CN108139109A - 能实现零能量加热、通风、空调操作的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于管理空气状况的方法和设备，能实现零能量的HVAC操作，提供24小时7天全天候空气再循环能力，拥有独立于内部和外部工厂空气条件的高达100％的再供给能力，带有针对工厂空气和工艺空气的空气湿度控制器或专用空气湿度控制器。

Description

能实现零能量加热、通风、空调操作的方法和设备
技术领域
本发明概述了与空气状况管理相关的创新系统，例如HVAC(加热、通风、空调)系统，其可用于从室内或工厂排出的空气中去除热量，或者从具有不需要与现有HVAC技术相关的典型能量需求的升高温度的生产过程中去除热量，其中在HVAC冷却和除湿工艺中需要大量的能量冷却。通过使用冷却线圈的传统HVAC冷却技术，由于线圈技术的小尺寸，所以工艺停留时间(空气在线圈区域中花费的时间)是非常短的，并因此线圈必须被冷却到低温，以便线圈处理充分发挥作用。同样，通过传统的HVAC线圈技术，线圈还通过将其温度降低到通过线圈空气的露点以下，控制空气湿度。在这两种情况下，将线圈冷却至如此低水平所需的能量是巨大的，并且需要大型压缩机系统和其他辅助部件(例如冷却系统)以实现该工艺操作所需的较低线圈温度。本发明涉及一种使用热交换器技术的新工艺，该工艺以及相应的设备为热交换器内的空气提供了延长的停留时间以及大的接触面积。
本发明允许独立于外部空气环境(湿度和温度)的完全空气循环回收，并且还允许工厂在需要时将空气排出到工厂的外部，而不包括最终过滤阶段，并且还减少主系统风扇能量需求。
背景技术
生产场所，例如生产卫生产品，诸如尿布，女性卫生巾，床垫，卫生棉条，纸巾和擦布等，以及用于生产这种用品，例如纸巾，的材料的卫生用品工厂和无纺布工厂，以及纺织，地毯和服装工厂，通常从生产过程和生产区域中抽取空气。这种被抽取的空气通常用于生产过程，诸如在传送系统上核心成型(core-forming)、纤维制造、固定材料、生产和/或组装，以及从生产区域除去灰尘。从生产过程和/或工厂中去除的空气的温度通常由于许多因素而被提高，例如因为辅助生产系统，诸如(i)热熔胶合系统和无纺挤出机头，(ii)空气经过在提高温度下运行的真空传送机，(iii)空气在高速下通过管道，以及(iv)空气经过在提高温度下操作的工艺风扇和主风扇系统。例如，虽然工厂周围空气可以处于约25℃的温度，但是离开婴儿尿布转换过程的空气通常升高到约45℃，并且在一些情况下已记录到高达约88℃或甚至更高。对于非织造产品转换器和气流成网转换器，温度会更高。对于不循环回收空气的工厂，这种空气被排放到工厂外，但从工厂排出的空气需要补充。因此，需要例如50×103m3/hr空气并且将该空气排出到建筑物外部的尿布转换器需要在工厂内置换50×103m3/hr的新空气。对于操作多个生产系统的工厂，这种气流可能很重要。如今，现代先进的工厂将从它们的生产系统中提取的空气过滤到满足HEPA(High-Efficiency ParticularArrestance，High-Efficiency Arresting或High-Efficiency Particulate Air)质量标准，可以安全地循环回收空气到工厂内。循环回收HEPA过滤后的空气并在工厂内直接返回该空气意味着新的空气不需要调节，并且返回到工厂意味着可以节省大量的HVAC运行成本。然而，迄今为止，即使空气已经被过滤到HEPA质量，升高温度的循环回收空气也面临挑战。例如，在冬季期间，对于位于北半球或南半球的工厂，升高温度可以是有利的，因为该已加热的空气可以在冬季期间用于加热工厂，但是对于位于赤道附近的工厂或在夏季期间位于北半球或南半球的工厂，这种提升的空气温度对许多工厂没有任何价值，并常常造成重大问题。因此，工厂通常不得不了解和平衡使用能量通过HVAC系统将循环回收的空气冷却到期望水平，或者将该空气排出到工厂外并且调节进入工厂的新空气的效果，后者也需要能量，因为该进入工厂的新空气的温度和湿度需要根据工厂要求进行修改。HVAC或空气状况管理系统通常是计算对于工厂最便宜的选项，并自动平衡循环回收空气的量，实际的量取决于工艺空气温度，外部空气温度和外部空气湿度以及能源价格。对于多阶段过滤工艺，迄今为止，离开过滤器并排到工厂外部的空气通常会通过所有的过滤阶段。
绝热冷却工艺被用在许多空气系统中，并且基本上具有将空气冷却到限定点(被称为湿球温度，wet-blub temperature)的能力。该工艺非常类似于人体的冷却系统，其中汗液蒸发导致冷却效应，并且本质上是无能量冷却工艺，因为不需要外部能量并且在蒸发冷却过程中工作。
在工厂中使用绝热冷却工艺是可能的，并且在全球许多地方使用绝热冷却工艺，然而这些工艺默认具有不希望的效果，即空气湿度显着增加，以及作为绝对含水量的相对湿度(RH)增加。几乎在所有情况下增加空气湿度都是不期望的，因为这增加了空气的“体感”温度，这是由于较高的湿度水平和降低了工厂工人的工作环境质量所致。更进一步地，在大多数工厂生产工艺中，增加湿度也是不期望的，特别是在使用SAP(超吸收性聚合物，super absorbent polymer)的卫生领域。诸如金属之类的材料以更快的速度腐蚀，露点降低从而容易发生冷凝，以及在较高的空气湿度水平下操作时处理诸如SAP的湿度敏感材料的卫生生产工艺具有显着的生产问题，并且许多子相关系统开始失效(屏幕，旋风分离器，过滤介质等)。
