具有缺乏流體連通的分段的空氣過濾裝置制造方法
【專利摘要】一種過濾裝置10，其包括具有多個(gè)分段32、34、以及36的外殼12，其中每個(gè)分段包括過濾元件26、28、以及30。入口18設(shè)置在外殼12上的第一位置處，并且上游空氣分配系統(tǒng)與入口18以及與分段32、34、以及36中的每一者流體連通。下游空氣分配系統(tǒng)定位成與每個(gè)分段32、34、以及36流體連通，并且出口20與下游空氣分配系統(tǒng)流體連通。分段被塑造成使得每個(gè)分段32、34、以及36彼此之間并不流體連通。使用如此構(gòu)造的過濾裝置，可更好地管理通過該裝置的氣流，從而允許增加總體產(chǎn)品使用壽命同時(shí)使總過濾器的壓力阻力最小化。
【專利說明】具有缺乏流體連通的分段的空氣過濾裝置
[0001]根據(jù)與國(guó)防部簽訂的合同編號(hào)為W911SR-09-C-0037的合同，在政府支持下作出本發(fā)明。政府擁有本發(fā)明的某些權(quán)利。
[0002]本發(fā)明關(guān)于具有包括多個(gè)分段的空氣過濾裝置，其中每個(gè)分段均包括過濾元件并且每個(gè)分段彼此并不流體連通。
【背景技術(shù)】
[0003]工作在存在污染空氣的區(qū)域中的個(gè)體時(shí)常穿著用于過濾空氣以便呼吸的呼吸器。該呼吸器可在負(fù)壓下操作，其中穿著者的肺部提供了抽吸空氣通過過濾器的動(dòng)力(參見，例如授予Brostrom等人的美國(guó)專利RE35, 062),或呼吸器可使用正壓操作,其中風(fēng)扇或其他裝置驅(qū)動(dòng)環(huán)境空氣通過過濾器(參見，例如授予Croll等人的美國(guó)專利7，748，381)。使用者時(shí)常需要?jiǎng)恿諝鈨艋粑?PAPR)，因?yàn)榇┲邿o需供應(yīng)迫使環(huán)境空氣通過空氣過濾器所需的能量。因此，穿著者感到更為舒適并且可將節(jié)省下的能量用于其他任務(wù)。
[0004]PARP通常具有⑴迫使空氣通過過濾器的電動(dòng)馬達(dá)和鼓風(fēng)機(jī)單元，(ii)用于將清潔空氣遞送至使用者的面罩，以及(iii)供應(yīng)所需的能量以為裝置提供電力的電源，例如電池組。已知PAPR被組裝成多種構(gòu)形，但兩種通用類型為束帶包式PAPR和頭盔式PAPR。束帶包式PAPR通常具有圍繞使用者的腰部穿著的過濾單元，而頭盔式PAPR具有包含在頭盔內(nèi)的過濾單元。在這兩種系統(tǒng)中，電動(dòng)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)或抽吸空氣通過濾筒、通過軟管、并進(jìn)入面罩內(nèi)部。由于風(fēng)扇負(fù)責(zé)使空氣移動(dòng)穿過PAPR系統(tǒng)，因此使用者能夠舒服地輕松呼吸到清潔的空氣。
[0005]頭盔式PAPR通常在空氣進(jìn)入內(nèi)部氣體空間用于呼吸之前使用支撐過濾袋過濾空氣。濾袋夾持器對(duì)濾袋中心有時(shí)僅具有有限的支撐或無支撐，因?yàn)閮H氣流足以保持過濾層分離。圖1示出一些頭盔安裝式呼吸器中所用的過濾器支撐。濾袋夾持器110被設(shè)計(jì)成用于以弓形形式支撐平坦的濾袋，以貼合頭盔的冠部空間。夾持器110由兩個(gè)構(gòu)件112和114構(gòu)成，其中較小構(gòu)件114保持受壓縮以在兩個(gè)構(gòu)件之間的其中一個(gè)端部處提供開口 116。兩個(gè)構(gòu)件112和114分別包括沿夾持器110的長(zhǎng)度對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)開口 118和120。濾袋夾持器110被設(shè)計(jì)成主要用于保持濾袋呈弓形。在授予Berg等人的美國(guó)專利4，280,491中公開了頭盔安裝式PAPR系統(tǒng)的例子。
[0006]在授予Mittelstadt等人的美國(guó)專利6，279，570中公開了保持濾袋呈弓形的另一種產(chǎn)品。如圖2所示，該過濾器支撐200具有大體上與該裝置的縱向軸線對(duì)準(zhǔn)的肋條210和220。支撐肋條210中的一些與相鄰肋條220側(cè)向錯(cuò)開。圖3示出濾袋310圍繞頭盔300中的支撐200可如何進(jìn)行設(shè)置。
