過較短管道的空氣噴流更明顯。結果，在通風櫥內部散佈的壓縮空氣噴流100，200的開口角度變小。換句話說，在它們從出口開口10d，20d出來時，壓縮空氣噴流100，200已經足夠強烈地保證它們保持盡可能靠近沿著側壁36和底板34。 　　[0063] 與這種情況不同，在習知的Secuflow® 通風櫥中使用的擠壓鋁中空輪廓10，20具有2mm的厚度，即，管道在出口開口之前具有僅為2mm的長度L。長度L與水力直徑(3.75mm)之比率因此遠小於1。 　　[0064] 較佳直管道10c，20c相對於側壁36和/或底板34所形成的角度α(圖4)較佳在0°至10°的範圍內。應該指出的是，此時通過與相關側壁或底板成0°角的管道之空氣噴流將不會絕對地平行於通風櫥的內部中的側壁或底板而傳播。這是由於平均速度向量總是傾向於與側壁36或底板34形成大於0°的角度，即使它是被與之平行地吹出。 　　[0065] 根據本發明的更佳實施例，代替從壓力室10b，20b以直線延伸到出口開口10d，20d(圖4)的管道10c，20c，如圖5所示的出口幾何形狀被設置，這使得較佳週期性振盪的壓縮空氣噴流能夠被排出。在下面的文字中，這種噴嘴幾何形狀也將被稱為OsciJet。 　　[0066] 在本文中，應該指出的是，圖5中所示的截面大致對應於圖4中虛線所示的分區，使參照圖4解釋的中空輪廓10，20的其他特徵也可以被轉移到圖5的中空輪廓10’，20’。 　　[0067] 週期性振盪較佳藉由自激發產生並且較佳借助於非移動部件產生，其較佳被與中空輪廓10’，20’一體地構造。為此，借助“流體振盪器”在本發明的過程中進行測量。 　　[0068] 流體振盪器的一個顯著特點是它們在流過它們的流體中產生自激發振盪。這種振盪是由流體流分成主流和次流引起。儘管主流流過主管道10c’，20c’，但次流交替地流過兩個次級管道10f’，20f’中的一個(圖5)。次流在出口開口10d’，20d’的區域中再次與主流匯合，並且取決於次流先前通過哪個次級管道10f’，20f’以交替方式將其向下或向上分流。次級管道10f’，20f’中交替波動的壓力條件使得次流在下一個循環中流過各別的另一個次級管道10f’，20f’。這又導致在出口開口10d’，20d’的區域中的重合流主流和次流的各別相反方向上的偏轉。然後重複這些過程。 　　[0069] 同樣利用圖5的噴嘴幾何形狀，出口開口10d’，20d’經由管道10c’，20c’(在這種情況下為主管道)與壓力室10b’，20b’流體連通，該管道具有長度L。這裡管道長度L至少是大於出口開口10d’，20d’的水力直徑的3倍，較佳是大於出口開口10d’，20d’的水力直徑的4至11倍。在本發明的較佳實施例中，大致矩形的出口開口10d’，20d’的縱向延伸等於1.8mm，並且與大致矩形的出口開口10d’，20d’的縱向成直角的延伸等於1mm。這導致1.3 mm的水力直徑。管道長度L較佳為14mm，因此大約為大於水力直徑的11倍。 　　[0070] 作為OsciJet噴嘴幾何形狀的替代方案，噴嘴幾何形狀是可想到的，其產生非週期性的壓縮空氣噴流。換句話說，這種噴嘴幾何形狀產生以隨機運動而來回掃過之壓縮空氣噴流。為了產生這種類型的非週期性壓縮空氣噴流，可以使用不含回流的流體部件，其不同於在流體振盪器中使用的流體部件。 　　[0071] 圖6顯示了使用Secuflow® 通風櫥的習知噴嘴幾何形狀(圖6A)從側柱剖面10排出的壁噴流的流場的PIV測量結果、使用噴流噴嘴幾何形狀(圖6B)從側柱剖面10排出的壁噴流的流場的PIV測量結果以及OsciJet噴嘴幾何形狀(圖6C)從側柱剖面10排出的壁噴流的流場的PIV測量結果。在圖6所示的測量中，風扇電壓為9.85V。 　　[0072] 圖6a清楚地示出了流過敞開的前窗框的環境空氣如何從側壁脫層約150mm而在前窗框的平面後，其對應於0位置，儘管來自中空輪廓10的穩定器噴流100的作用。在之前使用霧的實驗中沒有觀察到這種脫層。在圖6b和圖6c中這種脫層是不可辨別的。在圖6B和圖6C中，環境空氣沿著側壁流動而沒有紊流或形成回流區域。