Устройство для фильтрации воздуха, содержащее подсекции, между которыми отсутствует связь по текучей среде

Настоящее изобретение относится к устройству фильтрации воздуха. Устройство 10 для фильтрации воздуха, содержащее корпус 12, содержащий множество подсекций 32, 34 и 36, при этом каждая подсекция содержит фильтрующий элемент 26, 28 и 30. Впускное отверстие 18 расположено в первом участке корпуса 12, а расположенная выше по потоку система распределения воздуха находится в связи по текучей среде с впускным отверстием 18 и с каждой из подсекций 32, 34 и 36. Расположенная ниже по потоку система распределения воздуха находится в связи по текучей среде с каждой из подсекций 32, 34 и 36, а выпускное отверстие 20 находится в связи по текучей среде с расположенной ниже по потоку системой распределения воздуха. Подсекции выполнены таким образом, что все подсекции 32, 34 и 36 не находятся в связи по текучей среде друг с другом. С применением такой конструкции устройства для фильтрации воздуха, воздушный поток через устройство может проводиться более эффективно для продления общего срока службы продукта с одновременным сведением к минимуму сопротивления потоку всего фильтра. Технический результат - регулирование воздушного потока через фильтрующие материалы, что увеличивает срок службы фильтрующего материала. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Данное изобретение было создано при поддержке Правительства по контракту № W911SR-09-C-0037 с Министерством обороны. Правительство имеет определенные права на данное изобретение.

Настоящее изобретение относится к устройству для фильтрации воздуха, имеющему множество подсекций, при этом каждая подсекция содержит фильтрующий элемент, и при этом между указанными подсекциями отсутствует связь по текучей среде.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Респираторы, фильтрующие вдыхаемый воздух, часто используются людьми, работающими в зонах, где присутствует загрязненный воздух. Респираторы могут функционировать при отрицательном давлении, при котором легкие пользователя обеспечивают усилие, втягивающее воздух через фильтр (см., например, патент США RE35,062 заявителей Brostrom et al.), или они могут функционировать с использованием положительного давления, при котором вентилятор или другое устройство нагнетает воздух из окружающей среды через фильтр (см., например, патент США 7,748,381 заявителей Croll et al). Пользователи часто выбирают электроприводной воздухоочистительный респиратор (PAPR) поскольку пользователю не требуется обеспечивать энергию, необходимую для нагнетания воздуха из окружающей среды через воздушный фильтр. Пользователь, соответственно, чувствует больший комфорт и может использовать сохраненную энергию для других целей.

Респираторы PAPR обычно имеют (i) электромотор и воздуходувное устройство для нагнетания воздуха через фильтр, (ii) маску для подачи чистого воздуха пользователю, и (iii) источник питания, такой как блок батарей, для обеспечения энергии, необходимой для питания устройства. Известные респираторы PAPR имели различные конфигурации сборки, но двумя наиболее распространенными типами являются ременные респираторы PAPR и респираторы PAPR в виде шлема. Ременные респираторы PAPR обычно имеют фильтрующий блок для ношения на талии пользователя, тогда как респираторы PAPR в виде шлема имеют фильтрующий блок, содержащийся внутри шлема. В обеих системах электроприводной вентилятор нагнетает или протягивает воздух через фильтрующие картриджи, через шланг и внутрь маски. Поскольку вентилятор выполняет работу, требуемую для движения воздуха через систему респиратора PAPR, пользователь может удобным образом получать подаваемый чистый воздух без особых усилий.

В респираторах PAPR в виде шлема часто используют поддерживаемый фильтрующий пакет для фильтрации воздуха до его поступления во внутреннее газовое пространство для дыхания. Держатели фильтрующего пакета иногда вообще не имеют опоры, или имеют ограниченную опору, проходящую через центр фильтрующего пакета, поскольку самого воздушного потока достаточно для поддержания слоев фильтра разделенными. ФИГ. 1 показывает опору фильтра, используемого в некоторых встраиваемых в шлем респираторах. Держатель 110 фильтрующего пакета выполнен с возможностью поддерживания плоского фильтрующего пакета в дугообразной форме для прилегания внутри куполообразного пространства шлема. Держатель 110 выполнен из двух элементов 112 и 114, где меньший элемент 114 поддерживается в сжатом состоянии для обеспечения отверстия 116 между двумя элементами у одного из его концов. Оба элемента 112 и 114 содержат множество отверстий 118 и 120, соответственно, которые выровнены вдоль длины держателя 110. Держатель 110 фильтрующего пакета предусмотрен, прежде всего, для поддержания дугообразной формы фильтрующего пакета. Пример встроенной в шлем системы респираторов PAPR раскрыт в патенте США 4,280,491 заявителей Berg et al.

