CN113531739A - 负空气过滤系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种负空气过滤系统和一种操作负空气过滤系统的方法。负空气过滤系统包括壳体、预过滤器、HEPA过滤器和风扇组件。壳体包括入口和出口。预过滤器设置在壳体内在入口的下游。HEPA过滤器设置在壳体内在预过滤器的下游。风扇组件设置在壳体内在HEPA过滤器的下游。风扇组件与预过滤器和HEPA过滤器成气流连通。风扇组件配置成生成横跨预过滤器和HEPA过滤器的负压。风扇组件可包括恒定转矩马达。负空气过滤系统设计成在与现有的负空气过滤系统相比时具有降低的复杂性和增大的可靠性。

Description

负空气过滤系统
相关申请的交叉引用
本申请要求保护2020年4月13日提交的编号为63/008,895的美国临时申请的权益，该美国临时申请的内容由此以其整体并入。
背景技术
使用负空气机从封闭空间的空气中去除污染物。举例来说，可使用负空气机从空气中去除石棉、霉菌和/或微生物。一旦负空气机从空气中过滤污染物，取决于配置，空气可于空间内再循环或排放于空间外侧。
已发现负空气机在医院环境中特别有用，其中负空气机放置在特定的室中。特别地，负空气机已用于各种类型的隔离室(例如，空气传播传染隔离(AII)室、防护隔离/环境(PE)室、可转换的隔离室以及组合AII/PE室)中。通过将负空气机放置在这些室中，可防止或至少减缓传染病的传播。
为从空气中去除微生物，传统的负空气机包括风扇、至少一个预过滤器以及HEPA过滤器。使用风扇产生负压且将空气吸到负空气机中(例如，通过入口和到出口外)。使用预过滤器从空气中去除较大的颗粒和碎屑(例如，大的灰尘颗粒、毛发等)。使用HEPA过滤器从空气中去除较小的颗粒(例如，微生物)。通常，风扇设置在负空气机的入口处，其中过滤器(例如，预过滤器和/或HEPA过滤器)中的一个或多个设置在风扇的下游。这生成横跨风扇下游的过滤器的正压。该正压可在过滤器上和/或在过滤器周围的任何密封件上引起增大的应力，其可导致污染物泄漏(例如，通过过滤器中的孔，或通过过滤器周围的密封件中的开口)。如果污染物能够通过负空气机泄漏，然后负空气机可不可靠地防止传染病的传播。
为可靠地防止传染病的传播(例如，为从空气中有效地去除污染物)，负空气机的过滤器需要保持畅通。为帮助检测堵塞的过滤器，通常使用微处理器。传统上，微处理器连接到风扇组件(例如，到为风扇提供功率的马达)以检测功率消耗上的增大。功率消耗上的增大可指示过滤器堵塞和需要更换。然而，微处理器的该使用可引起不必要的依赖性，且可导致关于制造的增大的复杂性。
因此，仍需要有效地从空气中去除污染物同时还能够更容易制造的负空气机和操作此类负空气机的方法。
发明内容
根据一个实施例，提供一种包括壳体、预过滤器、HEPA过滤器和风扇组件的负空气过滤系统。壳体包括入口和出口。预过滤器设置在壳体内在入口的下游。HEPA过滤器设置在壳体内在预过滤器的下游。风扇组件设置在壳体内在HEPA过滤器的下游。风扇组件与预过滤器和HEPA过滤器成气流连通。风扇组件生成横跨预过滤器和HEPA过滤器的负压。
根据额外或备选的实施例，壳体还包括内表面，其中隔离物设置在内表面上。
根据额外或备选的实施例，隔离物包括外箔表面和玻璃纤维体。
根据额外或备选的实施例，负空气过滤系统还包括设置在壳体的上表面上的供应管道过渡部，该供应管道过渡部包括出口凸缘和出口板，其中出口板包括设置于其中的多个孔口。
根据额外或备选的实施例，负空气过滤系统还包括压力开关，该压力开关可操作地连接到指示器，该指示器设置在壳体上。
根据额外或备选的实施例，压力开关包括管，该管包括第一端和第二端，该第一端设置在壳体外侧，且该第二端设置在风扇组件与HEPA过滤器之间。
根据额外或备选的实施例，指示器配置成当预过滤器和HEPA过滤器中的至少一个需要更换时发信号。
根据额外或备选的实施例，风扇组件包括恒定转矩马达，该恒定转矩马达包括操作转矩。
根据额外或备选的实施例，恒定转矩马达可操作地连接到选择装置，该选择装置配置成调整操作转矩。
根据额外或备选的实施例，操作转矩与近似恒定的RPM相关，其中近似恒定的RPM在800 RPM与1500 RPM之间。
根据额外或备选的实施例，风扇组件包括前弯轮式吹送器。
根据额外或备选的实施例，HEPA过滤器包括外周边，密封组件围绕该外周边设置；该密封组件配置成防止绕过HEPA过滤器周围。
根据额外或备选的实施例，密封组件包括至少一个垫片和至少一个平面部件。
根据额外或备选的实施例，负空气过滤系统还包括设置在壳体内的安装轨道，该安装轨道邻近密封组件设置。
根据额外或备选的实施例，入口设置在壳体的下表面上，且出口设置在壳体的上表面上，入口和出口是竖直定向的。
