CN106622404B - 带有过滤器安装机构的实验室工作柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于实验室工作柜特别是生物安全柜的改进的过滤器安装机构，其能够简单且快速地移除和更换在工作腔室和过滤腔室之间支撑在柜壳体中的过滤器。过滤器安装机构包括在工作腔室和过滤腔室之间的固定过滤器支撑表面，以及过滤器夹紧表面，该过滤器夹紧表面能够在夹紧位置和安装位置之间朝向所述过滤器支撑表面和远离所述过滤器支撑表面移动，所述夹紧位置相对靠近所述过滤器支撑表面，用于将所述过滤器保持在操作配置中；所述安装位置相对远离所述过滤器支撑表面，用于允许所述过滤器在所述过滤器支撑表面和所述过滤器夹紧表面之间插入和移除。可伸缩的连杆机构，例如剪式机构，连接到所述过滤器夹紧表面，用于选择性地致动所述过滤器夹紧表面在所述夹紧位置和所述安装位置之间的运动。

Description

带有过滤器安装机构的实验室工作柜

技术领域

本发明总体上涉及实验室工作柜，例如排气罩、通风柜和生物安全柜，更具体地，涉及用于在这种柜中安装、装配和移除污染物过滤器的装置。

背景技术

在从教育和研究机构到化学、医疗和制药方面的许多不同工业的实验室中通常使用各种形式的工作柜。这种柜可以包括例如通风橱、其他排气罩和生物安全柜。虽然这种柜在不同的结构和操作方面可能有所变化，但这种柜的共同目的和用途是为科学家和相关人员提供进入工作腔室的通道，以执行各种科学测试、反应、实验和类似操作，同时保护操作者和实验室周围环境免于暴露于潜在危险污染物中。

所有这种柜必须包括用于控制柜内的气流并用于从气流中过滤污染物的空气循环系统。接着，所有这种柜由于变得负载了积累的所过滤的材料，定期需要更换空气过滤器。在一些柜中，去除和更换携带污染物的过滤器会是耗时的过程，涉及在柜的正常操作中延长停机时间。在生物安全柜中，其提供生物危害防护装置，使得实验室人员能够利用生物有害物质执行各种程序，同时保护人员、工作产品和周围环境避免暴露于这些物质并受这些物质的污染，此问题普遍存在，因为这种柜通常包括需要定期更换的两个过滤器，一个用于在柜内过滤再循环的空气，另一个用于过滤从柜中排出的空气，并且因为每个过滤器必须以高度安全的密封安装，以防止通常被处理的危险的生物有害物质。

因此，虽然本发明实际上适用于在任何实验室工作柜中安装、装配、移除和更换过滤器，但是本发明特别适用于生物安全柜。例如，称为Ⅱ类、A2型柜的一类生物安全柜除了用于使用者的手在工作腔室内执行程序的前进入开口之外，基本上具有大体封闭的工作腔室。空气循环系统在工作腔室内保持连续循环的正空气流，其被控制为与前进入开口平行地层流运动，以防止内柜空气通过前进入开口向外逸出，从而保护用户和周围地区免受污染。空气循环系统利用风扇将空气从工作腔室连续地抽出到相邻的过滤腔室中，一部分空气通过第一高效微粒空气过滤器(通常称为HEPA过滤器)从该过滤腔室再循环到工作腔室中，而剩余的抽出的空气通过第二HEPA过滤器排出柜外。通常，在ⅡA2级柜中保持约70％的再循环空气与30％的排出空气的比率。排出的空气被首先从周围空间吸入到过滤腔室中的环境空气替换，之后通过第一过滤器进入工作腔室，从而防止工作腔室的室内空气污染，并且还保持沿着前进入开口的层流空气流的完整性。

重要的是，在这种生物安全柜中的每个过滤器的整个周边被牢固地密封，以防止再循环气流或排出的气流的任何部分绕过过滤器，从而使生物材料污染工作腔室或排出的空气。同样重要的是，以足够的频率更换这种生物安全柜中的过滤器，以保持循环空气的层流速度的均匀性，并使循环空气中的空气污染物最小化。因此，接着，期望当完成过滤器更换时使柜的操作的停机时间最小化，但是，使用安全的周边密封件精确地安装过滤器的必要性比此目的更为重要。因此，在工业上持续需要一种简单且快速、可靠的装置来移除和更换这种柜中的过滤器。

