集成的密闭系统的制作方法

专利名称：集成的密闭系统的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种具有集成的调节阀(damper)的密闭箱体。本发明还 涉及一种具有集成的过滤器泄露扫描装置的密闭箱体。
背景技术：
图1示出传统的密闭系统。传统的密闭(containment)系统典型地由连续 排列的多个组件组成。所述组件一般包括一个或多个过滤器箱体区、上游检测 区、下游检测区和旋转叶片型气密调节阀，其用于将系统与连接至该系统的上 游和下游管道(ductwork)隔离。气密调节阀放置在过滤器箱体和检测区的上游和下游，其允许密闭系统在 系统净化和/或过滤工作期间气密密封。换接装置(transition)设置在气密调节 阀与检测部件和密闭系统的其他部件之间。调节阀可以是与换接装置螺栓结合 或焊接结合。上游检测区用于对比(challenge)气溶胶导入过滤器部件的上游并用于上 游对比浓度的测量。传统的上游检测区通常包括调节阀以实现足够的气溶胶混 合使得可执行ANSI、 IEST或其他标准的检测。过滤器箱体区可容纳一个或多 个预滤器、中间过滤器、HEPA过滤器、HEGA过滤器和/或其他用于特定应 用需要的过滤部件。预期过滤器104可以是板式过滤器、V型过滤器或其他类 型的过滤器构造。扫描检测区用于执行人工适当位置扫描检测和HEPA过滤器的校验以确 定过滤器中的任何泄露的位置和大小。具有手套(glove)的袋(未示出)通 常耦接至扫描检测区的门法兰并用于在检测设置于滤器箱体区中的过滤器期 间定位探头。用于传统密闭系统的所述配置很大，典型地长度在约130英寸范围内，并 需要大量的空间和安装成本。而且，大尺寸的组件，通常由不锈钢制造，导致 高的材料成本。另外，每个通道门、袋式环(bag ring)和多个区之间的连接是可能的泄漏点。由于密闭系统可靠用于实验室检测最具毒性和剧毒的化合 物、化学试剂、病毒和有机体，因此每个可能泄漏点表示可能使技术人员和/ 或周围环境暴露于有害的生物危害释放源中。因此，需要一种具有较小安装尺寸和较低制作成本的改善的密闭系统，其 还改善系统对可能泄露的内在安全保护。发明内容本发明的实施方式主要提供一种具有集成的气密阀的密闭系统。在另一实 施方式中，该密闭系统包括设置在该密闭系统的箱体中的集成自动扫描装置以 便在不进入箱体内部的情形下可以检漏设置在该箱体中的滤器元件。在再一实施方式中，一种用于检测设置在密闭系统中的过滤器的方法包括 用检测气溶胶对比设置在密闭系统箱体中的过滤器元件的上游侧，以及自动移 动设置在箱体中的探头以获得检漏的采样。


附图结合在本说明书中并构成说明书的一部分，示意性描述本发明，并与 以上所述的简要描述和以下的详细描述一起用于解释本发明的原理。图1是传统的密闭系统的侧视图；图2是具有集成的气密调节阀的密闭系统的一个实施方式； 图3A是图2的密闭系统的局部截面图，其示出了气密调节阀的一个实施 方式；图3B是图2的密闭系统的局部截面图，其说明气溶胶注入环的替代位置； 图4是图2的密闭系统的局部俯视图，其说明气溶胶注入环的一个实施方式；图5描述图2的密闭系统的截面图；图6描述耦接到图2的密闭系统箱体的袋式环的局部截面图； 图7描述密闭系统的另一实施方式；以及图8描述可在密闭系统中使用的自动扫描装置的一个实施方式。 为了便于理解，尽可能用相同的附图标记表示图中共同的相同元件。预期 一个实施方式的元件可以方便地结合在其他实施方式中。
具体实施方式
