CN105709522B - 空气过滤设备 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于去除空气中的污染物的空气过滤设备，其包括：气流产生装置(22)，配置为产生和引导从空气进口(4)至空气出口(5)的至少一种气流(F)；过滤装置(15,16)，放置于空气进口和空气出口之间并包括至少一种用于去除气流中污染物的过滤层(15)；加热装置(8)，放置于过滤装置上游，并适用于加热导向过滤装置的气流；喷出装置(9)，其放置于过滤装置的上游，并适用于将汽化的、气态的或液态的灭菌剂注入到导向所述过滤装置的气流中；以及导管(25)，其放置于空气进口和过滤装置之间，并适用于将气流供给过滤装置；其中，导管包括至少一种螺旋状出口部分(26)，其用于将气流传输给过滤装置；喷出装置被安排在导管中。

Description

空气过滤设备
技术领域
本发明涉及一种空气过滤设备，其用于去除进入干净/无菌环境的气流中的污染物，比如去除进入无菌工作环境的气流中的污染物。
背景技术
过滤设备通常用于清洁空气中的宏观污染物和微观污染物，比如灰尘、微生物以及病毒。气流以一定的方式被引导通过过滤设备，使得过滤设备拦住了不想要的污染物，而含有减少的量的污染物或者没有任何污染物的无菌空气从过滤设备流出，并进入清洁/消毒/无菌的工作环境或者需要无菌空气的洁净室。
用于供应无菌空气进入无菌工作环境的过滤设备通常用于医疗设施或汽车、电子、制药以及生物技术行业或者甚至食品包装行业。这只是其中一些例子。
过滤设备存在于各种方案中，进行新的研发以便提高过滤设备自身的质量，并且相应地，提高从过滤设备中流出的空气的质量和无菌度。
已知的过滤设备包括一种单个的高效微粒空气(HEPA)过滤层或者一种单个的超低微粒空气(ULPA)过滤层。这些方案通常用于最严格的应用，包括比如在食品包装行业中的应用，尤其是用于允许的无菌生产条件，其中需要无菌工作环境来提高包装产品的保质期稳定性以及消费者安全。
最近，已经研发出包括至少两种过滤层的过滤设备来提高过滤效率并保证甚至在一种过滤层被破坏的情况下，进入洁净/无菌工作环境的空气也是无菌的。这是当前FDA规定的用于食品行业中无菌工作环境的要求之一。
人们有时认为过滤设备自身需要被灭菌从而去除污染，比如被过滤层从空气过滤出来并留在这些过滤层中的微生物、病毒和孢子，以便重建过滤设备所需的特性和它们相应的过滤效率。因此，过滤设备的设计需要考虑到充足和有效的灭菌装置和方法。
在欧洲专利EP2049227中描述了已知的包括各自灭菌装置的空气过滤设备的例子。这个过滤设备包括鼓风机，鼓风机被配置为将通过整合的加热装置加热的气流引导通过两个过滤层；过滤设备进一步包括灭菌层，灭菌层被放置于两个过滤层之间，在灭菌层中可以注入液态或汽化的过氧化氢(H2O2)从而给过滤设备灭菌。还在空气进口处提供了预过滤器从而过滤掉进入所述设备的气流中的大的污染物。在过滤设备的灭菌期间，用通过灭菌层注入的液态或汽化的过氧化氢渗透两个过滤层，以及启用加热装置和鼓风机。因此通过两个过滤层产生气流。
加热装置加热气流至高于过氧化氢活化温度的温度，以便过氧化氢降解并在污染物如微生物、病毒和孢子上反应。最后，一旦降解，鼓风机和加热装置停用，因此在污染物上过氧化氢的反应启动。在结束灭菌反应后，可以通过再次启用鼓风机和加热装置，干燥过滤层。最终，可以启用鼓风机从而去除过滤设备上的降解产物。
在美国专利US2009/169421中描述了已知的空气过滤设备的另一个实施例，尤其是用于提供洁净/无菌空气至食品包装工厂的工作环境的空气过滤设备。
这种过滤设备包括：
