專利名稱：鼻子呼吸過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里申請的發(fā)明涉及人類呼吸系統(tǒng)的保護裝置，本發(fā)明中所述裝置能夠通過去除吸入空氣中的灰塵類顆粒(尤其是載有過敏原的顆粒)來有效地凈化吸入的空氣，同進不會產(chǎn)生任何顯著的吸入和呼出阻力。本發(fā)明中所述裝置可以用作呼吸器等設(shè)備中的鼻子過濾器。
背景技術(shù)：
一種公知的呼吸過濾器[在WO86/04249中公開]是以兩個鼻囊的形式制造的，其中包含有注入除臭劑或藥劑的過濾元件。鼻囊應(yīng)該插進鼻孔中。由于吸入的空氣流經(jīng)所述過濾元件，便可使空氣得到凈化。
另一種公知的呼吸過濾器—“內(nèi)鼻過濾器”[在美國專利US5117820中公開]的形狀為長圓柱體，用人造多孔材料制造。在徑向壓縮后，該過濾器獲得這樣直徑的圓柱體形狀，其可以安裝在人的鼻腔中。當其在人的鼻腔內(nèi)時，所述過濾器材料膨脹且充滿鼻腔空間。由于吸入的空氣流經(jīng)過用人造多孔材料制造的過濾元件，在這個過濾器中空氣便得到凈化，所述灰塵類顆粒截留在過濾器中。
另一種公知的呼吸過濾器—“鼻子過濾器”[在美國專利US3747597中公開]包含插入到鼻腔中(鼻孔)的過濾器。每個過濾器的內(nèi)腔形狀接近截錐形。球形過濾器元件放置在過濾器內(nèi)腔里面。這個過濾器以與錐形閥相同的方式運行—也就是在呼出過程中，位于過濾器內(nèi)腔里面的球形過濾器元件轉(zhuǎn)移到圓錐體大底部，該位置不阻止呼出空氣的經(jīng)過。而在吸入過程中，所述球形過濾器元件轉(zhuǎn)移到圓錐體小底部，由此“封堵”該底部上的孔。吸入空氣只流經(jīng)球形過濾器元件。
另一種公知的呼吸過濾器[在英國專利GB2216806中公開]是以下述形式制造的所述裝置包含插入物(要插進鼻孔)和具有中空的管狀主體，還包含有一用于把過濾器元件保持在適當位置的內(nèi)凸緣。當把所述插入物連接在一起時形成一夾子用于把過濾器固定到鼻子隔膜上。在吸入空氣過程中，空氣流經(jīng)由中空主體及其中插入物所組成的過濾元件便可使空氣得到凈化。
在上述過濾器中空氣得到清潔是由于在吸入空氣過程中，空氣流經(jīng)過濾元件，采用不同材料制造的過濾元件可把大氣污染物和過敏原截留在所述元件上。過濾元件為上述過濾器的主要組件。然而，使用所述過濾元件妨礙了呼吸，這就是過濾元件阻止氣流的自由進出且對吸入氣流產(chǎn)生相當大的阻力的原因。
與本發(fā)明中所請示保護的裝置最相似的(按照工程原理)的一種過濾器是“鼻子和口腔過濾器”[在美國專利US5787884中公開]，其特征在于采用沒有過濾材料的氣流通道。設(shè)計這種過濾器的目的是用于保護呼吸通道免遭包含在吸入空氣中的灰塵和過敏原的侵襲。所述過濾器制作成可容納在人的口腔或鼻腔中(在后者的情況下，由于過濾器主體具有彈性便可使其緊緊地與鼻腔內(nèi)表面相接觸)。在所述過濾器內(nèi)以使人容易呼吸的方式布置氣流通道。該通道是曲線形的且包含專門的灰塵微粒截留區(qū)，所述灰塵微粒截留區(qū)位于所述氣流通道方向改變之處。由于氣流通道的曲線形，吸入的空氣便幾次改變它的運動方向。包含在吸入空氣中的灰塵微粒截留在截留區(qū)，它們之所以被截留在截留區(qū)是由于這些區(qū)域覆蓋有膠粘物質(zhì)。
與具有過濾插入物的設(shè)計相比，在該設(shè)計中氣流運動沒有受到阻礙。然而，為了實現(xiàn)增加灰塵微粒截留的可能性的目的，該過濾器中的氣流通道做成窄而彎的，對于流經(jīng)該過濾器的氣流來說其產(chǎn)生明顯的阻力(雖然這個阻力非常低于使用帶有插入物的過濾器時所產(chǎn)生的阻力)。此外，由于氣流在過濾器運行過程中受到越來越多的阻礙，氣流運動阻力會隨之增加。