根据额外或备选的实施例，负空气过滤系统还包括设置在壳体的下表面上的多个轮。
根据额外或备选的实施例，下表面包括小于4平方英尺的表面积。
根据本公开内容的另一方面，提供一种用于操作负空气过滤系统的方法。负空气过滤系统包括预过滤器，设置在预过滤器的下游的HEPA过滤器，以及包括恒定转矩马达的风扇组件，该风扇组件设置在HEPA过滤器的下游。方法包括用于在第一环境下以第一所需CFM操作负空气过滤系统的步骤，恒定转矩马达在第一所需CFM下以第一近似恒定的转矩操作。方法还包括用于在第二环境下以第二所需CFM操作负空气过滤系统的步骤，恒定转矩马达在第二所需CFM下以第二近似恒定的转矩操作。
根据额外或备选的实施例，恒定转矩马达包括选择装置，该选择装置配置成使恒定转矩马达的操作转矩控制在第一近似恒定的转矩与第二近似恒定的转矩之间。
根据额外或备选的实施例，第一近似恒定的转矩和第二近似恒定的转矩各自分别与近似恒定的RPM相关，该近似恒定的RPM在800 RPM与1500 RPM之间。
附图说明
被认为是本公开内容的主题在说明书结束处的权利要求书中特别地指出且明确地要求保护。图的以下描述不应被视为以任何方式限制。参照附图，相似的要素被相似地编号：
图1是根据本公开内容的一方面的包括壳体、预过滤器、HEPA过滤器和风扇组件的负空气过滤系统的透视图。
图2是根据本公开内容的一方面的其中隔离物设置在壳体的内表面上的如图1中示出的预过滤器的透视图。
图3是根据本公开内容的一方面的其中轮设置在壳体的下表面上的如图1中示出的HEPA过滤器的透视图。
图4是根据本公开内容的一方面的设置在壳体的上表面上的供应管道过渡部的第一实施例的透视图。
图5是根据本公开内容的一方面的供应管道过渡部的第二实施例的透视图。
图6是根据本公开内容的一方面的压力开关的透视图。
图7是根据本公开内容的一方面的设置在壳体上的指示器和度盘的透视图。
图8是根据本公开内容的一方面的其中风扇组件包括恒定转矩马达和前弯轮式吹送器的如图1中示出的风扇组件的透视图。
图9是根据本公开内容的一方面的描绘HEPA过滤器外周边的如图1中示出的HEPA过滤器的透视图。
图10是根据本公开内容的一方面的围绕图9中示出的外周边设置的密封组件的透视图。
图11是根据本公开内容的一方面的示出操作负空气过滤系统的方法的流程图。
具体实施方式
提供一种包括壳体、预过滤器、HEPA过滤器和风扇组件的负空气过滤系统以及一种操作负空气过滤系统的方法。通过将风扇组件设置在HEPA过滤器和预过滤器的下游，负空气过滤系统生成横跨预过滤器和HEPA过滤器的负压。通过生成横跨过滤器的负压(例如，代替正压)，负空气过滤系统可通过避免在过滤器和过滤器周围的密封件上生成不需要的应力来更可靠地防止传染病的传播(例如，与现有的负空气过滤系统相比)。另外，通过避免使用微处理器监测过滤器的堵塞，本文中提供的负空气过滤系统可具有降低的复杂性且更容易制造(例如，与现有的负空气过滤系统相比)。举例来说，代替使用微处理器，负空气过滤系统可使用压力开关来监测过滤器的堵塞。虽然本文中描述为在医院环境中特别有用，应了解的是，负空气过滤系统可在需要污染物过滤的任何环境内使用(例如，用于家用补救等)。
现在参照图，图1中示出示例性负空气过滤系统100。负空气过滤系统100包括壳体200、预过滤器300、HEPA过滤器400和风扇组件500。壳体200包括入口210和出口220。预过滤器300设置在壳体200内在入口210的下游。HEPA过滤器400设置在壳体200内在预过滤器300的下游。风扇组件500设置在壳体200内在HEPA过滤器的下游。风扇组件500与预过滤器300和HEPA过滤器400成气流连通。成气流连通可解释成意味着(例如，由风扇组件500)吸到负空气过滤系统100中的气流通过风扇组件500、预过滤器300和HEPA过滤器400。风扇组件500生成横跨预过滤器300和HEPA过滤器400的负压(例如，代替正压)。
壳体200包括内表面230，其可包括隔离物231。举例来说，壳体200可由在壳体200的转角处连结在一起(例如，使用任何已知的紧固手段)的一件或多件金属片制成。壳体200的内表面230可被视为成件的金属片的面向内的表面。在某些情况下，隔离物231可衬垫壳体200的整个内表面230，以最大限度地减小壳体200外侧的噪声。应了解的是，在某些情况下，隔离物231仅衬垫壳体200的内表面230的部分(例如，可仅衬垫风扇组件500附近的内表面230)。如图2中示出的，隔离物231可包括外箔表面233和玻璃纤维体232。
