CN101711935B - 高效空气过滤单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可以现场检漏、原位消毒的高效空气过滤单元。本发明由检测气溶胶发生段、混合段、上游采样段、高效过滤器压紧装置、扫描检漏装置、消毒装置、过滤器阻力监测装置等部分组成，过滤器压紧装置采用偏心压紧机构，过滤器更换方式为袋进袋出方式，扫描检漏装置为自动扫描检漏装置，检测技术采用线扫描检测方法。本发明的特点是高效空气过滤单元箱体密封性好、耐消毒剂腐蚀、过滤器更换安全、方便；本发明满足生物安全要求，适用于高等级生物安全实验室的送、排风处置系统。

Description

高效空气过滤单元

技术领域

本发明涉及生物安全防护技术与装备领域，更具体地说，是一种可以现场检漏、原位消毒以及过滤器更换安全、方便的高效空气过滤单元及检测技术。

背景技术

生物安全实验室许多普通的、常规的实验操作都会产生感染性气溶胶，其粒子可在室内空气中长时间存留，部分粒子可随着人呼吸的空气进入肺部造成感染；生物安全实验室的有害气溶胶或室内污染空气排放到大气中，将会感染人或动物，污染周围环境，严重威胁人类生命健康，甚至引发重大公共卫生事件。

目前为止，美国、加拿大、德国、法国等西方发达国家高等级生物安全实验室为保护环境，防止污染空气和气溶胶外泄，自20世纪80年代初实验室排风就使用了具有原位消毒和检漏功能的高效空气过滤单元。高效空气过滤单元最初采用全效率的检漏方式，全效率检漏法可识别高效空气过滤器漏与不漏，难以识别具体漏点，后续开发了能够手动扫描检漏的高效空气过滤单元。随着技术的发展，由于手动扫描式高效空气过滤单元存在着缺陷，一方面，难以控制扫描速度的一致性；另一方面，测试人员之间存在个体差异；针对上述问题，美国、德国等公司研发了具有自动扫描功能的高效空气过滤单元。但国外具有自动扫描功能的高效空气过滤单元的扫描采样头的吸入口均为矩形或正方形，且采样口的长宽比低于15：1，采样口长度比较短，需要配置多个采样头，使得扫描采样头需要X-Y双向往复多次运行才能完成对整个过滤器的扫描，且需配备多路循环采样装置。

我国高等级生物安全实验室的建设起步较晚，采用的实验室排风装置技术相对落后。我国现有的高等级生物安全实验室基本采用房间围护结构下方设置高效排风口，通过夹墙的方式排风。存在问题为：难以或不能对高效空气过滤器进行原位消毒和检漏，不能满足WHO《实验室生物安全手册》(第3版)和GB19489-2008《实验室生物安全通用要求》关于“所有的HEPA过滤器必须安装成可以进行气体消毒和检测方式”的规定；高效空气过滤器安装在围护结构内部，检测和维修人员需进入生物安全实验室内部开展检测和维修工作，难以满足实验室生物安全要求，不利于生物安全管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术和产品中存在的不足，提供一种满足生物安全要求、密封性好、耐腐蚀、位置安装灵活、过滤器更换安全、方便，并且可实现对高效空气过滤器的现场物理、生物检漏和原位消毒功能的高效空气过滤单元。

本发明高效空气过滤单元及检测技术，通过下述技术方案予以实现，一种高效空气过滤单元，其特征是，箱体包括依次设置的端部密闭阀门、检测气溶胶发生段、混合段、上游采样段、高效过滤器安装段和扫描检漏段，箱体顶部设置过滤器阻力监测装置和顶部密闭阀门；