发明内容
首先，本发明涉及一种空气状况管理系统(200)，用于在制造机构(210)中制造卫生产品，例如婴儿和成人失禁吸收制品和女性卫生制品，以及适用于这些制品的材料，所述材料优选地至由非织造材料、薄膜或其复合材料组成的组中选出。
制造机构(210)包括：
a)包括壁(217)的生产区域(215)，其中壁(217)适用于将生产区域(215)与外部周围环境(205)分开。制造室包括供制品的制造设备(230)以及操作员(236)使用的空间，所述制造设备优选为多个制造设备。制造室进一步包括空气环境(220)。
b)位于制造室中的制品的至少一个制造设备(230)，其中制造设备包括将工艺空气(240)从制造室空气环境(220)分离的壳体(235)。优选地，所述壳体与阻音壳体整体形成。所述制造设备进一步包括壳体内的制品形成元件(245)，其适用于从所述制造设备空气环境特性(250)中改变至少一项工艺空气的特性，这些特性从温度、含水量、含尘量和压力组成的组中选出。
所述制品形成元件(245)优选地选自由以下项组成的组：热熔涂覆系统，超声波系统、分离系统、纤维分离系统、分离系统、卷材处理驱动系统，卷材处理摩擦系统。
c)空气处理系统(260)，优选地是HVAC系统。
d)管道系统(270)，适用于将制造设备的壳体(235)、生产室环境(220)和外部周围环境(205)连接到空气处理系统(260)。空气处理系统(260)包括适用于将能量从外部周围空气(205)传递到空气制造环境(220)或工艺空气(240)的间接热交换系统，最优选地为无需混合能量传递空气流。优选地，间接热交换系统是绝热热交换系统。
可选地，空气状况管理系统进一步包括另外一个选自由以下项组成的组中的元件：
一个或多个温度调节元件(282)，优选地是间接热交换元件，优选地选自由以下项组成的组
-冷却元件，优选地是环境温度的冷却水；
-加热元件；
-能量交换元件，其位于通过管道系统连接的其他元件之间；
位于管道系统中的关闭阀(288)，优选地适于在壳体打开的情况下关闭，更优选地是可自动地关闭。
风扇元件(280)；
空气湿度调节元件(286)，适于允许增加或降低空气的绝对湿度(含水量)；
除尘系统(284)，优选地是过滤器，更优选地是HEPA过滤器；
自动控制系统，用于根据生产工艺变量以及外部周围空气条件调节工艺设置。
可选地，空气流分配系统包括阀(288)，侧管道，和可选地，另外的的空气处理系统，以便将预定的空气流提供给系统的各个部分，优选地提供给不同的制品形成元件。
优选地，所述间接热交换系统是多向热交换器，优选地包括多个层，所述多个层由在热交换器内分离气流的材料的3D表面结构组成，并且更优选地由大表面积蜂窝类型的材料组成。
可选地，所述间接热交换系统适于匹配标准ISO 668容器的尺寸，其中优选地，所述壳体满足提供结构完整性以实现ISO 668标准和支撑热交换器材料层的多个目的。
另一方面，本发明涉及一种用于在制造机构中制造产品的空气状况管理方法，其中所述产品优选地选自婴儿和成人失禁吸收制品，女性卫生制品以及适用于这些制品的材料组成的组，优选地所述材料从非织造材料、薄膜或其复合材料组成的组中选出。
所述空气状况管理方法包括以下步骤：
-提供制造机构(210)，其包括：
a)制造室(215)，包括(i)适用于将制造室与外部周围环境(205)分开的壁(217)，以及供制品的制造设备(230)和操作员(236)的使用的其他空间，制品的制造设备(230)优选为多条制造流水线，以及所述制造室(215)还包括(ii)空气制造环境(220)；
b)位于制造室内的制品的制造设备(230)，所述制造设备包括(i)壳体(235)，其将制造设备空气环境(240)与制造室环境(220)分开，其中所述壳体优选地与阻音壳体为一整体，(ii)位于壳体内部的制品形成元件(245)，其适用于在制造设备环境中改变至少一项空气状况(250)，这些状况从温度、含水量、含尘量和压力组成的组中选出。制品形成元件(245)可选自由以下项组成的组：热熔涂覆系统，超声波系统，分离系统，纤维分离系统，分离系统，卷材处理驱动系统，卷材处理摩擦系统；
c)间接热交换系统(260)；
d)管道系统(270)，适于将制造设备壳体(235)、制造室环境(220)和外部周围环境(205)连接到间接热交换系统(260)。
-通过操作制品形成元件改变制造设备空气环境(240)的状况；
-从制造设备空气环境(240)中收集工艺空气并对其进行压差处理以在管道系统中产生空气流；
-将工艺空气从制造设备空气环境(240)传输到间接热交换系统；
-可选地，从空气制造环境(220)中收集室内空气，并将其传输到间接热交换系统；
如果存在室内空气的工艺空气，通过在间接热交换器内，优选地在绝热热交换器内与周围空气间交换能量对室内空气的工艺空气进行处理，使得周围空气在离开所述热交换器的空气流中的含量小于50％，优选地小于80％，更优选小于10％，甚至更优选小于1％，和最优选地基本为零。
在该空气状况管理方法中，基本上没有工艺空气和室内空气(如果存在)与周围空气的混合，由此优选地，在周围空气和工艺空气之间的热交换是绝热热交换。
可选地，在该空气状况管理方法中，经处理的工艺空气和室内空气可经从以下项组成的组中选出的一个或多个步骤处理：
