CN107497815B - 通风柜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通风柜。该通风柜可以包括在前侧开有开口101的柜体100，还可以包括排风口201、补风通道301、导流板400。其中，排风口201安装于柜体100顶部上靠后一侧，补风通道301可以包括补风口302；补风口302安装于柜体开口101下部边缘，导流板400立于柜体100内腔后侧，导流板400上开有多个贯穿孔401。此外，柜体100的侧壁是中空结构，补风通道301沿侧壁与补风进口303和补风口302连通。本发明提供的通风柜，能够排除安全隐患，防止柜内有害气体溢出，同时还具有结构简单、制作成本低的特点。

Description

通风柜

技术领域

本发明涉及设备，尤其涉及一种通风柜。

背景技术

通风柜(又称通风橱或排风柜)用于捕捉、容纳、排除废气和有害气体，营造安全的工作环境，防止使用人员吸入废气或有害气体导致危害生命、健康。传统的通风柜通过在排风口连接排风风机，或者将排风口与建筑物的大型排风风机的排风风道连接，利用排风风机的抽吸作用将通风柜工作腔内的气体排走，以及从通风柜的前开口处引入环境空气，同时用大功率的风机在工作腔内排风来进行空气中有害物质的容纳和处理。在传统通风柜的设计理念下，从前开口送入的风量越高，通风柜对空气中有害物质的控制和排出功能越有效，因此需要通过建筑物的暖通空调***向使用该通风柜的空间，例如实验室，补入大量空气来代替从被抽吸入通风柜工作腔的环境空气。由于补入实验室的空气属于供给为实验室环境空气的一部分，它必须被处理到相同的环境空气程度以确保实验室工作环境的舒适性和安全性，因此，传统通风柜的使用一般都导致实验室等所在的建筑物产生很大的能耗。此外，上述空气流动模式，经常导致在通风柜的排风口、前开口附近产生旋涡型空气组织。在这种情况下，不管从前开口被抽吸的空气的速度是多少，工作腔内的空气流体结构若有乱流和旋涡就会造成工作腔内的空气从通风柜工作腔溢出到前开口外的风险，对实验人员的健康和安全构成威胁。

公开号为CN106140769A的专利文献，公开了一种能够降低空调能耗、抑制工作腔内有害物质的溢流,且安装成本低而产品质量的一致性高的通风柜。其中，公开了补风***，该补风***与建筑物的补风通道连接，向通风柜的工作腔补风，补风***在柜体的上部和下部各具有至少一个补风口。文中还具体公开了三个补风口及相应的位置。如图1所示，在通风柜前开口的上方设有第一补风口A1，在前开口的下方设有第二补风口A2，在柜体的上部且上述前壁的前侧设有第三补风口A3。

该通风柜虽然具有较好的节能效果，但也发现有下列缺陷：当该通风柜工作时，排风***进行抽吸，通风柜内的气体沿图示空心箭头流动，补风***通过补风口送风提供补充空气；同时，通风柜外前开口附近的室内空气受抽吸,通过前开口被抽吸入工作腔成为补充空气。此时，当上方两个补风口或其中之一提供补风时，由于排风***的抽吸对气流的导引，和补风***的补风对气流的导引，在上方补风气流和前开口补充空气之间(如图1中圆圈所示位置)会形成小涡流，柜内气体存在少量被卷入此小涡流而未被抽吸到排风***的可能。若此时外部有干扰气流出现，比如有人走过，或操作者的手臂进出，破坏了小涡流的平衡，可能导致被卷入小涡流的有害气体少量溢出。另外，由于该通风柜设置有三个补风口，导致生产工艺复杂，制造成本高；同时，这种通风柜需要精确控制三个补风口的出风量才能达到其所述的安全和节能效果，这也对补风***的控制精度提出了很高的要求。

乐有奋等在《气幕式排风柜的研究应用》(南华大学学报(理工版):2002年3月,第16卷第1期:44-49)一文中记载了在原有排风柜的基础上引入吹吸气幕技术，开发出一种新型吹吸气幕式排风柜(如图2所示)，并认为这种新型排风柜具有节能，操作舒适，控制效果好的优点。事实上，这种依靠气幕隔断内外环境的结构对于排风柜所处的环境要求非常高，人员的走动、热对流、空调吹风方向、室内送排风***所产生的交叉气流等对气幕影响很大，都可能导致气幕破裂失效。由于气幕靠近操作者，一旦气幕破裂，携带柜内气体的气幕反而容易对操作者造成危害生命健康的严重后果。另外，当操作人员使用上述气幕式排风柜时，送风口送出的气流同时受送风口的推送和排风口的抽吸影响形成气幕。当操作者使用此排风柜时，手臂必然穿过气幕，此时，由下向上的送风气流，极有可能沿着操作者手臂的下侧向操作者的位置溢出。也就是说，送风口送出的风，在被柜内气体污染后，存在从排风柜溢出的可能，且由于送出的风向是由下向上，正对着操作者的鼻子，这种通风柜一旦气幕破裂，含有污染物的空气会直接被送入操作人员的呼吸道，造成非常严重的安全危害。

