TW201840374A - 具有導引壁噴流的通風櫥 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種用於實驗室空間的通風櫥(1)，該通風櫥具有殼體(60)，工作空間位於該殼體(60)中，前部上由前窗框(30)限定，底部上由底板(34)限定，並且在每側上由側壁(36)限定。此外，通風櫥包括設置在每個側壁(36)的前部上的第一中空輪廓(10，10’)，其中每個中空輪廓(10，10’)具有與多個第一開口(10d，10d’)流體連通之第一壓力室(10b，10b’)，其中以由壓縮空氣組成的複數個壁噴流(100)之形式的複數個空氣噴流可以被從該第一壓力室(10b，10b’)沿著該各別的側壁(36)放射到該工作空間中。通風櫥的特徵在於該等第一開口(10d，10d’)中的至少一個經由縱向的第一管道(10c，10c’)被流體連接至該第一壓力室(10b，10b’)，並且該第一管道(10c，10c’)具有流動方向上的長度L，該長度L是當從垂直於該流動方向觀察時之該第一開口(10d，10d’)的橫截面表面的該水力直徑的至少3倍，用以防止從該側壁(36)之該第一開口(10d，10d’)而出的該壁噴流(100)之流量位移在從該工作空間的前側延伸至少到該工作空間的該深度的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

具有導引壁噴流的通風櫥
本發明關於通風櫥，特別是流量優化的、能量有效的通風櫥。
節約能源不僅對環境友善，而且還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特徵在於，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空間釋放。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關於解決如何在不影響其保留能力的情況下減少這些通風櫥能耗的問題。
早在1950年代，人們嘗試借助於空氣幕來改善通風櫥的爆發安全性。該空氣幕借助設置在前窗框開口區域中的通風櫥的工作空間的側壁上的空氣出口噴嘴所產生，並且應防止任何有毒煙霧從工作空間逸出(US 2 702 505 A)。
在EP 0 486 971 A1中建議在側柱的前邊緣和檯面的前邊緣上設置具有流動優化輪廓的所謂機翼。根據EP 0 486 971 A1的教導，由於這些機翼，當前窗框是打開的時，這導致機翼的前表面處流入的環境空氣較少的位移，並因此導致較少的紊流。但是，這些機翼後面有一個可產生紊流的區域，因為流入的環境空氣會在機翼的下游之端部被位移。如果環境空氣以相對於側壁的一角度進入通風櫥，則具有強度的效應會產生。
在GB 2 336 667 A中，保留能力進一步得到改善，藉由提供在與檯面的前邊緣和側立柱的距離處的機翼形狀的輪廓，使環境空氣能夠進入通風櫥的內部，不僅沿著機翼形狀的輪廓，而且穿過在輪廓和一側上的檯面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檯面的區域中被增加。
藉由以優化的方式增加所謂的支援噴流，另一個提高了防逸出且減少了通風櫥的能量要求的里程碑被同時達成。由於在檯面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中空空間中，並以壓縮空氣噴流形式透過設置在中空輪廓中的開口將壓縮空氣吹入工作空間中。其優點是，由壓縮空氣組成的支援噴流沿著側壁和檯面進入通風櫥的工作空間，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。工作空間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的流量位移，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。進入工作空間的環境空氣隨著空氣的動態緩衝而滑動，其沿著壁和檯面向後移動到工作空間的後部，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。使用這些支援噴流時，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中描述了配備有支援噴流技術的通風櫥的示例。
首先在使用配備有習知支援噴流技術的通風櫥中，本發明的發明人觀察到與先前使用霧的實驗相反，在使用“粒子圖像測速”(Particle Image Velocimetry; PIV)測量來檢查壁噴流的流場期間，其中無壁噴流的顯著流量位移被檢測到，流量位移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。
因此，本發明的主要目的主要是進一步改善配備支持噴流技術的通風櫥的爆發安全性，並同時進一步降低其功耗。
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獨立項中描述。
因此，一方面，本發明描述了一種用於實驗室空間的通風櫥，該通風櫥具有殼體，工作空間位於該殼體中，前部上由前窗框限定，底部上由底板限定，並且在每側上由側壁限定。此外，通風櫥包括設置在每個側壁的前部上的第一中空輪廓，其中每個第一中空輪廓具有與多個第一開口流體連通之第一壓力室，其中以由壓縮空氣組成的複數個壁噴流之形式的複數個空氣噴流可以被從該第一壓力室沿著該各別的側壁放射到該工作空間中。通風櫥的特徵在於該等第一開口中的至少一個經由縱向的第一管道被流體連接至該第一壓力室，並且該第一管道具有流動方向上的長度L，該長度L是當從垂直於該流動方向觀察時之該第一開口的橫截面表面的該水力直徑的至少3倍，用以防止從該側壁之該第一開口而出的該壁噴流之流量位移在從該工作空間的前側延伸至少到該工作空間的該深度的25%的區域中。
