KR20130073919A - 중심 플리넘 및 하우징 측벽을 갖는 필터 카트리지 - Google Patents

중심 플리넘 및 하우징 측벽을 갖는 필터 카트리지 Download PDF

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KR20130073919A
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피에르 레가르
브리톤 지 빌링슬리
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

필터 카트리지(12)는 제1 및 제2 주 표면(32, 44)들 및 주연부(46)를 각각 갖고, 함께 접합된 활성 미립자를 각각 포함하는 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들을 갖는다. 플리넘(42)은 필터 매체의 각각의 층의 제2 주 표면(44, 44')과 접속되도록 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들 사이에 배치된다. 하우징 측벽(30)은 필터 매체의 제1 층(38)으로부터 필터 매체의 제2 층(40)까지 연장되고, 필터 매체의 제1 및 제2 층들의 주연부(46)에 고정된다. 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들의 제1 주 표면(32, 32')은 각각 유체 투과성이고 각각 외부 기체 공간과 유체 연통한다. 그러한 구조를 갖는 필터 카트리지(12)는 더 큰 부피의 구조물 내의 분기형 유동 패턴을 제공한다.

Description

중심 플리넘 및 하우징 측벽을 갖는 필터 카트리지{FILTER CARTRIDGE HAVING CENTRAL PLENUM AND HOUSING SIDEWALL}
본 발명은 하우징 측벽과 함께 중심 플리넘(plenum)을 갖는 필터 카트리지(filter cartridge)에 관한 것이다. 하우징 측벽은 카트리지를 프레임화하고, 중심 플리넘의 대향 측들에 배치되는 필터 매체 층들의 주연부(perimeter)에 점착되는 롤 기반(roll based) 재료로부터 제조될 수 있다. 필터 카트리지는 착용자에게 청정한 여과 공기를 제공하는 호흡기(respirator)에 사용하기에 적합하다.
호흡기는 작업자 등을 공기로 전달되는 위험 요소와 관련된 해로운 건강상 영향으로부터 보호하는 장치이다. 이 장치는 안면 주위에 착용되어, 호흡 공기 공급원으로부터 원치 않는 오염물질을 제거하는 역할을 한다. 오염물질들은 퓸(fume), 바이오에어로졸(bioaerosol), 또는 다른 입자와 같은 고체 입자일 수 있거나, 이들은 기체 또는 증기, 또는 그러한 물질들의 조합일 수 있다.
호흡기는 다양한 형상 및 형태가 있으며, 보통 착용자의 보호 요구에 따라 설계된다. 호흡기 제품은 전형적으로 먼지 마스크로 지칭되는 간단한 여과 접안부(facepiece)로부터, 하나 이상의 교체가능한 여과 카트리지와 함께 탄성중합체 접안부를 사용하는 보다 복잡한 시스템까지 다양하다. 일부 호흡기 장치는 착용자에게 청정한 공기 공급을 전달하는 것을 돕기 위해 송풍기를 추가로 채용한다. 이들 제품은 전형적으로 양압(positive pressure) 호흡기 또는 전동식 공기 정화 호흡기로 지칭된다.
다양한 여러 필터 카트리지 디자인이 호흡기 마스크와 함께 사용하기 위해 수년 간 개발되고 있다. 전형적인 필터 카트리지는 하우징 내에 배치된 활성 미립자(active particulate)의 필터 매체를 포함한다. 일부 디자인은 금속 캐니스터(canister) 내에 - 예를 들어 미국 특허 제4,543,112호 참조 -, 또는 지지 플레이트들 사이에 - 그리어(Greer) 등의 미국 특허 제7,419,526B2호 참조 - 활성탄의 패킹된 베드(packed bed)를 사용하고 있다. 다른 카트리지는 활성 미립자를 수용하기 위해 사출 성형된 플라스틱 하우징들을 사용하고 있으며 - 예를 들어 브라운(Braun) 등의 미국 특허 제5,078,132호 및 제5,033,465호 참조 -, 이 사출 성형된 플라스틱 하우징들은 구성요소들을 접합함으로써 함께 유지될 수 있다 - 센쿠스(Senkus) 등의 미국 특허 제5,952,420호 및 리코우(Rekow) 등의 미국 특허 제6,216,693호를 또한 참조 -. 보다 최근의 디자인에서, 조사자는 총 카트리지 중량을 감소시키기 위해 열성형된 하우징의 사용을 기술하고 있다 - 바이너(Viner) 등의 미국 특허 제7,497,217호 및 제6,874,499호 참조. 총 중량이 열성형된 하우징에 의해 감소될 수 있을지라도, 금속 또는 플라스틱 하우징을 사용하고 있는 공지된 필터 카트리지는 여전히 완성된 하우징 구조물에 부수되는 추가된 중량과 싸워야 한다. 전형적인 필터 카트리지는 또한 필터 매체에 걸친 압력 강하를 감소시키는 이중 유동 패턴을 제공하지 못하고 있다. 중심 플리넘에 의해 분리된 필터 매체의 2개의 이격된 층을 포함하는 분기형(bifurcated) 또는 이중 유동 카트리지가 또한 개발되고 있지만 - 브로스트롬(Brostrom) 등의 미국 재발행 특허 제35,062호 참조 -, 그러나 이들 이중 유동 제품은 카트리지 주연부를 한정하는 하우징 측벽을 갖고 있지 않다. 그 결과, 이중 유동 카트리지는 일반적으로 더 적은 부피의 필터 매체를 포함하고 있으며, 이는 필터 카트리지 사용 수명에 제한을 가하고 있다. 따라서, 공지된 필터 카트리지 제품은 하기에서 논의되는 바와 같이 본 발명이 다루고 있는 중량 대 사용 수명 경쟁에 직면하고 있다.
본 발명은 제1 및 제2 필터 매체 층들을 포함하는 신규한 필터 카트리지를 제공한다. 이들 층은 제1 및 제2 주 표면(major surface)들 및 주연부를 갖고, 함께 접합된 활성 미립자를 포함한다. 카트리지는 또한 각각의 필터 매체 층의 제2 주 표면들과 접속되도록 필터 매체의 제1 및 제2 층들 사이에 배치된 플리넘을 갖는다. 하우징 측벽은 필터 매체의 제1 층으로부터 필터 매체의 제2 층까지 연장되고, 필터 매체의 제1 및 제2 층들의 주연부의 적어도 일부분에 고정된다. 필터 매체의 제1 및 제2 층들의 제1 주 표면들은 각각 유체 투과성이고 각각 외부 기체 공간과 유체 연통한다.