发明内容

本发明实施例可以提供一种通风柜，能够排除安全隐患，防止柜内有害气体溢出，同时还具有结构简单、制作成本低的特点。

本发明实施例提供一种通风柜，包括前侧开有开口的柜体，还包括：

连通柜体内的排风口，排风口设于柜体顶部靠后侧；

包括补风口的补风通道；以及,

立于柜体内靠后侧的导流板，导流板包括基板和倾斜部，基板下端与柜体底部之间、倾斜部下端与基板之间留有空隙，

其中，

补风口位于开口下方，倾斜部设置为其前端在从下方看时遮盖排风口。

优选地，从前侧看，排风口的中心位于柜体内左右两侧的中间；从左或右侧看，排风口的中心位于柜体内靠后侧。

优选地，从左或右侧看，排风口的中心位于柜体内前后侧间且距后侧四分之一处。

优选地，从前侧看，补风口的宽度大于或等于柜体的宽度，使补风口向开口左右两端延伸并覆盖开口。

优选地，从左或右侧看，补风口的顶侧和后侧之间呈弧形连接或倒角形连接，使补风口向上和向后送风。

进一步地，弧形为四分之一圆弧形。

优选地，补风口外侧与柜体前部内侧位于同一竖直平面内，使经补风口送出的向上的补风气流覆盖柜体的开口。

优选地，补风口内设有导向板，导向板将补风口分隔成指向上方的外侧补风口和指向柜体内的内侧补风口。

进一步地，导向板的横截面呈弧形，用来导引经内侧补风口送出的补风气流方向。

进一步地，导向板下端部位于补风通道内，下端部用来分配外侧补风口和内侧补风口的补风风量。

优选地，导流板基板上设有贯穿孔，贯穿孔沿水平宽度方向均匀分布，由下到上其孔面积相对于单位面积的占比逐渐减小。

优选地，贯穿孔由下到上其相互间的间距逐渐加大，或，贯穿孔的孔面积逐渐减小。

进一步地，从前侧看，设置于导流板基板的贯穿孔上窄下宽，呈放射状排布。

进一步地，导流板基板还包括导流板上部和导流板下部，导流板下部与导流板上部之间留有空隙。

优选地，柜体内前侧上方设有倾斜板；倾斜板向上的延伸方向与倾斜部向上的延伸方向形成一夹角。

优选地，还包括与补风通道连通的补风风机，补风风机为功率可调型风机。

进一步地，补风风机设于补风通道内。

优选地，还包括与补风通道连通的补风阀门，补风阀门为开度可变式阀门。

优选地，通风柜侧壁和/或下壁为中空结构，补风通道设于柜体的侧壁和/或下壁。

优选地，还包括：

设在开口处的移门，移门可沿开口滑动，用于调节开口的敞开面积；以及

顶部通路，顶部通路将柜体内与柜体外连通，顶部通路出口位于柜体内，

其中，通风柜设置为当排风口排风时，排风量的40％～69％由补风口送出的气流补充。

优选地，补风口外侧壁与移门外侧壁位于同一竖直平面内，使经补风口送出的向上的补风气流覆盖柜体的开口。

进一步地，还包括：

位置传感器，用于检测移门的位置；以及，

与位置传感器连接的控制单元，

其中，导向板还包括调节板，调节板与导向板铰接，控制单元根据位置传感器的检测信息控制调节板转动，用来调节由导向板分隔开的内侧补风口和外侧补风口的风量分配。

本发明实施例还提供上述通风柜的控制方法，包括：

当移门移动导致开口开度为0％～4％时，调节板自由端设定为与补风通道底板接触，即关闭外侧补风口；

当移门移动导致开口开度为5％～60％时，调节板自由端设定为与补风通道底板的距离小于或等于补风通道高度的40％；

当移门移动导致开口开度为61％～100％时，调节板自由端设定为与补风通道底板的距离小于或等于补风通道高度的70％。

进一步地，当通风柜排风时，排风量的40％～69％由补风口送出的气流补充。

根据本发明实施例提供的通风柜，排除了所有排出到通风柜以外的排风气流全部由补风***的主动补充气流或全部由柜外的被动补充气流予以补充的安全隐患，通过仅在柜体开口下方设置补风口，并控制排风量、主动补风量和被动补风量(指当排风***从通风柜内排风时，通风柜以外的环境空气受排风形成的负压的影响进入到通风柜内的气流)相互之间的比例，使通风柜的开口处形成始终朝向柜内排风口的单向气流，从而可以保证使用者的安全，有效防止柜内有害气体溢出。另外，相对于现有技术中设置三个补风口时需要精确控制三个补风口的送风量，否则一旦失去平衡效果和安全性就有损失的风险，本发明由于只设置一个补风口，相对于多个补风口在结构上更为简单，生产成本更低，更增加了安全系数。

附图说明

图1示出了现有技术的一种通风柜；

图2示出了现有技术的另一种排风柜；

图3为本发明一实施例提供的通风柜的结构示意图；

图4为图3所示结构示意图的俯视图；

图5为补风口横截面示意图；

图6为本发明另一实施例提供的通风柜的补风口横截面示意图；

图7为本发明一实施例提供的通风柜的导流板结构示意图；

图8为本发明另一实施例提供的通风柜的结构示意图；

图9为本发明另一实施例提供的通风柜的立体结构示意图；

图10-1至图10-3示出了本发明一实施例提供的通风柜的风量控制状态示意图；

图11-1和图11-2为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝40％×Q_排时泄漏率检测图立体图和侧视图；

图11-3和图11-4为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝40％×Q_排时气流速度流线图和气流速度切面图；

图12-1和图12-2为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝45％×Q_排时泄漏率检测图立体图和侧视图；

图12-3和图12-4为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝45％×Q_排时气流速度流线图和气流速度切面图；

