专利名称：用于以增大的能量效率操作导管式烟罩的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及空气过滤系统，并且更具体地涉及用于从空气清除有害物质的空气过滤系统。
背景技术：
在许多情况下，空气过滤系统用于从空气清除不需要的物质。这种过滤系统通常根据它们的功能而以多种形式存在。一种例如常用于实验室中的空气过滤系统的类型包括烟罩。烟罩是一种保护性外壳，用于将工作台空间从实验室的环境空气隔离，以便可将危险物质安全地保持在烟罩中，而不会危害附近的人员。烟罩可具有导管或没有导管。在导管式烟罩的情况下，来自烟罩的排出空气被引导到建筑的通向外侧大气的导管系统中，过滤器被布置在导管系统中间，处于烟罩和外侧大气之间。在无导管烟罩的情况下，来自烟罩的排出空气被引导到过滤器，该过滤器被直接附接到烟罩，在排出空气被引导回到实验室的环境空气之前，过滤器从排出空气清除有害物质。导管式烟罩提供了某些优点，例如，多个烟罩可排气通过单个过滤器，它们的固定位置(建筑中的固定导管系统的结果)使得它们易于监视和管理等。然而，导管式烟罩也具有缺点，即实验室的环境空气通过烟罩被排放至外侧大气。结果，被加热的空气在冬天时从实验室损耗掉，并且被冷却的空气在夏天时从实验室损耗掉，由此使得能量成本上升。无导管烟罩不受该缺点影响，因为它们将被过滤的排出空气返回到实验室的环境空气。然而，无导管烟罩的缺点在于每个烟罩需要其自身的过滤器，这可能使得例如过滤器监视、过滤器更换等的后勤问题复杂化。本发明涉及导管式烟罩，并且更具体地涉及用于以增大的能量效率操作导管式烟罩的新方法和设备。
发明内容
本发明提供了用于以增大的能量效率操作导管式烟罩的新方法和设备。更具体地，本发明提供了新方法和设备，用于传递烟罩的排出空气和其它空气之间的热含量，以便对该其它空气进行温度调节。
在本发明的一个优选形式中，提供了一种用于以增大的能量效率操作导管式烟罩的方法，其中，所述方法包括
将来自所述导管式烟罩的排出空气传送通过换热器，并且将其它空气传送通过所述换热器，从而将热含量从所述排出空气传递到所述其它空气或者将热含量从所述其它空气传递到所述排出空气，从而对所述其它空气进行温度调节。在本发明的另一形式中，提供了一种用于以增大的能量效率操作导管式烟罩的设备，其中，所述设备包括
换热器，所述换热器构造成接收来自所述导管式烟罩的排出空气，并且接收其它空气，从而将热含量从所述排出空气传递到所述其它空气或者将热含量从所述其它空气传递到 所述排出空气，从而对所述其它空气进行温度调节。并且，本发明的另一形式中，提供了一种系统，包括
导管式烟罩；
换热器，所述换热器构造成接收来自所述导管式烟罩的排出空气，并且接收其它空气，从而将热含量从所述排出空气传递到所述其它空气或者将热含量从所述其它空气传递到所述排出空气，从而对所述其它空气进行温度调节。
通过本发明的优选实施例的以下详细描述，本发明的这些和其它目的和特征将被更完全地公开和揭示，将与附图一起考虑所述详细描述，在附图中，相同的数字指代相同的部件并且进一步其中
图I是示意图，示出了导管式烟罩；
图2是示意图，示出了导管式烟罩、屋顶过滤器以及将导管式烟罩连接到屋顶过滤器的导管系统，等等；
图3是示意图，示出了本发明的新方法和设备，其中，换热器用于传递烟罩的排出空气和其它空气之间的热含量，以便对该其它空气进行温度调节，由此对实验室的环境空气进行温度调节；
图4是示意图，示出了图3的系统的优选形式的细节；
图5是示意图，示出了本发明的一个优选形式，其中，换热器包括可逆热泵，并且进一步其中，该可逆热泵构造成从烟罩的排出空气回收热量并且将所回收的热量返回到实验室的环境空气；以及
图6是示意图，示出了与图5相同的系统，除了可逆热泵构造成将热含量从其它空气传递到烟罩的排出空气，以便对该其它空气进行温度调节，由此对实验室的环境空气进行温度调节。
