KR20180070966A

KR20180070966A - 필터 카트리지

Info

Publication number: KR20180070966A
Application number: KR1020160173613A
Authority: KR
Inventors: 강봉협; 이경미; 박강수
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-06-27
Also published as: CN110087738A; KR20190089188A; JP2020506735A; WO2018118840A1; JP7101175B2; CN110087738B

Abstract

본 발명은 호흡 보호구용 필터 카트리지로서, 필터; 및 상기 필터를 수납하는 하우징을 포함하고, 상기 필터는 복수의 주름 팁을 가지고, 상기 복수의 주름 팁 사이에는 제1 밸리 패턴이 형성되는, 주름형 필터 부재, 및 상기 주름형 필터 부재의 가장자리와 결합되며, 연결부 및 상기 연결부로부터 돌출되는 지지부를 포함하는, 플렉서블 프레임을 포함하며, 상기 지지부는 각각 상기 주름 팁과 결합되는 복수의 돌출부를 포함하고, 상기 하우징은 제1면, 제2면, 및 상기 제1면 및 제2면의 가장자리를 둘러싸는 측벽을 포함하고, 상기 하우징은 하나 이상의 흡기 포트 및 하나 이상의 출구 포트를 포함한다.
이러한 본 발명에 따른 필터 카트리지는 필터 성능이 개선되고, 수명이 향상될 수 있으며, 장착 및 탈착이 용이하고, 장착 시 간섭을 최소화할 수 있다. 또한, 필터 카트리지가 곡률을 가지더라도 필터 성능이 유지될 수 있다.

Description

필터 카트리지{FILTER CATRIDGE}

본 발명은 유체류의 여과용 필터 카트리지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 호흡 보호구용 필터 카트리지에 관한 것이다.

호흡 보호구는 통상적으로 마스크 본체 및 마스크 본체에 부착되는 하나 이상의 필터 카트리지를 포함한다. 마스크 본체는 사람의 안면 상에 코와 입 위에 착용되며, 일부 경우에는 머리, 목, 또는 다른 신체 부위를 덮는 부분을 포함할 수 있다. 착용자는 필터 카트리지에 배치되는 필터를 통과한 청정 공기를 이용할 수 있다. 부압 호흡 보호 장치(negative pressure respiratory protection device)에 있어서, 공기는 흡기(inhalation) 동안 착용자에 의해 생성되는 부압에 의해 필터 카트리지를 통해 끌어 당겨진다. 외부 환경으로부터의 공기는 필터 매체를 통과하여, 착용자가 그를 흡기할 수 있는 마스크 본체의 내부 공간에 유입된다.

호흡 보호구에 사용되는 필터 카트리지로서 다양한 기술들이 사용되어 왔다. 종래 필터 카트리지는 판지나 부직포 또는 플라스틱으로 된 프레임의 내부에 공기 정화 기능을 갖는 필터 부재를 포함하는 것이 일반적이다. 하지만, 프레임이 경질의 판지나 부직포 또는 수지로 형성되는 경우, 필터 카트리지와 필터 카트리지가 장착되는 공간의 외벽과의 밀착성이 충분하지 못하여 공기의 누설이 생기게 되어 공기 정화 기능이 충분히 발휘되지 못하는 문제점이 있다. 나아가, 장착 과정에서 경질의 프레임과의 마찰로 인하여 거치가 용이하지 않다는 문제점도 있다.

본 발명은 탄성을 가지는 플렉서블 프레임을 사용함으로써, 형태의 변형이 용이하고, 장착 및 탈착이 용이하며, 장착 시 간섭을 최소화 하는 필터 카트리지를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 플렉서블 프레임의 형태가 변형되더라도 필터 성능이 유지되는 필터 카트리지를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 주름형 필터 부재를 사용함으로써, 필터 유효 면적을 향상하여 필터 성능을 개선하고, 수명이 향상될 수 있는 필터 카트리지를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

