Конформный очищающий фильтр разделяющегося плоского воздушного потока
Описывается конформный фильтр, имеющий множество слоев сорбента, ориентированных перпендикулярно внутренней боковой поверхности фильтра, которая соответствует смежной поверхности, такой как лицо пользователя, когда он прикреплен к респиратору. Внутренняя сторона фильтра может почти соответствовать изогнутой форме сопряженной поверхности. Поскольку слои сорбента ориентированы перпендикулярно внутренней боковой стороне поверхности, конформная конфигурация может быть достигнута без изгиба слоев сорбента и с удержанием постоянного времени пребывания слоя по всей площади поперечного сечения воздушного потока, тем самым обеспечивая равномерное распределение воздуха. Уменьшение толщины слоя также достигается через эту конфигурацию, которая, следовательно, снижает общее падение давления через фильтр. Другие варианты осуществления описаны и заявлены. 13 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится в основном к дыхательным фильтрам, конкретно к их конструкции и сборке для обеспечения воздушной очистки загрязненной окружающей среды, необходимой для защиты пользователей. Особенно это изобретение относится к конформному фильтру очистки воздуха для использования в воздушных системах очистки.
Уровень техники
Фильтры очистки воздуха предназначены для отфильтровывания вредных газов (газовый фильтр) или комбинации вредных газов и твердых частиц (комбинированный фильтр). Очистка газа и пара обеспечивается сорбентом, который как физически, так и химически сорбирует загрязняющие вещества, преимущественно из воздуха. Корпус фильтра или коробка противогаза должны быть сконструированы таким образом, чтобы загрязненный воздух не смог обойти сорбент. Как правило, это осуществляется конструктивным исполнением и сборкой слоя сорбента. Типичные слои сорбента имеют равномерную толщину и плоскую однородную поверхность с входом и выходом. Однородная плоскость обычно ориентирована таким образом, чтобы быть под прямым углом к направлению воздушного потока. Сорбентные слои, которые имеют однородные плоские поверхности, обычно менее дороги и легче в производстве при автоматической сборке, чем слои с изогнутой или конформной формой. Фильтры, содержащие однородные плоские слои, не соответствуют лицу и телу пользователя. Неконформная форма уменьшает владельцу зону видимости, усложняет подгонку маски, комфорт и приводит к конструкциям, которые считаются менее эстетически приятными. Эстетические конструкции важны для владельцев, которые должны работать с общественностью без внушения страха (например, сотрудники службы быстрого реагирования и сотрудники системы здравоохранения). Эстетически приятные конструкции также приводят к лучшему соответствию сотрудника. Наполнение слоев сорбента с использованием традиционных технологий, таких как вихревое заполнение, для конформных неплоских слоев обычно приводит к уменьшению срока службы или к непосредственному прорыву загрязняющих примесей.
Было бы желательно создать фильтр, который более точно соответствовал бы пользователю, обеспечивая тем самым менее навязчивое и более комфортабельное устройство. Технологии для сборки конформных слоев сорбента существуют. Эти технологии сборки, однако, не являются оптимальными, являются склонными к повреждению сорбента в ходе наполнения и ограничиваются почти симметричными конформными формами с ограниченной степенью кривизны. Существуют варианты решений, которые зависят от использования гибкого материала сорбента. Такие материалы, однако, как правило, недостаточно эффективны для сыпучей среды. Конформные фильтры этих типов либо вводят более высокую ингаляторную резистентность, либо не могут предложить высокие уровни защиты и срок службы.
Сущность изобретения
Описывается конструкция и способ сборки для конформных фильтров, которые позволяют иметь конформную форму, которая минимизирует видимый профиль фильтра от респиратора, минимизирует интервал от центра массы до точки крепления респиратора, обеспечивает свободу адаптирования радиуса кривизны к различным конфигурациям, необходимым, чтобы соответствовать вышеупомянутому критерию и иметь способность обеспечивать ассиметричное искривление и общую форму. Конформный фильтр этого типа обеспечивает улучшенное поле зрения для лицевой маски респиратора, обеспечивает пониженный профиль для установленных на корпусе фильтров, обеспечивает уменьшенное «плечо пары сил» фильтра, обеспечивает более низкую ингаляторную резистентность, делает возможным органические формы фильтра, и обеспечивает эквивалентные производственные показатели в течение срока службы по сравнению с традиционным фильтром на основе плоского однородного слоя сорбента.
