JP2001518174A - Ventilation hood with bistable vortex - Google Patents
Ventilation hood with bistable vortexInfo
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Abstract
(57)【要約】 換気フード(78)を介しての空気の流れが、サッシ(18)の移動に拘らずに、換気フードの渦室内に双安定渦を発生させることによって最適化される。双安定換気フードはフードサッシ開口部を介しての煙霧を担持する空気の逆流を最小とさせるために捕獲面速度を最適化させる。この双安定渦換気フードは渦圧力制御システムを使用して、フードにおけるバッフルの上部、中間及び底部スロット開口(32,34,36)の位置を調節する。このバッフルは、サッシが完全に開放している場合に、該面から双安定渦を離させ、且つサッシが閉じられる場合に、作業表面近くにおいてクリアリング作用を発生させる。エアロフォイル(76)が換気フード室内に配置されており且つ該エアロフォイルはマルチエントリパターンを有しており、その内の一つは渦をフードの作業表面から上方へ離す方向へ回転させる。他のものはフードの作業表面を洗う流れを形成する。渦室の内部部分は、動的損失を減少させ且つ双安定渦の安定性を増加させるために回転羽根(65)を使用する。 (57) Summary The flow of air through the ventilation hood (78) is optimized by generating a bistable vortex in the vortex chamber of the ventilation hood, regardless of the movement of the sash (18). The bistable ventilation hood optimizes the capture surface velocity to minimize the backflow of the fume-bearing air through the hood sash opening. This bistable vortex ventilation hood uses a vortex pressure control system to adjust the position of the baffle top, middle and bottom slot openings (32, 34, 36) in the hood. The baffle separates the bistable vortex from the surface when the sash is fully open and creates a clearing effect near the work surface when the sash is closed. An airfoil (76) is located in the fume hood chamber and the airfoil has a multi-entry pattern, one of which rotates the vortex upwards away from the work surface of the hood. Others form streams that wash the work surface of the hood. The inner part of the vortex chamber uses rotating vanes (65) to reduce dynamic losses and increase the stability of the bistable vortex.
Description
【発明の詳細な説明】 発明の名称 双安定渦を有する換気フード 発明の詳細な説明 本願は1997年1月22日に出願した仮出願第60/035,997号の優 先権を主張するものである。 本発明は、蒸気を閉じ込め且つその拡散を防止するための換気包囲体に関する ものであって、その様な包囲体は一般的に換気フードとして知られているもので あり、更に詳細には、内部へのアクセスを可能とさせるために開放可能な換気フ ードに関するものであって、その開放動作はフード外部へ煙霧を不本意に逃避さ せる場合がある。 最初の換気フードは錬金術師によって使用されていた暖炉であった。これらの 初期の換気フードは非常に高い煙突を有するものであった。煙突高さ、火によっ て発生される熱勾配、及び外側の風の状況の吸引効果がかなりの通風を形成して いた。通風を増加させるために、初期の通気技術者等(1800年代中頃)は、 一層大きな熱的リフトを達成するために煙突内にガス燃焼リングを付加していた 。産業革命期間中に、ガスリングは機械的送風機に道を譲った。研究室がより良 く定義されるようになったのはほぼこの時期であった。蝶番付き扉の代わりに前 部 サッシを付加し且つサッシ窓の下側にエアロフォイルを付加させるなどの変革が 起こった。1940年代後半において、後部バッフルシステム及び流線型形状入 口部が全ての換気フードへ導入された。上述した構成の換気フードを図1に示し てあり「従来技術」と付記してある。 寸法的には、これらの従来の換気フードは、通常の扉を介して運び込むことが 可能であり、且つ9乃至10フィートの天井に起因する高さ制限と共に30イン チ幅と36インチ高さのベンチ上に配置することが可能であるように寸法設定さ れていた。寸法的には、今日製造されるフードは50年前に製造されたものと事 実上全く同じ寸法のものである。 換気フード性能は、常に、煙可視化テストに基づくものであって、その場合に は、フードの内側でその作業表面上に発煙筒を載置させ、煙がサッシ面から外に 出ることが見えない限り、そのフードは適切に動作するものと考える。推奨面速 度(サッシ開口、即ち「面」を介してフード内へ流れる空気の速度)は100フ ィート/分(FPM)と150FPMとの間である。何年もの間、換気フードの ユーザは、面速度が高ければ高いほど、フードの閉じ込めが一層良好であると感 じていた。高い面速度は空気バイパスフード(概略図2に示してある)の導入と 共に1960年代後期に人気を無くし始めており、該空 気バイパスフードはサッシが閉じられた場合にサッシの上方に空気を導入するも のであった。次いで、1980年代半ばにおいて、換気フードの性能及びそれが 作業者を保護する能力を測定するために性能トレーサガス解析テストが開発され た。このテストは、初めて、ppmの単位で実際の溢流率を数値化することを可 能とし、それにより異なる動作条件下においてどのようにフードが性能を発揮す るかを示すものであった。 このトレーサガス性能テストが作られた主な理由の内の一つは、1980年代 において劇的に増加したコストが高い加熱換気及び冷却コストを減少させるため の努力において、エネルギを節約するために空調投入空気体積を減少させるため のサッシ窓開放動作と共に換気フード排気体積が減少されていることである。排 気体積は、排気弁をサッシの開閉動作と同期させる開ループによるか、又は差圧 を測定し且つサーボ排気弁を制御する閉ループシステムを使用することのいずれ かによって減少された。これらの手法は全て、一定の面速度がサッシ窓が操作さ れる場合に適切な閉じ込めを与えるものとの一般的に支持されている考え方に基 づくものである。この仮定は必ずしも正しいものではない。何故ならば、それは 何が最適な面速度であるかということ、従って逆流を防止するためにフードを介 しての最適な空気 の流れ、に対処するものではないからである。本出願人の内の一出願人は、図3 に示した換気フード用の渦制御システムを開発し且つ改良しており、それは19 97年12月16日にロバートエイチ.モリスに対して発行された米国特許第5 ,697,838号の要旨であり、それを引用によって本明細書へ取り込む。ロ バートエイチ.モリスによって行われたトレーサガス研究は、排気空気流体積を 減少させることによってエネルギを節約することが可能であるが、可変体積固定 面速度制御技術を使用することによって換気フードを本来的により安全なものと させるものではないことを示した。これらのトレーサガステストは、換気フード 面速度は、換気フードの内部渦、及び例えば室内空気分布、供給空気温度、換気 フード内の散乱物、及び研究室内の換気フードの位置などの動作変数によって影 響を受けるものであることを示した。