Еще один продукт, поддерживающий дугообразную форму фильтрующего пакета, раскрыт в патенте США 6,279,570 заявителей Mittelstadt et al. Как показано на ФИГ. 2, эта опора 200 фильтра имеет ребра 210 и 220, которые в целом выровнены с продольной осью устройства. Некоторые из этих опорных ребер 210 смещены в сторону от смежных ребер 220. ФИГ. 3 показывает, как фильтрующий пакет 310 может быть расположен вокруг опоры 200 в шлеме 300.

Еще один респиратор PAPR описан в международной публикации WO 2011/126884 заявителя Ausen. В этом устройстве воздуходувное устройство помещено внутрь шлема вместе с фильтрующими материалами и полостью, которая подает воздух из среды к фильтру. Воздух, который покидает фильтрующие материалы, затем проходит в другую полость, где он выталкивается в конструкцию воздуходувного устройства, расположенную по центру внутри шлема. После прохождения через конструкцию воздуходувного устройства, отфильтрованный воздух затем подается пользователю через отверстие для отфильтрованного воздуха и канал для отфильтрованного воздуха.

Несмотря та то, что эти традиционные устройства для фильтрации обеспечивают хорошую опору для фильтрующего материала и проявляют хорошую фильтрацию проходящего через устройство воздуха, эти устройства не позволяют получить регулируемый воздушный поток, проходящий через фильтрующие материалы. Без такого регулируемого потока некоторые участки фильтрующего материала могут расходоваться раньше других, приводя к более быстрому сокращению срока службы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает устройство для фильтрации воздуха, имеющее корпус, содержащий множество подсекций, при этом каждая подсекция содержит фильтрующий элемент. Впускное отверстие расположено в первом участке корпуса. Расположенная выше по потоку система распределения воздуха находится в связи по текучей среде с впускным отверстием и с каждой из подсекций. Расположенная ниже по потоку система распределения воздуха находится в связи по текучей среде с каждой из подсекций, и выпускное отверстие находится в связи по текучей среде с расположенной ниже по потоку системой распределения воздуха. Подсекции корпуса не находятся в связи по текучей среде друг с другом.

Настоящее изобретение обладает преимуществом, которое заключается в том, что воздушный поток может более эффективно проводиться через устройство. При использовании нескольких подсекций, которые не связаны по текучей среде друг с другом, организация воздушного движения может быть реализована таким образом, чтобы обеспечить прохождение одинаковых объемов воздуха через каждый фильтрующий элемент, для того, чтобы ни один из фильтрующих элементов не достигал конца срока службы намного раньше других фильтрующих элементов. Таким образом может быть увеличен общий срок службы устройства. Сопротивление потоку всего фильтра также может быть сведено к минимуму, поскольку воздушный поток может проходить через все фильтрующие материалы одинаково, увеличивая, таким образом, количество задействованных фильтрующих материалов по сравнению с фильтром с системами распределения воздушного потока, в которых весть воздух проталкивается через небольшой участок всех материалов.

Глоссарий

Используемые далее термины имеют следующие значения:

термин "активные микрочастицы" означает частицы или гранулы, специально предназначенные для выполнения некоторого действия или функции, такой как поглощение (адсорбция и/или абсорбция), катализ и ионный обмен;

термин "система распределения воздуха" означает деталь или комбинацию деталей, участвующих в регулировании воздушного потока;

термин "воздушный поток" означает движение воздуха, большее, чем незначительное или неизмеримое;

термин "скорость воздушного потока" означает давление, оказываемое движущимся воздухом, относительно давления отсчета;

термин "давление отсчета" означает давление, измеренное при окружающем давлении, или в месте, где существуют воздушные потоки, направленные в место, где измеряют давление, или из него;

термин "чистый воздух" означает воздух из окружающей атмосферы, который был отфильтрован для удаления загрязняющих веществ;

термин "загрязняющие вещества" означает частицы (включая пыль, аэрозоли и дым) и/или другие вещества, которые обычно могут не рассматриваться как частицы (например, органические испарения и т.д.), но которые могут быть взвешены в окружающем воздухе;

термин "куполообразное пространство" означает пространство между головой пользователя и внутренней стороной шлема;

термин "расположенный ниже по потоку" означает, расположенный в более поздней точке во времени в воздушном потоке относительно соответствующей ему исходной точки;

термин "выдыхаемый воздух" означает воздух, выдыхаемый человеком;

термин "устройство для фильтрации" означает устройство, выполненное с возможностью удаления загрязняющих веществ из воздуха;

термин "фильтрующий материал" или "фильтрующий элемент" означает воздухопроницаемый материал, предназначенный для удаления загрязняющих веществ из воздуха, проходящего через него;

термин "впускное отверстие для текучей среды" означает область, поверхность или объем пространства, через которое может входить воздух;

