KR20120023114A - 사용 수명 종료 표시기(ｅｓｌｉ)를 위한 시야 원추를 갖는 필터 카트리지 - Google Patents

사용 수명 종료 표시기(ｅｓｌｉ)를 위한 시야 원추를 갖는 필터 카트리지 Download PDF

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KR20120023114A
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리차드 제이 포이리어
토마스 더블유 홀름퀴스트-브라운
닐 에이 라코우
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

필터 재료(42), 사용 수명 종료 표시기(40), 카트리지 하우징(22), 및 윈도우(38)를 포함하는 필터 카트리지(12)가 제공된다. 필터 재료(42) 및 ESLI(40)는 하우징 내에 배치되고, ESLI(40)는 윈도우(38)를 통해서 관찰될 수 있다. 윈도우(38)는 ESLI(40)가 20 내지 70도의 각도 θ에 의해 한정되는 원추 내에서만 보일 수 있도록 구성된다. 제한된 관찰 범위는 색상 변화에 대해 ESLI를 검사할 때 판독자 오류를 배제한다.

Description

사용 수명 종료 표시기(ＥＳＬＩ)를 위한 시야 원추를 갖는 필터 카트리지{FILTER CARTRIDGE HAVING CONE OF VISIBILITY FOR END-OF-SERVICE-LIFE-INDICATOR(ESLI)}
본 발명은 ESLI가 관찰될 수 있게 하는 윈도우(window)를 갖는 필터 카트리지에 관한 것이다. 윈도우는 잘못된 판독을 제공할 수 있는 각도로부터 관찰자가 ESLI를 볼 수 없도록 시야 원추(cone of visibility)를 제공한다.
필터 카트리지는 통상적으로 공기가 호흡기 착용자에 의해 흡입되기 전에 공기를 여과하기 위해 호흡기 마스크 본체에 부착된다. 호흡기 필터 카트리지의 예가 미텔슈타트(Mittelstadt) 등에게 허여된 미국 특허 제7,320,722B2호, 그리어(Greer) 등에게 허여된 미국 특허 제7,419,526호, 및 홀름퀴스트-브라운(Holmquist-Brown) 등에게 허여된 미국 특허 제6,277,178호에 나타나 있다.
일부 필터 카트리지는 호흡기 착용자에게 가시(visible) 색상-변화 신호를 제공하는 사용 수명 종료 표시기(end-of-service-life-indicator) 또는 ESLI를 갖는다. 이러한 가시 신호(때때로 "응답 신호"로 지칭됨)는 필터 카트리지가 그의 유용 수명의 종료에 직면한 때를 나타낸다. ESLI를 사용하는 카트리지의 예가 미국 특허 제6,497,756호, 제4,530,706호, 제4,326,514호, 및 제4,154,586호에 기술되어 있다. 이들 제품의 각각에서, 필터 카트리지에는 투명한 측벽 또는 쉘(shell)이 제공되고, 이를 통해 ESLI가 관찰될 수 있다. ESLI 비색 센서(colorimetric sensor)는 종종 센서가 관찰되는 각도에 따라 상이한 색상을 나타낸다. 사람이 ESLI를 필터 카트리지 상에서의 그의 위치에 수직으로 관찰하지 않는 경우, 관찰자가 표시기를 잘못 판독할 가능성이 있다. 표시기 판독 오류는 호흡기의 착용자가 필터 카트리지를 너무 일찍 또는 너무 늦게 교체하게 할 수 있다. 공지의 필터 카트리지는 관찰자가 약 180°의 각도로부터 ESLI를 보게 하고 있으며 따라서 잠재적인 표시기 판독 오류의 문제에 대처하고 있지 않다.
본 발명은 (a) 필터 재료; (b) 사용 수명 종료 표시기(ESLI); (c) 필터 재료 및 ESLI가 내부에 배치되는 카트리지 하우징; (d) ESLI가 관찰될 수 있게 하는 윈도우를 포함하며, 윈도우는 ESLI가 윈도우를 통해서 20 내지 60도의 각도 θ에 의해 한정되는 원추 내에서만 보일 수 있도록 구성되는 신규한 필터 카트리지를 제공한다.
전술된 바와 같이, 공지의 필터 카트리지는 카트리지 하우징 측벽을 통해 볼 수 있는 센서를 사용하고 있다. 그러나, 이들 공지의 필터 카트리지는 선택된 범위의 각도로부터만 관찰을 가능하게 하도록 구성된 윈도우를 또한 제공하고 있지 않다. 본 발명은 ESLI를 포함하는 공지의 필터 카트리지에 의해 야기되는 문제를 인식하고 해법을 제공한다. 이 해법은 ESLI가 20 내지 60°의 각도 오메가에 의해 한정되는 시야 코드를 통해서만 관찰될 수 있도록 구성된 윈도우를 제공하는 것을 포함한다. 이러한 시야 범위 외측에서 관찰자는 ESLI를 볼 수 없고, 따라서 센서가 그의 평면 형태에 수직으로 관찰될 때 보여지도록 요구되는 색상 이외의 색상을 볼 수 없다.
용어
본 명세서에서,
"깨끗한 공기"는 오염물질을 제거하기 위해 여과된 소정 체적의 대기 중의 주위 공기를 의미한다.
"오염물질"은 기체, 증기, 및 입자(먼지, 연무 및 연기를 포함함) 및/또는 일반적으로 기체, 증기 또는 입자인 것으로 여겨지지 않을 수 있지만 공기 중에 존재하고 사람에게 해로울 수 있는 다른 물질을 의미한다.
"사용 수명 종료 표시기" 또는 "ESLI"는 여과 능력의 일부 고갈 또는 완전한 고갈로 인해 필터가 더 이상 사용에 적합하지 않을 수 있는 때와 관련된 정보를 사람에게 제공할 수 있는 장치를 의미한다.
"연장"은 전형적인 형태를 넘어서 크기가 크게 증가하는 상태를 의미한다.
"외부 기체 공간"은 호기된 기체가 마스크 본체 및/또는 호기 밸브를 통해 이를 지나 통과한 후에 들어가는 주위의 대기 기체 공간을 의미한다.
"필터 카트리지"는 필터 재료 또는 필터 매체를 내장하도록 주로 설계되고 개인 호흡 보호 장치의 마스크 본체에 대한 연결을 위해 구성되는 구조물을 의미한다.