該第5,697,838号の渦制御システ ムは、フードの扉口を介して煙霧を担持する空気の逆流を最大とさせるフードの 渦室内に安定な渦を与えるために空気流を動的に制御することによって換気フー ドを介しての空気の流れを最適化させる。渦室側壁に配設されている高感度の圧 力センサが乱流を表す渦圧力における微妙な変動を検知し且つ変換器を介してア ナログ制御器へ信号を送り、該アナログ制御器は比例的インターバル及び適応性 利得アルゴリズムを使用してアクチュエータへの出力信号を形成し、該アクチュ エータはフードシステム内のダンパーを調節して渦室内への空気の流れを変化さ せる。 本発明は、換気フード室内の渦は他の環境変化によって極めて容易に影響され るという、換気フードのバッフルにおけるスロットを操作していたときに成され た発見に基づいている。渦室の上部部分における流れ条件を図4に示してあり、 それはフードの室領域の概略図である。渦室の上部領域内における表面上におい て渦バブルが発生することが示されている。その渦は、渦室区域内の後部バッフ ル表面に沿っての層流制御用噴流によって制御される。この層流ジェット噴流は 持続する圧力差を発生させ且つそれを取り囲む空気のいくらかを取り込む。壁側 部上の取り込まれた空気は壁に対してトラップされ、一方面速度からの大気が反 対側からの取り込まれた空気を置換させる。その結果は、壁から離れた側部上に おいては大気圧であり且つ噴流と壁との間はより低い圧力となる。この圧力差は 噴流を変形させ且つ該より低い圧力の領域内に単安定な渦バブルを形成する。図 5はこの単安定な渦を示した換気フードの概略図である。 従って、従来の換気フードにおける渦は単安定のものであると思われる。制御 用の空気ジェット噴流 が層流状態にとどまる限り、その渦は壁の上に静止状態にとどまる。しかしなが ら、例えば室内の圧力変動や、交差通風や、換気フード負荷や、供給補給空気の 熱的温度変化等の環境条件に起因して層流のジェット噴流が乱されると、渦バブ ルは充填され且つ圧力勾配が失われる。単安定な渦は無秩序なものとなり且つ破 壊される。渦バブルの喪失は、換気フード閉じ込めの故障の前兆である。ジェッ ト噴流が再度層流状態となる迄、単安定な渦はそれ自身を回復することは不可能 である。 本発明は双安定な渦フードを具備する換気フードを提供している。本明細書に おいて使用する「双安定な渦」という用語は、サッシが開いているか又は閉じて いるかに拘らずに安定であるフードにおける渦のことを意味するものとして使用 されている。双安定渦はバッフル配列によって与えられる。双安定渦バブルは単 安定渦バブルと同じ壁表面上に発生されるが、より一層対称的な形状によって特 性付けられ且つそれを乱させ且つ渦を破壊させるためには対向するジェット噴流 を必要とする。 本発明は主要な特徴として双安定渦バブルを換気フードにおいて使用すること を有するものである。 本発明の別の特徴は、換気フードのサッシ窓の水力半径比に関連した水力半径 比を有する渦室を具備する改良した換気フードを提供することである。 本発明の更なる特徴は、自動的に位置調節可能なバッフルと、渦室回転羽根と 、換気フードにおいて双安定渦を形成する場合に共同するマルチ3エントリエア ロフォイル(翼)とを具備する換気フードを提供することである。 本発明は、以下の説明と共に且つその内の幾つかについては既に言及しており 且つ以下に簡単に説明する図面に関連して検討した場合に、以下の詳細な説明か ら一層明らかなものとなる。 図1は、標準的な従来の換気フードを正面図で示した概略図である。 図2は、従来のバイパス換気フードの図1と同様の図である。 図3は、上に引用によって取り込んだ米国特許第5,697,838号の発明 に基づく渦制御システムを具備する換気フードの図1と同様の図である。 図4は、渦室の上部領域及びその中の流れによって形成された渦バブルを示し た換気フードの上部部分の概略図である。 図5は、渦室内の単安定渦を有する流れパターンを示した図1と同様の図であ る。 図6は、全て本発明に基づく、双安定渦を有する換気フード及び特にその面速 度及び渦室の概略教育的図である。 図7は、双安定渦換気フード及び双安定渦を与え るその構成要素を示した概略図である。 図8は、図7に示した換気フードであってサッシを包含する正面部分及びその 動作ハードウエアの斜視図である。 図9a及び9bは、夫々、図8における9−9を包含する水平面に沿って取っ たものであり且つサッシ支柱の空気力学的形状に対する別の実施例を示した一部 断面図である。 図10は、回転羽根として使用した空気力学的形状のサッシハンドルを示した 図8における10−10線を包含する垂直面に沿って取った一部断面図である。 図1を参照すると,従来の換気フード10は床15を具備する作業空間14を 閉じ込めている包囲体12と、作業空間14のほぼ上方にあるヘッドスペース1 6と、その上部及び底部エッジに沿ってシール20を具備する垂直に摺動可能な サッシ窓又は扉18と、サッシ18用の底部停止体を画定しているエアロフォイ ル22と、サッシ18が閉じられている場合に補給空気26を流入させる床掃引 エントリ24とを有している。サッシ18が開いていると、空気27はサッシ開 口29を介して包囲体12内に引き込まれる。包囲体12内には、包囲体12の 後部壁30から離隔されてプリナム31を形成するためにバッフル28が設けら れており、プリナム31 へ空気を導入させるために上部、中間、底部横方向スロット32,34,36を 具備している。プリナム31は排気ファン(不図示)へ通づる排気ダクト38と 連通している。 図2を参照すると、従来の換気フードの別の実施例40は、サッシ18を夫々 開放又は閉塞した場合のサッシ開口部28の面積の増加又は減少と面積が等しい 空気バイパスポート42を開放することによってフード排気部に対して基本的に 一定の空気の流れを与える。バイパスバッフル44は、グリル48を介してヘッ ドスペース16へ流入する二次的補給空気46の速度を調節するために可変的に 開放又は閉塞させることが可能である。 図3乃至5を参照すると,換気フード50は引用によって取り込んだ米国特許 第5,697,838号の発明に基づく単安定渦制御システムを有している。渦 室54を包含するヘッドスペース16の側壁を介しての開口内に装着されている 渦センサ52が、渦室とフード50の外部との間の圧力差を継続的に測定し且つ 制御器56をしてダンパ58及び60の位置を変化させ、それは、センサ52に よって測定中の圧力差における最小変化によって表されるように安定な渦52が 得られるまで、スロット32及び36の開放面積を夫々制御する。該引用文献に 記載されているように、このシステムは、サッシが開放 又は閉塞される場合にサッシ開口部29を変化させる間に作業空間14内への空 気の層流流れを維持することが可能である。 図6を参照すると,典型的なサッシ高さ及び直線的長さの換気フード64が示 されている。これらの寸法は,勿論、ユーザの必要性に依存して変化するもので ある。フード渦62は本発明に従って双安定なものとされている。双安定渦は、 作業室14上方の渦室54において必要とされる水力半径比に対する開放サッシ 29窓面積の水力半径に対する以下の関係を使用して(以下の式1)維持される 。これらの関係は、(a)渦室の水力半径は開放サッシ窓の水力半径の約80%と 約90%との間であり、且つ(b)渦室の垂直成分(高さ)はサッシ窓開口部の 最大高さの約80%と約85%との間である、というものである。水力半径比関 係式(以下の式1)を使用することによって、フードの最適深さは、式2を使用 して、各及び全ての換気フードサッシ開口部に対して決定することが可能である 。 水力半径比=水力半径渦室/水力半径開放サッシ (式1) 尚、a=開放窓面積、p=開放窓周囲長 これらの寸法及び開放面面積に対する関係は換気 フード包囲体内に双安定渦を発生させるために必要なエンベロープを与える。図 7に示した回転羽根65は有用な付加物となる場合があり、且つその角度αは約 30°と約45°との間とすべきである。該回転羽根は渦室寸法の高さの約半分 とすることが可能である。これらの渦室との関係は本発明の特徴である。 換気フードは、サッシ18が完全に開放状態にあり且つ渦室54がその最小状 態にある場合に、環境変化に対して最も敏感である。図3に示した自動渦制御シ ステムは渦を検知し且つ上述した如くに後部バッフルシステムを位置調節して装 置負荷及び空間圧力、交差通風、フード前方の活動などにおける変動を補償する 。