作為較高空氣速度指示的場線的密度在圖6B和圖6C中的側壁區域中比在圖6A中明顯更大。由此得出這樣的結論：環境空氣在噴流噴嘴幾何形狀(圖6B)和OsciJet噴嘴幾何形狀(圖6C)的情況下比Secuflow®通風櫥(圖6A)的習知噴嘴幾何形狀明顯更快地朝向通風櫥內部的擋板壁流動。圖6B和圖6C還清楚地顯示了環境空氣如何藉由吸力在即便與側柱輪廓10，10’(y軸)一定距離處而被吸朝向側壁，而在圖6A中環境空氣傾向於偏離側壁。 　　[0073] 因此，流場的PIV測量結果非常清楚地表明，Jet噴嘴(圖4)和OsciJet噴嘴(圖5)都可以非常有效地防止氣流脫層。此外，流入的環境空氣更好地跟隨側柱前部區域中的翼狀輪廓，從而進一步降低了回流的風險。 　　[0074] 利用風扇70的不同控制電壓進行一系列PIV測量(圖3)。在這種情況下，較高的控制電壓與穩定器噴流的較高吹風速度相關聯。PIV測量清楚地表明，在更高的流速下，更有效地實現了避免氣流脫層的目的。為了實現本發明的這個態樣，如果在工作區域的前部區域中防止氣流脫層至少達到工作區域的深度的25%就足夠了。這對應於相對於危險回流區域被劃分為特別關鍵的工作區域。該值較佳為至少50%，更佳為75%。 　　[0075] 在實驗上確定風扇70的控制電壓之後，其中在該風扇70處觀察到沒有顯著的回流區域的實際上無紊流的流動路徑，發明人轉向至使無紊流流場可被再現所需要的最小體積流量之問題。 　　[0076] 鑑於Jet和OsciJet噴嘴出口開口10d，20d和10d’，20d’的小尺寸，使用熱線風速計來測量出氣速度無法返回可再現的結果。在OsciJet噴嘴的情況下，熱線風速計甚至與週期性振盪的穩定器噴流一起振盪。 　　[0077] 根據本發明的另一態樣，隨後開發了用於確定最小體積流量的方法。圖7和圖8表示相關的測試設定。 　　[0078] 在本文中，壁噴流的體積流量由兩步驟所確定。如圖7所示，電壓調節器72被用於將風扇70的控制電壓調整到一值，其中在該值下，如借助於PIV測量所證實的，壁噴流場實際上不顯示明顯的氣流脫層。然後，中空輪廓10，10’和20，20’內側的靜壓在測量點1，2，3，4，5和6處被確定。為此目的，壓力轉換器80被使用，其較佳地經由各別的壓力轉換器線路82測量在中空輪廓10，10’和20，20’的壓力室10a，10a’和20a，20a’中之靜壓。壓力轉換器線路82較佳地被佈置成使得其最靠近壓力室的端部終止於與各別的壓力室10a，10a’和20a，20a’的內表面齊平。在該第一測量步驟中，僅出於示例目的，在左側柱上使用具有噴流噴嘴的中空輪廓10，並且在右側柱上使用具有OsciJet噴嘴的中空輪廓10’。 　　[0079] 在第二測量步驟中，如圖8所示，風扇70被替換為壓縮空氣連接74。校準的減壓器或質量流量控制器76被佈置在壓縮空氣連接74的下游。在此使用的質量流量控制器藉由Teledyne Hastings Instruments，系列201所製造。在第一測量步驟中確定的中空輪廓10，10’和20，20’中調整靜態參考空氣壓力之後，質量流量調節器可以用於確定相關的質量流量。考慮到環境壓力和環境溫度，可以從質量流量計算體積流量。 　　[0080] 圖9示出了在中空輪廓10，10’的壓力室10a，10a’中測量的靜態空氣壓力。底部的實線僅被供應用於比較目的，並以風扇電壓為4.41 V顯示Secuflow® 系列通風櫥的中空輪廓的靜態空氣壓力。在這樣的情況下的平均靜態空氣壓力為12.5 Pa。虛線表示平均值為65 Pa，並且被針對風扇電壓為4.41V的Jet和OsciJet噴嘴而被確定。頂部的虛線對應於197 Pa的平均空氣壓力。這是使用Jet和OsciJet噴嘴針對風扇電壓9.85 V而被確定。此時應注意，具有風扇電壓為9.85 V的Secuflow® 通風櫥系列剖面內側測得的平均靜態空氣壓力未被顯示於圖9中。 　　[0081] 由此推導出的體積流量如圖10所示。使用優化的Jet和OsciJet壁噴流噴嘴，使用Jet配置所需的最小體積流量比Secuflow® 通風櫥低68%，使用OsciJet配置所需的最小體積流量比Secuflow® 通風櫥低76%。 　　