"필터 재료" 또는 "필터 매체"는 깨끗한 공기를 제공하도록 구성된 구조물 또는 부품이나 요소들의 조합을 의미한다.
"하우징"은 다른 아이템을 수용하도록 형성된 구조물 또는 부품들의 조합을 의미한다.
"일체형"은 해당 부품들이 동시에 함께 제조되고, 후속적으로 합쳐지는 2개의 별개의 부품이 아님을 의미한다.
"내부 기체 공간"은 마스크 본체와 사람의 안면 사이의 공간을 의미한다.
"병치된" 또는 "병렬 배치된"은 반드시 서로 접촉할 필요는 없이 대체로 나란한 관계로 배치됨을 의미한다.
"마스크"("마스크 본체"를 지칭하지 않을 때)는 마스크의 반대쪽에 있는 물체의 관찰을 제한하는 능력을 가짐을 의미한다.
"불투명한"은 투명한 것보다 더욱 가시광의 통과를 크게 제한함을 의미한다.
"페인(pane)"은 공기에 대해 투과성이거나 투과성이 아닐 수 있는 윈도우의 투명한 평면 영역을 의미한다.
"정렬 위치"는 적절한 응답 신호를 제공하기 위한 윈도우의 요구되는 위치를 의미한다.
"응답 신호"는 필터 카트리지를 교체할 시간에 도달했음을 관찰자에게 알리는 관찰가능한 표시를 의미한다.
"흡수흡착제(sorbent)"는 흡수, 흡착, 화학흡착, 분해, 반응, 촉매 작용, 또는 다른 적합한 수단을 통해 오염물질을 포획, 폐색 또는 변경할 수 있는 물질을 의미한다.
"투명한"은 단어 "투명한"에 의해 수식되는 구조물의 반대쪽에 있는 원하는 이미지를 보기에 충분히 가시광이 통과할 수 있음을 의미한다.
"윈도우"는 사람이 그를 통해 볼 수 있는 능력을 제공하는 구조물을 의미한다.
<도 1>
도 1은 본 발명에 따른 호흡기(10)의 사시도.
<도 2>
도 2는 본 발명에 따른 필터 카트리지(12)의 사시도.
<도 3>
도 3은 선 3-3을 따라 취한, 도 2에 도시된 필터 카트리지(12)의 단면도.
<도 4>
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 필터 카트리지(12)의 배면도.
<도 5>
도 5는 하우징(22) 및 커버 연장부(36)의 확대 단면도.
<도 6>
도 6은 ESLI(60)의 단면도.
도 1은 마스크 본체(14)의 대향하는 측면들에 고정될 수 있는 필터 카트리지(12)를 갖는 호흡기(10)를 도시하고 있다. 마스크 본체(14)는 착용자의 안면 상에 꼭 맞게 착용되도록 형성된다. 이를 위해, 호흡기(10)는 착용자의 안면을 향해 마스크 본체(14)를 끌어당기기 위한 하니스(harness, 16)를 포함한다. 하니스(16)는 이러한 목적을 위해 하나 이상의 스트랩(18)을 포함할 수 있다. 스트랩(18)은 마스크 본체(14)에 결합될 수 있고, 버클(20)의 사용을 통해 길이가 조절될 수 있다. 필터 카트리지(12)는 베이어닛(bayonet) 부착부(21), 스레딩(threading) 수단, 또는 카트리지(12)를 마스크 본체(14)에 고정하기에 적합한 임의의 다른 수단에 의해 마스크 본체(14)에 부착될 수 있다. 필터 카트리지(12)는 필터 카트리지(12)를 통해 마스크 내부로 흡인된 주위 공기를 여과하기 위한 필터 매체를 수용하는 하우징(22) 및 커버(24)를 갖는다. 사용자가 내쉰 공기는 내부 기체 공간으로부터 호기 밸브(25)를 통해 외부 기체 공간으로 나간다.
도 2 내지 도 4는 필터 카트리지(12)가 제1 주연부(28)로부터 제2 주연부(30)까지 연장되는 측벽(26)을 갖는 하우징(22)을 포함할 수 있음을 도시하고 있다. 커버(24)는 공기 처리 표면(32), 및 커버(24)의 주변부를 따라 위치된 고정 플랜지(34)를 포함할 수 있다. 커버(24)는 하우징 주연부(28)에서 측벽(26)에 고정될 수 있다. 커버(24)는 내부에 위치된 윈도우(38)를 포함하는 불투명한 연장부(36)를 추가로 포함할 수 있다. 윈도우(38)는 사용 수명 종료 표시기(ESLI)(40)가 윈도우를 통해 보이게 한다. 윈도우(38)는 윈도우에 주의를 끌기 위해 그리고 표시기에 대해 90도의 ESLI 관찰을 촉진하기 위해 윈도우의 주위에 위치된 불투명한 프레임(39)을 가질 수 있다. 연장부(36)는 커버를 구성하는 재료의 선택, 예를 들어 플라스틱 수지 또는 염료 선택을 통해, 또는 연장부(36)의 내측 또는 외측 표면 상에 불투명한 매체의 인쇄를 통해 불투명하게 될 수 있다. 연장부(36)가 불투명한 것으로 간주되게 하기 위해 연장부(36) 전체가 불투명할 필요는 없다. 예를 들어, 윈도우를 한정하기에 충분한 일부분만이 불투명할 필요가 있다. 따라서, 연장부(36)의 적어도 일부의 부분은 불투명하고, 다른 부분은 투명할 수 있다. 연장부(36)는 전체 하우징 측벽(26)의 깊이의 상당한 부분에 걸쳐 존재하도록 커버(24)의 고정 플랜지(34)로부터 멀리 연장될 수 있다. 대안적으로, 연장부(36)는 플랜지(34)의 단지 하나 또는 두 개의 세그먼트(37) 상에서 고정 플랜지(34)로부터 연장될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 연장부가 하우징 측벽(26)의 대향하는 부분(41, 41')들 위에 제공될 수 있다(도 4). 연장부(36)는 약 3 내지 6 센티미터(㎝) 길이 × 약 1 내지 2 ㎝ 폭(깊이)이 되도록 구성될 수 있다. 하우징 측벽(26) 내에 윈도우 페인을 제공함에 있어서, 측벽은 윈도우(38)를 통해 보는 사람이 ESLI(40)를 관찰하는 것이 방해되지 않도록 측벽의 전체 표면의 대부분의 전체에 걸쳐 또는 ESLI(40)의 부근에서만 투명할 수 있다. ESLI는 하우징 측벽(26)의 내측 표면에 맞대어져 병렬 배치될 수 있다. 따라서, 윈도우(38)는 불투명한 연장부(36) 내에 위치된 제1 페인 및 하우징 측벽(26) 내에 위치된 제2 페인을 가질 수 있다. 제1 윈도우 페인은 공기 이동을 허용하는 개방된 페인일 수 있는 반면, 제2 페인은 기체 전달에 대해 불투과성인 중실형(solid) 페인일 수 있다. 부가적으로, 복수의 ESLI가 또한 사용되게 하도록 복수의 윈도우(38)가 하나 이상의 연장부에 사용될 수 있으며, 이에 의해 각각의 ESLI는 상이한 오염물질, 예를 들어 산성 기체, 암모니아, 포름알데히드, 및 유기 증기 또는 상이한 유기 증기 오염물질 농도에 대처한다 - 본 특허 출원과 동일자로 출원되고 발명의 명칭이 "다층 비색 센서 어레이(Multilayer Colorimetric Sensor Arrays)"인 미국 특허 출원 제61/180,492호(대리인 관리 번호 : 65359US002)를 참조 -. 윈도우 페인(들)은 이에 수직으로 보았을 때 원형에 추가하여 다양한 형상, 예를 들어 직사각형, 타원형, 삼각형, 5각형, 6각형, 7각형, 8각형 등을 취할 수 있다.