本発明に基づく双安定渦バッフルシステムは、更に、夫々、上部及び下部のイ ンターロック又は蝶番型の動作可能なバッフル66及び68を有しており、それ らは、図7に示したように、従来の構成における固定型のバッフル28を置換し ている。バッフル66及び68は、各々、水平軸周りに回動可能であり、バッフ ル68の上端部70はバッフル66の下端部にキー結合され且つスレーブ即ち従 動され、中間スロット34がそれらの間に形成されている。上部スロット32は バッフル66の上部に形成されており、且つ底部スロット36はバッフル68の 底端部72に形成されている。アクチュ エータ74がバッフル66を回転させるべく動作可能に配設されており、且つス レーブ延長バッフル68によって、それらの軸周りに輪郭方向に回転させて三つ のスロットの寸法及び作業室14及び渦室54の幾何学的形状を同時的に変化さ せる。 動作について説明すると、サッシ18が下降されると、閉ループ渦制御システ ムがアクチュエータ74を付勢してバッフル66を時計回りに回転させ、そのこ とは上部スロットを閉塞する傾向となり且つそうすることによって中央スロット をサッシへ向かって片持ち梁動作させ、それにより作業室14内においてクリア リング作用を誘発させる。この特徴は極めて重要である。何故ならば、単安定フ ードにおいては、作業室は煙霧で充填される場合があり、そのことは、サッシが 上昇された場合に、回収し且つオペレータへ向かって溢流させる傾向となる。バ ッフルシステムの作用は、又、それが作業表面に沿って回転するので、双安定渦 バブルをサッシ窓から更に移動させる(単安定位置である図5における渦62の 位置と双安定位置である図6とを比較すると良い)。このクリアリング作用はサ ッシ開口部下側のエアロフォイル76を介してフード内への空気の層流流れによ って向上される。好適には、エアロフォイル76はサッシ開口部の直ぐ内側の作 業室の床に装着されており且つマルチプル(3個)のスロット形 態を有しており、上部及び中央のスロット76a及び76bは空気を中央バッフ ルスロット34へ指向させ且つ3番目のスロット76cは、図7に示したように 、下部バッフルスロット36に向かって作業室の床に沿って空気を指向させる。 ある適用例においては、特に極端に単安定の渦換気フードにおいては、渦セン サ及び渦制御システムの関与無しで開ループ制御用のフードを構成することが可 能であり、その場合に、動作可能なバッフルの作用及び位置は、ポテンシオメー タなどの公知の電気的手段又はプーリ、ギア等の公知の機械的手段によってサッ シの位置及び運動に対して試行錯誤により同期させることが可能である。このそ れほど洗練されていない開ループ制御方法は、例えば、完全に閉じたループ制御 システムよりもより低コストで既存の従来のフードに対して改良したフード性能 を提供することが可能である。 本発明に基づくフードの好適実施例においては、図7及び8に示したフード組 立体78は、従来の作業室14とヘッドスペース16とを有しているが、更に、 新たに構成したフードか又は既存のフードをレトロフィットした形のいずれかで 、線80に沿って従来のフード包囲体12の前部に取付けることの可能な付加的 な前方フード部分79を有している。この様な態様で換気フードを構成すること によって、 迅速且つ容易な組立てを現場において行うことが可能である。組立体78をベン チに装着したフードとして示してあるが、より大型の床に据え付けたウオークイ ン型即ち立って入れる大きさの実施例も本発明の範囲内のものである。フード組 立体78の利点は、ベンチ82の端部81の実質的に前方へ延在しており、エア ロフォイル76をサッシ開口部29の下端部後方で且つフードの底部内に位置さ せることを可能としている、という点である。前方部分79は、付加的な作業空 間14a及びヘッドスペース16aを有しており、これらの室を一層深いものと させており、そのことは式1と一貫した幾何学的関係を改善することを可能とし ている。着脱可能な部分79は、双安定渦換気フードを、通常標準的な戸口を介 して適合させることが可能であるか又は容易に研究室のベンチ上に配置させるこ とが可能な寸法に制限されるものではないことを可能とさせている。従来の単安 定渦フードよりも一層大きなものであるように現場において組み立てることの可 能な換気フードは本発明の更に別の特徴である。 効率的で溢流のないフードの構成及び動作における重要な目的は、フードの全 ての領域において層流の空気流れを最大とさせ且つ乱流を最小とさせることであ る。図9a、9b及び10は、サッシ開放動作に関連する所望の層流流れ促進特 徴を示している。 図9aにおいて、左側フード支柱84はサッシ開口部29への入口に対して湾 曲させた角部86を有しており、且つサッシチャンネル88の直ぐ外側に設けら れており、離隔されたエアロフォイル羽根90が支柱84にボルト止めしたスペ ーサ92上に装着されて、該羽根と支柱との間に開放端型のプリナム93を形成 している。羽根90は好適にはサッシ開口部29の高さ全体にわたって延在して いる。実際上は、右側フード支柱に対しても鏡像関係で羽根が据え付けられてい る。 図9bは図9aの形態に対する別の実施例を示しており、その場合には角部8 6は穿孔又はスロットが設けられていて、空気が通過することを可能としており 、且つサッシチャンネル88はフランジ89で空気プリナム93を形成すべく再 構成されている。 図10は空気力学的ハンドル94を示しており、それは、好適には、サッシ1 8の底部の幅全体に延在しており且つサッシが完全に閉じられていない場合にサ ッシの下端部を横断しての層流の空気の流れを与え、且つサッシが完全に閉塞さ れている場合には、エアロフォイルの上部スロットに対する空気力学的表面を与 える。 以上の説明から、改良された換気フードが提供されていることが明らかであり 、その場合に、動作可能であり関節型のバッフル及び渦制御システムが双 安定であるヘッドスペース渦を与える。本発明に基づくここに記載した換気フー ドの変形例及び修正例は疑い無く当業者に対して示唆している。従って、前述し た説明は例示的なものであって制限的な意図でとらえるべきではない。The present invention claims priority to provisional application No. 60 / 035,997, filed Jan. 22, 1997, which describes a fume hood having a bistable vortex. is there. The present invention relates to a ventilation enclosure for confining vapors and preventing their diffusion, such enclosures being commonly known as ventilation hoods, and more particularly to internal ventilation hoods. The present invention relates to a ventilation hood that can be opened to allow access to the hood, and the opening operation may inadvertently allow fumes to escape to the outside of the hood. The first fume hood was a fireplace used by alchemists. These early fume hoods had very high chimneys. The suction effect of the chimney height, the thermal gradient generated by the fire, and the external wind conditions formed considerable ventilation. To increase ventilation, early venting engineers (mid 1800's) had added gas-fired rings in the chimney to achieve even greater thermal lift. During the Industrial Revolution, Gas Ring gave way to mechanical blowers. It was during this time that laboratories became