具有能够与风扇、材料处理、暖通空调、地热冷却和其他辅助系统对接的普通“即插即用 ...的制作方法
【专利说明】具有能够与风扇、材料处理、暧通空调、地热冷却和其他辅助系统对接的普通“即插即用”接口架构的模块化压缩高性能单
—SKU过滤装置
[0001]技术领域-
【背景技术】
[0002]现有实用系统(也称为脱机系统)通常由如下系统组成:过滤系统、若干工艺相关风扇、主系统风扇、喷嘴清洁风扇、管道系统、旋风器、喷嘴控制阀、以及通常封闭在电气面板内以便为相应系统供电和控制相应系统的多个电气系统。整个实用系统通常指定为与它所附接的系统(在本专利申请全文中称为转换器)的空气容积要求相配合。这种实用系统可连接至会生成灰尘、纤维和其他污染物的各种工艺和相关设备，诸如尿布的生产、纸巾的生产、口罩的生产、服装的生产、混凝土的生产、石灰的生产、石墨粉的生产、纤维的生产、服装的生产等类似工艺。
[0003]许多工艺要求在不同行业中不尽相同，甚至在相同行业中也不同，因此存在各种工艺要求。作为示例，在快速消费品行业(FMCG)的卫生行业中，例如，女性护垫转换器会需要较低空气容积，通常在10000-30000CMH(每小时立方米)范围内，婴儿尿布转换器可需要的空气容积在25000-50000CMH范围内，而成人尿布转换器可需要的空气容积在40000-80000CMH范围内。即使是在诸如尿布的相同产品类别中，在原始设备制造商(OEM)和自建设备变体(可能具有很大的差别)中也存在各种工艺要求，诸如上面描述为25000-50000CMH之间的尿布转换器的范围。
[0004]由于实用系统中使用的工艺的基本工艺特征，所以目前的实用系统在明确限定的工艺窗口内操作。通常，在项目的设计阶段期间基于系统将需要在未来处理的空气容积来计算实用系统的容量和确定其尺寸。如果流过实用系统的各部分，诸如过滤器系统的空气容积太高，那么在过滤介质上积累的气压可变得过量，并且，在某些示例中，通常是在阶段I过滤工艺中，当通过过滤介质的空气速度达到特定点时，气载污染物可渗透介质，从而造成重大过滤性能损失，这或者会导致排放物增加，以及/或者如果出现二次过滤阶段，那么就会导致随后过滤阶段中的过滤介质的寿命大大减少。出现这些问题的空气速度不仅只是基于空气速度，还在很大程度上取决于污染类型、湿度水平和过滤介质类型。根据一般经验法贝1J，超过1M/S的空气速度会呈现重大工艺问题，而低于0.5M/S的空气速度通常是没问题的。过滤器工艺细节的典型设备概况在图1中示出，图1图示了过滤器尺寸、介质区域、气流和相关空气速度。
[0005]然而，在工艺窗口的下端，目前的过滤器设备却需要存在一定量的空气速度流过过滤器以确保过滤器的内表面保持清洁。其基本概念在美国专利5679136中得以概述，其中气流用于连续地清洁过滤器地板。如果穿过过滤器的空气容积低于设计的气流工艺窗口，那么过滤器内通常将出现大量污染积累。这种污染积累不仅需要大量持续的手动清洁而且从火灾和爆炸角度看都是一大安全危害。如果实用系统内的气载灰尘在限定水平(称为LEL(爆炸下限)和UEL(爆炸上限))内，那么就存在爆炸危险，如果出现点火源(通常是热表面、电火花、静电或机械地生成的摩擦火花)，那么就可能出现爆炸，不幸的是，全球许多实用系统都已经毁于这种事故，大多数事故只造成了资产损失，然而在某些示例中，还造成了人身伤害和生命损失。同样重要的另一个考虑因素是增加过滤器内易燃材料的数量的概念，因为一旦发生了初次爆炸，这就会通过向大火增加额外的燃料而增加危险。
[0006]由于现有的实用系统的这些内在设计要求，所以必须有大量可用的过滤器设备SKU(库存单位)来与各个行业及其相应的OEM供应商的气流要求相配合。
[0007]因此，过滤器制造商需要保持大量过滤器SKU(图1也给出了过滤器SKU的典型概况)的生产能力，其结果是任何单个SKU的默认生产量总是很低。由于设备SKU生产量低，所以过滤器制造商及其相应的供应链通常不能保持任何设备SKU的库存。因此，为了在特定设备SKU的订单到来时能够保持任何现实的生产交货期，过滤器制造商通常被迫使用内部生成能力和/或位于当地附近的外部生产公司和/或位于附近的元件供应商。