[0082] 根據本發明的另一態樣，發明人已經得出結論，考慮到體積流量顯著降低，現在可以運作遵守使用典型地存在於建築物中的壓縮空氣系統的規定的功能齊全之通風櫥，即，符合DIN EN 14175標準系列要求通風櫥。本領域技術人員知道，安裝在建築物中的這種壓縮空氣系統通常能夠供應0至7巴的範圍內之空氣壓力。因此，可以省去使用電動風扇。 　　[0083] 根據本發明，並非旨在用於各別的中空輪廓10，20中的壁噴流100或底部噴流200的輸出之側柱輪廓10，10’的所有出口開口10d，10d’和並非旨在用於各別的中空輪廓10，20中的壁噴流100或底部噴流200的輸出之底板輪廓20，20’的所有出口開口20d，20d’是為了實現申請專利範圍中描述的目的而必須具有圖4或圖5中所示的噴嘴幾何形狀。因此，以這種方式構造側柱輪廓10，10’的至少一個出口開口10d，10d’和/或底板輪廓20，20’的至少一個出口開口20d，20d’是足夠的。這同樣適用於管道10c，10c’和20c，20c’的長度L，其緊接在各別的出口開口10d，10d’和20d，20d’的上游設置。
[0084]
1‧‧‧通風櫥
10‧‧‧中空輪廓、側柱輪廓
10a‧‧‧中空輪廓、翼形前緣、外前緣、壓力室
10b‧‧‧壓力室
10c‧‧‧出口管道
10d‧‧‧出口開口
10’‧‧‧中空輪廓、側柱輪廓
10a’‧‧‧壓力室
10b’‧‧‧壓力室
10c’‧‧‧主管道、管道
10d’‧‧‧出口開口
10f’‧‧‧次級管道
20‧‧‧中空輪廓
20a‧‧‧中空輪廓、外前緣、壓力室
20b‧‧‧壓力室
20c‧‧‧出口管道
20d‧‧‧出口開口
20’‧‧‧中空輪廓
20a’‧‧‧壓力室
20b’‧‧‧壓力室
20c’‧‧‧主管道、管道
20d’‧‧‧出口開口
20f’‧‧‧次級管道
30‧‧‧前窗框
32‧‧‧翼狀輪廓
34‧‧‧底板、工作板
36‧‧‧側壁
38‧‧‧家具結構
40‧‧‧擋板壁
42‧‧‧開口
44‧‧‧柱保持器
47‧‧‧開口
48‧‧‧天花板
50‧‧‧排氣收集管道
60‧‧‧通風櫥殼體
62‧‧‧後壁
63‧‧‧管道
70‧‧‧風扇
72‧‧‧電壓調節器
74‧‧‧壓縮空氣連接
76‧‧‧減壓器、質量流量控制器
80‧‧‧壓力轉換器
82‧‧‧壓力轉換器線路
100‧‧‧壓縮空氣噴流、穩定器噴流
200‧‧‧壓縮空氣噴流
[0030] 現在將參照附圖純粹為了示例性目的解釋本發明。在圖中： 　　圖1是習知通風櫥的透視圖； 　　圖2是沿圖1中的線A-A表示的圖1所示的通風櫥的橫截面圖； 　　圖3顯示了壓縮空氣進入側柱輪廓和底板輪廓的情況； 　　圖4是根據本發明的中空輪廓的橫截面圖，其被設置在側壁的前端面處和/或底板的前面上； 　　圖5示出了中空輪廓的出口管道中的流體振盪器； 　　圖6示出了習知通風櫥(圖6A)中的壁噴流的流場的PIV測量結果，根據本發明較佳實施例(圖6B)的具有噴流噴嘴的通風櫥中的壁噴流的流場的PIV測量結果以及在根據本發明的更佳實施例(圖6C)的具有OsciJet噴嘴的通風櫥中的壁噴流的流場的PIV測量結果； 　　圖7示出用於確定兩個側柱輪廓和底部輪廓的壓力室中的靜態空氣壓力的測試設定； 　　圖8示出了確定來自側柱輪廓的壁噴流的體積流量的測試設定； 　　圖9示出了針對風扇的不同控制電壓(虛線和虛線)之習知通風櫥(實線)的側柱輪廓的壓力室中的靜壓的測量結果線，具有噴流噴嘴的通風櫥的側柱輪廓的壓力室中的靜壓的測量結果線，和具有OsciJet噴嘴的通風櫥的側柱輪廓的壓力室中的靜壓的測量結果線；和 　　圖10是示出用於側柱輪廓的不同噴嘴幾何形狀的壁噴流的體積流量的減小的圖。

Claims (20)

