CN103415326B - 用于呼吸器滤毒罐的径向流体流颗粒充装的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于充装过滤器盒滤毒罐的方法。首先阻止通过滤毒罐的出口强制通风筛和过滤器筛的流，滤毒罐的吸附剂进口打开，且滤毒罐的环打开。然后，流开始通过吸附剂进口和环，以使得吸附剂颗粒和流体流入滤毒罐中。在进口和环之间提供压力差，以便提高充装。打开出口强制通风装置，以便引起横过吸附剂层的均匀流体流。停止通过环的流，且吸附剂颗粒继续通过进口添加，直到空腔充满。然后，过滤器筛被压缩，吸附剂进口密封，且过滤器筛固定在压缩位置，同时保持通过出口强制通风装置的流。

Description

用于呼吸器滤毒罐的径向流体流颗粒充装的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请No.61/431295的优先权，该美国临时专利申请No.61/431295的申请日为2011年1月10日，该文献的全部内容结合到本申请中，作为参考。

技术领域

本发明通常涉及空气净化系统和方法，更特别是涉及用于充装空气净化系统滤毒罐的改进系统和方法。

背景技术

呼吸滤毒罐和相关充装方法为已知。这样的呼吸滤毒罐通常用于提供污染环境的空气净化，以便保护工作人员、第一响应人员和战士。蒸气和气体的空气净化通过活性材料来进行，该活性材料通常是颗粒状活性炭、结晶材料例如沸石、金属氧化物、或者金属有机结构、硅胶以及分子筛。这些活性材料或“吸附剂”必须容纳于滤毒罐的空腔中，被污染的空气经过该空腔。颗粒状吸附剂的颗粒物质是确定单位容积的均匀材料，其中有多形态分布的颗粒，该颗粒有变化的物理特性，例如直径、表面面积、硬度和颗粒密度。

滤毒罐空腔的充装确定了容纳于其中的吸附剂材料的有效利用。希望使用尽可能最少的吸附剂材料，以便最小化滤毒罐的尺寸、重量、呼吸阻力和商业成本。

普通的两轴线振动充装技术利用部分重力来最大化形成的床的有效填充床密度，同时防止吸附剂床在充装过程中完全振动流态化。利用振动将在通过吸附剂床壁的颗粒和最邻近的吸附剂颗粒上产生力。经验证明，对于这些技术，沿水平方向的、大约0.48g的振动加速度和沿竖直方向的、大约0.45g的振动加速度将获得所需的填充密度。

例如这些技术不太理想的是，目标填充密度是参照通过暴风雪式或雨式技术获得的填塞密度，其小于理论上最大可获得的填充密度（基于吸附剂的平均直径、球形度和颗粒直径）。而且，作用在颗粒上的振动力在多个阶段中通过最邻近的颗粒和形成的局部吸附剂床而由控制力来阻尼。在这种充装技术的第一阶段中，颗粒直接与吸附剂床出口筛接触。当通过颗粒获得稳定的填充密度时，运动首先沿竖直方向被限制和然后停止。类似的，获得局部水平效果。这使得作用在最邻近吸附剂床出口筛和侧壁的颗粒上的力最大，且在最靠近吸附剂引入点处的力最小。

为了获得足够的力来在这些区域中实现最小的可接受密度，比所需力大的力作用在吸附剂床出口筛和侧壁区域上。这产生了分类效果，因此，具有较高填充密度的颗粒（较小直径）沉积在较高力的区域中，而具有较低填充密度的颗粒（较大直径）沉积在较低力的区域中。它还产生足够的力来压碎具有不充分硬度的那些颗粒，从而导致产生细粉末。该细粉末甚至防止空气流分配，导致较高的吸附剂床空气流阻力，并可能在粗暴处理后穿过填充床移动，从而导致损失床的整体性，且产生可能由呼吸器用户吸入的细微颗粒。

总的来说，吸附剂床的两轴线振动充装可以在整个吸附剂容积的体积中导致所需的填充密度，但是也可能导致填塞密度沿两个轴线分布不均，且对于目标呼吸用途有附随的不利影响。因此，还需要提高填充技术，以便最小化或消除当前技术的前述缺陷。