本发明包括一个或多个以下部件-结合在单个箱体中的过滤器箱体和检测区，从而消除可能的泄漏点诸如单 独区的多个螺纹结合或焊接结合的连接。与独立的调节阀相反，调节阀叶片和密封面集成在密闭箱体中。 调节阀使用密闭箱体的主体作为外部压力边界，与独立箱体相反诸如调节阀的桶(barrel)(诸如在图1中所示的传统系统中所示)。调节阀"密封板"或密封面和入口法兰直接附接到密闭箱体的端部。它们 是密闭箱体的集成部件。方便地，集成的调节阀消除了可能的泄漏点诸如多个螺纹结合或焊接结合 的连接(例如，诸如在图1中所示的传统的系统中所示的调节阀和转换装置)。调节阀叶片在操作期间保持面向入口气流。因此，调节阀叶片还作为分配 板以确保遵循对于气溶胶均匀性的IEST-RP-CC034.1和/或对于气体流动均 匀性的IEST-RP-CC002.2和/或遵循1995年再确认的ASMEN510第8部分的 气体流动分布和/或遵循1995年再确认ASME N510第9部分的气体-气溶胶混 合均匀性。这消除了对内部挡板和用于混合的空间的需要，从而允许箱体縮小。气溶胶注入环的设计和位置是以便将气溶胶注入通过上游调节阀的入口 套环(collar)的高速空气中，气溶胶注入环相对于调节阀的位置消除了在调 节阀进一步下游的需要分配板。然而，传统的系统使用单独的调节阀和气溶胶 注入箱体。气溶胶注入环相对于调节阀的设计和位置、调节阀的设计以及调节阀和气 溶胶注入环相对于密闭箱体的入口的调节阀和气溶胶的注入环的位置的组合 包括"集成系统"，其通常由连续焊接在一起的几个单独的组件组成(例如， 调节阀，和检测区)。该集成系统与传统的密闭系统相比较可降低总长度、安 装成本、生产成本和安装空间要求。集成的自动扫描装置提供在密闭系统的箱体中。这允许可以检测设置在密 闭系统中的过滤器，而不需要使技术人员打开和暴露于过滤器箱体的下游内图2是具有集成调节阀118的密闭系统100。该密闭系统100 —般包括箱体102，其密封性容纳其中的过滤器104的过滤元件。在一个实施方式中，箱 体102包括底部108、侧壁106 (图中示出其前端、左端和右端侧壁)和顶部 110。箱体102可由任意适合的材料诸如塑料、纤维玻璃、不锈钢和铝等其他 适合材料制造。在图l所示的实施方式中，底部108、侧壁106和顶部110连 续焊接在基本上为矩形形状的单独箱体102中。另外参照图3的截面图，箱体102包括围绕形成在相对的平行侧壁106 中的入口 186和出口 188设置的套环116。套环116密封地耦接至或形成在侧 壁106中以便于空气(或其他流体)流经设置在密闭系统100中的过滤器104。 套环116可以通过连续焊接、填缝、密封圈或其他适合的密封与箱体102密封 结合。套环116包括密封唇缘112，其延伸至箱体102的内部空间。气密调节阀118提供在每个套环116中。调节阀118可以移动到密封啮合 唇缘112从而防止通过套环116泄露的第一位置和与唇缘112隔开的第二位置 之间。调节阀118和唇缘112之间的距离可以设定以控制通过套环116的流速。 在一个实施方式中，调节阀118具有一般圆锥形形状，其相对于调节阀沿套环 116的中心线轴向开启和关闭运动而保持在固定方向。因此，由于调节阀118 保持面向通过套环116的流动(例如，调节阀的正面保持与流动成直角)，均 匀的气体间隙保持在调节阀和套环116的唇缘112之间，得到经过调节阀全范 围运动的均匀气流分布。在Morse等人在2004年6月8日提交的美国专利申 请序列号No. 10/863,629中描述了可适于从本发明受益的一个调节阀。在图3所示的实施方式中，调节阀118包括在圆锥体的外围上形成的凝胶 填充的轨迹132，当圆锥体与从箱体120和/或套环116延伸的唇缘112啮合时， 圆锥体选择性提供气密密封。短语"圆锥体"意在包括圆锥形、椭圆形、半球 形和圆形，以及其变型。凝胶可以是硅胶、聚亚安酯凝胶或其他适合用于选择 性将调节阀118与密闭系统IOO密封结合的材料。可选地，气密密封可通过密 封圈或其他适合材料形成。气密密封允许密闭系统100的内部空间与耦接至套 环116的管道(未示出)隔离。以该方式，箱体102的内部空间可以净化和/ 或过滤器104可以更换。