-进一步加热或冷却；
-通过增加或移除湿气调节水含量；
-减少灰尘等级；
-形成进一步的压差；
-在打开制造设备的壁时，通过截止阀中断处理中和处理过空气的空气流；
-从多于一个制造设备中收集空气；
-引导多于一个的空气流到间接热交换系统，优选地通过操作多向热交换器；
-将处理过空气的空气流导向在制造室环境内或在设备环境内的两个或更多个端点。
另一方面，本发明涉及一种热交换器，其中至少一个进入空气流与离开生产过程的工艺空气连接，所述生产过程可以是卫生的、非织造的或气流成网过程(air-laidprocess)或纤维或食品，其可以具有升高的空气温度。热交换器可以是至少双向热交换器。一个进入空气流可与周围空气相连，其中可选地，热交换器可以是至少双向热交换器。周围空气可通过绝热冷却工艺处理。可选地，周围空气返回周围环境中。因此，热交换器可被连接到用于制造卫生产品或材料的生产过程中，例如非织造或气流成网工艺或纤维制造工艺。进入空气流可与周围空气和工厂空气相连。
热交换器可以是至少双向热交换器。周围空气可通过绝热冷却工艺处理。可选地，周围空气返回周围环境。热交换器可与卫生的、非织造的、气流成网工艺，纤维制造工艺的生产过程相连。
另一方面，本发明涉及一种单一生产方法或复合生产方法，其过程被壳体所封闭，以分离用于制造过程中的与制造室环境相比带有诸如温度、湿度、压力或灰尘水平等不同性质的空气。优选地，所述壳体可以用作声音减小或阻隔装置。可以使用专用的湿度控制工艺以控制壳体内的空气湿度水平。可选地，例如在启动期间，可以通过二次湿度控制工艺控制在该壳体内的已调节空气，以增加含量直到达至预设的湿度水平。增加湿度能力可来自湿度控制工艺，该工艺处理来自被壳体封闭的空气的外部的工厂空气。可选地，当壳体打开时，阀可关闭与壳体连接的管道系统，以防止制造室环境的空气进入管道。
另一方面，本发明涉及一种单一生产工艺或复合生产方法，其利用在该生产方法中的空气，其中离开其生产过程的空气被过滤并以再次进入生产过程的返回空气形式被送回生产过程中。返回空气可再次进入生产过程，其中返回空气体积与空气处理体积具有在+/-90％内变化的相似。返回空气可以再次进入生产构成的工艺中多个点内，以减少多个生产构成中的交叉空气流。
又一方面，本发明涉及一种单一生产方法或复合生产方法，其利用在其生产过程中的空气，其中离开该过程的空气被过滤并通过热交换器送回生产过程。
又一方面，本发明涉及一种热交换器，其包括在热交换器内分离空气流的多层材料，其中层被容纳在符合ISO 668运输容器标准(只有少量或没有修改)的运输容器内。多个层可呈现为在热交换器内分离空气流材料的三维表面结构，其中所述层被容纳在符合ISO668运输容器标准(只有少量或没有修改)的运输容器内。
可选地，所述运输容器的壳体可用于多个目的，诸如提供结构完整性以实现ISO668标准并且支撑热交换器的材料层。
附图说明
图1A至H示例性和示意性地概述了各种生产工厂机构；
图2A至D示意性地描绘了根据本发明的各种空气管理系统；
图3A至C描绘了可适用于本发明的过滤和热交换器系统的各种更详细视图；
图4A至G描绘了可适用于本发明的热交换器系统的更详细视图；
图5A至D描绘了示例性尿布转换器平台的进一步细节。
相同的附图标记指示相同或等同的特征。
具体实施方式
本发明涉及制造机构或工厂，其需要针对空气状况的良好的主动式运行管理。尽管有许多类型生产过程具有这样的要求，但是出于卫生的原因，特别是由于超吸收性聚合物的引入，用于生产卫生产品的特定制造机构对不受控制的空气状况特别敏感，需尽量保证其平稳运行。尽管这些没有任何HVAC能力的设施被使用，但是开发涵盖了HVAC能力、空气循环回收能力(可选地带有阀系统)的引入，以控制进入工厂的循环回收空气量，开发还涵盖了热交换器技术。本发明建立在这样的开发上。
这种绝热冷却工艺与热交换器(双向或多向交换器)的结合使得离开绝热冷却工艺的潮湿空气与离开生产工艺的空气保持分离，从而对工厂空气没有任何负面影响。
本发明的进一步实施例是将循环回收空气返回到转换器过程中并而不是返回到当今常见的工厂空气中。随着越来越多的生产系统具有更高的声音发射标准并且这种趋势很可能持续下去，大多数生产设备通过隔音壳体完全封闭。该隔音壳体亦可用于充分分离工厂和工艺空气。在过滤器废气被返回到生产系统的情况下，工艺空气保持与工厂空气分离，并因此两个空气流可以在不同的温度水平和湿度水平下操作。能够在不同的温度和湿度水平下运行两个空气流对于下面描述的最终用户具有明显的优点。
这里将进一步描述该方法的进一步性能提高。大多数卫生工厂在相对于周围条件正压下操作，其中新鲜空气被注入到空气处理过程中以提供这种正压，然而还将新鲜空气引入工厂或制造机构中，这是任何良好设计的HVAC系统的非常重要设计特征。良好设计的HVAC系统通常每小时交换/置换空气10次左右，这种持续循环回收的空气将10％左右的新鲜已调节周围空气从外界注入到空气流中。当这些新注入的空气进入生产过程和工厂时，在工厂内的空气通常会排放到环境中，并且投入到加热、冷却或除湿这些空气的能量被丢失。本发明的进一步实施例是降低离开工厂空气的百分比，并将该空气引导到绝热冷却工艺，从而进一步降低湿球温度。