나아가, 본 발명은 측벽에 흡기 포트가 배치된 하우징을 사용함으로써, 오염물질이 균일하게 천천히 유입될 수 있으며, 성능을 유지하고, 수명이 향상될 수 있는 필터 카트리지를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 필터 카트리지는, 필터; 및 상기 필터를 수납하는 하우징을 포함하고, 상기 필터는 복수의 주름 팁을 가지고, 상기 복수의 주름 팁 사이에는 제1 밸리 패턴이 형성되는, 주름형 필터 부재, 및 상기 주름형 필터 부재의 가장자리와 결합되며, 연결부 및 상기 연결부로부터 돌출되는 지지부를 포함하는, 플렉서블 프레임을 포함하며, 상기 지지부는 각각 상기 주름 팁과 결합되는 복수의 돌출부를 포함하고, 상기 하우징은 제1면, 제2면, 및 상기 제1면 및 제2면의 가장자리를 둘러싸는 측벽을 포함하고, 상기 하우징은 하나 이상의 흡기 포트 및 하나 이상의 출구 포트를 포함한다.

상기 하우징의 측벽에 복수의 흡기 포트가 배치될 수 있다.

상기 하우징의 제1면에 출구 포트가 배치될 수 있다.

상기 출구 포트는 마스크 본체에 연결 가능한 연결부를 구비할 수 있다.

상기 지지부는 제1 지지부 및 제2 지지부를 포함하고, 상기 제1 지지부는 휨 지지부 및 상기 휨 지지부로부터 돌출되며 각각 상기 주름 팁과 결합되는 상기 복수의 돌출부를 포함하고, 상기 주름형 필터 부재의 양 말단은 상기 제2 지지부와 결합될 수 있다.

상기 복수의 돌출부 사이에는 제2 밸리 패턴이 형성되고, 상기 제1 밸리 패턴의 깊이는 상기 제2 밸리 패턴의 깊이보다 클 수 있다.

상기 제2 지지부의 높이는 상기 제1 지지부의 휨 지지부와 돌출부의 높이의 합과 동일할 수 있다.

상기 휨 지지부의 높이 : 상기 돌출부의 높이의 비는 1:1 내지 1:2일 수 있다.

상기 플렉서블 프레임은 열가소성 탄성체 (thermal plastic elastomer, TPE)를 포함할 수 있다.

상기 플렉서블 프레임의 Shore A 경도는 35 내지 45일 수 있다.

상기 필터 카트리지는 40mm 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다.

상기 하우징의 제1면의 일측에 하나의 출구 포트가 배치되고, 상기 하우징의 측벽에 복수의 흡기 포트가 배치되고, 상기 복수의 흡기 포트는 상기 출구 포트에 인접할수록 더 작은 폭을 가질 수 있다.

상기 하우징은 홀더 및 커버를 포함하고, 상기 홀더는 상기 제1면 및 상기 제1면으로부터 돌출된 제1 측벽을 포함하고, 상기 커버는 상기 제2면 및 상기 제2면으로부터 돌출된 제2 측벽을 포함할 수 있다.

상기 커버의 제2 측벽에 복수의 흡기 포트가 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 필터 카트리지는 필터 성능이 개선되고, 수명이 향상될 수 있으며, 장착 및 탈착이 용이하며, 장착 시 간섭을 최소화할 수 있다. 또한, 필터 카트리지가 곡률을 가지더라도 필터 성능이 유지될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 필터 카트리지의 사시도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 필터의 사시도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 플렉서블 프레임의 일 측면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 곡률을 가지는 필터의 단면도를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 하우징의 열린 구조의 사시도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 하우징의 닫힌 구조의 사시도를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 하우징 구조의 효과를 나타낸 도면이다.

이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 예로서 몇몇 특정 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조한다. 하지만, 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어나지 않는한 다른 실시 형태가 고려될 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 제한적인 의미로 취해져서는 안 된다.

본 명세서에 사용되는 모든 과학적 및 기술적 용어는 달리 명시되지 않는 한 당업계에서 일반적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본 명세서에서 제공된 정의는 본 명세서에서 빈번하게 사용되는 일정 용어의 이해를 용이하게 하기 위함이며, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 의미되지 않는다.