термин "фильтрующий слой" означает воздухопроницаемую структуру, содержащую один или несколько слоев и предусмотренную для удаления загрязняющих веществ из воздуха, проходящего через нее;

термин "выпускное отверстие для текучей среды" означает область или участок, через который может выходить воздух;

термин "класс HEPA" и "класс высокоэффективного воздушного фильтра", определяют эксплуатационные качества фильтрующего материала согласно указанным в статье 42 Свода Федеральных Правил C.F.R. §84 (1995);

термин "шлем" означает устройство, предусмотренное для ношения на голове человеком в целях защиты головы от вредного воздействия;

термин "корпус" означает конструкцию или комбинацию деталей, предназначенную для полного или частичного вмещения или содержания другого объекта;

термин "внутреннее газовое пространство" означает пространство перед лицом человека, из которого возможно вдыхать чистый воздух;

термин "продольная ось" означает ось, проходящую главным образом вдоль длины устройства для фильтрации;

термин "распределительный канал" означает два или более каналов или проходов, распределяющих воздух в направлении полости или из нее;

термин "не связанные по текучей среде" означает, что один и тот же воздух не проходит через данные элементы;

термин "полость" означает общий объем или пространство, в которое попадает воздух из более чем одного места, или из которого воздух попадает в более чем одно место;

термин "электроприводной воздухоочистительный респиратор" или "PAPR" означает устройство, способное подавать чистый воздух пользователю, в котором воздух фильтруется на пользователе посредством использования энергии не пользователя, а другого источника;

термин "в значительной степени одинаковый" означает соответствие одного другому с разницей в пределах 10%;

термин "поперечная ось" означает ось, проходящую главным образом перпендикулярно продольной оси; и

термин "расположенный выше по потоку" означает, расположенный в более ранней точке во времени в воздушном потоке относительно соответствующей ему исходной точки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

ФИГ. 1 - вид в перспективе опоры 110 фильтра, известного из уровня техники, применяемого во встроенном в шлем респираторе.

ФИГ. 2 - вид в перспективе известного устройства 200 для поддержания дугообразной формы известного фильтрующего пакета.

ФИГ. 3 - вид сбоку известного из уровня техники устройства 200 для фильтрации, расположенного в пределах шлема 300.

ФИГ. 4 - вид в перспективе устройства 10 для фильтрации согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 5 - вид в перспективе устройства 10' для фильтрации с удаленной верхней половиной 14 корпуса 12.

ФИГ. 6 - вид в поперечном сечении устройства 10' для фильтрации, выполненном вдоль линий 6-6 согласно ФИГ. 5.

ФИГ. 7 - вид сбоку устройства 10 для фильтрации, расположенного в шлеме 70.

ФИГ. 8 - вид в перспективе устройства 10' для фильтрации, имеющего расположенные на нем каналы 90-96 для измерения давления в различных подсекциях устройства 10' для фильтрации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ

В практической реализации настоящего изобретения предлагается устройство для фильтрации, содержащее корпус, впускное отверстие, первую систему распределения воздуха, вторую систему распределения воздуха, и выпускное отверстие. Корпус содержит множество подсекций, при этом каждая подсекция содержит по меньшей мере один фильтрующий элемент. Впускное отверстие расположено в первом участке корпуса. Первая система распределения воздуха находится в связи по текучей среде с впускным отверстием и с каждой из подсекций. Вторая система распределения воздуха находится в связи по текучей среде с каждой из подсекций. Выпускное отверстие находится в связи по текучей среде со второй системой распределения воздуха. Подсекции не находятся в связи по текучей среде друг с другом. Данное отсутствие связи по текучей среде может быть достигнуто путем выполнения одной или нескольких полостей, одного или нескольких распределительных каналов, и/или каналов, ведущих в подсекции, с возможностью параллельной доставки фильтруемого воздуха в каждую подсекцию. При использовании такой конструкции скорости воздушного потока, проходящего через каждую подсекцию, могут быть в значительной степени одинаковыми. Таким образом подсекции могут фильтровать сходные количества окружающего воздуха, что не допускает окончания срока службы одного фильтрующего элемента значительно раньше других.