필터 카트리지 사용 동안에, 주위 공기는 공기 처리 표면(32) 내에 위치된 일련의 흡기 포트(43)들을 통과해 이동한다. 이러한 공기는 이어서 필터 재료(42)를 통과하며, 여기서 주위 공기 중에 존재하는 오염물질이 제거된다. 필터 재료(42)를 통과할 때, 공기는 처음에 제1 주 표면(45)에서 필터 재료(42)에 진입하고 제2 주 표면(47)에서 필터 재료로부터 나간다. 필터 재료(42)를 통과한 후에, 공기는 필터 카트리지(12)의 기부(46)에 맞대어져 병치되는 플리넘(plenum)(44)에 진입할 수 있다. 플리넘(44) 내에 존재하는 공기는 이어서 필터 카트리지 출구 포트(48)를 통과한다. 여과된 공기는 이어서 마스크 본체(14)의 내부 기체 공간에 진입할 수 있으며, 여기서 공기는 호흡기 착용자에 의해 흡기될 수 있다. 공기가 필터 카트리지를 통과해 이동할 때, 공기 중에 존재하는 오염물질은 ESLI와 상호작용한다. 일단 충분한 농도의 오염물질이 ESLI와 상호작용하면, 색상을 변화시킬 것이다. 색상 변화는 구배의 형태일 수 있으며, 따라서 관찰될 필요가 없는 색상 변화를 마스킹하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 이러한 목적을 위해 제공되는 윈도우(38)는 하우징(22)의 측벽(26)을 따라 적절하게 위치되어야 한다. 윈도우(38)의 위치설정은 사용되고 있는 특정 ESLI, 활성 미립자, 필터 카트리지(12) 내에서의 ESLI 및 활성 미립자의 위치, 및 행정기관(예를 들어, NIOSH) 요건에 의존할 수 있다. 윈도우 정렬 위치는 필터 재료(42)의 제1 주 표면(45)과 제2 주 표면(47) 사이의 카트리지의 y 차원에서 축방향으로 배치될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 정렬 위치는 필터 재료(42)의 제1 주 표면(45)과 제2 주 표면(47) 사이의 대략 중간에 위치될 수 있는 반면, 다른 실시 형태에서 정렬 위치는 제1 주 표면(45)보다 제2 주 표면(47)에 더 가까이 축방향으로 배치될 수 있다.
일부 ESLI는 표시기로부터 90도로 관찰되지 않을 때 상이한 색상을 갖는 것처럼 보일 수 있다. 그러한 비-수직 관찰로부터의 판독자 오류를 배제하기 위해 그리고 표시기의 충분한 가시성을 허용하기 위해, 도 5에 도시된 윈도우는 바람직하게는, ESLI가 약 20 내지 70도, 전형적으로 약 30 내지 60도, 더욱 더 전형적으로 약 45 내지 55도인 각도 오메가(θ)에 의해 한정되는 시야 원추를 통해서만 관찰될 수 있도록 구성된다. 각도 θ는 윈도우로부터 수직으로 연장되는 선(51)과, 이 선(51)으로부터 ESLI가 윈도우(38)를 통해 더 이상 관찰될 수 없는 곳까지 측방향으로 오프셋(offset)된 선(53) 사이의 각도이다. 윈도우는 전형적으로 약 2 내지 10 밀리미터(㎜), 더 통상적으로 약 3 내지 5 ㎜의 직경 d를 가질 것이다. 윈도우의 두께 t는 약 1.2 내지 12 ㎜, 더 전형적으로 약 3 내지 6 ㎜일 수 있다. 윈도우 직경 d에 대한 윈도우 두께 t의 비(종횡비(aspect ratio))는 전형적으로 약 0.1 내지 6, 더 전형적으로 0.5 내지 3, 그리고 더욱 더 전형적으로 약 1 내지 1.5이다. 윈도우의 표면 또는 개방 면적은 전형적으로 약 3 내지 1000 ㎟, 더 통상적으로 7 내지 20 ㎟이다. 커버 연장부(36)는 바람직하게는 커버(24)와 일체형이어서, 커버(24)가 제조되는 것과 동시에 마스킹 특징부가 제공될 수 있게 한다. 불투명한 연장부(36) 상의 윈도우 페인의 형상과 유사한 형상을 갖는 기준 표시기(52)가 윈도우(38)에 인접하게 연장부(36) 상에 배치될 수 있어, 필터 카트리지를 교환할 필요성을 나타내는 ESLI의 특정 색상, 색조, 및/또는 반사율을 착용자가 식별할 수 있게 한다.