图13-1和图13-2为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝60％×Q_排时泄漏率检测图立体图和侧视图；

图13-3和图13-4为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝60％×Q_排时气流速度流线图和气流速度切面图；

图14-1和图14-2为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝69％×Q_排时泄漏率检测图立体图和侧视图；

图14-3和图14-4为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝69％×Q_排时气流速度流线图和气流速度切面图；

图15-1和图15-2为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝70％×Q_排时泄漏率检测图立体图和侧视图；

图15-3和图15-4为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝70％×Q_排时气流速度流线图和气流速度切面图。

具体实施方式

现在结合附图，详细介绍本发明的较佳实施方式。虽然本发明的描述将结合此较佳实施方式一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”、“外”等方位用词，是基于该通风柜被实验室的实验人员使用时的空间位置而定义的，不应理解为对本发明的限制。

图3为本发明一实施例提供的通风柜的结构示意图。如图3所示，该通风柜可以包括在前侧开有开口101的柜体100、排风口201、补风通道301、导流板400。其中，连通柜体100内的排风口201设置于柜体100顶部靠后侧。补风通道301可以包括补风口302，其中，补风口302设置于柜体开口101下方，补风通道301设置于柜体100底部。导流板400立于柜体100内靠后侧，其包括基板和倾斜部404，其中基板竖直设立，倾斜部404位于基板的上方,且自下而上地朝排风口201的方向倾斜；倾斜部404的上端靠近柜体100的顶部，下端靠近基板，且倾斜部404靠近柜体100顶部的端部与柜体100顶部之前留有间隙405；在仰视图上,倾斜部404遮盖排风口201。而且，在导流板基板与柜体100底部之间、倾斜部404与基板之间留有空隙405或设置有孔隙，以允许气流从空隙405或孔隙处通过。

排风是指从通风柜内将柜内气体排出。在本发明实施例中，通风柜内的所有气体均经由排风口201排出。当本发明实施例提供的通风柜排风时，补充气体通过以下两种途径被补充入柜内：一种是主动补风，即补充气体由补风***主动送入柜内；另一种是被动补风，即补充气体受排风而形成的负压影响被吸入或抽入柜内。在工作状态时，排风量和补风量处于平衡状态，即排风量(Q_排)＝补风量＝主动补风量(Q_补)+被动补风量(Q_吸)。

本实施例提供的通风柜，排风口201可以外接通风柜所在实验室的排风***，或者外接通风柜所在建筑物的排风***，以最终将通风柜内的气体排至实验室外或建筑物外；同样地，补风通道301可以外接通风柜所在实验室的补风***，或者外接通风柜所在建筑物的补风***。当通风柜工作时，在上述排风***的作用下，通风柜内的气体通过排风口201排出，从而在通风柜的柜体100内产生负压；同时，在上述补风***的作用下，外界新鲜空气沿补风通道301经位于柜体100开口101下方的补风口302被送至柜体内，形成补风气流。一部分补风气流在排风***的抽吸作用下，携带柜内气体或颗粒物穿过设置于导流板400基板与柜体100底部之间的空隙、倾斜部404与导流板400基板之间的空隙405，沿导流板400和柜体100后侧壁之间的通道到达排风口201，最终经排风口201排至排风***；另一部分补风气流受排风负压的影响，从补风口302被送出后携带柜内气体或颗粒物直接向上并向后流向排风口201后被排出通风柜。此时，补风气流风量被设置为小于排风风量，主动补充的补风气流不足以填充原柜内气体留下的空间，因此在柜体100开口101处周围的柜体外空气也受排风***抽吸的影响，又被从补风口302送出的补风气流裹挟而同补风气流一起被动向排风口201流动。在上述安排下，由柜体100外进入柜体100内的被动补风气流在开口101处形成由外向内的单向气流，从而保证不会有柜内气体从柜体100开口101处溢出到柜体100以外。

因此，本实施例提供的通风柜，向柜体100内提供主动补风的仅有补风口302，从而使主动补风风量和排风风量形成Q_补＝(40％～69％)×Q_排的关系；其中，Q_补为经由补风口302的主动补风风量，Q_排为经由排风口201排出的排风风量。

当通风柜工作时，柜体100内作为实验人员的进行化学实验时的工作区域，会有颗粒物产生，这些颗粒物很有可能是对人体有害的。当排风***工作时，对柜体100内形成抽吸，对上述颗粒物形成牵引作用，可以被形象地称为“拉”；补风***工作时，从补风口302送出的补风气流，会推动颗粒物随气流流动方向移动，可以被形象地称为“推”。

图4为图3所示结构示意图的俯视图。其中，510表示宽度方向；520表示长度方向。如图4所示，在本实施例中，排风口201呈圆筒状，被安装在柜体100顶部远离开口101的一侧，即从左或右侧看，排风口201的中心位于柜体100内靠后侧；且其中心轴线在宽度方向510上位于或者接近柜体100正中间，即从前侧看，排风口201的中心位于柜体100内左右两侧的中间位置。如图4所示，A为通风柜柜体100的宽度，排风口201的中心到通风柜左、右任一侧的距离为通风柜柜体100宽度的二分之一，即A/2。在其它实施例中，为了更好地和柜体100内空间配合，也可以将排风口201设置在柜体100内的中间，即由排风口201中心到柜体100内任一侧的距离为通风柜柜体100内宽度的二分之一。这样的设置，可以使排风口201高效率地发挥排风作用。

