具有改进流道的空气承载成分抽出器的制造方法

具有改进流道的空气承载成分抽出器的制造方法
【专利摘要】一种成分抽出器系统使用基本单元，所述基本单元产生正压气流并将负压气流吸入基本单元中。为了增强性能并降低压头要求和功率消耗，在基本单元中将流道中的转弯数量降到最少。
【专利说明】具有改进流道的空气承载成分抽出器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是2012年12月14日申请的名称为"空气承载成分抽出器（Airborne Component Extractor) "的第61/737, 653号美国临时申请、以及2012年3月16日申请的 名称为"烟气抽出器（Fume Extractor) "的第61/611，885号临时申请的非临时专利申请， 上述临时申请通过引用结合在此。

【背景技术】
[0003] 本公开一般而言涉及用于在焊接、切割、金属加工、木材加工和其他应用中从空气 流抽出空气承载成分的系统。
[0004] 广泛的工业、商业、业余爱好和其他应用都会产生空气承载成分，通过适当抽出和 过滤可将这些成分去除。金属加工操作的范围包括例如切割、焊接、钎焊、装配和其他可能 产生烟和烟气的工艺。在较小车间内，打开周围空气通道或利用风扇的抽吸或排放空气来 使空气空间保持相对清洁是简单方便的。在其他应用中，采用推车式烟气排放。在工业环 境中，采用的是较复杂的固定系统来从具体工作间、金属加工地点等抽出烟气。在其他环 境中，例如机器加工车间、木材加工车间、进行切割、打磨和其他操作的生产场所，会产生灰 尘、烟气、微粒和其他类型的空气承载成分，这些都是希望从工作区域和受控空间被收集和 抽出的。
[0005] 已开发了很多用于抽出烟气的系统，其中某些系统目前正在使用。一般来说，这些 系统利用抽吸空气来将紧邻金属加工操作区附近的烟气和烟吸出，并且在使空气返回房间 或将空气吹到外部空间之前过滤烟气和烟。然而，烟气抽出系统需要进一步改进。例如，提 高系统从金属加工工作场所吸出烟气和烟的有效能力会是有用的。而且，增大烟气抽出器 能够有效去除烟气和烟的距离和容量会是有用的。


【发明内容】

[0006] 本公开提供了对于响应这种需求而设计的抽出器的改进。这些技术基于以下原 理：采用正向气流，结合抽吸气流，抽吸气流将空气承载成分从工作场所吸出以进行过滤。 本公开提出的创新存在很多不同方面，这些创新可以相互结合使用以实现具体协同效应和 优点，或在一些情况下分开使用。

【专利附图】

【附图说明】
[0007] 参照附图阅读以下详细说明，本公开的这些和其他特征、方面和优点将得到更好 的理解，其中在所有附图中相同符号表示相同部件，其中：
[0008] 图1是根据本技术各个方面的烟气抽出器的图示表示；
[0009] 图IA和图IB示出了某些目前设想的用于提供正压空气和从应用中吸出烟气和烟 的部件的互连的变体实例；
[0010] 图2是推车式装置中的烟气抽出器的示例性实现方式的透视图；
[0011] 图2A和图2B是采用这里所述技术的固定或半固定设施的图示表示；
[0012] 图3是用于将正压气流引导到操作区并经内罩抽出烟气和烟的示例性罩的透视 图；
[0013] 图4是设有用于调节流出空气的手动装置的类似罩；
[0014] 图5是被设计为产生漩涡气流的罩的另一实现方式的类似表示；
[0015] 图6是米用径向套环来协助将正压气流从罩向外引导的罩的另一实现方式；
[0016] 图7是一个示例性罩的图示截面，示出了罩的某些尺寸，其有利于在向罩提供空 气和从罩提取空气时提供一定的可调节性。
[0017] 图8是根据本技术的某些实施例的罩的一部分的正视图；
[0018] 图9和图10是图8的罩的各部分的详细视图；
[0019] 图11是用于提供正压气流和抽吸气流的同轴导管排布的局部透视图；
[0020] 图12和图13是包括多个罩和/或喷嘴的某些替代实施例的示意图；
[0021] 图14和图15是根据本技术各个方面的目前设想的抽出推车的示意图；
[0022] 图16至图20是图14和图15所示类型的推车的臂的示例性歧管和支撑组件的各 部分的图解；
[0023] 图21是一般地示出对于带有和不带有本公开所总结的创新的成分收集区进行比 较的图；并且
[0024] 图22和图23是示出了前述各图所示的流向系统喷嘴和从系统喷嘴流出的气流的 矢量流图。

【具体实施方式】
