CN110087739B - 用于呼吸器的过滤器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种用于呼吸器的过滤器(10)，该过滤器包括具有多个波纹顶端(110)的波纹过滤器构件(100)，并且在该波纹过滤器构件(100)处，在多个波纹顶端(110)中的各个波纹顶端(110)之间形成有第一谷图案(120)；柔性框架(200)，该柔性框架(200)联接到波纹过滤器构件(100)的边缘并且包括连接器(210)以及从该连接器(210)突出的第一支撑件(220)和第二支撑件(230)，其中该第一支撑件(220)包括弯曲支撑件(221)以及从该弯曲支撑件(221)突出并且分别联接到波纹顶端(110)的多个突出部(222)，并且波纹过滤器构件(100)的两个远侧端部(101)均联接到第二支撑件(230)。
Description
本公开涉及一种用于流体过滤的过滤器，并且更具体地，涉及一种用于呼吸器的过滤器。
背景技术
呼吸器通常包括面罩主体和一个或多个附接到面罩主体的过滤器滤筒。面罩主体可佩戴在人的面部的鼻部和口部上，并且在一些情况下，面罩主体可包括覆盖头部、颈部或身体其它部位的部分。佩戴者可吸入已通过设置在过滤器滤筒处的过滤器的清洁空气。在负压呼吸防护装置中，空气由佩戴者吸气时生成的负压经过滤器滤筒被吸入。来自外部环境的空气通过过滤介质并流动到面罩主体的内部空间中，佩戴者可通过该内部空间吸入空气。
各种技术已经用于在呼吸器中使用的过滤器滤筒。常规的过滤器滤筒通常包括在框架内具有空气净化功能的过滤器构件，该框架由纸板、非织造织物或塑料制成。然而，当框架是由刚性纸板、非织造织物或树脂形成时，过滤器滤筒与安装有过滤器滤筒的空间的外壁之间的粘合力不足，并因此导致空气泄漏，使得存在空气净化功能无法充分表现的问题。此外，还存在一个问题，即当过滤器安装在刚性框架上时，由于过滤器滤筒与刚性框架之间的摩擦而导致过滤器滤筒的安设发生困难。
发明内容
因此，本公开的一个目的是提供一种用于呼吸器的过滤器，该过滤器采用柔性框架，该柔性框架具有弹性以便能够容易地变形、容易地附接到柔性框架并从柔性框架拆卸，并且使在柔性框架处的安设期间的干扰最小化。
另外，本公开的另一个目的是提供一种用于呼吸器的过滤器，该过滤器即使在柔性框架变形时仍能保持过滤性能。
此外，本公开的又一个目的是提供一种用于呼吸器的过滤器，该过滤器采用波纹过滤器构件，以便增加用于呼吸器的过滤器的有效面积，并且能够改善过滤性能并延长使用寿命。
为了解决上述问题，提供了一种根据本公开的用于呼吸器的过滤器，该过滤器包括波纹过滤器构件，该波纹过滤器构件具有多个波纹顶端，并且在波纹过滤器构件处，在多个波纹顶端中的各个波纹顶端之间形成有第一谷图案；柔性框架，该柔性框架联接到波纹过滤器构件的边缘并且包括连接器以及从该连接器突出的第一支撑件和第二支撑件，其中该第一支撑件包括弯曲支撑件以及从该弯曲支撑件突出并且分别联接到波纹顶端的多个突出部，并且波纹过滤器构件的两个远侧端部均联接到该第二支撑件。
在多个突出部中的各个突出部之间可形成有第二谷图案，并且第一谷图案的深度可大于第二谷图案的深度。
第二支撑件的高度可等于第一支撑件的弯曲支撑件的高度与第一支撑件的每一个突出部的高度之和。
弯曲支撑件的高度与每一个突出部的高度之比在1:1至1:2的范围内。
该柔性框架可包括热塑性弹性体(TPE)。
柔性框架的肖氏A型硬度可在35至45的范围内。
用于呼吸器的过滤器可具有40毫米(mm)或更大的曲率半径。
根据按照本公开的用于呼吸器的过滤器，其过滤性能可得以改善，其寿命可得以改善，其形状可容易地变形，其附接和拆卸可容易地执行，并且在柔性框架处的安设期间的干扰可得以最小化。另外，即使用于呼吸器的过滤器发生了变形，也可保持过滤性能。
附图说明
图1为根据本公开的用于呼吸器的过滤器的透视图。
图2为根据本公开的柔性框架的一个侧视图。
图3为根据本公开的具有曲率的过滤器的剖视图。
