具有能夠與風扇、材料處理、暖通空調(diào)、地熱冷卻和其他輔助系統(tǒng)對接的普通“即插即用 ...的制作方法
【專利說明】具有能夠與風扇、材料處理、曖通空調(diào)、地熱冷卻和其他輔助系統(tǒng)對接的普通“即插即用”接口架構(gòu)的模塊化壓縮高性能單
—SKU過濾裝置
[0001]技術(shù)領(lǐng)域-
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有實用系統(tǒng)(也稱為脫機系統(tǒng))通常由如下系統(tǒng)組成:過濾系統(tǒng)、若干工藝相關(guān)風扇、主系統(tǒng)風扇、噴嘴清潔風扇、管道系統(tǒng)、旋風器、噴嘴控制閥、以及通常封閉在電氣面板內(nèi)以便為相應(yīng)系統(tǒng)供電和控制相應(yīng)系統(tǒng)的多個電氣系統(tǒng)。整個實用系統(tǒng)通常指定為與它所附接的系統(tǒng)(在本專利申請全文中稱為轉(zhuǎn)換器)的空氣容積要求相配合。這種實用系統(tǒng)可連接至會生成灰塵、纖維和其他污染物的各種工藝和相關(guān)設(shè)備，諸如尿布的生產(chǎn)、紙巾的生產(chǎn)、口罩的生產(chǎn)、服裝的生產(chǎn)、混凝土的生產(chǎn)、石灰的生產(chǎn)、石墨粉的生產(chǎn)、纖維的生產(chǎn)、服裝的生產(chǎn)等類似工藝。
[0003]許多工藝要求在不同行業(yè)中不盡相同，甚至在相同行業(yè)中也不同，因此存在各種工藝要求。作為示例，在快速消費品行業(yè)(FMCG)的衛(wèi)生行業(yè)中，例如，女性護墊轉(zhuǎn)換器會需要較低空氣容積，通常在10000-30000CMH(每小時立方米)范圍內(nèi)，嬰兒尿布轉(zhuǎn)換器可需要的空氣容積在25000-50000CMH范圍內(nèi)，而成人尿布轉(zhuǎn)換器可需要的空氣容積在40000-80000CMH范圍內(nèi)。即使是在諸如尿布的相同產(chǎn)品類別中，在原始設(shè)備制造商(OEM)和自建設(shè)備變體(可能具有很大的差別)中也存在各種工藝要求，諸如上面描述為25000-50000CMH之間的尿布轉(zhuǎn)換器的范圍。
[0004]由于實用系統(tǒng)中使用的工藝的基本工藝特征，所以目前的實用系統(tǒng)在明確限定的工藝窗口內(nèi)操作。通常，在項目的設(shè)計階段期間基于系統(tǒng)將需要在未來處理的空氣容積來計算實用系統(tǒng)的容量和確定其尺寸。如果流過實用系統(tǒng)的各部分，諸如過濾器系統(tǒng)的空氣容積太高，那么在過濾介質(zhì)上積累的氣壓可變得過量，并且，在某些示例中，通常是在階段I過濾工藝中，當通過過濾介質(zhì)的空氣速度達到特定點時，氣載污染物可滲透介質(zhì)，從而造成重大過濾性能損失，這或者會導致排放物增加，以及/或者如果出現(xiàn)二次過濾階段，那么就會導致隨后過濾階段中的過濾介質(zhì)的壽命大大減少。出現(xiàn)這些問題的空氣速度不僅只是基于空氣速度，還在很大程度上取決于污染類型、濕度水平和過濾介質(zhì)類型。根據(jù)一般經(jīng)驗法貝1J，超過1M/S的空氣速度會呈現(xiàn)重大工藝問題，而低于0.5M/S的空氣速度通常是沒問題的。過濾器工藝細節(jié)的典型設(shè)備概況在圖1中示出，圖1圖示了過濾器尺寸、介質(zhì)區(qū)域、氣流和相關(guān)空氣速度。