具体实施例方式首先参见图1，示出了典型的导管式烟罩5。导管式烟罩5通常包括封闭的工作空间10，可通过前门15来访问该工作空间10，当该封闭工作空间被“密封”时，前门15接合门框(sash) 20。空气进口 25允许来自实验室的环境空气进入封闭工作空间10，并且空气出口 30从封闭工作空间10去除排出空气。来自空气出口 30的排出空气被被传送到导管系统35中，该导管系统35进而通向过滤器(图I中未示出)，在那里，排出空气在排放到外侧大气之前被过滤。更具体地，并且现在参见图2，来自导管式烟罩5的排出空气被传送通过导管系统35至过滤器40，在那里，在排出空气排放到外侧大气之前，排出空气被过滤以从排出空气去除有害物质(由此使得排出空气是安全的)。将抽吸风扇45设置在过滤器40的下游，以便将排出空气从烟罩5吸出来并使其通过过滤器40。另外 ，还将排气风扇50(图I)优选地设置在烟罩5的空气出口 30处，从而确保相对于实验室的环境空气将烟罩5的封闭工作空间10保持在负压差，以便确保封闭工作空间中的任何空气在排放到外侧大气之前经过过滤器40。在典型的设置中，导管式烟罩5位于建筑内的实验室中，并且过滤器40布置在该建筑的屋顶55 (图2)上，导管系统35将导管式烟罩5的输出连接到过滤器40的输入，并且过滤器40的输出排放到外侧大气。此外，在典型的设置中，多个烟罩5连接到屋顶过滤器40，然而在附图中，仅有一个导管式烟罩5被示出连接到过滤器40，以便简化描述。将会意识到的是，在相对温带气候中，实验室(烟罩布置在其内)的房间温度将会相当接近外侧大气的温度。在这种情况下，将实验室的经温度调节的空气排放到外侧大气并且用外侧大气的未经温度调节的空气替换实验室的经温度调节的空气将会带来相对小的能量损耗。然而,在其它气候中,例如在美国大陆和欧洲,实验室的环境空气的温度和外侧大气的温度之间通常有实质性的差异。在这种情况下，将实验室的经温度调节的空气排放到外侧大气并且用外侧大气的未经温度调节的空气替换实验室的经温度调节的空气能够带来相对显著的能量损耗。作为示例但非限制，在美国大陆和欧洲，在冬天，实验室的环境空气的温度可能为22摄氏度，并且外侧空气的温度可能为0摄氏度。对应地，在夏天，实验室内的空气温度可能为22摄氏度，并且外侧大气的温度可能为32摄氏度。在这些情况下，将“经调节的”空气从实验室内排放到外侧大气会是非常能量低效的，因为需要额外的能量以便在(从外侧大气抽取的)新空气被供应到实验室之前对其进行“调节”。因此，在冬天，将经加热的实验室空气排放到外侧大气“浪费”了经调节的实验室空气的热含量，并且在夏天，将经冷却的实验室空气排放到外侧大气“浪费” 了经调节的实验室空气的“冷含量”。作为示例但非限制，在美国大陆和欧洲，对于每个导管式烟罩，实验室环境空气的温度调节(即，加热或冷却)成本通常增加大约6000-8000美元。本发明提供了极其高效率且具有成本效益的装置，用于传递烟罩的排出空气和其它空气之间的热含量，以便对该其它空气进行温度调节。更具体地，并且现在参见图3，根据本发明，换热器100布置在过滤器40的输出和抽吸风扇45的输入之间，即，在排出空气最终排放到外侧大气之前。更具体地，换热器100包括穿过换热器的经过滤空气线路102以及也穿过换热器的新鲜空气线路103。经过滤空气线路102和新鲜空气线路103不与彼此连通，即，经过滤空气线路的内容物不与新鲜空气线路的内容物混合。然而，经过滤空气线路102和新鲜空气线路103却允许热能从一个空气线路传递到另一个空气线路。
更具体地，并且现在依然参见图3，经过滤空气线路102包括连接到过滤器40的输出的第一输入线路105以及连接到抽吸风扇45的输入的第一输出线路110。新鲜空气线路103包括从外侧大气抽取新鲜空气的第二输入线路115以及将新鲜空气供应到建筑内部的第二输出线路120。鼓风机125连接到第二输入线路115，以便将新鲜空气吸入第二输入线路115并且将新鲜空气吹出第二输出线路120。换热器100在换热器的经过滤空气线路102和换热器的新鲜空气线路103之间传递热含量，以便在将新鲜空气引入建筑内之前对该新鲜空气进行温度调节(即，加热或冷却)。换句话说，换热器100在经过滤空气线路102和新鲜空气线路103之间传递热能，以便降低经过滤空气线路102和新鲜空气线路103之间的温度差，由此在外侧空气被引入实验室之前对其进行温度调节。