CN101297141B - 具有线性驱动装置的集成挡板的外壳组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有线性驱动装置的集成挡板的外壳组件。在一个实施方式中，外壳组件包括具有入口和出口的外壳。挡板设置在外壳中，并且可设置为调节穿过入口流入外壳中的流。线性驱动装置可操作地连接到挡板上并适用于在与外壳空间分离的位置和靠近入口的位置之间线性移动挡板。线性驱动装置设置为在不旋转挡板的情况下移动挡板，其中线性驱动装置还包括齿轮和被连接到挡板上的齿条，其中所述齿条和所述齿轮之间的互相啮合的齿包括平顶和沟槽，其防止所述挡板在所述齿条前进时的转动；和与挡板的周边连接的密封件，当挡板处于关闭位置时，该密封件向入口提供气密性。

Description

具有线性驱动装置的集成挡板的外壳组件

本申请要求享有于2005年10月24日提交的美国临时专利申请序列号No.60/729，644的权益，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明主要涉及一种具有集成挡板的外壳组件，更具体地，涉及一种用于空气过滤器的具有线性驱动装置的集成挡板的外壳组件。

背景技术

在许多工业中利用清洁室(clearnroom)进行污染控制以提高产品产量。大量过滤器，通常安装在清洁室的顶棚，设置为以预定效率除去进入清洁室的空气中的微粒，该预定效率基于在清洁室中所进行的活动的净化需求进行选择。当微粒装载设置在过滤器中的过滤介质时，随着整个过滤器的压降的增加，通过过滤器的气流减小。一旦过滤器达到临界压降，通常更换(replace)过滤器。

在其它应用中，过滤器的更换基于时间或清洁室内进行的工艺来确定。例如，在许多药物和生物工艺清洁室中，需要定期更换过滤器以符合法规(regulatory)或业主规范。为了便于有效更换过滤器，罩(外壳)通常安装在清洁室顶棚，从而过滤器可以很容易地拆卸和更换。

具有室内可更换的过滤器的管道给料外壳通常用在药物应用中，用于净化供给到清洁室的制造和工艺区以及实验室区的空气。这些外壳中的大多数带有可调节的挡板，其允许用户在不从外壳上拆卸过滤器的情况下调节气流，一些常见类型的挡板是铡刀式的，与刀片和蝶型的相反。当完全密封时，这些挡板基本上停止流向外壳的气流。在多数情况下，根据流速通过密封挡板的泄漏可以忽略，但如果清洁室有污染的话，则泄漏将非常严重。

由于这些类型的挡板没有提供密封(即，不为不漏的或气密性的)，当进行净化工艺，需要清洁室完全隔离时，这些类型的挡板将不适用。例如，在对安装在药物器具中的过滤器进行例行检验及确认期间，将发现一个或多个过滤器损坏、泄漏和/或需要更换。当技术人员从外壳上拆卸过滤器时，清洁室和拆卸的过滤器的被污染的充气和供给管道上游之间的“密封”破裂。当安装新的过滤器时，上述两个区域之间的“密封”被修复，但清洁室已经被从充气和供给管道的污染区域进入清洁室的空气和微粒污染。因此，在恢复清洁室操作之前，器具业主必须对整个室进行净化工艺。这是一个非常耗时和昂贵的工艺。

因此，需要具有改进的密封能力的过滤器外壳组件。

发明内容

本发明的实施方式主要包括一种具有线性驱动装置的集成挡板的外壳组件。在一个实施方式中，外壳组件包括具有入口和出口的外壳。挡板设置在外壳中，并且可设置为调节穿过入口进入外壳中的流。线性驱动装置可操作地连接到挡板上并适用于在与外壳空间分离的位置和靠近入口的位置之间线性地移动挡板。线性驱动装置设置为在不旋转挡板的情况下移动挡板。

上述实施方式提供了一种外壳组件，包括：具有入口和出口的外壳；设置在外壳中的挡板，所述挡板以相对于所述入口保持在中心位置的方向设置；以及适用于在不旋转所述挡板的情况下，在打开和关闭入口的位置之间线性移动挡板的线性驱动装置，其中所述线性驱动装置还包括齿轮和被紧固到挡板上的齿条，其中所述齿条和所述齿轮之间的互相啮合的齿包括平顶和沟槽，其防止所述挡板在所述齿条前进时的转动；和与所述挡板的周边连接的密封件，该密封件适用于密封性地啮合所述外壳，以便当所述挡板处于关闭位置时，向所述入口提供气密性。