在本发明另一实施例中，排风口201中心轴线在长度方向520上与柜体100内后壁的距离为柜体100内长度的四分之一，即从左或右侧看，排风口201的中心位于柜体100内前后侧间且距后侧四分之一处。这样的定位，利于实现排风机实现“拉”的效果，且可以使气流稳定而不易出现乱流。

如图3所示，补风口302外侧与柜体100内侧位于同一竖直平面内。这样的设置可以使经补风口302送出的补风气流，尤其是向上的补风气流覆盖柜体开口101。在本实施例中，补风口302在宽度方向上沿柜体100延伸，其宽度等于或大于柜体100内左右侧间的宽度，使补风口302送出的补风气流覆盖开口101。由图3所示，补风口302的垂直于宽度方向的横截面呈弧形，即从左或右侧看补风口302的顶侧和后侧之间呈弧形连接；补风口302朝向上方和后方，使由补风口302送出的补风朝向上方和柜体100内。在其它实施例中，补风口302横截面也可以呈四分之一圆弧形。

图5为补风口横截面示意图。如图5所示，在本实施例中，补风口302内设有导向板310，导向板310将补风口302分隔成外侧补风口311和内侧补风口312。另外，导向板310的垂直于宽度方向的横截面呈弧形。在其它实施例中，导向板310也可以呈倒L形或镰刀形。优选地，导向板310沿水平方向大致将补风口302分成面积相等的两部分。导向板310下端部313位于补风通道301内。本领域技术人员可以理解，调节下端部313的位置可以控制外侧补风口311、内侧补风口312的补风风量分配。因此，导向板310的作用在于改变风向、分配风量。

在本实施例提供的通风柜工作时，补风气流经过补风通道301后，被导向板310分成两股气流分别流向内侧补风口312和外侧补风口311。内、外侧补风口风量分配的比例由导向板310下端与补风通道301底板之间的距离决定。该距离越大，外侧补风口311的风量(Q_补外)越大，则内侧补风口312的风量(Q_补内)越小；反之，该距离越小，则外侧补风口311风量(Q_补外)越小，内侧补风口312风量(Q_补内)越大；补风风量Q_补＝Q_补内+Q_补外。外侧补风口311形成向上的风幕，减少实验室内的扰动对柜体100内气流组织的影响；从内侧补风口312送出的补风“推”，排风***“拉”，两者共同形成“推拉”，将有害气体送至导流板400和柜体100后壁之间，最终被排风***抽走。受排风***的抽吸作用，导流板400与柜体100的后壁之间会形成“导流槽”，空气被捕捉在“导流槽”后就不可能再向开口101方向流动，从而彻底地从排风口排出，保证安全。

本实施例中的导向板310，由于发挥导向作用时会对流经的气流在某些方向形成限制，对气流压力造成一定损失，被设计为弧形时，造成流经气流的压力损失小。

图6为本发明另一实施例提供的通风柜的补风口302横截面示意图。如图所示，补风口302的与宽度方向垂直的横截面也可以呈倒角形，即从左或右侧看，补风口302的顶侧和后侧之间呈倒角形连接。

图7为本发明一实施例提供的通风柜的导流板结构示意图。如图7所示，优选地，导流板400上设有多个贯穿孔401，位于导流板下部402的贯穿孔401沿水平宽度方向均匀分布；位于导流板上部403的贯穿孔401由下到上其孔面积相对于单位面积的占比逐渐减小。

在其它实施例中，设置于导流板上部403的贯穿孔401由下到上其相互间的间距逐渐加大，排布逐渐稀疏，或，单个孔面积逐渐减小。在另一实施例中，设置于导流板上部403的贯穿孔401在宽度方向上由上到下的排布呈中心放射状，即从前侧看，贯穿孔401的排布沿中心呈上窄下宽。

在本实施例中，导流板下部402和导流板上部403一体设置，组成导流板基板；贯穿孔401在导流板基板上的排布，同其导流板上部403和导流板下部402上的排布。在其它实施例中，导流板上部403和导流板下部402也可以分开设置。无论导流板上部403和导流板下部402是否分开设置，优选在导流板下部402和导流板上部403之间留有空隙405，以允许气流受排风口201在导流板400与柜体100后壁之间形成的负压影响，沿空隙405或贯穿孔401穿过导流板400，以达到控制气流流向的作用。当本实施例提供的通风柜工作时，内侧补风口312依靠送风的正静压与动能将浓度较高的污染物推向导流板下部402，污染物通过导流板下部402后被其后面的负压通道吸走；外侧补风口311产生垂直向上的一段风幕，隔断开口101内外气流，防止柜外的扰动或柜前人体产生的“圆柱绕流效应”对柜体100内部气流产生影响。

所谓“圆柱绕流”，是指流体绕圆柱体流动时，过流断面收缩，流速沿程增加，压强沿程减小，由于粘性力的存在，就会在柱体周围发生边界层的分离，形成圆柱绕流。

在部分现有技术中，通风柜被设计为在排风时仅以被动方式补风，所有排出气体均由来自于柜外并经过开口处的空气被动补充，也就是说，所有的补风气流均需由外向内流经开口被抽吸入柜内。这时，任何位于开口截面处或开口前的物理阻碍和干扰，比如人员在开口前走动、操作人员阻挡开口或者摆放在开口前的仪器，都会导致柜内气流组织的稳定性遭到破坏，造成“圆柱绕流效应”。柜内气流组织的稳定性遭到破坏后就会产生湍流，会导致产生柜内气体溢出到柜外的风险。