본 발명은 또한 필터 카트리지를 제조하는 신규한 방법을 제공하며, 이 방법은 함께 접합되는 활성 미립자를 각각 포함하고 주연부를 각각 포함하는 제1 및 제2 필터 매체 층들을 제공하는 단계; 필터 매체 층들을 이격된 관계로 적층하는 단계; 및 필터 매체 층들의 주연부의 적어도 일부분에 롤 기반 하우징 측벽을 고정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 필터 카트리지는 중심 플리넘에 의해 분리된 필터 매체의 2개의 층을 갖기 때문에 여과를 위한 넓은 노출 표면적을 제공할 수 있다. 중심 플리넘의 사용을 통해, 단일 표면을 통한 단일 유동과 대조적으로 이중 공기 유입이 제공될 수 있다. 추가된 필터 매체 표면적은 필터 매체에 걸쳐 더 낮은 압력 강하가 달성될 수 있다는 점에서 유익하다. 호흡기 착용자는 종종 여과될 공기가 필터 매체를 통과하게 하는 데 필요한 동력을 공급할 책임이 있기 때문에, 압력 강하의 감소는 특히 사용자 편안함에 매우 유익할 수 있다. 본 발명에서의 하우징 측벽의 제공은 더 큰 깊이 또는 두께가 본 발명의 필터 카트리지에 제공되는 것을 가능하게 하며, 이는 부피를 증가시키고 연장된 제품 사용 수명을 제공한다. 2개의 필터 매체 층은, 그들의 주연부에서, 필터 매체 층들의 노출된 제1 표면으로부터 연장될 수 있는 하우징 측벽에 고정된다. 또한, 본 발명은 필터 카트리지의 일체화된 개별 구성요소들 - 단독으로 일반적으로 경량이고 작은 구조적 용량을 가짐 - 이 필터 카트리지로서 기능하기에 충분한 구조적 완전성 또는 강성을 갖는 3차원의 경량 구조물을 제공한다는 점에서 특별하다. 하우징 측벽은 간단한 롤 기반 재료로부터 유래될 수 있다. 따라서 생성되는 제품은 그의 총 부피에 비해 경량일 수 있다. 그리고 증가된 부피의 필터 매체가 사용될 수 있기 때문에, 제품 사용 수명은 중량에 대한 또는 부피에 대한 사용 수명의 더 큰 비(ratio)가 달성되도록 증가될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 다층 카트리지 구조에도 불구하고 조립 작업이 신속하게 달성될 수 있다는 점에서 유익하다. 개별 층들은 하우징 측벽을 형성하는 것과 동시에 함께 결합될 수 있다. 따라서 공정은 개선된 제조의 용이성을 제공하며, 이는 결과적으로 제품 원가를 낮출 수 있다. 요약하면, 본 발명의 필터 카트리지는 호흡기 사용자에게 연장된 사용 수명, 및 더 낮은 압력 강하 및 감소된 제품 중량의 형태로 개선된 편안함을 제공할 수 있으며, 본 발명의 방법은 다층 구조물을 위한 신속한 조립 작업을 제공할 수 있다.
용어
하기에 기재된 용어는 다음과 같이 정의된 의미를 가질 것이다:
"활성 미립자"는 촉매 작용 및/또는 이온 교환과 같은 화학적 특성 및/또는 포집, 흡착, 흡수, 또는 이들의 조합과 같은 물리적 특성을 포함한 일부 특징 또는 특성에 기여할 수 있는 일부 작용 또는 기능을 수행하기에 특히 적합한 입자 또는 과립(granule)을 의미한다;
"접합된"은 다른 접촉 구성요소 또는 물질의 사용을 통해 함께 유지되는 것을 의미한다;
"청정한 공기"는 오염물질을 제거하도록 여과된 소정 부피의 대기 중의 주위 공기를 의미한다;
"외부 기체 공간"은 호기된 기체가 마스크 몸체 및/또는 호기 밸브를 통과해 이를 지난 후에 진입하는 주위 대기 중의 기체 공간을 의미한다;
"필터 카트리지"는 공기가 내부 기체 공간에 진입하기 전에 공기를 여과할 목적으로 호흡기 마스크 몸체에 (제거가능하게 또는 영구적으로) 부착가능한 장치를 의미한다;
"필터 매체"는 이를 통과하는 공기로부터 오염물질을 제거하도록 설계된 공기 투과성 구조물을 의미한다;
"하우징 측벽"은 그 구조물의 측부의 적어도 일부분에 위치되는 공기 비투과성 표면을 의미한다;
"접속되다"는 대면하지만 반드시 직접 접촉하지는 않는 것을 의미한다(그들 사이에 다른 층이 있을 수 있음);
"내부 기체 공간"은 마스크 몸체와 사람의 안면 사이의 공간을 의미한다;
"다수"는 4개 이상을 의미한다;
"플리넘"은 하나 초과의 공기유동 경로가 수렴하거나 다른 공기유동 경로와 만나는 영역 또는 공간을 의미한다;
"복수"는 2개 이상을 의미한다;
"롤 기반"은 재료의 롤로부터 획득되는 것을 의미한다;
"고정된"은 함께 결합되는 것을 의미한다.
도 1은 마스크 몸체(14)의 대향 측들에 위치된 제1 및 제2 필터 카트리지(12, 12")들을 갖는 호흡기(10)의 사시도.
도 2는 특히 내측 면(face)(28)을 도시하는, 본 발명에 따른 필터 카트리지(12)의 사시도.
도 3은 도 2의 선 3-3을 통해 취한 필터 카트리지(12)의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 필터 카트리지(12)를 제조하는 방법을 도시하는 흐름도.
도 5는 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 필터 매체 제조 단계(54)의 사시도.
도 6은 본 발명의 필터 카트리지를 제조하는 것과 관련해 사용될 수 있는 적층 단계(56)를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 필터 카트리지를 제조하는 데 사용될 수 있는 래핑(wrapping) 단계(58)의 사시도.
본 발명의 실시에 있어서, 탄성중합체 접안부에 연결되는 하나 이상의 분리가능한 카트리지를 포함하는 유형의 음압(negative pressure) 호흡기에 사용하기에 적합한 필터 카트리지가 제공된다. 필터 카트리지는 카트리지 외부에 위치된 피팅(fitting)을 통해 접안부 내부로 전달될 수 있는 분기형 공기유동 패턴을 채용한다. 분기형 필터는 카트리지의 2개의 면을 통해 양방향으로 발생하는 공기 유동 경로들을 갖는다. 이 유동 경로들은 중심 플리넘에서 만난다. 이들 필터 카트리지는 때때로 분할형 유동 필터로 지칭된다. 하우징 측벽이 이격된 필터 매체 층들 각각의 주연부에 고정되어 스트립 프레임화된 필터 카트리지를 형성한다. 하우징 측벽은 경량의 롤 기반 재료의 형태를 취할 수 있다.