better defined. Changes have occurred, such as adding a front sash instead of a hinged door and adding an aerofoil under the sash window. In the late 1940's, rear baffle systems and streamlined inlets were introduced into all fume hoods. The ventilation hood having the above-described configuration is shown in FIG. 1 and is described as “prior art”. Dimensionally, these conventional fume hoods can be carried through ordinary doors, and are 30 inches wide and 36 inches high with the height restrictions due to the 9-10 foot ceiling. It was dimensioned so that it could be placed on top. Dimensionally, hoods manufactured today are virtually exactly the same size as those manufactured 50 years ago. Ventilation hood performance is always based on a smoke visualization test, in which case a flaring is placed on the working surface inside the hood and no smoke can be seen exiting the sash surface As long as the hood is considered to work properly. The recommended surface speed (the speed of the air flowing into the hood through the sash opening or "surface") is between 100 feet / minute (FPM) and 150 FPM. For many years, users of fume hoods have felt that the higher the face velocity, the better the hood confinement. High surface velocities have begun to become less popular in the late 1960's with the introduction of air bypass hoods (shown schematically in FIG. 2), which introduce air above the sash when the sash is closed. Met. Then, in the mid-1980s, performance tracer gas analysis tests were developed to measure the performance of the fume hood and its ability to protect workers. This test allowed, for the first time, to quantify the actual spill rate in ppm, thereby showing how the hood performs under different operating conditions. One of the main reasons this tracer gas performance test was made is that air conditioning to save energy in an effort to reduce high cost heating, ventilation and cooling costs increased dramatically in the 1980's. The ventilation hood exhaust volume is reduced together with the opening operation of the sash window for reducing the input air volume. Exhaust volume was reduced either by an open loop that synchronizes the exhaust valve with the opening and closing operation of the sash, or by using a closed loop system that measures differential pressure and controls a servo exhaust valve. All of these approaches are based on the generally accepted notion that constant surface velocity provides adequate confinement when the sash window is operated. This assumption is not always correct. This is because it does not address what is the optimum surface speed and therefore the optimum airflow through the hood to prevent backflow. One of the applicants has developed and improved a vortex control system for a fume hood as shown in FIG. 3, which was published on December 16, 1997 by Robert H. et al. Summary of U.S. Patent No. 5,697,838 issued to Morris, which is incorporated herein by reference. Robert H. Tracer gas studies conducted by Morris have been able to conserve energy by reducing exhaust air flow volume, but by using variable volume fixed surface velocity control technology, the ventilation hood was inherently safer. It does not mean that it will be taken. These tracer gas tests show that the fume hood surface velocity is affected by the internal vortex of the fume hood and operating variables such as room air distribution, supply air temperature, scatter in the fume hood, and the location of the fume hood in the laboratory. It is shown that it is to receive. The vortex control system of US Pat. No. 5,697,838 dynamically controls airflow to provide a stable vortex in the hood vortex chamber that maximizes backflow of fume-bearing air through the hood door. Control