两区之间的动力学隔离装置 【技术领域】
本发明涉及一个在被不同环境气氛占据的至少两个区域间保持动力学隔离的装置，使得物品和产品可以频繁地从一个区域运到另一个区域而不破坏两区环境的禁闭。
根据本发明的方法可以用于多个工业领域。
于是，本发明的方法用于需要在相连通的两区间频繁地传递物品或产品而又要保持不同的环境气氛的一切工业(农业食品、医药、生物技术、高科技、核工业、化学工业等)。此“环境气氛”一词特别是指空气条件、气体和颗粒物浓度、温度、水文等。
技术状况
对于保证相互连通的，例如以使相互之间允许物品进出的两个区域之间的动力学隔离，现在有两种办法：换气保护和空气屏蔽保护。
换气保护是人为地在两区之间建立起压强差，以使保护区的压强高于污染区内的压强。这样在保护区内有易被环境空气污染的产品时，就在保护区内注入气流，使之从这个区的进出口向外吹。在相反的情况下，即要保护处于污染空间外部的人和环境的情况下，动力禁闭便是从这个已污染的空间抽气换气。在这一种和另一种情况下，一个经验规律指出，换气空气在两区域的连通口平面处地最小速度为0.5米/秒，以避免污染传进保护区。
因此，这种换气保护技术的效率并不完善，特别是在“破门”情况下，即在物品在两区之间运输时。还有，这种保护意味着要根据情况处理和监测整个面对外部空气污染的整个保护区或整个被污染区。如果要处理的和监测的区域太大，则使设备费和运行费都很高。最后，此种换气保护技术仅是单向保护，就是说，仅在污染的传播只可能朝一个方向时才起作用。
空气屏障保护技术是在将两区连通的隔离区内喷射一束或并排且同向喷射多束洁净空气的射流，它们在保护区和污染区间形成一个虚构门。
根据平面湍流射流理论，平面空气射流可分成两个不同的区域：一个过渡区(中心区)和一个扩展区。
述及的过渡区对应于贴靠在喷射洁净空气的喷管的射流的中心部分。在过渡区内，射流与其两边的空气不发生任何混合，速度矢量为一常量，过渡区在垂直于隔离区平面的平面内的截面的宽度随着远离喷管而逐渐减小。在后文中将这个过渡区称为“气舌”。
射流的扩展区是射流位于过渡区外面的部分。在射流的扩展区，外部空气被射流的流动而牵引。这表现为速度矢量的改变和空气的混合。空气在射流的扩展区内被射流的两面所牵引称为“诱导”。于是，一束射流在其每个面上所诱导的空气的流量特别与考察的射流的喷射流量有关。
在文献FR-A-2 530 163和文献FR-A-2 652 520中，建议使用一个空气屏障来隔离污染区和洁净区。在这两种情况下，空气屏障都是由两束并排的同向喷射的洁净空气的射流构成。更明确地说，动力学隔离是由第一束相对慢的射流(称为“慢射流”)实现的，这束射流的气舌遮盖住整个开口。第二束射流较慢射流为快(称为快射流)，安置在慢射流与洁净区之间，其作用是利用抽吸效应，使慢射流贴紧快射流，而使慢射流稳定。
在上述文献中都指出，当慢射流喷管的宽度至少等于要保护的开口高度的1/6时，慢射流气舌的长度就足以遮盖整个开口。
在文献FR-A-2 652 520中还建议同时向保护的洁净区内注入温度适于需要的换气洁净空气。这份文献还明确指出，此注入的换气洁净空气的流量大体上等于快射流的与换气洁净空气相接触的表面所诱导的流量。
还有，在文献FR-A-2 659 782中建议在文献FR-A-2 530 163和文献FR-A-2 652 520中使用的两束洁净空气射流中增添第三束相对慢的洁净空气射流，以使述及的快射流处在两束并排的同向喷射的慢射流之间。向保护区内注入的换气洁净空气的流量就显著减少，这就由于在这个区域的诱导是由一个慢射流的扩展区产生的，而不再是在两射流空气屏障情况下那样是由快射流的扩展区所产生的。而且，此时的动力学禁闭是双向的，这和前面文献中的情况不同。
