BRPI0620563A2

BRPI0620563A2 - sistema soprador portátil refrigerante ou respirador motorizado do tipo transportado pelo corpo de um usuário

Info

Publication number: BRPI0620563A2
Application number: BRPI0620563-1A
Authority: BR
Inventors: Lisa M Croll; Pierre Legare; David E Livingstone
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2011-11-16
Also published as: AU2006324156A1; US7748381B2; CN101321958B; US20070131228A1; KR101276516B1; CN101321958A; EP1957803A1; EP1957803A4; KR20080069249A; JP2009518583A; WO2007070308A1; AU2006324156B2

Abstract

SISTEMA SOPRADOR PORTáTIL REFRIGERANTE OU RESPIRADOR MOTORIZADO DO TIPO TRANSPORTADO PELO CORPO DE UM USUáRIO. Trata-se de um sistema portátil refrigerante ou respirador motorizado do tipo transportado pelo corpo de um usuário que inclui um compartimento com duas câmaras de fluxo de ar. Uma hélice fica disposta de forma giratória entre as duas câmaras de fluxo de ar e inclui uma divisória que coloca as duas câmaras de fluxo de ar em comunicação não fluídica quando a hélice é girada. Uma pluralidade de pás separadas é fornecida em cada lado da divisória.

Description

"SISTEMA SOPRADOR PORTÁTIL REFRIGERANTE OU RESPIRADOR MOTORIZADO DO TIPO TRANSPORTADO PELO CORPO DE UM USUÁRIO"

Antecedentes

A presente descrição refere-se a sistemas sopradores.

Os sistemas de movimentação de ar portáteis atuais são utilizados em diversas aplicações diferentes. Uma aplicação particular envolve respiradores motorizados purificadores de ar (PAPR - Powered Air Purifying Respirators). Os PAPRs são geralmente usados em aplicações industriais onde os riscos ambientais são bem definidos e quantificados. Os riscos respiratórios podem incluir gases, vapores e matéria particulada nocivos. Atualmente, os PAPRs incluem uma unidade de soprador alimentada por bateria que tem, ao menos, um filtro conectado e uma máscara de respiração ou outro capuz, capacete ou cobertura de cabeça, tendo uma entrada para receber ar da unidade de soprador. Os PAPRs são empregados para fornecerem, continuamente, pressão de ar positiva á máscara ou ao capuz de um usuário com um traje protetor. O ar ambiente, proveniente do meio onde o PAPR está situado, é extraído através do(s) filtro(s) e fornecido à máscara, ao capuz ou a todo o traje por meio do soprador. O ar filtrado fornecido restaura os limites internos da máscara ou capuz e é continuamente expelido à medida que o usuário respira.

Outra aplicação para sistemas de movimentação de ar portáteis inclui sistemas de resfriamento de ar ambiente. Estes sistemas de resfriamento são geralmente transportados por um usuário e fornecem fluxo de ar até e em torno do corpo de um usuário. Em situações em que um usuário está em uma área quente sobrecarregado com grandes quantidades de vestuário e/ou equipamento, um sistema de resfriamento é desejado para fornecer resfriamento ao corpo. Estes sistemas de resfriamento requerem uma quantidade suficiente de fluxo de ar para obter um desempenho desejado resfriando o corpo. Nestas aplicações, a liberação de fluxo de ar, eficiência e longevidade da bateria são desejadas em um design compacto e leve.

Sumário

Em um aspecto, a presente invenção apresenta um sistema portátil soprador para resfriamento ou respirador motorizado do tipo transportado pelo corpo de um usuário incluindo um compartimento tendo duas câmaras de fluxo de ar. Uma hélice fica disposta de forma giratória entre as duas câmaras de fluxo de ar e inclui uma divisória que coloca as duas câmaras de fluxo de ar em comunicação não fluídica quando a hélice é girada. Uma pluralidade de pás separadas é fornecida em cada lado da divisória.

Este resumo não se destina a descrever cada uma das modalidades apresentadas ou todas as implementações da presente invenção. As Figuras e as descrições a seguir exemplificam mais particularmente as modalidades ilustrativas.

Breve Descrição dos Desenhos A presente invenção será adicionalmente explicada com referência às Figuras anexas, sendo que estruturas similares ou elementos similares são referidos por números de referência similares em todas as diversas vistas:

A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema soprador

portátil.

A Figura 2 é uma vista em perspectiva explodida de componentes em um sistema soprador portátil.

A Figura 3 é uma vista em perspectiva isométrica de um sistema soprador portátil.