달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수치는 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술된 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기재된 수치 파라미터는 당업자가 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 갖는 실시예를 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 일반적으로 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 그 의미에 "및/또는"을 포함하는 것으로 사용된다.

본 명세서에 사용되는 경우, "하부", "상부", "밑", "아래", "위", 및 "상부에"를 포함하지만 이로 제한되지 않는 공간적으로 관련된 용어는 설명의 편의를 위해 다른 요소에 대한 요소(들)의 공간적 관계를 기술하기 위해 이용된다. 이러한 공간적으로 관련된 용어는 도면에 나타내어지고 본 명세서에 기재된 특정한 배향 이외에도, 사용 중이거나 작동 중의 장치의 상이한 배향을 포함한다. 예를 들어, 도면에 도시된 물체가 반전되거나 뒤집히면, 다른 요소 아래에 또는 밑에 있는 것으로 이전에 기술된 부분이 그들 다른 요소 위에 있을 것이다.

본 명세서에서 상에서, 위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 한, 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

본 명세서 상에서, "갖는다", "포함한다", "구비한다" 등이 사용되는 경우, 그들의 개방적 의미로 사용되고, '~만'이라는 표현이 사용되지 않는 한 기술된 사항 이외의 다른 사항이 추가될 수 있다.

용어 "호흡 보호구"는 공기가 사람의 호흡기계(respiratory system)에 들어가기 이전, 사람이 착용하여 공기를 필터링하는 디바이스를 지칭한다.

용어 "마스크 본체"는 사람의 코 및 입 상에 적어도 맞춰지고 외부 공기 간극으로부터 분리된 내부 공기 간극을 한정하는데 도움을 주는 구조체를 지칭한다.

용어 "필터 카트리지"는 공기를 필터링하려는 목적으로, 그것이 마스크 본체와 사람 안면 사이의 내부 공기 간극(interior air space)에 들어가기 이전에, 호흡기에 부착가능한 디바이스를 지칭한다.

용어 "일체형"은 동시에 만들어지거나, 또는 일체형 부품들 중 하나 이상이 손상 없이는 분리될 수 없는 것을 지칭한다.

용어 "외부 공기"는 오염 물질 등 사람에게 해로울 수 있는 다른 물질을 포함하는 공기를 지칭한다.

용어 "여과된 공기"는 외부 공기가 필터를 통과하면서 오염 물질이 제거된 공기를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예의 각각의 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 필터 카트리지의 사시도를 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 필터 카트리지는 필터(10) 및 필터(10)를 수납하는 하우징(20)을 포함한다. 이러한 필터 카트리지는 호흡 보호구용 필터 카트리지일 수 있다. 이때, 필터 카트리지는 마스크 본체에 장착되어 사용될 수 있다. 도 2는 본 발명에 따른 필터의 사시도를 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 플렉서블 프레임의 일 측면도를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명에 따른 곡률을 가지는 필터의 단면도를 도시한 도면이다. 도 5는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 필터(10)는 주름형 필터 부재(100) 및 플렉서블 프레임(200)을 포함한다. 필터 카트리지가 호흡 보호구용 필터 카트리지인 경우, 필터(10)는 호흡 보호구용 필터이다.

주름형 필터 부재(100)는 복수의 주름 팁(110)을 가지고, 상기 복수의 주름 팁(110) 사이에는 제1 밸리 패턴(120)이 형성된다. 주름형 필터 부재(100)의 상면으로 외부 공기가 유입되고, 상기 외부 공기가 주름형 필터 부재(100)를 통과하면서, 여과된 공기가 주름형 필터 부재(100)의 하면으로 배출될 수 있다.

주름형 필터 부재(100)는 필터 유효 면적이 평면형 필터 부재보다 크며, 이로 인해 필터 성능을 개선하고, 수명이 향상될 수 있다. 또한, 유입된 외부 공기는 제1 밸리 패턴(120)을 따라 이동하면서 주름형 필터 부재(100)를 통과한다. 이로 인해, 외부 공기의 균일한 분포가 가능하고, 오염 물질과 같은 여과되는 물질들이 주름형 필터 부재(100)의 상면에 균일하고 천천히 축적될 수 있으며, 필터 성능을 유지하면서 필터의 수명을 향상시킬 수 있다.