在另一实施方式中，外壳组件包括具有入口和出口的外壳。挡板设置在外壳中，可在打开和关闭入口的位置之间线性移动。当挡板在封闭状态时，挡板具有延伸到入口中的非平面形状。外壳组件还包括限制所述挡板相对于所述入口旋转的线性驱动装置，其包括：具有平顶和沟槽的齿轮；以及紧固到所述挡板的齿条，所述齿条具有与所述齿轮的所述平顶和沟槽相啮合的平顶和沟槽，以防止当齿条沿轴的方向前进时所述挡板相对于所述入口旋转。该实施例提供了一种用于限制挡板旋转的装置。

在另一实施方式中，外壳组件包括入口端口，出口端口以及袋入/袋出(bagin/bag out)过滤器接入端口的外壳。过滤器接收装置设置在外壳中，并用于通过安装在外壳中的过滤器引导气体在入口和出口端口之间流动。第一挡板设置在外壳中，并在打开和关闭入口端口的位置之间是可移动的。第二挡板也设置在外壳中，并在打开和关闭出口端口的位置之间是可移动的。在外壳中提供一种装置，用于在打开和关闭位置之间移动第一挡板和限制第一挡板相对于所述入口端口旋转，其中在打开位置时，第一挡板与外壳空间分离。

附图说明

结合附图和以下详细描述，将很容易理解本发明的启示，其中：

图1示出了设置在过滤器外壳组件中的线性挡板组件的一个实施方式的横截面图；

图2示出了图1中的外壳组件的部分截面图；

图3示出了适用于线性移动挡板组件的盘的一部分致动器的俯视图；

图4示出了套管的侧视图；

图5示出了致动器的齿条的部分侧视图；

图6示出了设置在防污染外壳组件中的线性挡板的一个实施方式的侧面断面图；

图7示出了设置在外壳组件中的线性挡板组件的另一实施方式；

图8示出了线性挡板组件在打开状态下的一个实施方式的透视图；以及

图9示出了线性挡板组件在关闭状态下的透视图。

为了便于理解，尽可能地，用同一个附图标记表示相同的元件。一个实施方式中的元件和特征可以不需要进一步叙述而有益引入到另一实施方式中。

然而，应该注意，附图中只示出了本发明典型的实施例，因此不能认为是对本发明范围的限定，本发明认可其他等同的有效实施例

具体实施方式

装置已选择的实施方式

图1示出了具有线性挡板组件130的过滤器外壳组件100的一个实施方式的截面图。尽管图1将外壳组件100描述为室内可更换的过滤器模块，但本发明的优点和特征可以引入到防污染外壳、过滤器扩散体、挡板模块和其它设备中，其中在用于清洁室、环境的和污染控制、空气条件、加热和通风系统以及其它应用的应用中需要强的流量控制。

外壳组件100通常包括具有入口104和出口106的外壳102。穿过外壳102形成入口104和出口106，其允许气体穿过在模型中示出的管道110流动以穿过外壳102进行传送。入口104由套环112束紧以便于将管道110连接到外壳102上。过滤器元件108设置在出口106中，并且以使得入口104和出口106之间流动的气体穿过过滤器元件108的方式密封地连接到外壳102。过滤器元件108可以以任何适合的方式保留在外壳102中，例如通过夹具120或紧固件。

在图1描述的实施方式中，外壳102包括内部凸缘114，其密封地啮合过滤器元件108。在一个实施方式中，凸缘114包括刃缘116，其密封地啮合连接到过滤器元件108的密封件。密封件118可选地连接到外壳102。密封件118可以是诸如凝胶的液封、气垫或其它适合在外壳102和过滤器元件108之间提供密封的材料。在扩散体应用中，过滤器元件108可以密封的(potted)、砌合的、粘附的或永久地连接到外壳102上。