[0008]在考虑全球外包时，整个供应链系统变得越来越有问题，因为在其它地区设立生产操作以获得高SKU低容量生产操作通常非常低效，而且在考虑到总成本结构时，这在许多情况下在财政上是不可行的，尽管在其它地区存在可能的劳动力成本优势。
[0009]现在参照建造过滤器所涉及的实际任务。生产工艺通常始于组装过滤器体，然后将部件组装至过滤器体的内部和外部，建造和组装通常遵循类似于基本的福特T型车的生产概念，多个元件在单个组装现场用螺栓连接在一起以形成最终组件。
[0010]—旦完成了空气过滤器系统的生产，该过滤器通常比标准海运集装箱大(假设的是婴儿尿布的情景)，因此，在初次组装和测试之后，就将该系统拆卸、放置到木条箱中并在标准海运集装箱内运输。包括4个过滤阶段的高品质婴儿尿布空气过滤器系统只比海运集装箱大20%至30% (以容积与容积相比较来计算)，然而该空气过滤器系统在拆卸并装在木条箱中之后，通常会需要2-3个海运集装箱来将打包的过滤器部件运输至卫生产品制造商处，且诸如风扇和控制面板等其他物件还要占据额外的海运集装箱中的额外海运空间。必须打包并用木条箱装元件以及海运多个海运集装箱，这不仅增加了项目的负面环境影响，而且在整个供应链期间使该项目增加了大量额外成本。
[0011]一旦所有的过滤器元件都到达客户的场所后，又需要大量人力时间来将过滤器和风扇元件重新组装起来从而重新组装设备。雇佣多个人员组经过多次换班来重新组装，这通常会增加整个安装项目的成本。一旦组装了过滤器，通常就使用管道来连接过滤器和风扇系统以及将整个实用系统连接至转换器。
[0012]正确设计整个系统使其适配在给定的空间(通常由转换器周围的建筑限定，但也会由诸如现有暖通空调(HVAC)管道、夹层等现有系统限定)内所需的工程工作量非常大，并且通常涉及数百个工程设计小时，而且在某些安装示例中，需要的工程工作量并没有投资用于完成高品质设计，其通常导致安装的系统要么非常低效从而需要消耗过多能量，要么过多热量和噪音散发到生产区域中而导致转换器性能降低，这在卫生行业通常会导致纸浆/SAP混合性能损失，而这种损失对卫生生产商具有重大成本影响。
[0013]在许多安装示例中，风扇容置在开放环境中，要么在生产地板上要么在夹层地板上，从而热量和噪音直接散发在转换器房间中。
[0014]噪音散发和与噪音散发相关的健康问题在许多行业(包括FMCG行业中的各领域)中也正成为更加重要的主题，因此本专利中描述的发明也提供了大量减少噪音的解决方案。如众所周知，暴露在工作场所中的噪音下而导致的听力损失是所有职业病中最常见的一种，也是造成员工不舒服的关键因素。通常，员工会暴露在工业生产过程中的各种高噪音级下，而任何暴露在过度噪音级下都会对员工造成额外压力。已经执行的许多决定性研究证明，与在高噪音散发环境下工作的生产线操作员相比，在低噪音散发环境下工作的生产线操作员的精力集中水平更高、毅力更大并且总体健康水平更好。此外，短时期暴露在过度噪音下可能导致暂时听力损失，持续从几秒到几天不等，而长期暴露在噪音下则会导致永久性听力损失。为FMCG领域生产设备的许多OEM正在重新评估DBA散发目标，目前通常的目标是最近从在一米处的85DBA调整到的83DBA，理想的情况是可能会将声音散发减少至一米处的80DBA—一标准工业实用系统在不安装额外的声音吸收系统的情况下通常不可能实现这一目标。此外，在FMCG卫生行业，风扇系统噪音散发正成为讨论得越来越多的主题，这是因为随着逐步转向诸如欧洲的干燥锁定(Dry-1ock)的仅SAP尿布，通过移除现有的锤式粉碎机工艺，尿布生产场所中留下的会生成重大噪音的主工艺物件通常就只是风扇及其相应的驱动系统。
[0015]然而，工业噪音暴露是可以通过使用通常意在从源头减少噪音的基础设计概念来控制的，从源头减少噪音可以通过明智的风扇选择、驱动电机选择以及通常会包括声音吸收固定设备以限制进入地板和/或夹层的声音传输的框架设计来实现。也可通过安装额外的集音和消音设备来减少DBA散发，并且也可在下一代实用设备中采用建筑行业中建筑师用于减少房间之间的噪音传递的噪音减少概念。