由于在没有转换装置和/或独立的调节阀模块(如图1 所示的传统系统中所示)情形下，调节阀118直接集成在箱体102中，因此消 除了多个泄露可能点，并增加了防止密闭系统102意外泄露和污染物可能释放 的内在安全性。另外参照图4所示的密闭系统100的局部俯视图，气溶胶注入环302设置 在调节阀118上游的套环116中。气溶胶注入环302通过密封地通过唇缘112 的管304，耦接至贯穿箱体102形成的气溶胶注入孔180。气溶胶注入环302 定位在由套环116限定的高速率流动的区域中。通过定位在气溶胶注入环302 的径向向内侧(或其他部分)上的孔而提供给空气气流的气溶胶，当空气气流 进入箱体102时，撞击调节阀118的表面，从而提供需要的湍流以确保用于过 滤器检测的气溶胶的较好混合和均匀分布。图3B是图2的密闭系统的局部侧视图，其示出气溶胶注入环330的替代 位置。注入环330定位在箱体102内部且在唇缘112外面。注入环330设置在 侧壁106和调节阀106之间。形成在注入环330中的孔402具有呈向内角度(例 如，朝套环116的中心线)将气溶胶喷雾引导至箱体102中的取向(通过虚线 332所示)，以便喷雾被引导至限定在唇缘112和调节阀118之间的高速气流 区。取向332还可以远离侧壁106以便从孔402出来的喷雾清洗唇缘112。图3A-B中所示的气溶胶注入环330的所述配置表明遵循气溶胶均匀性 正ST-RP-CC034.1，气流均匀性正ST-RP-CC002.2和/或遵循1995年再确认的 部分8的ASME N510的气流分布，和/或遵循1995年再确认的部分9的ASME N510空气-气溶胶混合均匀性。因此，与传统的密闭系统相比，消除了传统的 密闭系统中需要的内部挡板和需要的混合空间，从而允许箱体縮小。图5-6是图2的密闭系统的截面和局部截面图。首先参照图5，自动扫描 装置130可设置在箱体102中以便于在不打开箱体102的情形下而扫描过滤器 104的扫描。由于箱体102的区域不再需要门来辅助检测(诸如图1的传统系 统)，因此箱体102的长度可以进一步减小。而且，由于不需要任何门，因此 消除了传统系统中存在的可能泄漏点，进一步增加了本发明的安全性。在一个 实施方式中，配置用于自动扫描的箱体102的总长度小于约55英寸。预期配 置用于高效检测的密闭系统可以在箱体102的下游采样，从而，允许下游调节 阀118和过滤器104之间的距离进一步縮短。在Morse等人在2005年4月25 日提交的美国专利临时申请序列号No. 60/675,678中描述了一种可以从本发明 受益的自动扫描装置。自动扫描装置130包括至少一个探头142和运动装置，诸如致动器144。 探头142可以具有适合于颗粒扫描检测的任意数量的设计。在一个实施方式中，探头142遵循IEST-R^-CC034.1工业标准(Recommended Practice)。探头142 —般通过管526耦接至由箱体102限定的下游采样端口 508。检测器510，诸如光度计或 粒子计数器耦接至端口 508。检测器510还可耦接至上游采样端口 540。探头142 — 般配置以在预定的过滤器检测速度产生等动力学采样。预期可以采用多个探头，或 具有多个采样端口的探头(并因此，耦接至多个采样端口 508的多个采样管516)。致动器144可以是一个或多个线性致动器、x/y致动器或其他适合用于相对于过 滤器元件104定位探头142从而便于泄露检测的装置。致动器144的控制和/或设备 可以通过贯穿箱体120限定的端口 502布线连接至控制器506。端口 502配置为防 止箱体102的泄露，并可用快速拆卸或其他适合的零件配合。所述端口目前可以在 从Camfil Farr有限公司购买的密闭系统上可用。图8示出自动扫描装置800的一个实施方式，其可用于在此描述的箱体102中， 以在不打开箱体102的清洗下而检漏安装在系统100中的过滤器。