Конформный фильтр очистки воздуха описывается для использования в воздухе с применением очищающих респираторов. Описана конструкция фильтра, которая может упоминаться как конформный фильтр "разделяющегося плоского потока". При такой конструкции в одном фильтре расположены один или несколько плоских слоев сорбента, ориентированных перпендикулярно поверхности взаимодействия. Время контакта слоя одинаково установлено для всех поверхностей сорбента. Форма этих поверхностей сорбента не ограничена, таким образом обеспечивая гибкость, которая дает возможность конструкции формы быть конформной к смежной поверхности. Множество преимуществ может быть получено при использовании фильтра конформной формы. Например, поле обзора пользователя может быть значительно увеличено и устройство может быть более удобным для применения. Кроме того, может быть достигнута улучшенная прочность крепления, а также снижение сопротивления дыханию.
Описывается конструкция и способ сборки конформного фильтра. Конструкция фильтра состоит из крышки фильтра, коробки противогаза, фиксирующего средства, сорбента, среды твердых частиц, герметизирующих адгезивов и слоя сорбента. Слой сорбента на входе и выходе находится под углом 90° к респираторной посадочной поверхности. Входное пространство направляет воздух из загрязненной зоны к входному слою сорбента. Выходное пространство направляет воздух из выходного слоя сорбента к респиратору. Вход и выход слоя сорбента являются плоскими и имеют равномерную толщину. Стенкам слоя разрешено соответствовать форме респираторного крепления. Стенки слоя не должны иметь аналогичную степень кривизны и при этом у них не должно быть симметричного искривления. Чтобы свести к минимуму видимый профиль и плечо момента коробки противогаза, разрешается использование множество плоских слоев сорбента: один слой, четное число слоев или нечетное число слоев, все они могут быть обеспечены с описываемой конструкцией. Поток воздуха через слои сорбента сбалансирован таким образом, чтобы время пребывания в каждом слое было постоянным. Время пребывания представляет собой отношение объема сорбента к воздушному потоку. Воздушный поток уравновешивается регулировкой ингаляционного сопротивления через пространство. Это может быть осуществлено при наличии различных отношений площади поперечного сечения к длине слоя или резистивному экрану структуры и пространству входных/выходных отверстий и формам. Стенка слоя сорбента и вся коробка могут быть изогнуты в одной или двух осях искривления.
Описывается фильтр, включающий отверстия входа и выхода, отверстие входа для введения воздуха в картридж фильтра, выходное отверстие для направления фильтрованного воздуха из картриджа фильтра в респиратор или другое очищенное воздушное пространство. Фильтр может включать слой сорбента с постоянной толщиной, плоскую входную поверхность, смежную с входным пространством для вхождения воздушного потока в слой сорбента, и выходное пространство для воздушного потока, выходящего из слоя сорбента. Входное пространство может сообщаться по текучей среде с входным отверстием, в то время как выходное пространство может сообщаться по текучей среде с выходным отверстием. Фильтр может иметь внутреннюю поверхность, прилегающую к сопряженной поверхности, где слой сорбента имеет плоскость слоя, ориентированную перпендикулярно внутренней поверхности.
Краткое описание чертежей
В качестве примера, конкретный вариант осуществления раскрытого устройства будет теперь описан со ссылкой на прилагаемые чертежи:
на фиг.1 представлен вид сбоку описываемого конформного фильтра;
на фиг.2 представлено поперечное сечение конформного фильтра фиг.1, взятого по линии 2-2;
на фиг.3 представлено поперечное сечение конформного фильтра фиг.1, взятого по линии 3-3;
на фиг.4 представлен частичный разрез прозрачного изображения варианта осуществления описываемого фильтра;
на фиг.5 представлено изометрическое изображение пространства слоя сорбента для использования с фильтром фиг.4;
на фиг.6 представлено изометрическое изображение множества пространств слоя сорбента фиг.5, расположенных соответственно на расстоянии друг от друга;
на фиг.7 представлено изометрическое изображение множества пространств слоя сорбента фиг.6 в собранной комплектации;
на фиг.8 представлено прозрачное изометрическое изображение другого варианта осуществления описываемого фильтра, включающего множество пространств слоя сорбента фиг.7;
на фиг.9 представлено поперечное сечение фильтра фиг.8, взятого по линии 9-9 фиг.8;
на фиг.10 представлен частичный разрез прозрачного изображения фильтра фиг.8, включающего высокую эффективность фильтрования твердых частиц на входе воздуха;
на фиг.11 представлено изображение поперечного сечения фильтра фиг.8, взятого по линии 10-10 фиг.10;
на фиг.12 представлен вариант осуществления расположения множественного пространства слоя сорбента, показывающего, что пространства слоя сорбента изготовлены в виде единой детали; и
фиг.13A и 13B являются примерами форм конформной поверхности, которые могут быть реализованы с описываемым фильтром.