-鼓风机，其被配置为产生气流，并将气流从空气进口导向至空气出口；
-预过滤器，其被安排在空气进口，以用于从进入过滤设备的气流中过滤掉宏观的污染物，比如较大直径的灰尘；
-两个互相垂直定向的过滤层，来自预过滤器的气流在进入洁净/无菌工作环境前通过所述过滤层；
-加热器，其被安排在鼓风机和两个过滤层之间，适用于调节气流的温度和湿度；以及
-化学气体试剂喷射装置，其被配置为喷射气态的过氧化氢至两个过滤器上游和加热器下游的气流中。
在美国专利US2009/169421描述的实施方式中，气流穿过的第一过滤层包括HEPA过滤器，同时其他过滤层包括ULPA过滤器。
美国专利US2009/169421中显示的过滤设备的操作与参照欧洲专利EP2049227的过滤设备描述的操作相类似。甚至在这个例子中，在灭菌期间，过氧化氢通过化学气体试剂喷射装置被供给至气流中，同时被加热至给定温度。
上面描述的类型的空气过滤设备被广泛应用，并且能满足提供洁净/灭菌的空气至洁净/灭菌的工作环境。但是在本行业中，仍然有进一步改进的需求，特别是关于改进过滤器性能以及已知的空气过滤设备的灭菌效率和可靠性的持续需求。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种空气过滤设备，其可以满足上述需求，特别是与已知的过滤设备相关的需求。
根据本发明，提供了权利要求1所述的空气过滤设备。
附图说明
本发明优选的非限制性的实施方式将通过实施例以及附图详细描述，其中：
图1显示了本发明的空气过滤设备的透视图，为了清晰起见，删除了一些部分；
图2显示了图1的详细的从不同的方向得到的大型透视图，为了清晰起见，删除了一些部分；以及
图3显示了图1的另一个详细的从与图2相同的方向得到的大型透视图，为了清晰起见，删除了一些部分。
具体实施方式
图1的数字1表示用于清洁空气的空气过滤设备整体，即从空气中除去污染物的空气过滤设备整体。设备1适用于放在未经处理的环境2和洁净/无菌环境3之间的边界上，从而将灭菌空气导向洁净/无菌环境3中。
尤其是，设备1适用于产生和引导从各自的空气进口4到空气出口5的气流F，空气进口4与未经处理的环境2相连，空气出口5与洁净/无菌环境3相连。
在显示的实施例中，设备1适用于产生两种不同的气流F，每种被从各自的空气进口4导向至相同的空气出口5。
根据图1至图3，设备1包括：
-过滤组件6，其被安排在一侧的空气进口4和相反一侧的空气出口5之间；
-两个气流产生装置7，其优选地被放置在过滤组件6的上游，并适用于产生从各自的空气进口4至空气出口5的气流F；
-加热装置8，其用于在气流F经过过滤组件6之前加热气流F；以及
-喷出装置9，其适用于将汽化的、气态的或液态的灭菌剂尤其是过氧化氢注入至被导向过滤组件6的气流F中。
根据图1，过滤组件6包括盒状结构10，其优选具有平行六面体配置；盒状结构10在一端被空气出口5限定，在相反的一端，被支撑气流产生装置7的壁11限定。如图1所示，空气出口5被放置在盒状结构10的底部，并被网格12覆盖(在图1中仅显示部分)，其用于保护过滤设备1不受侵蚀化学灭菌处理的影响的目的，同时壁11被放置在相同结构的顶部。
过滤组件6包括：
-第一过滤层15，其被放置在气流产生装置7和空气出口5之间，因此在一侧的空气进口4和相反一侧的空气出口5之间；
-第二过滤层16，其平行于过滤层15延伸，并被放置在过滤层15和空气出口5之间；以及
-中空间隔件17，其将过滤层15和16分开从而在其间产生空气间隙。
过滤层15和16两者都是板状并且与壁11平行地延伸。
应指出产生的中空间隔件17可能比图1中显示的薄，或者通过将过滤层15和16直接互相接触而消除了中空间隔件17。在这种方式下，过滤组件6可以在与过滤层15和16相垂直的方向上被制造得更紧凑。