挡板组件130设置在入口104和过滤器元件108之间的外壳102中。挡板组件130通常包括挡板盘132、线性驱动装置136以及支架144。支架144连接到外壳102上。支架144主要在外壳102内支撑并安置盘132和线性驱动装置136。线性驱动装置136配置为线性地移动盘132以打开和关闭入口104。

回到图1，线性驱动装置136可以为任何适用于使得盘132线性移动而不旋转的致动器。例如，线性驱动装置136可以是传动螺杆、螺线管、电动机、气压缸、液压缸或凸轮、剪式致动器、线性致动器等。在图1示出的实施方式中，线性驱动装置136为致动器，其包括齿条138和齿轮140。齿条138通过紧固件134连接到盘132。可以认为，盘132可以通过其它适合的紧固方法连接到齿条138。为了确保盘132和齿条138垂直，盘132包括平坦的中心部分162，其倚靠在齿条138的平坦端。

在图1所示的实施方式中，齿轮140为主动齿轮，但也可以使用其它的齿轮或齿轮组。主动齿轮140连接到轴152上，可以选择主动齿轮140的尺寸以提供齿条138的预定冲孔(stroke)，并提供预定的致动力。在一个实施方式中，轴152穿过外壳102延伸，从而主动齿轮140的旋转方向，齿138的位置以及盘132是可控的。轴152可以包括楔片(key)或其它与主动齿轮140的适合连接，从而确保轴152和主动齿轮140之间的运动的有效传送。在一个实施方式中，齿条138和主动齿轮140之间的互相啮合的齿包括平顶和沟槽，其防止盘132在齿条138前进时的转动。图5示出了与主动齿轮140具有相似设置的齿条138的平顶和沟槽。可以认为线性驱动装置具有其它防止盘132旋转的设置，其包括但不限于键入(keyed)止动部件、轨道、多轴承导槽等。

通过一套连接到支架144的套管142可滑动地安装齿条138。套管142可由任何适合的轴承材料组成，诸如

或黄铜。套管142可选地为滚筒轴承。可以调换齿条138以提供更长或更短的致动冲击(actuation stroke)，其相应地在盘132和入口104之间设置节流孔口面积。

在图1示出的实施方式中，支架144包括具有沿支架延伸的两个翼片(tab)的齿条支撑146。套管142以空间分离的方式安装在翼片148上，以提高对盘132的运动和方向的控制。齿条支撑146连接到一个或多个在外壳102的相对壁之间延伸的交叉杆150上。交叉杆150可以焊接、铆或紧固到外壳102上。

盘132通常包括具有密封部分164的锥形面160，该密封部分164邻近盘132的周边166。密封部分164适用于以便于密封流过入口104的气体的方式啮合外壳102和/或套环112。在图1所示的实施方式中，密封部分164包括具有设置在其中的密封件170的沟道168。密封件170设置为与从一个套环112或外壳102延伸的唇缘172啮合。密封件170可以为垫圈、气囊或液封。可以认为，密封件170可以连接到套环112或外壳102，并设置为密封地啮合盘132。上面讨论的齿条138和主动齿轮140提供的盘132的非旋转，防止了由于盘132和唇缘170的啮合而剪切密封件，从而延长了密封件的寿命，提高了密封件的性能。可以认为，只要在密封入口104的时候线性驱动装置136不会引起盘132旋转，则盘132在与密封位置有空间的时候可以旋转。

图2示出了外壳102的部分横截面图，说明了轴152穿过外壳102延伸。为了防止轴152周围的外壳组件100的泄漏，在穿过外壳102形成的孔204周围密封地紧固套管202，以促进轴152的经过(passage)。套管202可以通过任何适合的方法密封到外壳102上。在图2示出的实施方式中，套管202连续地焊接到外壳102上。

轴承206压配合到套管202并啮合轴152以便于旋转。密封件208设置在套管202的一个端部以防止套管202和轴152之间的空气泄漏。密封件208可以为环形、杯型密封，垫圈、液封或其它适用于防止轴152周围以及穿过外壳102的孔204的气体泄漏的密封件

