專利名稱：用于以增大的能量效率操作導(dǎo)管式煙罩的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及空氣過濾系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于從空氣清除有害物質(zhì)的空氣過濾系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在許多情況下，空氣過濾系統(tǒng)用于從空氣清除不需要的物質(zhì)。這種過濾系統(tǒng)通常根據(jù)它們的功能而以多種形式存在。一種例如常用于實(shí)驗(yàn)室中的空氣過濾系統(tǒng)的類型包括煙罩。煙罩是一種保護(hù)性外殼，用于將工作臺空間從實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣隔離，以便可將危險(xiǎn)物質(zhì)安全地保持在煙罩中，而不會危害附近的人員。煙罩可具有導(dǎo)管或沒有導(dǎo)管。在導(dǎo)管式煙罩的情況下，來自煙罩的排出空氣被引導(dǎo)到建筑的通向外側(cè)大氣的導(dǎo)管系統(tǒng)中，過濾器被布置在導(dǎo)管系統(tǒng)中間，處于煙罩和外側(cè)大氣之間。在無導(dǎo)管煙罩的情況下，來自煙罩的排出空氣被引導(dǎo)到過濾器，該過濾器被直接附接到煙罩，在排出空氣被引導(dǎo)回到實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣之前，過濾器從排出空氣清除有害物質(zhì)。導(dǎo)管式煙罩提供了某些優(yōu)點(diǎn)，例如，多個煙罩可排氣通過單個過濾器，它們的固定位置(建筑中的固定導(dǎo)管系統(tǒng)的結(jié)果)使得它們易于監(jiān)視和管理等。然而，導(dǎo)管式煙罩也具有缺點(diǎn)，即實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣通過煙罩被排放至外側(cè)大氣。結(jié)果，被加熱的空氣在冬天時從實(shí)驗(yàn)室損耗掉，并且被冷卻的空氣在夏天時從實(shí)驗(yàn)室損耗掉，由此使得能量成本上升。無導(dǎo)管煙罩不受該缺點(diǎn)影響，因?yàn)樗鼈儗⒈贿^濾的排出空氣返回到實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣。然而，無導(dǎo)管煙罩的缺點(diǎn)在于每個煙罩需要其自身的過濾器，這可能使得例如過濾器監(jiān)視、過濾器更換等的后勤問題復(fù)雜化。本發(fā)明涉及導(dǎo)管式煙罩，并且更具體地涉及用于以增大的能量效率操作導(dǎo)管式煙罩的新方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于以增大的能量效率操作導(dǎo)管式煙罩的新方法和設(shè)備。更具體地，本發(fā)明提供了新方法和設(shè)備，用于傳遞煙罩的排出空氣和其它空氣之間的熱含量，以便對該其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選形式中，提供了一種用于以增大的能量效率操作導(dǎo)管式煙罩的方法，其中，所述方法包括
將來自所述導(dǎo)管式煙罩的排出空氣傳送通過換熱器，并且將其它空氣傳送通過所述換熱器，從而將熱含量從所述排出空氣傳遞到所述其它空氣或者將熱含量從所述其它空氣傳遞到所述排出空氣，從而對所述其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。在本發(fā)明的另一形式中，提供了一種用于以增大的能量效率操作導(dǎo)管式煙罩的設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括
換熱器，所述換熱器構(gòu)造成接收來自所述導(dǎo)管式煙罩的排出空氣，并且接收其它空氣，從而將熱含量從所述排出空氣傳遞到所述其它空氣或者將熱含量從所述其它空氣傳遞到 所述排出空氣，從而對所述其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。并且，本發(fā)明的另一形式中，提供了一種系統(tǒng)，包括
導(dǎo)管式煙罩；
換熱器，所述換熱器構(gòu)造成接收來自所述導(dǎo)管式煙罩的排出空氣，并且接收其它空氣，從而將熱含量從所述排出空氣傳遞到所述其它空氣或者將熱含量從所述其它空氣傳遞到所述排出空氣，從而對所述其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。