optimizes airflow through the fume hood. A sensitive pressure sensor located on the side wall of the vortex chamber detects subtle variations in vortex pressure indicative of turbulence and sends a signal to the analog controller via a converter, the analog controller having a proportional interval. And an adaptive gain algorithm to form an output signal to an actuator, which adjusts a damper in the hood system to change the flow of air into the vortex chamber. The present invention is based on the discovery made while operating a slot in the baffle of a fume hood that the vortex in the fume hood chamber is very easily affected by other environmental changes. The flow conditions in the upper part of the vortex chamber are shown in FIG. 4, which is a schematic view of the chamber area of the hood. It is shown that vortex bubbles occur on the surface in the upper region of the vortex chamber. The vortex is controlled by a laminar flow control jet along the rear baffle surface in the vortex chamber area. This laminar jet produces a sustained pressure differential and entrains some of the air surrounding it. Entrained air on the wall side is trapped against the wall, while air from the face velocity displaces entrained air from the opposite side. The result is atmospheric pressure on the side remote from the wall and lower pressure between the jet and the wall. This pressure difference deforms the jet and forms a monostable vortex bubble in the lower pressure region. FIG. 5 is a schematic view of a ventilation hood showing this monostable vortex. Thus, vortices in conventional fume hoods appear to be monostable. As long as the controlling air jet stays laminar, the vortex remains stationary above the wall. However, if the laminar jet jet is disturbed due to environmental conditions such as pressure fluctuations in the room, cross-ventilation, fume hood load, or thermal changes in the supply air, the vortex bubbles will be filled. And the pressure gradient is lost. Monostable vortices become disordered and destroyed. The loss of a vortex bubble is a precursor to the failure of a fume hood containment. Until the jet becomes laminar again, the monostable vortex cannot recover itself. The present invention provides a ventilation hood with a bistable vortex hood. As used herein, the term "bistable vortex" is used to mean a vortex in a hood that is stable whether the sash is open or closed. Bistable vortices are provided by baffle arrays. Bistable vortex bubbles are generated on the same wall surface as monostable vortex bubbles, but are characterized by an even more symmetrical shape and require opposing jet jets to disturb and disrupt the vortex I do. The present invention has as its main feature the use of bistable vortex bubbles in a fume hood. Another feature of the present invention is to provide an improved ventilation hood with a vortex chamber having a hydraulic radius ratio related to the hydraulic radius ratio of the sash window of the ventilation hood. A further feature of the invention is a ventilator comprising a baffle that is automatically positionable, a vortex chamber rotating vane, and a multi-three-entry aerofoil that cooperates in forming a bistable vortex in the fume hood. It is to provide food. The invention will become more apparent from the following detailed description when considered in conjunction with the following description, and several of the foregoing, and when considered in conjunction with the drawings, which are briefly described below. . FIG. 1 is a schematic view showing a standard conventional ventilation hood in a front view. FIG. 2 is a view similar to FIG. 1 of a conventional bypass ventilation hood. FIG. 3 is a view similar to FIG. 1 of a fume hood with