另一方面，本發明還提供了一種用於實驗室空間的通風櫥，該通風櫥具有殼體，工作空間位於該殼體中，前部上由前窗框限定，底部上由底板限定，並且在每側上由側壁限定。此外，通風櫥包括設置在底板的前部上的第二中空輪廓，其中第二中空輪廓具有與多個第二開口流體連通之第二壓力室，其中以由壓縮空氣組成的複數個底部噴流之形式的複數個空氣噴流可以被從該第二壓力室沿著該底板放射到該工作空間中。通風櫥的特徵在於該等第二開口中的至少一個經由縱向的第二管道被流體連接至該第二壓力室，並且該第二管道具有流動方向上的長度L，該長度L是當從垂直於該流動方向觀察時之該第二開口的橫截面表面的該水力直徑的至少3倍，用以防止從該底板之該第二開口而出的該底部噴流之流量位移在從該工作空間的前側延伸至少到該工作空間的該深度的25%的區域中。
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。
根據本發明的較佳實施例，該第一開口和/或該第二開口具有該流動方向上的長度L，該長度L是在該第一開口和/或該第二開口的該橫截面區域的該水力直徑的4至11倍的範圍內。
較佳地，在從該工作空間的該前側延伸至少到該工作空間的該深度的50%的區域中，不出現該壁噴流從該側壁之該第一開口而出的流量位移或從該底板之該第二開口而出的該底部噴流的流量位移。
更佳地，在從該工作空間的該前側延伸至少到該工作空間的該深度的75%的區域中，不出現該壁噴流從該側壁之該第一開口而出的流量位移或從該底板之該第二開口而出的該底部噴流的流量位移。
若第一壓力轉換器和/或第二壓力轉換器被設置，其與該第一壓力室和/或該第二壓力室流體連通，則本發明的有利實施例是可達成的。
更有利的，該第一壓力轉換器和/或該第二壓力轉換器包含第一壓力轉換器線路和/或第二壓力轉換器線路，其以該第一壓力轉換器線路和/或該第二壓力轉換器線路的壓力室的端部與該第一壓力室和/或該第二壓力室的內表面齊平而終止的方式被佈置。
較佳地，在該通風櫥的預定使用期間，該控制裝置將該第一壓力室和/或該第二壓力室中的該壓力調整在從50Pa至500Pa的範圍內，較佳的是該控制裝置將該第一壓力室和/或該第二壓力室中的該壓力調整在從150Pa至200Pa的範圍內。
更佳地，控制裝置被連接到該第一壓力轉換器和/或該第二壓力轉換器。
根據本發明的更佳實施例，該控制裝置是減壓器或質量流量控制器，其被佈置在該第一壓力室和/或該第二壓力室的上游。
此外，該減壓器或該質量流量控制器被佈置在該殼體內。
若從垂直於該流動方向觀察，第一開口和/或第二開口中的至少一個的橫截面表面位於1 mm2 至4 mm2 的範圍內，較佳的是該第一開口和/或該第二開口中的全部的橫截面表面位於1 mm2 至4 mm2 的範圍內，則是有利的。
若從垂直於該流動方向觀察，第一開口和/或第二開口中的至少一個的橫截面表面位於1.8 mm2 至3 mm2 的範圍內，較佳的是該第一開口和/或該第二開口中的全部的橫截面表面位於1.8 mm2 至3 mm2 的範圍內，則是更有利的。
若第一開口和/或第二開口中的至少一個被以從該第一開口和/或該第二開口排出的該壓縮空氣噴流被放射到該工作空間中作為週期性振盪壁噴流和/或作為週期性振盪底部噴流的方式設計，較佳的是該第一開口和/或該第二開口中的全部被以從該第一開口和/或該第二開口排出的該壓縮空氣噴流被放射到該工作空間中作為週期性振盪壁噴流和/或作為週期性振盪底部噴流的方式設計，則本發明的有利實施例是可達成的。
較佳地，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。
更佳地，該壁噴流的該週期性振盪和/或該底部噴流的該週期性振盪僅藉由該第一中空輪廓和/或該第二中空輪廓的複數個非移動部件所產生，其較佳地被設計為單一個件。
此外，該壁噴流的該週期性振盪和/或該底部噴流的該週期性振盪藉由自激發所產生。
根據本發明的另一個較佳的實施例，至少第一流體振盪器和/或第二流體振盪器被設置，其包含該第一開口和/或該第二開口，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，其中該多個第一流體振盪器和/或第二流體振盪器包含該第一開口和/或該第二開口，並且該多個第一流體振盪器和/或第二流體振盪器產生該壁噴流/該等壁噴流的該週期性振盪和/或該底部噴流/該等底部噴流的該週期性振盪。
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。
圖1中透視地示出的通風櫥1與自2002年以來幾乎在全世界由申請人銷售的商品名為Secuflow® 的通風櫥近乎對應。由於前面介紹的支援噴流技術，該通風櫥需要的排風量僅為270 m³/(h·rm)。該通風櫥(標誌：Secuflow® TA-1500)作為用於本發明範圍內所實施的測量的參考，這些將在後面描述。
根據本發明的通風櫥對應於關於圖1所示的通風櫥1的基本構造。根據本發明的通風櫥特別是與關於中空輪廓10，20的噴嘴幾何形狀中的習知Secuflow® 通風櫥不同並且與從中空輪廓10，20排出的壓縮空氣噴流100，200的方式不同。
圖1所示的通風櫥1具有通風櫥內空間，其較佳在後部上由擋板壁40限定，在側面上由兩個側壁36限定，在底部上由底板34或檯面限定，在前部上由可鎖定的前部30限定並且較佳由頂板48在頂部限定。