出于说明性和示例性的目的，考虑位于赤道附近的尿布工厂，其是以每小时十次换气循环回收空气，同时将来自HVAC系统的新调节新鲜空气的10％加回该空气流中，其中被泵入工厂的该额外空气正在通过门、窗和通风口等离开工厂。假定在该情景下外部空气温度为32℃，相对湿度为65％，气压为1011毫巴，湿球温度为26.2℃且露点为24.1℃。将该外部工厂的空气提升至32℃并将其传递通过双向热交换器，然后返回热交换器离开工厂外部，该区域内该较热的空气不会被吸回到进入管道系统，意味着内部工厂空气和外部工厂空气不被混合。工艺空气以46.5℃的温度离开尿布生产过程，在工厂内保持该温度并且将该空气通过双向热交换器后离开工厂内部，这降低了空气流温度而不改变该内部气流的相对湿度。在一个理想的过程中，在46.5℃的温度下生产过程将被降低到32℃，然而，由于在热交换器过程和绝热冷却过程中的低下效率，可以达到约34.4℃的值。
将其与通过绝热冷却过程以冷却进入热交换器的外部工厂空气相比较，原来为32℃的该空气流可在进入热交换器之前被冷却至28.3℃。这使得先前以34.4℃离开热交换器的空气被降低到28.3℃。
如果现在一部分先前离开建筑物的已调节空气在绝热冷却过程之前被送入到进入中的外部工厂空气流中(例如过量进入空气流的80％)，因而仍然使得将被加压的工厂增加绝热冷却过程的效率。之前为26.2℃的湿球温度降低到24.1℃，这意味着，使用标准绝热冷却过程冷却到28.3℃的之前工厂空气流现在可以基本上不需要额外的能量冷却到27.2℃。
如果离开热交换器并返回工厂的空气流如前所述直接返回到生产过程中，则该空气流可以在较高的温度下操作而不需要(例如，为操作者)提高工厂的室内环境。
如果用于工艺空气和此空气流的闭回路气流变成与工厂空气分离，则热交换器可进一步被分割，因为内部工厂空气也可以通过热交换器并离开回到工厂内。对此的进一步改进将是将所有外部气流(横流式热交换器的垂直流、并流式热交换器中的平行流以及逆流式热交换器中的逆流)从过量绝热冷却过程导向到热交换器的这个区域内以进一步提高性能。
再次考虑上面讨论的尿布工厂情况并且假定通过同样的绝热冷却过程以冷却进入热交换器的外部工厂空气，则原来为32℃的外部空气流可在进入热交换器之前被冷却至28.3℃，然后热交换器基本上将热生产空气回路从46.5℃冷却到34.4℃。而作为热交换器的一部分将用于冷却内部工厂空气，热生产空气回路虽然不能达到34.4℃，但是可以达到36.5℃。
由于在闭环内的该空气流不与工厂室内空气接触，所以这对工厂环境和系统没有负面影响，只要管道系统具有足够的隔热性能。再次假设，在热交换器中，超量空气流的80％在其离开建筑物之前通过热交换器被送回。进一步假设一绝热冷却过程，且其工厂室内环境在25℃和1011毫巴下具有48％的相对湿度，那么通过绝热冷却过程可以实现18.42℃的理论湿球温度。由于绝热冷却过程和热交换器的低下效率，虽然不能达到18.42℃的理论温度，但仍可达到约20℃的输出温度。通过25℃的工厂房间，这个较低的温度可用于抵消由于添加诸如胶罐等物品到工厂空间的热负荷，和抵消从转换器排出的热量。
上述操作不能控制工厂内的空气湿度，因此，本发明的进一步实施例优选地将卫生生产过程与独立的空气湿度控制系统相结合以将工厂室内空气维持在预设水平。工艺空气和工厂空气的分开控制使得工厂空气被维持在最适合人类的湿度水平，同时工艺空气被维持在最适合的湿度水平。在大多数情况下，工艺空气将非常干燥，这进一步减少了清洁工作量，并且还减少甚至消除了一些工艺问题，例如在堆芯工艺中的SAP筛孔堵塞(SAPscreen blinding on core-laydown process)问题，以及显著地延长了过滤介质的使用寿命。
本发明的进一步实施例涉及将热交换器的框架与对应用于运输过程的运输容器尺寸的框架相结合。
本发明的更进一步的实施例涉及在热交换器内采用蜂窝型材，而不是传统的翅片/板技术。由蜂窝型材制成的热交换器具有高强度型材，从而允许使用更薄的金属型材。更进一步地，自动蜂窝生产方法带来组合结构，使得需要很少或不需要组装工作量，由此允许最终用户在更有吸引力的成本上生产热交换器。
本发明的进一步实施例涉及为热交换器的外部接口配备公共控制接口，所述接口为与其它辅助设备(例如风扇，过滤器和HVAC设备)连接的即插即用公用接口。
本发明的进一步实施例涉及将空气湿度控制装置合并在整个机器总成内。
本发明的进一步实施例涉及在热交换器内组合通道以允许使用水流，例如已经被地热能冷却或加热的水。通过具有大表面积，并作为能在低压降下改变空气温度的有效装置的双向热交换器，使用地热能改变热交换器板可实现进一步修改空气温度而没有压降产生，其与现有的HVAC卷材技术相关联。该技术在诸如沙特阿拉伯等的沙漠地区尤其有用，在这些地区钻井成本非常低，而且安装地热地面管道的成本也非常低。对于该特定用途，本发明的进一步实施例涉及在热交换器内组合通道以允许使用水流，例如被太阳能冷却或加热的水。通过具有大表面积，并作为在低压降下改变空气温度的有效装置的双向热交换器，使用地热能改变热交换器板可实现进一步修改空气温度而没有压降出现，其与现有的卷材技术相关联。
本发明的进一步实施例涉及在辅助干燥过程中使用闭回路系统的升温空气。其较高的空气温度结合其低湿度水平使其成为理想的干燥介质。例如，这可用于在线卷曲生产纤维，其需要大量的干燥量和热量。