图4为沿图1的线I-I’截取的剖视图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考了构成本申请的一部分并且其中一些具体实施方案被示出为示例的附图。然而，应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，可实现其它实施方案。因此，实施下面描述的本公开的详细内容不应被视为具有限制意义。
除非另外指明，否则本文所使用的所有科学和技术术语具有与本领域中普遍使用的相同含义。本文提供的定义旨在便于理解本说明书中频繁使用的某些术语，并非旨在限制本公开的范围。
除非另外指明，否则在本说明书和所附权利要求中使用的表示特征的尺寸、数量和物理特性的所有数字将被理解为在所有情况下均由术语“约”来修饰。因此，除非另外指明，否则在本说明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域技术人员使用本文中的教导内容来获得的期望特性而变化。
如本公开和所附权利要求中所用，除非上下文另外明确表示，否则单数形式(“一个”、“一种”和“该”)包括具有多个复数指代物的实施方案。如本公开和所附权利要求中所用，除非上下文另外明确表示，否则术语“或”采用的含义通常包括“和/或”。
如本公开中所用，为方便描述，使用空间相关的术语，包括“下”、“上”、“之下”、“下方”、“上方”和“之上”(但不限于此)来描述一个或多个元件相对于另一个元件的空间关系。除了图中示出和本文所述的特定排列外，这些空间相关的术语包括装置在使用或操作时的不同排列。例如，当图中所示的对象被翻转或倒置时，先前描述为位于另一个元件下方或之下的一部分将位于该其它元件之上。
在本公开中，当描述位置关系时，例如，当使用术语“之上”、“上方”、“下方”和“相邻”描述两个零件之间的位置关系时，除非使用表达“紧接”或“直接”，否则一个或多个其它零件可位于这两个零件之间。
在本公开中，当使用“具有”、“包括”、“被提供以”及类似术语时，除非使用表达“仅”，否则它们被用作具有开放含义，并且除了所描述的那些之外，还可添加其它事物。
术语“呼吸器”是指由人佩戴并在空气进入人的呼吸系统之前过滤空气的装置。
术语“面罩主体”是指至少与人的鼻部和口部对准并且有助于限定与外部空气空间隔离的内部空气空间的结构。
术语“过滤器滤筒”是指可附接到人的呼吸器官以便在空气进入面罩主体和人的面部之间的内部空气空间之前过滤空气的装置。
术语“整体式”是指同时制造的或其中一个或多个整体式部件不能与其无损坏地分离的物。
术语“外部空气”是指含有其它物质(诸如可对人有害的污染物)的空气。
术语“过滤后的空气”是指当外部空气通过过滤器时污染物被从中除去的空气。
在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施方案。本公开的实施方案的特征可彼此部分地或完全地联接或组合，并且可在技术上以各种方式互锁和驱动。
图1为根据本公开的用于呼吸器的过滤器的透视图。图2为根据本公开的柔性框架的一个侧视图。图3为根据本公开的具有曲率的过滤器的剖视图。图4为沿图1的线I-I’截取的剖视图。
参考图1至图4，用于呼吸器的过滤器10包括波纹过滤器构件100和柔性框架200。
该波纹过滤器构件100具有多个波纹顶端110，并且在多个波纹顶端110中的各个波纹顶端110之间形成有第一谷图案120。外部空气朝向波纹过滤器构件100的上表面流动以穿过其中，并且过滤后的空气可通过波纹过滤器构件100的下表面排出。
波纹过滤器构件100具有用于呼吸器的过滤器10的有效面积，该面积大于平面过滤器构件的有效面积，这样可改善过滤性能并且可增加其寿命。另外，流动到波纹过滤器构件100中的外部空气沿着第一谷图案120移动以穿过波纹过滤器构件100。因此，外部空气可均匀地分布，被过滤掉的物质(诸如污染物)可均匀缓慢地累积在波纹过滤器构件100的上表面之上，并且，在保持用于呼吸器的过滤器10的性能的同时，用于呼吸器的过滤器10的寿命可得以延长。