发明内容

这里公开了一种用于充装过滤器盒滤毒罐的方法，它包括：通过在滤毒罐的第一面中的开口来将过滤介质和流体引入滤毒罐；以及使得流体能够通过绕滤毒罐间隔开多个开口离开该滤毒罐；其中，使得流体能够离开滤毒罐包括在该开口和该多个开口之间引起压力差。在一些实施例中，滤毒罐在将过滤介质和流体引入滤毒罐的同时受到振动力。在一些实施例中，使得流体能够离开滤毒罐的步骤包括向该多个开口施加真空。在一些实施例中，振动力定向成平行于轴线，所述过滤介质通过所述开口沿该轴线引入。在一些实施例中，并不平行于该轴线施加的振动力最小。

这里公开了一种用于充装过滤器盒滤毒罐的方法，它包括：初始阶段，其中，阻止通过滤毒罐的出口强制通风筛和过滤器筛的流，滤毒罐的吸附剂进口打开，且滤毒罐的周边环打开；流化阶段，其中，流体流开始通过吸附剂进口和环，以使得吸附剂颗粒和流体通过吸附剂进口而流入滤毒罐的空腔中，通过在吸附剂进口和周边环之间引入压力差而方便所述流经过吸附剂进口和环；分层阶段，其中，出口强制通风装置打开，以便产生横过吸附剂层的均匀流体梯度；稳定阶段，其中，停止通过周边环的流，且吸附剂颗粒继续通过吸附剂进口添加，直到空腔整个充满吸附剂；以及结束阶段，其中，过滤器筛沿出口强制通风装置的方向被压缩，吸附剂进口密封，且过滤器筛固定在压缩位置，同时保持通过出口强制通风装置的流。在流化阶段中，吸附剂体积供给速率可以设置成控制速率，并可以施加位移力。该位移力可以是定向为平行于轴线的振动力，所述流体流通过所述吸附剂进口沿该轴线引入。

附图说明

下面将参考附图通过示例来介绍公开的方法的特殊实施例，附图中：

图1是示例呼吸器滤毒罐的等距视图；

图2是图1的滤毒罐的俯视图；

图3是图1的滤毒罐的俯视图，表示了滤毒罐在充装操作过程中的充装区域、真空区域和阻挡区域；以及

图4是图1的滤毒罐的反向等距视图。

具体实施方式

这里公开的方法通过实现几乎最大填充密度（通过使用径向流体流）来解决现有技术的问题。该流体流通过滤毒罐筛环形环引入，以便在颗粒流化区域（regime）下面的吸附剂颗粒上施加水平和竖直力，而不管滤毒罐的方位如何和没有水平振动力。这提高了整个滤毒罐床的填充床密度分布，从而导致均匀气流、更好地利用吸附剂体积和更坚固的吸附剂床（该吸附剂床不容易受到粗暴处理的损坏）。该方法包括具有如下三个部件的系统：吸附剂、流体、滤毒罐，一系列方法输入和限定的方法输出。

在一个实施例中，吸附剂能够是颗粒材料，该颗粒材料的颗粒直径大于可以经过美国标号200MESH筛的直径。吸附剂由标称填塞密度、颗粒密度和球度系数来限定。流体是液体或气体，其中，密度和粘度取决于温度和压力。在公开的方法中，希望流体是气体，更特别是，该流体为空气。不过，本发明并不局限于此。

参考图1-3，滤毒罐1包括空腔，吸附剂将充装至该空腔内。滤毒罐材料可以是塑料、金属、复合材料或纤维护壳。滤毒罐边界由以下特征来限定：床的水力直径（可以是任意一种形状，例如圆形、椭圆形、矩形、正方形、星形、六边形）、预压缩床深度、床深度、吸附剂进口水力直径、环宽度、曲率半径、预压缩体积以及压缩体积。滤毒罐的截面表面可以是平面的，或者它可以沿一个或两个轴弯曲。可以认为，公开的方法对于两种类型的表面都有更高的填塞床密度，如通过暴风雪式充装来实现，因此优点并不只局限于一种类型的表面。

方法的输入是：吸附剂的体积供给速率、环流体流速、压缩流体流速、滤毒罐出口强制通风阀（plenum valve）、滤毒罐吸附剂进口阀、过滤器筛的环状阀以及移动力。预期的方法输出是：吸附剂床重量、吸附剂床填塞密度和吸附剂床孔隙度。