도 1은 사람에 의해 머리에 착용되어 코 및 입을 덮을 수 있는 호흡기 마스크(10)를 도시하고 있다. 호흡기 마스크(10)는 마스크 몸체(14)의 대향 측들에 위치된 제1 및 제2 필터 카트리지(12, 12')들을 갖는다. 필터 카트리지(12, 12')는 마스크 몸체(14)에 분리가능하게 또는 영구적으로 고정될 수 있다. 카트리지(12, 12')는 주위 공기가 마스크 몸체(14) 내에 위치된 내부 기체 공간 내로 들어가기 전에 주위 공기를 여과한다. 내부 기체 공간에 존재하게 되는 공기는 착용자의 흡입에 적합한 청정한 공기이다. 마스크 몸체(14)는 강성 인서트(insert)(16) 및 탄성중합체 안면 접촉 부분(18)을 포함할 수 있다. 그러한 구조를 갖는 마스크 몸체가 플라니건(Flannigan) 등의 미국 특허 제7,650,884호에 기재되어 있다. 호흡기 마스크(10)는 호흡기가 착용되고 있을 때 착용자의 머리 상에 마스크 몸체(14)를 지지하기 위한 하니스(harness)(20)를 또한 갖는다. 하니스(20)는 다양한 구성을 취할 수 있지만, 보통 착용자의 머리 뒤를 지나가는 하나 이상의 스트랩(22)을 포함한다. 스트랩(22)들은 하나 이상의 버클(23)에 의해 함께 결합될 수 있다. 하니스(20)는 예를 들어 브로스트롬 등의 미국 특허 제6,732,733B1호 및 제6,457,473호, 바이람(Byram)의 미국 특허 제5,691,837호, 및 셉파라(Seppala) 등의 미국 특허 제5,237,986호에 기재된 바와 같은 드롭-다운(drop-down) 하니스일 수 있다. 착용자의 머리 상에 마스크 몸체(14)를 지지하는 것을 돕기 위해 크라운 부재(crown member)(24)가 또한 선택적으로 채용될 수 있다. 마스크 몸체(14)에 고정된 필터 카트리지(12, 12')는 제1 및 제2 주 표면(26, 28)들 및 하우징 측벽(30)을 갖는다. 하우징 측벽(30)은 적어도 필터 매체의 제1 층의 제1 노출 주 표면(32)으로부터 필터 매체의 제2 층의 적어도 제1 노출 주 표면(32')까지 연장된다. 하우징 측벽(30)은 필터 매체의 제1 및 제2 층들의 주연부에 고정된다. 하우징 측벽(30)은 전형적으로 활성 미립자가 카트리지의 측면도로부터 보이지 않도록 필터 매체 내의 활성 미립자 층들의 주연부 전체에 걸쳐 연장될 것이다. 하우징 측벽(30)에는 또한 제1 및 제2 노출 주 표면(26, 28)들에 걸쳐 반경방향 내향으로 연장되는 플랜지가 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이, 필터 카트리지는 정면으로부터 배면으로 만곡될 수 있다. 카트리지는 또한 상부로부터 하부로, 또는 둘 모두의 방향으로 만곡될 수 있다.
도 2는 필터 카트리지(12)의 반대측 또는 내측을 도시하고 있다. 마스크 몸체에 대한 카트리지의 고정을 가능하게 하기 위해 베이어닛 피팅(bayonet fitting)(36)이 필터 카트리지의 바닥 표면(28) 상에 존재한다. 피팅(36)은 또한 중심에 배치된 플리넘 내로의 필터 매체의 제2 층을 통한 도관(또는 도관에 대한 접근)을 제공할 수 있다. 필터 카트리지(12)에 대한 마스크 몸체의 정합은, 마스크 몸체 상에 배치된 수형(male) 피팅을 베이어닛 피팅(36) 내로 삽입하고 마스크 몸체에 대해 적절한 방향으로 필터 카트리지(12)를 회전시킴으로써 달성될 수 있다. 수형 피팅은 베이어닛 피팅(36) 내의 절결 노치(34)와 정합할, 그 상에 배치된 노브(knob)를 가질 것이다. 사용시, 필터 카트리지(12)의 제1 및 제2 주 표면(26, 28)들을 통과한 공기는 베이어닛 피팅(32) 내의 개구(37)와 유체 연통하는 플리넘에 진입한다. 따라서, 베이어닛 피팅(36)은 유체 연통과 고정 수단 둘 모두에 기여할 수 있다. 대안적으로, 도관 및 피팅이 주 표면(28) 상이 아닌 하우징 측벽(30) 상에, 전형적으로는 측벽의 전방 부분 상에 제공될 수 있다. 측벽(30) 상으로 도관 및 피팅의 위치를 바꾸고 플리넘에 바로 인접한 슬롯형 개구를 통해 공기를 밖으로 통과시킴으로써, 카트리지 표면(28) 상의 유효 여과 면적이 증가될 수 있으며, 이는 성능을 개선시키는 동시에 제조 공정에서의 폐기물을 감소시킬 수 있다.
도 3은 필터 카트리지(12)의 내부 구조의 예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 필터 카트리지(12)는 필터 매체의 제1 및 제2 층(각각 38, 40)들을 포함한다. 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들은 플리넘(42)에 의해 분리된다. 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들은 각각 제1 주 표면(32, 32'), 제2 주 표면(44, 44'), 및 주연부(46, 46')를 갖는다. 플리넘(42)은 플리넘(42)이 필터 매체의 각각의 층(38, 40)의 제2 주 표면(44, 44')과 접속되도록 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들 사이에 배치된다. 플리넘은, 도관(48)으로부터 각각의 필터 매체 층의 주연부(46, 46')를 향해 연장되는 일련의 리브(rib)(47)를 갖는 플라스틱 구조물의 형태를 취할 수 있는 스페이서(spacer)(45)에 의해 한정될 수 있다. 하우징 측벽(30)은 일반적으로 필터 매체의 제1 층(38)의 제1 주 표면(32)으로부터 필터 매체의 제2 층(40)의 제1 주 표면(32')까지 연장된다. 하우징 측벽(30)은 적절한 고정 수단을 사용해 필터 매체의 제1 및 제2 층(각각 38, 40)들의 주연부(46, 46')에 고정될 수 있다. 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들의 제1 주 표면(32, 32')은 각각 유체 투과성이고, 각각 외부 기체 공간과 유체 연통한다. 커버 웨브(cover web)(49a)가 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들의 외측 표면 상에 배치될 수 있다. 커버 웨브(49b)가 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들의 내측 표면 상에 배치될 수 있다. 커버 웨브(49a, 49b)는 각각의 층(50, 52) 내에 활성 미립자 과립을 보유함으로써 활성 미립자 층(50, 52)을 보호하는 역할을 할 수 있다. 성긴 층(50)은 더 미세한 층(52)에 대해 상류측에 위치되고 1차 여과 층으로서 기능을 하는 반면, 더 미세한 층(52)은 폴리싱(polishing) 층으로서 역할을 한다. 필터 카트리지(12)의 측부 또는 주변부를 따라 배치되는 하우징 측벽(30)은 롤 기반의 것일 수 있으며 - 즉, 하우징 측벽은 롤로부터 취해질 수 있으며 -, 다양한 수단에 의해 필터 매체 층(38, 40)의 주연부에 고정될 수 있다. 고정 수단은 감압 접착제와 같은 접착제, 핫 멜트 아교와 같은 아교, 폴리우레탄 반응성 핫 멜트, 또는 UV 경화성 접착제에 의해 달성될 수 있다. 하우징 측벽(30)을 조립체(72)에 고정하는 데 사용될 수 있는 구매가능한 제품의 예는 쓰리엠(3M) 브랜드 접착제 제트멜트(JetMelt)™, 스카치웰드(ScotchWeld)™, 및 패스트본드(FastBond)™를 포함한다. 고정 수단은 전형적으로 측벽(30)의 내부 면 상에, 적어도 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들이 하우징 측벽(30)의 내측 표면과 접촉하는 영역에 배치된다. 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들과 하우징 측벽(30)의 내부 표면 사이의 고정은, 사용 동안에 공기가 필터 카트리지(12)를 통과하고 있을 때 돌파(break-through)가 발생하지 않도록 하는 것이어야 한다. 즉, 공기는 하우징 측벽에 따라 카트리지(12)를 통과함으로써 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들의 여과 능력을 피해 갈 수 없을 것이다. 필터 매체 층(38, 40)이 각각 활성 미립자의 복수 층을 포함하는 것으로 도시되어 있을지라도, 각각의 필터 매체 층(38, 40)은 활성 미립자의 단일 층을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 필터 카트리지를 제조하는 데 사용될 수 있는 일반적인 단계를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 기본적으로 다음의 3개의 단계를 포함한다: 필터 매체 층들을 제공하는 단계(54); 필터 매체 층들을 이격되어 적층된 관계로 조립하는 단계(56); 및 필터 매체 층들을 그들의 주연부의 적어도 일부분을 따라 래핑하는 단계(58). 필터 매체 층은 공기를 여과하는 데 사용되는 활성 미립자의 층들을 구성하는 단계, 및 필터 카트리지에 사용하도록 크기설정된 필터 매체의 복수의 층을 제공하도록 이들 층을 그에 수직으로 절단하는 단계에 의해 제공될 수 있다. 이들 층은 이들을 서로에 대해 이격된 관계로 적층함으로써 함께 조립될 수 있다. 이들의 원하는 간격을 유지하기 위해 이 층들 사이에 스페이서가 제공될 수 있다. 또한, 플리넘 내로의 도관을 또한 제공할 수 있는 베이어닛 피팅이 필터 매체의 제2 층을 통해 제공될 수 있다. 적층된 층들은 서로에 대해 이들의 원하는 위치로 압축된다. 일단 층들이 원하는 위치로 조립되면, 하우징 측벽이 조립된 층들의 주연부 둘레에 래핑되어(58), 일반적으로 질량이 경량이고 튼튼한 구성을 갖는 필터 카트리지를 제공할 수 있다.