前部30較佳被設計為由多部件所構成，使得當打開和關閉前窗框30時，多個可垂直滑動的窗元件以一個接一個似望遠鏡的方式連續一致地運行。在前窗框30的關閉位置中最向下佈置的窗元件較佳地在其前邊緣上具有空氣動力學優化的翼型32(圖2)。此外，前窗框30較佳地具有可水平滑動的窗元件，這允許實驗室人員在前窗框30的關閉位置進入通風櫥的內部空間。
此時，應該注意的是，前窗框30也可以被設計為兩件式的滑動窗，兩部件式的滑動窗的兩部件可以在垂直的方向上反向地移動。在這種情況下，反向移動的部件耦接至經由纜索或皮帶和滑輪抵消前部窗框質量的重物。
較佳地於通風櫥殼體60的擋板壁40和後壁62(圖2)之間，存在管道63，其通向通風櫥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裝置。存在一件家具結構38被佈置在通風櫥內部空間的檯面34的下方，其用作各種實驗室儀器的儲存空間。以這裡使用的術語，該家具結構被理解為通風櫥100的殼體60的一部分。
中空輪廓10設置在通風櫥1的側壁36的前端面上，其習知上也稱為側柱。中空輪廓20也設置在底板34的前側上。
在本文件中使用“在前側上”這個片語時，這個術語不能從字面上理解。相反地，它也指的是僅在前側的區域內所設置或附接的結構。
類似於最下方的前窗框元件30的下側上的空氣動力學優化的翼型32，中空輪廓10的翼形流動側10a或側柱輪廓10(圖4)較佳被以空氣動力學上優化的方式來設計。同樣的方式也較佳地適用於底板34的前側上的中空輪廓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的低紊流甚至無紊流。
使用中空輪廓10，20，代表由壓縮空氣組成的壓縮空氣噴流100，200之所謂的支援噴流被沿著側壁36和底板34引入至通風櫥的內部中。這些壓縮空氣噴流習知上由佈置在檯面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中難以被理解，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。
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。此外，通風櫥也可能滿足其他標準，如ASHRAE 110/1995，這針對美國有效。
如果應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。這是因為，標準中所提出的規定穩定地越來越嚴格，因此，符合現行標準的通風櫥也將符合較早標準的規定。
圖2示出了從通風櫥內部內的中空輪廓10，20流出至排氣收集管道50的壓縮空氣噴流100，200的氣流模式以及在擋板壁40與後壁62中之間的管道63中至排氣收集管道50的排氣的氣流模式以及高度簡化的表示。圖2中的視圖對應於沿著圖1中的線A-A的橫截面視圖。
如圖2所理解，擋板壁40較佳地被佈置在與檯面34的底部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較佳地包括多個縱向的開口42(圖1)，其中排氣或空氣流經該多個縱向的開口42，該多個縱向的開口42較佳位於通風櫥內部中，並且排氣或空氣可能是有毒的並能夠進入管道63。另外的開口47較佳設置在通風櫥內部空間的頂板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。
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。透過由此方式所設計的間隙，排出的空氣還可以被引導進入排氣管道63中。
多個柱保持器44較佳地被設置在擋板壁40上，並且複數個桿可以以可拆開的方式被夾緊在多個柱保持器44中，其用作針對通風櫥內部中的測試設定的保持器。
如圖3所示，在圖1和圖2所示的習知通風櫥中，壓縮空氣或支援噴流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。被用於在本發明的範圍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。
由風扇70產生的壓縮空氣首先被供給到設置在底板34的前側的區域中的中空輪廓20中。由風扇到中空輪廓20中的壓縮空氣之供給較佳地發生在跨越通風櫥的寬度延伸的中空輪廓20的縱向路徑之大致中間的點。這樣，達成中空輪廓20內的壓降相對於該點大致對稱。
圖3還可被理解中空輪廓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並且被以支援噴流100形式從側柱輪廓10沿著側壁36逸出到通風櫥的內部中。
雖然人們最初會期望，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® 通風櫥的情況中，由於支援噴流100，200的正面功效，可以減小至少維持標準規定的爆發安全性所必需的排氣體積流量，其代表仍滿足用於排風櫥的爆發安全性的法定要求之最小排氣體積流量，並且代表與排氣收集管道50連接的建築物所安裝之排氣系統必須能夠被產生之最小體積流量。透過這種方式，可以將通風櫥的所必需的能量降低至超出風扇的所必需的能量，這反過來對通風櫥的總能量平衡具有正面功效。