본 발명과 관련한 필터 카트리지 제조시, 필터 카트리지 하우징, 필터 매체 및 커버는 현재 알려져 있거나 나중에 개발될 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 필터 카트리지 하우징 및 커버는 사출 성형 작업을 이용해 제조될 수 있다. 제1 스크림(scrim)(54)은 필터 재료(42)를 도입하기 전에 플리넘(44)의 상부에 위치될 수 있다. 필터 재료(42)는 기체 또는 증기 오염물질을 제거하고 하나 이상의 원하지 않는 오염물질을 흡수흡착할 수 있는 활성 미립자를 포함하는 필터 재료일 수 있다. 흡수흡착성 매체는 활성탄 및 활성 알루미나와 같은 다양한 활성 미립자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 브레이(Brey) 등의 미국 특허 제7,309,513호, 센쿠스(Senkus) 등의 미국 특허 제5,696,199호, 에블러(Abler) 등의 미국 특허 제5,496,785호, 및 브라운(Braun) 등의 미국 특허 제5,078,132호는 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 다양한 유형의 활성 미립자를 기술하고 있다. 활성 미립자는 패킹되거나 접합된 베드(bed)의 형태일 수 있다 - 예를 들어, 브라운 등의 미국 특허 제5,033,465호 및 센쿠스의 미국 특허 제6,391,429호 참조 -. ESLI(40)는 활성 미립자 도입 전에 하우징 측벽(26)의 내측 표면에 맞대어져 배치될 수 있다. ESLI는 필터 사용 수명이 종료되었을 때 적절한 색상 변화가 윈도우(38)를 통해 보일 수 있도록 y 차원에 대해서 적절하게 위치될 필요가 있다. y 축을 따른 위치설정에서의 작은 편차는 응답 신호에서 큰 차이를 야기할 수 있다. 제2 스크림(56)은 필터 재료(42)의 상류측 표면(45) 상에 배치될 수 있다. 상류측 스크림(56)은 적합한 섬유질 매체를 포함할 수 있으며, 섬유질 매체는 활성 미립자를 제위치에 유지하는 것을 돕고 섬유질 매체를 가로질러 낮은 압력 강하를 제공하며 섬유질 매체를 통과하는 공기를 적절하게 분배하는 것을 돕는다. 스크림(54, 56)을 위해 사용될 수 있는 재료의 예는 부직 폴리에스테르 및 부직 폴리프로필렌, 예를 들어 스펀본드 웨브(spunbond web)를 포함한다. 필터 재료(42) 및 스크림(54, 56)이 카트리지 하우징(22) 내에 적절하게 위치된 후에, 카트리지 커버(24)가 하우징 측벽(26)에 고정될 수 있다. 이 고정은 예를 들어 용접 또는 접착제 접합을 포함하는 기계적, 화학적 또는 물리적 수단, 또는 임의의 다른 적합한 수단에 의해 플랜지(34)에서 달성될 수 있다. 커버(24)가하우징(22) 상에 위치되어 필터 카트리지(12)가 적절하게 조립되게 하였을 때, 윈도우(38)는 그의 적절한 정렬 위치에 있을 것이다. 따라서 본 발명은, 당업계에서 일반적인 것이고 윈도우의 일관되고 재현가능한 위치설정을 가능하게 하는 제조 기술을 사용하여 그러한 정렬이 달성되게 한다.
본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 ESLI는 바람직하게는 공기로부터 여과될 것이 요구되는 기체 증기를 흡수 또는 흡착하는 수동형 센서이다. ESLI는 본질적으로 필터가 그의 유용 수명의 종료에 직면했다는 적절한 표시를 호흡기 착용자에게 제공할 수 있는, 알려져 있거나 나중에 개발될 임의의 장치(수동형 또는 능동형)일 수 있다. 수동형 사용 수명 종료 표시기의 예가 라코우(Rakow) 등의 미국 특허 공개 제2008/0063575A1호 및 제2008/0063874A1호에 기술되어 있다. 채용될 수 있는 ESLI는 유기 증기, 반응성 기체, 예를 들어 산성 기체(예를 들어, SO2, C12, HCl, HCN, HF, H2S, 및 질소 산화물) 및 염기성 기체(예를 들어, 암모니아, 메틸아민), 및 사이노젠 염화물 및 포름알데히드에 응답하는 것을 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이들 사용 수명 종료 표시기(60)는 호흡기 필터 카트리지의 기체 입구로부터 기체 출구로 유동하는 관심대상의 증기를 흡수흡착할 수 있는 박막 다층 구성을 포함할 수 있다. 그러한 수동형 ESLI는 전형적으로 다공성 검출층(62), 반반사층(semi-reflective layer)(64), 및 반사층(66)을 포함한다. 다공성 검출층(62)은 특정 증기의 존재시 변화하는 두께를 갖는다. 반반사층(64)은 ESLI의 외부로부터 관찰가능하고, 일반적으로 증기에 의해 투과되지 않는다. 반사층(66)은 일반적으로 증기에 대해 투과성이고 필터 매체에 충분히 근접해 있어, 증기가 반사층을 통과해 검출층(62) 내로 들어가고 검출층 광학 두께를 충분히 변화시켜 반반사층(64)을 통해 관찰했을 때 표시기 외양에 가시적으로 구별가능한 변화를 야기할 수 있게 한다.
본 발명과 관련하여 사용되는 ESLI는 강성이거나 가요성일 수 있다. ESLI는 접착제, 물리적, 패킹 기술, 또는 기계적 결합과 같은 다양한 수단에 의해 하우징 카트리지 내부에 고정될 수 있다. 가요성 표시기는 바람직하게는 파단됨이 없이 충분히 굽힘가능하여, 가요성 표시기가 하나 이상의 롤 가공 단계를 사용해 제조될 수 있게 한다.