如上所述，换热器的经过滤空气线路102和换热器的新鲜空气线路103不与彼此连通，即，经过滤空气线路的内容物不与新鲜空气线路的内容物混合。然而，经过滤空气线路102和新鲜空气线路103却允许热能从一个空气线路传递到另一个空气线路。对于这一点，并且现在参见图4，在本发明的一个形式中，换热器100优选地包括被插入经过滤空气线路102的气流中的第一换热器元件130以及被插入新鲜空气线路103的气流中的第二换热器元件135，第一换热器元件130借助于流体线路140连接到第二换热器元件135。在该构造中，第一换热器元件130在换热器的经过滤空气线路102和换热器的新鲜空气线路103之间传递热含量，由此在新鲜空气进入建筑之前对该新鲜空气进行温度调节。应当指出的是，通常优选地将换热器置于过滤器之后而非置于过滤器之前，从而能够在有害物质到达换热器之前将那些有害物质从烟罩的排出空气去除。这将会保护换热器免于任何由于与排出空气所含的有害物质接触而引起的损坏。因此，将会意识到的是，过滤器将用于两个目的第一，从排出空气去除不需要的物质，从而那些不需要的物质不会排放到外侧大气；以及第二，保护换热器免于与有害物质接触。在本发明的一个优选形式中，换热器100包括可逆热泵100A。更具体地，并且现在参见图5和6，可逆热泵100A包括布置在经过滤空气线路102的气流中的第一换热器元件130以及布置在新鲜空气线路103的气流中的第二换热器元件135。压缩机145使制冷剂循环通过制冷剂线路140。更具体地，制冷剂线路140经过第一换热器元件130以便与其 进行换热并且经过第二换热器元件135以便与其进行换热。可逆热泵100A还包括换向阀150，用于对通过制冷剂线路140的流进行换向。可逆热泵100A优选地还包括制冷剂线路140中的一对热膨胀阀155和一对旁通阀160。图5和6分别示出了可逆热泵组件100A在加热和冷却模式期间的操作。 更具体地，在图5中，换向阀150被设定成从经过滤空气线路102提取热含量并且将该热含量传递到新鲜空气线路103，由此加热新鲜空气线路103。在图6中，换向阀150被设定成从新鲜空气线路103提取热含量并且将该热含量传递到经过滤空气线路102，由此冷却新鲜空气线路103。重要的是，由于可逆热泵100A被设计成将热含量传递到经过滤空气线路102以及从经过滤空气线路102传递热含量，并且由于经过滤空气线路102所容纳的空气的温度非常接近室温，所以可逆热泵总是处理约为22摄氏度的空气。这致使从经过滤空气线路非常高效地重新捕获能量，并且允许使用较小和更高效的可逆热泵。应当相信，可通过使用可逆热泵重新捕获经过滤空气线路中的热能的差不多90%。
改型
应当理解的是，本发明不以任何方式限于本文公开的和/或附图示出的具体构造，而是也包括本发明范围内的任何改型或等同物。
权利要求
1.一种用于以增大的能量效率操作导管式烟罩的方法，其中，所述方法包括 将来自所述导管式烟罩的排出空气传送通过换热器，并且将其它空气传送通过所述换热器，从而将热含量从所述排出空气传递到所述其它空气或者将热含量从所述其它空气传递到所述排出空气，从而对所述其它空气进行温度调节。
2.如权利要求I所述的方法，其中，来自所述导管式烟罩的排出空气被传送通过过滤器，然后其作为经过滤空气线路被引入所述换热器。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述其它空气包括新鲜空气，其作为新鲜空气线路被引入容纳所述导管式烟罩的建筑中。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述经过滤空气线路和所述新鲜空气线路穿过所述换热器但是不与彼此连通。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述换热器构造成允许将热能从所述经过滤空气线路传递到所述新鲜空气线路，反之亦然。