[0007]在授予Ausen等人的國(guó)際公開W02011/126884中描述了另一種PAPR。在該裝置中，鼓風(fēng)機(jī)連同過濾介質(zhì)和將環(huán)境空氣遞送至過濾器的充氣室一起放置在頭盔內(nèi)。然后退出過濾介質(zhì)的空氣進(jìn)入另一個(gè)充氣室，在該充氣室中，空氣被拉到位于頭盔中心處的鼓風(fēng)機(jī)組件中。在通過鼓風(fēng)機(jī)組件后，過濾后的空氣然后經(jīng)由過濾后的空氣出口和過濾后的空氣通道被遞送至穿著者。[0008]雖然這些常規(guī)的過濾裝置已為過濾材料提供良好的支撐，并且已證明通過該裝置的空氣的良好過濾，但是該裝置不允許受控氣流通過過濾介質(zhì)。在沒有該受控流的情況下，過濾介質(zhì)的某些部分在其他部分之前可逐漸消耗，從而導(dǎo)致使用壽命較早地結(jié)束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了包括外殼的空氣過濾裝置，所述外殼包括多個(gè)分段，其中每個(gè)分段包括過濾元件。入口設(shè)置在外殼上的第一位置處。上游空氣分配系統(tǒng)與入口以及與分段中的每個(gè)分段流體連通。下游空氣分配系統(tǒng)定位成與每個(gè)分段流體連通，并且出口與下游空氣分配系統(tǒng)流體連通。外殼分段彼此之間并不流體連通。
[0010]本發(fā)明是有益的，因?yàn)榭筛玫毓芾硗ㄟ^該裝置的氣流。當(dāng)使用彼此之間并不流體連通的多個(gè)過濾分段時(shí)，空氣管理可被塑造成允許每個(gè)過濾元件暴露至類似的氣流體積，從而導(dǎo)致基本上無過濾元件在其他元件之前達(dá)到其使用壽命的終點(diǎn)。因此，可增加該裝置的總體使用壽命。因?yàn)闅饬骺上嗟鹊赝ㄟ^所有的過濾介質(zhì)，所以還可使總過濾器的壓力阻力最小化，從而增加了所用過濾介質(zhì)的量一與具有氣流分配問題的過濾器(其中所有氣流擠著穿過可用介質(zhì)的一小部分)相比。
[0011]術(shù)語表
[0012]下文說明的術(shù)語具有以下含義:
[0013]活性顆粒意指特別適于執(zhí)行某些活動(dòng)或功能的顆?；蝾w粒劑，所述某些活動(dòng)或功能例如吸附作用(吸附和/或吸收)、催化、以及離子交換；
[0014]空氣分配系統(tǒng)意指 有助于控制氣流的部件的一部分或組合；
[0015]氣流意指大于微不足道的或不可測(cè)量的空氣運(yùn)動(dòng)；
[0016]氣流速度意指通過相對(duì)于基線壓力移動(dòng)空氣所表現(xiàn)出的壓力；
[0017]基線壓力意指在環(huán)境壓力下所測(cè)量的壓力，或與空氣流向測(cè)量了壓力的其他位置處或從該處流入的空氣共有的位置處所測(cè)量的壓力；
[0018]清潔空氣意指一定體積的已被過濾而移除了污染物的環(huán)境空氣；
[0019]污染物意指顆粒(包括塵埃、煙霧、以及煙塵)和/或一般來講不被認(rèn)為是顆粒但可懸浮在環(huán)境空氣中的其他物質(zhì)(例如，有機(jī)蒸氣等)；
[0020]冠部空間意指穿著者的頭部與頭盔的內(nèi)側(cè)之間的空間；
[0021]下游意指位于氣流中在時(shí)間點(diǎn)上晚于所指基準(zhǔn)點(diǎn)的位置處；
[0022]呼出空氣意指被人呼出的空氣；
[0023]過濾裝置意指被設(shè)計(jì)成從空氣中移除污染物的裝置；
[0024]過濾介質(zhì)或過濾元件意指被設(shè)計(jì)成從通過其的空氣中移除污染物的透氣材料；
[0025]流體入口意指空氣可穿過其進(jìn)入的空間區(qū)域、表面、或體積；
[0026]過濾層意指包括一個(gè)或多個(gè)層并被設(shè)計(jì)成從通過其的空氣中移除污染物的透氣結(jié)構(gòu)；
[0027]流體出口意指空氣可穿過其退出的區(qū)域或部分；
[0028]HEPA類和高效分子空氣類定義了過濾材料的性能，如42C.F.R.§ 84 (1995)所示；
[0029]頭盔意指適于穿戴在人的頭部上為了保護(hù)頭部免受撞擊的設(shè)備；