A Figura 4 é uma vista em perspectiva isométrica do sistema soprador portátil da Figura 3 com uma sobretampa de topo de corpo externo removida.

A Figura 5 é uma vista em perspectiva isométrica de um compartimento em espiral.

A Figura 6 é uma vista em perspectiva isométrica de uma estrutura de compartimento em espiral e uma hélice.

A Figura 7 é uma vista em perspectiva isométrica da estrutura de compartimento espiral da Figura 6.

A Figura 8 é uma vista em perspectiva isométrica da hélice da

Figura 6.

A Figura 9 é uma vista em seção transversal do sistema soprador portátil da Figura 3.

Ao mesmo tempo em que as Figuras definidas acima apresentam uma ou mais modalidades da presente invenção, outras modalidades também são contempladas, conforme observado na descrição. Em todos os casos, esta descrição apresenta a invenção a título de representação e sem caráter limitativo. Deve-se compreender que diversas outras modificações e modalidades podem ser incluídas pelos versados na técnica no caráter e âmbito dos princípios desta invenção.

Glossário

As expressões estabelecidas abaixo terão significados conforme definidos:

"aparelho de troca de ar" significa um aparelho para fornecer um volume limitado na zona de respiração em torno da cabeça de um usuário onde o ar pode ser trocado em conjunto com o ciclo de respiração do usuário.

"fluxo de ar" significa um grau diferente de zero de movimento do ar.

"entrada de ar" significa um ou mais pontos de entrada de ar.

"saída de ar" significa um ou mais pontos de saída de ar. "ar ambiente" significa o ar presente em um determinado ambiente independente de qualquer aparelho de purificação de ar ou movimento de ar presente naquele ambiente.

"sistema de resfriamento de ar ambiente" significa um sistema equipado com motor para entrega de fluxo de ar a uma área particular.

"pás inclinadas para trás" significa que as pás são inclinadas em uma direção oposta a uma direção de rotação de uma hélice.

"soprador" significa um dispositivo para gerar fluxos de ar. "ar puro" significa o ar que foi filtrado ou que, de outro modo, se tornou seguro para ser respirado ou para ficar em contato com a pele.

"fonte de ar comum" significa um suprimento de ar que é compartilhado por ao menos duas entradas de ar.

"hélice" significa um dispositivo rotativo usado para forçar um fluido em uma direção desejada sob pressão.

"comunicação não fluídica" significa que nenhuma quantidade apreciável de fluido é trocada entre duas câmaras.

"portátil" significa capaz de ser usado enquanto em movimento e sem conexão direta a um objeto fixo.

"Respirador Motorizado Purificador de Ar" (PAPR) significa um sistema motorizado para conduzir o ar ambiente através de um filtro de ar e forçar o ar puro dentro do aparelho de troca de ar.

"Espiral" significa um anel que tem um diâmetro que aumenta constantemente.

Descrição Detalhada

A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema soprador portátil 10. O sistema 10 inclui um compartimento 12 que tem um soprador 14 disposto no mesmo. O soprador 14 é eletricamente acoplado a uma fonte de alimentação 16. Se desejado, um controlador 18 pode ser usado para controlar a energia fornecida ao soprador 14. O controlador 18 pode incluir um interruptor liga/desliga simples e/ou outros elementos sofisticados, como um controle de fluxo constante através do controle de retroinformação ou modulação da largura de pulso de saída de motor. O controlador 18 também pode incorporar, opcionalmente, alarmes visuais e/ou auditivos baseados em diversos parâmetros, como fluxo com baixo teor de ar, bateria fraca ou qualquer outro oriundo do estado de funcionamento padrão. Alternativamente, a fonte de alimentação 16 pode fornecer energia diretamente ao soprador 14. Um corpo externo opcional 20 é fornecido para confinar o compartimento 12 e fornecer uma fonte de ar comum ao mesmo. Em uma modalidade, o corpo 20 também pode ser configurado de modo a confinar, adicionalmente, a fonte de alimentação 16 e/ou controlador 18.

O soprador 14 é usado para gerar uma pressão negativa em uma câmara dentro do compartimento 12, o que succiona o ar através de uma ou mais entradas de ar, coletivamente mencionadas como entrada de ar 22. A entrada de ar 22 pode, opcionalmente, ser acoplada ao meio de tratamento de ar, como um filtro 24, para filtrar riscos ambientais, como gases, vapores e matéria particulada nocivos. Ou, por exemplo, um sistema de resfriamento de ar ambiente pode incluir um filtro para remover os contaminantes, como areia da entrada de ar 22. O soprador 14 libera o ar a uma ou mais saídas de ar, coletivamente mencionadas como saída de ar 26. A saída de ar 26 pode incluir um tubo para facilitar o fluxo de ar para um acessório usado na cabeça pelo usuário ou para o corpo do usuário, por exemplo. A saída de ar 26 também pode ser configurada de modo a fornecer ar a múltiplos dispositivos, tanto como a ao acessório na cabeça como à roupa para resfriamento.