预过滤器300可直接邻近HEPA过滤器400设置。图2中示出安装在负空气过滤系统100内的预过滤器300的透视图。该预过滤器300可容易为可去除和可更换的(例如，如果/当预过滤器300变得堵塞)。可使用预过滤器300从进入负空气过滤系统100的空气中去除较大的颗粒(例如，毛发、灰尘等)，以避免较大的颗粒堵塞HEPA过滤器400。图3中示出其中预过滤器300被去除(例如，其中HEPA过滤器400暴露)的负空气过滤系统100的透视图。可在空气于空间内再循环(例如，回到室中)或排放于空间外侧(例如，室和/或建筑物的外侧)之前使用HEPA过滤器400从空气中去除细小的污染物(例如，微生物)。
在离开负空气过滤系统100时，空气可通过管道(未示出)。为了便于安装(例如，使得容易与管道连接)，负空气过滤系统100可包括供应管道过渡部600(如图4和图5中示出的)。供应管道过渡部600可设置在壳体200的上表面202上。供应管道过渡部600可包括出口凸缘610和包含多个孔口的出口板620。出口凸缘610可在出口板620周围沿周向延伸。出口凸缘610可从壳体200的上表面202基本垂直地延伸。基本垂直可意味着壳体200的上表面202和出口凸缘610可形成近似90°(例如，+/-5°)的角度。出口凸缘610可大小设置成允许管道配置在出口凸缘610上(例如，允许管道夹到出口凸缘610的外侧)。出口板620可以以能够允许空气流到负空气过滤系统100外且流过管道的任何方式配置。图4中示出带有一个潜在出口板620配置(例如，带有具有圆形几何形状的多个孔口)的供应管道过渡部600的第一实施例的透视图。图5中示出带有另一潜在出口板620配置(例如，带有配置为槽的多个孔口)的供应管道过渡部600的第二实施例的透视图。
为高效地作用且有效地从空气中去除污染物，负空气过滤系统100的过滤器(例如，预过滤器300和HEPA过滤器400)需要保持畅通。为监测过滤器的状态，负空气过滤系统100可包括压力开关700(如图1和图6中示出的)。压力开关700可以可操作地连接到指示器720(例如，通过一个或多个有线或无线的连接)。指示器720可包括能够发信号(例如，能够生成声音和/或光)的任何装置。在某些情况下，指示器720是设置在壳体200上的灯(例如，LED)(如图7中示出的)。当预过滤器300和HEPA过滤器400中的至少一个需要更换时，指示器720可由负空气过滤系统100用来发信号(例如，通过闪烁)。
压力开关700可使用隔膜(未示出)来触发指示器720。举例来说，压力开关700可具有连接到管710(在图1中示出)的柔性隔膜。隔膜可相对于压力上的改变来移动(例如，触发指示器720)。管710可包括设置在壳体200外侧(例如，通向大气)的第一端711和设置在壳体200内侧(例如，在风扇组件500与HEPA过滤器400之间)的第二端712。因此，压力开关700可监测风扇组件500与HEPA过滤器400之间的压力改变，且当压力下降至指示过滤器(例如，预过滤器300或HEPA过滤器400)堵塞到需要更换它的程度的点时触发指示器720。应了解的是，在HEPA过滤器400的上游的预过滤器300的配置可减缓HEPA过滤器400变得由较大的颗粒(例如，灰尘、毛发等)所堵塞。如上文提到的，堵塞的过滤器可影响负空气过滤系统100的效率。举例来说，堵塞的过滤器可引起风扇组件500消耗更多的功率。
图8中示出示例性风扇组件500的透视图。如示出的，风扇组件500可包括恒定转矩马达510和前弯轮式吹送器520。这可意味着风扇组件500可不使用恒定CFM的马达(例如，其可并入一个或多个微处理器)。恒定转矩马达510可以可操作地(例如，通过一个或多个有线或无线的连接)连接到选择装置511(例如，图7中示出的度盘)。选择装置511可配置成在各种近似恒定的转矩之间调整操作转矩(例如，其可与近似恒定的RPM相关)。近似恒定的转矩可意味着转矩在操作期间基本不变化(例如，离设定转矩+/-100 Nm)。举例来说，选择装置511可在多个(例如，五个或更多个)不同的存在的恒定转矩之间改变恒定转矩马达510的操作转矩，其在操作期间可基本不变化(例如，不调整度盘511)。在某些情况下，在与其相关的转矩下近似恒定的RPM在800 RPM与1500 RPM之间。选择装置511可使得可能基于其中使用负空气过滤系统100的特定空间的大小来调整风扇组件500的输出(例如，CFM)。举例来说，选择装置511可对较大的室增大转矩且对较小室减小转矩。不管室的大小，可使用风扇组件500拉动空气通过HEPA过滤器400以从空气中去除污染物(例如，微生物)。