[0005]然而，在工藝窗口的下端，目前的過濾器設(shè)備卻需要存在一定量的空氣速度流過過濾器以確保過濾器的內(nèi)表面保持清潔。其基本概念在美國專利5679136中得以概述，其中氣流用于連續(xù)地清潔過濾器地板。如果穿過過濾器的空氣容積低于設(shè)計的氣流工藝窗口，那么過濾器內(nèi)通常將出現(xiàn)大量污染積累。這種污染積累不僅需要大量持續(xù)的手動清潔而且從火災和爆炸角度看都是一大安全危害。如果實用系統(tǒng)內(nèi)的氣載灰塵在限定水平(稱為LEL(爆炸下限)和UEL(爆炸上限))內(nèi)，那么就存在爆炸危險，如果出現(xiàn)點火源(通常是熱表面、電火花、靜電或機械地生成的摩擦火花)，那么就可能出現(xiàn)爆炸，不幸的是，全球許多實用系統(tǒng)都已經(jīng)毀于這種事故，大多數(shù)事故只造成了資產(chǎn)損失，然而在某些示例中，還造成了人身傷害和生命損失。同樣重要的另一個考慮因素是增加過濾器內(nèi)易燃材料的數(shù)量的概念，因為一旦發(fā)生了初次爆炸，這就會通過向大火增加額外的燃料而增加危險。
[0006]由于現(xiàn)有的實用系統(tǒng)的這些內(nèi)在設(shè)計要求，所以必須有大量可用的過濾器設(shè)備SKU(庫存單位)來與各個行業(yè)及其相應(yīng)的OEM供應(yīng)商的氣流要求相配合。
[0007]因此，過濾器制造商需要保持大量過濾器SKU(圖1也給出了過濾器SKU的典型概況)的生產(chǎn)能力，其結(jié)果是任何單個SKU的默認生產(chǎn)量總是很低。由于設(shè)備SKU生產(chǎn)量低，所以過濾器制造商及其相應(yīng)的供應(yīng)鏈通常不能保持任何設(shè)備SKU的庫存。因此，為了在特定設(shè)備SKU的訂單到來時能夠保持任何現(xiàn)實的生產(chǎn)交貨期，過濾器制造商通常被迫使用內(nèi)部生成能力和/或位于當?shù)馗浇耐獠可a(chǎn)公司和/或位于附近的元件供應(yīng)商。
[0008]在考慮全球外包時，整個供應(yīng)鏈系統(tǒng)變得越來越有問題，因為在其它地區(qū)設(shè)立生產(chǎn)操作以獲得高SKU低容量生產(chǎn)操作通常非常低效，而且在考慮到總成本結(jié)構(gòu)時，這在許多情況下在財政上是不可行的，盡管在其它地區(qū)存在可能的勞動力成本優(yōu)勢。
[0009]現(xiàn)在參照建造過濾器所涉及的實際任務(wù)。生產(chǎn)工藝通常始于組裝過濾器體，然后將部件組裝至過濾器體的內(nèi)部和外部，建造和組裝通常遵循類似于基本的福特T型車的生產(chǎn)概念，多個元件在單個組裝現(xiàn)場用螺栓連接在一起以形成最終組件。
[0010]—旦完成了空氣過濾器系統(tǒng)的生產(chǎn)，該過濾器通常比標準海運集裝箱大(假設(shè)的是嬰兒尿布的情景)，因此，在初次組裝和測試之后，就將該系統(tǒng)拆卸、放置到木條箱中并在標準海運集裝箱內(nèi)運輸。包括4個過濾階段的高品質(zhì)嬰兒尿布空氣過濾器系統(tǒng)只比海運集裝箱大20%至30% (以容積與容積相比較來計算)，然而該空氣過濾器系統(tǒng)在拆卸并裝在木條箱中之后，通常會需要2-3個海運集裝箱來將打包的過濾器部件運輸至衛(wèi)生產(chǎn)品制造商處，且諸如風扇和控制面板等其他物件還要占據(jù)額外的海運集裝箱中的額外海運空間。必須打包并用木條箱裝元件以及海運多個海運集裝箱，這不僅增加了項目的負面環(huán)境影響，而且在整個供應(yīng)鏈期間使該項目增加了大量額外成本。