Подробное описание
Изобретение относится к конформным фильтрам для очистки воздуха и картриджам, содержащим эти фильтры, имеющие плоскую конформную конфигурацию. В некоторых вариантах осуществления эти фильтры включают множество плоских сорбентных слоев, размещенных в единственном фильтре, который может быть ориентирован перпендикулярно лицу пользователя. Воздушный поток через конформный фильтр и через слои сорбента проходит параллельно стороне лица пользователя. Такие конформные фильтры, когда установлены в маске, удобно обтекают лицо пользователя, предоставляя пользователю больший комфорт, обеспечивая пользователю большее поле обзора, фиксируют картридж по месту, уменьшая риск неправильной его установки.
На фиг.1-3 показан вариант осуществления описываемого плоского конформного картриджа 10 фильтра, который включает множество плоских сорбентных слоев 16, размещенных в пределах единственного картриджа фильтра. Плоские сорбентные слои 16 могут ориентироваться таким образом, что плоскости слоя перпендикулярны неплоской поверхности, которая в одном неограничивающем варианте осуществления может быть поверхностью лица пользователя. Показанный на фиг.1 картридж 10 фильтра включает изогнутую внутреннюю поверхность 12, которая может быть расположена рядом с лицом пользователя, а наружная поверхность 14 расположена далеко от лица пользователя. Единственный сорбентный слой 16 можно видеть внутри картриджа 10. Картридж 10 может в некоторых вариантах осуществления включать крепежный замок или другой элемент крепления (не показан) для установки картриджа на сопряженную поверхность, например, такую как часть маски лица пользователя (не показана), и соединительное отверстие для того, чтобы направить отфильтрованный воздух в маску пользователя. В одном варианте осуществления крепежный замок, иногда именуемый как концевой фиксатор, работает вместе с соединительным отверстием фильтра для фиксирования картриджа фильтра на маске.
Что касается фиг.2, то там картридж 10 фильтра показан с четырьмя отдельными слоями 16 сорбента. Однако следует иметь в виду, что это число не лимитировано и что по желанию может быть обеспечено большее или меньшее число слоев сорбента. В одном варианте осуществления толщина слоя "D" сорбента 16 является одинаково установленной для всех сорбентных плоскостей. Как можно видеть, четыре плоскости сорбента, показанные на фиг.2, разделяют пространство фильтра на множество отдельных пространств 1, 2, 3, 4, 5.
Поскольку слои 16 сорбента ориентированы перпендикулярно внутренней поверхности 12 (которая будет примыкать к лицу пользователя), то форма картриджа 10 фильтра вдоль внутренней поверхности 12 может быть конформной к особенностям владельца, не влияя на образец воздушного потока, проходящего через картридж. Это потому, что конформная форма может быть достигнута без изгиба слоев 16 сорбента. Хотя проиллюстрированный вариант осуществления показывает внутреннюю поверхность 12 как пример изогнутой формы, следует заметить, что любое множество конформных форм (включая трехмерные конформные конфигурации) может быть обеспечено без воздействия на работу и эффективность получающегося картриджа 10 фильтра.