a vortex control system according to the invention of US Pat. No. 5,697,838, which is incorporated by reference above. FIG. 4 is a schematic view of the upper portion of the fume hood showing the upper region of the vortex chamber and the vortex bubbles formed by the flow therein. FIG. 5 is a view similar to FIG. 1 showing a flow pattern having a monostable vortex in the vortex chamber. FIG. 6 is a schematic educational diagram of a ventilation hood with bistable vortices and in particular its face velocity and vortex chamber, all in accordance with the invention. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a bistable vortex ventilation hood and its components that provide a bistable vortex. FIG. 8 is a perspective view of the ventilation hood shown in FIG. 7, which includes a front portion including a sash, and operation hardware thereof. 9a and 9b are partial cross-sectional views taken along a horizontal plane encompassing 9-9 in FIG. 8 and showing another embodiment for the aerodynamic shape of the sash post. FIG. 10 is a partial cross-sectional view taken along a vertical plane including the line 10-10 in FIG. 8 showing the aerodynamically shaped sash handle used as a rotating vane. Referring to FIG. 1, a conventional ventilation hood 10 includes an enclosure 12 enclosing a work space 14 having a floor 15, a head space 16 substantially above the work space 14, and along its top and bottom edges. A vertically slidable sash window or door 18 with a seal 20, an aerofoil 22 defining a bottom stop for the sash 18, and a make-up air 26 when the sash 18 is closed. Floor sweep entry 24 to be moved. With sash 18 open, air 27 is drawn into enclosure 12 through sash opening 29. A baffle 28 is provided within the enclosure 12 to form a plenum 31 spaced from the rear wall 30 of the enclosure 12, and top, middle and bottom transverse slots for introducing air into the plenum 31. 32, 34 and 36 are provided. The plenum 31 communicates with an exhaust duct 38 leading to an exhaust fan (not shown). Referring to FIG. 2, another embodiment 40 of a conventional ventilation hood includes opening an air bypass port 42 having an area equal to the increase or decrease in the area of the sash opening 28 when the sash 18 is opened or closed, respectively. This provides an essentially constant airflow to the hood exhaust. The bypass baffle 44 can be variably opened or closed to regulate the speed of the secondary makeup air 46 entering the headspace 16 through the grill 48. Referring to FIGS. 3-5, the fume hood 50 has a monostable vortex control system according to the invention of US Pat. No. 5,697,838, which is incorporated by reference. A vortex sensor 52 mounted in the opening through the side wall of the headspace 16 containing the vortex chamber 54 continuously measures the pressure difference between the vortex chamber and the outside of the hood 50 and controls 56 To change the position of dampers 58 and 60, which increases the open area of slots 32 and 36, respectively, until a stable vortex 52 is obtained as represented by the minimum change in pressure difference being measured by sensor 52. Control. As described therein, the system is capable of maintaining a laminar flow of air into the workspace 14 while changing the sash opening 29 when the sash is opened or closed. It is. Referring to FIG. 6, a typical sash height and straight length ventilation hood 64 is shown. These dimensions will, of course, vary depending on the needs of the user. The hood vortex 62 is made bistable according to the present invention. The bistable vortex is maintained using the following relationship for the hydraulic radius of the open sash 29 window area to the hydraulic radius ratio required in the vortex chamber 