过滤组件6还包括两个板状中空体18和19，一个中空体(18)在壁11和过滤层15之间形成，另一个中空体(19)相对于气流F位于过滤层16的下游，并限定了空气出口5。
中空体18限定了室20，室20优选为平行六面体配置，开口朝向过滤层15，并被壁11和多个侧壁21(在所显示的实施例中为4个)限定，侧壁21从壁11自身的各自侧面垂直地凸出；中空体18在末端壁11和过滤层15之间形成空气间隙，并被配置为从空气流产生装置7中接收气流F。
中空体19在过滤层16和空气出口5之间产生另一空气间隙。根据未显示的可能的另一方式，中空体19可以被去除从而过滤组件6可以在与过滤层15和16相垂直的方向上被制造得更紧凑。
根据图1至图3，每个气流产生装置7包括鼓风机22，鼓风机22适于从未经处理的环境2中抽吸空气通过相应的空气进口4，并将空气吹至鼓风机出口23，鼓风机出口23进而与过滤组件6的室20相连；因此，鼓风机22被配置为产生相应的被导向穿过过滤组件6的气流F，并通过空气出口5到达洁净/灭菌环境3。
适当地，预过滤器24被安装在每个空气进口4和相应的鼓风机22之间以便从进入鼓风机22自身的空气中除去宏观的污染物。
如图1所示，空气进口4存在于与过滤层15和16以及空气出口5存在的平面垂直的平行的平面上。鼓风机23存在于与空气出口5之一平行的平面上。在显示的实施例中，空气进口4是垂直方向的，同时空气出口5和鼓风机出口23是水平延伸的。
在根据附图描述的优选的实施方式中，空气进口4、空气出口5和鼓风机出口23都具有矩形轮廓。
每个鼓风机22通过相应导管25与过滤组件6相连。在这种方式下，每个导管25顶上都设置了各自的鼓风机22。
根据图1至图3，加热装置8和喷出装置9有利地被安排在每个导管25内，并且这个导管25包括至少一种出口部分26，出口部分26具有螺旋状配置从而提高相应的气流F和通过喷出装置9注入导管25自身的灭菌剂之间的混合。
用于每个导管25的螺旋状出口部分26也允许将热量非常均匀地分布至相应的通向过滤组件6的气流F和/或空气和灭菌剂的混合物中。
根据未显示的可能的另一方式，加热装置8也可以被安排在相对于相应气流F的相应导管25的上游，比如它们可以被整合进入鼓风机22中。
根据未显示的可能的另一方式，每个导管25也可以完全被配置成螺旋状。
在阐述的实施例中，每个导管25具有进口部分27，进口部分27将相应的鼓风机出口23与过滤组件的壁11上形成的相应的开口28相连；每个导管25的进口部分27具有从相应的鼓风机出口23到相应的开口28的逐渐增大部分；另外，每个开口部分27优选具有截头棱锥形状，并且被四个侧壁30限定，每个基本上具有等腰梯形轮廓。
每个导管25的螺旋状出口部分26在室20中延伸，并限定了位于横向(transversal)于过滤层15和16的平面上的主要出口开口31。
更具体的是，每个导管25的主要出口开口31位于相对于过滤层15倾斜的平面上，并且该平面与过滤层15限定了锐角；在这种方式下，从每个导管25的主要出口开口31排出的气流F相对于过滤层15具有小于90°的倾角，并且包括相对于过滤层15自身的切向分量。
导管25的出口部分26被安排在中空体18的室20内部，在室20的相对的拐角或侧壁处；更具体的是，导管25的出口部分26被安装在中空体18的对角上的相对的各自拐角的邻近处。
每个导管25的出口部分26被曲壁32和两个平行侧壁33限定，曲壁32具有弧形侧面轮廓，并面对中空体18的侧壁21中之一，而两个平行侧壁33在曲壁32的相对侧延伸；侧壁33和曲壁32在相应进口部分27的各自侧壁30的延长部分延伸。