所述检测气溶胶发生段两端连接端部密闭阀门和混合段，混合段一侧设置消毒装置；所述上游采样段箱体外壁安装采样口，采样口外接快插接口，上游采样段箱体内设置采样管；

所述过滤器安装段箱体侧端设置高效过滤器安装口，高效过滤器通过压紧机构固定于高效空气过滤单元内，高效过滤器外侧设置密闭门。

所述扫描检漏段箱体外壁安装下游采样口和消毒剂出口，下游采样口内部连接扫描采样头，下游采样口外部安装截止阀与快插接头；

所述扫描检漏段箱体设置扫描检漏装置，扫描检漏装置包括扫描采样头、电机、丝杠、行程开关、蜗轮和蜗杆，电机、蜗轮和蜗杆固定在箱体顶部外，蜗杆与箱体内部的丝杠连接，行程开关对扫描采样头行程进行控制；

所述过滤器阻力监测装置，包括压力采样口、至少两个截止阀、两个生物膜过滤器、压力表、旁路、不锈钢管路；压力表两端分别连接第一和第二截止阀；第一生物膜过滤器一端连接第一截止阀，另一端连接与第一压力采样口相连的第三截止阀，第二生物膜过滤器一端连接第二截止阀，另一端连接与第二压力采样口相连的第四截止阀，生物膜过滤器与压力表之间设置旁路，旁路上设置第五截止阀。

本发明所述检测气溶胶发生段设置发尘口，发尘口外接截止阀和快插接口。所述混合段由混合变径和混流板组成，混流板固定于混合变径内；消毒装置由安装消毒密闭阀的消毒进口组成，混合变径一侧安装消毒进口。高效过滤器压紧机构为偏心压紧机构，高效过滤器出风面为压紧面。箱体内的压紧面边框上设置有压紧检漏槽。高效过滤器安装口设置安全防护袋安装框，安全防护袋安装框为双密封槽结构。

本发明扫描采样头、滑块、丝杠设置于高效空气过滤单元箱体内部，蜗轮、蜗杆、电机、行程开关设置于高效空气过滤单元箱体外部，蜗杆上端通过联轴器与电机相连接，下端通过密封件与丝杠连接，丝杠与扫描滑块螺旋连接，扫描采样头固定于滑块上，通过防静电采样管和下游采样口相连。所述扫描采样头为管式结构，长度与被测高效过滤器长度相当，采样口位于采样管上，并与采样管等长，形状为狭缝型。包括由消毒剂进口、消毒剂出口和消毒密闭阀门组成的消毒装置，消毒剂进口和出口通过不锈钢管件与消毒密闭阀门连接，消毒剂的进、出口分别位于过滤器上游段和过滤器下游段。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明严格按照箱体气密性、过滤器现场检漏、原位消毒、气溶胶一致性要求等相关标准和规范进行设计和制造。整体结构包括检测气溶胶发生段、混合段、上游采样段、高效过滤器压紧装置、扫描检漏装置等部分。箱体全部采用不锈钢焊接制作，满足箱体气密性的要求；箱体两端设置密闭阀门，混合段设置有混合挡板，箱体顶部设置用于监测高效过滤器阻力的监测装置，箱体侧面设有检测气溶胶发生口、采样口、消毒剂进出口、电源接口，满足实现过滤器现场扫描检漏、原位消毒的功能。

2.本发明高效过滤器下游扫描段采用线扫描机构完成。该线扫描检漏装置，由扫描采样头、滑块、丝杠、蜗轮蜗杆、电机、行程开关、固定支架等部分组成，扫描采样头为“线扫描”采样探头，为管式结构，长度与被测高效过滤器长度相当，采样口位于采样管上，并与采样管等长，形状为狭缝型。滑块安装在扫描采样头上，扫描采样头、滑块、丝杠安装在箱体内部，蜗轮蜗杆、电机、行程开关固定于箱体外壳上，保证了扫描机构不受高效空气过滤单元原位消毒的影响。该线扫描装置可以实现对过滤器漏点的定位。

3.本发明提供了一种满足生物安全要求的高效过滤器阻力监测装置。该装置既满足正常压力采集需要，又可以防止有害气溶胶污染压力表，同时也可满足气密和气体消毒的要求。

4.本发明提供一种安全、方便的过滤器更换方式。高效过滤器的更换利用箱体侧端的密封门，高效过滤器的更换方式为袋进袋出方式，保证了使用过后的高效过滤器在更换时不与外界接触，提高了生物安全性能。