도 5는 후속적으로 조립되고 하우징 측벽(30)으로 래핑되는 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들을 제공하는 데 사용될 수 있는 작업을 도시하고 있다. 재료의 다수의 층이 본 발명에 따라 사용하기 위한 필터 매체의 층을 조립하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 커버 웨브(49a), 활성 미립자의 제1 층(50), 활성 미립자의 제2 층(52), 및 제2 커버 웨브(49b)가 필터 매체 블랭크(blank)(60)를 제공하도록 조립될 수 있다. 커버 웨브(49a, 49b)의 제1 및 제2 층들은 활성 미립자의 층(50, 52)들의 대향 측들 상에, 이 층들을 보호하고 복합 필터 매체 구조물 내에 과립이 보유되는 것을 보장하기 위해 제공될 수 있다. 전술된 바와 같이, 활성 미립자의 제1 층(50)은 활성 미립자의 제2 층(52)보다 더 낮은 압력 강하 및 더 큰 기공 크기를 갖도록 구성될 수 있다. 이는 제2 층(52)에서보다 제1 층(50)에서 더 큰 입자를 사용하는 것을 통해 달성될 수 있다. 따라서 활성 미립자의 제1 층(50)은 1차 여과 층으로서 역할을 하는 반면, 제2 층(52)은 백업(back-up) 층으로서 역할을 한다. 활성 미립자의 제1 층(50)이 더 낮은 압력 강하를 가질 수 있지만, 제1 층은 일반적으로 더 큰 두께를 가질 것이고 이에 따라 제2 층(52)보다 더 많은 양의 오염물질을 제거하도록 형성된다. 제2 층(52)이 일반적으로 더 높은 압력 강하를 가질 수 있지만, 제2 층은 또한 더 높은 반응 속도(kinetics)를 가질 수 있고 이에 따라 제1 층(52)을 통과했을지도 모르는 오염물질을 제거할 것이다. 따라서, 제2 층은 일반적으로 폴리싱 층으로 지칭된다. 제1 층(50)에 사용될 활성 미립자의 크기는 일반적으로 약 12×30 메시(mesh) 내지 20×40 메시일 수 있는 반면, 제2 층(52) 내의 활성 미립자는 일반적으로 약 40×140 메시 내지 80×320 메시가 되도록 크기설정될 수 있다. 1차 여과 층의 두께는 약 5 밀리미터(㎜) 내지 25 ㎜일 수 있고, 폴리싱 층의 두께는 약 1 내지 4 ㎜일 수 있다. 일단 커버 웨브 및 활성 미립자의 다수의 층이 다층 블랭크(60)로 조립되면, 이 블랭크는 선(62, 64)을 따라 횡방향으로 직선적으로 절단된다. 절단 선(62, 64)들 사이의 거리는 카트리지 하우징 내에 배치될 필터 매체의 길이를 한정한다. 이어서 절단된 블랭크(68)에 추가의 절단 작업이 가해지며, 여기서 둥근 코너(70)가 절단된 블랭크(60) 상에 제공된다. 이들 둥근 코너(70)는 일반적으로 카트리지 하우징 내에 배치될 필터 매체 층의 폭을 한정한다. 코너를 형성하는 절단 단계 후에, 일련의 길이방향 컷(cut)(71)이 필터 카트리지 내에 배치될 각각의 필터 매체 층의 형상 및 구성을 완전히 한정하도록 제공된다. 이어서 이들 절단 층은 후속 조립 단계로 보내질 수 있도록 분리된다. 분리는 이 배열체를 그 자신 위로 젖힘으로써 달성될 수 있다.
도 6은 개별 필터 매체 층(38, 40)과 플리넘 스페이서(45)를, 필터 카트리지 내부를 한정할 구성으로 조립하는 단계를 도시하고 있다. 필터 카트리지를 위한 내부 조립체(72)를 구성함에 있어서, 필터 매체의 제2 층(40), 스페이서(45), 필터 매체의 제1 층(38), 및 베이어닛 피팅(36)이 수납체(receptacle)(74) 내에 순차적으로 배치된다. 필터 매체의 제2 층(40)은 도관(48)이 통과할 수 있도록 내부에 위치된 개구(76)를 갖는다는 점에서, 필터 매체의 제2 층(40)이 필터 매체의 제1 층(38)과는 구별된다. 도관(48)은 관처럼 플리넘 스페이서(45)로부터 수직으로 연장된다. 베이어닛 피팅(36)은 도 3에 도시된 바와 같이 도관 부재(48)에 결합된다. 일단 부품들이 적절하게 정렬되면, 조립된 아이템들을 함께 가압하여 공간적 관계에서 서로로부터 분리된 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들을 생성하기 위해 플런저(plunger)(78)가 사용된다. 스페이서(45)는 층(38, 40)들 사이의 적절한 공간적 거리를 확보하고, 필터 매체 층(38, 40)으로부터의 공기유동을 도관(48) 내로 분배하는 것을 돕는다.