自动扫描装置800 包括运动装置844，用于定位箱体内的探头142以便可以扫描过滤器的整个表面的 泄露。探头142可以是可定位的，以检漏过滤器-密封面密封的泄露。运动装置844 可以是一个或多个任意适合的致动器、机械手、x-y致动器、线性致动器、步进电机 或伺服电机，流体动力缸、无杆汽缸、带传动或链传动、齿轮齿条传动装置、滚 珠、引线、梯形螺纹或其他螺旋传动或其他适合的运动控制，适合于在箱体 102的内空间中移动探头142的运动产生和/或运动辅助装置。在图8所示的实 施方式中，运动装置844是两个无杆汽缸846、 848。第一汽缸846耦接至箱体102并具有与箱体滑动连接的第一滑架 (carriage) 810。第二汽缸848耦接至第一滑架810并与其一起移动。第二滑 架812沿第二汽缸848滑动。探头142耦接至第二滑架812。第一滑架810的 位置通过向第一汽缸846的至少一侧选择性供应空气或其他流体而控制。同 样，第二滑架812的位置通过选择性向第二汽缸848的至少一侧供应空气或其 他流体来控制。因此，通过控制滑架810、 812的运动，探头142可以选择性 定位来扫描过滤器的表面。在所示的实施方式中，流体控制线路822、 824提 供在汽缸846、 848和端口 502之间来控制距离系统100的外部沿扫描方向的 探头142的横向位置。设置在系统100中的传感器可用于提供给反馈控制器，来确定探头142 的位置。该信息可用于确定泄露或检测过滤器泄露修复等其他用途。在图8所示的实施方式中，两个传感器852、 854通过端口 502配线连接至控制器506 以提供可用于确定探头142何时在预定位置的信息。为清楚起见，已经省略传 感器852、 854和控制器506之间的配线。传感器852、 854可用于常规校准， 或应用探头移动的已知或计算的速率来计算探头位置。探讨移动速率可经验性 确定、基于控制流体参数(即，压力、体积和/或通过控制线路848、 850的流 体的速率)相关的已知或估算速率和/或通过直接测量来计算。在另一实施方式中，传感器852、 854设置在箱体102中以获得探头位置 的测量指示。传感器852、 854可以是光学器件、接近传感器、旋转编码器、 LVDT (线性差动)转换器或其他适合于确定探头142的位置的器件。在图8 所示的实施方式中，传感器852、 854是通过端口 502配线连接至控制器506 的LVDT传感器。回到图2和图5，箱体102主要包括可用于密封关闭过滤器进入口 522的 门520。门520主要包括密封圈524，其可抵靠箱体102压紧以密封进入口 522。 在一个实施方式中，密封圈524通过锁扣装置526，诸如设置在螺纹构件上的 旋钮而压紧。由于箱体102仅需要单个门或进入口用于进入箱体102的内部(例 如，单独的过滤器进入口 522)，使可能的泄漏点的数量最小化为仅单个门、 12个箱体边缘焊接、以及渗透，从而与传统系统相比，提供更牢固并可靠的 密闭系统。随着密闭系统的应用相关的危害级别的重要性不断增加，密闭系统， 诸如在此描述的具有最小化的泄露可能的本发明的密闭系统，将成为保护使用 这些系统的技术人员和实验室周围的区域的必需品。继续参照图2和5，袋式环530包围过滤器进入口 522。环530为袋(可 选地具有手套)提供安装法兰，可用于移除和/或进入箱体102的内部，如本 领域公知。用于进入箱体的内部的该方法一般公知为"袋内(bag-in)、袋外 (bag-out)"，并在美国专利号No. 4,450,964中进一步详细描述。过滤器104 —般抵靠设置在箱体102中的密封面550密封。密封面550 以迫使流经箱体的空气通过过滤器104的方式耦接至箱体102。在一个实施方 式中，密封面550是刃形，用于啮合形成在过滤器104的框架中的流体密封。 预期密封面550可以是法兰，用于固定密封圈，或其他适合于将过滤器104 与箱体102密封的构造。