[0016]在转换器房间处于HVAC环境中的情景下，风扇和相应驱动器散发的过度热量(通常量化为BTU/小时)非常严重。通常，每消耗100KW的电，仅风扇电机每小时就会散发34000-36000BTU，这会需要大约3.0-3.5吨HVAC容量来补偿，这不仅需要向HVAC工厂投入额外的资金而且大大地增加了正进行的HVAC运行成本。连接至婴儿尿布转换器的所有风扇电力驱动器散发至生产环境中的总热量通常在60000至120000BTU之间，因此这就需要5至10吨HVAC来补偿。然而，在现实生活中，在将风扇散发的热量也考虑进来时，对抵消从风扇和电机两者散发热量的HVAC要求会在每个婴儿尿布转换器为10-20吨之间。
[0017]为了避免上面描述的实用系统将热量直接散发至HVAC受控环境中，典型的解决方案通常涉及建造单独的房间，在该房间中通常安装有风扇，在某些示例下诸如锤式粉碎机等其他设备也位于该房间中(该房间通常使用非常简单的风扇系统来直接与工厂外的空气通风)，这就防止了热量迀移至HVAC受控环境。
[0018]在生产区域内建造专用房间和/或壁结构通常具有显著的缺点:
[0019].容置实用设备的房间相对较大，因此安装的成本通常很高。这种房间通常会需要75-125SQM(平方米)的壁/顶棚区域，并且由于热绝缘和消音的需要，通常会导致安装成本$/SQM很高。
[0020].由于管道系统中的能量损失，所以该房间通常需要位于接近转换器的地方，将该房间放置为接近转换器通常对工厂设计有负面影响，在某些情景下对工厂效率也有负面影响，在某些情况下由于通常要妥协消防逃生路线而对安全也有负面影响。
[0021].房间和/或壁结构通常非常不易改变。在迀移转换器的情况下，通常不能拆卸并重新搭建壁，在大多数迀移情景中，房间/壁结构被处置掉，这不仅添加了项目成本而且添加了整个项目的环境负担。
[0022].房间和/或壁结构使工厂中的环境不理想，其中单个操作员可在封闭环境中工作，其他人不能看到他/她。
[0023]在没有安装HVAC的情境下，尤其是在工厂位于温度通常很高的赤道附近的情景下，散发至生产区域的额外热量使得工厂中空气温度大大上升，这就会让人感到不舒服，也是公司员工流失率高的主要因素。通常对于工厂操作更加重要的是，工作环境中的温度上升通常导致工厂开门操作政策，因为这允许空气在工厂中流通并且通常可大大地降低内部温度。直接结果是，这会降低工厂对典型的QA标准的符合度，这是因为可能会发生昆虫和害虫污染风险，在诸如FMCG等许多行业中，工厂开门操作政策是很常见的。
[0024]随着FMCG领域的竞争环境越来越激烈以及消费者需求越来越大，FMCG生产商越来越关注其制造操作中的灵活性。由于与典型的家庭购买相比卫生产品的海运成本较高，所以通常希望在消费者和/或分销中心附近设立新的工厂。例如，在欧洲区域中，在将所有尿布工厂标注在地图上时，就会发现生产设施地点广泛地分别在欧洲各地。
[0025]在诸如亚洲等新区域设立新的生产场所并引入新的品牌，这是一项复杂的技术和商业任务，而在生产操作中具有灵活性通常是成功的关键。某些卫生公司甚至可在租来的工厂中设立初始生产，在引入市场、评估成功之后，才可能购买一个更大的场所并且将其生产设备移到该场所。同样，能够轻易地将生产资产从一个场所迀移到另一个场所以满足消费者需求以及甚至是从一种类别转移为另一种类别(例如，从女性护垫转换器到婴儿尿布转换器)，也给卫生生产商带来很大的竞争优势。
[0026]以上情形讨论了迀移实用设备的益处，然而，在考虑将设备从一个场所迀移到另一个场所的总成本时同样要考虑的是与夹层和其他设备支撑结构以及其他固定装置的拆卸和重新搭建相关的大量成本，这可能会导致数周的停机时间。
[0027]在FMCG卫生领域中更加极端的情景中，诸如一个区域的卫生巾市场量下降，而另一个区域的婴儿尿布市场量增加，理想的未来实用设备平台将能够迅速地从女性转换器撤离，并迅速地迀移至该新场所，而且不需要用木条箱装载、打包和拆卸，就迅速地直接安装并且连接至婴儿尿布转换器，不需要对设备做重大改变并且不需要迀移固定的夹层结构或房间/壁。
[0028]为了改善上面提到的问题并且实现上面提到的目标，具有模块化即插即用实用系统将是所有行业向前迈出的一大步，这种实用系统由一个内在设备SKU制成，能够处理较大的空气容量的工艺窗口，其可消除进入工厂中的热量迀移和噪音，并且可消除建造现场特定夹层或壁封闭设备的需要。与现有使用的系统相比，这种突破不仅会改善成本和灵活性步骤，而且也更加环保。