[0030]外殼意指被塑造成用于完全或部分地容納或包含另一種物項(xiàng)的部件的結(jié)構(gòu)或組合；
[0031]內(nèi)部氣體空間意指人的面部前方可吸入清潔空氣的空間；
[0032]縱向軸線意指大體上沿過濾裝置長(zhǎng)度延伸的軸線；
[0033]歧管意指將空氣分配至充氣室或從充氣室分配空氣的兩個(gè)或更多個(gè)通道或通路；
[0034]并不流體連通意指相同的空氣并不通過；
[0035]充氣室意指一個(gè)共同體積的空間，其中空氣從不止一個(gè)位置流向該處或空氣由該處流向不止一個(gè)位置；
[0036]動(dòng)力空氣凈化呼吸器或PAPR意指能夠?qū)⑶鍧嵖諝夤?yīng)至穿著者的裝置，在該裝置中，通過使用來自電源而不是穿著者的能量在穿著者身體上過濾空氣；
[0037]基本上相同意指在另一個(gè)的10%以內(nèi)；
[0038]橫向軸線意指大致垂直于縱向軸線延伸的軸線；并且
[0039]上游意指位于氣流中在時(shí)間點(diǎn)上早于所指基準(zhǔn)點(diǎn)的位置處。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是用于頭盔安裝式呼吸器的現(xiàn)有技術(shù)過濾器支撐件110的透視圖
[0041]圖2是用于保持已知濾袋呈弓形的已知裝置200的透視圖。
[0042]圖3是設(shè)置在頭盔300范圍內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)過濾裝置200的側(cè)視圖。
[0043]圖4是根據(jù)本發(fā)明的過濾裝置10的透視圖。
[0044]圖5是移除了外殼12的上半部14的過濾裝置10’的透視圖。
[0045]圖6是沿圖5的線6-6截取的過濾裝置10’的橫截面。
[0046]圖7是定位在頭盔70中的過濾裝置10的側(cè)視圖。
[0047]圖8是其上設(shè)置有端口 90-96以測(cè)量過濾裝置10’的不同分段中的壓力的過濾裝置10’的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]在本發(fā)明的實(shí)踐中，提供了包括外殼、入口、第一空氣分配系統(tǒng)、第二空氣分配系統(tǒng)、以及出口的過濾裝置。外殼包括多個(gè)分段，其中每個(gè)分段包括至少一個(gè)過濾元件。入口設(shè)置在外殼上的第一位置處。第一空氣分配系統(tǒng)與入口以及與分段中的每個(gè)分段流體連通。第二空氣分配系統(tǒng)定位成與每個(gè)分段流體連通。出口與第二空氣分配系統(tǒng)流體連通。分段彼此之間并不流體連通。通過設(shè)計(jì)通向所述分段的充氣室、歧管、和/或端口以將待被過濾的空氣平行遞送至每個(gè)分段，可實(shí)現(xiàn)該非流體連通。使用此類構(gòu)造，通過每個(gè)分段的氣流速度可基本上相同。因此，所述分段可過濾類似的環(huán)境空氣量，從而允許過濾器滿足不會(huì)在其他元件之前結(jié)束其使用壽命。
[0049]圖4示出例如濾筒10的過濾裝置，該裝置可用于個(gè)人呼吸防護(hù)裝置中，為使用者提供清潔空氣以供呼吸。過濾裝置10包括具有上半部14以及下半部16的外殼12。待被過濾的空氣在入口 18處進(jìn)入外殼12并在出口 20處退出裝置。因此空氣沿箭頭22的方向通過該裝置。在入口 18處進(jìn)入裝置10的空氣未被過濾，而在出口 20處退出裝置的空氣已被過濾——即，該空氣為清潔空氣，該裝置的使用者可安全呼吸。當(dāng)空氣移動(dòng)穿過外殼內(nèi)部時(shí)，空氣通過一個(gè)或多個(gè)過濾元件，在該處可從氣流中移除污染物。如圖所示，夕卜殼12可在縱向維度，即圍繞橫向軸線彎曲，使得該裝置可用作位于頭盔冠部空間中的卡座(cartridge)。外殼12還可垂直于縱向維度或沿著縱向軸線或維度彎曲，從而進(jìn)一步適應(yīng)頭盔中的冠部空間。外殼12的第一部分14和第二部分16在中線24處接合在一起。該裝置可沿線24分離以替換過濾元件，如果如此需要時(shí)。