Как отмечалось, множество слоев 16 сорбента разделяют внутренний объем картриджа 10 фильтра на множество отдельных воздушных пространств. Как показано на фиг.2, картридж 10 фильтра включает пять отдельных воздушных пространств 1, 2, 3, 4, 5, образованных между смежными слоями 16 сорбента. При использовании наружный воздух может входить в картридж 10 фильтра через входное отверстие 22, где он направляется в нечетные пространства 1, 3, 5. В проиллюстрированном варианте осуществления у нечетных пространств 1, 3, 5 имеются отверстия, сообщающиеся по текучей среде с входным отверстием 22, тогда как пространства с четными номерами 2 и 4 этого не имеют. У пространств с четными номерами 2, 4 имеются отверстия, сообщающиеся по текучей среде с соединительным отверстием, тогда как нечетные пространства 1, 3, 5 этого не имеют. Это расположение заставляет входящий воздух проходить через слои 16 сорбента, где воздух фильтруется веществом сорбента. Таким образом, воздух проходит через пространства с нечетными номерами 1, 3, 5, через соответствующие слои 16 сорбента (как правило, в направлении, указанном стрелками "A"), и затем в пространства с четными номерами 2, 4. (Следует заметить, что воздух не будет точно перпендикулярно проходить через слои 16 сорбента в каналы, как указано стрелками "A." Скорее стрелки просто указывают общее направление прохождения воздуха через картридж 10 фильтра.) Наконец, воздух может проходить из пространства с четными номерами через соединительное отверстие в соответствующую дыхательную маску (не показана). Следует отметить, что проиллюстрированная конфигурация сорбента 16 и пространств 1-5 является просто примером и большое множество пространств/конфигураций слоя и комбинаций может быть использовано без отступления от сущности настоящего изобретения.
Снова обращаясь к фиг.1, можно видеть, что плоскости 16 сорбента не должны быть прямоугольными (или даже геометрическими) и могут быть сформированы таким образом, чтобы получить картридж 10 с конформной конфигурацией, соответствующей любому множеству желаемых форм (см., например, фиг.13A, 13B). Таким образом, поверхности 16 сорбента могут быть получены для сопряжения с различными поверхностями и не только с лицом пользователя. Например, поверхности 16 сорбента можно придать такую конфигурацию, которая соответствовала бы спине пользователя, телу животного (например, собаке), либо однозначно пространственной форме в пределах транспортного средства.
В некоторых вариантах осуществления полный объем и площадь картриджа 10 фильтра можно расширить путем добавления дополнительных плоскостей сорбента, которые простираются за пределы сопряженной поверхности (например, маска, которую носит пользователь). Например, такое расположение может привести к плоскостям сорбента, покрывающим большую площадь щек пользователя.
Обращаемся теперь к фиг.3, где показано множество сорбентных слоев 16 фильтра одинаковой формы внутри конформного картриджа 10 фильтра. Проиллюстрированный картридж 10 фильтра имеет изогнутую наружную поверхность 14 и изогнутую внутреннюю поверхность 12 для конформного размещения рядом со щекой пользователя. Как описано выше, слои 16 сорбента располагаются таким образом, что наружный воздух поступает в картридж 10 через входящий патрубок 22 (см. фиг.2) в нечетные пространства 1, 3, 5. Поскольку воздух проходит через эти пространства 1, 3, 5, то он проходит через смежные слои сорбента 16 в четно пронумерованные пространства 2, 4. Воздух выходит из четно пронумерованных пространств 2, 4 в респиратор (не показан). Как можно видеть, множество плоскостей слоя 16 сорбента в фильтре 10 ориентированы перпендикулярно внутренней поверхности 12 картриджа 10 фильтра, тем самым обеспечивая поверхность, которая является конформной с лицом пользователя. По желанию могут добавляться дополнительные проходы воздушного потока и/или слои сорбента 16.
Обращаемся теперь к фиг.4 и 5, где показывается вариант осуществления фильтра 100, в котором слой 102 сорбента располагается в пространстве 104 слоя сорбента, имеющего верхнюю поверхность 106, нижнюю поверхность 108 и первую и вторую боковые поверхности 110, 112. Первая и вторая боковые поверхности 110, 112 включают множество отверстий 114, через которые воздух может проходить для взаимодействия со слоем 102 находящегося там сорбента. Слой 102 сорбента и слой сорбента пространства 104 расположены в элементе 116 картриджа, который включает в себя или соединен с сопряженной поверхностью 118, которая может быть частью респиратора или другой поверхностью крепления.