本发明的进一步实施例涉及在过滤过程中安装额外的阀的技术。迄今为止，许多过滤过程由多个过滤阶段组成。在这些过程中，空气在HEPA阶段之后离开过滤器，然而，如果空气离开工厂流出到外部环境，那么不优选将该空气通过HEPA空气过滤器传递，因为这在主系统风扇中需要更多的能量，以将空气拉入HEPA过滤器介质，而且HEPA过滤器介质的使用寿命缩短，除了能源成本较高外，还增加了终端用户的成本。在进入HEPA过滤器介质之前安装阀门使得工厂排出的空气在进入HEPA过滤器介质之前离开并进入外部环境，同时循环回收到工厂内的空气在进入工厂之前通过HEPA过滤器介质。
良好设计的HVAC系统通常每小时交换/置换空气10次左右，这种持续循环回收的空气具有10％左右的新鲜的已调节空气，其从外界注入到空气流中。当这些新注入的空气进入生产过程和工厂时，工厂内的空气通常会排放到周围环境中，并且投入到去除这些空气的湿度的能量丢失。本发明的进一步实施例涉及降低离开工厂空气的百分比，并将所述空气导回到绝热冷却过程中，从而进一步降低湿球温度。
处于说明性和示例性的目的，参考位于赤道附近的尿布工厂，其以每小时十次换气循环回收空气，同时将10％的来自HVAC系统的新调节的新鲜空气加回该空气流中，这样，再被泵入工厂时，这些额外的空气正在通过门、窗和通风口等离开工厂。
虽然用于说明本发明的附图概述了横流式热交换器，但应该注意的是，也可以使用等效的实施方式，例如并流式热交换器和逆流式热交换器或任何类型的组合。
通过引用附图来描述卫生产品制造环境的示例性实施以带来更好的理解，并不旨在通过下文限制本发明。
在许多生产技术开始时，生产始于没有HVAC系统的工厂。一个典型的例子是图1A，其中描绘了一个工厂生产系统运行的地方，这些生产系统被连接到过滤器系统。空气被排出到工厂外，其中过滤器的主要用途是防止环境破坏。图1A概述了生产工厂(100)，其不具有HVAC能力，但具有工厂生产区域(101)和在工厂生产区域(101)内的多个生产系统(105)。所示空气过滤器系统(110)连接被到生产系统(105)，并且管道系统(115)将过滤器的出口连接到工厂的外部周围环境，其中空气被排出到工厂的外部周围环境。
随着工厂的发展，许多工厂转移到HVAC系统，封闭他们的建筑并对建筑轻微加压。随着主动空气循环回收的使用和将已调节的新鲜空气注入到工厂内，人们获得了许多优势。工作人员能够在舒适的工作环境中工作，没有明显的温度或湿度变化。在炎热气候下，员工流失率下降且员工士气提高。需要清洁环境的工厂(如食品和卫生制品生产)还有一个额外的好处，就是由于建筑密封和进入工厂的空气被过滤，昆虫和其他污染风险被消除了。其典型例子是图1B，其中描绘了使用标准HVAC系统的工厂。图1B描绘了与图1A相同的元素，然而，该工厂被配置为通过使用冷却器(120)和AHU(空气处理单元，125)而具有HVAC能力，其中空气经由将AHU连接到工厂内部各个工厂生产区域的管道系统(130)再次进入工厂。
随着生产系统的进一步发展，生产速度提高，流程数量增加，空气体积也增加。在卫生领域，从仅有纸巾的核心到纸浆和SAP核心的转移大大地增加了空气体积—在许多情况下增加了15-20倍。由于所有离开建筑的空气都必须置换，所以进入的空气也必须增加相同的量。譬如需要50×l03m3/hr空气的卫生用品生产系统需要将50×l03m3/hr的空气置换回工厂，譬如总共需要500×l03m3/hr空气的工厂需要将500×l03m3/hr的空气置换回工厂。因此，必须增加HVAC系统以满足需求，且HVAC系统的功率需求也要增加。
由于HVAC系统的能耗急剧上升，迫切需要提高效率，因此许多新系统得到发展，其中这些系统具有有空气过滤功能，其将空气清洁到非常高的规格，从而允许空气返回到工厂，不会危害工厂工作人员的健康。在图1C中，除了之前附图元素外，工厂配置被描绘为具有指定将空气清洁成HEPA标准的空气过滤器(135)，并因此离开空气过滤器的空气可以被送回到工厂生产区域内。
这项新技术极大地降低了HVAC吨位以及操作HVAC系统的相应功率要求。随着世界各地采用此类技术的系统的安装数量逐渐增加，很明显该技术的优势在不同行业之间、不同工艺之间以及不同地区之间都有很大的差异。在离开过滤器的空气的温度升高的情况下，进入空气将明显加热工厂的制造室。在一些地区，譬如在冬季期间的北半球或南半球地区，这种热量被用来作为免费采暖。因此，为了实现这一点，如图1D所示安装额外的阀系统(140)，除了额外的阀系统(140)之外，其示出与之前的附图相同的元件，其中额外的阀系统(140)可以手动地或自动地运行以将离开过滤器的空气送回到工厂内，或者排出到工厂外面，或者上述两者的混合。这些阀系统通常被调节为实现将过滤空气全部排放到外部(例如在炎热气候下排气是热的)或将过滤空气全部排放到工厂内(例如在较冷气候下排气较热)。在很多情况下，这些阀都由计算机系统控制，其不断地测量外部环境、空气温度和能源成本，并相应地调整数值以确保其运行在最高效的设置上。
虽然图1D所示的布置对效率影响很大，但此布置仍不理想。在空气过滤设备上投入资本以满足再次供应空气所需的高空气标准后，这种能力在所有地点都无法7天24小时全天候使用，这是性能上的巨大损失。这种损失也意味着二次损失，即HAVC能力仍然需要以很高的资本成本安装，以确保在无法实现空气循环回收的时期良好运行并且所有进入的空气在返回工厂内之前都可以得到充分的处理，以及在此期间，运行HVAC需要很大的功率。