负空气过滤系统100可防止空气绕过HEPA过滤器400。图9中示出HEPA过滤器400的示例性实施例。如图9中示出的，HEPA过滤器400可包括外周边410。负空气过滤系统100可包括围绕外周边410设置的密封组件800(在图10中示出)。密封组件800可包括至少一个垫片820(例如，由橡胶或硅化物材料组成)和至少一个平面部件810(例如，由塑料或金属片组成)。密封组件800配置成防止绕过HEPA过滤器400周围。举例来说，密封组件800可配置成使得防止进入负空气过滤系统100的任何空气在没有首先通过HEPA过滤器400的情况下通过出口220。在某些情况下，壳体200包括从内表面230延伸的安装轨道240。安装轨道240可邻近密封组件800(例如，以叠盖的方式，如图10中示出的)设置。
负空气过滤系统100的设计和配置可使负空气过滤系统100容易安装和/或移动，其在时间非常重要的环境中(例如，在医院环境中)可为有利的。另外，负空气过滤系统100可设计成使得它的占有区域(例如，所需的空间量)最小。举例来说，负空气过滤系统100可占据小于4平方英尺的底部空间(例如，下表面201的表面积可小于4平方英尺)。这可由于负空气过滤系统100的定向为可能的。举例来说，负空气过滤系统100可配置成竖直定向(如图1中示出的)，其中出口220设置在上表面202上，且入口210设置在下表面201上。负空气过滤系统100可包括设置在壳体200的下表面201上的多个轮250。这些轮250可使得可能将负空气过滤系统100在室之间(例如，从一个医院室到另一个)移动。
如上文描述的，负空气过滤系统100的设计和配置使得可能以有效且可靠的方式从空气中去除污染物(例如，微生物)，其中复杂性降低(例如，在与并入微处理器来监测过滤器的现有负空气机相比时)。如提到的，代替使用恒定CFM的马达，本文中描述的负空气过滤系统100可使用连接到选择装置511的恒定转矩马达510。该选择装置511可使得可能以与其中使用负空气过滤系统100的环境的需要相一致的方式操作负空气过滤系统100。
图11中示出用于操作负空气过滤系统100的方法900。举例来说，该方法900可使用图1-10中示出的示例性负空气过滤系统100来完成。如上文描述的，负空气过滤系统100可包括预过滤器300、设置在预过滤器300的下游的HEPA过滤器400以及包括恒定转矩马达510的风扇组件500。风扇组件500设置在HEPA过滤器400的下游。方法900包括用于在第一环境下以第一所需CFM操作负空气过滤系统100的步骤910。恒定转矩马达510在第一所需CFM下以第一近似恒定的转矩操作。方法900包括用于在第二环境下以第二所需CFM操作负空气过滤系统100的步骤920。恒定转矩马达510在第二所需CFM下以第二近似恒定的转矩操作。第一近似恒定的转矩与第二近似恒定的转矩之间的调整可通过调整选择装置511来完成。该选择装置511可使得可能相对容易地改变负空气过滤系统100的CFM以匹配其中使用它的环境(例如，室)的特定需要。举例来说，这可在将负空气过滤系统100从一个室移动到另一个时去除对负空气过滤系统100复杂修改的需要，其最终可节省时间。
除非本文中另外指示或与上下文明确地矛盾，否则用语“一”和“一个”和“该”和类似的对象在描述本发明的上下文中的使用被解释成涵盖单数和复数两者。本文中提供的任何和所有的示例或示例性语言(例如，“诸如”、“例如”、“举例来说”等)的使用仅意在更好地阐明本发明，且除非另外要求保护，否则不对本发明的范围施加限制。说明书中的语言不应被解释为指示任何不要求保护的要素对本发明的实施是基本的。
虽然参照一个或多个示例性实施例描述了本公开内容，将由本领域技术人员所理解的是，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可进行各种改变且等同物可替代其要素。另外，可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下进行许多修改来使特定的情形或材料适于本公开内容的教导。因此，意在使本公开内容不限于公开为对执行该本公开内容所构想的最佳模式的特定实施例，而本公开内容将包括落在权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种负空气过滤系统，所述负空气过滤系统包括：
壳体，所述壳体包括入口和出口；
预过滤器，所述预过滤器设置在所述壳体内在所述入口的下游；
HEPA过滤器，所述HEPA过滤器设置在所述壳体内在所述预过滤器的下游；以及
风扇组件，所述风扇组件设置在所述壳体内在所述HEPA过滤器的下游，所述风扇组件与所述预过滤器和所述HEPA过滤器成气流连通，所述风扇组件生成横跨所述预过滤器和所述HEPA过滤器的负压。
2.根据权利要求1所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述壳体还包括内表面，其中隔离物设置在所述内表面上。