图8为本发明另一实施例提供的通风柜的结构示意图。如图3和图8所示，导流板400上靠近柜体100顶壁处还设有与导流板上部403连接的倾斜部404，倾斜部404与导流板上部403之间留有空隙405。如图8所示，通风柜内开口101的上方设有倾斜板104；倾斜板104向上的延伸方向与倾斜部404向上的延伸方向形成一夹角(图中未示出)。

一般而言，处于工作状态中的通风柜，污染源一般放置在柜体100内底部端面，如烧杯、加热磁力搅拌器等，因此柜体100内污染物的浓度在通风柜内高度方向的分布是：距离柜体100内底部越近浓度越高，距离柜体100内底部越远(如柜体100内顶部)浓度越低。本实施例提供的通风柜内的气流组织设计理念为：

1.通过合理设置导流板下部402与柜体100底部之间的间隙大小以及设于导流板下部402上的多个贯穿孔401的孔面积之和的大小,经由此处向排风口201排出的风量占排风量的60％；

2.通过合理设置导流板上部403与导流板下部402之间空隙的大小以及设于导流板上部403上的多个贯穿孔401的孔面积之和的大小，经由此处向排风口201排出的风量占排风量的25％～30％；

3.通过合理设置导流板400的倾斜部404与导流板上部403之间的空隙的大小以及倾斜部404与柜体100顶部之间的空隙的大小，经由此处向排风口201排出的风量占排风量的10％～15％；

因流体力学原理，越靠近排风口201处，其负压越大。远离排风口201的导流板下部402由于沿程阻力产生的压力损失，其负压相对较小。

导流板400的设计需要遵循以上要求，并符合以下特征：

1.导流板下部402上的贯穿孔401开孔较大或较为密集，满足60％排风量的气流通过需求。同时其开孔位置可以保证宽度方向上经过导流板下部402的面风速均匀。

2.导流板上部403上的贯穿孔401开孔从下到上，单个开孔面积越来越小，行与行间排布越来越疏，每行开孔数量越来越少，以保证进入导流板400的风量由下往上递减的要求。

3.导流板400倾斜部404与柜体100内顶部及与导流板上部403要留有空隙405。空隙405尺寸可以由CFD(计算流体动力学Computational Fluid Dynamics的英文缩写)流体分析得出。过大的间隙会致使污染物避过导流板上部403与导流板下部402直接上升至顶部，在顶部形成湍流，增加溢出到柜体100外的风险。

在本发明另一实施例中，补风通道301还连通有补风风机，该补风风机为功率可调型风机。在其它实施例中，补风风机也可以设于补风通道301内。进一步地，补风通道301还可以连通补风阀门，补风阀门可以是开度可变式阀门。

在本发明另一实施例中，通风柜下壁为中空结构，补风通道301设于所述柜体100的下壁。另外，柜体100顶壁也可以是中空结构。因此，补风通道301也同样可以穿过柜体100的顶壁、下壁。在其它实施例中，呈中空结构的又有效密封的顶壁、下壁、侧壁，本身也可以作为补风通道301使用。

图9为本发明另一实施例提供的通风柜的立体结构示意图。如图9所示，该实施例提供的通风柜，还包括设在开口101处的移门106，移门106可沿开口101滑动，用于调节开口101的敞开面积；通风柜还包括顶部通路105，顶部通路105将柜体100内与外部环境连通，顶部通路105一端设于柜体100外，可以设置在柜体100顶部，作为入口；另一端设于柜体100内，作为出口。另外，补风口302外侧壁与移门106外侧壁位于同一竖直平面内，使经补风口302送出的补风气流，尤其是向上的补风气流覆盖柜体开口101。在其它实施例中，为了使得移门106相对于柜体100的滑动顺畅，往往会在移门106与柜体100之间留有较大间隙。因此，控制该间隙发挥顶部通路105的作用，也是可选的技术手段之一，其好处是没必要单独设置顶部通路105了，简化了结构。

当本实施例提供的通风柜工作时，顶部通路105位于柜体100外一端附近的气体，受排风口201抽吸影响，从通风柜外经过顶部通路105或相当于顶部通路的区域进入柜内，用于消除可能存在于柜体100内上方靠前侧的污染气体。此时，顶部通路105被控制为向柜内提供相当于排风量的5％～10％的小比例被动补风风量，即可保证较大的对污染气体的截流能力，消除柜内污染气体溢出柜体外的风险，且无需额外的风机通过顶部通路105向柜内送风。

从另一个角度说，顶部通路105的设置是作为一个稳定柜体内部气流组织的手段。通风柜的内部物理结构决定了在柜体100顶部靠近开口101的位置一般会产生旋涡，而位于旋涡中的空气很难被排出。设置顶部通路105，使得通过顶部通路105被抽吸进入柜体100内的空气将上述旋涡破坏并将形成旋涡的气体“推向”导流板400和排风口201，从而防止柜内气体从开口101处溢出，使通风柜更加安全。本领域技术人员可以理解，上述产生旋涡的位置正好靠近站在柜体开口101前操作人员的口鼻处，因此在这个位置存在涡流是最危险的，尤其是当移门106处于打开状态时。