[0050]圖5-圖6示出過濾裝置處于平面而不是彎曲構(gòu)型中。在這些附圖中，去除了外殼12的頂部14 (圖4)，使得可看見外殼內(nèi)部，以及分別位于分段32、34、以及36中的過濾元件26、28、以及30。分段32、34、以及36提供了限定的區(qū)域用于過濾元件26、28、以及30駐留在外殼12內(nèi)。分段32、34、以及36彼此并不流體連通。除外殼12外，過濾裝置10’包括入口 18、第一充氣室38、第二充氣室40、以及出口 20。第一充氣室38與入口 18以及與分段32、34、以及36中的每個(gè)分段流體連通。第二充氣室40也定位成與每個(gè)分段32、34、以及36流體連通。出口 20也與第二充氣室40流體連通。第一充氣室38和第二充氣室40以及與其有關(guān)聯(lián)的空氣歧管被構(gòu)造成使得通過每個(gè)分段32、34、以及36的氣流速度相同。在入口 18處進(jìn)入第一充氣室38的空氣沿三個(gè)不同方向之一通向三分段32、34以及36之一?？諝饪稍诘谝欢?2處通過分段32中的開口或端口 41行進(jìn)至第一分段32。分段32中的開口通過分段側(cè)壁44和46以及外殼12的頂半部14(圖4)被限定在第一端42處。如氣流線51和53所指，通至第二過濾元件28和第三過濾元件30的環(huán)境空氣可分別通過上通道48和50。通過第一分段32的第一端42處的開口 41的空氣通過第一過濾元件26的面56 ；通過第二分段34的開口 54的空氣通過第二過濾元件28的面58 ;通過第三分段36的開口59的空氣通過第三過濾元件30的面60。過濾后退出第二分段和第三分段的空氣通過通路52和開口 61，進(jìn)入充氣室40。
[0051]圖6具體地示出每個(gè)分段可包括第一過濾元件和第二過濾元件。圖解中間分段34例如包括相對(duì)的過濾元件28和62。如上所述,空氣按類似于空氣通過上通道48到達(dá)過濾元件28的方式通過下通道64到達(dá)過濾元件62。每個(gè)過濾元件28和62相對(duì)于進(jìn)入分段的空氣傾斜，從而允許空氣較好地通過過濾介質(zhì)。通過過濾元件28和62的空氣進(jìn)入充氣室64，然后進(jìn)入通路52，在該通路中，空氣然后經(jīng)引導(dǎo)退出出口 66(圖5)進(jìn)入充氣室40。相似地，分段32 (圖5)中的空氣通過相對(duì)的過濾元件進(jìn)入中心充氣室，在該充氣室中，空氣隨后經(jīng)引導(dǎo)進(jìn)入通路68?？砂凑帐谟鐱illingsley等人的名稱為Split Flow FilteringDevice (分流過濾裝置)(USSN13/310，881)的美國(guó)專利申請(qǐng)所述進(jìn)行氣流的分流。盡管示出的本發(fā)明的過濾裝置具有三個(gè)分段，但是該裝置可具有2、3、4、5至10、20個(gè)或更多個(gè)分段。通過每個(gè)分段的氣流速度基本上相同，優(yōu)選在彼此的約5%以內(nèi)。
[0052]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的用于PAPR72的頭盔70的冠部空間內(nèi)的彎曲過濾裝置10的實(shí)例。退出過濾裝置10的清潔空氣74進(jìn)入頭盔70的內(nèi)部氣體空間76，在該處空氣可被穿著者吸入。大氣經(jīng)由導(dǎo)管78被供應(yīng)至裝置10的流體入口 18。鼓風(fēng)機(jī)80驅(qū)動(dòng)或迫使未過濾的空氣82通過導(dǎo)管78進(jìn)入本發(fā)明的過濾裝置10。鼓風(fēng)機(jī)80可操作性地由合適的電
源(例如電池)提供功率，可表現(xiàn)出鈍化-參見授予Sayers等人的美國(guó)專利7，947，109。