[0025] 现在转到附图，首先参照图1，示出了用于从工作区域14抽出以标号12表示的空 气承载成分（例如烟、烟气、颗粒物，更一般来说，工作场所空气）的抽出系统10。在所示实 施例中，抽出系统10包括连接到导管18的基本单元16,导管18将空气输送到罩20和将空 气从罩20输出。该罩被设计为放置在区域14中或附近（通常略高于该区域），并且该罩在 基本单元被激活时用于在该区域周围产生空气区并抽出工作场所空气，将抽出的空气引导 到基本单元进行处理。
[0026] 应指出虽然在本公开所述的某些实施例中，描述了独立的基本单元16,并且在一 个目前设想的实施例中描述了推车式单元，但本技术不限于任何具体物理配置。更一般来 讲，本公开所提供和描述的创新可在固定或半固定设施（例如工业、商业、业余爱好和其他 环境中使用的设施）中实现。也就是说，通过将正压空气引导到多个工作场所并且将空气 和空气承载成分从多个工作场所输出的通用导管，这里所述基本单元的某些部件可以服务 于多个工作场所、工作间、焊接间、工作地点和区域等。操作者控制装置（如下所述设有操 作者控制装置的情况）可以定位在远离这些工作场所的位置或定位在工作场所内，以控制 流入和流出具体工作场所的气流。
[0027] 应指出本公开所讨论的"空气承载成分"可以包括空气所承载的、悬浮于空气中的 或以其他方式由空气携带的任何物质，或更一般来说所考虑区域中存在的流体。依照应用， 空气承载成分可以是浮质形式的，例如悬浮于空气中的固相、液相或气相颗粒。这种空气承 载成分可以形成该区域正在进行的操作所存在的或产生的烟、烟气（包括化学烟气）或云 (无论对人工操作者来说是否可见）。在其他应用中，空气承载成分可以至少暂时是空气承 载的，但不悬浮于空气中，例如较大微粒，如液滴、雾（例如来自油、冷却剂等）、灰尘（例如 来自干墙、谷物、矿物、水泥或其他灰尘源）、碎屑、碎片等即如此。本技术针对以所述方式收 集和抽出任何此类空气承载成分。类似地，本公开提到"空气"或"空气承载"，虽然存在空 气承载成分且通过系统进行循环的流体更一般而言可能是气态物质，该气态物质无需包含 与大气中相同的成分或在大气中占相同的比率。然而词语"空气"或"空气承载"应涵盖这 种气体。而且，目前设想相同的流体力学和承载成分去除原理可以适用于空气或气体之外 的其他"流体"（包括液体），并且在这个程度上，本公开的教导应扩展到其他应用。
[0028] 返回图1，如图所示，基本单元16包括由驱动电机24驱动的鼓风机22,例如鼠笼 式鼓风机。该驱动电机由控制电路26控制，控制电路26可以向电机提供驱动信号从而进行 固定速度或可变速度操作。基本单元16可以被设计为从任何来源，例如电网、电池源、发动 机发电机组等获得电源。控制电路26通常包括处理电路和存储器，用于按照操作者所希望 的那样或响应于下述系统输入来执行驱动操作。因此，控制电路26可以与用于接收操作者 设置、速度设置、开关命令等的操作界面28通信。类似地，控制电路26可以与被设计为从 远程输入、远程系统等接收信号的远程接口 30通信。该远程接口还可以向这种远程系统， 例如用于监控和/或控制抽出系统的操作的系统，提供数据。
[0029] 在所示实施例中，在基本单元16与罩20之间延伸的导管18包括正压空气导管32 和返回空气导管34。一般而言，正压空气导管32向罩提供空气，而返回空气导管34受到负 压或轻微的抽吸压力，以将包含空气承载成分的空气从工作场所吸出。导管34中从罩返回 的空气可以在被再次引入鼓风机22之前被引导经过抽吸过滤器38。如上所述，系统还可以 包括被设计为允许调节正压气流和负压气流之一或二者的自身流速或相对流速的部件。
[0030] 在图1所示的实施例中，罩20包括外罩40和内罩42,本实施例中外罩40实质上 是圆形钟状物，内罩42定位于外罩40之内。外罩的侧壁44与内罩侧壁46间隔开，内罩侧 壁末端为外周下凸缘48。因此在外罩侧壁44与内罩侧壁46之间限定了环形空间50。正压 空气流经该环形空间并且分布于该空间内，最终如图1箭头所示向下流动并冲击凸缘48。 该凸缘迫使大体径向向外的气流形成空气区52。在目前设想的实施例中，凸缘48基本上垂 直于内罩和外罩的中心线，内罩和外罩大体上彼此同轴对齐。已发现空气基本上垂直、径向 流出产生了非常有效的空气区，从而允许罩与工作场所或工件位置隔开相当大的距离，同 时仍非常有效地排出空气承载成分。