通过对通风柜结构的有意设计，比如调节导向板310下端部313位于补风通道301中的位置，或调节移门106的高度，当本实施例提供的通风柜工作时，其中补风量的40％～69％由补风口302提供，其余31％～60％通过其它方式提供。比如在本实施例中，补风风量的31％～60％由柜门开口101和顶部通路105共同提供。最佳状态是，风量分布比例为：

Q_补＝60％×Q_排；

Q_门＝30％×Q_排；

Q_旁＝10％×Q_排；

Q_吸＝Q_门+Q_旁。

其中，Q_排为排风量，Q_补为经由补风口302送出的主动补风风量，Q_门为从柜体100外经开口101处被抽入柜体100内的被动补风风量，Q_旁为从柜体100外经顶部通路105被抽入柜体100的被动补风风量。

这样，实验产生的污染物经过导流板400和导流板400与柜体100内后侧壁形成的负压通道，从排风口201被抽走。

1.当污染物的发生量为小或中等体积时，污染物直接从导流板下部402抽走；

2.当污染物体积为大量时，污染物从导流板下部402与导流板上部403被抽走

3.当污染物体积为特大量时，未经由导流板下部402和导流板上部403被抽走的污染物上升到顶部，经由导流板400的倾斜部404的上下缝隙所抽走。

在上述实施例中，可以通过导向板310下端部313的位置，控制补风风量的分配。在其它实施例中，也可以通过在导向板310上铰接一调节板314，调节板314可以绕铰接部转动，调节板314上靠近铰接部的为固定端，另一端为自由端。这样，通过控制调节板314自由端的位置，也可以达到控制补风风量分配的功能。另外，还可以通过其它机械结构，如弹片碰珠结构，连接调节板314与移门106，以实现移门106的位置变动触发调节板314的位置调整。

图10-1至图10-3为本发明一实施例提供的通风柜的风量控制状态示意图。如图所示，C为调节板314自由端与补风通道301下底板之间的距离；D为移门106下端部与补风口302的距离。通风柜使用的3个工作状态一般为：

1.移门106关闭状态，实验非操作状态或无需监督实验。此时移门106移动导致柜体100开口101开度为0％～4％，调节板314自由端设定为与补风通道301底板接触，即关闭外侧补风口311，Q_补＝Q_补内；

2.移门106开度为5％～60％，实验人员需要在柜内进行实验操作。此时调节板314自由端设定为与补风通道301底板的距离为补风通道301高度的40％，在此状态下，Q_补外＝40％×Q_补，Q_补内＝60％×Q_补；

3.移门106全开状态，通常是存在有实验人员在此高度进行实验操作的行为，调节板314自由端设定为与补风通道301底板的距离为补风通道301高度的70％，在此状态下，Q_补外＝70％×Q_补，Q_补内＝30％×Q_补。

通过图10-1至图10-3，可以用来说明本发明一实施例提供的通风柜的控制方法。该实施例提供的通风柜，能够通过精确的自动控制，进一步保证安全，防止柜内有害气体溢出。

在该实施例中，通风柜还包括：

位置传感器，用于检测所述移门106的位置；以及

与位置传感器电连接的控制单元，

其中，导向板310还包括调节板314，调节板314与导向板310铰接。在该实施例工作时，控制单元根据位置传感器的检测信息，控制调节板314转动一定角度，用来调节由导向板310分隔开的内、外侧补风口的风量分配。

如图10-2至图10-3所示，C为调节板314自由端与补风通道301下底板之间的距离；D为移门106下端部与补风口302的距离。

本实施例的控制方法按照以下工作状态分别控制，通风柜使用的3个工作状态一般为：

1.移门106关闭状态，实验非操作状态或无需监督实验。此时移门106移动导致柜体100开口101开度为0％～4％，调节板314自由端设定为与补风通道301底板接触，即关闭外侧补风口311，Q_补＝Q_补内；

2.移门106开度为5％～60％，实验人员需要在柜内进行实验操作。此时调节板314自由端设定为与补风通道301底板的距离为补风通道301高度的40％，Q_补外＝40％×Q_补，Q_补内＝60％×Q_补；

3.移门106全开状态，通常是存在有实验人员在此高度进行实验操作的行为，调节板314自由端设定为与补风通道301底板的距离为补风通道301高度的70％，Q_补外＝70％×Q_补，Q_补内＝30％×Q_补。

在本实施例中，当通风柜排风时，根据控制单元对移门106位置的感知，对调节板314转动角度的控制，可以达到以下效果：补风量的40％～69％由补风口302提供，补风量的31％～50％由柜门开口101提供，其余补风风量由顶部通路105提供。

以下根据实验数据说明本发明提供的实施例的有益效果。根据ANSI/ASHRAE 110-2016标准要求“排风柜的泄露量不超过AM0.05PPM(5e-08PPM)”。其中，ANSI为美国国家标准协会，制订标准；ASHRAE为美国暖通工程师学会，基于标准制订检测规范。

CFD流体分板物理模型及边界条件说明：根据ANSI/ASHRAE 110-2016标准放置的SF6示踪气体发生器喷射流量为4L/min，实验参数及结果如下所示：

实验参数设定为Q_补＝480CMH，Q_排＝1200CMH，Q_补＝Q_排×40％时，泄漏量为-5.4396e-011PPM；

实验参数设定为Q_补＝540CMH，Q_排＝1200CMH，Q_补＝Q_排×45％时，泄漏量为8.8284e-011PPM；

实验参数设定为Q_补＝720CMH，Q_排＝1200CMH，Q_补＝Q_排×60％时，泄漏量为-1.7025e-010PPM；

实验参数设定为Q_补＝828CMH，Q_排＝1200CMH，Q_补＝Q_排×69％时，泄漏量为1.4958e-009PPM；

实验参数设定为Q_补＝840CMH，Q_排＝1200CMH，Q_补＝Q_排×70％时，泄漏量为4.0223e-008PPM。

可见，本发明实施例提供的通风柜，在补风量为排风量的40％～69％时，泄漏量远低于5e-08PPM的标准要求，完全满足安全要求。但是，一旦Q_补＝Q_排×70％，泄漏量就开始接近标准值，意味着存在安全隐患。