鼓風(fēng)機(jī)80可定位在穿著者所穿著的帶上，其還可被定位成與外部環(huán)境隔離一參見授予Odell等人的美國(guó)專利6，796，304 ;還參見授予Avery等人的美國(guó)專利6，823，867。還可在呼吸系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)氣流——參見授予Bennett等人的美國(guó)專利6，666，209，并且以其他方式管理——參見授予Curran等人的美國(guó)專利7，197，774。流量指示器可用于警示穿著者空氣流是否下降至低于預(yù)定值。因?yàn)榭諝馔ㄟ^多個(gè)分段，所以更多表面積可用于過濾，從而降低了整個(gè)裝置10的壓降。較低壓降意味著需要較少能量來驅(qū)動(dòng)環(huán)境空氣穿過過濾介質(zhì)。另夕卜，附加的表面積可延長(zhǎng)介質(zhì)的使用壽命，因?yàn)閷?duì)于介質(zhì)中的孔而言需要更長(zhǎng)的時(shí)間成為被各種污染物堵塞的孔。頭盔可以是例如焊接式頭藍(lán)——參見，例如，授予Miyashita等人的美國(guó)專利6，934，967以及授予Magnusson等人的7，637，622——帶有頭部懸掛系統(tǒng)(授予Berg的美國(guó)專利6，367，085)。該發(fā)明還可用于護(hù)罩裝置——參見授予Lee等人的美國(guó)專利 7，104，264。
[0053]空氣分配系統(tǒng)的充氣室和歧管可由外殼和第一、第二、第三、以及其他分段的形狀和構(gòu)型來限定。充氣室可包括有助于提供總體裝置結(jié)構(gòu)的物理結(jié)構(gòu)，而歧管可包括用于限定通道和通路的物理結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有助于將流體流分流成朝向包含分段的兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立操作的過濾介質(zhì)的兩個(gè)或更多個(gè)流。
[0054]外殼可由多種材料塑造成不同的形狀。可制成外殼的材料的例子包括塑料、金屬、壓制或粘合纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。根據(jù)所用的材料以及所得裝置的所需結(jié)構(gòu)，外殼可通過多種技術(shù)制成，包括注塑、真空成形、模切、快速成型、三維計(jì)算機(jī)輔助制造、壓印、模擠壓、以
及燒鑄。該外殼可以是滾動(dòng)型產(chǎn)品-參見，例如，授予Billingsley等人的美國(guó)專利申請(qǐng)
12/784，182。該外殼和分段的構(gòu)造可限定過濾層相對(duì)于彼此以及相對(duì)于總體結(jié)構(gòu)的位置。
[0055]所用的與本發(fā)明有關(guān)的過濾元件可包括一層或多層顆粒和/或氣體過濾介質(zhì)。顆粒過濾介質(zhì)被塑造成用于除去懸浮在環(huán)境空氣中的顆粒，而氣體過濾介質(zhì)被塑造成除去懸浮在其中的蒸氣。過濾層可以呈多種形狀和形式，并且針對(duì)呼吸器使用可具有約0.2毫米(mm)至2厘米(cm)、或0.5至1.5cm的厚度，并且其可大體上為平面過濾器或可以是波紋形，以提供增大的表面積一參見，例如，授予Braun等人的美國(guó)專利5，804，295和5，656，368。每個(gè)過濾層可還包括通過粘合劑或任何其他方式接合在一起的多個(gè)過濾層。過濾層還可包括例如授予Insley等人的美國(guó)專利6，752，889和6，280, 824中所述的平行通道。過濾介質(zhì)還可以是HEPA類過濾器。已知(或后來開發(fā))用于形成過濾層的基本上任何合適的材料均可用于所述過濾材料。熔吹纖維網(wǎng)，例如在Wente, Van A.的SuperfineThermoplastic Fibers,48Indus.Engn.Chem.(超細(xì)熱塑性纖維，工業(yè)與工程化學(xué))，第1342頁及后續(xù)頁等(1956年)中所述，特別是以永久帶電(駐極體)的形式存在時(shí)是特別可用的(參見(例如)授予Kubik等人的美國(guó)專利4，215，682)。這些熔吹纖維可以是具有有效纖維直徑小于約20微米(μ m)的微纖維(吹塑微纖維簡(jiǎn)稱為BMF)。有效纖維直徑可根據(jù)以下文獻(xiàn)測(cè)定:Davies, C.N., The Separation Of Airborne Dust Particles, InstitutionOf Mechanical Engineers, London, ProceedingslB, 1952 (Davies, C.N., “空氣攜帶的灰塵和粒子的分離”，倫敦機(jī)械工程師學(xué)會(huì)，論文集1B，1952年)。