發(fā)明概述參見本發(fā)明權(quán)利要求書，本發(fā)明所要解決的問題是創(chuàng)建這樣一種可以用作呼吸保護裝置(其保護人的呼吸器官免遭塵?！绕涫禽d有過敏原顆粒侵襲)的呼吸過濾器，其特征在于所述呼吸過濾器具有低的空氣動力學(xué)阻力且(在使用時)不會引起其他人的注意。
本發(fā)明的原理是在呼吸過濾器中包含有一具有用作吸入空氣通道的一個或幾個進氣道和一個出氣孔的主體部，根據(jù)本發(fā)明，所述主體是中空的，而且所述主體內(nèi)表面形狀接近截錐形，且所述進氣通道制造在圓錐體大底部中，并且每個通道的軸向在切線部分和軸向部分外相交，而出氣孔制造在錐形體頂部(小底部)中，而且主體內(nèi)表面覆蓋一層膠粘物質(zhì)以便能夠截留包含在吸入空氣中的灰塵和過敏原顆粒。
在本發(fā)明所請求保護的裝置中，對吸入的空氣所進行的清潔過程發(fā)生在由主體構(gòu)成(其形狀接近截錐形)的過濾器“渦流室”中。當空氣進入這個圓錐體時，圓錐體大底部區(qū)域中的進氣道的結(jié)構(gòu)使其在螺旋通道上打旋。所述通道設(shè)計成這樣就是其軸線方向由兩個部分—即軸向部分和切向部分所合成。當塵粒進入到螺旋狀氣流通道中時，由于離心力的作用，它們會轉(zhuǎn)向而到達主體壁上，當遇到所述主體壁時顆粒便停在覆蓋在整個主體內(nèi)面的膠粘物質(zhì)上。
為了便于使用所要保護的作為鼻子過濾器的裝置，它的主體具有縱向可彎曲的形狀和/或其橫截面呈現(xiàn)接近鼻腔形狀的橢圓形。
為了在鼻腔中舒適地容納過濾器，它的主體可以用彈性材料制作。例如可以選擇廣泛地用于藥用目的的硅氧烷彈性體(例如，硅氧烷橡膠)[Chemical Encyclopedia.-MoscowSovetskaya EncyclopediaPublishing-House，1990，vol.2，p.510]來作為制作材料。
另外，所述主體也可采用多孔親水材料(例如，聚氨酯泡沫體)制造。這種材料通過吸收出現(xiàn)在鼻腔中多余的濕氣可提高使用該過濾器的便利性。
為了在鼻腔中可靠地容納過濾器和可靠地密封過濾器主體與鼻腔內(nèi)表面之間的間隙，所述主體外表面具有一采用彈性或可塑性材料制造的密封環(huán)。所采用的材料也可以是多孔的和親水的以便于吸收鼻腔中產(chǎn)生的多余的濕氣。硅氧烷彈性體可以用作彈性材料。硅樹脂—丙烯橡漿可以用作可塑性材料[Chemical Encyclopedia.-MoscowSovetskaya EncyclopediaPublishing-House，1990，vol.2，p.511]。
另外，所述大底部在外表面上呈凸面形，而所述進氣通道可以制造成這樣它們部分穿過主體側(cè)面部分。這樣的設(shè)計可以提供更大的空氣流入面積且可使空氣流更平滑地進入過濾器(換句話說，沒有速度向量的急轉(zhuǎn)彎)。在終端處，這種空氣進口的幾何圖形使得呼吸阻力可降低10-15％。
為了減少沒有被主體內(nèi)表面上的膠粘層截留的顆粒數(shù)量，在出氣孔的周圍制造一特殊軸環(huán)，所述軸環(huán)進入到過濾器主體內(nèi)。這個軸環(huán)與圓錐體頂部(小底部)和主體內(nèi)壁一起形成內(nèi)環(huán)形腔。沒有沉積在主體壁上的顆粒將被截留在該環(huán)形腔中。
為了更好地截留塵粒的目的，所述內(nèi)環(huán)形腔表面也覆蓋有所述膠粘物質(zhì)。