[0031] 如以上所指出，本技术可以允许调节正压气流和/或返回气流以优化系统操作。 目前对于这种调节设想了几种不同的技术。例如，在图1所示的实施例中，可以在抽吸过滤 器38之前设置抽吸空气调节器54。该调节器可以包括例如旁通阀、通气孔或者其他机械装 置，该机械装置可以被调节以限制空气从抽吸过滤器流出以及因此将空气从周围环境吸入 鼓风机22。类似地，可以提供返回空气调节器56,返回空气调节器56可以类似地配置以允 许调节返回空气的流速。在一些情况下，该调节器可以允许一些空气排出到环境中，如图1 所示。这种调节器可以有利地允许正压气流和返回气流具有相对质量或容积流速，以促进 空气区的产生和工作场所空气的抽出。在一种替代配置中，可以通过以标号58表示的输入 进行电子控制，以此代替对抽吸气流和返回气流之一或二者的手动调节。这些可以例如通 过调节刻度盘、薄膜开关、操作者触摸控制器等设置在基本单元上。进一步，气流之一或二 者的手动和/或电子调节可以设置在罩处。在图1所示的实施例中，例如，对这两种调节都 提供电子输入60。这些输入被传达给基本单元的远程接口 30,远程接口 30进而将输入传 达给控制电路26。控制电路可以连接到任何适当的装置，例如抽吸调节器54和返回调节 器56,以调节其操作（例如通过小型调节电机和致动组件）。还应指出正压气流和负压气 流的流速调节可以通过改变一个或多个电机和/或鼓风机、风扇或压缩机的速度来实现。
[0032] 还应指出系统可以适配为与其他系统部件，例如焊接/等离子切割或其他系统 62,交换数据。在所示实施例中，系统62可以包括例如焊接或等离子切割电源、送丝器、保 护气体供应装置等。在其他金属加工环境中，系统可以包括各种其他手动和机器工具。在 另外的其他环境中，系统可以包括各种机器人、生产线、电动工具（例如锯、工作台等）。这 些通常会连接到操作区以实现对工件64希望的作业。这些系统中的某些系统可能能够向 抽出系统提供控制信号，以允许接通或断开抽出系统，从而调节速度和空气流量等。这种通 信可以通过适当布线66或通过其他无线通信方式实现。例如在Mehn等人的2012年1月 23日申请的名称为"焊接应用的烟气抽出器"的第13/356, 160号美国专利申请中描述了一 种设计为控制烟气抽出器的操作的示例系统，该申请通过引用结合在此。
[0033] 图IA和图IB示出了基本单元16的部件的某些替代配置和互连。具体来说，如图 IA所示，过滤器38可以放置在鼓风机22的下游，抽吸调节器54可以将空气直接引导到鼓 风机中。在该情况下，过滤器38可以直接排入返回调节器56中。在图IB的替代方案中， 抽吸过滤器38放置在抽吸调节器54的上游，这里抽吸调节器54同样将空气引导到鼓风机 中。
[0034] 这里同样，还应指出虽然关于某些实施例描述了分开的调节机构，但也可以提供 允许例如通过基本单元上、罩上或任何方便位置处的单个旋钮或输入来简单地调节流速比 率的单个调节器。
[0035] 而且，也可以将其他的和附加的部件和功能内置于系统中。例如，目前设想可以提 供至少一个上述部件或附加部件用于正压气流的温度调节。例如，由于正压区对于去除空 气承载成分提供了很大帮助，因此操作者可能希望中断使用工作区域中的其他风扇、鼓风 机等。正压气流可以被基本单元（或集中系统）的一个或多个部件冷却，从而不仅为实现 成分去除提供了工作区域周围的希望的区，而且为操作者提供了冷却功能。还可以提供类 似方式的加热。
[0036] 图2示出了以推车68实现的系统10的示例性实施例。推车被设计为在金属加工 操作处附近的轮子或脚轮70上滚动。如上所述，导管32和34将正压空气引导到罩20并 将抽吸空气吸回到基本单元。上述基本单元部件位于推车68中或推车68上。该推车被设 计为接入常规插座中，例如以从电网获得电源。图2所示的实施例包括定位于返回空气导 管34任一侧的两个正压空气导管32。所有这些导管都包括柔性接头72,允许将罩抬起、落 下、水平定位及以其他方式定位于工作场所中或工作区附近（通常为工作场所上方）。以标 号74表示的支撑结构可以协助支撑导管和罩。所有这些部件都可以向推车缩回，以便于存 放和运输。而且，在图2所示的实施例中，并且如以下更详细的讨论，该导管排布可以利用 歧管76,歧管76协助将正压气流散布到罩的内罩与外罩之间的环形空间。