ФИГ. 4 показывает устройство для фильтрации, такое как фильтрующий картридж 10, который может быть использован в персональном устройстве для защиты органов дыхания, обеспечивающем пользователя чистым воздухом для дыхания. Устройство 10 для фильтрации содержит корпус 12, имеющий верхнюю часть или половину 14 и нижнюю часть или половину 16. Фильтруемый воздух входит в корпус 12 через впускное отверстие 18 и выходит из устройства через выпускное отверстие 20. Таким образом, воздух проходит через устройство в направлении стрелки 22. Воздух, входящий в устройство 10 через впускное отверстие 18, является неотфильтрованным, тогда как воздух, выходящий из устройства через выпускное отверстие 20, является отфильтрованным - то есть, он является чистым воздухом, безопасным для пользователя устройства для дыхания. По мере того, как воздух перемещается через внутреннюю часть корпуса, воздух проходит через один или несколько фильтрующих элементов, в которых загрязняющие вещества могут удаляться из воздушного потока. Корпус 12 может быть изогнутым в продольном направлении, как показано, то есть относительно поперечной оси, таким образом, чтобы устройство могло быть использовано в виде картриджа, расположенного в куполообразном пространстве шлема. Корпус 12 также может быть изогнут перпендикулярно продольному направлению или вдоль продольной оси или направления для дальнейшего образования куполообразного пространства в шлеме. Первая и вторая части 14 и 16 корпуса 12 соединены друг с другом по средней линии 24. Устройство может быть разделено вдоль линии 24 для замены фильтрующих элементов при необходимости.

Фигуры. 5-6 показывают устройство для фильтрации не в изогнутой, а в плоской конфигурации. На этих фигурах верхняя часть 14 (ФИГ. 4) корпуса 12 удалена, таким образом, чтобы была видна внутренняя часть корпуса, а также фильтрующие элементы 26, 28, и 30, расположенные в подсекциях 32, 34, и 36, соответственно. Подсекции 32, 34, и 36 обеспечивают определенную область для фильтрующих элементов 26, 28, и 30 для их расположения внутри корпуса 12. Подсекции 32, 34, и 36 не находятся в связи по текучей среде друг с другом. В дополнение к корпусу 12, устройство 10' для фильтрации содержит впускное отверстие 18, первую полость 38, вторую полость 40, и выпускное отверстие 20. Первая полость 38 находится в связи по текучей среде с впускным отверстием 18 и с каждой из подсекций 32, 34 и 36. Вторая полость 40 также находится в связи по текучей среде с каждой из подсекций 32, 34 и 36. Выпускное отверстие 20 также находится в связи по текучей среде со второй полостью 40. Первая и вторая полости 38, 40 и связанные с ними воздушные распределительные каналы предусмотрены для обеспечения по сути одинаковой скорости воздушного потока, проходящего через каждую подсекцию 32, 34 и 36. Воздух, входящий в первую полость 38 из впускного отверстия 18, проходит в одном из трех различных направлений к одной из трех подсекций 32, 34 и 36. Воздух может перемещаться в первую подсекцию 32 через отверстие или канал 41 в подсекции 32 на первом конце 42. Отверстие в подсекции 32 ограничено на первом конце 42 боковыми стенками 44 и 46 подсекции и верхней половиной 14 (ФИГ. 4) корпуса 12. Окружающий воздух, проходящий во второй и третий фильтрующие элементы 28 и 30, может проходить в верхние каналы 48 и 50, соответственно, как отмечено линиями 51 и 53 воздушного потока. Воздух, проходящий через отверстие 41 на первом конце 42 первой подсекции 32, проходит через стенку 56 первого фильтрующего элемента 26; воздух, проходящий через отверстие 54 второй подсекции 34, проходит через стенку 58 второго фильтрующего элемента 28; а воздух, проходящий через отверстие 59 третей подсекции 36, проходит через стенку 60 третьего фильтрующего элемента 30. Воздух, выходящий из второй и третей подсекций после фильтрации, проходит через проход 52 и отверстие 61 для вхождения в полость 40.

ФИГ. 6 показывает, в частности, что каждая подсекция может содержать первый и второй фильтрующие элементы. Показанная третья подсекция 34, например, содержит расположенные друг напротив друга фильтрующие элементы 28 и 62. Воздух поступает в фильтрующий элемент 62 через нижний канал 64, таким же образом, как и воздух, поступающий в фильтрующий элемент 28 через верхний канал 48, как описано выше. Каждый фильтрующий элемент 28 и 62 наклонен относительно воздуха, входящего в подсекцию, способствуя лучшему прохождению воздуха через фильтрующие материалы. Воздух, проходящий через фильтрующие элементы 28 и 62, входит в полость 64 для того, чтобы затем выходить в проход 52, откуда он затем направляется через выходной канал 66 (ФИГ. 5) для вхождения в полость 40. Воздух в подсекции 32 (ФИГ. 5) подобным образом проходит через расположенные друг напротив друга фильтрующие элементы для входа в центральную полость, откуда он затем направляется в проход 68. Разделенный воздушный поток может быть получен, как описано в заявке на патент США, озаглавленной Split Flow Filtering Device (USSN 13/310,881) заявителей Billingsley et al. Несмотря на то, что устройство для фильтрации согласно настоящему изобретению показано имеющим три подсекции, устройство может иметь 2, 3, 4, 5 и до 10, 20 или более подсекций. Скорости воздушного потока, проходящего через каждую подсекцию, в значительной степени одинаковы, предпочтительно, отличаются не более, чем на приблизительно 5% относительно любой из них.