从文献WO-A-96 24011还知道一种装置：一个禁闭环境气氛的室通过一个或两个开口和外边的同一种环境气氛相通，每个开口处都有气体屏障。和文献FR-A-2 530 163和FR-A-2 652 520中一样，每个气体屏障都是由一束快射流支持的一束慢射流构成。这个室是用向里面注入反应产物来连续处理产品。产品从外部环境气氛进入室内禁闭的环境气氛，以使从新从里面出到外边环境气氛之前，在里面得到处理。
前述诸文献提供的空气屏障技术尚需改善，在两个不同环境气氛的区域之间进行频繁的物品或产品的运输而又不破坏环境气氛的禁闭问题并没有一个已知的装置给予满意的解决，特别是在两区之间存在着交叉污染危险的情况下。
关于本发明的说明
本发明的明确的目的是，在至少两个不同的环境气氛的区域间，允许物品或产品频繁输运而又不破坏环境气氛的禁闭的一种动力学隔离装置，其中包括两区之间存在交叉污染的情况。
根据本发明，至少在两个不同的环境气氛的区域之间，用动力学隔离装置方法所取得的结果，其特征在于这个装置具有：
-至少有一个环境气氛得到监控的缓冲区，要相互隔离的区域是通过缓冲区而连通的。
-在每对相邻的互相连通的区间安置的动力学禁闭装置，以使在这些区域之间建立一个空气屏障，这个空气屏障包含有一个相对慢的洁净空气的第一射流和速度相对快的洁净空气的第二射流。第一射流有一气舌全部阻断每对区域之间的连通，第二束射流和第一束射流同方向喷射，和第一束射流并排，位于缓冲区那一边。
“环境气氛监控”的意思是缓冲区里的各种空气的特性都得到监控，如温度、比重、空气条件、气体和颗粒物浓度等。
“相邻的互相连通的区域”是指在要隔离的区域及那个或那些缓冲区组成的集体中，每个由两个直接相互连通的区域所构成的组合。这样，在两个要隔离的区域间设备仅有一个缓冲区的情况下，则有两对相邻的互相连通的区域，其中，每对是由单一的缓冲区和这些要隔离的区域中的一个组成。当设有多个缓冲区时，则至少还存另一对由两个缓冲区构成的相邻的互相连通的区域。
在要隔离的区域间有一个或多个缓冲区，并在相邻的互相连通的区域间安置至少由二束洁净空气的射流构成的空气屏障，允许物品或产品的频繁输运而避免任何一个得到监控环境气氛的区域里的污染到达另一个监控环境气氛的区域，反向亦然。于是每个缓冲区起到各个要隔离的区域间的动力筛的作用。
最好，介于每对相邻的互相连通的区域之间动力学禁闭装置是在其每个空气屏障中，第二射流(快射流)的喷射流量使得第二束射流和第一束射流(慢射流)相接触的面所诱导的空气流量小于，或最好大体上等于第一束射流的喷射流量的一半。
在一个具体的实施例子中，这些动力学禁闭装置是这样的：每个空气屏障包含在第三束相对慢的射流，述及的第三束射流与第一束射流和第二束射流同方向喷射，在靠近缓冲区的一边和第二束射流(快的)并排。此第三束射流具有一气舌，将这些区域之间的连通全部阻断，而第三束射流流量大体上等于第一束射流的流量，以使第二束射流分别地与第一束和第三束射流相接触的面所诱导的空气流量小于，或最后大体上等于这两束射流的喷射流量的一半。
在实际中，每个动力学禁闭装置都至少有两个空气供气喷管和在空气供气喷管对面且和供气喷管平行的一个平面内的回收口。最好，所有的供气喷管和所有的回收口都分别处在缓冲区上下壁的延长面上。
为了进一步改善装置的性能，特别是在破门穿过空气屏障的情况下，最好缓冲区还有一个和用来注入洁净空气的装置相配合的换气，如吹风天花板。这些注入装置的流量至少要等于各空气屏障的射流与缓冲区接触的面所诱导的空气流量的和。而且，这些注入装置的流量还要使得空气在缓冲区端面的最小速度为0.1米/秒。