吸附剂体积供给速率定义为每单位时间的质量除以进入吸附剂进口2的吸附剂体积密度。环流体流速定义为每单位时间离开滤毒罐环4的流体体积，可以是恒定的或周期性的。压缩流体流速定义为每单位时间离开滤毒罐出口强制通风装置6（图4）（与通过吸附剂进口2的吸附剂体积供给方向相反）的流体体积。

应当知道，公开的方法的多个方面能够使用多种流体流控制装置来实现，以便提供吸附剂进口2、滤毒罐环4、出口强制通风装置6和床筛8的选择打开/关闭。在一些实施例中，一个或多个流控制装置是阀。在其它实施例中，一个或多个流控制装置可以包括板。也可以使用其它流控制装置。

在一些实施例中，滤毒罐出口强制通风阀可以提供为选择地防止流体从出口强制通风装置6流出，滤毒罐吸附剂进口阀可以提供为选择地防止流体和吸附剂从吸附剂进口流出，且过滤器筛环状阀可以提供为选择地防止流体在吸附剂进口2和滤毒罐环4之间横过筛边界8流动。

充装方法能够通过多个阶段进行。在初始阶段中，阻止通过出口强制通风装置6和过滤器筛8的流体流，吸附剂进口2可以打开，以便允许吸附剂引入滤毒罐1中，且环4通向流体流。然后开始下一阶段（流化）。流体流开始流过环4，吸附剂体积供给速率设置为控制速率，且开始位移力。在一些实施例中，在吸附剂充装操作过程中施加给滤毒罐1的位移力是沿吸附剂体积供给的轴线施加给滤毒罐本体1的振动力。

吸附剂颗粒（和空气）通过吸附剂进口2而流入空腔内，其中，由环形流体流引起的流体流增加了颗粒沿所有轴线的速度。碰撞出口强制通风筛6或筛8的颗粒具有由位移力给予的力。这时，通过打开出口强制通风装置6而开始分层阶段，以便产生横过吸附剂床的均匀流体梯度，该流体梯度与环形流体流成固定比率。分层阶段包括关闭通过环4的流和充装滤毒罐1，直到空腔整个充满吸附剂。这时，通过停止位移力来完成压缩阶段，筛8沿出口强制通风装置的方向被压缩，吸附剂进口2密封，且筛8固定在压缩位置，同时保持通过出口强制通风装置6的流。这样的最终阶段完成充装处理，并构成最终的呼吸器滤毒罐。

下面将介绍用于充装保形滤毒罐的方法的特殊示例实施例。应当知道，保形滤毒罐的保形特征需要保形吸附剂床，以便最好地利用空间，从而能够在重量和体积要求内满足所需的保护水平。利用传统的暴风雪式充装方法来充装的保形吸附剂床将导致不均匀的压缩和流动槽道，这可能危害滤毒罐的保护性能。只基于振动的充装方法可能引起使吸附剂颗粒受损的力，并可能在吸附剂床中引入不均匀的填塞密度分布。

因此，公开了一种用于充装保形滤毒罐吸附剂床的改进方法。该方法使得填塞密度保持等于由暴风雪式充装平面床获得的填塞密度。

在装配过程中在插入过滤器筛8之后，执行公开的径向流体流充装方法。这样，出口强制通风装置6密封（使用合适的阀或其它流控制机构，如前所述），且吸附剂充装固定装置（未示出）与过滤器筛8接合。固定装置可以包括：进口，用于供给吸附剂材料和气体通过吸附剂进口2；以及环形进口，该环形进口通过在筛8的周边上的环4密封。然后，吸附剂和空气可以通过吸附剂进口2而以控制速率引入，同时空气通过经由环4对滤毒罐抽真空而吸出。该流体流也使得引入过滤器滤毒罐内的吸附剂材料径向流动。应当知道，术语“抽真空”包括横过吸附剂床和/或盒施加压力差。在该处理的同时，正弦竖直位移（即振动）可以引入过滤器滤毒罐1。在一个实施例中，这种振动可以控制成最小化水平振动和/或位移（即沿与流过吸附剂进口2的空气和吸附剂的进口流并不平行的方向振动）。