发明内容

本发明寻求通过提供用于在实验室工作柜中，特别是在生物安全柜中安装、装配和去除污染物过滤器的改进装置来满足工业的上述需要。

简而言之，本发明提供了一种新颖的过滤器安装机构，其可适用于基本上任何实验室工作柜，该实验室工作柜具有限定工作腔室和过滤腔室的壳体、过滤腔室和工作腔室之间的过滤器，该过滤器用于从在工作腔室和过滤腔室之间通过的空气去除污染物、以及空气循环系统，该空气循环系统用于引导在工作腔室和过滤腔室之间并且穿过过滤器的空气流。根据本发明，过滤器安装机构包括设置在工作腔室和过滤腔室之间的固定过滤器支撑表面，以及可朝向和远离过滤器支撑表面移动的过滤器夹紧表面。更具体地，过滤器夹紧表面可在夹紧位置和安装位置之间移动，该夹紧位置相对靠近过滤器支撑表面，以将过滤器保持在抵靠过滤器支撑表面的操作配置；该安装位置相对远离过滤器支撑表面，以允许在过滤器支撑表面和夹紧表面之间插入和移除过滤器。可伸缩连杆机构连接到过滤器夹紧表面，用于选择性地致动夹紧表面在夹紧位置和安装位置之间的运动。

在构想的实施例中，连杆机构是缩放(pantograph)连杆，例如剪式连杆，其可包括例如通过共用驱动杆连接的枢转剪式连杆，用于使剪式连杆彼此相对进行协调的伸展和收缩运动。

如上所述，本发明可以有利地体现在生物安全柜中，其中空气循环系统包括插入在工作腔室和过滤腔室之间的风扇，用于在负压下从工作腔室抽吸空气并在正压下将空气引导进入过滤腔室并从中通过过滤器再返回到工作腔室中，以在工作腔室和过滤腔室之间再循环空气。

在这样的实施例中，生物安全柜还可以包括在过滤腔室和壳体中的排气开口之间的第二过滤器，该排气开口用于将由风扇输送的一部分加压空气输送到壳体外部，并且可以为这种过滤器提供第二过滤器安装机构。

例如，可以邻近排气开口设置第二固定过滤器支撑表面，第二过滤器夹紧表面可以在第二夹紧位置和第二安装位置之间朝向和远离第二过滤器支撑表面，该第二夹紧表面相对靠近第二过滤器支撑表面，用于将该第二过滤器保持在抵靠第二过滤器支撑表面的操作配置；该第二安装位置相对远离所述第二过滤器支撑表面，用于允许所述第二过滤器在所述第二过滤器支撑件和夹紧表面之间插入和移除。第二可伸缩连杆机构连接到第二过滤器夹紧表面，用于选择性地致动第二夹紧表面在第二夹紧位置和第二安装位置之间的运动。

第二连杆机构还可以是剪式连杆或其他伸缩连杆，例如，还具有通过共用驱动杆连接的枢转剪式连杆，用于使剪式连杆相对于彼此进行协调的伸展和收缩运动。

过滤腔室可以由可相对于彼此移动的第一通风部分和第二通风部分限定，其中第一通风部分包括第一过滤器夹紧表面，第二通风部分包括第二过滤器夹紧表面。

将参照附图，根据构思的实施例中的显明内容描述本发明的附加特征和特点。

附图说明

图1是根据本发明构思的实施例的生物安全柜的部分分解和部分断开的透视图；

图2是沿着图1的线2-2截取的生物安全柜的垂直横截面图；

图3是沿着图1的线3-3截取的生物安全柜的另一垂直横截面图。

图4是图1的生物安全柜的空气再循环室的部分分解且部分断开的透视图，其描绘了每个过滤器安装机构处于将过滤器保持在其操作配置的夹紧状态；和

图5是类似于图4的部分分解和断开的透视图，其描绘了上过滤器安装机构处于其安装状态，用于拆卸和安装替换的过滤器。

具体实施方式

现在参考附图，并且首先参考图1，根据本发明的一个构想的实施例的生物安全柜总体上以10表示。安全柜10基本上包括支撑在支架台14上的壳体12，其可以包括用于柜结构的可移动性的一组脚轮(未示出)。壳体12是大体矩形结构，具有间隔开的端壁18、底壁20、后壁22、局部前壁24和顶壁26，共同限定了开放内部，该开放内部被水平中间壁28分隔成下工作腔室30和上空气再循环腔室32。壳体12可优选地由诸如不锈钢的金属板制成。

局部前壁24主要仅封闭空气再循环室32，留有使用户进入工作腔室30中的前开口。透明窗框34由前壁24支撑并从前壁24向下延伸，以除了在底壁20和窗框34的下边缘之间的狭窄的前进入开口36之外部分地包围工作腔室30，用户可以通过该窗框34手动地进入工作腔室30。窗框34的透明度允许用户视觉观察工作腔30内的情况。窗框34还可以根据需要收缩，以允许用户更多地进入工作腔室30。