As Figuras 2 a 9 ilustram um sistema soprador 50. A Figura 2 é uma vista em perspectiva explodida de componentes em um sistema soprador 50 O sistema soprador 50 inclui uma sobretampa de topo de corpo externo 52, um motor 54, uma sobretampa de topo de compartimento espiral 56, uma hélice 58, uma estrutura de compartimento espiral 59, uma sobretampa de fundo do compartimento espiral 60 e uma sobretampa de fundo de corpo externo 62. A Figura 3 é uma vista em perspectiva isométrica dos componentes na Figura 2 montados no sistema 50. A sobretampa de topo de corpo externo 52 e a sobretampa de fundo de corpo externo 62 formam um corpo externo para confinar o motor 54, a sobretampa de topo de compartimento espiral 56, a hélice 58, a estrutura de compartimento espiral 59 e sobretampa de fundo do compartimento espiral 60. O corpo externo fornece uma fonte de ar comum à hélice 58.

A sobretampa de topo de corpo externo 52 e a sobretampa de fundo de corpo externo 62 podem ser moldadas a partir de uma resina resistente à exposição de um agente químico e biológico ("CB" - chemical biological). Um exemplo de resina está disponível sob a marca registrada NORYL®, fornecida por General Electrical Company of Fairfield, Connecticut, EUA. A resina NORYL® é uma mistura de copolímero de óxido de polifenileno e resinas de poliestireno. Outras resinas podem também ser adequadas para a sobretampa de topo de corpo externo 52 e a sobretampa de fundo de corpo externo 62. Além disso, a sobretampa de topo do corpo externo 52 e a sobretampa de fundo do corpo externo 62 podem ser vedadas sendo que a sobretampa de topo do corpo externo 52 inclui uma projeção que fica posicionada dentro de um sulco em formato de V da sobretampa de fundo do corpo externo 62 e inclui um selante adequado, por exemplo, massa para calafetação ou poliuretano, entre os mesmos.

A sobretampa de topo do corpo externo 52 inclui porções de entrada de ar 64. Conforme ilustrado, a porção de entrada 64 pode incluir portas de ligação rosqueadas e detentores associados 66 para fixar os filtros a estas. Uma saída de ar 68 é fornecida para saída de liberação de ar pressurizado do sistema 50. A saída de ar 68 pode se estender da sobretampa de topo de corpo externo 52 e da sobretampa de fundo de corpo externo 62 para permitir que um compartimento se fixe a esta. Se desejado, um acoplamento é projetado para facilitar a remoção da mangueira e a substituição pode ser combinada com a saída de ar 68. O compartimento também pode ser resistente a CB1 por exemplo, utilizando-se uma formulação de borracha de butila. Uma configuração de compartimento envolvido por uma espiral pode ser utilizada para reduzir a resistência ao fluxo de ar e conferir resistência à pressão ao compartimento.

Um conector elétrico 70 é fornecido na sobretampa de topo do corpo externo 52. O conector elétrico 70 pode ser eletricamente acoplado a uma fonte de alimentação, como uma bateria e acoplado a um conjunto de circuitos e/ou um motor dentro do sistema 50.

A Figura 4 é uma vista em perspectiva isométrica do sistema 50 com a sobretampa de topo de corpo externo 52 removida. A sobretampa de topo do compartimento espiral 56, estrutura do compartimento espiral 59 e sobretampa de fundo do compartimento em espiral 60 formam coletivamente o compartimento em espiral 72 que fica posicionado na sobretampa de fundo do corpo externo 62. O compartimento em espiral 72 inclui um elemento anular 74 acoplado a uma saída 76. A saída 76 é alinhada com a saída de ar 68 formada pela sobretampa de topo de corpo externo 52 e a sobretampa de fundo do corpo externo 62. O circuitos eletrônico 78 pode ser acoplado à estrutura de compartimento em espiral 59. O circuito elétrico 78 pode ser acoplado ao conector elétrico 70 (Figura 3) e eletricamente acoplado ao motor 54 para fornecer um acionamento ao mesmo. O circuito elétrico 78 pode servir como o controlador 18 (Figura 1) em uma modalidade.