圖4中以橫截面，即垂直於中空輪廓10，20的縱向路徑之橫截面示出了根據本發明的一個實施例所設計的中空輪廓10，20的構造和幾何形狀。外流動側10a，20a以空氣動力學優化的方式被設計為翼型。在中空輪廓10，20內部空間中有壓力室10b，20b。由風扇70產生的壓縮空氣沿著中空輪廓10，20的縱向路徑流過壓力室10b，20b。較佳地，多個出口開口10d，20d也位於沿中空輪廓10，20的縱向路徑，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中。
根據各別的通風櫥1的使用，多個空間分開的出口開口10d，20d被佈置在中空輪廓10，20中。它們可以被不規則地散佈越過中空輪廓10，20的長度，或者它們可以依據特定的模式被佈置，或者甚至可以是相互等距地和週期地被佈置。
中空輪廓10，20可以較佳地被與各別的側壁36和/或底板34一件式地製造，例如被一件式地製造為擠壓鋁輪廓。也可以設想將中空輪廓10，20放置並附接到各別的側壁36和/或底板34的前端面或以其他方式附接它到此。
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引入各別的中空輪廓10，20中，或者被製造為與其一件式構造。
圖4所示的幾何結構既可以用於側柱中空輪廓10以及用於設置在檯面或底板34的前側上的中空輪廓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。
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，所謂的“水力直徑”被考慮。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數學因子，其在相同長度和相同平均流速下具有相同的壓力損失作為具有圓形橫截面和相同直徑的流管。
在本申請人的習知Secuflow® 通風櫥的情況中，出口開口10d，20d的縱向測量代表出口開口10d，20d在中空輪廓10，20的縱向方向上的路徑等於30mm，並且與其垂直的橫向測量等於2 mm。在矩形出口開口的情況中，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 。
在根據本發明的較佳實施例圖4所示的中空輪廓10，20的情況中，出口開口10d，20d的表面積較佳反而是僅具有1 mm2 至4 mm2 的值，且更佳僅具有1.8 mm2 至3 mm2 的值。因此，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。
幾乎長方形的出口開口10d，20d的長度方向的尺寸較佳為3mm，與其垂直的橫向尺寸較佳為1mm。這導致1.5 mm的水力直徑。以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範圍內進行的測量系列中的情況中。在下文中，這些中空輪廓10，20也將被稱為“噴流噴嘴”。
根據本發明的另一態樣，至少一個出口開口10d，20d經由管道10c，20c與壓力室10b，20b流體連通(圖4)，該管道10c，20c具有長度L，較佳地為被設置在中空腔室10，20中的所有出口開口10d，20d被以此方式連接。
在圖4所示的中空輪廓10a，20b的情況中，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。
本發明範圍內進行的測量系列導向以下的結論，較佳地分別與一出口開口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放射至通風櫥的內部中，其中以該方向被“設置”比必須通過較短管道的空氣噴流的情況下更明顯。藉此，在通風櫥內部內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已經足夠強地被定向，使它們保持盡可能與側壁36和底板34接觸靠近。
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。
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側中的側壁或底板而傳播。這是由於平均速度向量總是以平行吹氣之供應來形成與側壁36或底板34大於0°的角度。
根據本發明的更佳實施例，代替從壓力室10b，20b延伸到出口開口10d，20d(圖4)之直的管道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。
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中直虛線所示的部分截面，使關於圖4解釋的中空輪廓10，20的剩餘特徵也可以被轉移到圖5的中空輪廓10’，20’。
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’構造為單一件。為此，使用所謂的“流體振盪器”，進行在本發明範圍內的測量。
流體振盪器的特徵在於它們在流過它們的流體內產生自激發振盪。這種振盪是由流體流動分叉成主流和次流所引起。儘管主流流過主管道10c’，20c’，但次流交替地流過兩個輔助管道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輔助管道10f’，20f’以交替方式將其向下或向上分流。輔助管道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輔助管道10f’，20f’。從此，在出口開口10d’，20d’的區域中的重合流主流和次流的偏轉跟隨在各別相反方向上。然後重複這些循環。