轴152包括设置在外壳组件100外部的终端250。终端250通常包括驱动部件252，其便于将旋转运动感应到轴152。在一个实施方式中，驱动部件252为形成于轴152侧面的平面(flat)。其它适合的驱动部件包括，但不限于，六角头、有凸边的表面、栓道(key ways)、狭缝等。尽管示出的终端沿外壳102的侧面延伸，可认为驱动部件252可以从其它位置接入，诸如从外壳100的出口侧面。

参见图3-4，靠近主动齿轮140的轴152的内端通过第二轴承304支撑。第二轴承304设置在翼片302中，翼片302沿齿条支架146延伸。第二轴承304可以与轴承206类似。

在操作中，有选择地旋转轴152以旋转主动齿轮140。旋转中的主动齿轮140沿齿条138前进，从而线性地移动盘132。由于盘132的运动基本垂直于由入口104限定的开口的平面，密封件170均匀地啮合唇缘172，从而提高密封件的均匀性和性能。此外，由于盘132相对于穿过入口104流入(或流出)外壳102中的流保持居中，在盘132和唇缘172之间定义的流的节流孔是均匀的，从而促进穿过过滤器元件108的流的均匀性。图8-9示意性的示出了靠近入口104并与入口有一定间隔的盘132。可以选择盘132与唇缘172的间隔以提供穿过过滤器元件108的所需的空气流速。

图6为防污染外壳组件600的一个实施方式的横截面图。符合本发明的优点的防污染外壳组件可以从位于New Jersey(新泽西州)的Riverdale的CamfilFarr公司购买得到。

在一个实施方式中，外壳组件600包括具有入口604、出口606以及至少一个接入端口608的外壳602。穿过外壳602形成入口604和出口606，并设置为使得气体穿过外壳602流动。接入端口608设置为允许接入到外壳602的内部，例如，用于过滤器的更换(change-out)，扫描设置在邻近的连接的外壳中设置的过滤器，等。

外壳602可以由诸如铝、钢、以及不锈钢的金属或其它适合的材料制成。外壳602在流入其中的气体和外壳602外面的环境之间形成压力壁垒。在图6示出的实施方式中，外壳602为由连续焊接的金属片制成的中空的矩形体。

外壳602还包括密封凸缘614，其密封地啮合设置在外壳组件600中的过滤器元件616。在外壳602中提供连接装置620，并将连接装置设置为在与凸缘614密封地啮合的位置和凸缘614的净化位置之间移动过滤器元件616。一未示出的与上述的密封件170相似密封件设置在过滤器元件616和凸缘164之间以防止流绕开(bypass)过滤器元件616。

接入端口608设置为便于从外壳602中拆卸过滤器元件616，并可选择通过门622密封。接入端口608被装袋环(bagging ring)(未示出)围绕，装袋环用于接入外壳的内部和/或移除和更换过滤器元件616。

防污染外壳600的至少一端包括线性挡板组件130。线性挡板组件130如上面所述。在图6示出的实施方式中，外部致动器690连接到外壳602的外部上的挡板组件130的轴152上。外部致动器690可以为适用于控制轴152旋转的任何设备或物体。在一个实施方式中，外部致动器690为轮。可以认为，外部致动器690可选地为马达、气压缸、液压缸或杆等。

图7示出了具有挡板组件130的外壳组件700的一个实施方式。外壳700可以配置为具有或不具有接入端口608。外壳组件700可用于作为独立的挡板(停止和/或流控制)，或作为密闭(containment)系统的接入端口等。挡板组件130可参考上述实施方式所述进行操作以控制穿过外壳组件700的流。

生命周期测试

测试上面所描述的具有集成线性挡板组件的外壳组件以确定在制成的主动齿轮和齿条(都是由不锈钢制成的)之间是否会发生重大的或不利的磨损；以及在用于支撑齿条和挡板轴的铜套管之间是否会发生重大的或不利的磨损。

测试建立

改进一侧高一侧宽(one-high by one-wide)的密闭外壳以接受集成线性挡板组件。集成挡板组件利用直径为12”的不锈钢盘。利用模板用手穿透中间硬度计硅树脂海绵垫圈。RTV设置在盘的沟道的底部。垫圈位于沟道中，利用RTV作为粘合剂将垫圈保持在沟道中。海绵垫圈的边缘不封入沟道中，以对盘最小的粘附力测试密封件。