A Figura 5 é uma vista em perspectiva isométrica de compartimento em espiral 72. O motor 54 inclui um eixo de acionamento que é deslocado em relação a um eixo central do elemento anular 74. O motor 54 fica posicionado acima de uma entrada 82 na sobretampa de topo do compartimento em espiral 56. Uma montagem de motor 84 inclui uma pluralidade de entretelas 86 para sustentar o motor 54 acima da entrada 82. A sobretampa da parte do fundo do compartimento em espiral 60 inclui também uma entrada (consulte 87 na Figura 2) para permitir o fluxo de ar no compartimento em espiral 72. A sobretampa de topo do compartimento em espiral 56 forma uma primeira parede, a sobretampa de fundo do compartimento em espiral 60 forma uma segunda parede, e a estrutura do compartimento em espiral 59 forma uma terceira parede que, em combinação com a primeira e a segunda paredes, definem uma câmara entre a hélice e as paredes do compartimento em espiral 72. As passagens de ar 88 são fornecidas na estrutura do compartimento em espiral 59 para facilitar o fluxo de ar em torno da parte externa do compartimento em espiral 72 dentro das sobretampas de topo e fundo do corpo externo 52 e 62, e, em particular, até as entradas 82 e 87 na sobretampa de topo do compartimento em espiral 56 e sobretampa de fundo do compartimento em espiral 60, respectivamente.

A Figura 6 é uma vista em perspectiva isométrica da hélice 58 posicionada para rotação dentro da estrutura do compartimento em espiral 59. A Figura 7 é uma vista em perspectiva isométrica da estrutura do compartimento em espiral 59 sozinha e a Figura 8 é uma vista em perspectiva isométrica da hélice 58 sozinha. A estrutura do compartimento espiral 59 inclui uma parede circunferencial 90 e uma parede de divisão que se estende axialmente 92. A parede de divisão 92 se estende para dentro da parede 90 em direção a uma borda circunferencial externa da hélice 58. A parede de divisão 92 cria, em parte, uma primeira câmara de fluxo de ar 94 e uma segunda câmara de fluxo de ar 96 em cada lado da parede, e tem uma abertura circular 97 através do mesmo. As câmaras 94 e 96 incluem dutos de ventilação externos geralmente anulares sobre ambos os lados da parede de divisão 92 que são acoplados de forma fluida às saídas de ar 98 e 100, respectivamente.

As saídas de ar 98 e 100 se estendem através da parede 90 da estrutura do compartimento em espiral 59. A hélice 58 é axialmente deslocada em relação a um centro da estrutura do compartimento em espiral 59 e se ajusta dentro da abertura circular 97 na parede de divisão 92. Para acomodar o deslocamento, a parede de divisão 92 é não-uniforme em largura radial, para permitir a comunicação não fluídica entre as câmaras 94 e 96 quando a hélice 58 estiver adequada para rotação (Figura 6) e estiver girando.

A hélice 58 é uma hélice de dois lados e inclui um primeiro conjunto das pás 102 e um segundo conjunto separado de pás 104 posicionada sobre ambos os lados de uma parede de divisão de hélice circular 106. O primeiro conjunto de pás 102 e segundo conjunto de pás 104 podem ser "inclinados para trás", o que significa que as pás são inclinadas em uma direção oposta a uma direção de rotação da hélice 58 (indicada na Figura 8 pela seta 107). Em uma modalidade, o primeiro conjunto de pás 102 e o segundo conjunto de pás 104 são formados como imagens em espelho sobre faces opostas da parede de divisão 106, embora outras orientações para as pás também possam ser usadas. A parede de divisão 106, quando posicionada dentro da abertura circular 97 da parede de divisão 92 do compartimento em espiral 72, é coplanar com a parede de divisão 92 da estrutura do compartimento em espiral 59. A hélice 58 inclui, ainda, uma parede arqueada de topo 108 e uma parede arqueada de fundo 110 (observada na Figura 9). Uma parte central 112 da hélice 58 é acoplável de forma giratória ao motor 54 para acionar a hélice 58. As entradas 114 e 116 (Figura 9) são fornecidas sobre ambos os lados da hélice 58.