将热交换器连接到已过滤空气的出口，这使得外部工厂空气进入到热交换器并离开工厂回到外部而不会与已过滤空气接触，从而解决了这个问题，并且可以7天24小时全天候地循环回收空气。图1E概括了是如何将热交换器(145)添加到如图1C所示过滤器系统的。在离开空气过滤器的空气在进入工厂生产区域之前，额外的热交换器将该空气冷却。在这种情况下，通过风扇将生产空气从生产流程中取出并将其送入过滤器以除去所有污染物，之后所述空气离开过滤流程并进入热交换器，通常在此阶段空气将处于65℃温度上。当空气通过热交换器时，空气被外部周围空气冷却并返回到工厂生产区域内。优选地，双向热交换器具有不相互连接的专用空气区域，并且空气流不混合，因此绝对湿度水平(即空气的含水量)不变。由于空气流完全分离，所以绝热冷却工艺可作用在进入热交换器的外部工厂空气，从而在不改变工厂空气湿度的情况下提供额外的冷却功率。
如上所述，就目前而言，此思路在工业领域内是将已经过滤的空气再循环回收到工厂生产区域内，这在经济上是有意义的。然而，在某些生产过程中确实存在一些选项，其将这些空气直接送回生产过程中去并运行一个闭回路系统。该闭回路系统有三个关键的好处：(1)它完全隔开了与工艺空气和工厂室HVAC空气的所有相互作用，(2)它允许工艺空气在与工厂室内空气在不同的温度下运作，(3)它允许工艺空气在与工厂空气在不同的湿度水平下运作。图1F描述了这种情况，其中示出了将空气送回生产流程中的管道。图1F描绘了与图1E所示相同的元件，然而，在该工厂配置中，冷却离开空气过滤器的空气的热交换器的出口被送回到生产系统(150)，且这些空气在其中循环，以及设有闭合回路或半闭合回路，其中管道将这些空气转移回生产系统。
增强该工艺的一种方法是捕获通常会离开建筑的已调节空气，并使用这种较冷且干燥的空气来提高热交换器和绝热冷却过程的性能。良好设计的HVAC系统通常每小时分别置换空气10次左右，这种不断地循环回收的空气将有10％左右的新鲜已调节空气从外界注入到空气流中。当这些新注入的空气进入生产和工厂时，工厂内的空气通常会排放到环境中，并且投入到对这些空气进行除湿的能量将会丢失。通过降低离开工厂空气的百分比，并将所述空气转移到绝热冷却过程，可进一步降低湿球温度。这个概念如图1G所示，其中工厂空气进入热交换器以辅助该过程。图1G中所示的系统与图1F中所示的系统具有相同的元件，然而，在该工厂配置中所使用的热交换器不仅仅是基本的双向热交换器，此热交换器还具有额外的入口以处理工厂空气，其中管道将所述空气从工厂生产区域转移到热交换器中。
通过利用废弃的空气以及增加高效的湿度控制装置，不再需要标准的HVAC系统。这个概念如图1H所示，其中工厂运行根本不需要标准的HVAC系统。图1H描绘了与图1G所示相同的实施例，然而，工厂空气和/或工艺空气处理系统(160)具有专用的空气湿度控制，因此，不再需要如图1A至G所示的标准HVAC系统。
图2A至D示意性并示例性地描绘了根据本发明的各种空气管理系统。如图2A所示，该系统(200)可用于具有生产区域(215)的制造机构或生产工厂(210)中，其中生产区域(215)与外部周围环境(205)被壁(217)隔开，并且其中放置至少一个，但通常是多个，有时甚至达到50个或更多的生产系统(230)或生产线。生产系统(230)在特定的多级生产设备(245)上包括至少一个，通常是多个，一般超过20个的生产步骤。
所述多级生产设备可以是而非限制于以下项：热熔施加系统，超声波系统，分离或切割系统，纤维分离系统，分离系统，卷材处理驱动系统和卷材处理摩擦系统等等。在这样的多级生产设备(245)的运行期间，直接位于该设备附近的工艺空气的空气状况经常受到诸如温度升高，灰尘水平或相对或绝对湿度变化的影响(250)，因此生产系统的空气环境，即工艺空气(240)也表现出状况变化。为了将该工艺空气从生产室或区域(210)的区域环境(220)中分离，可通过壳体(235)将生产设备从生产区域(210)中隔开。这样的壳体可优选地还可用作隔音元件，或者还用作针对操作员(236)的健康或安全的安全元件。空气管理系统进一步包括空气处理系统(260)。管道系统(270)可将来自过程(240)和/或生产室(220)的空气输送到空气处理系统(260)中并将其返回到生产系统或生产区域。空气处理系统虽然可包括过滤元件(未示出)，但是非常优选地包括热交换系统，用于在工艺空气和外部环境空气(可选地和生产室内空气)之间交换能量，其中空气在空气入口(262)处进入空气处理系统并在空气出口(268)处离开。
在图2B中，示意性地示出了可用于空气管理系统的进一步选项，诸如风扇元件(280)或者另外的温度调节元件(282)(例如冷却元件，优选地环境温度下的冷却水，加热元件，在经由管道系统连接的其他元件之间的能量交换元件，或者热泵，优选地通过利用地热能)、除尘元件(284)(例如过滤器元件)、空气湿度调节元件(286)或流量调节元件，特别是阀元件(288)。此外，如图2C所示，空气流可例如通过空气分流器(272)流向专用于特定的和预定的工艺步骤元件，可选地随后在这些元件中进行一次或多次这种处理(通常如285所示)。