5.本发明提供一种操作方便的过滤器压紧方式。压紧方式为偏心压紧方式，安装边框安装在偏心压紧机构上，通过旋转偏心压紧机构可方便地将过滤器压紧。

6.本发明提供了一套检测气溶胶的发生、混匀、上游采样和下游采样装置。该装置可以满足过滤器扫描检漏需要的检测气溶胶发生、采样等要求。

7.本发明提供了一套高效空气过滤单元原位消毒装置，该装置可以实现对过滤器的原位消毒。

附图说明

图1是本发明箱体结构示意图；

图2是本发明箱体侧视图；

图3是本发明箱体俯视图；

图4是本发明箱体内部安装图；

图5是本发明扫描装置结构示意图；

图6是本发明过滤器压紧机构结构示意图；

图7是本发明过滤器安装边框结构示意图；

图8是本发明安全防护袋安装结构示意图；

图9是本发明过滤器阻力监测装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明由端部密闭阀门1、检测气溶胶发生段2、混合段3、上游采样段4、过滤器安装段5、扫描检漏段6、密闭门7、顶部密闭阀门8等部分组成。运行过程中，密闭阀门1、8处于打开状态；消毒过程中，密闭阀门1、8及密闭门7处于关闭状态，避免消毒剂外溢。

如图2，3，4所示，检测气溶胶发生段2连接密闭阀门1和混合段3，检测气溶胶发生段设置发尘口9，发尘口外接快插接口24。混合段3由混合变径管10和混流板12组成，混流板12通过螺栓固定于管内上，其位置可以调节，以满足上游气溶胶混合的要求。混合变径管10中部一侧安装消毒进口11，消毒进口安装消毒密闭阀25。上游采样段4安装采样口13，采样口13外接快插接口28，采样管29位于采样段中部，采样口与气流方向一致。该代表性采样点的采样气溶胶浓度，可以满足相关标准中关于上游气溶胶空间和时间一致性的要求。过滤器安装段箱体5包括高效过滤器安装边框14、压紧边框16、密闭门7。密闭门7门外部为60mm厚内折边，折边端部嵌套密封胶条，该密封胶条耐酸碱、防腐蚀、弹性良好；压紧边框14采用满焊的方式与侧壁连接，高效过滤器15从侧门推进。扫描检漏段箱体安装下游采样口17、消毒剂出口18，下游采样口17内部通过防静电管31连接扫描采样头32，外部安装截止阀与快速接头30，用于连接现场扫描仪器(激光粒子计数器或光度计)，扫描采样头32中间安装滑块33，滑块中间穿过丝杠34。密闭门对应位置焊接有4个螺母，通过与4个螺栓和密封胶条的共同作用，门与箱体外框压紧，保证整体箱体的气密性要求。箱体上端安装有仪表面板，面板上安装有压力表19、电源接口20、压紧边框密封检漏接口21，检漏接口21通过不锈钢管与压紧边框密封槽连接，压力表的两个采样口分别位于过滤器上、下游的箱体顶端，电源接口20为扫描检漏装置电源线与外界控制装置的接口。箱体顶端安装有扫描检漏装置22和电机23。