相邻波纹顶端110之间的距离可根据用于呼吸器的过滤器10的尺寸和应用而变化，并且该距离可基于波纹过滤器构件100的厚度、波纹顶端110的高度、相邻波纹顶端110之间的距离和过滤性能常数之间的关系表达式来确定。例如，用于呼吸器的过滤器10中的相邻波纹顶端110之间的距离可在3毫米(mm)至6mm的范围内，并且优选地在4.1mm至4.3mm的范围内。
用于波纹过滤器构件100的任何材料可不受限制地使用，只要该材料允许空气通过、同时阻止特定物质即可。作为一个非限制性示例，波纹过滤器构件100包括非织造织物、织物、纸材等，但本公开不限于此。此外，对用于在波纹过滤器构件100处形成波纹的方法没有限制。例如，可通过在扁平形过滤元件上折叠或形成纹理来形成波纹。
可使用表面处理的材料来增强波纹过滤器构件100的空气净化效果。对表面处理方法没有限制，并且表面处理方法可根据其应用而改变。在颗粒物或尘粒较大的地点使用过滤器的情况下以及在应当快速吸入大量空气时使用过滤器的情况下，适用于所述情况中的每一种的过滤器构件的材料和表面处理方法可以不同。例如，在非织造织物的情况下，可在其上进行静电处理，并且非织造织物的表面可用活性炭处理。
柔性框架200联接到波纹过滤器构件100的边缘。另外，柔性框架200和波纹过滤器构件100可一体形成。即，在柔性框架200和波纹过滤器构件100之间可省略用于单独密封的粘合剂，并因此可防止由于使用粘合剂进行密封所导致的问题。
此外，仅波纹过滤器构件100的上表面可暴露于外部空气，并且过滤后的空气仅可通过波纹过滤器构件100的下表面排出。即，没有外部空气流入到波纹过滤器构件100的侧表面，并因此可保持用于呼吸器的过滤器10的性能。
柔性框架200可由具有柔韧性和弹性的框架材料形成。柔性框架200的肖氏A型硬度可在约35至约45的范围内。由于在与由用作常规过滤器框架的刚性纸材、非织造织物或树脂形成的常规过滤器框架进行比较时，根据本公开的柔性框架200具有优异的弹性，使得用于呼吸器的过滤器10容易地附接到期望位置并从该期望位置拆卸，并且用于呼吸器的过滤器10和其安设区域之间的密封特性是杰出的。另外，柔性框架200可在没有单独的粘合过程的情况下在波纹过滤器构件100的边缘处形成。
例如，柔性框架200包括热塑性弹性体(TPE)。TPE是聚合物材料，该聚合物材料可以用与在高温下变得柔性的塑料相同的方式模制，并且TPE在室温下表现出橡胶弹性体的特性。
典型的热塑性加工中采用的各种方法可直接应用于TPE，并且在加工期间产生的剩余TPE可被重复使用，使得TPE是经济的并且不需要使用增塑剂。此外，TPE的比重比热固性橡胶的比重小，TPE的质量控制是容易的，所以在注塑成型(中空成型)中TPE可使用具有高生产率的加工设备等等，因此可通过部分地改变柔性框架200的刚性部分和柔软部分来生产各种产品，使得柔性框架200的设计可以是容易的。即，热塑性弹性体是在使用条件下可表现出橡胶弹性并且在成型条件下可模制成热塑性塑料的聚合物材料。
然而，本公开不受上述描述的限制，并且柔性框架200可由特定温度下可呈流体状态(包括液态、浆态、蜡态或熔融态)的材料形成。例如，包括柔性框架200的用于呼吸器的过滤器10可通过硬化或固化特定温度下可呈流体状态的材料来制造。
例如，制造用于呼吸器的过滤器10的方法可包括：使过滤器构件弯曲以将过滤器构件切割成期望尺寸；通过将弯曲的过滤器构件配合到模具的形状来将弯曲的过滤器构件插入模具中；将框架材料加热到超过其软化点或熔点的温度并使框架材料熔融成流体状态；以及将呈流体状态的框架材料施加并固化到弯曲的过滤器构件的边缘。于是，可制造出与波纹过滤器构件100一体形成的包括柔性框架200的用于呼吸器的过滤器10。
在这一点上，流体状态是指包括液态、浆态或蜡态中的任一者的状态。此外，可通过冷却来进行固化，并且例如，可在等于或低于室温下对呈流体状态的框架材料进行冷却和固化。