在显示的实施例中，导管25的曲壁32面对中空体18的相对的侧壁21。
每个导管25的主要出口开口31被壁11和相应曲壁32和侧壁33的头部边沿所限定。
为了增强室20中空气的湍流性(turbulence)从而在更好地加热和混合空气和灭菌剂后才将得到的混合物供给过滤层15和16，导管25的主要出口开口31面对中间平面P的各自交叉部分，中间平面P在导管25自身之间延伸并与壁11和过滤层15和16垂直。
导管25的主要出口开口31位于彼此偏离的朝向过滤层15和16的各自倾斜的平面上。
根据图1和图2，每个导管25的出口部分26进一步包括在相应曲壁32上形成并位于与相应主要出口开口31相反的辅助出口开口35。辅助出口开口35允许部分相应的气流F到达过滤层15和16的拐角区域。
在显示的实施例中，每个辅助出口开口35呈现出比相应的主要出口开口31小的尺寸。
根据图2和图3，加热装置8包括用于每个气流F的蛇形的加热元件36，加热元件36在相应导管25的进口部分27中从其侧壁30横向凸出，加热元件36适用于将来自于相应鼓风机22中的空气在其到达过滤层15和16之前加热。
尤其是，加热元件36包括电阻(本身已知，未显示)，并向相应导管25的出口部分26倾斜，因此向过滤层15和16倾斜。
相应导管25内部的加热元件36的这种布置的目的是为了实现对相应气流F的均匀加热。
根据图2和图3，喷出装置9包括用于每个气流F的喷出管道38，喷出管道38在相应导管25的进口部分27中从其侧壁30横向凸出，并提供至少一种径向出口孔39，出口孔39具有横截于相应气流F的轴。在显示的实施例中，每个喷出管道38提供了两个系列的截然相反的径向出口孔39。
尤其是，喷出管道38向相应导管25的出口部分26倾斜，因此向过滤层15和16倾斜。
另外，喷出管道38与加热元件36从相同的相应的进口27的侧壁30处延伸。
如图2和图3所示，每个喷出管道38的出口孔39优选位于相同的平面，该平面横向于相应的气流F延伸，并与壁11限定了锐角，因此与平行于该壁11的过滤层15和16也限定了锐角。
在相应的导管25中的每个喷出管道38的特定布置的目的是增强从出口空39出来的灭菌剂和相应的气流F的混合。
通过未显示的且本身已知的灭菌剂容器，向喷出管道38提供汽化的、气态的或液态的灭菌剂。
每个加热元件36和相应的喷出管道38被放置于相对于相应气流F的相应鼓风机出口23的下游和过滤层15和16的上游。
此外，每个加热元件36和相应的喷出管道38被安排成彼此相邻。尤其是，每个喷出管道38被放置在相对于相应气流F的相对应的加热元件36的下游。
根据图3，每个导管25内部也提供了导流板元件40，导流板元件40横向于相应气流F延伸，并且适用于扰乱气流F从而产生空气的湍流运动。
尤其是，每个导流板元件40被安排在相应的加热元件36的上游以及相应鼓风机出口23的紧邻的下游。
每个导流板元件40从相应的导管25的进口部分27的一个侧壁31凸出。
在使用时，在正常工作操作期间，鼓风机22从未经处理的环境2中抽吸空气，并产生相应的导向洁净/无菌环境3的气流F。预过滤器24从导向鼓风机22内部的空气中过滤出大体积的污染物。
空气在鼓风机22的各自鼓风机出口23排出，并沿着相应导管25前进。气流F通过相应导管25的螺旋状出口部分26进入中空体18的相应的室20。
导管25的螺旋状出口部分26的使用和在室20的相对的侧面的这种出口部分26的具有面对的以及交叉的主要出口开口31的特定布置在室20内产生空气的湍流。实际上，从主要出口开口31中的一个排出的空气与从另一个主要出口开口31排出的气体的流动相反，从而增强了气流F的湍流性和混合。然后空气因此通过过滤层15和16。