同樣在圖5的噴嘴幾何形狀的情況下，出口開口10d’，20d’經由管道10c’，20c(在此為主管道)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至少是出口開口10d’，20d’的水力直徑的3倍，較佳是出口開口10d’，20d’的水力直徑的4至11倍。在本發明的較佳實施例中，主要為矩形的出口開口10d’，20d’的縱向路徑等於1.8mm，並且與主要為矩形的出口開口10d’，20d’的縱向路徑成直角的路徑等於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。
作為OsciJet噴嘴幾何形狀的替代方案，複數個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，這種複數個幾何形狀產生來回掃過之壓縮空氣噴流，藉以隨機運動。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。
圖6顯示了使用Secuflow® 通風櫥的習知噴嘴幾何形狀從側柱輪廓10排出的壁噴流的流場的PIV測量結果(圖6A)、使用噴流噴嘴幾何形狀從側柱輪廓10排出的壁噴流的流場的PIV測量結果(圖6B)以及OsciJet噴嘴幾何形狀從側柱輪廓10排出的壁噴流的流場的PIV測量結果(圖6C)。在圖6所示的測量中，風扇電壓為9.85V。
圖6a中，清楚地示出了流過敞開的前窗框的環境空氣如何從側壁離開約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吹出的支援噴流100的作用。在之前使用霧的實驗中沒有觀察到這種位移。在圖6b和圖6c中這種位移是不可辨別的。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。這建議了：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以類似渦流的形式在即便與側柱輪廓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。
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流量位移。此外，流入側柱前部區域中的翼狀輪廓的環境空氣更好地接觸，從而進一步降低了回流的風險。
以風扇70的不同控制電壓進行一系列PIV測量(圖3)。藉此，較高的控制電壓對應於支援噴流的較高吹風速度。PIV測量清楚地表明，在更高的流速下，更有效地實現了避免流量位移的目的。為了實現本發明的這個態樣，如果在工作空間的前部區域中防止流量位移至少達到工作空間的深度的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空間。較佳地，該值為至少50%，更佳為75%。
在實驗上確定風扇70分別的控制電壓之後，其中藉此，沒有顯著的回流區域的幾乎上無紊流的流動路線被確定，發明人致力於使無紊流流場可被再現所將需要的最小體積流量之問題。
鑑於Jet和OsciJet噴嘴出口開口10d，20d和10d’，20d’的小尺寸，借助使用熱線風速計來測量出氣速度無法提供可再現的結果。在OsciJet噴嘴的情況下，熱線風速計甚至與週期性振盪的支援噴流一起震動。
根據本發明的另一態樣，用於確定最小體積流量的方法隨後被發展。圖7和圖8表示相關的測試設定。
壁噴流的體積流量由兩步驟所確定。如圖7所示，借助使用電壓調節器72，風扇70的控制電壓被設定到一值，其中在該值下，如借助於PIV測量所證實的，壁噴流場實際上幾乎不顯示明顯的流量位移。然後，中空輪廓10，10’和20，20’內的靜壓在測量點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。藉此，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，僅作為示例，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’。
在第二測量步驟中，如圖8所示，風扇70被壓縮空氣供給74替換。校準的減壓器或質量流量控制器76被佈置在壓縮空氣供給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。在設定第一測量步驟期間確定的第一靜態參考空氣壓力在中空輪廓10，10’和20，20’中之後，借助於質量流量調節器，相關的質量流量可以被確定。考慮到環境壓力和環境溫度，體積流量可以從質量流量來計算。
圖9中，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。底部的實線僅被指出來用於比較的目的，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。點虛線表示平均值為65 Pa，並且被針對風扇電壓為4.41 V的Jet和OsciJet噴嘴而被確定。頂部的直虛線對應於197 Pa的平均空氣壓力。這是在Jet和OsciJet噴嘴針對風扇電壓9.85 V的情況下而被確定。此時應注意，具有風扇電壓為9.85 V的Secuflow® 通風櫥系列輪廓內測得的平均靜態空氣壓力未被顯示於圖9中。
由此推導出的體積流量如圖10所示。使用優化的壁噴流噴嘴，Jet和OsciJet，在Jet的設計中所需的最小體積流量相對於Secuflow® 系列通風櫥低68%，在OsciJet的設計中所需的最小體積流量相對於Secuflow® 系列通風櫥低76%。