54 above the working chamber 14 (Equation 1 below). These relationships are: (a) the hydraulic radius of the vortex chamber is between about 80% and about 90% of the hydraulic radius of the open sash window, and (b) the vertical component (height) of the vortex chamber is the sash window. Between about 80% and about 85% of the maximum height of the opening. By using the hydraulic radius ratio relation (Equation 1 below), the optimum hood depth can be determined for each and every ventilation hood sash opening using Equation 2. . Hydraulic radius ratio = Hydraulic radius vortex chamber / Hydraulic radius opening sash (Equation 1) Note that a = open window area, p = open window perimeter These dimensions and the relationship to the open surface area provide the envelope required to generate a bistable vortex in the ventilation hood enclosure. The rotating blades 65 shown in FIG. 7 can be a useful addition, and the angle α should be between about 30 ° and about 45 °. The rotary vanes can be about half the height of the vortex chamber dimensions. The relationship with these vortex chambers is a feature of the present invention. The fume hood is most sensitive to environmental changes when the sash 18 is fully open and the vortex chamber 54 is at its minimum. The automatic vortex control system shown in FIG. 3 detects vortices and adjusts the rear baffle system as described above to compensate for variations in equipment load and space pressure, cross ventilation, hood forward activity, and the like. The bistable vortex baffle system according to the present invention further includes upper and lower interlock or hinged operable baffles 66 and 68, respectively, which, as shown in FIG. Is replaced with the fixed type baffle 28. The baffles 66 and 68 are each rotatable about a horizontal axis, and the upper end 70 of the baffle 68 is keyed and slaved to the lower end of the baffle 66 with an intermediate slot 34 formed therebetween. ing. Top slot 32 is formed at the top of baffle 66 and bottom slot 36 is formed at the bottom end 72 of baffle 68. An actuator 74 is operably disposed to rotate the baffle 66 and is contouredly rotated about their axes by a slave extension baffle 68 to provide three slot dimensions and a working chamber 14 and vortex chamber 54. Change the geometry simultaneously. In operation, as the sash 18 is lowered, the closed loop vortex control system biases the actuator 74 to rotate the baffle 66 clockwise, which tends to occlude the upper slot and thereby centralizes the upper slot. The slot is cantilevered toward the sash, thereby inducing a clearing effect within the working chamber 14. This feature is very important. Because, in a monostable hood, the working chamber may be filled with fumes, which tends to collect and overflow to the operator when the sash is raised. The operation of the baffle system also moves the bistable vortex bubble further out of the sash window as it rotates along the work surface (the position of vortex 62 and the bistable position in FIG. 5, which is a monostable position). 6 should be compared). This clearing action is enhanced by the laminar flow of air into the hood via the airfoil 76 below the sash opening. Preferably, the airfoil 76 is mounted on the floor of the workroom just inside the sash opening and has a multiple (three) slot configuration, with the upper and central slots 76a and 76b providing air. The third slot 76c directs to the central baffle slot 34 and directs air along the floor of the work chamber toward the lower baffle slot 36, as shown in FIG. In some applications, particularly in extremely monostable vortex ventilation hoods, it is possible to configure a hood for open loop control without the involvement of a vortex