도 7은 하우징 측벽(30)이 적용되게 할 준비가 된, 적절한 압축 상태의 조립체(72)를 도시하고 있다. 하우징 측벽(30)은 롤(80)로부터 인출되고 필터 카트리지 조립체(72)의 주연부(82)에 고정된다. 특히, 하우징 측벽(30)은 주연부(82)를 따라 유의한 돌파가 발생하지 않도록 필터 매체의 제1 및 제2 층(38, 40)들에 고정된다. 이를 위해, 적합한 접합 수단이 하우징 측벽을 제조하는 데 사용되는 재료의 내부 표면 상에 배치될 수 있다. 일단 하우징 측벽(30)이 카트리지 조립체(72)의 주연부(82)에 적절히 고정되면, 생성되는 필터 카트리지는 공기를 여과할 목적을 위해 마스크 몸체에 부착될 수 있다.
본 발명은 소모 물품으로서의 필터의 상태를 고려해 볼 때 저비용 해결책에 대한 요구를 인식하는 간단한 하우징 시스템을 제공하는 점에서 특히 유익하다. 하우징 측벽은 내부 층이 이에 접착식으로 고정된 판지(paperboard)의 밴드(band)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 추가의 튼튼함이 요구된다면, 얇은 플라스틱 밴드, 예를 들어 적합한 특성을 갖는 0.1 내지 0.2 ㎜ 두께의 플라스틱, 예를 들어 폴리에스테르가 적용될 수 있다. 복수 층의 롤 기반 재료가 또한 사용될 수 있다. 외부 표면은 바람직하게는 인쇄가능한 표시를 수용할 수 있다. 측벽은 전형적으로 약 2 내지 3 센티미터(㎝)의 폭을 가질 것이지만, 목표로 하는 응용 또는 특정 규제 기준의 승인을 위해 상당한 부피의 카본이 요구되는 경우 6 ㎝의 폭 만큼 증가될 수 있다. 측벽 두께는 전형적으로 약 0.1 내지 0.5 ㎜이다. 측벽 밴드는, 다른 필터 하우징 디자인을 제조하는 데 보통 사용되는 더 고가의 사출 성형과는 대조적으로, 다이 커팅 공정을 사용해 형성될 수 있다. 본 발명의 필터 카트리지는 0.9 초과, 더욱이 1.0 초과, 그리고 더욱더 1.1 초과의 유기 증기(organic vapor) 사용 수명 대 중량 비(분/그램)를 나타낼 수 있다. 본 발명의 카트리지는 또한 0.35 초과, 더욱이 0.4 초과, 그리고 더욱더 0.45 초과의 유기 증기 사용 수명 대 부피 비를 가질 수 있다. 유기 증기 사용 수명은 예 단락에서 하기에 기재된 시험에 따라 결정될 수 있다.
생성되는 필터 카트리지가 롤 기반 측벽을 본질적으로 포함하는 하우징으로부터 제조되기 때문에, 카트리지는 공지된 필터 카트리지보다 무게가 실질적으로 덜 나갈 수 있다. 공지된 필터 카트리지는 전형적으로 압출된 플라스틱을 사용하거나 중실형 하우징 기부를 가지며, 이는 총 제품 중량을 증가시킨다. 본 발명의 카트리지는 공기가 플리넘에 진입하기 위해 통과할 수 있는 2개의 노출된 표면을 갖는다. 필터 카트리지에 2개의 유체-불투과성 면을 사용하는 것은 중량을 감소시킬 뿐만 아니라 압력 강하를 감소시킨다. 따라서 생성되는 카트리지는 경량이고 이를 통해 호흡하는 것이 용이할 수 있다.
본 발명에 사용되는 필터 매체는 다양한 수단을 통해 함께 접합되는 활성 미립자를 포함한다. 그러한 미립자 재료의 하나의 하위 부류는 유체 중의 성분들과 상호작용하여 그들의 조성을 제거하거나 변경하는 입자이다. 유체 중의 성분들은 활성 미립자 상으로 또는 활성 미립자 내로 흡수흡착될 수 있거나, 그들은 활성 미립자 상에 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있는 제2 성분과 반응할 수 있다. 따라서, 활성 미립자는 흡수흡착성, 촉매성, 반응성, 또는 이들의 조합일 수 있다. 다양한 활성 미립자가 채용될 수 있다. 바람직하게는, 활성 미립자는 의도된 사용 조건 하에서 존재할 것으로 예상되는 기체, 에어로졸, 또는 액체를 흡수 또는 흡착할 수 있다. 흡수흡착성 입자는 비드(bead), 플레이크(flake), 과립, 또는 응집물(agglomerate)을 포함한 임의의 사용가능한 형태일 수 있다. 전형적인 흡수흡착성 입자는 활성탄; 알루미나 및 다른 금속 산화물; 중탄산나트륨; 흡착, 화학 반응, 또는 아말감화에 의해 유체로부터 성분을 제거할 수 있는 금속 입자(예를 들어, 은 입자); (일산화탄소의 산화를 촉매할 수 있는) 홉칼라이트와 같은 미립자형 촉매제; 아세트산과 같은 산성 용액 또는 수성 수산화나트륨과 같은 알칼리성 용액으로 처리된 점토 및 다른 광물; 이온 교환 수지; 분자 체 및 다른 제올라이트; 실리카; 살생제; 살진균제 및 살바이러스제를 포함한다. 활성탄 및 알루미나가 일반적인 흡수흡착성 입자이다. 흡수흡착성 입자들의 혼합물이 또한 예를 들어 기체들의 혼합물을 흡수하기 위해 채용될 수 있지만, 실제로 기체들의 혼합물을 처리하기 위해서는 개별 층들 내에 별도의 흡수흡착성 입자들을 채용하는 다층 시트 물품을 제조하는 것이 더 양호할 수 있다. 원하는 활성 미립자 크기는 크게 변할 수 있고, 보통 의도되는 사용 조건에 부분적으로 기초해 선택될 것이다. 일반적인 지침으로서, 활성 미립자는 평균 직경에 있어서 약 5 내지 3000 마이크로미터로 크기가 변할 수 있다. 일반적으로, 입자는 평균 직경이 약 1500 마이크로미터 미만, 더 전형적으로는 평균 직경이 약 30 내지 약 800 마이크로미터, 그리고 보다 더 전형적으로는 평균 직경이 약 100 내지 약 300 마이크로미터이다. 활성 미립자는 기체 제거 능력을 향상시키기 위해 하나 이상의 함침제로 추가로 처리될 수 있다. 처리된 활성 미립자 재료의 예는 화학적으로 표면 처리된 활성탄을 포함한다 - 예를 들어, 브레이(Brey) 등의 미국 특허 제7,309,513호 및 제7,004,990호, 헤른(Hern) 등의 미국 특허 제6,767,860호, 스미스(Smith) 등의 미국 특허 제6,344,071호, 및 애블러(Abler)의 미국 특허 제5,496,785호 및 제5,344,626호 참조. 공기 정화 시스템에서 흡수흡착제로서 역할을 하는 전형적인 미립자는 활성탄, 화학적으로 처리된 카본, 및 알루미나 흡착성 미립자이다. 사용될 수 있는 구매가능한 활성탄의 예는 쿠라레이 카본 컴퍼니, 엘티디.(Kuraray Carbon Co., Ltd.)의 제품 공보 8712-1000에 기재된, 쿠라레이(Kuraray) GG 또는 GC와 같은, 상표명 쿠라레이로 판매되는 고체이다. 다른 상업적 제품은 세카카본(CECACARBON)™ 활성탄 제품이다.