Слой сорбента пространства 104 может быть установлен внутри элемента 116 картриджа так, чтобы входные и выходные воздушные пространства 120, 122 сформировались между первой и второй боковыми поверхностями 110, 112 оболочки слоя и соответствующими боковыми поверхностями 124, 126 элемента картриджа. Элемент 116 картриджа включает входное воздушное отверстие 128 в его верхней поверхности 130 и воздушное выходное отверстие 132 в его нижней поверхности 134. Воздушное входное отверстие 128 сообщается по текучей среде с входным воздушным пространством 120, и воздушное выходное отверстие 132 сообщается по текучей среде с отверстием 136 в сопряженной поверхности 118. Так устроено, что воздух входит через входное воздушное отверстие 128, проходит во входную воздушную полость 120, проходит через отверстия 114 слоя 102 сорбента в воздушную выходную полость 122, и затем выходит через выходное воздушное отверстие 132 и смежное поверхностное отверстие 136. Отфильтрованный воздух из отверстия 136 сопряженной поверхности затем направляется к пользователю через соединенный респиратор (не показан).
Как может быть замечено, верхние и нижние поверхности 106, 108 пространства 104 слоя сорбента, а также верхние и нижние поверхности 130, 134 элемента 116 картриджа изогнуты в конформном исполнении. Сопряженная поверхность 118 также изогнута, чтобы соответствовать форме элемента картриджа и оболочке слоя. Следует иметь в виду, что, хотя эти поверхности показаны как слегка искривленные, они могли бы вместо этого быть любым множеством конфигураций.
Фильтр, описанный в соответствии с фиг.4 и 5, включает единственное пространство 104 слоя сорбента. Однако, как ранее отмечено, фильтры в соответствии с изобретением могут включать множество таких пространств. Фиг.6-12 иллюстрируют такие варианты осуществления, в которых множество пространств слоя сорбента обеспечены в пределах единственного элемента картриджа.
На фиг.6 показан пример пространственной взаимосвязи между множеством расположенных рядом друг с другом пространств 104 слоя сорбента для вариантов осуществления фильтра, использующих множество таких пространств. Как можно видеть каждое пространство 104 слоя сорбента в основном содержит соответствующий слой 102 сорбента. Слой 102 сорбента и пространства 104 слоя сорбента могут включать некоторые или все характерные особенности, описанные в отношении слоев и пространств фиг.4 и 5, включая конформные верхние и нижние поверхности 106, 108, первые и вторые боковые поверхности 110, 112 и множество отверстий 114 в первых и вторых боковых поверхностях.
Следует понимать, что фиг.6 представляет изображение "необъединенных" элементов, в котором каждое из пространств 104 слоя сорбента было изготовлено как отдельная деталь. Такое расположение облегчает выбор и замену отдельных пространств 104. Индивидуально изготовленные пространства 104 могут быть собраны в большой мультислойный блок 105, показанный на фиг.7. Как можно видеть на фиг.7, одно или более пространств 104 слоя сорбента могут включать множество ориентированных в поперечном направлении ребер или выступов 138, которые служат для обеспечения заданного промежутка "g" между первыми и вторыми боковыми сторонами 110, 112 смежных пространств. Этот промежуток "g" гарантирует, что воздушное пространство, имеющее заданную ширину, равную промежутку "g", формируется между смежными оболочками слоя 104 во время сборки. Выступы 138 также обеспечивают структурную стабильность фильтра 100, сохраняя смещения пространства даже тогда, когда фильтр испытывает влияние внешних сил (удары и т.д.) во время использования.
Используя эти выступы 138 для обеспечения желаемого смещения между смежными оболочками слоя 104, облегчается тщательный контроль воздушного пространства между смежными пространствами так, что любое изменение скорости воздушного потока через пространство остается ниже значения, которое может привести к существенному влиянию на работу фильтра.
На фиг.7 далее показана особенность, в которой по меньшей мере одно из пространств 104 имеет отверстие 140, расположенное в концевой стенке 142 фильтра. Это отверстие 140 может служить в качестве отверстия контроля для облегчения взаимодействия с индикатором определения остаточного ресурса или индикатором конца службы фильтра, в результате чего замену фильтра можно запланировать действенным образом. Кроме того, электронный или механический элемент 143 идентификации может закрепляться на одной стороне по меньшей мере одного из пространств 104, чтобы служить элементом идентификации фильтра. В одном варианте осуществления элемент 143 идентификации является активным или пассивным радиочастотным идентификационным знаком (RFID). В другом варианте осуществления элементом 143 идентификации является штамп или другой визуальный идентификатор.