根據本發明的另一態樣，發明人已經得出結論，由於降低的體積流量，現在可以根據規定運作安裝在於建築物中的具有通用壓縮空氣系統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。
根據本發明，並非旨在用於放射壁噴流100或底部噴流200至各別的中空輪廓10，20中之側柱輪廓10，10’的所有出口開口10d，10d’和並非旨在用於放射壁噴流100或底部噴流200至各別的中空輪廓10，20中之底板輪廓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，以這種方式設計側柱輪廓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，其直接在各別的出口開口10d，10d’和20d，20d’的上游設置。
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’‧‧‧輔助管道
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’‧‧‧輔助管道
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‧‧‧壓縮空氣供給
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
現在將參照附圖純粹為了示例性目的解釋本發明。在圖中顯示： 　　圖1習知通風櫥的透視圖； 　　圖2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壓縮空氣進入側柱輪廓和底板輪廓的情況； 　　圖4根據本發明的中空輪廓的橫截面圖，其被設置在側壁的前側上和/或底板的前側上； 　　圖5中空輪廓的出口管道中的流體振盪器； 　　圖6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另一較佳實施例(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確定從側柱輪廓流出的壁噴流的體積流量的測試設定； 　　圖9針對風扇的不同控制電壓之習知通風櫥的側柱輪廓的壓力室中的靜壓的測量結果線(實線)，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(虛點線和虛直線)；和 　　圖10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. 一種用於實驗室空間的通風櫥(1)，該通風櫥具有殼體(60)，其中工作空間位於該殼體(60)中，其分別在前部上由前窗框(30)限定，在底部上由底板(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)的前部上的第一中空輪廓(10,10’)，其中每個中空輪廓(10,10’)具有與多個第一開口(10d，10d’)流體連通的第一壓力室(10b，10b’)，其中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被從該第一壓力室(10b，10b’)沿著該各別的側壁(36)放射到該工作空間中， 　　其特徵在於，該等第一開口(10d，10d’)中的至少一個經由縱向的第一管道(10c，10c’)被流體連接至該第一壓力室(10b，10b’)，並且該第一管道(10c，10c’)具有流動方向上的長度L，該長度L是當從垂直於該流動方向觀察時之該第一開口(10d，10d’)的橫截面表面的該水力直徑的至少3倍，用以防止從該側壁(36)之該第一開口(10d，10d’)而出的該壁噴流(100)之流量位移在從該工作空間的前側延伸至少到該工作空間的該深度的25%的區域中。
  2. 一種用於實驗室空間的通風櫥(1)，該通風櫥具有殼體(60)，其中工作空間位於該殼體(60)中，其分別在前部上由前窗框(30)限定，在底部上由底板(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)的前部上的第二中空輪廓(20,20’)，其中該第二中空輪廓(20,20’)具有與多個第二開口(20d，20d’)流體連通的第二壓力室(20b，20b’)，其中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被從該第二壓力室(20b，20b’)沿著該各別的底板(34)放射到該工作空間中， 　　其特徵在於，該等第二開口(20d，20d’)中的至少一個經由縱向的第二管道(20c，20c’)被流體連接至該第二壓力室(20b，20b’)，並且該第二管道(20c，20c’)具有流動方向上的長度L，該長度L是當從垂直於該流動方向觀察時之該第二開口(20d，20d’)的橫截面表面的該水力直徑的至少3倍，用以防止從該底板(34)之該第二開口(20d，20d’)而出的該底部噴流(200)之流量位移在從該工作空間的前側延伸至少到該工作空間的該深度的25%的區域中。
  3. 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)，其中該第一開口(10c，10c’)和/或該第二開口(20c，20c’)具有該流動方向上的長度L，該長度L是在該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)的該橫截面區域的該水力直徑的4至11倍的範圍內。