ФИГ. 7 показывает пример изогнутого устройства 10 для фильтрации согласно настоящему изобретению, используемого в куполообразном пространстве шлема 70 респиратора PAPR 72. Чистый воздух 74, выходящий из устройства 10 для фильтрации, входит во внутреннее газовое пространство 76 шлема 70, где его может вдыхать пользователь. Атмосферный воздух подается во впускное отверстие 18 для текучей среды устройства 10 через канал 78. Воздуходувное устройство 80 нагнетает или втягивает неотфильтрованный воздух 82 через канал 78 в устройство 10 для фильтрации согласно изобретению. Воздуходувное устройство 80 может быть эффективно запитано от подходящего источника питания, такого как батарея, которая может быть пассивированной - см. патент США 7,947,109 заявителей Sayers et al. Воздуходувное устройство 80 может быть расположено на ремне, надеваемом на пользователя, или оно также может быть расположено изолировано от окружающей среды - см. патент США 6,796,304 заявителей Odell et al.; см. также патент США 6,823,867 заявителей Avery et al. Воздушный поток также моет быть откалиброван в системе респиратора - см. патент США 6,666,209 заявителей Bennett et al., или обработан иным способом - см. патент США 7,197,774 заявителей Curran et al. Для предупреждения пользователя о том, что воздушный поток уменьшается ниже преопределенного значения, может быть использован индикатор потока. Поскольку воздух проходит через множество подсекций, для фильтрации доступна большая площадь поверхности, снижая, таким образом, перепад давления в устройстве 10. Более низкий перепад давления означает, что для протягивания окружающего воздуха через фильтрующие материалы требуется меньше энергии. Также, дополнительная площадь поверхности может продлить срок службы материалов, поскольку может потребоваться больше времени для забивания пор в материале различными загрязняющими веществами. Шлем может быть, например, защитным шлемом сварщика - см., например, патенты США 6,934,967 заявителей Miyashita et al. и 7,637,622 заявителей Magnusson et al. - с надеваемой на голову системой подвески (патент США 6,367,085 заявителя Berg). Изобретение также может быть использовано в устройстве с капюшоном - см. патент США 7,104,264 заявителей Lee et al.

Полости и распределительные каналы систем распределения воздуха могут определяться формой и конфигурацией корпуса и первой, второй и третьей подсекций. Полость может содержать физическую конструкцию, способствующую формированию конструкции всего устройства, и распределительные каналы могут содержать физическую конструкцию, используемую для образования каналов и проходов, способствующих разделению потока текучей среды на два или более потока по направлению к двум или более независимо функционирующим подсекциям, содержащим фильтрующие материалы.

Корпус может быть выполнен из множества различных материалов и иметь множество различных форм. Примеры материалов, из которых может быть изготовлен корпус, включают пластмассы, металлы, спрессованные или связанные волокнистые композиционные структуры. В зависимости от используемых материалов и от желаемой конструкции получаемого в результате устройства, корпус может быть изготовлен посредством различных технологий, включая литье под давлением, вакуумное формование, вырубную штамповку, быстрое прототипирование, изготовление с применением трехмерного компьютерного проектирования, штамповку, экструзию в заготовку и отливку. Корпус также может быть продуктом на рулонной основе - см., например, заявку на патент США 12/784,182 заявителей Billingsley et al. Корпус и конструкция подсекций могут определять местоположение фильтрующих слоев относительно друг друга и конструкции в целом.