通過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它目的和特征將被更完全地公開和揭示，將與附圖一起考慮所述詳細(xì)描述，在附圖中，相同的數(shù)字指代相同的部件并且進(jìn)一步其中
圖I是示意圖，示出了導(dǎo)管式煙罩；
圖2是示意圖，示出了導(dǎo)管式煙罩、屋頂過濾器以及將導(dǎo)管式煙罩連接到屋頂過濾器的導(dǎo)管系統(tǒng)，等等；
圖3是示意圖，示出了本發(fā)明的新方法和設(shè)備，其中，換熱器用于傳遞煙罩的排出空氣和其它空氣之間的熱含量，以便對該其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，由此對實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)；
圖4是示意圖，示出了圖3的系統(tǒng)的優(yōu)選形式的細(xì)節(jié)；
圖5是示意圖，示出了本發(fā)明的一個優(yōu)選形式，其中，換熱器包括可逆熱泵，并且進(jìn)一步其中，該可逆熱泵構(gòu)造成從煙罩的排出空氣回收熱量并且將所回收的熱量返回到實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣；以及
圖6是示意圖，示出了與圖5相同的系統(tǒng)，除了可逆熱泵構(gòu)造成將熱含量從其它空氣傳遞到煙罩的排出空氣，以便對該其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，由此對實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
具體實(shí)施例方式首先參見圖1，示出了典型的導(dǎo)管式煙罩5。導(dǎo)管式煙罩5通常包括封閉的工作空間10，可通過前門15來訪問該工作空間10，當(dāng)該封閉工作空間被“密封”時，前門15接合門框(sash) 20。空氣進(jìn)口 25允許來自實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣進(jìn)入封閉工作空間10，并且空氣出口 30從封閉工作空間10去除排出空氣。來自空氣出口 30的排出空氣被被傳送到導(dǎo)管系統(tǒng)35中，該導(dǎo)管系統(tǒng)35進(jìn)而通向過濾器(圖I中未示出)，在那里，排出空氣在排放到外側(cè)大氣之前被過濾。更具體地，并且現(xiàn)在參見圖2，來自導(dǎo)管式煙罩5的排出空氣被傳送通過導(dǎo)管系統(tǒng)35至過濾器40，在那里，在排出空氣排放到外側(cè)大氣之前，排出空氣被過濾以從排出空氣去除有害物質(zhì)(由此使得排出空氣是安全的)。將抽吸風(fēng)扇45設(shè)置在過濾器40的下游，以便將排出空氣從煙罩5吸出來并使其通過過濾器40。另外 ，還將排氣風(fēng)扇50(圖I)優(yōu)選地設(shè)置在煙罩5的空氣出口 30處，從而確保相對于實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣將煙罩5的封閉工作空間10保持在負(fù)壓差，以便確保封閉工作空間中的任何空氣在排放到外側(cè)大氣之前經(jīng)過過濾器40。在典型的設(shè)置中，導(dǎo)管式煙罩5位于建筑內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室中，并且過濾器40布置在該建筑的屋頂55 (圖2)上，導(dǎo)管系統(tǒng)35將導(dǎo)管式煙罩5的輸出連接到過濾器40的輸入，并且過濾器40的輸出排放到外側(cè)大氣。此外，在典型的設(shè)置中，多個煙罩5連接到屋頂過濾器40，然而在附圖中，僅有一個導(dǎo)管式煙罩5被示出連接到過濾器40，以便簡化描述。將會意識到的是，在相對溫帶氣候中，實(shí)驗(yàn)室(煙罩布置在其內(nèi))的房間溫度將會相當(dāng)接近外側(cè)大氣的溫度。在這種情況下，將實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)溫度調(diào)節(jié)的空氣排放到外側(cè)大氣并且用外側(cè)大氣的未經(jīng)溫度調(diào)節(jié)的空氣替換實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)溫度調(diào)節(jié)的空氣將會帶來相對小的能量損耗。然而,在其它氣候中,例如在美國大陸和歐洲,實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣的溫度和外側(cè)大氣的溫度之間通常有實(shí)質(zhì)性的差異。