Ainda com referência à Figura 9, o motor 54 faz com que a hélice 58 gire. Durante o funcionamento, os fluxos de ar da parte externa das sobretampas de topo e fundo do corpo externo 52 e 62 (através das porções de entrada 64), em torno do compartimento em espiral 72 e mas entradas 82 e 87 nas sobretampas de topo e fundo do compartimento em espiral. Em uma modalidade, o ar extraído na hélice é condicionado antes de atingir a hélice mediante a passagem através de um meio de tratamento (por exemplo, material filtrante, carvão vegetal, termicamente tratado, ionizado, etc). O ar, então, flui nas entradas da hélice 114 e 116. O primeiro conjunto de pás 102 força o ar da entrada 114 para dentro da câmara 94, em particular, seu duto de ventilação externo. Similarmente, o segundo conjunto de pás 104 força o ar da entrada 116 para dentro da câmara 96, em particular seu duto de ventilação externo. O ar é, então, forçado a partir das câmaras 94 e 96 até as saídas 98 e 100, respectivamente. Durante a rotação da hélice, a parede de divisão 92 da estrutura do compartimento em espiral 59 e a parede de divisão 106 da hélice 58 mantêm as câmaras 94 e 96 em comunicação não fluídica. Embora haja um pequeno vão livre em sentido radial (por exemplo, menor que 1 mm) entre a parede de divisão 92 e a parede de divisão 106, nenhuma quantidade apreciável de fluido é transferida entre as câmaras 94 e 96.

Muito embora a presente invenção tenha sido descrita com referência às diversas modalidades alternativas, os versados na técnica reconhecerão que as alterações podem ser feitas na forma e detalhes sem que se desvie do caráter e do âmbito da invenção. Por exemplo, as saídas de ar 98 e 100 das câmaras 94 e 96 podem estar em comunicação fluida (conforme mostrado) na saída de ar 68, ou podem ser conectadas para separar as saídas de ar (por exemplo, uma para uso com o propósito de fornecer ar para respiração e a outra com o propósito de fornecer ar para resfriamento). Além disso, embora o sistema soprador da presente invenção seja ilustrado em conjunto com sistemas portáteis refrigerantes ou sopradores do tipo transportado pelo corpo do usuário, a invenção pode ser usada em diversos tipos de aplicações para movimentação de ar (por exemplo, sistemas de ventilador de veículos, sistemas HVAC1 aspiradores a vácuo, etc.). Ademais, as características reveladas e descritas com relação a uma modalidade podem ser combinadas com as características de outras modalidades, conforme desejado.

Claims

1. SISTEMA SOPRADOR PORTÁTIL REFRIGERANTE OU RESPIRADOR MOTORIZADO DO TIPO TRANSPORTADO PELO CORPO DE UM USUÁRIO, caracterizado pelo fato de compreender: um compartimento que tem duas câmaras de fluxo de ar; e uma hélice disposta de forma giratória entre as duas câmaras de fluxo de ar, sendo que a hélice tem uma divisória que coloca as duas câmaras de fluxo de ar em comunicação não fluídica quando a hélice é girada e a hélice tem uma pluralidade de pás distintas em cada lado da divisória.

2. SISTEMA SOPRADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada câmara do compartimento tem uma entrada de ar em comunicação fluida com uma fonte de ar comum.

3. SISTEMA SOPRADOR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: um corpo externo que confina o compartimento para fornecer a fonte de ar comum.

4. SISTEMA SOPRADOR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: meio de tratamento de ar disposto em relação a cada entrada de ar do compartimento, de tal modo que o ar que entra no compartimento atravessa o meio de tratamento de ar antes de entrar nas câmaras de fluxo de ar no compartimento.

5. SISTEMA SOPRADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada câmara tem uma saída de ar.

6. SISTEMA SOPRADOR, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as saídas de ar das duas câmaras de compartimento estão em comunicação fluida.

7. SISTEMA SOPRADOR, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que cada câmara de fluxo de ar tem um duto de ventilação que se estende radialmente para além da hélice, com cada duto de ventilação estando em comunicação fluida com a saída de ar em sua respectiva câmara de fluxo de ar.

8. SISTEMA SOPRADOR, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que cada duto de ventilação geralmente é anular.

9. SISTEMA SOPRADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o compartimento tem uma parede de divisão que se estende radialmente e esta parede coopera com a divisória da hélice para colocar as duas câmaras de fluxo de ar em comunicação não fluídica quando a hélice estiver girando.

10. SISTEMA SOPRADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a hélice inclui uma parede superior que tem uma superfície arqueada e uma parede inferior que tem uma superfície arqueada.

11. SISTEMA SOPRADOR, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a parede superior inclui uma entrada de ar central e a parede inferior inclui uma entrada de ar central.