ESLI는 하나 이상의 롤 가공 단계에서 취급될 수 있는 가요성 플라스틱 필름 또는 유리와 같은 선택적인 기재(substrate)(68)를 포함할 수 있다. 기재는 바람직하게는 충분히 낮은 증기 투과성을 가져서, 관심대상의 증기(들)가 ESLI 검출층 내외로 투과되지 않게 할 것이다. 다공성 기재가 반사층과 흡수흡착 매체 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 관심 대상의 증기는 흡수흡착 매체로부터 투과성 기재 및 반사층을 통과한 후 검출층 내로 들어가도록 허용될 수 있다. ESLI의 전체 두께(기재는 제외)는 약 0.5 내지 2 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
반반사층 및 반사층들은 각각 확산 또는 바람직하게는 경면 광 반사를 제공하며 시각적으로 쉽게 인식가능한 표시기 외양 변화를 제공하기에 적절하게 이격될 때 상호작용할 수 있는 다양한 재료들로 제조될 수 있다. 적합한 반반사층 및 반사층 재료는 금속, 예를 들어 알루미늄, 크롬, 금, 니켈, 규소, 은, 팔라듐, 백금, 티타늄, 및 그러한 금속들을 함유하는 합금; 금속 산화물, 예를 들어 산화크롬, 산화티타늄 및 산화알루미늄; 및 미국 특허 제 5,699,188호(길버트(Gilbert) 등), 제5,882,774호(존자(Jonza) 등) 및 제6,049,419호(휘틀리(Wheatley) 등), 및 PCT 출원공개 WO 97/01778호(오우더커크(Ouderkirk) 등)에 기술된 다층 광학 필름(복굴절성 다층 광학 필름을 포함)을 포함한다. 반반사층과 반사층은 동일하거나 상이할 수 있다. 금속 나노입자 코팅(예컨대, 금속 나노입자 잉크)이, 미국 특허 출원 공개 제2008/0063874A1호에 설명된 바와 같이, 반사층을 형성하도록 채용될 수 있다.
반반사층은 반사층보다 덜 반사성이고 일부 입사광을 투과시킨다. 반반사층은, 예를 들어 약 2 내지 약 50 나노미터(㎚)의 물리적 두께, 약 20 내지 약 80%의 500 ㎚에서의 광 투과율, 및 약 80 내지 약 20%의 500 ㎚에서의 반사율을 가질 수 있다. 반반사층 자체는 증기에 대해 비투과성일 수 있고(그러한 경우, 바람직하게는 연속적임), 적합한 기재 상에 또는 달리 그에 인접하게 선택적으로 코팅될 수 있다. 반반사층은 또한 증기에 대해 투과성일 수 있고(그러한 경우, 예를 들어 불연속적이거나 반연속적일 수 있음), 적합하게 증기-비투과성인 기재 상에 또는 달리 그에 인접하여 코팅될 수 있다. 검출층에 인접한 반반사층의 면은 바람직하게는 약 ± 10 ㎚ 이내로 평평하다.
반사층은 예를 들어 약 1 내지 약 500 ㎚의 물리적 두께, 약 0 내지 약 80%의 500 ㎚에서의 광 투과율, 및 약 100 내지 약 20%의 500 ㎚에서의 반사율을 가질 수 있다. 반사층은 바람직하게는 다공성이거나, 패턴화되거나, 불연속적이거나, 반연속적이거나 또는 달리 충분히 투과성이어서, 증기가 흡수흡착 매체로부터 반사층을 통과해 검출층 내로 들어갈 수 있게 한다.
검출 층 혼합물은 균질 또는 비균질일 수 있고, 예를 들어 무기 성분들의 혼합물, 유기 성분들의 혼합물, 또는 무기 및 유기 성분들의 혼합물로 제조될 수 있다. 성분들의 혼합물로 제조된 검출층은 분석물 그룹의 개선된 검출을 제공할 수 있다. 검출층은 바람직하게는 흡수흡착 매체의 증기 흡수흡착 특성과 유사한 증기 흡수흡착 특성을 제공하도록 선택된 소정 범위의 기공 크기 또는 표면적을 갖는다. 적합한 다공성은 미국 특허 제6,573,305 B1호(썬호스트(Thunhorst) 등)에 기술되어 있는 것과 같은, 높은 내부상 에멀전(high internal phase emulsion)으로 제조된 발포체와 같은 다공성 재료를 사용하여 얻어질 수 있다. 다공성은 또한 미공성 재료를 생성하기 위한 이산화탄소 발포(문헌["Macromolecules", 2001, vol. 34, pp. 8792-8801] 참조)를 통해, 또는 중합체 블렌드들의 나노상 분리(문헌["Science", 1999, vol. 283, p. 520 참조)에 의해 얻어질 수 있다. 일반적으로, 기공 직경은 바람직하게는 원하는 표시기 색상의 피크 파장보다 더 작다. 예를 들어 약 0.5 내지 약 20 ㎚, 0.5 내지 약 10 ㎚, 또는 0.5 내지 약 5 ㎚의 평균 기공 크기를 갖는 나노 크기의 기공이 바람직하다.
대표적인 무기 검출층 재료는 다공성 실리카, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물, 및 광학 간섭에 의해 색상 또는 비색 변화를 생성하기에 적절한 두께의 투명한 다공성 층으로 형성될 수 있는 다른 무기 재료를 포함한다. 예를 들어, 무기 검출층 재료는 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 질화티타늄, 산질화티타늄, 산화주석, 산화지르코늄, 제올라이트 또는 이들의 조합일 수 있다. 다공성 실리카가 그의 강인성 및 습식 에칭 처리와의 적합성으로 인해 특히 바람직한 무기 검출층 재료이다.
대표적인 다공성 실리카 재료가 문헌[Ogawa et al., Chem. Commun. pp. 1149-1150 (1996)], 문헌[Kresge et al., Nature, Vol. 359, pp. 710-712 (1992)], 문헌[Jia et al., Chemistry Letters, Vol. 33(2), pp. 202-203 (2004)], 및 미국 특허 제5,858,457호(브링커(Brinker) 등)에 기술되어 있다. 다양한 유기 분자가 또한 유기 템플릿으로서 채용될 수 있다. 예를 들어, 포도당 및 만노스와 같은 당이 다공성 규산염을 생성하기 위한 유기 템플릿으로서 사용될 수 있다(문헌[Wei et al, Adv. Mater. 1998, Vol. 10, p. 313 (1998)] 참조).