3.根据权利要求2所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述隔离物包括外箔表面和玻璃纤维体。
4.根据权利要求1所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述负空气过滤系统还包括设置在所述壳体的上表面上的供应管道过渡部，所述供应管道过渡部包括出口凸缘和出口板，其中所述出口板包括设置于其中的多个孔口。
5.根据权利要求1所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述负空气过滤系统还包括压力开关，所述压力开关可操作地连接到指示器，所述指示器设置在所述壳体上。
6.根据权利要求5所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述压力开关包括管，所述管包括第一端和第二端，所述第一端设置在所述壳体外侧，且所述第二端设置在所述风扇组件与所述HEPA过滤器之间。
7.根据权利要求5所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述指示器配置成当所述预过滤器和所述HEPA过滤器中的至少一个需要更换时发信号。
8.根据权利要求1所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述风扇组件包括恒定转矩马达，所述恒定转矩马达包括操作转矩。
9.根据权利要求8所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述恒定转矩马达可操作地连接到选择装置，所述选择装置配置成调整所述操作转矩。
10. 根据权利要求9所述的负空气过滤系统，其特征在于，操作转矩与近似恒定的RPM相关，其中所述近似恒定的RPM在800 RPM与1500 RPM之间。
11.根据权利要求8所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述风扇组件包括前弯轮式吹送器。
12.根据权利要求1所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述HEPA过滤器包括外周边，密封组件围绕所述外周边设置，所述密封组件配置成防止绕过所述HEPA过滤器周围。
13.根据权利要求12所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述密封组件包括至少一个垫片和至少一个平面部件。
14.根据权利要求12所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述负空气过滤系统还包括设置在所述壳体内的安装轨道，所述安装轨道邻近所述密封组件设置。
15.根据权利要求1所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述入口设置在所述壳体的下表面上，且所述出口设置在所述壳体的上表面上，所述入口和所述出口是竖直定向的。
16.根据权利要求15所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述负空气过滤系统还包括设置在所述壳体的下表面上的多个轮。
17.根据权利要求15所述的负空气过滤系统，其特征在于，所述下表面包括小于4平方英尺的表面积。
18. 一种用于操作负空气过滤系统的方法，所述负空气过滤系统包括预过滤器、设置在所述预过滤器的下游的HEPA过滤器以及包括恒定转矩马达的风扇组件，所述风扇组件设置在所述HEPA过滤器的下游，所述方法包括：
在第一环境下以第一所需CFM操作所述负空气过滤系统，所述恒定转矩马达在所述第一所需CFM下以第一近似恒定的转矩操作；以及
在第二环境下以第二所需CFM操作所述负空气过滤系统，所述恒定转矩马达在所述第二所需CFM下以第二近似恒定的转矩操作。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述恒定转矩马达包括选择装置，所述选择装置配置成将所述恒定转矩马达的操作转矩控制在所述第一近似恒定的转矩与所述第二近似恒定的转矩之间。
20. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一近似恒定的转矩和所述第二近似恒定的转矩各自分别与近似恒定的RPM相关，所述近似恒定的RPM在800 RPM与1500RPM之间。
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