서로 인접한 주름 팁(110) 사이의 거리는 필터의 크기 및 그 용도에 따라 달라지는데, 주름형 필터 부재(100)의 두께, 주름 팁(110)의 높이, 서로 인접한 주름 팁(110) 사이의 거리, 및 필터 성능 상수 간의 관계식으로부터 정해질 수 있다. 예를 들면, 필터(10)에서 서로 인접한 주름 팁(110) 사이의 거리는 3 mm 내지 6 mm, 바람직하게는 4.1mm 내지 4.3mm 일 수 있다.

주름형 필터 부재(100)로는, 공기는 통화시킬 수 있지만 특정의 물질은 통과시키지 않은 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 주름형 필터 부재(100)의 비제한적인 예로서 부직포, 직물, 종이 등이 있지만 그 종류가 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 주름형 필터 부재(100)의 주름을 형성하는 방법에 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 평평한 형태의 필터 부재를 접거나 결을 주어서 주름을 형성할 수 있다.

주름형 필터 부재(100)의 공기 정화 효과를 증진시키기 위하여 표면처리가 된 재료를 사용할 수 있다. 표면처리의 방법은 제한이 없으며 그 용도에 따라 표면처리의 방법이 달라질 수 있다. 분진이나 먼지의 양이 많은 곳에 사용되는 필터 또는 많은 양의 공기를 빠르게 유입하여야 하는 경우에 사용되는 필터의 경우, 각각의 경우에 적합한 필터 부재의 재질 및 표면처리 방법 등이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 부직포의 경우 정전처리를 할 수 있으며, 표면에 활성탄 처리를 할 수도 있다.

플렉서블 프레임(200)은 주름형 필터 부재(100)의 가장자리와 결합된다. 또한, 플렉서블 프레임(200)과 주름형 필터 부재(100)는 일체형으로 형성될 수 있다. 즉, 플렉서블 프레임(200)과 주름형 필터 부재(100) 사이에 별도의 실링을 위한 접착제가 생략될 수 있으며, 접착제를 사용한 실링으로 인한 문제점을 방지할 수 있다.

또한, 주름형 필터 부재(100)의 상면만 외부 공기에 노출되도록 하며, 하면으로는 여과된 공기만 배출되도록 할 수 있다. 즉, 주름형 필터 부재(100)의 측면으로 외부 공기 유입이 없으며, 필터 성능을 유지할 수 있다.

플렉서블 프레임(200)은 유연하고 탄성을 가지는 프레임 재료로 형성될 수 있다. 플렉서블 프레임의 Shore A 경도는 약 35 내지 약 45일 수 있다. 본 발명에 따른 플렉서블 프레임(200)은 종래 필터 프레임으로 사용되던 경질의 종이, 부직포, 또는 수지에 비하여, 탄성이 우수하여 필터(10)를 원하는 곳에 장착 및 탈착하는 것이 용이하며, 필터와 필터 장착 영역 사이의 기밀성(sealing property)이 우수하다. 또한, 별도의 접착 과정 없이도 필터 부재의 가장자리에 프레임이 형성되도록 하는 것이 가능하다.

예를 들면, 플렉서블 프레임(200)은 열가소성 탄성체 (thermal plastic elastomer, TPE)를 포함한다. 열가소성 탄성체는 고온에서 유연하게 되는 플라스틱과 마찬가지로 성형할 수 있고, 상온에서는 고무탄성체의 성질을 내는 고분자 재료이다.