sensor and vortex control system, in which case the operable The operation and position of the baffle can be synchronized by trial and error to the position and movement of the sash by known electrical means such as a potentiometer or known mechanical means such as pulleys and gears. This less sophisticated open loop control method can, for example, provide improved hood performance over existing conventional hoods at a lower cost than a completely closed loop control system. In a preferred embodiment of the hood according to the present invention, the hood assembly 78 shown in FIGS. 7 and 8 has a conventional working chamber 14 and a headspace 16, but further includes a newly constructed hood. Or, it has an additional front hood portion 79 that can be attached to the front of a conventional hood enclosure 12 along line 80, either retrofitting an existing hood. By configuring the ventilation hood in this manner, quick and easy assembly can be performed on site. Although the assembly 78 is shown as a bench mounted hood, walk-in or stand-up embodiments mounted on larger floors are also within the scope of the present invention. The advantage of the hood assembly 78 extends substantially forward of the end 81 of the bench 82, allowing the aerofoil 76 to be located behind the lower end of the sash opening 29 and within the bottom of the hood. The point is that. The front section 79 has an additional working space 14a and a headspace 16a, which makes these chambers deeper, which improves the geometric relationship consistent with equation 1. It is possible. The removable portion 79 is limited in size to allow the bistable vortex fume hood to be fitted, usually through a standard doorway, or to be easily placed on a laboratory bench. It allows things that are not things. Ventilation hoods that can be assembled in the field to be larger than conventional monostable vortex hoods are yet another feature of the present invention. An important goal in the construction and operation of an efficient, overflow-free hood is to maximize laminar airflow and minimize turbulence in all areas of the hood. 9a, 9b and 10 illustrate the desired laminar flow promoting features associated with a sash opening operation. In FIG. 9a, the left hood post 84 has a corner 86 that is curved relative to the entrance to the sash opening 29 and is located just outside the sash channel 88 and includes spaced aerofoil blades. 90 is mounted on a spacer 92 bolted to a post 84 to form an open-ended plenum 93 between the blade and the post. The vanes 90 preferably extend the entire height of the sash opening 29. In practice, the blades are also mounted on the right hood support in a mirror image relationship. FIG. 9b shows another embodiment to the configuration of FIG. 9a, where the corners 86 are perforated or slotted to allow air to pass through and the sash channel 88 is The flange 89 has been reconfigured to form an air plenum 93. FIG. 10 shows an aerodynamic handle 94, which preferably extends the entire width of the bottom of the sash 18 and traverses the lower end of the sash when the sash is not completely closed. And provides an aerodynamic surface to the upper slot of the aerofoil if the sash is completely obstructed. From the above description, it is apparent that an improved ventilation hood has been provided, in which an operable, articulated baffle and vortex control system provides a bistable headspace vortex. Variations and modifications of the ventilation hood described herein according to the invention will no doubt be suggested to those skilled in the art. Accordingly, the foregoing description is by way of example and should not be taken in a limiting sense.
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