图3D示出了另一种选择，即从工艺空气中分离提取工厂室内空气，并在分离的热交换系统内的热交换器中处理，例如，如图4F所示。图3A至C描绘了用于执行各工艺的过滤和热交换系统(300)的更多示例性细节。如图3A所示，进入空气(305)通过管道系统被输送到具有空气过滤系统(310)的空气过滤器中，其中空气在经过接口(在该布局中未示出)进入热交换器(315)。周围环境条件下的外部空气通过图示的工厂顶部(320)在空气入口(325)处进入热交换器。可选地，可附加绝热冷却过程，其可选地附有空气入口(330)，其中可以在空气入口(330)加入内部工厂室内空气并且还可以附加绝热冷却过程。然后，通过热交换器(315)的空气通过空气出口(335)离开热交换器和工厂到外部环境。来自交换器的原始工艺空气可从热交换器返回进入工厂室生产区域(340)。
图3B示出了带有空气过滤器(375)的图3A所示过滤和热交换器系统的进一步更详细的视图，空气(345)可选地经由风扇(未示出)通过该空气过滤器(375)进入热交换器。附图还示出了热交换器的内部板(350)以及适于将空气拉动通过热交换器的低压抽吸风扇(355)。源自工厂外部周围环境的外部冷却空气入口(360)，可选地由拉动空气通过热交换器的低压抽吸风扇(365)驱动，优选地通过绝热冷却过程或类似方式，提供未处理的空气或被冷却的空气。来自空气出口(370)的空气离开工厂进入周围环境。
图4A至D描绘了图3的热交换器系统的进一步细节。图4A示出了在热交换器内具有传导热量并防止空气流混合的板(405)，以及具有将空气拉动通过热交换器的低压抽吸风扇(410)的端视图。图4B示出了立体图，其中空气(415)从过滤器经过，可选地经由风扇，进入带有内板(420)的热交换器。低压抽吸风扇(425)适于将空气拉动通过热交换器。图4C示出了由热交换器的多个内板组成的内部块(430)，图4D示出了图4C的该热交换器系统的优选细节，其中冷却空气(440)进入热交换器，且热空气进入热交换器以待冷却(未示出)，冷却空气和热空气被热交换器内的板(420)隔开，所述热交换器传导热量并防止空气流混合。
图3C概述了与图3A和3B中的一个过滤和热交换器系统类似的另一个实施例的更详细视图。其中，经由管道系统进入空气过滤器(305)的空气进入空气过滤系统(310)，其中空气进过接口(在该布局中未示出)进入热交换器(315)。外部空气通过空气入口(325)经过工厂顶部(320)进入热交换器，可选地接着进行绝热冷却处理。可选地，可通过额外的空气入口(330)添加内部的工厂空气，可选地也可以随后进行绝热冷却处理。在经过热交换器(315)之后，空气通过空气出口(335)离开热交换器和工厂进入外部周围环境。因此，来自转换器的原始工艺空气离开热交换器并返回到原先的生产过程(340)中，同时空气(380)从工厂空气中被吸入到热交换器中，在那里其被加热或冷却，并且同一空气流(385)在其空气状况被改变后进入到工厂内。
图4E至G概述了图4A至D所示的热交换器系统的更详细的截面图。图4E描绘了一双向热交换器系统，具其有外部周围空气的进入点(442)，其中外部周围空气穿过热交换器，然后在出口点(448)离开，在此交换器中，空气流不与经过热交换器(440)的孔隙空间通过热交换器的水平空气流接触。图4E示出了具有外部周围空气的第一(452’)和第二(452”)入口点的四向热交换器系统，外部周围空气穿过热交换器并再次在第一和第二出口点(分别为458’和458”)离开，这些空气流不会彼此接触，也不会与经热交换器的孔隙空间(分别为450’和450”)吹过热交换器的水平空气流接触。可以有更多的多路换热器选择，例如，具有外部周围空气的第一(462’)、第二(462”)和第三(462”’)入口点的六向热交换器系统，外部周围空气穿过热交换器并再次分别在第一(468’)、第二(468”)和第三(468”’)出口点离开，这些空气流不会彼此接触，也不会与经热交换器(分别为460’，460”和460”’)的孔隙空间吹过热交换器的水平空气流接触。
图5A至D描绘了尿布转换器平台(500)的进一步具体实施例。图5A示出了生产系统的各个机器主体(505)，其中从生产系统通过管道系统朝向过滤器/HVAC系统抽取工艺空气(510)(管道上的箭头描绘了流动方向)，并且处理后的空气(520)被返回到生产机器的处理区域(管道上的箭头描绘了流动方向)。图5B示出了类似的系统，对于此系统，返回空气(520)管道已经被扩大以减小压降和总体阻力(管道上的箭头描绘了流动方向)。进一步地，在图5C所示的系统中，返回空气不再通过专用管道返回，而是通过机器主体(505)内的孔隙空间(530)返回到生产中。类似地，如图5D所示，可以使用管道(510)从尿布生产过程中抽取工艺空气(管道上的箭头描绘了流动方向)，并且经由在尿布机器框架中的孔隙空间(530)再次供给返回空气。

Claims (7)

1.一种空气状况管理系统(200)，
优选地用于制造机构(210)中的卫生产品的制造，
所述产品优选地从婴儿和成人失禁吸收制品，女性卫生制品，以及适用于这些制品的材料组成的组中选出，所述材料优选地从非织造材料、薄膜或其复合材料组成的组中选出；
所述制造机构(210)包括
a)生产区域(215)，其包括：
壁(217)，适于将生产区域(215)与外部周围环境(205)隔开，
所述制造室包括供所述制品的制造设备(230)以及操作人员(236)使用的空间，所述制造设备优选地是多种制造设备，
所述制造室进一步包括空气环境(220)；
b)所述制品的至少一个制造设备(230)，位于所述制造室中，所述制造设备包括：
壳体(235)，其将所述制造设备的空气环境的工艺空气(240)与所述制造室的空气环境的室内空气(220)隔开，且所述壳体优选地与隔音壳体整体形成；