열가소성 탄성체는 보통의 열가소성 플라스틱 가공에 사용되는 여러 방법을 그대로 사용이 가능하고 가공 중에 생기는 찌꺼기를 다시 쓸 수 있어 경제성이 우수하며, 가소제의 사용도 필요 없다. 또한 열경화성 고무에 비하여 비중이 낮으며, 품질관리가 용이하고, 사출성형(중공성형) 등의 생산성이 높은 가공기기 사용이 가능하여 딱딱한 부분과 부드러운 부분의 부분적인 변화를 통해 제품생산의 다양화가 가능하여 설계가 용이하다. 즉, 열가소성 탄성체는 사용 조건하에서 고무 탄성을 나타내며, 성형 조건하에서는 열가소성 플라스틱과 같이 성형이 가능한 고분자 재료이다.

다만 이에 한정되지 않고, 플렉서블 프레임(200)은 특정 온도에서 액체, 시럽, 왁스 또는 용융물을 포함하여 유동성 상태로 존재할 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 특정 온도에서 유동성 상태로 존재할 수 있는 재료를 경화 또는 고화시켜 플렉서블 프레임(200)을 포함하는 필터(10)를 제조할 수 있다.

예를 들면, 필터(10)를 제조하는 방법은, 필터 부재를 절곡하여 원하는 크기로 재단하는 단계; 절곡된 필터 부재를 금형 안에 형상에 맞춰 삽입하는 단계; 프레임 재료를 연화점 또는 녹는점 이상의 온도로 가열하고, 프레임 재료가 용융되어 유동성 상태로 존재하도록 하는 단계; 및 유동성 상태의 프레임 재료를 절곡된 필터 부재의 테두리에 적용하고 고화시키는 단계를 포함할 수 있다. 이로써, 주름형 필터 부재(100)와 일체형으로 형성된 플렉서블 프레임(200)을 포함하는 필터(10)를 제조할 수 있다.

이때, 상기 유동성 상태는, 액체상태, 시럽상태 또는 왁스상태 모두를 포함하는 의미이다. 또한, 상기 고화는 냉각에 의하여 이루어질 수 있으며, 예를 들면 유동성 상태의 프레임 재료를 상온 또는 그 이하의 온도에서 냉각시킴으로써 고화시킬 수 있다.

보다 구체적으로 필터(10)를 제조하는 방법은, 필터 부재를 거치할 수 있는 요철형태의 거치부가 형성되어 있는 1차 몰드에 절곡된 필터 부재를 거치하는 단계; 상기 필터 부재를 고정하면서 필터부재의 가장자리만 노출되도록 2차 몰드를 상기 필터 부재 위에 배치하는 단계; 추가적으로, 상기 필터 부재의 면적보다 넓은 개구부가 형성되어 있는 3차 몰드를 이용하여, 상기 개구부 내에 상기 필터 부재가 위치할 수 있도록 3차 몰드를 배치하는 단계; 상기 2차 몰드에 의하여 덮여지지 않은 필터 부재의 가장자리에, 유동성 상태의 프레임 재료를 주입하여 단계; 및 상기 유동성 상태의 프레임 재료를 고화시키는 단계를 포함할 수 있다.

종래에는 필터 부재와 프레임 사이를 핫 건 등을 사용한 실링 공정이 필요하였으며, 이러한 실링 공정에서 필터 부재의 고정이 어려우며, 특히 주름형 필터 부재인 경우 주름 사이의 거리가 일정하게 유지되기 어려운 문제점이 있었다.

하지만, 상기의 방법으로 제조된 주름형 필터 부재(100)와 일체형으로 형성된 플렉서블 프레임(200)을 포함하는 필터(10)는, 필터 부재와 프레임을 결합시키기 위해 별도의 접착제를 사용한 실링 공정을 생략할 수 있어, 공정이 단순화 되며, 접착제를 사용할 때 실링 불량 등의 문제점을 방지할 수 있다.

플렉서블 프레임(200)은 연결부(210) 및 상기 연결부(210)로부터 돌출되는 지지부를 포함한다. 이러한 지지부는 제1 지지부(220) 및 제2 지지부(230)를 포함한다. 연결부(210), 제1 지지부(220) 및 제2 지지부(230)는 일체로 형성될 수 있다.