在这种情况下，缓冲区在其整个下侧壁上还可以有一个抽气口。于是，这些注入装置的流量就要至少等于抽气口抽走空气的流量和各空气屏障的射流的每个与缓冲区相接触的面所诱导的空气流量的总和，而且，注入空气的流量总是保证空气在到达缓冲区端面的速度最小不低于0.1米/秒。这种布局特别适用于对在相互隔离的区域间传输的物品或产品进行单项操作(测定含量、调节温度湿度等)的情况。
在此最后一种情况下，在相互隔离的区域间有成为系列的多个缓冲区，在两个缓冲区之间安置的空气屏障是由宽度等于并排的各供气喷管的宽度的侧壁所限定的。
还有，不管装有动力学隔离装置的缓冲区的个数是几个，安置在一个缓冲区与一个要隔离区之间的空气屏障都是由宽度至少等于这些空气屏障的最大的厚度的侧壁所限定的。
附图的简要说明
现在作为例子，而不具任何限制性，参阅附图描述本发明的几种实施方式。附图是：
图1为一透视图，示意性地示出在两个监控环境气氛的区域间通过两个空气屏障连通的单一的缓冲区，其中每个空气屏障都是根据本发明的第一实施方式，由两个并排的洁净空气射流构成的。
图2是和图1类似的一个透视图，示出根据本发明的第二实施方式由三束并排的洁净空气射流构成每个空气屏障的情况；以及
图3是一透视图，示意性地示出在监控环境气氛的两区之间使用由多个缓冲区构成的系列，以及在每对相邻的连通的区域间安置的一个空气屏障。
不同实施方式的详细描述
在图1中，用10a和10b表示两个不同环境气氛的区域，在这两个区域间，物品或产品可以至少向一个方向快速转运。在全文中，10a区和10b区都称为“要隔离的区”或“监控环境气氛区”，作为例子，而非为限制，假定物品或产品可以频繁地从10a区向10b区转运。
10a区和10b区都是用密封的壁围成的(图中未画)且两区的环境气氛不同，就是说，在一个区与另一个区之间，气体和颗粒物浓度、空气条件、温度、比重等特性中至少有一个不同。
根据本发明，10a区和10b区是用至少一个动力学隔离装置连通的，在图1所示的实施例中，动力学隔离装置中有一缓冲区12，区10a和区10b通过这缓冲区12连通。更明确地说，述及的缓冲区12是一个环境气体监测区，就是说在这个区域监测各不同参量，如气体和颗粒物浓度，空气条件、温度、比重等都得到监控。
根据本发明的动力学隔离装置还有一些动力学禁闭装置，在图1中一般地用14a和14b标出，分别安置在区10a和缓冲区12间及缓冲区12和区10b间，即在设置的每对相邻的连通的区域间。
动力学禁闭装置14a在区10a和缓冲区12之间建立起第一个空气屏障16a，类似地，动力学禁闭装置在缓冲区12和环境气氛监测区10b间建立起第二个空气屏障。
如图1示意地所示，述及的缓冲区12是由密封的壁围成，形成截面为长方形的水平通道，其两端分别开口在区10a和区10b，中间穿过由动力学禁闭装置14a和14b建立的空气屏障16a和16b。
缓冲区12的水平上壁构成一个吹风天花板18。这个吹风天花板18与以一定的流量向缓冲区12释放洁净空气的喷射装置或换气装置(图中未画)相配合。后面将看到，这个流量和空气屏障16a和16b的特征以及通常在缓冲区12还有的抽气口的特征有关。
在图1所示的实施例中，缓冲区12的水平下壁20构成一工作面。作为变种，抽气口可以分布在整个下壁20，以能回收由吹风天花板18向缓冲区12注入的部分换气空气流。
除构成吹风天花板18的水平上壁18和水平下壁20之外，缓冲区12还有两个竖直的侧壁22，与图1的平面平行。
动力学禁闭装置14a和14b置于围成缓冲区12的密封壁的延长处，以便在禁闭装置运行时形成空气屏障16a和16b。