箱体102还包括偏置装置552。偏置装置552 —般促使过滤器104抵靠密封面550以确保在操作期间没有旁路。在一个实施方式中，偏置装置552是联 接箝位机构，其可在释放过滤器104的位置和偏置过滤器抵靠密封面550的位 置之间移动。预期可以采用适合于保持过滤器104抵靠密封面550的其他构造 的偏置装置。可适于从本发明受益，既具有偏置装置、袋式环，又具有过滤器 进入口的一个密闭箱体是FB HOUSING ,可从位于Washington, North Cardina (北卡罗莱纳州的华盛顿)的Camfil Fair有限公司购买。图7描述了具有集成调节阀118的密闭系统700的另一实施方式。该密闭 系统700 —般类似于图2-6的系统，另外其中系统700包括具有袋式环704的 第二进入口 702，以容纳应用具有手套的袋，诸如图5所示的袋532且利用传 统扫描实践的人工检测过滤器104。因此，本发明提供了一种具有至少一个集成调节阀的密闭系统，与传统密 闭系统相比，其总尺寸和成本显著减小。而且，具有自动扫描装置的实施方式 能使过滤器在其安装位置进行检测(例如，在最终的用户位置的操作位置，而 不是机台检测)，而不打开箱体且并不使过滤器的下游的区域遭受污染的风险。
权利要求
1.一种密闭系统，包括具有气流入口和气流出口的箱体；设置在所述箱体中在所述入口和出口之间的过滤器密封部分；第一套环，其从所述箱体延伸并包围所述进口或入口的至少其中之一；以及设置在所述箱体中的第一气泡型调节阀，其可定位以选择性密封通过第一套环包围的所述口。
2. 根据权利要求1所述的密闭系统，其特征在于，进一步包括 贯穿所述箱体形成的单独选择性可密封入口；以及 从所述箱体延伸并包围所述入口的袋内/袋外环。
3. 根据权利要求1所述的密闭系统，其特征在于，进一步包括 从所述箱体延伸并包围所述第二口的第二套环；第二气泡型调节阀，设置在所述箱体中并且可定位以选择性密封所述第二□。
4. 根据权利要求1所述的密闭系统 阀相对于所述套环的中心线轴向移动。
5. 根据权利要求4所述的密闭系统 阀进一步包括基本圆锥体。
6. 根据权利要求5所述的密闭系统括圆锥、椭圆体、半球或圆形。
7. 根据权利要求1所述的密闭系统 设置在所述箱体中的扫描探头；以及设置在所述箱体中的运动装置，配置为移位所述扫描探头。
8. 根据权利要求7所述的密闭系统，其特征在于，所述扫描探头进一步包括狭长的构件；以及，其特征在于，所述第一气泡型调节 ，其特征在于，所述第一气泡型调节，其特征在于，所述圆锥体进一步包，其特征在于，进一步包括形成在所迷狭长构件中的多个采样端口 。
9. 根据权利要求7所述的密闭系统，其特征在于，所述扫描探头设置在 所述箱体的一部分中在过滤器密封部分和气流出口之间，该部分不具有通过形 成于其中的门密封的任何入口。
10. 根据权利要求1所述的密闭系统，其特征在于，进一步包括设置在所述调节阀的套环上游中的气溶胶注入环。
11. 根据权利要求IO所述的密闭系统，其特征在于，所述气溶胶注入环进一步包括具有径向向内取向的多个气溶胶注入孔。
12. 根据权利要求7所述的密闭系统，其特征在于，进一步包括 贯穿所述箱体形成的多个渗透，每个渗透具有暴露于所述箱体的空间侧的第一侧部和耦接至所述扫描探头的第二侧部。
13. 根据权利要求7所述的密闭系统，其特征在于，进一步包括设置在所述箱体中并耦接至所述运动装置的电机；以及将所述电机耦接至至少一个渗透的至少一条引线。
14. 根据权利要求7所述的密闭系统，其特征在于，进一歩包括设置在所述箱体中的机械联接，其耦接在运动装置和第一渗透之间，配置 为在不从所述箱体泄露的情形下将旋转运动传递给联接。
15. 根据权利要求14所述的密闭系统，其特征在于，进一步包括.-设置在所述箱体外部并可通过第一渗透可操作性耦接至联接的电机、传动 器或手杆至少其中之一。