대표적인 유기 검출층 재료는 소수성 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 2작용성 단량체, 비닐 단량체, 탄화수소 단량체(올레핀), 실란 단량체, 플루오르화 단량체, 하이드록실화 단량체, 아크릴아미드, 무수물, 알데히드-작용화된 단량체, 아민- 또는 아민염-작용화된 단량체, 산-작용화된 단량체, 에폭사이드-작용화된 단량체, 및 이들의 혼합물 또는 조합을 포함한 단량체의 부류로부터 제조되거나 제조가능한 중합체, (블록 공중합체를 포함한) 공중합체, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 미국 특허 출원 공개 제2004/0184948 A1호는 그러한 단량체들의 광범위한 목록을 포함하고 있다. 전술한 고유 미공성을 갖는 중합체(polymer having intrinsic microporosity, PIM)가 특히 바람직한 검출층을 제공한다. PIM은 전형적으로 미공성 고체를 형성하는 비네트워크 중합체이다. 전형적으로 높은 강성 및 뒤틀린 분자 구조로 인해, PIM은 공간을 효율적으로 충전할 수 없어서, 개시된 미공성 구조를 제공한다. 적합한 PIM은 문헌["Polymers of intrinsic microporosity (PIMs): robust, solution-processable, organic microporous materials," Budd et al., Chem. Commun., 2004, pp. 230-231]에 개시된 중합체를 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 추가적인 PIM이 문헌[Budd et al., J. Mater. Chem., 2005, 15, pp. 1977-1986], 문헌[McKeown et al., Chem. Eur. J. 2005, 11, No. 9, 2610-2620], 및 PCT 출원 공개 WO 2005/012397 A2호(맥권(McKeown) 등)에 개시되어 있다.
검출층의 두께는 또한 예를 들어 미국 특허 제6,010,751호(쇼(Shaw) 등)에 기술되어 있는 바와 같이 패턴화될 수 있다. 이 패턴은 (예를 들어, 더 얇은 부분이 더 두꺼운 부분과 동일한 두께로 팽창하는 경우) 사라지거나, (예를 들어, 일부분이 인접 부분보다 더 작은 두께로 수축하는 경우) 나타날 수 있다. 트립 포인트(trip point)에 도달된 때를 착용자가 용이하게 식별하게 하는 기준 표시기를 제공할 때, 검출층 두께는 ESLI의 트리핑 포인트와 동일한 외양을 달성하기 위해 변경될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 윈도우를 통해 보여지는 ESLI와 구조적으로 동일한 ESLI 기준이 그의 응답 신호로 강제되고 그 상태에서 유지될 수 있다. 또는, 검출층이 더 두껍게 제조되어 기준 ESLI가 요구되는 응답 신호를 디스플레이하게 할 수 있다. 이러한 유지된 ESLI가 기준 표시기로서 필터 카트리지의 외부에 배치될 수 있어, 이것과 윈도우를 통해 보여지는 이미지 사이에 비교가 이루어질 수 있게 한다. 윈도우를 통해 보여지는 ESLI가 기준 표시기와 동일한 것처럼 보일 때, 착용자는 필터 카트리지가 그의 사용 수명의 종료에 직면했음을 알게 된다. 적절한 염료 또는 안료를 사용하여 센서의 최종 상태와 일치하거나 이에 근사하는 기준 색상을 인쇄하는 것이 또한 가능하다.
ESLI는 원하는 경우 추가의 층 또는 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 전술한 미국 특허 제4,208,194호에 기술되어 있는 바와 같은 피브릴화(fibrillated) PTFE의 매트릭스 내에 활성탄 입자가 매립된 웨브인) 흡수흡착제 장입 복합체의 다공성 층이 반사층과 흡수흡착 매체 사이에 배치되어, 표시기 내로 침투하는 증기를 균질화하거나 달리 흡수흡착 매체 내의 상태에 대한 표시기 응답을 완화시킬 수 있다. 필터 카트리지가 교체되어야 함을 나타내는 색상 또는 색조로 ESLI가 변화할 때, 그러한 외양의 변화는 필터 카트리지의 교체를 요구하는 특정 수준의 흡수흡착제 고갈을 반영한다. 다시 말하면, 필터 카트리지의 제조업자는 특정 수준의 흡수흡착제 고갈이 달성될 수 있도록 특정 ESLI의 선택 및 정렬 위치로의 윈도우의 위치설정을 조절할 수 있다. 흡수흡착제 고갈의 수준의 선택은, 필터 카트리지가 교체될 필요가 있는 것으로 식별될 때 흡수흡착제가 100% 고갈되지 않도록 충분한 버퍼를 제공하는 것을 포함한 다양한 요인에 의존할 수 있다. 흡수흡착제 고갈의 수준은, 예를 들어 1시간 내지 3시간의 추가의 사용을 제공하여, ESLI가 응답 신호의 충족 또는 카트리지 교체에 대한 필요성을 나타내는 색상 변화를 겪고 있음을 착용자가 인지하기에 충분한 시간을 갖게 하도록 확인될 수 있다.
필터 카트리지는 또한 미립자를 제거하기 위해 형성된 필터 매체의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 섬유질 미립자 필터가 주위 공기로부터 미립자 오염물질을 제거하기 위해 활성 미립자에 대해 상류측 또는 하류측에 사용될 수 있다. 다양한 섬유질 웨브가 미립자 필터로서 사용하기에 적합할 수 있다. 이들 웨브는 전형적으로 에어-레이드(air-laid) 공정, 웨트-레이드(wet-laid) 공정, 하이드로-인탱글먼트(hydro-entanglement), 스펀본드 공정, 및 멜트블로운(meltblown) 공정과 같은 기술들로부터 제조될 수 있는 부직 섬유질 구조물이며, 이는 문헌[Van A. Wente, Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem. 1342-46] 및 문헌[Report No. 4364 of the Naval Research Laboratories, published May 25, 1954, entitled Manufacture of Super Fine Organic Fibers by Van A. Wente et al]에 기술되어 있다. 섬유질 웨브는 이들 기술의 조합 및 그러한 섬유들의 조합을 사용해 제조될 수 있다. 미세섬유(microfiber), 특히 멜트블로운 미세섬유가 필터로서 사용되는 섬유질 웨브에 사용하기에 특히 적합하다. 이러한 문헌에 사용되는 바와 같이, "미세섬유"는 유효 직경이 약 35 마이크로미터 이하인 섬유(들)를 의미한다. 유효 섬유 직경은 문헌[Davies, C.N., The Separation of Airborne Dust and Particles, Inst. Mech. Engn., London Proc. 1B (1952)]의 방정식 번호 12를 사용하여 계산될 수 있다. 여과 응용의 경우, 미세섬유는 전형적으로 약 30 마이크로미터 미만, 더 전형적으로 약 1 내지 약 15 마이크로미터의 유효 섬유 직경을 갖는다. 피브릴화 필름으로 제조된 섬유가 또한 사용될 수 있다 - 예를 들어, 반 턴아우트(Van Turnout)의 미국 재발행 특허 제30,782호, 제32,171호, 미국 특허 제3,998,916호 및 제4,178,157호 참조 -. 본 발명의 공정에 의해서 제조된 부직 웨브는 2, 2.1, 2.2 및 2.3을 초과하는 품질 계수 QF를 나타낼 수 있다.