更具体地，制造用于呼吸器的过滤器10的方法可包括：将弯曲的过滤器构件放置在具有过滤器构件可安设在其上的槽形安设部分的主要模具之上；将次级模具设置在过滤器构件之上，以在过滤器构件被固定时仅暴露过滤器构件的边缘；另外设置第三模具，在该第三模具上形成面积比过滤器构件的面积大的开口，以允许通过使用第三模具将过滤器构件定位在开口中；将呈流体状态的框架材料注入到过滤器构件的未被次级模具覆盖的边缘中；以及固化呈流体状态的框架材料。
常规地，在过滤器构件与框架之间需要使用热枪或类似物的密封过程，并且在这种密封过程中过滤器构件的固定是困难的，并且具体地讲，就波纹过滤器构件而言，存在难以恒定地保持波纹之间的距离的问题。
然而，当制造与根据上述方法制造的波纹过滤器构件100一体形成的包括柔性框架200的用于呼吸器的过滤器10时，可省略使用单独粘合剂将过滤器构件联接到框架的密封过程，并因此简化了过程，并且可防止使用粘合剂时产生的问题，诸如密封失效。
柔性框架200包括连接器210和从该连接器210突出的支撑件。这种支撑件包括第一支撑件220和第二支撑件230。连接器210、第一支撑件220和第二支撑件230可一体形成。
第一支撑件220和第二支撑件230可限定柔性框架200的侧壁。连接器210连接到第一支撑件220和第二支撑件230的下远侧端部，并且可形成为具有开口的闭合形状，该开口暴露波纹过滤器构件100的下表面。在这一点上，连接器210可包括用于安装的侧向突出的凸缘或类似物。
第一支撑件220包括弯曲支撑件221和多个突出部222。多个突出部222从弯曲支撑件221突出，并且分别联接到波纹过滤器构件100的波纹顶端110。即，单个突出部222对应于单个波纹顶端110。
当柔性框架200的突出部222与波纹过滤器构件100的波纹顶端110一起移动时，相邻波纹顶端110之间的距离可保持恒定。因此，空气可均匀地分布在波纹过滤器构件100的整个表面上，并且过滤性能可保持均衡。
在多个突出部222中的各个突出部222之间形成第二谷图案223。具有这种第二谷图案223的柔性框架200容易变形，并且具体地讲，容易以一定的曲率弯曲和变形。另外，当柔性框架200被朝向波纹过滤器构件100的过滤后的空气排出所通过的下侧弯曲成具有曲率半径时，更容易发生变形。
当柔性框架200被朝向波纹过滤器构件100的过滤后的空气排出所通过的下侧弯曲成具有曲率半径时，可使在柔性框架200安装在呼吸器上时或在用于呼吸器的过滤器10安装在呼吸器上、然后安装在焊接护罩或类似物上时的干扰最小化。此外，当柔性框架200安装在呼吸器、焊接护罩或类似物上时，可防止由于干扰所导致的损坏。
另外，在多个波纹顶端110中的各个波纹顶端110之间形成的第一谷图案120的深度比第二谷图案223的深度大。因此，第一谷图案120的顶端部分与第一支撑件220的弯曲支撑件221接合。
弯曲支撑件221具有单个直结构。弯曲支撑件221防止柔性框架200的过度弯曲，并且可保持恒定的曲率半径，这使相邻波纹顶端110之间的距离保持恒定。
柔性框架200的过度弯曲使位于波纹过滤器构件100的空气流入表面上的波纹顶端110之间的距离不均匀地变宽，并且使第一谷图案120的位于波纹过滤器构件100的空气排出表面上的波纹顶端110之间的距离变窄。这可增加压降并且可缩短用于呼吸器的过滤器10的使用寿命。
然而，在根据本公开的用于呼吸器的过滤器10中，可几乎减轻压降，即使当其曲率增大(但曲率半径减小)时也是如此。优选地，这种用于呼吸器的过滤器10可具有约40mm或更大的曲率半径。
参考图3，相邻波纹顶端110之间的距离d可以是恒定的，并且相邻的第一谷图案120的波纹顶端110之间的距离d’可以是恒定的。当相邻波纹顶端110之间的距离d和相邻的第一谷图案120的顶端之间的距离d’是恒定的时，在用于呼吸器的过滤器10的整个区域上可表现出均匀的过滤性能，并且可改善该过滤器10的使用寿命。