16. 根据权利要求7所述的密闭系统，其特征在于，所述运动装置进一步包括耦接至所述箱体的圆柱致动器。
17. 根据权利要求7所述的密闭系统，其特征在于，所述运动装置包括耦接至所述箱体的无杆汽缸。
18. 根据权利要求7所述的密闭系统，其特征在于，进一步包括设置在所述箱体中的传感器，并提供所述探头的定位的测量指示。
19. 根据权利要求l所述的密闭系统，其特征在于，所述箱体进一步包括单独的通道门。
20. 根据权利要求l所述的密闭系统，其特征在于，进一步包括 设置在所述箱体中在套环外部的气溶胶注入环。
21. 根据权利要求1所述的密闭系统，其特征在于，所述气溶胶注入环进一步包括-具有径向向内取向的多个孔。
22. —种密闭系统，包括箱体，具有箱体的气流入口和出口，该箱体具有密封部分，配置为当过滤 器元件设置在该箱体中时提供与该过滤器元件的气密密封界面。从所述箱体延伸并包围所述入口的第一套环；设置在所述箱体中的第一气泡型调节阀，并可定位以选择性密封所述入 口；以及气溶胶注入环，其设置在所述箱体中并具有多个径向向内取向的气溶胶注 入孔。
23. 根据权利要求22所述的密闭系统，其特征在于，所述气溶胶注入环 设置在所述套环的外部并在所述调节阀和具有其中形成有入口的壁之间。
24. 根据权利要求22的密闭系统，其特征在于，进一步包括 贯穿所述箱体形成的单个选择性可密封入口；以及 从所述箱体延伸并包围所述入口的袋内/袋外环。
25. 根据权利要求22所述的密闭系统，其特征在于，所述气泡型调节阀 相对于所述套环的中心线轴向移动。
26. 根据权利要求22所述的密闭系统，其特征在于，所述气泡型调节阀 进一步包括基本圆锥体。
27. 根据权利要求22所述的密闭系统，其特征在于，所述气泡型调节阀 进一步包括凝胶填充轨迹。
28. 根据权利要求22所述的密闭系统，其特征在于，进一步包括 从所述箱体延伸并包围所述第二口的第二套环；以及 设置在所述箱体中的第二气泡型调节阀，并可定位以选择性密封所述第二P]。
29. 根据权利要求22所述的过滤器模块，进一步包括设置在所述箱体中并耦接至该箱体的运动装置；以及 耦接至所述运动装置并通过该运动装置选择性移位的探头。
30. —种用于检测设置在密闭系统中的过滤器的方法，包括 流动空气经过设置在密闭箱体中的过滤器，其中该密闭箱体安装于设备中；将气溶胶经过环而导入空气中，其中该环安装箱体的套环；以及 检测所述过滤器而不打开所述箱体。
31. 根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述检测进一步包括.-移动设置在所述箱体中的扫描探头。
32. 根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述检测进一步包括 传送通过所述探头获得的采样经过形成于箱体中的渗透。
33. —种用于更换设置在密闭箱体中的过滤器的方法，包括 将设置在箱体中的第一调节阀移动至提供所述箱体的入口的气密密封的位置；将设置在箱体中的第二调节阀移动至提供所述箱体的出口的气密密封的 位置；打开具有袋式环的通道门；以及 通过所述通道门执行袋内/袋外过滤器交换。
全文摘要
本发明的实施方式主要提供一种具有集成的气密调节阀的密闭系统。在另一实施方式中，该密闭系统包括设置在密闭系统的箱体中的集成自动扫描装置，从而在不进入箱体内部的情形下而检漏设置在箱体中的滤器元件。在再一实施方式中，一种用于检测设置在密闭系统中的过滤器的方法包括用检测气溶胶来对比设置在密闭系统的箱体中的过滤器元件的上游侧，以及自动移动设置在箱体中的探头以获得泄露检测的采样。
文档编号B01D19/00GK101237916SQ200680028750
公开日2008年8月6日 申请日期2006年4月28日 优先权日2005年8月9日
发明者托马斯·C·莫泽, 马克·胡扎 申请人:肯非法尔公司