[0037] 如以上所提及，可以在工作地点本地的推车或系统和基本单元之外的系统和排布 中采用本技术。图2A和图2B示出了可以在车间、工厂、装配和金属加工厂等场所采用的这 种类型的示例性固定或半固定系统。在图2A的实施例中，正向空气导管32将来自常见空 气处理系统（例如配有鼓风机、过滤器以及希望提供气流的其他部件的空气处理系统）的 空气提供给多个焊接间或其他应用地点。负向空气导管34类似地将空气从多个应用地点 吸出。在这个意义上，这些导管形成可以定位于工作区域上方或以其他方式接在工作区域 之间的总管或歧管。然后每个工作区域配有用于抽出烟气和烟的相应罩20以及相应抽吸 调节器54和返回调节器56。如推车式实施例中所述，这些可以手动操作或电动操作。图 2B示出了替代排布，其中设有抽吸导管，但每个工作区域有其自身的本地鼓风机或风扇。这 些可以设在返回调节器56的上游或下游，同时设置抽吸调节器54用于调节流至导管34所 限定的共同总管或歧管的空气和气体的容积或质量流速。
[0038] 图3是根据本技术的某些方面的示例性罩的更详细视图。如图3所示，罩20包括 外罩40和内罩42,外罩40和内罩42彼此间隔开以允许如上所述的气流。可将附接部件 78紧固到返回空气导管（或者一个或多个正压空气导管）用于支撑导管上的罩。而且，可 以设置各种机械结构，例如支撑装置80,以限定和保持外罩40与内罩42之间的环形间隔。 如本领域的技术人员将领会，凸缘48的上表面与外罩40的外周下边缘间隔开，以限定环形 开口或间隙82。正压空气向下流入歧管76中，通过歧管散布在内罩与外罩之间的环形间隔 周围，经环形间隔向下流动并经环形开口或间隙82向外流动，以提供希望的空气区，如图3 中的箭头所示。可以设置各种形式的歧管，这些歧管可以容纳一个、两个或更多个正压气流 导管。例如，在图3的歧管76中设置两个这样的入口，这些入口可以引导空气部分或完全 环绕在环形物周围。在一些实施例中，罩可以有效散布正压气流，而无需歧管。在另外的实 施例中，可以在歧管中设置转向结构、挡板等，以将流入气流大体上均等地散布在罩周围。
[0039] 图4示出了罩20的另一个实施例，该罩被设计为允许手动调节正向气流。如以上 所指出，可以在罩上设置电子控制输入，例如按钮、刻度盘和触摸控制器，以通过导体或以 无线方式将信号输送到基本单元，或更一般来说，输送到流量控制装置的位置。然而，也可 以提供对一个或多个气流的手动控制，例如图4所示。在该实施例中，紧邻下凸缘上方设有 外罩可移动部84。该外罩可移动部安装在从内罩或者外罩固定部延伸的一个或多个销86 上，如图4所示。外罩可移动部84因此包括槽88,该槽88倾斜且容纳销86。在设置多个销 的情况下，可以使用多个槽88来安装外罩可移动部。外罩可移动部84因此可以转动（如 标号90所示），以使外罩可移动部轴向平移（如标号92所示）。该平移允许对外罩可移动 部与凸缘48之间的空气间隙94进行调节，从而提供对空气区产生的正压气流的质量或容 积气流的控制。当然可以设想其他结构提供对该间隙的调节从而允许气流调节。
[0040] 图5示出了被设计为产生漩涡气流的罩的另一个实施例。在该情况下，罩的部件 可以基本上类似于上述部件，但在外罩40与内罩42之间的环形空间中设有多个螺旋翅片 96。除了翅片数量之外，还可以选择这些翅片的角度、宽度、范围等，以将漩涡模式传给产生 空气区的流出空气。凸缘48的倾斜也可以调节，以促进空气区的产生。向下流经环形空间 的空气则具有向下向外方向分量以及圆周分量，如图5中箭头98所示。
[0041] 更进一步，图6示出了罩的替代配置，其中在外罩40的外周下边缘与凸缘48之间 定位有径向套环100。当排出的空气冲击凸缘48并在凸缘上方流动时，这种套环可以协助 引导该排出的空气。
[0042] 应指出所有这些实现方式中提供的罩都可以包括用于径向向外引导正压空气的 单个凸缘，从而非常便于罩的生产并减轻其重量。在某些目前设想的实施例中，例如，罩的 外部件和内部件是分开模制或以其他方式成型的，然后通过以下方式进行装配：简单地将 内部件插入外部件中并将其紧固在位，同时单个凸缘与外部件的下部外围间隔开。
[0043] 应指出通过正压气流和负压气流的容积或质量流速可调节性，与其他烟气和烟或 更一般而言空气承载成分抽出器相比，实现了很大改进。已发现，由于能够在进入工作区域 周围的区的正压空气流与从工作区域吸出的负压空气流之间达到平衡，因此产生了能够适 应用户需求的极其灵活的系统，同时能够比先前的系统在离作业更远的距离处增强成分去 除效果。
[0044] 存在几种方式可以实现正压气流与负压气流之间的最佳比率或平衡，该比率可通 过调节气流参数来调节。例如，该比率如下得出：
[0045]

【权利要求】