常常使用包含由聚丙烯、聚(4-甲基-1-戍烯)以及它們的組合形成的纖維的BMF幅材。如在van Turnhout的美國(guó)專利Re.31，285中教導(dǎo)的帶電荷的原纖化膜纖維、以及松香羊毛纖維幅材和玻璃纖維幅材或溶液吹塑幅材、或靜電噴涂纖維幅材(特別是呈微膜的形式)也可為合適的。可以通過使纖維與水接觸來向纖維賦予電荷，如以下美國(guó)專利中所公開的那樣:授予Eitzman等人的 6，824，718 ;授予 Angadjivand 等人的 6，783，574 ;授予 Insley 等人的 6，743，464 ;授予 Eitzman 等人的 6, 454, 986 和 6, 406, 657 ；以及授予 Angadjivand 等人的 6, 375, 886 和5，496，507。可通過授予Klasse等人的美國(guó)專利4，588，537中所公開的電暈充電法或通過授予Braun的美國(guó)專利4，798，850中所公開的摩擦充電法來向纖維賦予電荷。此外，可以將添加劑包含在纖維中，以增強(qiáng)通過水充電法制備的纖維網(wǎng)的過濾性能(參見授予Rousseau等人的美國(guó)專利5，908，598)。尤其可以將氟原子設(shè)置在過濾層中的纖維表面處，以改善油霧環(huán)境中的過濾性能，參見授予Jones等人的美國(guó)專利6，398，847BU6, 397，458B1和6，409, 806B1。駐極體BMF過濾層的通常基重為約10至100克/平方米。還可使用活性顆粒的填充床，以及活性顆粒的滲透性成形結(jié)構(gòu)，所述滲透性成形結(jié)構(gòu)與例如PSA微?！獏?br> 見授予Senkus等人的美國(guó)專利6，391，429-或如授予Braun等人的美國(guó)專利5，033, 465
中所述的粘合吸附劑顆粒保持在一起。美國(guó)專利申請(qǐng)2005/0169820A1示出了含有活性顆粒的纖維基質(zhì)的實(shí)例。吸附劑粒子可嵌入幅材中，通常使得有至少約60重量％的吸附劑粒子嵌入幅材中。含粒子的幅材中所用的纖維通常具有顯著大于類似纖維的結(jié)晶收縮性。纖維通常包含聚丙烯，并且吸附劑粒子通常均勻分布在幅材中，以使得幅材的吸附系數(shù)A為至少1.6X104/毫米(mm)水。多孔片材制品通常表現(xiàn)出低壓降，具有長(zhǎng)使用壽命，并且具有超過填充床炭的吸附系數(shù)A?？衫妙愃朴赪ood的Journal Of The American IndustrialHygiene Association《美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)雜志》,第55卷第I期,第11-15頁，1994年中所述的參數(shù)或測(cè)量值來計(jì)算吸附系數(shù)A。有關(guān)吸附系數(shù)A的另外的信息可存在于該段中上文所引用的專利申請(qǐng)中?？捎糜诒景l(fā)明過濾器中的活性顆粒包括顆粒或顆粒劑，該顆?；蝾w粒劑適于執(zhí)行由于某些特性或性質(zhì)的某些活動(dòng)或功能，所述某些特性或性質(zhì)包括化學(xué)變化特性，例如反應(yīng)、催化以及離子交換，和/或物理特性，例如高表面積、孔隙率以及相對(duì)小的尺寸和形狀?；钚灶w粒的一個(gè)例子為與流體中的組分相互作用從而移除或改變其組成的粒子。流體中的組分可被吸附到活性顆粒上或吸附到活性顆粒中，或它們可被反應(yīng)而使其組成更適宜。因此，活性顆?？蔀槲叫?、催化性或反應(yīng)性的?？山Y(jié)合本發(fā)明使用的活性顆粒材料的例子包括吸附劑微粒顆粒劑，例如活性炭、經(jīng)化學(xué)表面處理的活性炭、氧化鋁、硅膠、膨潤(rùn)土、高嶺土、硅藻土、粉末狀沸石(天然的和合成的兩者)、離子交換樹脂和分子篩以及顆粒，例如催化性粒子和含有封裝化合物的粒子。通常的活性顆粒包括活性炭、經(jīng)化學(xué)處理的炭以及氧化鋁顆粒。