  5. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中在從該工作空間的該前側延伸至少到該工作空間的該深度的50%的區域中，不出現該壁噴流(100)從該側壁(36)之該第一開口(10d，10d’)而出的流量位移和/或從該底板(34)之該第二開口(20d，20d’)而出的該底部噴流(200)的流量位移。
  6. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中在從該工作空間的該前側延伸至少到該工作空間的該深度的75%的區域中，不出現該壁噴流(100)從該側壁(36)之該第一開口(10d，10d’)而出的流量位移和/或從該底板(34)之該第二開口(20d，20d’)而出的該底部噴流(200)的流量位移。
  7. 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。
  8. 根據申請專利範圍第7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)，其以該第一壓力轉換器線路和/或該第二壓力轉換器線路(82)的壓力室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佈置。
  9. 根據申請專利範圍第7項之通風櫥(1)，其中控制裝置(76)被設置，其中在該通風櫥的預定使用期間，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’)中的該壓力調整在從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’)中的該壓力調整在從150Pa至200Pa的範圍內。
  10. 根據申請專利範圍第9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)。
  11. 根據申請專利範圍第9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/或該第二壓力室(20b，20b’)的上游。
  12. 根據申請專利範圍第11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。
  13. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中當從垂直於該流動方向觀察時，第一開口(10d，10d’)和/或第二開口(20d，20d’)中的至少一個的橫截面表面位於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’)中的全部的橫截面表面位於1 mm2 至4 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)，其中當從垂直於該流動方向觀察時，第一開口(10d，10d’)和/或第二開口(20d，20d’)中的至少一個的橫截面表面位於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’)中的全部的橫截面表面位於1.8 mm2 至3 mm2 的範圍內。
  15. 根據申請專利範圍第1和2項中任一項之通風櫥(1)，其中第一開口(10d，10d’)或第二開口(20d，20d’)中的至少一個被以從該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)排出的該壓縮空氣噴流被放射到該工作空間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，較佳的是該第一開口(10d，10d’)或該第二開口(20d，20d’)中的全部被以從該第一開口(10d，10d’)和/或該第二開口(20d，20d’)排出的該壓縮空氣噴流被放射到該工作空間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。
  16. 根據申請專利範圍第15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。
  17. 根據申請專利範圍第15項之通風櫥(1)，其中該壁噴流(100)的該週期性振盪和/或該底部噴流(200)的該週期性振盪僅藉由該第一中空輪廓(10，10’)和/或該第二中空輪廓(20，20’)的複數個非移動部件所產生，其較佳地被設計為單一個件。
  18. 根據申請專利範圍第15項之通風櫥(1)，其中該壁噴流(100)的該週期性振盪和/或該底部噴流(200)的該週期性振盪藉由自激發所產生。
  19. 根據申請專利範圍第15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，其包含該第一開口(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/或第二流體振盪器分別包含該第一開口(10d’)和/或該第二開口(20d’)，並且該多個第一流體振盪器和/或第二流體振盪器產生該壁噴流/該等壁噴流(100)的該週期性振盪和/或該底部噴流/該等底部噴流(200)的該週期性振盪。
  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。
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