스테이플 섬유(staple fiber)가 또한 웨브 로프트(loft)를 개선하기 위하여, 즉 그 밀도를 감소시키기 위하여 미세섬유와 조합될 수 있다. 웨브 밀도를 감소시키는 것은 웨브에 걸친 압력 강하를 낮출 수 있어, 공기가 필터를 보다 쉽게 통과하게 할 수 있다. 더 낮은 압력 강하는 이에 의해 호흡 기구를 착용하기에 더욱 편안하게 하기 때문에 개인용 호흡 보호 기구에 있어 특히 바람직하다. 압력 강하가 더 낮은 경우, 필터를 통해 공기를 흡인하는 데에 더 적은 에너지를 필요로 한다. 음압(negative pressure) 마스크 - 즉, 필터를 통해 공기를 흡인하기 위해 착용자의 폐로부터의 음압을 필요로 하는 호흡기 - 를 착용하는 호흡기 착용자는 여과된 공기를 호흡하기 위하여 그렇게 힘들게 노력할 필요는 없다. 더 낮은 에너지 요건은 또한 전원형 여과 시스템(powered filtering system)에서 팬에 전력을 공급하는 것과 관련된 비용을 줄이고 전지 전원형 시스템에서 전지의 사용 수명을 연장함에 있어서에 유리할 수 있다. 전형적인 부직 섬유질 필터에서, 약 90 중량% 이하, 더 전형적으로 약 70 중량% 이하의 스테이플 섬유가 존재한다. 종종, 나머지 섬유는 미세섬유이다. 스테이플 섬유를 포함하는 웨브의 예는 하우저(Hauser)의 미국 특허 제4,118,531호에 개시되어 있다.
본 발명이 착용자의 코, 입 및 눈을 덮는 전체-안면 호흡기 마스크를 사용하여 예시되었지만, 본 발명은 또한 착용자의 코와 입만을 덮는 하프-마스크(half-mask)와 관련하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명과 관련하여 사용되는 필터 카트리지는 영구적으로 또는 제거가능하게 마스크 본체에 부착될 수 있다. 부가적으로, 호흡기는 마스크 본체에 부착가능한 하나 이상의 필터 카트리지를 가질 수 있다. 하니스는 또한 다양한 구성이 될 수 있으며, 호흡기를 착용자의 머리 상에 지지하기 위해 크라운(crown) 부재와 같은 추가의 부품을 포함할 수 있다. 따라서, 필터 카트리지 상에 배치된 사용 수명 종료 표시기를 갖는 호흡기 마스크를 제공할 때 본 발명에 의해 다양한 실시형태가 고려된다.
실시예
ESLI 제조
2.0 리터(L)의 3구 둥근 바닥 플라스크 내에서, 33.4357 그램(g)의 3,3,3',3'-테트라메틸-1,1'-스피로비스인단-5,5',6,6'-테트롤 (테트롤) 및 19.8016 g의 테트라플루오로테레프탈로니트릴(TFTN)을 900 밀리리터(㎖)의 무수 N,N-다이메틸 포름아미드(DMF)에 용해시켰다. 이 용액을 기계적 교반기로 교반하고, 1시간 동안 질소를 이 용액에 통과시켜 버블링하였다. 이 용액에 81.4491 g의 탄산칼륨을 첨가하였다. 플라스크를 68℃의 오일조 내에 두었다. 이 혼합물을 65시간 동안 질소 분위기 하에서 이러한 승온에서 교반하였다. 이 중합 혼합물을 9.0 L의 물에 부었다. 생성된 침전물을 진공 여과에 의해 단리시키고 600 ㎖의 MeOH로 세척하였다. 단리된 물질을 팬(pan)에 펼쳐 놓고 하룻밤 동안 공기 건조되게 하였다. 이 고형물을 병에 넣고 4시간 동안 68℃에서 진공 하에 건조시켰다. 생성된 황색 분말을 450 ㎖의 THF에 용해시켰다. 이 용액을 9.0 L의 메탄올에 천천히 부었다. 형성된 침전물을 진공 여과에 의해 단리시켰다. 단리된 물질을 팬에 펼쳐 놓고 하룻밤 동안 공기 건조되게 하였다. 이 고형물을 병에 넣고 4시간 동안 68℃에서 진공 하에 건조시켰다. 메탄올 중에서의 침전을 1회 더 수행하였다. 생성된 밝은 황색의 건조된 중합체는 42.80 g으로 칭량되었다. 광 산란 검출을 사용한 GPC에 의한 이 중합체의 분석은 이 물질이 대략 30,900의 Mn을 가짐을 보여주었다.
멜리넥스(Melinex) ST505 투명 PET 상에 10 ㎚ 두께의 Ni 금속층을 증착시킴으로써 금속화 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기재를 제조하였다. 클로로벤젠 중 4 중량% TFTN-PIM 용액을 준비하고, Ni-코팅된 PET 상에 스핀 코팅에 의해 대략 600 ㎚의 두께로 용액 침착시켰다. 은 나노입자층을 100 g의 1-메톡시-2-프로판올로 희석된 100 g의 스톡 나노실버 현탁액(한국 소재의 어드밴스트 나노프로덕츠(Advanced Nanoproducts)로부터의 DGP-40LT-15C, 메탄올 중 40 중량% 은)을 사용하여 TFTN-PIM 층 상에 용액 침착시켰다. 은 현탁액을 PIM 층 상에 스핀 코팅하였다. 침착 후에, 전체 센서 구조물을 1시간 동안 섭씨 150도에서 가열하여 은 나노입자를 소결시켰다. 생성된 박막 표시기는 투명 PET 기재를 통해 수직으로 시각적으로 관찰했을 때 녹색 외양을 가졌다.