여과 매체의 제1 및 제2 층들은 하나 이상의 다양한 수단을 통해 함께 접합된 활성 미립자를 포함한다. 예를 들어, 활성 미립자는 센쿠스 등의 미국 특허 제6,391,429호에 기재된 바와 같이 PSA 미세미립자(microparticulate)의 사용을 통해 함께 결합될 수 있다. 그러한 접근법을 사용할 때, 접착성 중합체 미세미립자는 일반적으로 활성 미립자보다 크기가 작다. 접착성 중합체 미세미립자는 예를 들어 크기가 약 1 내지 약 1,000 마이크로미터일 수 있다. 접착성 중합체 미세미립자는 가요성 복합 구조물 내에서 그들을 함께 점착하기에 충분한 양으로 활성 미립자 사이에 분포될 수 있다. 미세미립자는 고체 폴리아크릴레이트 비드의 형태일 수 있으며, 1개 내지 14개의 탄소 원자 및 극성 단량체를 갖는 비-3차 알코올의 아크릴산 에스테르로부터 유도된 것들을 포함하는 반복 단위를 갖는 공중합체를 포함할 수 있다. 반복 단위는 비닐 아세테이트로부터 유도된 것들을 추가로 포함할 수 있다. 반복 단위는 고급 비닐 에스테르, 스티렌 설포네이트 염, 다중-비닐 단량체, 및 알파, 베타-에틸렌계 불포화 폴리(알킬렌옥시)설페이트, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물로부터 유도된 것들을 포함할 수 있다. 브라운 등의 미국 특허 제5,078,132호에 기재된 접근법에서, 활성 미립자는 결합제(binder) 입자에 의해 함께 결합될 수 있다. 활성 미립자를 함께 결합하는 데 사용하기에 적합한 결합제 재료는 일반적으로 '132호 특허에 인용된 중합체 결합제 용융 시험을 충족시킨다. 대안적으로, 활성 미립자는 다공성 시트형 물품을 생성하도록 중합체 섬유에 의해 함께 결합될 수 있다. 다공성 시트형 물품은 약 20 중량% 미만의 중합체 섬유를 갖는 자립식 부직 웨브(self-supporting nonwoven web)일 수 있다. 활성 미립자는 웨브가 적어도 1.6 × 104/㎜ 물(water)의 흡수율(Absorption Factor) A를 갖도록 웨브 내에서 섬유 중합체들 사이에 충분히 균일하게 분포된다. 흡착률 A는 문헌[Wood, Journal of the American Industrial Hygiene Association, 55(1):11-15 (1994)]에 기술되어 있는 것과 유사한 파라미터 또는 측정값을 사용해 계산될 수 있다. 다음의 미국 특허 출원 공개는 본 발명에 사용하기에 적합한 중합체 섬유에 의해 함께 유지되는 활성 미립자를 기술하고 있다: 브레이 등의 제2006/0096911A1호, 트렌드(Trend) 등의 제2006/0254427A1호, 및 브레이 등의 제2009/0215345A1호.
활성 미립자를 함께 접합하는 데 사용되는 섬유는 중합체 재료들의 블렌드(blend), 예를 들어 폴리올레핀 탄성중합체와 탄성중합체 스티렌 블록 공중합체의 블렌드로부터 제조될 수 있다. 요구되는 경우, 개시된 웨브의 일부분은, 단독으로는 다이메틸메틸포스포레이트(DMMP) 흡수에 대한 적절한 저항을 나타내지 않을, 또는 단독으로는 요구되는 흡착률 A를 갖는 웨브를 제공하지 않을 중합체 또는 다른 섬유질 또는 섬유-형성 재료들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 선형 저밀도 폴리에틸렌 다우렉스(DOWLEX) 2517로부터 제조된 적합하게 로딩된 웨브는 약 2.1 × 104/㎜ 물의 흡착률 A를 갖는 것으로 나타난 반면, 선형 저밀도 폴리에틸렌 다우렉스 2503으로부터 제조된 유사하게 로딩된 웨브는 약 1.0 × 104/㎜ 물의 흡착률 A를 갖는 것으로 나타났다. 또한, 폴리올레핀 탄성중합체 인게이지(ENGAGE) 8402와 스티렌 블록 공중합체 크라톤(KRATON) G1657의 90:10 및 50:50 블렌드로부터 제조된 비로딩된 웨브는 매우 낮은 DMMP 흡수율을 갖는 것으로 나타났고, 중합체 재료가 오직 인게이지 8402인 91 중량% 카본-로딩된 웨브는 약 2.6 × 104/㎜ 물의 흡착률 A를 갖는 것으로 나타난 반면, 중합체 재료가 오직 크라톤 G1657인 88 중량% 카본-로딩된 웨브는 약 1.4 × 104/㎜ 물의 흡착률 A를 나타내는 것으로 하기에 나타나 있다.
필터 매체 층은 또한 코어-시스 섬유(core-sheath fiber), 분할가능한 또는 나란한 2성분 섬유 또는 이른바 "바다 위의 섬(islands in the sea)" 섬유와 같은 다성분 섬유로부터 형성될 수 있다. 또한, 필터 매체 층은 성분들 중 하나 이상으로서 다른 중합체 재료를 사용해, 또는 (예를 들어, 천연 또는 합성 재료의) 스테이플 섬유(staple fiber)를 포함한 다른 섬유질 또는 섬유-형성 재료 등을 첨가함으로써 형성될 수 있다. 전형적으로, 그러나, 요구되는 흡수흡착성 입자 로딩 수준 및 완성된 웨브 특성으로부터 과도하게 벗어나지 않도록 비교적 적은 양의 다른 섬유질 또는 섬유-형성 재료가 개시된 웨브에 사용되었다.
중합체 섬유는 전술된 바와 같이 그러한 섬유들의 비로딩된 웨브가 실온에서 6일 동안 DMMP 증기로 포화된 공기에 노출된 후에 약 1 중량% 이하의 DMMP 흡수율을 나타낸다. 중합체 섬유는 그러한 조건 하에서 약 0.5 중량% 이하의 DMMP 흡수율, 약 0.3 중량% 이하의 DMMP 흡수율, 또는 약 0.2 중량% 이하의 DMMP 흡수율을 나타낼 수 있다.
활성 미립자를 함께 접합하는 섬유에 사용되는 중합체는 유사한 캘리퍼 폴리프로필렌 섬유보다 더 큰 탄성을 가질 수 있다(그러나, 갖도록 요구되지는 않음). 중합체는 또한 초기의 이완된 길이의 적어도 125%까지 신장될 수 있고 편의력의 해제시 실질적으로 초기의 이완된 길이로 회복될 수 있는 재료인 "탄성중합체"일 수 있지만, 요구되지는 않는다. 섬유 형태의 중합체는 또한 유사한 캘리퍼 폴리프로필렌 섬유보다 더 큰 결정화 수축을 가질 수 있다(그러나, 갖도록 요구되지는 않음). 그러한 탄성 또는 결정화 수축 특성을 갖는 섬유는 필터 매체 층의 자동 압밀(autoconsolidation) 또는 조밀화(densification), 웨브 기공 부피의 감소, 또는 기체가 이용가능한 흡수흡착성 입자와 마주치지 않고서 통과할 수 있게 하는 통로의 감소를 촉진할 수 있다. 조밀화는 일부 경우에 예를 들어 물 또는 다른 냉각 유체의 분무를 사용해 웨브의 강제 냉각에 의해, 또는 비제한된 또는 제한된 방식으로 수집된 웨브를 어닐링(annealing)함으로써 촉진될 수 있다. 어닐링 시간 및 온도는 채용된 중합체 섬유 및 흡수흡착성 입자 로딩 수준을 포함한 다양한 인자에 좌우될 수 있다.