[0029]灵活性解决方案不仅可以在多个卫生类别中重新部署而且可重新用在其他行业中，具有这种灵活性解决方案会创建二手设备(现在通常不存在，这是因为拆卸、运输、再建造成本很高)的新市场，从而延长实用系统的一般的预期寿命并且同时对环境具有积极的益处。
[0030]此外，益处并不限于操作实用设备的生产商，实用设备中具有模块化概念还允许多个供应商同时启动主要的子组件和/或模块(造船业中使用的通常的生产概念以便大大地减少生产交货期)，以允许设备生产交货期大大地减少。与转向单个设备SKU(这大大地减少了过滤器制造商处的操作复杂性)的益处同样重要的益处是，能够将过滤器成品储存在过滤器制造商处以通过减少SKU数量中的步骤来提高客户响应时间。
[0031]在响应于本专利中描述的下一代实用系统中的新型模块化设计概念而设计新的全球供应链时，关键根本变化会允许供应链中显著地发生步骤变化:(I)模块化设计允许模块由单独卖家制造而不会由任何单个卖家获得整个机器的绘图包，g卩，减少IP风险；(2)简化最终组装操作；(3)允许轻易地在各区域间海运模块，以确保供应链中存在竞争环境。设备设计中的这些根本变化因此会给进口关税高的区域以及有效地使用较低劳动力成本的区域的制造商带来新的机会。
[0032]而且，从制造商到最终用户和/或二手用户这整个产品生命周期的所有方面都会有重大的益处。
[0033]本专利中概述了实现这些目标的方法学和技术方案。
【具体实施方式】
[0034]图2图示了单个过滤器集装箱，其中(I)代表阶段I过滤器工艺，(2)代表阶段2过滤器工艺，(3)代表阶段3过滤器工艺，(4)代表阶段4过滤器工艺，(5)代表喷嘴风扇，(6)代表工艺风扇，(7)代表将空气转移至多个喷嘴的阀门系统。图2还概述了本专利申请中使用的CD/MD/Z轴线。Z是垂直轴线，MD用于描述集装箱的最长维度的轴线，CD是集装箱的宽度。
[0035]图3和图4图示了模块化即插即用实用系统的某些实施例，其中海运行业中使用的多个箱子或集装箱用于容纳实用设备。术语“海运集装箱”通常是符合ISO 668、IS0 1496-1和ISO 55.180.10中的标准纲要的所有海运集装箱形式，然而，由于ISO标准不断地改变，所以本发明中描述的术语“海运集装箱”指在不做重大修改的情况下能够直接海运的任何集装箱和或箱子。
[0036 ]整个实用系统通常由3个海运集装箱制成，但也可由从1-100个之间的任何数量的运输集装箱制成，其中一个或多个海运集装箱I用于容置风扇，其中一个或多个海运集装箱用于容置过滤系统，以及一个或多个海运集装箱用户容置所有辅助设备，诸如旋风器、阀门、电力和控制以及甚至集成的标准化楼梯，以减少安装成本和范围以及FMCG制造商。通常，如图3和图4所示，单个海运集装箱可用于容置过滤系统，单个海运集装箱可用于容置风扇，以及单个集装箱可用于容置辅助设备，其中(I)是过滤器集装箱，(2)是风扇集装箱，(3)是辅助集装箱。
[0037]图5和图6图示了额外海运集装箱(4)的添加，该海运集装箱主要由OEM用于容置额外脱机设备。在该集装箱中安装诸如锤式粉碎机等设备和诸如SAP供应系统等其他辅助设备，会减少转换器房间中的噪音和热量散发并且同样作为减少制造区域中杂乱情况的方法。还可附接同样容置于海运集装箱和海运集装箱框架中的额外设备(诸如空气/材料分离器、压球机和打包机)以形成完整的系统，这将在本专利的后文进行讨论。
[0038]图7和图8图示了将过滤海运集装箱链接在一起以增加容量的方法。集装箱的预估最大空气容量为45000CMH，但可在5000-10000CMH范围内变动，因此单个过滤集装箱不可能可用于成人转换器，因此可将2个过滤集装箱链接起来以实现双重容量。通过将集装箱链接在一起来增加过滤容量的情景可进一步延伸，可涉及任何数量的集装箱，但通常使用I至100个集装箱，更通常的是使用I至6个集装箱。同样的增加容量的概念也可用于风扇集装箱和辅助集装箱和OEM集装箱。图7和图8图示的情景通常可处理的空气容积高达90000CMH。
[0039]图9和图10图示了4个集装箱链接在一起以处理高达180000CMH的空气容量的情景。如果限制为只能从一侧进入，那么集装箱设计允许执行整体操作，因此在