카트리지 조립체
필터 카트리지 하우징을 투명 스티렌(쉐브론-필립스(Chevron-Phillips)로부터의 K-레진(K-Resin))으로 성형하였다. 리메이(Remay)™ 스펀본드 폴리에스테르(영국 런던 소재의 파이버웨브(Fiberweb)로부터 입수가능함)로 제조된 스크림을 하우징의 바닥의 위치에 용접하였다. 광 전사 접착제(transfer adhesive)(쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터의 쓰리엠 옵티컬리 클리어 어드헤시브(3M Optically Clear Adhesive) 8172)를 사용하여 PET와 카트리지 측벽 사이에 접합부를 형성함으로써 표시기를 하우징의 투명한 내측 벽에 부착시켰다. 이어서 나머지 여과 카트리지 체적을 45.8 g의 활성탄 흡수흡착제(쿠라레이 코포레이션(Kuraray Corp.)으로부터의 GG 탄소, 12X20 메시 크기)로 충전하였다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 연장부를 갖는 카트리지 입구 커버를 쾌속-조형(rapid-prototype) ABS 플라스틱을 사용하여 제조하였다. 리메이™ 스펀본드 폴리에스테르로 또한 제조된 제2 스크림을 커버의 내측 표면에 접착시켰다. 이어서 커버-스크림 조립체를 하우징에 음파 용접하여, 이 공정에서 활성탄을 압축하였다. 윈도우는 두께 t가 약 5 ㎜, 직경 d가 약 4.2 ㎜, 표면적이 약 13.9 ㎟, 그리고 시야 원추각(cone angle of visibility) θ가 약 50도였다. 생성된 카트리지는 임의의 노출 전에 윈도우를 통해 봤을 때 녹색 색상으로 보이는 ESLI를 나타냈다. 관찰자의 시선이 각도 θ의 외측에 있도록 카트리지가 경사졌을 때 표시기는 보이지 않았다.
본 발명은 그 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 것으로 제한되는 것이 아니라, 하기의 특허청구범위에 기재된 제한 및 이의 임의의 등가물에 의해 좌우되어야 한다.
본 발명은 또한 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소가 없을 경우에 적합하게 실시될 수 있다.
배경기술 부분에서 인용된 것을 비롯하여 위에서 인용된 모든 특허 및 특허 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 상기 명세서와 그러한 포함된 문헌의 개시 내용 간의 상충 또는 모순이 존재하는 경우에는, 상기 명세서가 우선할 것이다.

Claims (20)

  1. (a) 필터 재료;
    (b) 사용 수명 종료 표시기(end-of-service-life-indicator)(ESLI);
    (c) 필터 재료 및 ESLI가 내부에 배치되는 카트리지 하우징; 및
    (d) ESLI가 관찰될 수 있게 하는 윈도우(window)를 포함하며,
    윈도우는 ESLI가 윈도우를 통해서 20 내지 70도의 각도 θ에 의해 한정되는 원추 내에서만 보일 수 있도록 구성되는 필터 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 각도 θ는 30 내지 60도인 필터 카트리지.
  3. 제1항에 있어서, 각도 θ는 45 내지 55도인 필터 카트리지.
  4. 제1항에 있어서, 윈도우는 원형이고 직경이 2 내지 10 ㎜인 필터 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 윈도우는 원형이고 직경이 3 내지 5 ㎜인 필터 카트리지.
  6. 제1항에 있어서, 윈도우는 두께 t가 1.2 내지 12 ㎜인 필터 카트리지.
  7. 제1항에 있어서, 윈도우는 두께 t가 3 내지 6 ㎜인 필터 카트리지.
  8. 제1항에 있어서, 윈도우는 종횡비(aspect ratio)가 1 내지 6인 필터 카트리지.
  9. 제1항에 있어서, 윈도우는 종횡비가 0.5 내지 3인 필터 카트리지.
  10. 제1항에 있어서, 윈도우는 종횡비가 1 내지 1.5인 필터 카트리지.
  11. 제1항에 있어서, 윈도우는 표면적이 약 3 내지 100 ㎟인 필터 카트리지.
  12. 제1항에 있어서, 윈도우는 표면적이 약 7 내지 20 ㎟인 필터 카트리지.
  13. 제1항에 있어서, 윈도우는 윈도우 페인(pane)의 둘레에 위치된 프레임을 갖는 필터 카트리지.
  14. 제13항에 있어서, 카트리지 하우징은 윈도우의 부근에서 투명한 측벽을 갖는 필터 카트리지.
  15. 제14항에 있어서, 윈도우는 제1 페인 및 제2 페인을 갖고, 제1 페인은 하우징 측벽 내에 배치되며, 제2 페인은 카트리지 하우징에 부착되는 커버의 연장부 내에 배치되는 필터 카트리지.
  16. 제15항에 있어서, 카트리지 하우징 측벽 내에 배치된 페인은 유체 비투과성이고, 커버 연장부 내에 배치된 페인은 유체 투과성인 필터 카트리지.
  17. 제1항에 있어서, 윈도우는 윈도우 페인의 둘레에 위치된 프레임을 포함하는 필터 카트리지.
  18. 적어도 사람의 코와 입 위에 맞도록 구성되고, 제1항의 필터 카트리지가 하나 이상 부착가능한 마스크 본체.
  19. 제18항의 마스크 본체를 포함하는 호흡기.
  20. 마스크 본체; 마스크 본체에 부착되는 하니스(harness); 마스크 본체에 부착가능한 하나 이상의 필터 카트리지를 포함하며,
    필터 카트리지는 필터 재료 및 ESLI가 내부에 배치되는 하우징을 포함하고,
    필터 재료가 내부에 배치되는 하우징은 ESLI가 맞대어져 병치되는 측벽을 가지며,
    하우징은 공기가 필터 재료에 의해 여과되기 전에 통과할 수 있는 커버, 및 ESLI가 보일 수 있도록 ESLI의 부근에 위치되는 윈도우를 추가로 포함하고,
    윈도우는 20 내지 70도의 각도 θ에 의해 한정되는 시야 원추(cone of visibility)를 관찰자에게 제공하도록 구성되고, 윈도우는 0.5 내지 3의 종횡비, 1.2 내지 12 ㎜의 두께, 및 7 내지 20 ㎟의 표면적을 추가로 갖는 호흡기.
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