На фиг.8 показан фильтр 200, имеющий элемент 216 картриджа, включающий в себя множество пространств 204 слоя сорбента. Каждое из пространств 204 слоя сорбента может включать некоторые или все характерные особенности пространств 104 слоя сорбента, описанного в соответствии с фиг.4-7. Проиллюстрированный вариант осуществления включает четыре отдельных пространства 204 слоя сорбента, хотя следует иметь в виду, что может быть представлено меньшее или большее количество пространств. Элемент 216 картриджа включает входное воздушное отверстие 228 в верхней его поверхности 230 и по меньшей мере одно выходное воздушное отверстие 232 (см. фиг.9) в нижней его поверхности 234. Как следует понимать, нижняя поверхность 234 может быть изогнута, чтобы соответствовать части тела пользователя (или другой поверхности), которая будет нести фильтр 200. Следует понимать, что верхние и нижние поверхности 230, 234 могут иметь одинаковое искривление или искривления по желанию могут быть различными.
Фиг.9 иллюстрирует внутреннюю организацию смежного множества пространств 204 слоя сорбента и соответствующий воздушный путь потока через него. Упомянутый фильтр 200 в соответствии с фиг.8 включает четыре индивидуальных пространства слоя сорбента, которые формируют множество воздушных пространств между собой. Таким образом, воздух входит во входное отверстие 228 элемента картриджа 216 в направлении стрелок "AA" и проходит во входное воздушное пространство 220. Затем воздух перетекает во входное воздушное пространство в направлении стрелок "BB" и в воздушные пространства 221a, 221b между первым и вторым, третьим и четвертым пространствами 204a, 204b, 204c, 204d слоя сорбента (стрелки "CC"). Воздушные пространства 221a, 221b ограничены соответствующими торцевыми стенками 223 элемента 216 картриджа, которые заставляют воздух проходить сбоку через пространства 204a, b, c, d слоя сорбента в направлении стрелок "DD." Отфильтрованный воздух затем выходит из пространств слоя сорбента в выходные воздушные пространства 222a, b, c вдоль стрелок "EE" и затем вдоль соединительных выходных отверстий 232a, b, c, откуда он может быть направлен пользователю.
Фиг.10 и 11 иллюстрируют вариант осуществления описываемого фильтра 300, который включает слой фильтрующей среды 301, расположенный во входном воздушном пространстве 320, так чтобы воздух, поступающий в фильтр через входное отверстие 328, предварительно отфильтровывался перед входом в пространства 304 слоя сорбента и взаимодействовал со слоем 302 сорбента. Такая предварительная фильтрация может служить для удаления захваченных твердых частиц загрязнений из входящего воздуха для того, чтобы такие загрязнения не засоряли слои 302 сорбента и не уменьшали срок их службы. В проиллюстрированном варианте осуществления среда 301 фильтрации включает гофрированную твердую среду фильтрации. В одном варианте осуществления гофры гофрированной среды фильтрации могут быть ориентированы перпендикулярно плоскостям слоев 302 сорбента и пространств 304 слоя сорбента. Следует отметить, что ориентация гофров может предотвратить образование промежутков между средой 301 фильтрации и пространствами 304 слоя сорбента, которые в противном случае могут задействовать нежелательные обходные пути потока, формирующиеся вокруг фильтрующей среды. Следует заметить, что кроме проиллюстрированной гофрированной среды фильтрации может быть использована высокоэффективная среда фильтрации твердых частиц воздуха (HEPA).
Кроме того, вместо или в дополнение к среде 301 фильтрации твердых частиц предварительный фильтр или элемент искроудержателя 303 могут быть расположены во входном воздушном пространстве 320 фильтра 300.
На фиг.12 показан вариант осуществления описываемого устройства, в котором множество пространств 404 слоя сорбента сформированы как единое целое 403, которое включает множество слоев 402 сорбента в едином корпусе. В этом варианте осуществления воздушные пространства 421 сформированы во время производства как неотъемлемая часть между смежными пространствами 404 слоя сорбента. В некоторых вариантах осуществления сборка 403 пространства слоя сорбента включает твердую структуру, которая герметизирована по ее периферии, когда фильтр устанавливается по месту назначения, например, в респиратор.