상이한 크기를 갖는 흡수흡착성 입자들의 혼합물(예를 들어, 이원 혼합물(bimodal mixture))이 또한 필터 매체 층에 채용될 수 있지만, 실제로 상류측 층에 더 큰 흡수흡착성 입자를 그리고 하류측 층에 더 작은 흡수흡착성 입자를 포함하는 다층 시트 물품을 제조하는 것이 더 양호할 수 있다. 적어도 80 중량%의 활성 미립자 입자, 보다 바람직하게는 적어도 84 중량%, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 90 중량%의 활성 미립자 입자가 전형적으로 섬유질 웨브 내에 포착된다. 평량(basis weight)의 관점에서 표현하면, 활성 입자 로딩 수준은 예를 들어 비교적 미세한(즉, 작은 직경) 입자에 대해 적어도 약 100 g/㎡(gsm), 그리고 비교적 굵은 입자에 대해 적어도 약 500 g/㎡(gsm)일 수 있다.
탄성 중합체 섬유질 웨브 내에 배치된 활성 미립자를 포함하는 로딩된 웨브의 사용은, 지지하는 강성 플라스틱 또는 금속 하우징 시스템의 사용 없이 공형(conformal) 필터 형상이 만들어지는 것을 가능하게 한다는 점에서 유익하다. 공형 형상은 하나 이상의 치수에서 곡률을 나타내는 형상이다. 필터 카트리지는 정면으로부터 배면으로, 또는 상부로부터 하부로, 또는 둘 모두로 만곡되도록 형성될 수 있다. 이상적으로, 곡률은 접안부의 형상을 따르도록 설정되어, 전체적으로 보다 콤팩트(compact)한 호흡기를 생성하며, 이는 착용자의 가시성을 개선할 수 있다. 또한, 미립자 웨브들은 미립자 제거 능력을 추가로 제공하기 위해 로딩된 웨브의 상부에 적층될 수 있다. 다른 실시예에서, 기체 제거 능력이 필요하지 않은 경우에 미립자 여과 층이 단독으로 적용될 수 있다. 미립자 필터 층은 대전된 마이크로섬유, 특히 중합체 멜트-블로운(melt-blown) 마이크로섬유 또는 BMF의 부직 웨브를 포함할 수 있다 - 예를 들어, 스파츠(Spartz) 등의 미국 특허 제7,244,291호, 존스(Jones) 등의 미국 특허 제6,397,458호, 및 앙가드지반트(Angadjivand) 등의 미국 특허 제6,119,691호 참조. 마이크로섬유는 전형적으로 약 25 마이크로미터 미만, 보다 일반적으로는 약 15 마이크로미터 미만의 유효 섬유 직경을 갖는다. 그러한 섬유를 포함하는 대전된 웨브는, 예를 들어 에릭슨(Erickson) 등의 미국 특허 제6,846,450호, 아이츠만(Eitzman)의 미국 특허 제6,824,718호, 및 앙가드지반트 등의 미국 특허 제5,496,507호에 기재된 바와 같이 제조될 수 있다.
필터 매체 층과 관련하여 사용되는 커버 웨브는 전형적으로 여과 구조물에 어떠한 실질적인 여과 이익을 제공하지 않지만, 커버 웨브는 여과 층 외부에(또는 여과 층에 대해 상류측에) 배치될 때 프리-필터(pre-filter)로서 역할을 할 수 있다. 커버 웨브는 약 5 내지 50 그램/제곱미터(g/㎡), 전형적으로는 10 내지 30 g/㎡의 평량을 갖도록 형성될 수 있으며, 마찬가지로 마이크로섬유를 포함할 수 있다. 커버 웨브에 사용되는 섬유는 종종 약 5 내지 24 마이크로미터, 전형적으로는 약 7 내지 18 마이크로미터, 그리고 보다 전형적으로는 약 8 내지 12 마이크로미터의 평균 섬유 직경을 갖는다. 커버 웨브 재료는 소정의 탄성도(반드시 그렇지는 않지만, 전형적으로, 100 내지 200%의 파단 탄성도)를 가질 수 있고, 소성적으로 변형가능할 수 있다. 커버 웨브는 예를 들어 폴리프로필렌으로부터 제조된 중합체 스펀본드 섬유(spunbond fiber)를 포함할 수 있다.
본 발명에 사용되는 커버 웨브는 바람직하게는 처리 후에 웨브 표면으로부터 돌출하는 매우 적은 수의 섬유를 가지며, 이에 따라 매끄러운 외측 표면을 갖는다. 본 발명에 사용될 수 있는 커버 웨브의 예는, 예를 들어 앙가드지반트의 미국 특허 제6,041,782호, 보스톡(Bostock) 등의 미국 특허 제6,123,077호, 및 보스톡 등의 국제 출원 공개 WO 96/28216A호에 개시되어 있다.
예
OV 사용 수명 시험
여과 장치들의 사용 수명을 결정하기 위해, 50%의 상대 습도에서 그리고 32 리터/분에서 1000 백만분율(ppm) 사이클로헥산으로 이들을 시험하였다. 장치가 5 ppm의 사이클로헥산이 필터로부터 빠져나가도록 허용했을 때의 경과된 시간의 양으로 사용 수명을 결정하였다. 시험 방법은 NIOSH 시험 방법 RCT-APR-STP-0046과 유사하였다. 동등한 장비를 사용하였다. 필터를 수용된 상태 그대로 시험하였다.
예 1
카본 로딩된 BMF 웨브를 미국 출원 제2006/096911호에 따라 제조하였다. 중합체 섬유는 엑슨모빌(ExxonMobil)에 의해 생산된 비스타맥스(Vistamaxx)™ 2125 수지를 사용해 제조하였다.
벌크 카본 로딩된 웨브를 30.5 ㎝ × 30.5 ㎝(12 인치 × 12 인치) 플래튼(platen)을 갖는 카버(Carver) 가열 플래튼 프레스를 사용해 약 4.7 ㎜ 두께로 압축하였다. 플래튼 온도는 93℃(200℉)였다. 압력은 총 20.7 MPa(3000 파운드/제곱인치(psi))이었고, 가압 시간은 5초였다.
하기의 설명에서, OV는 유기 증기를 말하고, gsm은 그램/제곱미터를 의미한다. 벌크 및 폴리싱 층들은 표 1에 기재된 구성을 가졌다.