Фильтрующие элементы, используемые совместно с настоящим изобретением, могут содержать один или несколько слоев фильтрующих материалов для задержания частиц и/или газообразных веществ. Материалы фильтра для задержания частиц предназначены для удаления частиц, взвешенных в окружающем воздухе, а материалы для задержания газообразных веществ предназначены для удаления взвешенных в нем испарений. Фильтрующие слои могут иметь различную форму и конфигурацию, и для целей респиратора могут иметь толщину от приблизительно 0,2 миллиметров (мм) до двух сантиметров (см), или от 0,5 до 1,5 см, или это может быть в целом плоский фильтр, или он может быть гофрированным для обеспечения увеличенной площади поверхности - см., например, патенты США 5,804,295 и 5,656,368 заявителей Braun et al. Каждый фильтрующий слой также может содержать множество фильтрующих слоев, соединенных друг с другом посредством адгезива или любых других средств. Фильтрующие слои также могут содержать параллельные каналы, как описано, например, в патентах США 6,752,889 и 6,280,824 заявителей Insley et al. Фильтрующие материалы также могут быть фильтрами класса НЕРА. По сути, любой известный подходящий материал (или разработанный позже) для формирования фильтрующего слоя, может быть использован в качестве фильтрующего материала. Полотна из волокон, выполненных по технологии мелтблаун, такие, как описанные в Indus. Engn. Chem., 48, 1342 et seq. под заголовком Superfine Thermoplastic Fibers, под авторством Wente, Van A., (1956), особенно квазипостоянно электрически заряженной (электретной) формы являются особенно подходящими (см., например, патент США №4,215,682 заявителей Kubik et al.). Эти волокна, выполненные по технологии мелтблаун, могут быть микроволокнами с эффективным диаметром менее приблизительно 20 микрометров (мкм) (именуемые BMF как сокращение от "blown microfiber"). Эффективный диаметр волокна может быть определен согласно исследованию The Separation Of Airborne Dust Particles Общества инженеров-механиков под авторством Davies, С.N., брошюра исследования, 1952. Широко используются полотна BMF, содержащие волокна, образованные из полипропилена, поли(4-метил-1-пентена) и их сочетаний. Электрически заряженные фибриллированные волокна, согласно патенту США RE 31,285 заявителя van Turnhout, также могут быть пригодными, также как и полотна из волокон древесной шерсти и стеклянных волокон или волокон, полученных путем раздува из раствора, или электростатически распыленных волокон, особенно в форме микроволокон. Электрический заряд может быть сообщен волокнам путем контакта волокон с водой, как описано в патентах США 6,824,718 заявителей Eitzman et al., 6,783,574 заявителей Angadjivand et al., 6,743,464 заявителей Insley et al., 6,454,986 и 6,406,657 заявителей Eitzman et al., и 6,375,886 и 5,496,507 заявителей Angadjivand et al. Электрический заряд также может быть сообщен волокнам коронным разрядом, как описано в патенте США 4,588,537 заявителей Klasse et al., или трибоэлектризацией, как описано в патенте США 4,798,850 заявителя Brown. Также в волокна могут быть включены добавки для усиления эффекта фильтрации полотен, изготовленных в процессе гидрозарядки (см. патент США 5,908,598 заявителей Rousseau et al.). В частности, на поверхности волокон в фильтрующем слое для усиления эффекта фильтрации в условиях жиросодержащего тумана могут быть расположены атомы фтора, - см. патенты США 6,398,847 В1, 6,397,458 В1, и 6,409,806 В1 заявителей Jones et al. Типичный сухой вес для фильтрующих слоев из электрета BMF составляет приблизительно от 10 до 100 грамм на квадратный метр. Набивки фильтра из активных частиц так же могут быть использованы как и проницаемые сформированные структуры из активных частиц, собранных, например, посредством микрочастиц полисиаловой кислоты - см. патент США 6,391,429 заявителей Senkus et al. - или связанных частиц сорбирующего вещества, как описано в патенте США 5,033,465 заявителей Braun et al. Пример волокнистой основы, содержащей активные частицы, показан в заявке на патент США №.2005/0169820 А1. Частицы сорбирующего вещества могут быть включены в полотно, обычно так, чтобы в полотно было включено по меньшей мере приблизительно 60 процентов по весу частиц сорбирующего вещества. Волокна, используемые в содержащем частицы полотне, обычно имеют относительно более высокую усадку при кристаллизации, чем у аналогичных волокон. Волокна обычно содержат полипропилен, и частицы сорбирующего вещества обычно равномерно распределены в полотне, таким образом, чтобы полотно имело уровень поглощения А по меньшей мере 1,6·10⁴/миллиметров (мм) воды. Пористым листовым изделиям обычно свойственен низкий перепад давления, долгий срок службы и уровень поглощения А, превышающий уровень поглощения угля в набивке фильтра. Уровень поглощения А может быть вычислен с использованием параметров или измерений подобно тому, как описано автором Wood в журнале Американской ассоциации промышленной гигиены, 55(1): 11-15 (1994). Дополнительную информацию об уровне поглощения А можно найти в заявке на патент, приведенной выше в данном абзаце. Активные частицы, которые могут быть использованы в фильтрах настоящего изобретения, включают частицы или гранулы, подходящие для выполнения некоторых действий или функций, связанных с определенными характеристиками или свойствами, включает свойства химического превращения, такого как реакция, катализ, ионный обмен, и/или физические свойства, такие как обширная площадь поверхности, пористость, относительно малый размер и форма. Одним примером активных частиц являются частицы, взаимодействующие с компонентами в текучей среде для их удаления или изменения их состава. Компоненты в текучей среде могут поглощаться на поверхности активных частиц или внутрь них, или они могут вступать в реакцию для образования более безвредного соединения. Соответственно, активные частицы могут обладать сорбирующим свойством, катализирующим свойством или могут вступать в реакции для образования более безвредного соединения. Примеры содержащих частицы материалов, которые могут быть использованы совместно с настоящим изобретением, включают гранулы сорбирующих микрочастиц, таких как активированный уголь, активированный уголь с химически обработанной поверхностью, оксид алюминия, силикагель, бентонит, каолиновый диатомит, порошковые цеолиты (как натуральные, так и синтетические), ионообменные смолы и молекулярные фильтры, и частицы, такие как каталитические частицы и частицы, содержащие заключенные в оболочку соединения. Стандартные активные частицы включают частицы активированного угля, химически обработанного угля, и оксида алюминия. Примеры коммерчески доступного активированного угля, который может быть использован в настоящем изобретении, включают Kuraray 12×20 типа GG (от изготовителя Kuraray Chemical Corporation, Осака, Япония) и Calgon 12×30 URC от изготовителя Calgon Carbon Corporation, Питтсбург, Пенсильвания. Патенты, описывающие различные типы активных частиц, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, включают патенты США 7,309,513 заявителей Brey et al, 7,004,990 и 6,391,429 заявителей Senkus et al, 6,767,860 заявителей Hern et al, 5,763,078 заявителей Braun et al, и 5,496,785 заявителя Abler.