與所述圓錐體狀的主體大底部的外表面一樣，為了相同的目的進氣通道表面也可以覆蓋上相同的膠粘物質(zhì)。
例如可采用靜電軟膏來作為所述膠粘物質(zhì)，其可應(yīng)用于在主體內(nèi)表面、環(huán)形室表面、和進氣道表面[Electret./Under the editorship of G SesslerTranslated from English.-Moscow，1983]。這種軟膏可以由聚合物、鹽和共聚物制得，具有親水和疏水鍵。丙三醇可以用作膠粘物質(zhì)合成物的主要成分，其特征在于其具有不易變干和很好地濕潤灰塵的粘性。
過濾器主體可以用一種具有永久靜電電荷的材料制造—也就是電介體[Electret./Under the editorship of G Sessler Translated from English.-Moscow，1983]。在這種情況下，主體的靜電電荷促進塵粒極化和促使所述顆粒被吸引到過濾器主體。
為了分離小顆粒的目的，在過濾器主體內(nèi)表面(沿過濾器長度方向中部某處)上設(shè)置有一個或幾個突起，所述突起沿主體內(nèi)表面上的進氣道的軸線方向曲線設(shè)置成螺旋形，和橫向?qū)虻铰菪ǖ郎?，其在主體內(nèi)表面上沿著進氣道軸向，并且所述突起的橫截面呈現(xiàn)空氣動力翼凸起部分的形狀，所述突起的幾何形狀根據(jù)下列關(guān)系來選擇0.1R＜h＜0.3R；0.25H＜L＜0.8H。
這里h-突起的徑向高度；R-過濾器主體內(nèi)部空間的最大徑向尺寸；L-突起在過濾器主體軸向上的投影尺寸；H-過濾器主體內(nèi)部空間的長度。
當空氣流圍繞所述突起流動時，在所述突起上立即產(chǎn)生低壓區(qū)(例如可參見[L.GLoytsyanskiy.Fluid and Gas Mechanics.-Moscow，Nauka，1970，p.211])。由于該區(qū)域的存在，帶有小顆粒的空氣流從軸向轉(zhuǎn)向而到達主體壁，在那里膠粘層便可將所述小顆粒截留住。
另外，所述突起在過濾器出氣口區(qū)域中還可阻止氣流的循環(huán)運動從而避免產(chǎn)生額外湍流。由于可阻止渦流的產(chǎn)生，所述過濾器的空氣動力學(xué)阻力便可得到減小(因此也就減小了呼吸阻力)。
上述突起參數(shù)的幾何關(guān)系是用試驗方法得到的。當突起的徑向上高度(h)大于0.3R時，在過濾器的整個空間中氣流的湍流明顯增加，這將對吸入空氣的清潔產(chǎn)生不利地影響。當h小于0.1R時，前述的降低過濾器空氣動力學(xué)阻力的影響就觀察不到了。當L＞0.8H時(也就是，當所述突起幾乎沿著整個主體延伸時)，所述突起實際分割了某一區(qū)域，在該區(qū)域里空氣停滯和灰塵得到堆積。這將持續(xù)直到出現(xiàn)釋放這種極度積滿灰塵的空氣，這種積滿灰塵的空氣將隨主氣流而到達過濾器出口。另外，當L＞0.8H時，所述突起開始阻礙氣流的正常打旋。當L的值小于0.25H時，前述的降低過濾器空氣動力學(xué)阻力的影響就觀察不到了。
在制造技術(shù)方面，所述突起可以通過過濾器主體的殘留變形方法來產(chǎn)生。
為了便于使用本發(fā)明中所請求保護的鼻子過濾器裝置，所述裝置可以由兩個主體構(gòu)成，由彈性鼻梁架將兩個主體連接在一起。這樣便可使鼻腔中主體能更好連接和互相定位。為了更好地連接到鼻子外表面上且更大程度地使該裝置不引起別人的注意，所述架可以用帶有粘合劑層的透明膜制造。
附圖的簡要說明下列附圖表示出了本發(fā)明的實質(zhì)性內(nèi)容