[0011]一旦所有的過濾器元件都到達客戶的場所后，又需要大量人力時間來將過濾器和風扇元件重新組裝起來從而重新組裝設(shè)備。雇傭多個人員組經(jīng)過多次換班來重新組裝，這通常會增加整個安裝項目的成本。一旦組裝了過濾器，通常就使用管道來連接過濾器和風扇系統(tǒng)以及將整個實用系統(tǒng)連接至轉(zhuǎn)換器。
[0012]正確設(shè)計整個系統(tǒng)使其適配在給定的空間(通常由轉(zhuǎn)換器周圍的建筑限定，但也會由諸如現(xiàn)有暖通空調(diào)(HVAC)管道、夾層等現(xiàn)有系統(tǒng)限定)內(nèi)所需的工程工作量非常大，并且通常涉及數(shù)百個工程設(shè)計小時，而且在某些安裝示例中，需要的工程工作量并沒有投資用于完成高品質(zhì)設(shè)計，其通常導致安裝的系統(tǒng)要么非常低效從而需要消耗過多能量，要么過多熱量和噪音散發(fā)到生產(chǎn)區(qū)域中而導致轉(zhuǎn)換器性能降低，這在衛(wèi)生行業(yè)通常會導致紙漿/SAP混合性能損失，而這種損失對衛(wèi)生生產(chǎn)商具有重大成本影響。
[0013]在許多安裝示例中，風扇容置在開放環(huán)境中，要么在生產(chǎn)地板上要么在夾層地板上，從而熱量和噪音直接散發(fā)在轉(zhuǎn)換器房間中。
[0014]噪音散發(fā)和與噪音散發(fā)相關(guān)的健康問題在許多行業(yè)(包括FMCG行業(yè)中的各領(lǐng)域)中也正成為更加重要的主題，因此本專利中描述的發(fā)明也提供了大量減少噪音的解決方案。如眾所周知，暴露在工作場所中的噪音下而導致的聽力損失是所有職業(yè)病中最常見的一種，也是造成員工不舒服的關(guān)鍵因素。通常，員工會暴露在工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種高噪音級下，而任何暴露在過度噪音級下都會對員工造成額外壓力。已經(jīng)執(zhí)行的許多決定性研究證明，與在高噪音散發(fā)環(huán)境下工作的生產(chǎn)線操作員相比，在低噪音散發(fā)環(huán)境下工作的生產(chǎn)線操作員的精力集中水平更高、毅力更大并且總體健康水平更好。此外，短時期暴露在過度噪音下可能導致暫時聽力損失，持續(xù)從幾秒到幾天不等，而長期暴露在噪音下則會導致永久性聽力損失。為FMCG領(lǐng)域生產(chǎn)設(shè)備的許多OEM正在重新評估DBA散發(fā)目標，目前通常的目標是最近從在一米處的85DBA調(diào)整到的83DBA，理想的情況是可能會將聲音散發(fā)減少至一米處的80DBA—一標準工業(yè)實用系統(tǒng)在不安裝額外的聲音吸收系統(tǒng)的情況下通常不可能實現(xiàn)這一目標。此外，在FMCG衛(wèi)生行業(yè)，風扇系統(tǒng)噪音散發(fā)正成為討論得越來越多的主題，這是因為隨著逐步轉(zhuǎn)向諸如歐洲的干燥鎖定(Dry-1ock)的僅SAP尿布，通過移除現(xiàn)有的錘式粉碎機工藝，尿布生產(chǎn)場所中留下的會生成重大噪音的主工藝物件通常就只是風扇及其相應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)。
[0015]然而，工業(yè)噪音暴露是可以通過使用通常意在從源頭減少噪音的基礎(chǔ)設(shè)計概念來控制的，從源頭減少噪音可以通過明智的風扇選擇、驅(qū)動電機選擇以及通常會包括聲音吸收固定設(shè)備以限制進入地板和/或夾層的聲音傳輸?shù)目蚣茉O(shè)計來實現(xiàn)。也可通過安裝額外的集音和消音設(shè)備來減少DBA散發(fā)，并且也可在下一代實用設(shè)備中采用建筑行業(yè)中建筑師用于減少房間之間的噪音傳遞的噪音減少概念。