图11-1、图11-2为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝40％×Q_排时泄漏率检测图立体图和侧视图；图11-3和图11-4为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝40％×Q_排时气流速度流线图和气流速度切面图。

图12-1和图12-2为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝45％×Q_排时泄漏率检测图立体图和侧视图；图12-3和图12-4为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝45％×Q_排时气流速度流线图和气流速度切面图。

图13-1和图13-2为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝60％×Q_排时泄漏率检测图立体图和侧视图；图13-3和图13-4为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝60％×Q_排时气流速度流线图和气流速度切面图。

图14-1和图14-2为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝69％×Q_排时泄漏率检测图立体图和侧视图；图14-3和图14-4为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝69％×Q_排时气流速度流线图和气流速度切面图。

由以上Q_补＝(40％～69％)×Q_排时各泄漏率检测图立体图和侧视图表示示踪气体浓度体积分量在0.01PPM时的范围。ANSI/ASHRAE110-2016标准里要求的示踪气体泄漏率不大于0.05PPM，图中表示的是示踪气体(SF6六氟化硫)的浓度为0.01PPM时的边界面的位置，可以看出，示踪气体未经向两侧扩散就被排走，其边界始终在排风柜的工作腔内没有溢出，该通风柜截流能力强，两侧无泄漏，实现了“无泄漏”的安全性能。

由以上Q_补＝(40％～69％)×Q_排时各气流速度流线图所示，内部气流组织为层流状态，很好地防止内部污染物的溢出。补风口302的补风主要由导流板下部402排走，开口处的柜外被动补风风量Q_门主要由导流板上部403排走，顶部通路105的被动补风风量Q_旁主要由导流板400倾斜部404间隙排走，完全符合安全设计要求。此时，导流板400倾斜部404与导流板上部403的间隙排风量为10％，导流板上部403的排风量为30％，导流板下部402排风量为30％～60％。

值得说明的是，对于通风柜来说，最关键的不仅是移门开口处没有溢出，在最优状态下，在柜内移动的空气也不能有扰流或者存在任何逆向移动。

由以上Q_补＝(40％～69％)×Q_排时各气流速度切面图所示，补风口302的出风射流是一个扇形层流结构，没有任何扰流或逆向空气流动。这里的重要性是，如果补风口、补风量、柜体内部空间的排布和导流板的设计任何一方面有不足的话，图中的箭头会出现上下垂直指向或者反方向指向。除了离排风口201很近或者导流板400与柜体100后壁之间的空气，如果在柜体100内有箭头是上下垂直指向，或者有箭头往逆向方向指向的话，表示柜体100内的流体结构混乱，运行时会产生涡流、逆流以及溢出风险，破坏通风柜最基本的安全性能要求。

图15-1和图15-2为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝70％×Q_排时泄漏率检测图立体图和侧视图；图15-3和图15-4为本发明实施例提供的通风柜Q_补＝70％×Q_排时气流速度流线图和气流速度切面图。

由图15-2可见，示踪气体(由柜内黑色部分表示)已从开口101处溢出到柜体100之外，显示在通风柜被设置为Q补＝70％×Q排时无法满足通风柜的安全性能要求。

从图15-1可以看出，浓度为0.01PPM的示踪气体的边界面延伸到通风柜内左、右侧附近。此时经由开口101进入柜体100内的被动补充气流流速较低，且由于柜内左、右侧离排风口201较远，示踪气体难以被补充气流推至排风口201，因此污染物存在溢出开口101外的风险。

虽然在本发明各实施例中，补风口302被导向板310分隔成外侧补风口311和内侧补风口312，但本领域技术人员可以理解，补风口302还可以被多个导向板310分隔成多个外侧补风口311和多个内侧补风口312，因此本发明对导向板310的数量及内侧补风口312和外侧补风口311的数量不作限定。

本发明各实施例提供的通风柜，打破了原有行业内对通风柜必须全部通过补风或者必须将通风柜的内腔与外界环境隔离才能防止通风柜内部有害气体溢出的认识。比如，乐有奋等在《气幕式排风柜的研究应用》(南华大学学报(理工版):2002年3月,第16卷第1期:44-49)一文中指出，“补风型排风柜则因为1)提供的补偿风容易干扰面风速，破坏排风柜的封闭效果”，显然，作者认为补风型排风柜存在“容易破坏排风柜的封闭效果”，导致排风柜内的气体溢出的问题。

本发明各实施例提供的通风柜，没有被禁锢在原有对通风柜的认识上，创造性地对通风柜的外界环境补风进行引导，使原被认为是干扰封闭的外界气流，转变为作为被动补风气流同主动补风气流一起工作并相互配合的“有益”气流。