如图4所示，扫描检漏装置包括扫描采样头32、电机23、丝杠34、行程开关35、蜗轮36、蜗杆37等部件组成。扫描采样头32采用不锈钢管焊接制作。电机23和蜗轮36、蜗杆37固定在箱体外面，电机和蜗杆连接，蜗杆通过联轴器与箱体内部的丝杠连接，丝杠底端安装固定底座38，联轴器穿过箱体并通过密封件39进行密封，蜗轮36连接开关触片40，开关触片可触碰行程开关35对扫描采样头行程进行控制。扫描采样头的采样口呈线状，其长度与过滤器检测宽度相当，可实现对高效过滤器15(包括安装边框在内)的整体扫描，通过专门采样软件，实现对漏点的监测和位置的确定。现场检漏流程：当高效过滤器15需要检测时，连接气溶胶发生器，连接用于上下游采样的粒子计数器或光度计(上、下游也可采用一台粒子计数器)，依次打开气溶胶注入口密闭阀、气溶胶发生器，向高效空气过滤单元中发生气溶胶，打开上下游采样口处密闭阀，打开粒子计数器或光度计进行采样，根据上下游的颗粒物个数或浓度百分比，计算高效过滤器的过滤效率。现场检测结束后，关闭气溶胶入口、上下游采样口的密闭阀门，恢复正常状态。

如图5所示，高效过滤器压紧机构由安装边框14、压紧边框16、偏心滑块41、压紧手柄42等组成，偏心滑块41与压紧手柄42固定连接，偏心滑块41与安装边框14相邻；压紧边框16固定于箱体，高效过滤器设置于安装边框16内，通过转动压紧手柄使安装边框14将过滤器15的密封垫压紧在安装边框上，以保证高效过滤器15安装无泄漏。

如图6和图7所示，高效过滤器压紧边框与过滤器接触面上设置密封槽43，背面焊接密封槽接口44，密封槽接口与密封槽相通，密封槽接口与箱体外侧检漏接口21相连。

如图8所示，箱体密闭门7的门框上安装有安全防护袋45的安装框46，安装框上设置有双密封槽47，用于放置安全防护袋固定胶条。

如图9所示，高效过滤器15的前后段箱体上安装第一和第二压力采样口48、49，通过压差表19来监测高效过滤器15两端的压力，从而监测高效过滤器15的阻力。为防止污染气溶胶通过压力采样孔48、49流出，压力采样孔与压力表连接管路采用不锈钢管路，压力表两端分别连接第一截止阀54和第二截止阀55；第一生物膜过滤器50一端连接第一截止阀54，另一端连接与第一压力采样口48相连的第三截止阀53，第二生物膜过滤器51一端连接第二截止阀55，另一端连接与第二压力采样口49相连的第四截止阀52，生物膜过滤器与压力表之间设置旁路，旁路上设置第五截止阀56。系统正常运行状态下，压力管路上的各截止阀52、53、54、55开启，当箱体气密性检测、过滤器原位消毒下，关闭第一和第二截止阀54、55，打开截止阀56。

过滤器安装和更换流程：第一次安装使用时，将高效过滤器放入箱体内部，转动偏心压紧手柄将过滤器压紧，将安全防护袋套在箱体侧门边框上，用弹性密封圈将安全防护袋压紧在边框上，弹性密封圈卡在密封槽内，然后将密闭门安装到箱体上。当需要更换高效过滤器时，转动偏心压紧手柄松开压紧边框，将过滤器退到安全防护袋底端，然后收紧安全防护袋，用两个扎紧圈隔一定距离将收紧后的安全防护袋扎紧，用剪刀从两个扎紧圈中间将安全防护袋剪断，将装有过滤器的安全防护袋取下，剩余的安全防护袋需要继续留在箱体上。将新过滤器首先放到一个新的安全防护袋内，然后将安全防护袋安装在箱体边框上，用弹性密封圈将安全防护袋套在边框上另一个密封槽内，此时将剩余在箱体上的部分安全防护袋从边框上取下放到新安全防护袋末端，将高效过滤器推进箱体内，压紧边框。将装有前一个安全防护袋剩余部分的新安全防护袋一端收紧，用两个扎紧圈隔一定距离将收紧后的安全防护袋扎紧，用剪刀从两个扎紧圈中间将安全防护袋剪断，取下剪掉的安全防护袋，然后安装密闭门。