Описанный конформный фильтр может быть полезным для защиты людей в вооруженных силах, правоохранительных органах, медицинских и/или гражданских организациях. Конформные фильтры позволяют использовать маску и/или варианты картриджей для конкретных целей. Фильтры, имеющие конформную конфигурацию, могут позволить множество конструктивных решений фильтра, поскольку форма несущих поверхностей не ограничена и воздух может всегда проходить через постоянную толщину слоя сорбентного материала. На фиг.13A и 13B показаны два неограничивающих примера конформных форм, которые могут быть реализованы в описываемом фильтре. На фиг.13A показана поверхность, имеющая сложную кривизну, воплощенную в форме волны. На фиг.13B показана многоплановая поверхность, где два плоских участка встречаются под углом 90 градусов. Эти формы могут быть реализованы в качестве нижней поверхности 12, 234 картриджа 10, 216 (см. фиг.3 и 8), слои сорбента и пространства слоя сорбента, содержащиеся внутри таких картриджей, могут быть аналогичной формы. Таким образом, слои сорбента и пространства слоя сорбента можно сформировать для получения этих и других сложных форм, что должно быть понятно специалистам в данной области.
Варианты, основанные на раскрытом конструктивном исполнении, включают традиционные плоские варианты: одно- и двуосные конформные, только газовые, комбинацию газа и твердых частиц, средства индивидуальной защиты, коллективной защиты, доступное все в одной комбинации с сыпучими фильтрами и наращиваемыми сменными кассетами для газа и твердых компонентов.
Настоящее изобретение включает конструкцию формы фильтра, которая является конформной к любому множеству имеющих определенную форму поверхностей. Это позволяет иметь значительные преимущества перед образцом фильтра цилиндрической структуры потока, такие как повышенная зона обзора, больший комфорт и увеличение прочности крепления фильтра, повышенная видимость, улучшенная эргономика и пониженное сопротивление дыханию. Если фильтр используется в дыхательной маске, то внутренняя поверхность картриджа фильтра может располагаться ближе к человеческому телу (то есть лицу) или к маске, чем у обычных фильтров, таким образом обеспечивая более гладкий вид и больший комфорт для пользователя. Кроме того, наружную поверхность картриджа фильтра можно также сформировать как гладкую "конформную" поверхность, которая отражает конформную ориентацию внутренней стороны. Такая конструкция позволяет оперативное использование картриджа фильтра без готовности внешней стороны к возможности удара. Такая конструкция также обеспечивает эстетически приятный внешний вид, который выгоден по причинам, заявленным ранее.
Описанная конструкция обеспечивает улучшенную работу фильтра с уменьшенным падением давления, используя форму картриджа и конфигурации объема, которые не возможны с обычными фильтрами. Как следует понимать, многочисленные формы картриджа могут быть сформированы с минимальными производственными затруднениями или потерями качества, потому что желаемые конформные формы могут быть достигнуты, не сгибая слои 16 сорбента.
Описанный конформный фильтр также позволяет включение картриджа фильтра в маску без чрезмерного искажения внешнего вида маски. Кроме того, полный объем картриджа фильтра может быть увеличен, не ставя под угрозу эксплуатационные параметры.
Слои сорбента могут быть образованы из среды сорбента, которая может включать углеродистые материалы, содержащие пропитанный углерод и/или активированный уголь. Также могут быть подходящими другие гранулированные материалы сорбента. Кроме того, также были бы подходящими любые материалы, которые являются воздухопроницаемыми и которые способны поглощать или вступать в реакцию с газовыми загрязняющими примесями, удаляя или нейтрализуя их. Структура картриджа может быть сформирована из подходящих термопластичных материалов в процессе литья под давлением или т.п. Могут также использоваться другие материалы, имеющие подходящие свойства для использования в качестве картриджа фильтра, например, алюминий.
В то время как некоторые варианты осуществления изобретения описаны в настоящем документе, это не означает, что изобретение ограничено ими, поскольку предполагается, что изобретение будет настолько широко охватывать область применения, насколько позволит технология, и что описание будет прочитано таким же образом. Поэтому вышеупомянутое описание не должно рассматриваться как ограничение, а только как примеры конкретных вариантов осуществления. Специалисты в данной области технике предложат другие модификации в пределах области применения и сущности, приложенной к этой формуле изобретения.