在图1中，前壁24被示出为与柜10的其余部分呈分解关系以示出空气再循环室32，但是如图4和5所示，当访问再循环室32是必要或需要的时,前壁24优选地通过铰链安装到顶壁26,用于向上枢转。如图1所示,进一步参见图2-5，空气再循环室32的大部分由中空子壳体40占据，中空子壳体40在其用作空气过滤腔室42的开放内部内限定通风(plenum)部分。子壳体40由下通风部分40A和可滑动地伸入下通风部分的上通风部分40B共同形成。密封件41(图4)以密封接触的方式安装到下通风部分40A上，围绕上通风部分40B的整个伸缩表面。空气循环风扇38安装在再循环室32的一端内，风扇38的输出侧安装到子壳体40的下通风部分40A的一端，以在将在正压力下的吹出空气排放到空气过滤腔室42中。

子壳体40的下通风部分40A的最下面底侧是敞开的，并且主壳体12的中间壁28形成有用于在其间气流连通的相应开口。第一空气过滤器44以相对于相应开口完全覆盖的方式设置在下通风部分40A的底侧和中间主壳体壁28之间。类似地，子壳体40的上通风部分40B的最上面的侧面面向主壳体12的顶壁26中的排气管55并与其连通。第二空气过滤器46以相对于其各自开口完全覆盖的方式设置在上通风部分40B的顶侧和顶部主壳体壁26之间。每个空气过滤器44,46包括围绕其上部和下部周界完全延伸的密封件44A，46A，用于与相应的壳体壁26,28和通风部分40A，40B密封接合。两个空气过滤器44,46优选是高效颗粒空气过滤器，通常称为HEPA过滤器，它们能够捕获分子级的微生物和类似生物物质。

风扇38的吸入侧通过限定在壳体12的底壁20和后壁22内的中空内部通道从工作腔30内以及还从安全壳体10周围的环境空气吸入空气。更具体地，如图2最佳示出的，底壁20和后壁22中的每一个由间隔的双壁板形成，该双壁板在底壁20内限定连续的内部气流通道48，并且在后壁22内向上延伸以通向空气再循环腔室32。沿着底壁20的前边缘的基本上整个长度形成一系列穿孔50，以通向气流通道48的最前端。沿着后壁22的最下端形成类似的一系列穿孔52，邻近后壁22与底壁20的接合处，也在那里通向气流通道48。

因此，安全柜10的壳体12将被理解为提供受控空气再循环系统，其执行如下操作。风扇38在其空气再循环室32的端部内连续地产生负压条件，其通过气流通道48起作用，以通过穿孔52从工作腔室30抽吸空气并进入气流通道48。在较小程度上，周围环境空气通过穿孔50被吸入气流通道48。风扇38对吸入的空气加压，并将其在正压下排放到过滤腔室42中，一部分空气向下通过过滤器44从过滤腔室42进入工作腔室，一部分空气向上通过过滤器46从过滤腔室42进入排气管55。过滤器44的尺寸比过滤器46大得多，使得大部分的气流，例如大约70％的气流通过过滤器44返回到工作腔室30中，仅有较小比例，例如大约30％的气流被排出。

在工作腔室30内，向下通过过滤器44的空气主要垂直向下以层流方式移动，窗框34的限制、流入穿孔50的环境空气的限制，以及从风扇穿过后面的穿孔52释放的负压大致防止了任何气流穿过进入开口36而向外逸出。因此，用户可以在工作腔室30内利用有害物质例如微生物、微粒有毒化学品等执行实验室程序，而没有这种物质泄露进入柜外的周围环境的风险。此外，由于这样的程序正在进行中，在壳体12内部的空气的连续再循环逐渐地过滤空气污染物，以便在内部空气中保持足够的清洁度，以防止程序的污染。

如将理解的，随着对柜进行操作，过滤器44,46将随着时间逐渐变得负载有所过滤的污染物，从而必须周期性地更换过滤器。通常，过滤器通过一系列螺栓、螺钉或其他紧固件固定就位，这对于移除和重新安装是困难和耗时的，通常需要数小时来完成。本发明提供了一种独特、简单和可靠的装置，用于移除负载的过滤器44,46并以最小的停机时间安装新的替换过滤器。