说得更明确些，在图1所示的实施方式中，动力学禁闭装置14a和14b是用以建立空气屏障16a和16b，其中每个空气屏障都是由并排的同向喷射的两束空气射流构成。因此，动力学禁闭装置14a有两个空气供气管24a和24b，横向占据缓冲区12的整个宽度，位于10a区的一侧的吹风天花板的延长面上。类似地，动力学禁闭装置14b有两个空气供气管24b和26b，横向占据缓冲区12的整个宽度，位于区14b一边的吹风天花板18的延长面上。所有空气供气管24a、26a、24b和26b的开口都在吹气天花板18的下表面的延长面上，都在同一个水平面上。
动力学禁闭装置14a还有一个水平的回收口28a，安置在空气供气管24a和26a的对面，位于缓冲区12的下壁20的延长面上，占据缓冲区12的整个宽度。与此类似，动力学禁闭装置14b有一个水平的回收口28b，置于空气供气管24b和26b的下方，在缓冲区12的下壁20的延长面上，占据缓冲区12的整个宽度。
动力学禁闭装置14a和14b中的每一个还都有用以分别通过空气供气管24a和26a及24b和26b以可控制的速度和流量喷射空气的装置(图中未画)，以及分别用以通过回收口28a和28b抽吸由全部的供气管喷射的空气流量与诱导的空气流量的装置(图中未画)。
如图1中示意性的所示，围成缓冲区12的密封性侧壁22从这个区的两端向外延长的长度至少等于空气屏障16a和16b的最大厚度，以使所有的禁闭在空气屏障的侧边免遭破坏。
如前面已经指出，图1所示的实施方式对应于每个空气屏蔽16a和16b都是由两束并排的同向喷射的射流构成。两个空气屏障16a和16b有同样的特征，现对这些特征作以更详细的描述。
当动力学禁闭装置14a和14b运行时，空气供气管24a和24b中的每一个就释放一束相对慢的洁净空气射流，图中只画出射流的气舌30a和30b。而且，在供气管24a和24b的吹风天花板18那边的供气管26a和26b中的每一个都释放出一束比供气管24a和24b所释放的射流为快的射流。在图1中只示出了这些相对快的射流的气舌32a和32b。为简单起见，在后文中把相对慢的射流和相对快的射流分别叫做“慢射流”和快射流。
由于给出的空气供气管24a、26a、24b和26b是占据缓冲区12的整个宽度，所以所有的空气屏障16a、16b在缓冲区12的两个侧壁之间，同样占据缓冲区的整个宽度。
如图1中示意性的所示，由供气管24a和24b所喷射的每束慢射流的大小使它们的气舌30a和30b能在缓冲区的两端分别通向区10a和区10b的开口处遮盖整个缓冲区的截面。要得到这个结果，就必须使气舌30a和30b的射程或长度至少等于缓冲区12的高度，为此，每个供气管24a和24b与图的平面平行的喷射缝的宽度，至少等于缓冲区12的高度的1/6，最好等于缓冲区12高度的1/5。
另外，为了尽量避免紊流，也为了节约，由供气管24a和24b所发射的每束慢射流的速度最好固定在0.5米/秒。由于这些慢射流的气舌30a和30b的长度至少等于缓冲区12的高度，也由于这些射流都相对慢，空气的流线都沿着穿过空气屏障16a和16b的物品或产品的外沿轮廓，因而不破坏禁闭。
由于供气管24a和24b喷射的慢射流的速度低，由此而产生的结果是，若仅有这慢射流，就会被空气屏障附近产生的空气扰动或机械扰动所破坏，这就导致区10a和区10b间禁闭的破坏，因此，对于每束慢射流就用供气管26a和26b喷射快射流来辅助。这些快射流的较大的速度保证了这些慢射流的稳定性，从而提高了在破门穿过由每个空气屏障16a和16b所形成的动力学屏障情况下的对区10a和10b间的禁闭的效率。作为例子，而丝毫不为限制，快射流的每个空气供气管26a和26b的宽度大约可以等于慢射流的空气供气管24a和24b的宽度的1/40。