根据本发明实施例提供的通风柜，排除了所有排出到通风柜以外的排风气流全部由补风***的主动补充气流或全部由柜外的被动补充气流予以补充的安全隐患，通过仅在柜体100开口101下方设置补风口302，并控制排风量、主动补风风量和被动补风风量相互之间的比例，使通风柜的开口101处形成始终朝向柜内排风口的单向气流，从而可以保证使用者的安全，有效防止柜内有害气体溢出。另外，相对于现有技术中设置三个补风口时需要精确控制三个补风口的送风量，否则一旦失去平衡，效果和安全性就有损失的风险，本发明由于只设置一个补风口，相对于多个补风口在结构上更为简单，生产成本更低，更增加了安全系数。

Claims (22)

1.一种通风柜，包括前侧开有开口的柜体，其特征在于，还包括：

连通柜体内的排风口，所述排风口设于柜体顶部靠后侧；

包括补风口的补风通道；以及,

立于柜体内靠后侧的导流板，所述导流板包括基板和倾斜部，所述基板下端与所述柜体底部之间、所述倾斜部下端与所述基板之间留有空隙，

其中，所述补风口位于所述开口下方，所述补风口内设有导向板，所述导向板将所述补风口分隔成指向上方的外侧补风口和指向所述柜体内的内侧补风口；所述导向板上还设有调节板，所述调节板与所述导向板相铰接，通过调节所述调节板相对所述导向板的转动角度，可以调节所述外侧补风口与所述内侧补风口的风量分配；

所述倾斜部设置为其前端在从下方看时遮盖所述排风口。

2.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，从前侧看，所述排风口的中心位于所述柜体内左右两侧的中间；从左或右侧看，所述排风口的中心位于所述柜体内靠后侧。

3.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，从左或右侧看，所述排风口的中心位于所述柜体内前后侧间且距后侧四分之一处。

4.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，从前侧看，所述补风口的宽度大于或等于所述柜体的宽度，使所述补风口向开口左右两端延伸并覆盖所述开口。

5.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，从左或右侧看，所述补风口的顶侧和后侧之间呈弧形连接或倒角形连接，使所述补风口向上和向后送风。

6.一种如权利要求5所述的通风柜，其特征在于，所述弧形为四分之一圆弧形。

7.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，所述补风口外侧与所述柜体前部内侧位于同一竖直平面内，使经所述补风口送出的向上的补风气流覆盖所述柜体的所述开口。

8.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，所述导向板的横截面呈弧形，用来导引经所述内侧补风口送出的补风气流方向。

9.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，所述导向板下端部位于所述补风通道内，所述下端部用来分配所述外侧补风口和所述内侧补风口的补风风量。

10.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，所述导流板的基板上设有贯穿孔，所述贯穿孔沿水平宽度方向均匀分布，由下到上其孔面积相对于单位面积的占比逐渐减小。

11.一种如权利要求10所述的通风柜，其特征在于，所述贯穿孔由下到上其相互间的间距逐渐加大。

12.一种如权利要求10所述的通风柜，其特征在于，从前侧看，设置于所述导流板的基板的所述贯穿孔上窄下宽，呈放射状排布。

13.一种如权利要求10所述的通风柜，其特征在于，所述导流板的基板还包括导流板上部和导流板下部，所述导流板下部与所述导流板上部之间留有空隙。

14.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，所述柜体内前侧上方设有倾斜板；所述倾斜板向上的延伸方向与所述倾斜部向上的延伸方向形成一夹角。

15.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，还包括与所述补风通道连通的补风风机，所述补风风机为功率可调型风机。

16.一种如权利要求15所述的通风柜，其特征在于，所述补风风机设于所述补风通道内。

17.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，还包括与补风通道连通的补风阀门，所述补风阀门为开度可变式阀门。

18.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，所述通风柜的侧壁和/或下壁为中空结构，所述补风通道设于所述柜体的侧壁和/或下壁。

19.一种如权利要求1所述的通风柜，其特征在于，还包括：

设在所述开口处的移门，所述移门可沿所述开口滑动，用于调节所述开口的敞开面积；以及顶部通路，所述顶部通路将所述柜体内与所述柜体外连通，所述顶部通路出口位于所述柜体内，

其中，所述通风柜设置为当排风口排风时，排风量的40%～69%由所述补风口送出的气流补充。

20.一种如权利要求19所述的通风柜，其特征在于，所述补风口的外侧壁与所述移门的外侧壁位于同一竖直平面内，使经所述补风口送出的向上的补风气流覆盖所述柜体的所述开口。

21.一种如权利要求19所述的通风柜的控制方法，其特征在于，所述通风柜包括：

位置传感器，用于检测所述移门的位置；以及，

与所述位置传感器连接的控制单元，

其中，所述控制单元根据所述位置传感器的检测信息控制所述调节板转动一角度，用来调节由导向板分隔开的所述内侧补风口和所述外侧补风口的风量分配；

所述控制方法包括：

当所述移门移动导致所述开口的开度为0%～4%时，所述调节板的自由端设定为与所述补风通道的底板接触，即关闭所述外侧补风口；

当所述移门移动导致所述开口的开度为5%～60%时，所述调节板的自由端设定为与所述补风通道的底板的距离小于或等于所述补风通道的高度的40%；

当所述移门移动导致所述开口的开度为61%～100%时，所述调节板的自由端设定为与所述补风通道的底板的距离小于或等于所述补风通道的高度的70%。

22.一种如权利要求1所述的通风柜的控制方法，其特征在于，当所述通风柜排风时，排风量的40%～69%由所述补风口送出的气流补充。

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