如图3，图4和图5所示，用于安装和支撑下过滤器44的第一过滤器安装机构(总体用60表示)包括一对可伸缩的缩放连杆机构，例如形式为一对剪式起重(scissors-jack)机构62,64，安装在再循环室32内，以作用在子壳体40的下通风部分40A和下过滤器44之间。每个剪式起重机构62,64包括一对安装杆66,68，所述安装杆66,68由两对枢转剪式连杆70以平行间隔关系邻近相对端支撑。螺纹驱动螺母72固定在每对剪式连杆70之间的枢轴上，并且螺纹驱动杆74通过驱动螺母72螺纹接合地延伸。驱动杆74在其前端具有六边形头部76，用于通过共同的套筒驱动工具或扳手进行驱动旋转致动。剪式起重机构62,64安装在下通风部分40A的相对端，每个上安装杆66固定到主壳体12的相应端壁18的内表面，每个下安装杆68固定到下通风部分40A的相应端。

类似地，用于安装和支撑上过滤器46的第二过滤器安装机构(总体用80表示)包括一对以相同的剪式起重机构82,84的形式的可伸缩的缩放连杆机构，其安装在再循环室32内以作用在子壳体的上通风部分40B和上过滤器46之间。剪式起重机构82,84安装在上通风部分40B的相对端，每个上安装杆68固定到上通风部分40B的相邻端面，每个下安装件杆66固定到下通风部分40A的顶面。

因此，对于操作者或维修技术人员，在提升前壁24和窗框34时可方便地接近剪式起重机构62，64,82,84的相应驱动杆74的头部76。通过驱动杆74的选择性的顺时针或逆时针旋转，安装杆66,68的协调的延伸或收缩运动使得它们彼此朝向或远离，以便移动相对于彼此伸缩的相应的通风部分40A，40B中的一个或两个。剪式起重机构62,64，82,84可以包括例如以连接相应安装杆66,68的板或其它连杆的形式的一个或多个引导元件(未示出)，以同步和引导它们在竖直方向上的伸展和收缩运动，并且防止机构可能承受任何水平或倾斜的运动矢量。

围绕壁28中的开口的主壳体12的中间壁28的面向上的表面作用于下过滤器44的固定支撑表面，并且下通风部分40A的面向下的周边边缘40C用作过滤器夹紧表面，以便将过滤器44上的夹紧保持力施加到壁28上，如图4所示。壁28设置有间隔开的凸缘29，用于将过滤器44可滑动地插入和定位在壁28上，相对于下通风部分40A适当对准。通过简单地旋转致动剪式起重机构62,64的相应驱动杆74以收缩机构，下通风段40A可以从中间壁28充分升高，以允许过滤器44被快速移除并在必要时用新的过滤器44更换。一旦替换的过滤器44适当地定位在中间壁28上，驱动杆74的反向旋转就将剪式起重机构62,64延伸到下通风部分40A，与新的过滤器44夹紧接合，从而沿着过滤器44的上周边和下周边实现可靠的密封。

类似地，围绕排气管道55的主壳体12的顶壁26的面向下的表面用作上过滤器46的固定支撑表面，并且上通风部分40B的面向上的周边边缘40D用作过滤器夹紧表面，以便将过滤器46上的夹持保持力施加到壁26上，如图4所示。壁26同样设置有间隔开的凸缘27，用于将过滤器46可滑动地插入和定位在壁26和上通风部分40B之间，相对于其适当对准。通过剪式起重机构82,84的驱动杆74的旋转致动以收缩机构，上通风部分40B可以从顶壁26充分降低，以允许过滤器46被快速移除并且用新的过滤器46更换，例如，如图5所示。一旦替换的过滤器46适当地定位在壁26和上通风部分40B之间，驱动杆74的反向旋转使剪式起重机构82,84延伸，以抬高上通风部分40B，与新过滤器46夹紧并且密封接合。

因此将容易理解，本发明的过滤器安装机构60,80使得能够在实验室工作柜中，特别是在具有多个过滤器的生物安全柜中，以最小的停机时间，简单、容易和快速地拆卸和安装过滤器。其中，高安全性要求过滤器必须精确地固定和密封就位。然而在传统的生物安全柜中，过滤器的移除和更换是困难的，需要几个小时，而根据本发明的柜中的过滤器的更换可以减少到几分钟，并且具有等同或甚至更高的过滤器安全性。

因此，本领域技术人员将容易理解，本发明能够被广泛的应用。除了本文所描述的那些之外，在不脱离本发明的实质或范围的情况下，本发明的许多实施例和改变以及许多变型、修改和等效布置将是显而易见的或由本发明及前述的说明书合理地建议的。因此，虽然本文已经关于其优选实施例详细地描述了本发明，但是应当理解，本公开仅仅是本发明的说明和示例，仅仅是为了提供完整和能够实现的目的公开本发明。前述公开不旨在或被解释为限定本发明或以其他方式排除任何诸如此类的其它实施例、调整、变化、修改和等效布置，本发明仅由所附权利要求及其等同物限制。