可用于本發(fā)明中的市售的活性炭的例子包括Kuraray12X20型GG(可得自 Kuraray Chemical Corporation (Osaka, Japan))和 Calgonl2 X 30URC (可得自Calgon Carbon Corporation (Pittsburgh, PA))。描述可用于本發(fā)明中的各種類型的活性顆粒的專利包括以下美國(guó)專利:授予Brey等人的美國(guó)專利7，309, 513、均授予Senkus等人的美國(guó)專利7，004, 990和美國(guó)專利6，391，429、授予Hern等人的美國(guó)專利6，767，860、授予Braun等人的美國(guó)專利5，763，078以及授予Abler的美國(guó)專利5，496，785。
[0056]盡管已結(jié)合個(gè)人呼吸防護(hù)裝置，如焊接頭盔和PAPR使用描述和示出了本發(fā)明，但本發(fā)明還可用于集體防護(hù)系統(tǒng)或裝備，如建筑物和帳篷。在此類情況中，多種調(diào)整過濾裝置——或此類裝置組套——可在空氣進(jìn)入建筑物或裝備前用于過濾空氣；參見，例如授予Insley等人的美國(guó)專利7，995，570。
[0057]SM
[0058]氣流測(cè)試
[0059]為了驗(yàn)證通過過濾器分段的氣流速度基本上相等，測(cè)量了過濾器分段和環(huán)境空氣壓力之間的空氣壓差。如果未使用環(huán)境空氣壓力，則基線壓力或參考?jí)毫Ρ仨殰y(cè)量所有過濾器氣流而不是一部分分段的空氣速度?？稍诜侄沃袩o過濾介質(zhì)或分段中有過濾介質(zhì)的情況下完成壓力測(cè)量。如果過濾介質(zhì)在測(cè)量期間位于分段中，則所用的過濾介質(zhì)在與本發(fā)明有關(guān)的所述分段中的每個(gè)分段中必須基本上相同。未被測(cè)量的分段的壓力測(cè)量端口必須塞緊。記錄空白值和每個(gè)分段之間的差異。
[0060]空氣過濾器構(gòu)造
[0061]設(shè)計(jì)和構(gòu)建過濾器外殼，其包括位于三個(gè)分段中的六個(gè)過濾元件，類似于參照?qǐng)D5-圖6所示和所述的過濾裝置。設(shè)計(jì)用于三個(gè)分段中的每個(gè)分段的空氣分配系統(tǒng)，使得每個(gè)分段將具有通向其或從其離開的相等氣流。如圖8所示，壓力測(cè)量端口 90、92、以及94分別位于三個(gè)分段中的每個(gè)分段中，以及在位于過濾器的出口充氣室處的端口 96處。端口 96測(cè)量基線壓力。每個(gè)分段中所用的過濾元件包括顆粒過濾介質(zhì)和碳加載幅材，以過濾氣體污染物。在授予Tatarchuk等人的美國(guó)專利申請(qǐng)2005/0169820A1中描述了所用的過濾介質(zhì)。該過濾介質(zhì)表現(xiàn)出可測(cè)量的氣流阻力并包含了包埋在微纖維基質(zhì)內(nèi)的活性顆粒。
[0062]每分鐘二十五升的空氣通過過濾器外殼12。根據(jù)氣流測(cè)試，Extech755手持設(shè)備用于測(cè)量出口 96和分段90-94中的每個(gè)分段之間的壓差。如下表1示出三個(gè)分段之間的壓力測(cè)量:
[0063]表1
【權(quán)利要求】
1.一種空氣過濾裝置，包括: (a)外殼，其包括多個(gè)分段，每個(gè)分段包括過濾元件； (b)入口，其設(shè)置在所述外殼上的第一位置處； (c)上游空氣分配系統(tǒng)，其與所述入口以及與所述分段中的每個(gè)分段流體連通； (d)下游空氣分配系統(tǒng)，其定位成與所述分段中的每個(gè)分段流體連通；和 (e)出口，其與所述下游空氣分配系統(tǒng)流體連通； 其中所述外殼的分段彼此之間并不流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣過濾裝置，其中所述分段表現(xiàn)出基本上相同的氣流速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣過濾裝置，其中所述分段中的一個(gè)或多個(gè)分段包括分流過濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣過濾裝置，其中所述空氣過濾裝置是適合用于個(gè)人呼吸防護(hù)裝置中的濾筒。