包含具有键槽的四分之三英寸直径的不锈钢轴挡板致动器，通常用于传统平叶片挡板。使用四分之一英寸厚304不锈钢制造主动齿轮。3个齿轮块对齐地彼此堆叠并焊在一起形成四分之三英寸厚的独立齿轮。齿条由20mm直径的304不锈钢轴制造。齿条以线性方式移动，并保持在适当位置，利用连接到支架上的铜套管对准。铜套管也安装在支撑构件上以夹持并对准挡板轴并确保齿轮的齿恰当啮合齿条。

沿12英寸(304.8mm)直径延伸的唇缘，利用围绕在入口的304不锈钢套环形成围绕在入口的刃缘。套环连续地焊在一片11规格304不锈钢上，该不锈钢连续地安在外壳的上游凸缘上。

当连接到挡板组件的致动器旋转以转动主动齿轮时，齿条朝着入口线性前进。齿条将不锈钢盘朝着安装在外壳的终板(endplate)上的刃缘推进。盘的周边附近的硅树脂垫圈倚靠刃缘密封。在一个实施方式中，平口齿条的齿与平口轴的齿相啮合，防止轴旋转。

测试装置与仪器

·Elomatic 350系列具有弹簧回程的气压传动装置

o型号：ESO350.U2A03B.27K0

o序列号：22221100020

·具有球阀和静态压力管接头的盲板(Blank-off Plate)

·OMRON定时器：

o型号：H3CR-F8300

·Dwyer弯管压力计：

·Gast真空泵

测试过程

根据CFW-1000 CFW-10003，版本3对挡板进行膨胀(bubble)测试：压力下降/结构性能/膨胀(Bubble)泄漏测试。具有集成挡板的密闭外壳放置在推车上，具有球阀和静态压力端口的盲板附在入口套环的对端，该入口套环作为刃缘。该空间是受压的，从而挡板从刃缘推出。利用U管压力计测量在受压空间和大气压强之间提供的压差。皂溶液喷射在入口环上的刃缘和密封硅树脂垫圈之间的接口上。进行5分钟的外观检查以确保不起泡(bubble-tightness)(即，无泄漏情况下)。

通常，不起泡挡板在＞+10”水标(w.g.)(2.50kPa)进行膨胀泄漏测试。在一些情况下，需要在＞+15”w.g.(3.74kPa)条件下不起泡。在此测试中，线性挡板在＞+18”w.g.(4.48kPa)条件下进行测试。

在初始膨胀测试之后，为致动器提供电源和压缩的空气，并且挡板在打开和关闭位置之间循环。利用上述方法进行大于5,000，10,000和15,000次循环的膨胀测试。在整个测试过程进行外观检查以确定密封件和制动装置耐用性上快速重复循环的效果。

结果

循环测试的结果如下：

表1：循环测试结果

如表1所示，挡板在＞+18”w.g.(4.48kPa)的情况下在每次测试中均不起泡。可认为挡板在更高的压力下也将保持不起泡。在15,260次循环后没有出现失败则测试终止，从而方便实验室为其它项目使用。得出测试结论之后，通过对挡板致动器装置的外观观察和检查，没有明显装置磨损、退化或故障现象。也没有视觉上的齿轮磨损现象

测试的挡板组件与传统平叶片挡板和盘型挡板相比毫不逊色。延长的寿命归功于挡板组件的设计和结构，其利用线性移动，相对于旋转叶片减小了套管磨损和应力。此外，线性移动和齿轮的使用减小了封闭挡板所需的能量，从而最小化致动器成本。

结论

已经证实，挡板在＞+18”w.g.(4.48kPa)大于15,000次循环的条件下，保持无气泡，其大于工业需要(在10,000次循环之后在+10”w.g.(2.50kPa情况下无起泡)的50％。通过超过15,000次循环之后仍然没有磨损已经证实，装置的健壮性和持久性优于平叶片挡板和盘型挡板设计。

尽管在此已经示出并详细描述了引入本发明的启示的各种实施方式，但本领域的技术人员将很容易设计出许多其它变型的仍能引入这些启示中的实施方式。

Claims (16)