[0016]在轉(zhuǎn)換器房間處于HVAC環(huán)境中的情景下，風扇和相應(yīng)驅(qū)動器散發(fā)的過度熱量(通常量化為BTU/小時)非常嚴重。通常，每消耗100KW的電，僅風扇電機每小時就會散發(fā)34000-36000BTU，這會需要大約3.0-3.5噸HVAC容量來補償，這不僅需要向HVAC工廠投入額外的資金而且大大地增加了正進行的HVAC運行成本。連接至嬰兒尿布轉(zhuǎn)換器的所有風扇電力驅(qū)動器散發(fā)至生產(chǎn)環(huán)境中的總熱量通常在60000至120000BTU之間，因此這就需要5至10噸HVAC來補償。然而，在現(xiàn)實生活中，在將風扇散發(fā)的熱量也考慮進來時，對抵消從風扇和電機兩者散發(fā)熱量的HVAC要求會在每個嬰兒尿布轉(zhuǎn)換器為10-20噸之間。
[0017]為了避免上面描述的實用系統(tǒng)將熱量直接散發(fā)至HVAC受控環(huán)境中，典型的解決方案通常涉及建造單獨的房間，在該房間中通常安裝有風扇，在某些示例下諸如錘式粉碎機等其他設(shè)備也位于該房間中(該房間通常使用非常簡單的風扇系統(tǒng)來直接與工廠外的空氣通風)，這就防止了熱量迀移至HVAC受控環(huán)境。
[0018]在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)建造專用房間和/或壁結(jié)構(gòu)通常具有顯著的缺點:
[0019].容置實用設(shè)備的房間相對較大，因此安裝的成本通常很高。這種房間通常會需要75-125SQM(平方米)的壁/頂棚區(qū)域，并且由于熱絕緣和消音的需要，通常會導致安裝成本$/SQM很高。
[0020].由于管道系統(tǒng)中的能量損失，所以該房間通常需要位于接近轉(zhuǎn)換器的地方，將該房間放置為接近轉(zhuǎn)換器通常對工廠設(shè)計有負面影響，在某些情景下對工廠效率也有負面影響，在某些情況下由于通常要妥協(xié)消防逃生路線而對安全也有負面影響。
[0021].房間和/或壁結(jié)構(gòu)通常非常不易改變。在迀移轉(zhuǎn)換器的情況下，通常不能拆卸并重新搭建壁，在大多數(shù)迀移情景中，房間/壁結(jié)構(gòu)被處置掉，這不僅添加了項目成本而且添加了整個項目的環(huán)境負擔。
[0022].房間和/或壁結(jié)構(gòu)使工廠中的環(huán)境不理想，其中單個操作員可在封閉環(huán)境中工作，其他人不能看到他/她。
[0023]在沒有安裝HVAC的情境下，尤其是在工廠位于溫度通常很高的赤道附近的情景下，散發(fā)至生產(chǎn)區(qū)域的額外熱量使得工廠中空氣溫度大大上升，這就會讓人感到不舒服，也是公司員工流失率高的主要因素。通常對于工廠操作更加重要的是，工作環(huán)境中的溫度上升通常導致工廠開門操作政策，因為這允許空氣在工廠中流通并且通?？纱蟠蟮亟档蛢?nèi)部溫度。直接結(jié)果是，這會降低工廠對典型的QA標準的符合度，這是因為可能會發(fā)生昆蟲和害蟲污染風險，在諸如FMCG等許多行業(yè)中，工廠開門操作政策是很常見的。
[0024]隨著FMCG領(lǐng)域的競爭環(huán)境越來越激烈以及消費者需求越來越大，F(xiàn)MCG生產(chǎn)商越來越關(guān)注其制造操作中的靈活性。由于與典型的家庭購買相比衛(wèi)生產(chǎn)品的海運成本較高，所以通常希望在消費者和/或分銷中心附近設(shè)立新的工廠。例如，在歐洲區(qū)域中，在將所有尿布工廠標注在地圖上時，就會發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)施地點廣泛地分別在歐洲各地。