1. Картридж (10) фильтра, содержащий
противоположные наружную (14) и внутреннюю (12) поверхности, причем при использовании внутренняя поверхность расположена вблизи поверхности сопряжения;
входное отверстие (22) для введения воздуха в картридж (10) фильтра, причем входное отверстие сообщается по текучей среде с, по меньшей мере, одним входным пространством (2, 4), выполненным в картридже (10) фильтра;
выходное отверстие для направления отфильтрованного воздуха из картриджа (10) фильтра и при использовании в респиратор или другое очищенное воздушное пространство, причем выходное отверстие сообщается по текучей среде с, по меньшей мере одним выходным пространством (1, 3, 5), образованном в картридже (10) фильтра; и
по меньшей мере, один слой (16) сорбента, имеющий постоянную толщину сорбента, расположенный в картридже (10) фильтра между входным отверстием (22) и выходным отверстием для фильтрования воздуха, проходящего через картридж фильтра, причем слой (16) сорбента имеет плоскую входную поверхность, примыкающую к, по меньшей мере, одному входному пространству (2, 4) для ввода воздушного потока в слой (16) сорбента, и плоскую выходную поверхность, примыкающую к, по меньшей мере, одному выходному пространству (1, 3, 5) для выхода воздушного потока из слоя сорбента;
отличающийся тем, что внутренняя поверхность (12) выполнена выпукло изогнутой таким образом, чтобы при использовании обеспечить размещение картриджа (10) фильтра в примыкании к поверхности сопряжения, при этом
слой (16) сорбента ориентирован своей плоскостью слоя перпендикулярно внутренней поверхности (12) и имеет такую форму конца, чтобы соответствовать изогнутой форме внутренней поверхности (12).
2. Картридж (10) фильтра по п. 1, отличающийся тем, что содержит множество слоев (16) сорбента, образующих между собой множество входных пространств (2, 4) и выходных пространств (1, 3, 5).
3. Картридж (10) фильтра по п. 1, отличающийся тем, что противоположные стенки слоя (16) сорбента, ориентированные перпендикулярно входной и выходной поверхностям, или изогнуты и имеют разную степень искривления, или имеют асимметричную кривизну.
4. Картридж (10) фильтра по п. 1, отличающийся тем, что содержит множество слоев (16) сорбента, каждый из которых имеет пространство, заполненное слоем сорбента, при этом слои (16) сорбента собраны для образования картриджа из множества пространств.
5. Картридж (10) фильтра по п. 4, отличающийся тем, что смежные пространства упомянутого множества пространств (104), заполненных слоем сорбента, отделены друг от друга множеством ребер (138) пространственного распределения, которые определяют расстояние между соседними пространствами (104), заполненными слоем сорбента, причем множество ребер (138) пространственного распределения образует механическую поддержку множеству соседних пространств (104), заполненных слоем сорбента, для сопротивления внешним силам и для сохранения формы картриджа фильтра.
6. Картридж (10) фильтра по п. 4, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно из множества пространств (104), заполненных слоем сорбента, имеет отверстие (140) в стенке пространства (104), заполненного слоем сорбента, ориентированное перпендикулярно входной и выходной поверхностям, которое служит отверстием контроля индикатора определения остаточного ресурса или индикатором конца службы фильтра.
7. Картридж (10) фильтра по п. 1, отличающийся тем, что слой сорбента является сменным.
8. Картридж (10) фильтра по п. 1, отличающийся тем, что к слою (16) сорбента примыкает среда фильтрации твердых частиц для фильтрации загрязняющих примесей.
9. Картридж (10) фильтра по п. 8, отличающийся тем, что среда фильтрации твердых частиц представляет собой гофрированную фильтрационную среду, расположенную во входном пространстве.
10. Картридж (10) фильтра по п. 9, отличающийся тем, что направление гофров фильтрационной среды твердых частиц ориентировано перпендикулярно входным и выходным поверхностям слоя (16) сорбента для обеспечения равномерного распределения воздушного потока через картридж (10) фильтра.
11. Картридж (10) фильтра по п. 1, отличающийся тем, что содержит множество слоев (16) сорбента, причем каждый из множества слоев сорбента содержит пространство, заполненное слоем сорбента, при этом множество пространств, заполненных слоем сорбента, образовано как единая сборка пространств, заполненных слоем сорбента, причем сборка предпочтительно заключена в конструкцию, которая герметизирована по периферии, когда картридж фильтра установлен по месту назначения.
12. Картридж (10) фильтра по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит элемент искроудержания, установленный во входном пространстве.
13. Картридж (10) фильтра по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит элемент идентификации картриджа фильтра, установленный на картридже фильтра.
14. Картридж (10) фильтра по п. 13, отличающийся тем, что элемент идентификации картриджа фильтра является электронным или механическим элементом идентификации.