1.一种外壳组件，包括：

具有入口和出口的外壳；

设置在外壳中的挡板，所述挡板以相对于所述入口保持在中心位置的方向设置；

适用于在不旋转所述挡板的情况下，在打开和关闭入口的位置之间线性移动挡板的线性驱动装置，其中所述线性驱动装置还包括齿轮和被紧固到挡板上的齿条，其中所述齿条和所述齿轮之间的互相啮合的齿包括平顶和沟槽，其防止所述挡板在所述齿条前进时的转动；以及

与所述挡板的周边连接的密封件，该密封件适用于密封性地啮合所述外壳，以便当所述挡板处于关闭位置时，向所述入口提供无气泡的密封。

2.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述挡板基本为圆锥形。

3.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，还包括：

设置在所述外壳中的过滤器元件。

4.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述外壳为过滤器外壳、防污染外壳或独立挡板中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述线性驱动装置还包括凸轮、剪式致动器、线性致动器、传动螺杆、螺线管、电动机、气压缸、液压缸或齿轮中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述密封件还包括：

垫圈、液封或气囊中的至少一种。

7.一种外壳组件，其特征在于，包括：

具有入口和出口的外壳；

设置在所述外壳中，并可在打开和关闭入口的位置之间线性移动的挡板，当所述挡板在关闭位置时，所述挡板具有延伸到所述入口的非平面形状；以及

线性驱动装置，其包括：

具有平顶和沟槽的齿轮；以及

紧固到所述挡板的齿条，所述齿条具有与所述齿轮的所述平顶和沟槽相啮合的平顶和沟槽，以防止当齿条沿轴的方向前进时所述挡板相对于所述入口旋转。

8.根据权利要求7所述的外壳组件，其特征在于，通过一套连接到支架的套管可滑动地安装所述齿条，所述支架连接到所述外壳。

9.一种外壳组件，其特征在于，包括：

具有入口端口，出口端口以及袋入/袋出过滤器接入端口的外壳；

设置在外壳中的过滤器接收装置，该过滤器接收装置设置为引导气体在入口和出口端口之间通过安装在外壳中的过滤器流动；

设置在外壳中，并在打开和关闭所述入口端口的位置之间可移动的第一挡板；

设置在外壳中，并在打开和关闭所述出口端口的位置之间可移动的第二挡板；

设置在所述外壳中，并用于在所述打开和关闭位置之间移动所述第一挡板、和限制所述第一挡板相对于所述入口端口旋转的装置，其中，在所述打开位置时，所述第一挡板与外壳相间隔。

10.根据权利要求9所述的外壳组件，其特征在于，所述第一挡板基本为圆锥形。

11.根据权利要求9所述的外壳组件，其特征在于，所述设置在所述外壳中并用于在所述打开和关闭位置之间移动所述第一挡板和限制所述第一挡板相对于所述入口端口旋转的装置至少为凸轮、剪式致动器、线性致动器、传动螺杆、螺线管、电动机、气压缸、液压缸或齿轮中的一种。

12.根据权利要求9所述的外壳组件，其特征在于，还包括：

与所述第一挡板和所述外壳接口的密封件，以当第一挡板处于关闭位置时为所述入口提供无气泡密封。

13.根据权利要求9所述的外壳组件，其特征在于，还包括：

与所述第一挡板的周边连接的密封件，该密封件适用于密封地啮合所述外壳以当所述第一挡板处于关闭位置时，为所述入口提供无气泡的密封。

14.根据权利要求13所述的外壳组件，其特征在于，所述密封件还包括：

垫圈、液封或气囊中的至少一种。

15.根据权利要求9所述的外壳组件，其特征在于，所述设置在所述外壳中并用于在所述打开和关闭位置之间移动所述第一挡板和限制所述第一挡板相对于所述入口端口旋转的装置还包含：

连接到所述第一挡板上的轴，所述第一挡板与一部件啮合，以当所述轴沿线性方向移动时，防止所述第一挡板旋转。

16.根据权利要求9所述的外壳组件，其特征在于，当所述第一挡板位于关闭位置时，所述第一挡板具有延伸到所述入口中的非平面形状。

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