5.一種個(gè)人呼吸防護(hù)裝置，包含根據(jù)權(quán)利要求4所述的濾筒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的個(gè)人呼吸防護(hù)裝置，包括頭盔，所述濾筒位于所述頭盔的冠部空間中。
7.一種動(dòng)力空氣凈化裝置，其在所述頭盔的冠部空間中包括根據(jù)權(quán)利要求6所述的濾筒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣過濾裝置，其中所述上游空氣分配系統(tǒng)和所述下游空氣分配系統(tǒng)各自包括充氣室和歧管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空氣過濾裝置，其中所述充氣室、歧管、以及過濾元件使得通過所述分段中的每個(gè)分段的氣流速度基本上相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣過濾裝置，其中空氣通過充氣室以及一個(gè)或多個(gè)通道或通路被遞送至所述分段中的每個(gè)分段。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的空氣過濾裝置，其中離開所述分段中的每個(gè)分段的空氣行進(jìn)穿過一個(gè)或多個(gè)通道或通路。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣過濾裝置，其中進(jìn)入所述分段的空氣被分離成兩股氣流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的空氣過濾裝置，其中所述被分離出來的氣流在離開所述分段之前通過相對(duì)的過濾元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣過濾裝置，其中根據(jù)基線值，所述分段中的每個(gè)分段中的所述氣流速度在其他分段的5%以內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣過濾裝置，其中所述分段各自包括顆粒過濾器和/或氣體過濾器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣過濾裝置，其中所述分段中的每個(gè)分段包括包含微纖維的顆粒過濾元件，并且其中所述分段中的每個(gè)分段包括包含活性顆粒的氣體過濾元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的空氣過濾裝置，其中所述分段中的每個(gè)分段包括一個(gè)或多個(gè)過濾元件，所述過濾元件相對(duì)于進(jìn)入所述分段的氣流傾斜。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣過濾裝置，其中所述空氣過濾裝置包括2至20個(gè)分段。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣過濾裝置，其中所述空氣過濾裝置包括3至10個(gè)分段。
20.一種空氣過濾裝置，包括: (a)外殼，其包括3至10個(gè)分段，每個(gè)分段包括過濾元件，所述分段中的至少一個(gè)分段包括兩個(gè)或更多個(gè)過濾元件； (b)入口，其設(shè)置在所述外殼上的第一位置處； (c)上游空氣分配系統(tǒng)，其與所述入口以及與所述分段中的每個(gè)分段流體連通，所述上游空氣分配系統(tǒng)包括充氣室和歧管； (d)下游空氣分配系統(tǒng)，其定位成與所述分段中的每個(gè)分段流體連通；和 (e)出口，其與所述下游空氣分配系統(tǒng)流體連通； 其中所述外殼的 分段彼此之間并不流體連通。
【文檔編號(hào)】A62B23/02GK103974746SQ201280059661
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月15日
【發(fā)明者】布里頓·G·比林斯利, 戴維·M·布隆貝格, 喬伊·L·曼斯科 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司