6.如权利要求3所述的方法，其中，所述换热器包括被插入所述经过滤空气线路的气流中的第一换热器元件以及被插入所述新鲜空气线路的气流中的第二换热器元件，并且进一步其中，流体线路将所述第一换热器元件与所述第二换热器元件相连。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述换热器包括热泵，并且进一步其中，所述流体线路包括制冷剂线路，其填充有制冷剂，并且进一步包括用于选择性压缩所述制冷剂的压缩机。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括布置在所述制冷剂线路中的换向阀，使得所述换热器包括可逆热泵。
9.如权利要求8所述的方法，其中，通过将液体制冷剂从所述第一换热器元件朝向所述第二换热器元件弓I导，所述可逆热泵从所述经过滤空气线路提取热含量并且将该热含量添加到所述新鲜空气线路。
10.如权利要求8所述的方法，其中，通过将液体制冷剂从所述第二换热器元件朝向所述第一换热器元件弓I导，所述可逆热泵从所述新鲜空气线路提取热含量并且将该热含量添加到所述经过滤空气线路。
11.一种用于以增大的能量效率操作导管式烟罩的设备，其中，所述设备包括 换热器，所述换热器构造成接收来自所述导管式烟罩的排出空气，并且接收其它空气，从而将热含量从所述排出空气传递到所述其它空气或者将热含量从所述其它空气传递到所述排出空气，从而对所述其它空气进行温度调节。
12.如权利要求11所述的设备，其中，来自所述导管式烟罩的排出空气被传送通过过滤器，然后其作为经过滤空气线路被引入所述换热器。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述其它空气包括新鲜空气，其作为新鲜空气线路被引入容纳所述导管式烟罩的建筑中。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述经过滤空气线路和所述新鲜空气线路穿过所述换热器但是不与彼此连通。
15.如权利要求14所述的设备，其中，所述换热器构造成允许将热能从所述经过滤空气线路传递到所述新鲜空气线路，反之亦然。
16.如权利要求13所述的设备，其中，所述换热器包括被插入所述经过滤空气线路的气流中的第一换热器元件以及被插入所述新鲜空气线路的气流中的第二换热器元件，并且进一步其中，流体线路将所述第一换热器元件与所述第二换热器元件相连。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述换热器包括热泵，并且进一步其中，所述流体线路包括制冷剂线路，其填充有制冷剂，并且进一步包括用于选择性压缩所述制冷剂的压缩机。
18.如权利要求17所述的设备，进一步包括布置在所述制冷剂线路中的换向阀，使得所述换热器包括可逆热泵。
19.如权利要求18所述的设备，其中，通过将液体制冷剂从所述第一换热器元件朝向所述第二换热器元件弓I导，所述可逆热泵从所述经过滤空气线路提取热含量并且将该热含量添加到所述新鲜空气线路。
20.如权利要求18所述的设备，其中，通过将液体制冷剂从所述第二换热器元件朝向所述第一换热器元件引导，所述可逆热泵从所述新鲜空气线路提取热含量并且将该热含量添加到所述经过滤空气线路。
21.—种系统,包括 导管式烟罩； 换热器，所述换热器构造成接收来自所述导管式烟罩的排出空气，并且接收其它空气，从而将热含量从所述排出空气传递到所述其它空气或者将热含量从所述其它空气传递到所述排出空气，从而对所述其它空气进行温度调节。
全文摘要
一种用于以增大的能量效率操作导管式烟罩的方法，其中，所述方法包括将来自所述导管式烟罩的排出空气传送通过换热器，并且将其它空气传送通过所述换热器，从而将热含量从所述排出空气传递到所述其它空气或者将热含量从所述其它空气传递到所述排出空气，从而对所述其它空气进行温度调节。
文档编号B05C15/00GK102802811SQ201080061871
公开日2012年11月28日 申请日期2010年11月18日 优先权日2009年11月19日
发明者F.豪维勒 申请人:菲帕克研究及发展公司