  1. 一種用於實驗室的通風櫥(1)，該通風櫥具有殼體(60)，工作區域位於該殼體(60)中，其前部由前窗框(30)限定，底部由底板(34)限定，並且在每一側上由側壁(36)限定，並且具有設置在每一個側壁(36)的前部前端面上的第一中空輪廓(10，10’)，其中每個第一中空輪廓(10，10’)含有與多個第一開口(10d，10d’)流體連通的第一壓力室(10b，10b’)，以由壓縮空氣組成的複數個壁噴流(100)之形式的複數個空氣噴流可以從該第一壓力室(10b，10b’)沿著該各別的側壁(36)輸出到該工作區域中， 　　其特徵在於，在該通風櫥的適當使用者期間之該等第一開口(10d，10d’)的該尺寸和該第一壓力室(10b，10b’)中存在的該空氣壓力被選擇，使得該第一壓力室(10b，10b’)可以被流體連接到安裝在該建築物中的壓縮空氣系統(74)，而在從該工作區域的前側延伸至少到該工作區域的該深度的25%的區域中，無從該側壁(36)的該等壁噴流(100)之氣流脫層。
  2. 一種用於實驗室的通風櫥(1)，該通風櫥具有殼體(60)，工作區域(3)位於該殼體(60)中，其前部由前窗框(30)限定，底部由底板(34)限定，並且在每一側上由側壁(36)限定，並且具有設置在該底板(34)的前部前端面上的第二中空輪廓(20，20’)，其中該第二中空輪廓(20，20’)含有與多個第二開口(20d，20d’)流體連通的第二壓力室(20b，20b’)，以由壓縮空氣組成的複數個底部噴流(200)之形式的複數個空氣噴流可以從該第二壓力室(20b，20b’)沿著該底板(34)輸出到該工作區域中， 　　其特徵在於，在該通風櫥的適當使用者期間之該等第二開口(20d，20d’)的該尺寸和該第二壓力室(20b，20b’)中存在的該空氣壓力被選擇，使得該第二壓力室(20b，20b’)可以被流體連接到安裝在該建築物中的壓縮空氣系統(74)，而在從該工作區域的前側延伸至少到該工作區域的該深度的25%的區域中，無從該底板(34)的該等壁噴流(200)之氣流脫層。
  3. 一種具有根據申請專利範圍第1和2項的特徵的通風櫥(1)。
  4. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中在從該工作區域的該前側延伸至少到該工作區域的該深度的50%的區域中，不出現複數個壁噴流(100)從該側壁(36)的氣流脫層或從該底板(34)的該等底部噴流(200)的氣流脫層。
  5. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中在從該工作區域的該前側延伸至少到該工作區域的該深度的75%的區域中，不出現該等壁噴流(100)從該側壁(36)的氣流脫層或從該底板(34)的該等底部噴流(200)的氣流脫層。
  6. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中第一壓力轉換器和/或第二壓力轉換器(80)被設置，其與該第一壓力室(10b，10b’)和/或該第二壓力室(20b，20b)流體連通。
  7. 根據申請專利範圍第6項之通風櫥(1)，其中該第一壓力轉換器和/或該第二壓力轉換器(80)包含第一壓力轉換器線路和/或第二壓力轉換器線路(82)，其以最靠近該壓力室的該第一壓力轉換器線路和/或該第二壓力轉換器線路(82)的端部與該第一壓力室(10b，10b’)和/或該第二壓力室(20b，20b’)的內表面齊平而終止的方式被路徑規劃。
  8. 根據申請專利範圍第6項之通風櫥(1)，其中控制裝置(76)被設置，其在該通風櫥的適當操作期間，該控制裝置(76)將該第一壓力室(10b，10b’)和/或該第二壓力室(20b，20b’)中的該壓力設定在從50Pa至500Pa的範圍內，較佳的是該控制裝置(76)將該第一壓力室(10b，10b’)和/或該第二壓力室(20b，20b’)中的該壓力設定在從150Pa至200Pa的範圍內。
  9. 根據申請專利範圍第8項之通風櫥(1)，其中該控制裝置(76)被電連接到該第一壓力轉換器和/或該第二壓力轉換器(80)。
  10. 根據申請專利範圍第8項之通風櫥(1)，其中該控制裝置是減壓器或質量流量控制器(76)，其被佈置在該第一壓力室(10b，10b’)和/或該第二(20b，20b’)壓力室的上游。
  11. 根據申請專利範圍第10項之通風櫥(1)，其中該減壓器或該質量流量控制器(76)被佈置在該殼體(60)內側。