圖1-表示所要求保護過濾器的外觀；圖2-表示所要求保護過濾器的剖視圖；圖3-表示在鼻腔中布置過濾器的實施例；圖4-表示由彈性鼻梁架連接在一起的兩個過濾器。
優(yōu)選實施例的詳細描述這里所要求保護的過濾器(圖1和圖2)包含截錐形主體1。進氣道3(用作吸入空氣的通道)制造在主體1的圓錐體大底部2中(所述的圓錐體大底部外面是凸面形)。每個通道3的軸線方向由切向和軸向兩部分合成以提供具有合適方向的吸入空氣通道。主體1的圓錐體頂部(小底部)4包含一出氣口5，環(huán)繞該出氣口設(shè)置軸環(huán)6，所述軸環(huán)與主體1內(nèi)表面一起形成內(nèi)環(huán)形腔7。密封環(huán)8位于主體1外表面(靠近圓錐體大底部2)，而突起9制造在主體1內(nèi)表面。在橫截面中，所述突起具有空氣動力翼的凸面部分的形狀。突起9的幾何尺寸根據(jù)前述關(guān)系式來選擇。
主體1、進氣道3和內(nèi)環(huán)形腔7的內(nèi)表面均覆蓋有一層膠粘層—優(yōu)選聚異丁烯。
圖3表示出了在鼻腔10中放置所請求保護過濾器的情況。密封環(huán)8用作襯墊且用于固定過濾器。
圖4表示用彈性鼻梁架11連接的鼻子過濾器的兩個主體1。
在呼吸過程中，帶有塵粒的空氣通過進氣道3進入過濾器及主體1內(nèi)表面，進氣道3制造在主體1的圓錐體大底部2中。在這個過程中，由于通道3所具有的結(jié)構(gòu)，吸入的空氣得以形成渦旋且通過螺旋通道而進入主體1內(nèi)。在離心力的作用下，當空氣以這種方式流動時，出現(xiàn)塵粒移向流程的外圍，遇到主體1內(nèi)壁且被覆蓋在所述內(nèi)壁上的膠粘層所截留。膠粘層上塵粒的沉積發(fā)生在整個過濾器主體1的長度上。主體1的膠粘內(nèi)壁沒有截留的塵粒進入到其內(nèi)也覆蓋有膠粘層的內(nèi)環(huán)形腔7。
由于主體1的軸向區(qū)域中氣流湍流，一部分小尺寸灰塵可能由氣流通過出氣口5帶到鼻腔。制造在主體1內(nèi)表面上的一個或幾個突起9曲線定位于氣流方向上用于阻止出現(xiàn)湍流。當氣流遇到突起9時，在突起9上產(chǎn)生低壓區(qū)，所述低壓區(qū)將帶有小尺寸灰塵的湍流氣流吸引到外圍處。與此同時，突起9還可在圓錐體頂部(小底部)4的區(qū)域阻礙氣流的循環(huán)運動，該區(qū)域便不會產(chǎn)生額外湍流。由于對渦流的阻礙作用，過濾器內(nèi)的空氣動力阻力會降低約1.5折(因此也就降低了呼吸阻力)。
在專門設(shè)計的檢測床上對過濾器進行檢測。為了模擬灰塵，將小麥面粉(10-30μm細度)和街道塵埃(3-15μm細度)與花粉(15-25μm細度)以及可可粉(5-20μm細度)混合在一起。將灰塵放在容器中，一股空氣流將其噴射出容器而進入到分離器。所述分離器用于把空氣和灰塵混合物分成兩股相同的氣流。用流量計對氣流的等同性(也就是每單位時間的體積等同性)進行監(jiān)控(在檢測過程中使用由Manoraz.Ltd Israel制造的流量計)。然后將一股氣流引進到第一紙過濾器，而使第二股氣流通過待檢測的過濾器而進入到第二紙過濾器。兩股氣流的運動會受到抽風機所產(chǎn)生的稀疏作用的影響。
灰塵截留效率(E)通過兩種方法來確定1)采用稱量沉積在第一和第二過濾器上的灰塵重量的方法；在這種情況下，灰塵截留效率由下面公式確定E＝100(1-W1/W2)[％]，這里W1和W2分別是沉積在第一和第二過濾器上的灰塵；2)采用目測沉積在第一和第二過濾器上的顆粒量(借助于連接到計算機上的顯微鏡和數(shù)字光電照相機觀察這些顆粒)的方法。在這種情況下，灰塵截留效率由下面公式確定E＝100(1-N1/N2)[％]，這里N1和N2分別是沉積在第一和第二過濾器上的顆粒量。