1. 一种抽出器系统，包括： 基本单元，包括正压气流和负压气流的源； 正压导管，配置为向工作区域输送正压气流； 负压导管，配置为从所述工作区域输送负压气流；以及 罩，被连接以接收所述正压气流并且将所述正压气流引导到所述工作区域周围的区， 并将空气承载成分从所述工作区域吸入所述负压气流中； 其中所述基本单元包括位于所述负压气流的返回位置与所述正压气流的离开位置之 间的至多5个转弯。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述基本单元包括位于所述负压气流的返回位置 与所述正压气流的离开位置之间的至多4个转弯。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中所述基本单元包括位于所述负压气流的返回位置 与所述正压气流的离开位置之间的至多3个转弯。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中所述基本单元包括位于所述负压气流的返回位置 与所述正压气流的离开位置之间的至多2个转弯。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中每个转弯对气体重新定向约25度与约180度之 间。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中每个转弯将气体重新定向约90度。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中所述基本单元包括用于接收所述负压气流和输出 所述正压气流的歧管。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中所述基本单元包括位于所述负压气流和所述正压 气流之间的过滤器。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述基本单元包括用于将所述负压气流吸入所述 基本单元中和从所述基本单元输出所述正压气流的鼓风机。
10. 根据权利要求9所述的系统，包括位于所述鼓风机的出口与所述歧管之间的单个 转弯。
11. 根据权利要求1所述的系统，其中所述基本单元包括可移动推车。
12. -种抽出器系统，包括： 基本单元，包括正压气流和负压气流的源； 正压导管，配置为向工作区域输送正压气流； 负压导管，配置为从所述工作区域输送负压气流；以及 罩，被连接以接收所述正压气流并且将所述正压气流引导到所述工作区域周围的区， 并将空气承载成分从所述工作区域吸入所述负压气流中； 其中所述基本单元包括：用于接收所述负压气流和输出所述正压气流的歧管；位于所 述负压气流和所述正压气流之间的过滤器；用于将所述负压气流吸入所述基本单元中和从 所述基本单元输出所述正压气流的鼓风机；以及位于所述鼓风机的出口和所述歧管之间的 单个转弯。
13. 根据权利要求12所述的系统，每个转弯将气体重新定向约25度与约180度之间。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中所述转弯将气体重新定向约90度。
15. -种抽出器系统，包括： 基本单元，包括正压气流和负压气流的源，所述正压气流和所述负压气流适于将空气 承载成分从工作区去除，其中所述基本单元包括位于所述负压气流的返回位置与所述正压 气流的离开位置之间的至多5个转弯。
16. 根据权利要求15所述的系统，其中所述基本单元包括位于所述负压气流的返回位 置与所述正压气流的离开位置之间的至多4个转弯。
17. 根据权利要求15所述的系统，其中所述基本单元包括位于所述负压气流的返回位 置与所述正压气流的离开位置之间的至多3个转弯。
18. 根据权利要求15所述的系统，其中所述基本单元包括位于所述负压气流的返回位 置与所述正压气流的离开位置之间的至多2个转弯。
19. 根据权利要求15所述的系统，其中每个转弯将气体重新定向约25度与约180度之 间。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中每个转弯将气体重新定向约90度。
【文档编号】B08B15/02GK104271273SQ201380023554
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2012年3月16日
【发明者】布赖恩·J.·哈默斯, 亚当·约瑟夫·弗兰克, 威廉·马斯克, 布兰德利·G.·卡门 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司