[0025]在諸如亞洲等新區(qū)域設(shè)立新的生產(chǎn)場所并引入新的品牌，這是一項復雜的技術(shù)和商業(yè)任務(wù)，而在生產(chǎn)操作中具有靈活性通常是成功的關(guān)鍵。某些衛(wèi)生公司甚至可在租來的工廠中設(shè)立初始生產(chǎn)，在引入市場、評估成功之后，才可能購買一個更大的場所并且將其生產(chǎn)設(shè)備移到該場所。同樣，能夠輕易地將生產(chǎn)資產(chǎn)從一個場所迀移到另一個場所以滿足消費者需求以及甚至是從一種類別轉(zhuǎn)移為另一種類別(例如，從女性護墊轉(zhuǎn)換器到嬰兒尿布轉(zhuǎn)換器)，也給衛(wèi)生生產(chǎn)商帶來很大的競爭優(yōu)勢。
[0026]以上情形討論了迀移實用設(shè)備的益處，然而，在考慮將設(shè)備從一個場所迀移到另一個場所的總成本時同樣要考慮的是與夾層和其他設(shè)備支撐結(jié)構(gòu)以及其他固定裝置的拆卸和重新搭建相關(guān)的大量成本，這可能會導致數(shù)周的停機時間。
[0027]在FMCG衛(wèi)生領(lǐng)域中更加極端的情景中，諸如一個區(qū)域的衛(wèi)生巾市場量下降，而另一個區(qū)域的嬰兒尿布市場量增加，理想的未來實用設(shè)備平臺將能夠迅速地從女性轉(zhuǎn)換器撤離，并迅速地迀移至該新場所，而且不需要用木條箱裝載、打包和拆卸，就迅速地直接安裝并且連接至嬰兒尿布轉(zhuǎn)換器，不需要對設(shè)備做重大改變并且不需要迀移固定的夾層結(jié)構(gòu)或房間/壁。
[0028]為了改善上面提到的問題并且實現(xiàn)上面提到的目標，具有模塊化即插即用實用系統(tǒng)將是所有行業(yè)向前邁出的一大步，這種實用系統(tǒng)由一個內(nèi)在設(shè)備SKU制成，能夠處理較大的空氣容量的工藝窗口，其可消除進入工廠中的熱量迀移和噪音，并且可消除建造現(xiàn)場特定夾層或壁封閉設(shè)備的需要。與現(xiàn)有使用的系統(tǒng)相比，這種突破不僅會改善成本和靈活性步驟，而且也更加環(huán)保。
[0029]靈活性解決方案不僅可以在多個衛(wèi)生類別中重新部署而且可重新用在其他行業(yè)中，具有這種靈活性解決方案會創(chuàng)建二手設(shè)備(現(xiàn)在通常不存在，這是因為拆卸、運輸、再建造成本很高)的新市場，從而延長實用系統(tǒng)的一般的預期壽命并且同時對環(huán)境具有積極的益處。
[0030]此外，益處并不限于操作實用設(shè)備的生產(chǎn)商，實用設(shè)備中具有模塊化概念還允許多個供應(yīng)商同時啟動主要的子組件和/或模塊(造船業(yè)中使用的通常的生產(chǎn)概念以便大大地減少生產(chǎn)交貨期)，以允許設(shè)備生產(chǎn)交貨期大大地減少。與轉(zhuǎn)向單個設(shè)備SKU(這大大地減少了過濾器制造商處的操作復雜性)的益處同樣重要的益處是，能夠?qū)⑦^濾器成品儲存在過濾器制造商處以通過減少SKU數(shù)量中的步驟來提高客戶響應(yīng)時間。