使用上述兩種方法，我們已經(jīng)確定要檢測的過濾器能夠以88-100％的效率從空氣中除掉10μm大小及更大尺寸的顆粒(也就是清潔含有這個大小的顆粒的空氣)。這里檢測精度為1％。
通過測量帶有過濾器的鼻子模型和不帶過濾器的鼻子模型間的壓降差來確定鼻子中過濾器產(chǎn)生的額外阻力。檢測結(jié)果是對于具有每分鐘15公升流量的兩個鼻孔來說，過濾器的阻力不超過5mm水柱(50Pa)，這對于呼吸裝置來說是符合衛(wèi)生需求和標準的。
鼻子過濾器的檢測樣品是具有下列尺寸的截錐形圓錐體大底部—9×10mm大小的橢圓形；圓錐體頂部(小底部)—6×9mm大小的橢圓形；高—13mm過濾器主體包含兩個具有下列尺寸的螺旋形突起突起在過濾器軸(L)上的投影長度—4mm；突起寬度—3mm；突起高(徑向上)—(h)—1mm；
具有上述幾何尺寸的過濾器能夠截留4mg的灰塵，同時不會出現(xiàn)空氣清潔參數(shù)和氣流阻力的退化?？諝庵衅骄瑝m量在1-2mg/m3范圍內(nèi)時，一個過濾器可以有效地使用超過8小時以上。同時例如采用噴鑄方法制得的熱軟化塑料過濾器是非常便宜的，以至于過濾器的更換頻率將主要取決于衛(wèi)生角度的考慮及使用的便利性，而不是取決于過濾器截留灰塵的能力。
因此，本發(fā)明所請求保護的過濾器是一種有效的和高效的裝置，其用來保護人的呼吸氣道免遭包含在空氣中尺寸在10-50μm范圍內(nèi)的塵粒(例如花粉)的侵襲。
本發(fā)明所請求保護的過濾器便于使用且滿足衛(wèi)生要求。因為氣流通道中沒有過濾插入物，所以使用這種過濾器時不會給使用者造成任何不便。由于過濾器具有柔軟彈性或可塑性密封層，且整個過濾器都能夠采用彈性材料來制造，這樣就可確保其在鼻腔中封閉密封性且不會使人感到疼痛。過濾器的尺寸及其所采用的暗顏色又使其不易引起其他人的注意。
權(quán)利要求
1.一種呼吸過濾器，所述過濾器包含有一中空主體，所述主體具有由一個或幾個進氣道和一個出氣孔所形成的吸入空氣通道，其特征在于所述主體內(nèi)表面的形狀接近截錐形，所述進氣道設(shè)置在圓錐體大底部上，并且每個通道的軸線方向由切向部分和軸向部分合成，而出氣孔設(shè)置在錐形體頂部(小底部)上，主體內(nèi)表面上覆蓋有一層能夠截留吸入空氣中所包含的灰塵和過敏原顆粒的膠粘物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸過濾器，其特征在于所述主體具有沿縱向可彎曲的形狀和/或其橫截面呈現(xiàn)接近于鼻腔形狀的橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸過濾器，其特征在于所述主體用彈性材料制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的呼吸過濾器，其特征在于所述主體用多孔親水材料制造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸過濾器，其特征在于所述主體外表面具有一采用彈性或塑性材料制得的密封環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的呼吸過濾器，其特征在于所述密封環(huán)用多孔親水材料制造。