  12. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中當由與該流動方向成直角觀察時，該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)中的至少一個的橫截面區域較佳係位於1 mm2 至4 mm2 的範圍內，較佳的是該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)中的全部的橫截面區域位於1 mm2 至4 mm2 的範圍內。
  13. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中當由與該流動方向成直角觀察時，該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)中的至少一個的橫截面區域較佳係位於1.8 mm2 至3 mm2 的範圍內，較佳的是該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)中的全部的橫截面區域位於1.8 mm2 至3 mm2 的範圍內。
  14. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)中的至少一個的配置方式為從該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)排出的該壓縮空氣噴流被排放到該工作區域中作為週期性振盪壁噴流(100)和/或作為週期性振盪底部噴流(200)，較佳的是該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)中的全部的配置方式為從該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)排出的該壓縮空氣噴流被排放到該工作區域中作為週期性振盪壁噴流(100)和/或作為週期性振盪底部噴流(200)。
  15. 根據申請專利範圍第14項之通風櫥(1)，其中該週期性在1Hz至100kHz的範圍內，該週期性較佳在200Hz至300Hz的範圍內。
  16. 根據申請專利範圍第14項之通風櫥(1)，其中該等壁噴流(100)和/或該底部噴流(200)的該週期性振盪僅藉由該第一中空輪廓(10)和/或該第二中空輪廓(20)的複數個非移動部件所形成，其較佳地被構造為單一個部件。
  17. 根據申請專利範圍第14項之通風櫥(1)，其中該等壁噴流(100)和/或該底部噴流(200)的該週期性振盪藉由自激發所產生。
  18. 根據申請專利範圍第14項之通風櫥(1)，其中至少第一流體振盪器和/或第二流體振盪器(11)被設置，其被供給有該第一開口(10d’)和/或該第二開口(20d’)，較佳的是多個第一流體振盪器和/或第二流體振盪器被設置，其中該多個第一流體振盪器和/或第二流體振盪器中的每一個被供給有第一開口和/或第二開口，並且該多個第一流體振盪器和/或第二流體振盪器中的每一個產生該一個或多個壁噴流(100)的該週期性振盪和/或該一個或多個底部噴流(200)的該週期性振盪。
  19. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)具有圓形、環形、橢圓形、矩形或多邊形形狀。
  20. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中至少第一(10d，10d’)開口和/或第二(20d，20d’)開口經由細長的第一(10c，10c’)管道和/或細長的第二(20c，20c’)管道被流體連接至該第一壓力室(10b，10b’)和/或該第二(20b，20b’)壓力室，並且該第一(10c，10c’)管道和/或該第二(20c，20c’)管道具有大於當由與該流動方向成直角觀察時之該相關的開口的橫截面表面的水力直徑的至少3倍的長度L。
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