为了理想地优化由空气屏障16a和16b所形成的屏障效应，每个由供气管26a和26b所喷射的快射流的流量要调整到使得这些快射流的与由供气管24a和24b喷射的慢射流接触的面所诱导的空气的流量小于或最好大体上等于这些慢射流所喷射的流量的一半。
如前所说，回收口28a和28b回收了其上面的所有供气管吹出的空气以及由每个空气屏障16a和16b所导引的空气。在实际中，由回收叶栅28a和28b所回收的空气在再循环送予供气管24a、26a、24b、26b之前要经专门的净化装置(图中未画)净化。多余的空气便在第二次特别净化之后扔到外边。
这里指出，空气供气管的水平放置决定了空气屏障在竖直方向，也决定了在空气屏障对面的回收口的水平放置，这就优化了由每个动力学禁闭装置14a和14b所获得的屏障效应。
还有，由吹风天花板18保证在缓冲区12内部换气，能使在这个区域得到净化作用。这种净化作用对区10a和区10b间的动力学隔离效率是有贡献的，特别是物品或产品在这两个区间高频输运的情况下。
更确切地说，在图1所示的实施方式中，每个空气屏障16a和16b都是由两束并排的、同向喷射的射流构成的，由吹风天花板所注入到缓冲区12内的换气洁净空气的流量至少等于由供气管26a和26b所释放的快射流在其与缓冲区接触的面所诱导的空气流量。还有，通过吹风天花板18向缓冲区12注入的洁净换气空气的速度使空气到达缓冲区12的向区10a和10b开口的端平面上时的速度至少等于0.1米/秒。
还需指出，所有的物理特征(温度、相对湿度，气体和颗粒物浓度等)都是用适当的装置(图中未画出)监控的，以便在缓冲区12建立并维持一定的环境气氛。此处的环境气氛可以与区10a和区10b两区中的一个的环境气氛相同或者与两个都不同，这要根据考察的应用而定。
回收口28a和28b中的每一个的宽度分别大体上等于供气管24a和26a之和；24b和26b之和。这个宽度有时需要进行调整，特别要考虑到区10a和区10b的气体条件，以及构成空气屏障16a和16b的射流偏离竖直方向的倾向。这样，当构成空气屏障的射流有向缓冲区12的外方向倾斜时，就希望相应的回收口的宽度向缓冲区的内方向减少。与此相反，当构成空气屏障的射流向缓冲区12的内部倾斜时，回收口的宽度当向缓冲区内部加宽。
图2示出本发明的第二实施方式，其和图1所示的实施方式的主要区别在于，空气屏障分别是用16a′和16b′标出，每个空气屏障中有三束并排的、同方向喷射的洁净空气的射流。
因此，动力学禁闭装置分别用14a′和14b′标出，其中每一个禁闭装置分别在空气供气管24a、26a和24b和26b中的靠近供气管26a和26b的吹风天花板18的一边增加第三个供气管34a和34b。更明确地说，供气管34a和34b占据缓冲区12的整个宽度，且它们的出口与其它供气管24a和26a；24b，26b的出口在同一水平面内，即与吹风天花板18的下表面在同一个平面内。
当动力学禁闭装置14′a和14b′运行时，空气供气管34a和34b中的每一个在由供气管26a和26b喷射的快射流与缓冲区之间释放比快射流要慢的第三束洁净空气的射流，这第三束射流的气舌在图2中分别用36a和36b示出。
选择供气管34a和34b的大小，使每个空气屏障16a′和16b′的第三束射流的气舌36a和36b遮盖缓冲区12的整个截面。为此供气管34a和34b的每个在平行于图2平面的截面的下边缝的宽度至少等于缓冲区12的高度的1/6，最好等于这个高度的1/5。在实际中，供气管24a，34a和24b，34b的宽度都相同。