在通过这些过滤层15和16期间，没有被预过滤器24过滤出来的污染物从流向空气出口5的空气中去除。因此，洁净/无菌空气从过滤设备1中排出并进入洁净/无菌环境3。
在灭菌循环中，当设备1需要被灭菌时，设备1的功能基本上与上述的相同。除了鼓风机22的启用外，相应的加热元件36和相应的喷出管道38也要被启用。尤其是，每个加热元件36加热相应的气流，当每个喷出管道38从灭菌剂容器中接收汽化的、气态的或液态的灭菌剂，并将灭菌剂通过出口孔39注入到流过相应导管25的加热的空气中。
尤其是，灭菌剂被横向于相应的气流F注入到导管25中；这与通过螺旋状出口部分26流入室20中的空气的湍流一起导致灭菌剂和加热空气的很充分的混合。
空气和灭菌剂的混合物从每个导管25中排出，经过相对的主要出口开口31、辅助出口开口35，因此到达过滤层15和16的任何拐角。
因此，总体上，被引导穿过过滤层15和16的气流F包含期望量的灭菌剂，通过加热元件36调节该气流中空气的适当温度来活化灭菌剂。活化的灭菌剂失活和降解污染物，留下水和被降解的产物。
在灭菌循环结束时，喷出管道38停用。加热元件36进一步维持在启用条件下，直至过滤层15和16变干燥。
最终，鼓风机22被活化从而将降解产物吹出设备1；可选地，鼓风机22可以被启用以在抽吸模式下工作，以便通过抽吸从过滤层15和16中去除被降解的产物。
根据上面的描述，本发明的空气过滤设备1的优势是显而易见的。
尤其是，根据以前描述和讨论的已知方案，空气过滤设备1提供了气流中改进的灭菌剂的混合效果和行为，原因如下：
-使用了螺旋状出口部分26，其增强了空气和灭菌剂形成的混合物的湍流性；
-将灭菌剂横向地注入到气流中；
-安排两个导管25的主要出口开口31位于横向于过滤层15和16的各自平面上；
-安排两个导管25的螺旋状出口部分26位于室20的间隔开的位置，它们的主要出口开口31面对其间的中间平面P，以便进一步增强空气的湍流性；以及
-使用导流板元件40从而在导管25进口处扰乱各自气流F，因此增强向过滤层15和16移动的空气的湍流性。
另外，具有导管25的出口部分26在各自的主要出口开口31的相对的位置提供辅助的出口开口35，使得空气和灭菌剂的混合物能到达过滤组件6的盒状结构10的角落。
空气和灭菌剂之间提高的混合效果导致灭菌剂在过滤组件6的任何部分的更加均匀的分布，尤其是在过滤层15和16的任何部分中。
另外，空气和灭菌剂之间的改进的混合效果使得用于获得过滤设备1的理想的灭菌效果所需的时间缩短。
显然，可以在不偏离权利要求的保护范围的情况下对上述的空气过滤设备1进行修改。
尤其是，过滤组件6包括一种单个过滤层或多于两种的过滤层。
此外，每个预过滤24可以放置在各自鼓风机22和各自导管25之间。
此外，空气过滤设备1可以包括一种单个鼓风机22，鼓风机22通过两个导管25与过滤组件6相连，因此产生沿着这样的导管25的两种气流F。
最终，空气过滤设备1可以通过包括一种单个加热元件36得到实现，该加热元件36适用于加热两种气流F。

Claims (12)

1.一种用于去除空气中的污染物的空气过滤设备(1)，其包括：
-气流产生装置，其配置为产生和引导从空气进口(4)至空气出口(5)的至少一种气流(F)；
-过滤装置，其放置于所述空气进口(4)和所述空气出口(5)之间，并包括至少一种用于去除所述气流(F)中的污染物的过滤层(15)；
-加热装置(8)，其放置于所述过滤装置的上游，并适用于加热被导向所述过滤装置的所述气流(F)；
-喷出装置(9)，其放置于所述过滤装置的上游，并适用于将汽化的、气态的或液态的灭菌剂注入到被导向所述过滤装置的所述气流(F)中；以及