因此，根据本公开的用于呼吸器的过滤器10可保持位于波纹过滤器构件100的空气流入表面上的波纹顶端110之间的距离和第一谷图案120的位于波纹过滤器构件100的空气排出表面上的顶端之间的距离隔开规则的间隔，并且可保持恒定的压降性能直至期望的曲率。
当突出部222的高度与弯曲支撑件221的高度之比增加时，有利于柔性框架200的变形，但可能发生过度弯曲。相反地，当弯曲支撑件221的高度与突出部222的高度之比增加时，可能难以使柔性框架200和波纹过滤器构件100变形。因此，弯曲支撑件221的高度与突出部222的高度之比优选地在约1:1至约1:2的范围内。
第二支撑件230联接到波纹过滤器构件100的两个远侧端部101。优选地，波纹过滤器构件100的远侧端部101可延伸到波纹过滤器构件100的上表面侧，并且波纹过滤器构件100的边缘可联接到第二支撑件230。
第二支撑件230的高度可等于弯曲支撑件221的高度与第一支撑件220的突出部222的高度之和。即，第二支撑件230的高度和第一支撑件220的高度可以是彼此相同的。因此，存在这样的效果：第二支撑件230可防止外部空气或过滤后的空气的不期望的泄漏，并且波纹过滤器构件100膨胀以增加用于呼吸器的过滤器10的有效面积。
在下文中，将通过实施例更详细地描述本公开。以下实施例旨在进一步说明本公开，并且在本公开的范围并不受以下实施例的限制。
实施例
实验实施例-用于呼吸器的过滤器的曲率半径
通过改变具有相同平面尺寸的用于呼吸器的过滤器的曲率半径来测量压降。结果示于下表1中。
压降越大，过滤性能就越低。参见下表1，尽管在约40mm或更大的曲率半径下，压降的增加不大，但在小于约40mm的半径下，压降显著增加。因此，根据本公开的用于呼吸器的过滤器优选地具有约40mm或更大的曲率半径。
表1
虽然已经结合本公开的实施方案描述了本公开，但本公开的实施方案仅仅是例示性的，并且本领域的技术人员应当理解，可从中导出各种修改和等同实施方案。因此，本公开的保护范围应被理解为不仅涵盖以下权利要求，而且还涵盖它们的等同物。
Claims (6)
1.一种用于呼吸器的过滤器，包括：
波纹过滤器构件，所述波纹过滤器构件具有多个波纹顶端，并且在所述波纹过滤器构件处，在所述多个波纹顶端中的各个波纹顶端之间形成有第一谷图案；
柔性框架，所述柔性框架联接到所述波纹过滤器构件的边缘并且包括连接器以及从所述连接器突出的第一支撑件和第二支撑件，
其中所述第一支撑件包括弯曲支撑件以及从所述弯曲支撑件突出并且分别联接到所述波纹顶端的多个突出部，所述波纹过滤器构件的两个远侧端部均联接到所述第二支撑件；
在所述多个突出部中的各个突出部之间形成有第二谷图案，并且
所述第一谷图案的深度比所述第二谷图案的深度大，空气穿过所述波纹过滤器构件的上表面并从所述波纹过滤器构件的下表面排出。
2.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述第二支撑件的高度等于所述第一支撑件的所述弯曲支撑件的高度与所述第一支撑件的所述突出部的高度之和。
3.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述弯曲支撑件的高度与每一个所述突出部的高度之比在1:1至1:2的范围内。
4.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述柔性框架包括热塑性弹性体(TPE)。
5.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述柔性框架的肖氏A型硬度在35至45的范围内。
6.根据权利要求1所述的过滤器，其中当所述柔性框架被朝向所述波纹过滤器构件的过滤后的空气排出所通过的下侧弯曲成具有曲率半径时，所述曲率半径至少为40毫米(mm)。
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