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸過濾器，其特征在于所述圓錐體大底部在主體外面呈凸形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸過濾器，其特征在于所述進氣道可以制造成使其部分穿過主體側(cè)面部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸過濾器，其特征在于采用一種靜電軟膏作為所述膠粘物質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸過濾器，其特征在于出氣孔的周圍環(huán)繞設(shè)置有凸向過濾器主體內(nèi)部的特殊軸環(huán)，所述軸環(huán)與圓錐體頂部(小底部)及主體內(nèi)壁一起形成內(nèi)環(huán)形腔。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的呼吸過濾器，其特征在于所述內(nèi)環(huán)形腔表面也覆蓋有所述膠粘物質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的呼吸過濾器，其特征在于采用一種靜電軟膏作為所述膠粘物質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸過濾器，其特征在于所述進氣道表面和/或圓錐體狀主體的大底部外表面也覆蓋有所述膠粘物質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的呼吸過濾器，其特征在于采用一種靜電軟膏作為所述膠粘物質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸過濾器，其特征在于所述過濾器用一種具有永久靜電電荷的材料制造(例如電介體)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸過濾器，其特征在于在過濾器主體內(nèi)表面(沿過濾器長度方向中部某處)上設(shè)置有一個或幾個突起，所述突起沿主體內(nèi)表面上的進氣道的軸線方向曲線設(shè)置成螺旋形，和橫向?qū)虻铰菪ǖ郎?，其在主體內(nèi)表面上沿著進氣道軸向，并且所述突起的橫截面呈現(xiàn)空氣動力翼凸起部分的形狀，所述突起的幾何形狀根據(jù)下列關(guān)系來選擇0.1R＜h＜0.3R；0.25H＜L＜08H。這里h-突起的徑向高度；R-過濾器主體內(nèi)部空間的最大徑向尺寸；L-突起在過濾器主體軸向上的投影尺寸；H-過濾器主體內(nèi)部空間的長度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的呼吸過濾器，其特征在于采用過濾器主體殘留變形的方法來形成所述突起。
全文摘要
本發(fā)明所請求保護的內(nèi)容涉及一種用于保護人類呼吸器官免遭灰塵類顆粒一尤其是免遭過敏原顆粒侵襲的裝置。所述裝置可以用作鼻子過濾器，也可用作呼吸器中的過濾器等。該裝置包含一中空主體，所述主體具有由一個或幾個進氣道和一個出氣孔所形成的吸入空氣通道，所述主體內(nèi)表面的形狀接近截錐形，所述進氣道設(shè)置在圓錐體大底部上，并且每個通道的軸線方向由切向部分和軸向部分合成，而出氣孔設(shè)置在錐形體頂部(小底部)上，主體內(nèi)表面上覆蓋有一層能夠截留灰塵和過敏原的膠粘物質(zhì)。
文檔編號A62B23/00GK1409645SQ00816926
公開日2003年4月9日 申請日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月10日
發(fā)明者V·阿爾佩洛維奇, V·佩里, M·格爾斯曼, S·利特文 申請人:普羅黑爾公司