-导管(25)，其放置于所述空气进口(4)和所述过滤装置之间，并适用于将所述气流(F)供给所述过滤装置；
其特征在于，所述导管(25)包括至少一种螺旋状出口部分(26)，所述螺旋状出口部分(26)用于将所述气流(F)传输给所述过滤装置；并且所述喷出装置(9)被安排在所述导管(25)中，
其中所述喷出装置(9)被配置为将所述灭菌剂横向注入到所述气流(F)中，
其中所述导管(25)的所述螺旋状出口部分(26)通向限定室(20)的中空体(18)，所述室(20)与所述过滤层(15)相邻且相对于气流(F)位于所述过滤层(15)的上游；
其中所述螺旋状出口部分(26)限定主要的出口开口(31)，所述出口开口(31)位于横向于所述过滤层的平面上；
其中所述导管(25)的所述螺旋状出口部分(26)进一步包括辅助的出口开口(35)，所述辅助的出口开口(35)被安排在所述室(20)内，并与所述主要的出口开口(31)相对，
其中空气进口(4)包括两个空气进口(4)，并且所述导管(25)包括两个所述导管(25)，所述两个所述导管(25)被放置于各自相应的空气进口(4)和所述过滤装置之间，并适用于将两个气流(F)供给所述过滤装置；并且
其中所述导管(25)的所述螺旋状出口部分(26)被安排在所述室(20)内，位于所述室(20)的相对的侧面，并且在所述中空体(18)的对角上的相对的各自拐角的邻近处。
2.根据权利要求1所述的空气过滤设备，其中所述气流产生装置包括具有鼓风机出口(23)的鼓风机(22)，其中所述过滤装置具有设有开口(28)的壁(11)，并且其中所述导管(25)具有将所述鼓风机出口(23)连接到所述开口(28)的进口部分(27)，所述进口部分具有从所述鼓风机出口(23)到所述开口(28)的增加的横截面。
3.根据权利要求1或2所述的空气过滤设备，其中所述喷出装置(9)包括喷出管道(38)，所述喷出管道(38)在所述导管(25)内从其侧壁(30)处横向凸出。
4.根据权利要求3所述的空气过滤设备，其中所述喷出管道(38)向所述过滤装置倾斜。
5.根据权利要求3所述的空气过滤设备，其中所述喷出管道(38)包括至少一种径向出口孔(39)，所述径向出口孔(39)具有横向于气流(F)的轴。
6.根据权利要求4所述的空气过滤设备，其中所述喷出管道(38)包括至少一种径向出口孔(39)，所述径向出口孔(39)具有横向于气流(F)的轴。
7.根据权利要求1或2所述的空气过滤设备，其中所述加热装置(8)和喷出装置(9)是彼此相邻的。
8.根据权利要求1所述的空气过滤设备，其中上面设置有所述主要的出口开口(31)的所述平面相对于所述过滤层(15)倾斜，并且所述平面与过滤层(15)自身限定锐角。
9.根据权利要求1中所述的空气过滤设备，其中所述导管(25)的所述螺旋状出口部分(26)的所述主要的出口开口(31)比所述辅助的出口开口(35)大。
10.根据权利要求1或2所述的空气过滤设备，其中所述设备进一步包括导流板元件(40)，所述导流板元件(40)被安排在所述导管(25)内，并横向于所述气流(F)延伸，以扰乱所述气流(F)。
11.根据权利要求10所述的空气过滤设备，其中所述导流板元件(40)被安排在所述加热装置(8)和所述喷出装置(9)的上游。
12.根据权利要求1所述的空气过滤设备，其中所述导管(25)的所述主要的出口开口(31)面对中间平面(P)的各自交叉部分，所述中间平面在所述导管(25)自身之间延伸并与所述过滤层(15)垂直。
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