Несмотря на то, что изобретение было описано и проиллюстрировано для использования совместно с персональными устройствами для защиты органов дыхания такими как сварные шлемы и респираторы PAPR, изобретение также может быть использовано в системе коллективной защиты и в сооружениях, таких как здания и палатки. В таки случая множество отрегулированных устройств для фильтрации - или штабелей из таких устройств - может быть использовано для фильтрации воздуха перед его поступлением в здания или сооружения; см., например, патент США 7,995,570 заявителей Insley et al.

ПРИМЕР

Испытание воздушного потока

Для подтверждения того, что скорости воздушного потока, проходящего через подсекции фильтров, в значительной степени одинаковы, измеряют разницу между давлением воздуха в подсекциях фильтров и окружающем воздухе. Если давление окружающего воздуха не используется, за давление отсчета или давления, используемого в качестве основы для сравнения должна приниматься скорость воздуха, проходящего через весь фильтр, а не через ряд подсекций. Измерения давления могут быть выполнены без фильтрующих материалов в подсекциях или с фильтрующими материалами в подсекциях. Если фильтрующие материалы во время измерения находятся в подсекциях, используемые фильтрующие материалы должны быть по сути одинаковыми в каждой из подсекций, присущих изобретению. Каналы для измерения давления в подсекциях, в которых давление не измеряют, должны быть перекрыты. Записывают разницу значений между величиной отстчета и величиной в каждой из подсекций.

Конструкция воздушного фильтра

Был сконструирован и выполнен корпус фильтра, содержащий шесть фильтрующих элементов, расположенных в трех подсекциях, подобным образом, как в устройстве для фильтрации, показанном и описанном со ссылкой на фигуры 5-6. Системы распределения воздуха для каждой из трех подсекций были сконструированы таким образом, чтобы в каждой подсекции был одинаковый поток воздуха, направленный в нее и из нее. В каждой из трех подсекций были расположены, соответственно, каналы 90, 92 и 94 для измерения давления, а также был выполнен канал 96, расположенный на выпускном отверстии полости фильтра, как показано на ФИГ. 8. Посредством канала 96 измеряли давление отсчета. Используемые в каждой из подсекций фильтрующие элементы содержали фильтрующие материалы, включающие частицы, и полотно, содержащее уголь для фильтрации газообразных загрязняющих веществ. Были использованы фильтрующие материалы, как описанные в заявке на патент США 2005/0169820 А1 заявителей Tatarchuk et al. Эти фильтрующие материалы имели измеряемое сопротивление воздушному потоку и содержали активные частицы, захваченные внутри основы из микроволокон.

Воздух со скоростью двадцать пять литров в минуту пропускали через корпус 12 фильтра. Ручное устройство Extech 755 было использовано для измерения разницы давления между выпускным отверстием 96 и каждой из подсекций 90-94 согласно Испытанию воздушного потока. Измерения давления для трех подсекций приведены ниже в Таблице 1:

Данные в Таблице 1 показывают, что измеренное давление в каждой фильтрующей подсекции одинаково с другими подсекциями. Относительная скорость воздушного потока через каждую из трех подсекций в устройстве для фильтрации, таким образом, в значительной степени одинакова. С одинаковыми скоростями воздушного потока ожидается, что преимуществом устройства для фильтрации будет продленный срок службы.

Данное изобретение допускает различные модификации и изменения, не выходящие за рамки его объема и сути. Следовательно, данное изобретение не ограничивается вышеописанным, и определяется ограничениями, заявленными в пунктах формулы и любыми их эквивалентами.

Данное изобретение может быть также реализовано на практике при отсутствии любого элемента, отдельным образом не раскрытого в настоящей заявке.