在這種情況下，將實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)溫度調(diào)節(jié)的空氣排放到外側(cè)大氣并且用外側(cè)大氣的未經(jīng)溫度調(diào)節(jié)的空氣替換實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)溫度調(diào)節(jié)的空氣能夠帶來相對顯著的能量損耗。作為示例但非限制，在美國大陸和歐洲，在冬天，實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境空氣的溫度可能為22攝氏度，并且外側(cè)空氣的溫度可能為0攝氏度。對應(yīng)地，在夏天，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣溫度可能為22攝氏度，并且外側(cè)大氣的溫度可能為32攝氏度。在這些情況下，將“經(jīng)調(diào)節(jié)的”空氣從實(shí)驗(yàn)室內(nèi)排放到外側(cè)大氣會是非常能量低效的，因?yàn)樾枰~外的能量以便在(從外側(cè)大氣抽取的)新空氣被供應(yīng)到實(shí)驗(yàn)室之前對其進(jìn)行“調(diào)節(jié)”。因此，在冬天，將經(jīng)加熱的實(shí)驗(yàn)室空氣排放到外側(cè)大氣“浪費(fèi)”了經(jīng)調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)室空氣的熱含量，并且在夏天，將經(jīng)冷卻的實(shí)驗(yàn)室空氣排放到外側(cè)大氣“浪費(fèi)” 了經(jīng)調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)室空氣的“冷含量”。作為示例但非限制，在美國大陸和歐洲，對于每個導(dǎo)管式煙罩，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境空氣的溫度調(diào)節(jié)(即，加熱或冷卻)成本通常增加大約6000-8000美元。本發(fā)明提供了極其高效率且具有成本效益的裝置，用于傳遞煙罩的排出空氣和其它空氣之間的熱含量，以便對該其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。更具體地，并且現(xiàn)在參見圖3，根據(jù)本發(fā)明，換熱器100布置在過濾器40的輸出和抽吸風(fēng)扇45的輸入之間，即，在排出空氣最終排放到外側(cè)大氣之前。更具體地，換熱器100包括穿過換熱器的經(jīng)過濾空氣線路102以及也穿過換熱器的新鮮空氣線路103。經(jīng)過濾空氣線路102和新鮮空氣線路103不與彼此連通，即，經(jīng)過濾空氣線路的內(nèi)容物不與新鮮空氣線路的內(nèi)容物混合。然而，經(jīng)過濾空氣線路102和新鮮空氣線路103卻允許熱能從一個空氣線路傳遞到另一個空氣線路。
更具體地，并且現(xiàn)在依然參見圖3，經(jīng)過濾空氣線路102包括連接到過濾器40的輸出的第一輸入線路105以及連接到抽吸風(fēng)扇45的輸入的第一輸出線路110。新鮮空氣線路103包括從外側(cè)大氣抽取新鮮空氣的第二輸入線路115以及將新鮮空氣供應(yīng)到建筑內(nèi)部的第二輸出線路120。鼓風(fēng)機(jī)125連接到第二輸入線路115，以便將新鮮空氣吸入第二輸入線路115并且將新鮮空氣吹出第二輸出線路120。換熱器100在換熱器的經(jīng)過濾空氣線路102和換熱器的新鮮空氣線路103之間傳遞熱含量，以便在將新鮮空氣引入建筑內(nèi)之前對該新鮮空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)(即，加熱或冷卻)。換句話說，換熱器100在經(jīng)過濾空氣線路102和新鮮空氣線路103之間傳遞熱能，以便降低經(jīng)過濾空氣線路102和新鮮空氣線路103之間的溫度差，由此在外側(cè)空氣被引入實(shí)驗(yàn)室之前對其進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。如上所述，換熱器的經(jīng)過濾空氣線路102和換熱器的新鮮空氣線路103不與彼此連通，即，經(jīng)過濾空氣線路的內(nèi)容物不與新鮮空氣線路的內(nèi)容物混合。然而，經(jīng)過濾空氣線路102和新鮮空氣線路103卻允許熱能從一個空氣線路傳遞到另一個空氣線路。對于這一點(diǎn)，并且現(xiàn)在參見圖4，在本發(fā)明的一個形式中，換熱器100優(yōu)選地包括被插入經(jīng)過濾空氣線路102的氣流中的第一換熱器元件130以及被插入新鮮空氣線路103的氣流中的第二換熱器元件135，第一換熱器元件130借助于流體線路140連接到第二換熱器元件135。