Figure pct00001
하기 순서의 층들을 갖는 필터를 조립하였다:
OV 벌크
OV 벌크
OV 폴리싱
플리넘 구조물
OV 폴리싱
OV 벌크
OV 벌크
약 67 제곱센티미터의 표면적을 갖는 사다리꼴 형상으로 층들을 다이 커팅하였다. 층들을 위에 지시된 순서로 배열하였고, 0.5 ㎜ 두께의 판지 스트립을 적용함으로써 층들의 주연부 둘레를 밀봉하였다. 층을 이룬 조립체의 주연부 둘레에 스트립을 고정하기 위해 쓰리엠 등급 3764 핫 멜트 접착제를 사용하였다. 도면에 도시된 것과 유사한 기계적 구성요소로 이루어진 플리넘 구조물은, 상부 및 하부 층들 사이에 4 ㎜의 플리넘 간극 두께를 생성하였다.
비교예 1
쿠라레이 GC 12 × 20 카본(105 cc)을 쓰리엠 6000 호흡기 필터 카트리지 몸체 내로 스톰(storm) 충전하였고, 뚜껑을 상부에 초음파 용접하였다.
비교예 2
하우징 측벽이 없는 분기형 필터 카트리지를 사용하였다. 이 제품은 브로스트롬의 미국 재발행 특허 제35,062호에 기재된 구성을 가졌다.
예 1과 비교예 2 및 비교예 3의 필터 카트리지를 중량 측정하고, 부피에 대해 측정하고, 유기 증기 사용 수명에 대해 시험하였다. 사용 수명을 카트리지 중량 및 부피로 나누어 SL/wt 및 SL/vol 비를 산출하였다. 그 결과가 하기의 표 2에 기재되어 있다.
Figure pct00002
상기에 기재된 데이터는 본 발명의 필터 카트리지가 비교예의 단일 또는 분기형 유동 필터 카트리지보다 더 양호한 사용 수명 대 중량 또는 사용 수명 대 부피의 비를 나타낸다는 것을 증명하고 있다.
본 발명은 그의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 변형 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술된 것으로 제한되는 것이 아니라, 하기의 특허청구범위에 기술된 한정 및 그의 임의의 등가물에 의해 제한되어야 한다.
본 발명은 또한 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소의 부존재 하에서 적합하게 실시될 수 있다.
배경기술 단락에서 인용된 것을 포함해 상기에 인용된 모든 특허 및 특허 출원은 전체적으로 본 명세서에서 참고로 포함된다. 상기 명세서와 그러한 포함된 문헌의 개시 내용 간의 상충 또는 모순이 존재하는 경우에는, 상기 명세서가 우선할 것이다.

Claims (20)

  1. (a) 제1 및 제2 주 표면(major surface)들 및 주연부(perimeter)를 갖고 함께 접합된 활성 미립자(active particulate)를 포함하는 필터 매체의 제1 층;
    (b) 제1 및 제2 주 표면들 및 주연부를 갖고 함께 접합된 활성 미립자를 포함하는 필터 매체의 제2 층;
    (c) 필터 매체의 각각의 층의 제2 주 표면과 접속되도록 필터 매체의 제1 및 제2 층들 사이에 배치되는 플리넘(plenum); 및
    (d) 필터 매체의 제1 층으로부터 필터 매체의 제2 층까지 연장되고 필터 매체의 제1 및 제2 층들의 주연부의 적어도 일부분에 고정되는 하우징 측벽을 포함하고, 필터 매체의 제1 및 제2 층들의 제1 주 표면들은 각각 유체 투과성이고 각각 외부 기체 공간과 유체 연통하는 필터 카트리지(filter cartridge).
  2. 제1항에 있어서, 하우징 측벽은 롤 기반의(roll based) 것인 필터 카트리지.
  3. 제2항에 있어서, 하우징 측벽은 측벽의 내부 면(face) 상의 접착제 또는 아교(glue)를 갖는 필터 카트리지.
  4. 제3항에 있어서, 접착제 또는 아교는 감압 접착제 또는 핫 멜트(hot melt)를 포함하는 필터 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 플리넘은 도관으로부터 필터 카트리지의 주연부를 향해 연장되는 하나 이상의 리브(rib)를 갖는 플라스틱 구조물을 포함하는 필터 카트리지.
  6. 제1항에 있어서, 필터 매체의 제1 및 제2 층들은 활성 미립자의 층에 대해 병치된 적어도 하나의 커버 웨브(cover web) 층을 각각 갖는 필터 카트리지.
  7. 제6항에 있어서, 필터 매체의 제1 및 제2 층들은 활성 미립자의 제1 및 제2 층들을 각각 포함하는 필터 카트리지.
  8. 제1항에 있어서, 하우징 측벽은 판지(paperboard)의 롤 기반 밴드(band), 플라스틱 재료의 롤 기반 밴드, 또는 재료의 롤 기반 복수 층 밴드를 포함하는 필터 카트리지.
  9. 제8항에 있어서, 하우징 측벽은 폭이 2 내지 3 센티미터이고 두께가 0.1 내지 0.5 밀리미터인 필터 카트리지.
  10. 제9항에 있어서, 0.9분/그램 초과의 사용 수명 대 중량 비(ratio), 및 0.35분/밀리리터 초과의 사용 수명 대 부피 비를 나타내는 필터 카트리지.
  11. 제1항에 있어서, 1.0분/그램 초과의 사용 수명 대 중량 비, 및 0.4분/밀리리터 초과의 사용 수명 대 부피 비를 나타내는 필터 카트리지.
  12. 제1항에 있어서, 1.1분/그램 초과의 사용 수명 대 중량 비, 및 0.45분/밀리리터 초과의 사용 수명 대 부피 비를 나타내는 필터 카트리지.
  13. 제1항에 있어서, 활성 미립자는 활성탄 입자들을 포함하고, 활성탄 입자들은 PSA 미세미립자(microparticulate)에 의해 또는 결합제(binder) 입자에 의해 함께 접합되는 필터 카트리지.
  14. 제1항에 있어서, 활성 미립자는 활성탄 입자들을 포함하고, 활성탄 입자들은 부직(nonwoven) 중합체 섬유에 의해 함께 접합되어 활성탄 입자 및 중합체 섬유의 자립식(self supporting) 층을 형성하는 필터 카트리지.
  15. 제14항에 있어서, 활성탄 입자들은 웨브가 적어도 1.6 × 104/㎜ 물(water)의 흡수율(Absorption Factor) A를 나타내도록 웨브 내에 균일하게 분포되는 필터 카트리지.
  16. 제15항에 있어서, 중합체 섬유는 탄성중합체 섬유를 포함하는 필터 카트리지.
  17. 제15항에 있어서, 중합체 섬유는 폴리프로필렌을 포함하는 필터 카트리지.
  18. 제1항에 있어서, 필터 매체의 각각의 층은 부직 중합체 섬유에 의해 함께 접합된 활성 미립자의 제1 및 제2 층들을 포함하는 필터 카트리지.
  19. 제1항에 있어서, 정면으로부터 배면으로, 또는 상부로부터 하부로, 또는 둘 모두로 만곡되는 필터 카트리지.
  20. 제1항의 필터 카트리지를 하나 이상 포함하는
    호흡기(respirator).
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