Все вышеперечисленные патенты или патентные заявки, включая приведенные в разделе «Уровень техники», полностью включены в настоящий документ посредством ссылки. В случае противоречия или разночтения между раскрытием в таком включенном документе и вышеприведенным описанием, вышеприведенное описание должно иметь приоритетное значение.

1. Устройство фильтрации воздуха для персонального устройства защиты органов дыхания, содержащее:
(a) корпус, содержащий множество подсекций, при этом каждая подсекция содержит фильтрующий элемент;
(b) впускное отверстие, расположенное в первом участке корпуса;
(c) расположенную выше по потоку систему распределения воздуха, находящуюся в связи по текучей среде с впускным отверстием и с каждой из подсекций;
(d) расположенную ниже по потоку систему распределения воздуха, находящуюся в связи по текучей среде с каждой из подсекций; и
(e) выпускное отверстие, находящееся в связи по текучей среде с расположенной ниже по потоку системой распределения воздуха;
при этом подсекции корпуса не находятся в связи по текучей среде друг с другом.

2. Устройство фильтрации воздуха по п. 1, в котором подсекции характеризуются в значительной мере одинаковой скоростью воздушного потока.

3. Фильтрующий картридж, выполненный для использования в персональном устройстве для защиты органов дыхания, содержащий устройство фильтрации воздуха по п. 1.

4. Персональное устройство для защиты органов дыхания, содержащее фильтрующий картридж по п. 3.

5. Персональное устройство для защиты органов дыхания по п. 4, характеризующееся тем, что содержит шлем, при этом фильтрующий картридж расположен в куполообразном пространстве шлема.

6. Электроприводной воздухоочистительный респиратор, содержащий фильтрующий картридж по п. 3 в куполообразном пространстве шлема.

7. Устройство фильтрации по п. 1, характеризующееся тем, что каждая из расположенной выше по потоку и расположенной ниже по потоку систем распределения воздуха содержит полость и распределительный канал.

8. Устройство фильтрации по п. 7, характеризующееся тем, что полости, распределительные каналы и фильтрующие элементы обеспечивают в значительной мере одинаковую скорость воздушного потока, проходящего через каждую подсекцию.

9. Устройство фильтрации по п. 1, характеризующееся тем, что воздух подается в каждую подсекцию через полость и один или несколько каналов или проходов.

10. Устройство фильтрации по п. 9, характеризующееся тем, что выходящий из каждой подсекции воздух перемещается через один или несколько каналов или проходов.

11. Устройство фильтрации по п. 1, характеризующееся тем, что входящий в подсекцию воздух разделяется на два воздушных потока.

12. Устройство фильтрации по п. 11, характеризующееся тем, что разделенный воздушный поток перед выходом из подсекции проходит через расположенные напротив друг друга фильтрующие элементы.

13. Устройство фильтрации по п. 1, характеризующееся тем, что скорость воздушного потока в каждой подсекции отличается не более чем на 5% от скорости воздушного потока в других подсекциях при измерении относительно давления отсчета.

14. Устройство фильтрации по п. 1, характеризующееся тем, что каждая из подсекций содержит фильтры для задержания частиц и/или газообразных веществ.

15. Устройство фильтрации по п. 1, характеризующееся тем, что каждая подсекция содержит фильтрующий элемент для задержания частиц, содержащий микроволокна, и при этом каждая подсекция содержит фильтрующий элемент для задержания газообразных веществ, содержащий активные частицы.

16. Устройство фильтрации по п. 15, характеризующееся тем, что каждая подсекция содержит один или несколько фильтрующих элементов, наклоненных относительно воздушного потока, входящего в подсекцию.

17. Устройство фильтрации по п. 1, характеризующееся тем, что содержит от 2 до 20 подсекций.

18. Устройство фильтрации по п. 1, характеризующееся тем, что содержит от 3 до 10 подсекций.

19. Устройство фильтрации воздуха для персонального устройства защиты органов дыхания, содержащее:
(a) корпус, содержащий от 3 до 10 подсекций, при этом каждая подсекция содержит фильтрующий элемент, причем по меньшей мере одна из указанных подсекций содержит два или более фильтрующих элементов;
(b) впускное отверстие, расположенное в первом участке корпуса;
(c) расположенную выше по потоку систему распределения воздуха, находящуюся в связи по текучей среде с впускным отверстием и с каждой из подсекций, при этом указанная расположенная выше по потоку система распределения воздуха содержит полость и распределительный канал;
(d) расположенную ниже по потоку систему распределения воздуха, находящуюся в связи по текучей среде с каждой из подсекций; и
(e) выпускное отверстие, находящееся в связи по текучей среде с расположенной ниже по потоку системой распределения воздуха;
при этом подсекции корпуса не находятся в связи по текучей среде друг с другом.