在該構(gòu)造中，第一換熱器元件130在換熱器的經(jīng)過濾空氣線路102和換熱器的新鮮空氣線路103之間傳遞熱含量，由此在新鮮空氣進(jìn)入建筑之前對該新鮮空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。應(yīng)當(dāng)指出的是，通常優(yōu)選地將換熱器置于過濾器之后而非置于過濾器之前，從而能夠在有害物質(zhì)到達(dá)換熱器之前將那些有害物質(zhì)從煙罩的排出空氣去除。這將會保護(hù)換熱器免于任何由于與排出空氣所含的有害物質(zhì)接觸而引起的損壞。因此，將會意識到的是，過濾器將用于兩個目的第一，從排出空氣去除不需要的物質(zhì)，從而那些不需要的物質(zhì)不會排放到外側(cè)大氣；以及第二，保護(hù)換熱器免于與有害物質(zhì)接觸。在本發(fā)明的一個優(yōu)選形式中，換熱器100包括可逆熱泵100A。更具體地，并且現(xiàn)在參見圖5和6，可逆熱泵100A包括布置在經(jīng)過濾空氣線路102的氣流中的第一換熱器元件130以及布置在新鮮空氣線路103的氣流中的第二換熱器元件135。壓縮機(jī)145使制冷劑循環(huán)通過制冷劑線路140。更具體地，制冷劑線路140經(jīng)過第一換熱器元件130以便與其 進(jìn)行換熱并且經(jīng)過第二換熱器元件135以便與其進(jìn)行換熱。可逆熱泵100A還包括換向閥150，用于對通過制冷劑線路140的流進(jìn)行換向?？赡鏌岜?00A優(yōu)選地還包括制冷劑線路140中的一對熱膨脹閥155和一對旁通閥160。圖5和6分別示出了可逆熱泵組件100A在加熱和冷卻模式期間的操作。 更具體地，在圖5中，換向閥150被設(shè)定成從經(jīng)過濾空氣線路102提取熱含量并且將該熱含量傳遞到新鮮空氣線路103，由此加熱新鮮空氣線路103。在圖6中，換向閥150被設(shè)定成從新鮮空氣線路103提取熱含量并且將該熱含量傳遞到經(jīng)過濾空氣線路102，由此冷卻新鮮空氣線路103。重要的是，由于可逆熱泵100A被設(shè)計(jì)成將熱含量傳遞到經(jīng)過濾空氣線路102以及從經(jīng)過濾空氣線路102傳遞熱含量，并且由于經(jīng)過濾空氣線路102所容納的空氣的溫度非常接近室溫，所以可逆熱泵總是處理約為22攝氏度的空氣。這致使從經(jīng)過濾空氣線路非常高效地重新捕獲能量，并且允許使用較小和更高效的可逆熱泵。應(yīng)當(dāng)相信，可通過使用可逆熱泵重新捕獲經(jīng)過濾空氣線路中的熱能的差不多90%。
改型
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不以任何方式限于本文公開的和/或附圖示出的具體構(gòu)造，而是也包括本發(fā)明范圍內(nèi)的任何改型或等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于以增大的能量效率操作導(dǎo)管式煙罩的方法，其中，所述方法包括 將來自所述導(dǎo)管式煙罩的排出空氣傳送通過換熱器，并且將其它空氣傳送通過所述換熱器，從而將熱含量從所述排出空氣傳遞到所述其它空氣或者將熱含量從所述其它空氣傳遞到所述排出空氣，從而對所述其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，來自所述導(dǎo)管式煙罩的排出空氣被傳送通過過濾器，然后其作為經(jīng)過濾空氣線路被引入所述換熱器。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述其它空氣包括新鮮空氣，其作為新鮮空氣線路被引入容納所述導(dǎo)管式煙罩的建筑中。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述經(jīng)過濾空氣線路和所述新鮮空氣線路穿過所述換熱器但是不與彼此連通。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述換熱器構(gòu)造成允許將熱能從所述經(jīng)過濾空氣線路傳遞到所述新鮮空氣線路，反之亦然。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述換熱器包括被插入所述經(jīng)過濾空氣線路的氣流中的第一換熱器元件以及被插入所述新鮮空氣線路的氣流中的第二換熱器元件，并且進(jìn)一步其中，流體線路將所述第一換熱器元件與所述第二換熱器元件相連。