过滤器原位消毒流程：高效过滤单元需要消毒时，关闭单元两端的密闭阀门，关闭气溶胶发生口、上游采样口、下游采样口、压力表两端截止阀，打开压力表旁通阀，连接消毒剂发生器、循环风机，打开消毒剂阀门，开启循环风机进行消毒，待满足消毒要求后，依次关闭消毒剂发生器、循环风机、消毒剂阀门，打开单元两端的密闭阀门，打开系统送/排风机，开始消毒吹扫，一定时间后吹扫结束，原位消毒完成。

Claims (9)

1.一种高效空气过滤单元，其特征是，箱体包括依次设置的端部密闭阀门、检测气溶胶发生段、混合段、上游采样段、高效过滤器安装段和扫描检漏段，箱体顶部设置过滤器阻力监测装置和顶部密闭阀门；

所述检测气溶胶发生段两端连接端部密闭阀门和混合段，混合段一侧设置消毒装置；所述上游采样段箱体外壁安装采样口，采样口外接快插接口，上游采样段箱体内设置采样管；

所述过滤器安装段箱体侧端设置高效过滤器安装口，高效过滤器通过压紧机构固定于高效空气过滤单元内，高效过滤器外侧设置密闭门。

所述扫描检漏段箱体外壁安装下游采样口和消毒剂出口，下游采样口内部连接扫描采样头，下游采样口外部安装截止阀与快插接头；

所述扫描检漏段箱体设置扫描检漏装置，扫描检漏装置包括扫描采样头、电机、丝杠、行程开关、蜗轮和蜗杆，电机、蜗轮和蜗杆固定在箱体顶部外，蜗杆与箱体内部的丝杠连接，行程开关对扫描采样头行程进行控制；

所述过滤器阻力监测装置，包括压力采样口、至少两个截止阀、两个生物膜过滤器、压力表、旁路、不锈钢管路；压力表两端分别连接第一和第二截止阀；第一生物膜过滤器一端连接第一截止阀，另一端连接与第一压力采样口相连的第三截止阀，第二生物膜过滤器一端连接第二截止阀，另一端连接与第二压力采样口相连的第四截止阀，生物膜过滤器与压力表之间设置旁路，旁路上设置第五截止阀。

2.根据权利要求1所述的高效空气过滤单元，其特征是，所述检测气溶胶发生段设置发尘口，发尘口外接截止阀和快插接口。

3.根据权利要求1所述的高效空气过滤单元，其特征是，所述混合段由混合变径和混流板组成，混流板固定于混合变径内；消毒装置由安装消毒密闭阀的消毒进口组成，混合变径一侧安装消毒进口。

4.根据权利要求1所述的高效空气过滤单元，其特征在于，高效过滤器压紧机构为偏心压紧机构，高效过滤器出风面为压紧面。

5.根据权利要求4所述的高效空气过滤单元，其特征在于，箱体内的压紧面边框上设置有压紧检漏槽。

6.根据权利要求1所述高效空气过滤单元，其特征在于，高效过滤器安装口设置安全防护袋安装框，安全防护袋安装框为双密封槽结构。

7.根据权利要求1所述高效空气过滤单元，其特征在于，扫描采样头、滑块、丝杠设置于高效空气过滤单元箱体内部，蜗轮、蜗杆、电机、行程开关设置于高效空气过滤单元箱体外部，蜗杆上端通过联轴器与电机相连接，下端通过密封件与丝杠连接，丝杠与扫描滑块螺旋连接，扫描采样头固定于滑块上，通过防静电采样管和下游采样口相连。

8.根据权利要求1所述的高效空气过滤单元，其特征在于，所述扫描采样头为管式结构，长度与被测高效过滤器长度相当，采样口位于采样管上，并与采样管等长，形状为狭缝型。

9.根据权利要求1所述的高效空气过滤单元，其特征在于，包括由消毒剂进口、消毒剂出口和消毒密闭阀门组成的消毒装置，消毒剂进口和出口通过不锈钢管件与消毒密闭阀门连接，消毒剂的进、出口分别位于过滤器上游段和过滤器下游段。

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