Claims (12)

1.一种实验室工作柜，包括：

(a)壳体，其限定工作腔室和过滤腔室；

(b)在所述过滤腔室和所述工作腔室之间的过滤器，用于从所述工作腔室和所述过滤腔室之间通过的空气中去除污染物，所述过滤器包括被周边密封件围绕的过滤介质；

(c)空气循环系统，用于将空气流引导在所述工作腔室和所述过滤腔室之间并在横向于所述过滤介质的空气流方向上通过所述过滤器，以及

(d)过滤器安装机构，包括：

(i)设置在所述工作腔室和所述过滤腔室之间的固定过滤器支撑表面，

(ii)过滤器夹紧表面，其能够在夹紧位置和安装位置之间朝向所述过滤器支撑表面和远离所述过滤器支撑表面移动，所述夹紧位置相对靠近所述过滤器支撑表面，用于将所述过滤器保持在操作配置中，所述安装位置相对远离所述过滤器支撑表面，用于允许所述过滤器在所述过滤器支撑表面和所述过滤器夹紧表面之间插入和移除；

(iii)连接在所述壳体和位于所述工作腔室和所述过滤腔室外部的所述过滤器夹紧表面之间的可伸缩的连杆机构，用于选择性地致动所述过滤器夹紧表面在所述夹紧位置和所述安装位置之间在平行于所述空气流的线性方向上并在所述空气流的外部的运动。

2.根据权利要求1所述的实验室工作柜，其中所述连杆机构是缩放连杆。

3.根据权利要求2所述的实验室工作柜，其中所述连杆机构是剪式连杆。

4.根据权利要求3所述的实验室工作柜，其中所述剪式连杆包括枢转剪式连杆，所述枢转剪式连杆通过共用驱动杆连接，用于使所述剪式连杆相对于彼此进行协调的伸展和收缩运动。

5.根据权利要求1所述的实验室工作柜，其中所述壳体、过滤器和空气循环系统布置成用于作为生物安全柜的所述工作柜的操作。

6.根据权利要求5所述的实验室工作柜，其中所述空气循环系统包括插入在所述工作腔室和所述过滤腔室之间的风扇，用于在负压下从所述工作腔室抽吸空气并在正压下将空气引导到所述过滤腔室中，从而通过所述过滤器返回到所述工作腔室中，用于在所述工作腔室和所述过滤腔室之间再循环空气。

7.根据权利要求6所述的实验室工作柜，还包括在所述过滤腔室和所述壳体中的排气口之间的第二过滤器，用于将由所述风扇输送的加压空气的一部分排出到所述壳体外。

8.根据权利要求7所述的实验室工作柜，还包括第二过滤器安装机构，其包括：

(i)邻近所述排气口的第二过滤器支撑表面；

(ii)第二过滤器夹紧表面，其可在第二夹紧位置与第二安装位置之间朝向和远离所述第二过滤器支撑表面移动，所述第二夹紧位置相对靠近所述第二过滤器支撑表面，用于将所述第二过滤器保持在抵靠所述第二过滤器支撑表面的操作配置，所述第二安装位置相对远离所述第二过滤器支撑表面，用于允许所述第二过滤器在所述第二过滤器支撑表面和所述第二过滤器夹紧表面之间插入和移除；

(iii)连接到所述第二过滤器夹紧表面的第二可伸缩连杆机构，用于选择性地致动所述第二过滤器夹紧表面在所述第二夹紧位置和所述第二安装位置之间的运动。

9.根据权利要求8所述的实验室工作柜，其中所述第二可伸缩连杆机构是缩放连杆。

10.根据权利要求9所述的实验室工作柜，其中所述第二可伸缩连杆机构是第二剪式连杆。

11.根据权利要求10所述的实验室工作柜，其中所述第二剪式连杆包括枢转剪式连杆，所述枢转剪式连杆通过共用驱动杆连接，用于移动所述枢转剪式连杆，以相对于彼此协调伸展和收缩运动。

12.根据权利要求8所述的实验室工作柜，还包括限定所述过滤腔室的第一通风部分和第二通风部分，所述第一通风部分和第二通风部分能够相对于彼此移动，所述第一通风部分包括第一过滤器夹紧表面，所述第二通风部分包括所述第二过滤器夹紧表面。

Images