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述換熱器包括熱泵，并且進(jìn)一步其中，所述流體線路包括制冷劑線路，其填充有制冷劑，并且進(jìn)一步包括用于選擇性壓縮所述制冷劑的壓縮機(jī)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括布置在所述制冷劑線路中的換向閥，使得所述換熱器包括可逆熱泵。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過將液體制冷劑從所述第一換熱器元件朝向所述第二換熱器元件弓I導(dǎo)，所述可逆熱泵從所述經(jīng)過濾空氣線路提取熱含量并且將該熱含量添加到所述新鮮空氣線路。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過將液體制冷劑從所述第二換熱器元件朝向所述第一換熱器元件弓I導(dǎo)，所述可逆熱泵從所述新鮮空氣線路提取熱含量并且將該熱含量添加到所述經(jīng)過濾空氣線路。
11.一種用于以增大的能量效率操作導(dǎo)管式煙罩的設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括 換熱器，所述換熱器構(gòu)造成接收來自所述導(dǎo)管式煙罩的排出空氣，并且接收其它空氣，從而將熱含量從所述排出空氣傳遞到所述其它空氣或者將熱含量從所述其它空氣傳遞到所述排出空氣，從而對所述其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，來自所述導(dǎo)管式煙罩的排出空氣被傳送通過過濾器，然后其作為經(jīng)過濾空氣線路被引入所述換熱器。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述其它空氣包括新鮮空氣，其作為新鮮空氣線路被引入容納所述導(dǎo)管式煙罩的建筑中。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述經(jīng)過濾空氣線路和所述新鮮空氣線路穿過所述換熱器但是不與彼此連通。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述換熱器構(gòu)造成允許將熱能從所述經(jīng)過濾空氣線路傳遞到所述新鮮空氣線路，反之亦然。
16.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述換熱器包括被插入所述經(jīng)過濾空氣線路的氣流中的第一換熱器元件以及被插入所述新鮮空氣線路的氣流中的第二換熱器元件，并且進(jìn)一步其中，流體線路將所述第一換熱器元件與所述第二換熱器元件相連。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述換熱器包括熱泵，并且進(jìn)一步其中，所述流體線路包括制冷劑線路，其填充有制冷劑，并且進(jìn)一步包括用于選擇性壓縮所述制冷劑的壓縮機(jī)。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括布置在所述制冷劑線路中的換向閥，使得所述換熱器包括可逆熱泵。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，通過將液體制冷劑從所述第一換熱器元件朝向所述第二換熱器元件弓I導(dǎo)，所述可逆熱泵從所述經(jīng)過濾空氣線路提取熱含量并且將該熱含量添加到所述新鮮空氣線路。
20.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，通過將液體制冷劑從所述第二換熱器元件朝向所述第一換熱器元件引導(dǎo)，所述可逆熱泵從所述新鮮空氣線路提取熱含量并且將該熱含量添加到所述經(jīng)過濾空氣線路。
21.—種系統(tǒng),包括 導(dǎo)管式煙罩； 換熱器，所述換熱器構(gòu)造成接收來自所述導(dǎo)管式煙罩的排出空氣，并且接收其它空氣，從而將熱含量從所述排出空氣傳遞到所述其它空氣或者將熱含量從所述其它空氣傳遞到所述排出空氣，從而對所述其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種用于以增大的能量效率操作導(dǎo)管式煙罩的方法，其中，所述方法包括將來自所述導(dǎo)管式煙罩的排出空氣傳送通過換熱器，并且將其它空氣傳送通過所述換熱器，從而將熱含量從所述排出空氣傳遞到所述其它空氣或者將熱含量從所述其它空氣傳遞到所述排出空氣，從而對所述其它空氣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
文檔編號B05C15/00GK102802811SQ201080061871
公開日2012年11月28日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者F.豪維勒 申請人:菲帕克研究及發(fā)展公司