在图2所示的本发明的第二种实施方式中，由供气管34a和34b所释放的慢射流的流量要调整到大体上等于由供气管24a和24b所释放的慢射流的喷射流量。这样，由供气管26a和26b所喷射的快射流与相应的慢射流接触的面所诱导的空气的流量都小于或最好大体上等于这些慢射流所诱导的流量的一半。
在图2中同样示出，回收口28′a和28b′中每个的宽度和空气屏障16a′和16b′宽度相适应，使得其宽度大体上等于构成这些空气屏障的供气管的宽度的和。然而，如前面参考图1所述，当区10a和区10b中至少有一个的气体状态使得空气屏障有偏离竖直面的倾向，回收口的宽度可以调整。
刚刚参考图2简要描述的本发明的第二实施方式可在缓冲区12和区10a与10b之间两个方向上实现动力学禁闭。还有由吹风天花板18注入的换气的洁净空气的流量可以明显地减少。实际上，由吹风天花板18注入的空气流量至少等于由供气管34a和34b喷射的慢射流在其与缓冲区12接触面上诱导的空气流量，且这个流量要保证换气空气在缓冲区端平面的最小速度为0.1米/秒。
前面参考图1和图2所描述的实施方式中，缓冲区12是一个被动区。在这个区中对在区10a和区10b间输运的物品或产品没有进行任何操作。
在本发明的另外的实施例中，缓冲区12是一个主动区，就是说，这个区可以用来对在区10a和区10b间输运的物品或产品进行单项操作(测定含量，测定温湿度等)。
这里，动力学隔离装置的结构和前面参考图1和图2所描述的动力学隔离装置的结构相同。但是，抽气口分布在缓冲区12的整个下壁20上，而通过这个抽气口的抽气速度例如可在大约0.1米/秒到大约0.2米/秒间变化。通过吹风天花板18的内部换气供气流量于是就更大，至少等于各空气屏障与缓冲区12接触的面所诱导的空气流量和通过抽气口的抽气流量之和。
还有，要使内部换气的供气流量相应于与换气空气在缓冲区的端平面处的最小速度为0.1米是适宜的。
还要指出，通过吹风天花板18的换气流量和通过抽气口的回收流量可以更大些，然而装置的运行费用也就要提高。
如图3示意性地所示，在物品或产品在输运时，多项单项操作(测定含量，测定温湿度等)可以逐个在区10a和10b之间进行。在这种情况下，根据本发明的动力学隔离装置有多个缓冲区12，安排成序列，区10a和区10b通过这多个缓冲区的序列而连通。每个缓冲区12的特征和在前面已经描述的特征相似，特别是吹风天花板18及其对面的抽气口20。
在此情况下，分别用14a、14b和14c标出的动力学禁闭装置安置在每对相邻的相互连通的区域之间。更详细地说，动力学禁闭装置14a安置在区10a与开口于区10a的缓冲区12间，动力学禁闭装置14c安置在每对相邻的缓冲区12之间，而动力学禁闭装置14b则安置在区10b和开口于区10b的缓冲区12之间。
动力学禁闭装置14a、14b和14c中的任何一个都和其它的相同，而且可以根据前面参考图1描述的实施方式或根据前面参考图2描述的实施方式来实施。
如前所述，由动力学隔离装置14a和14b所构成的将区10a和区10b隔离的空气屏障的侧面是由所考察的缓冲区的侧壁22所限定的，侧壁22向区10a和区10b延伸的长度至少等于所考察的空气屏障的最大厚度。
相反地，由动力学禁闭装置14c所构成的隔离相互连接的两缓冲区12的空气屏障的侧面是由这些缓冲区的侧壁22的延长而限定的，其延长的宽度等于形成这个空气屏障的各供气管的总宽度。
作为示例，这里指出，图3中的中间那个缓冲区的情况，同一个缓冲区可以保证多于两个区10a、10b和10c的动力学隔离。在这种情况下，至少在所考察的缓冲区的一面侧壁22上，作出一个或多个开口，而每个开口都有动力学禁闭装置14d控制，此处的动力学禁闭装置的特征和在图1中的动力学禁闭装置14a和14b或在图2中的动力学禁闭装置14′a和14′b类似。