所施加的竖直振动可以引起足够的竖直流化力，以便使得吸附剂随机地填塞在滤毒罐中。这种处理继续进行，直到吸附剂床装满。然后，将塞子放入吸附剂进口2中，同时筛8和塞子可以在真空下同时被压缩，以便提高床的填塞。塞子和筛8可以再焊接在最终位置中。过滤器可以称重，以便证明正确量的吸附剂已经装入过滤器中。

Claims (20)

1.一种用于充装过滤器盒的滤毒罐的方法，包括：

通过在滤毒罐的第一面中的进口来将过滤介质和流体引入滤毒罐；以及

允许流体通过绕滤毒罐的周边间隔开的多个开口离开所述滤毒罐；

其中，允许流体离开滤毒罐包括在滤毒罐的第一面中的所述进口和绕滤毒罐的周边间隔开的多个开口之间引起压力差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：滤毒罐在将过滤介质和流体引入所述滤毒罐的同时受到振动力。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：振动力定向成平行于一轴线，所述过滤介质通过所述进口沿着所述轴线被引入。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：使得并不平行于所述轴线施加的振动力最小。

5.根据权利要求2所述的方法，其中：振动力是正弦振动力。

6.根据权利要求2所述的方法，其中：振动力引起足够的流化力，以便使得过滤介质随机地填塞在过滤器盒的滤毒罐中。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：在通过在滤毒罐的第一面中的进口来将过滤介质和流体引入滤毒罐的步骤和允许流体通过绕滤毒罐的周边间隔开的多个开口离开所述滤毒罐的步骤中密封过滤器盒的滤毒罐的出口强制通风装置。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：在真空压力下塞住进口，其中，真空压力压紧塞子和过滤介质床筛，以便增强过滤介质在过滤器盒的滤毒罐中的填塞。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：选择地打开过滤器盒的滤毒罐的出口强制通风装置，以便引起横过过滤介质的均匀的流体梯度，从而形成一层过滤介质层，其中，均匀的流体梯度与环形流体流为固定比率。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：在过滤器盒的滤毒罐中形成过滤介质层的渐进层。

11.一种用于充装过滤器盒的滤毒罐的方法，包括：

初始阶段，在初始阶段中，阻止通过滤毒罐的出口强制通风装置和过滤器筛的流体流，滤毒罐的进口打开，且滤毒罐的周边环打开；

流化阶段，在流化阶段中，流体流开始通过滤毒罐的进口和周边环，以使得过滤介质颗粒和气体通过滤毒罐的进口而流入滤毒罐的空腔中，通过在进口和周边环之间引起压力差而便于所述流体流通过滤毒罐的进口和周边环；

分层阶段，在分层阶段中，出口强制通风装置打开，以便引起横过过滤介质层的均匀流体梯度；

稳定阶段，在稳定阶段中，停止通过周边环的流体流，继续通过滤毒罐的进口添加过滤介质颗粒，直到空腔充满过滤介质；以及

结束阶段，在结束阶段中，沿出口强制通风装置的方向压缩过滤器筛，将滤毒罐的进口密封，将过滤器筛固定在压缩位置，同时保持通过出口强制通风装置的流体流。

12.根据权利要求11所述的方法，其中：在分层阶段中，形成过滤介质的渐进层，直到空腔充满过滤介质到达周边环为止。

13.根据权利要求11所述的方法，其中：在流化阶段中，将过滤介质体积供给速率设置成控制速率，将位移力施加给滤毒罐。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：位移力是定向成平行于一轴线的振动力，所述流体流通过所述滤毒罐的进口沿所述轴线引入。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：振动力是正弦振动力。

16.根据权利要求14所述的方法，其中：振动力引起足够的流化力，以便使得过滤介质随机地填塞在过滤器盒的滤毒罐中。

17.根据权利要求11所述的方法，其中：由通过周边环的气流而引起的流体流增加了过滤介质颗粒沿所有轴线的速度，过滤介质颗粒在整个滤毒罐中保持流体性质，直到在出口强制通风装置处形成过滤介质层。

18.根据权利要求11所述的方法，其中：分层阶段形成过滤介质层的渐进层。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：形成过滤介质层的渐进层，直到过滤介质充满过滤介质盒，其中在滤毒罐的进口和周边环之间具有空腔。

20.根据权利要求11所述的方法，其中：结束阶段用于压紧过滤器筛，以便增强过滤介质颗粒在滤毒罐中的填塞。