[0031]在響應(yīng)于本專利中描述的下一代實用系統(tǒng)中的新型模塊化設(shè)計概念而設(shè)計新的全球供應(yīng)鏈時，關(guān)鍵根本變化會允許供應(yīng)鏈中顯著地發(fā)生步驟變化:(I)模塊化設(shè)計允許模塊由單獨賣家制造而不會由任何單個賣家獲得整個機器的繪圖包，g卩，減少IP風險；(2)簡化最終組裝操作；(3)允許輕易地在各區(qū)域間海運模塊，以確保供應(yīng)鏈中存在競爭環(huán)境。設(shè)備設(shè)計中的這些根本變化因此會給進口關(guān)稅高的區(qū)域以及有效地使用較低勞動力成本的區(qū)域的制造商帶來新的機會。
[0032]而且，從制造商到最終用戶和/或二手用戶這整個產(chǎn)品生命周期的所有方面都會有重大的益處。
[0033]本專利中概述了實現(xiàn)這些目標的方法學和技術(shù)方案。
【具體實施方式】
[0034]圖2圖示了單個過濾器集裝箱，其中(I)代表階段I過濾器工藝，(2)代表階段2過濾器工藝，(3)代表階段3過濾器工藝，(4)代表階段4過濾器工藝，(5)代表噴嘴風扇，(6)代表工藝風扇，(7)代表將空氣轉(zhuǎn)移至多個噴嘴的閥門系統(tǒng)。圖2還概述了本專利申請中使用的CD/MD/Z軸線。Z是垂直軸線，MD用于描述集裝箱的最長維度的軸線，CD是集裝箱的寬度。
[0035]圖3和圖4圖示了模塊化即插即用實用系統(tǒng)的某些實施例，其中海運行業(yè)中使用的多個箱子或集裝箱用于容納實用設(shè)備。術(shù)語“海運集裝箱”通常是符合ISO 668、IS0 1496-1和ISO 55.180.10中的標準綱要的所有海運集裝箱形式，然而，由于ISO標準不斷地改變，所以本發(fā)明中描述的術(shù)語“海運集裝箱”指在不做重大修改的情況下能夠直接海運的任何集裝箱和或箱子。
[0036 ]整個實用系統(tǒng)通常由3個海運集裝箱制成，但也可由從1-100個之間的任何數(shù)量的運輸集裝箱制成，其中一個或多個海運集裝箱I用于容置風扇，其中一個或多個海運集裝箱用于容置過濾系統(tǒng)，以及一個或多個海運集裝箱用戶容置所有輔助設(shè)備，諸如旋風器、閥門、電力和控制以及甚至集成的標準化樓梯，以減少安裝成本和范圍以及FMCG制造商。通常，如圖3和圖4所示，單個海運集裝箱可用于容置過濾系統(tǒng)，單個海運集裝箱可用于容置風扇，以及單個集裝箱可用于容置輔助設(shè)備，其中(I)是過濾器集裝箱，(2)是風扇集裝箱，(3)是輔助集裝箱。
[0037]圖5和圖6圖示了額外海運集裝箱(4)的添加，該海運集裝箱主要由OEM用于容置額外脫機設(shè)備。在該集裝箱中安裝諸如錘式粉碎機等設(shè)備和諸如SAP供應(yīng)系統(tǒng)等其他輔助設(shè)備，會減少轉(zhuǎn)換器房間中的噪音和熱量散發(fā)并且同樣作為減少制造區(qū)域中雜亂情況的方法。還可附接同樣容置于海運集裝箱和海運集裝箱框架中的額外設(shè)備(諸如空氣/材料分離器、壓球機和打包機)以形成完整的系統(tǒng)，這將在本專利的后文進行討論。
[0038]圖7和圖8圖示了將過濾海運集裝箱鏈接在一起以增加容量的方法。集裝箱的預估最大空氣容量為45000CMH，但可在5000-10000CMH范圍內(nèi)變動，因此單個過濾集裝箱不可能可用于成人轉(zhuǎn)換器，因此可將2個過濾集裝箱鏈接起來以實現(xiàn)雙重容量。通過將集裝箱鏈接在一起來增加過濾容量的情景可進一步延伸，可涉及任何數(shù)量的集裝箱，但通常使用I至100個集裝箱，更通常的是使用I至6個集裝箱。同樣的增加容量的概念也可用于風扇集裝箱和輔助集裝箱和OEM集裝箱。圖7和圖8圖示的情景通常可處理的空氣容積高達90000CMH。
[0039]圖9和圖10圖示了4個集裝箱鏈接在一起以處理高達180000CMH的空氣容量的情景。如果限制為只能從一側(cè)進入，那么集裝箱設(shè)計允許執(zhí)行整體操作，因此在