制品形成元件(245)，位于所述壳体内，
适于改变至少一项工艺空气状况(250)，所述状况从温度、含水量、灰尘水平和压力组成的组中选出；
以及，所述制品形成元件(245)优选地从热熔施加系统，超声波系统，分离系统，纤维分离系统，分离系统，卷材处理驱动系统，卷材处理摩擦系统组成的组中选出；
c)空气处理系统(260)，其优选为HVAC系统；
d)管道系统(270)，适于将制造设备的壳体(235)、生产室环境(220)和外部周围环境(205)连接至空气处理系统(260)；
所述空气状况管理系统的特征在于，其包：
作为空气处理系统(260)的间接热交换系统，适于在不混合能量转换空气流的条件下，将能量从外部周围空气(205)转移到空气制造环境(220)或所述工艺空气(240)，
其中所述间接热交换系统优选地为绝热交换系统。
2.根据权利要求1所述的空气状况管理系统，还包括另外的一个或者多个从以下项组成的组中选出的元件：
一个或多个温度调节元件(282)，优选地是间接热交换元件，优选地选自由以下项组成的组：
-冷却元件，优选地是环境温度上的冷却水；
-加热元件；
-能量交换元件，位于通过所述管道系统连接的其他元件之间；
-热泵；
关闭阀(288)，位于所述管道系统中，优选地适于在所述壳体打开的情况下关闭，更优选地是自动地关闭；
风扇元件(280)；
空气湿度调节元件(286)，适于增加或降低空气的绝对湿度(含水量)；
降尘系统(284)，优选为过滤器，更优选地是HEPA过滤器；
自动控制系统，用于根据生产处理参数以及外部周围空气条件调节工艺设置。
3.根据权利要求1或2所述的空气状况管理系统，其中包括阀(288)，侧管道和可选的其他空气处理系统的空气流分配系统适于将预定的空气流提供给系统的各个部分，优选地提供给不同的制品形成元件。
4.根据前述任一权利要求所述的空气状况管理系统，其中所述间接热交换系统为多向热交换器，优选地包括由在热交换器内分离气流材料的3D表面结构组成的多个层，并且更优选地为具有大表面积蜂窝类型的材料。
5.根据前述任一权利要求所述的空气状况管理系统，其实所述间接热交换系统适于匹配标准ISO 668容器的尺寸，其中优选地，所述壳体服务于提供结构完整性以实现ISO 668标准和支撑热交换器材料层的多个目的。
6.一种空气状况管理方法，优选地用于制造机构中的产品制造，
所述产品优选地从婴儿和成人失禁吸收制品，女性卫生制品，以及适用于这些制品的材料组成的组中选出，所述材料优选地从非织造材料、薄膜和它们的组合组成的组中选出，
所述空气状况管理方法的特征在于其包括以下步骤：
-提供制造机构(210)，其包括：
a)制造室(215)，包括：
壁(217)，适于将制造室与外部周围环境(205)隔开，
所述制造室包括供所述制品的制造设备(230)和操作人员(236)使用的空间，所述制造设备(230)优选地是多种生产线，
所述制造室进一步包括空气环境(220)；
b)所述制品的至少一个制造设备(230)，位于所述制造室中，
所述制造设备包括：
壳体(235)，其将制造设备空气环境的工艺空气(240)从所述制造室环境的空气(220)中隔开，所述壳体优选地与隔音壳体整合；
制品形成元件(245)，位于在所述壳体内部，适于在所述制造设备环境内改变至少一项空气状况(250)，所述状况从温度、含水量、灰尘水平和压力组成的组中选出；
以及，所述制品形成元件(245)优选地从热熔施加系统，超声波系统，分离系统，纤维分离系统，分离系统，卷材处理驱动系统，卷材处理摩擦系统组成的组中选出，
c)间接热交换系统(260)
d)管道系统(270)，适于将所述制造设备壳体(235)、生产室环境(220)和外部周围环境(205)连接至间接热交换系统(260)；
-通过操作所述制品形成元件改变所述制造设备空气环境(240)的状况；
-从所述制造设备空气环境(240)中收集工艺空气并对其进行压差处理以在管道系统中产生空气流；
-将所述工艺空气从所述制造设备空气环境(240)传输到所述间接热交换系统；
-可选地从所述空中制造环境(220)收集室内空气并将其转换到所述间接热交换系统；
-如果存在工艺空气(240)或所述室内空气(220)，则在间接热传输器内，优选地在绝热热传输器内，通过与周围空气在交换能量处理所述工艺空气(240)或室内空气(220)；
其中：
离开所述热交换器的空气流中周围空气的含量小于50％，优选地小于80％，更优选地小于10％，甚至更优选地小于1％，最优选地基本为零，其中在所述周围空气和工艺空气之间的所述热交换优选地是绝热热交换。
7.根据权利要求6所述的一种空气状况管理方法，进一步包括以下步骤：如果存在已处理空气和室内空气，则对已处理空气和室内空气执行一个或多个从由以下步骤组成的组中选出的步骤：
-进一步加热或冷却；
-通过增加或移除湿气调节水含量；
-减少灰尘等级；
-形成进一步的压差；
-在打开所述制造设备的壁时，通过截止阀中断所述处理中和所述处理过空气的空气流；
-从一个或多个制造设备中收集空气；
-引导多于一个的空气流到间接热交换系统，优选地通过操作多路热交换器；
-将处理过空气的所述空气流导向到位于制造室环境内或设备环境内的两个或更多个的端点。
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