제1 지지부(220) 및 제2 지지부(230)는 플렉서블 프레임(200)의 측벽을 정의할 수 있다. 연결부(210)는 제1 지지부(220) 및 제2 지지부(230)의 하부 말단을 연결하며, 주름형 필터 부재(100)의 하면을 노출하는 개구를 가지는 닫힌(closed) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 연결부(210)는 장착 등을 위해, 측 방향으로 돌출된 플랜지를 포함할 수 있다. 이러한 연결부(210)의 플랜지와 하우징(20)이 체결되어 필터(10)가 하우징(20) 내로 수용될 수 있다.

제1 지지부(220)는 휨 지지부(221) 및 복수의 돌출부(222)를 포함한다. 복수의 돌출부(222)는 상기 휨 지지부(221)로부터 돌출된 것으로서, 각각 주름형 필터 부재(100)의 주름 팁(110)과 결합된다. 즉, 하나의 돌출부(222)는 하나의 주름 팁(110)과 대응된다.

플렉서블 프레임(200)의 돌출부(222)와 주름형 필터 부재(100)의 주름 팁(110)이 함께 움직이면서, 서로 인접한 주름 팁(110) 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있다. 이로 인해, 주름형 필터 부재(100) 전면에 걸쳐 균일한 공기 분포가 가능하며 그 필터 성능이 고르게 유지될 수 있다.

복수의 돌출부(222) 사이에는 제2 밸리 패턴(223)이 형성된다. 이러한 제2 밸리 패턴(223)을 가지는 플렉서블 프레임(200)은 형태 변형이 용이하며, 특히 일정 곡률을 가지며 구부러지는 변형이 용이하다. 나아가, 여과된 공기가 배출되는 필터 부재의 하면 측으로 곡률 반경을 가지도록 구부러질 때, 그 변형이 보다 용이하다.

여과된 공기가 배출되는 필터 부재의 하면 측으로 곡률 반경을 가지도록 구부러지는 경우, 호흡 보호구에 장착되거나, 필터가 호흡 보호구에 장착된 후 용접 실드 등에 장착될 때 간섭을 최소화할 수 있다. 나아가, 호흡 보호구 또는 용접 실드 등에 장착될 때 간섭으로 인한 파손을 방지할 수 있다.

또한, 복수의 주름 팁(110) 사이에 형성되는 제1 밸리 패턴(120)의 깊이는 제2 밸리 패턴(223)의 깊이보다 크다. 따라서, 제1 밸리 패턴(120)의 팁 부분은 제1 지지부(220)의 휨 지지부(221)와 결합된다.

휨 지지부(221)는 하나의 일자형 구조를 가진다. 휨 지지부(221)는 플렉서블 프레임(200)의 과도한 휨을 방지하며, 서로 인접한 주름 팁(110) 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있도록 하는 일정한 곡률 반경을 유지하도록 할 수 있다.

플렉서블 프레임(200)의 과도한 휨은 주름형 필터 부재(100)의 공기가 유입되는 면의 주름 팁(110) 사이의 거리가 일정하지 못하게 넓어지게 하며, 주름형 필터 부재(100)의 공기가 유출되는 면의 제1 밸리 패턴(120)의 팁 사이의 거리가 좁아지게 한다. 이는 압력 강하를 증가시키며, 필터(10)의 사용수명을 단축시킬 수 있다.

하지만, 본 발명에 따른 필터(10)는 곡률이 증가되더라도 (곡률 반경이 작아지더라도) 압력 강하가 거의 일정하게 유지될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 필터(10)는 약 40mm 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다.

도 4를 참조하면, 서로 인접한 주름 팁(110) 사이의 거리(d)가 각각 일정하고, 서로 인접한 제1 밸리 패턴(120) 팁 사이의 거리(d')이 각각 일정할 수 있다. 서로 인접한 주름 팁(110) 사이의 거리(d) 및 서로 인접한 제1 밸리 패턴(120) 팁 사이의 거리 (d')이 각각 일정한 경우, 필터의 전 영역에 걸쳐 균일한 필터 성능을 나타낼 수 있으며, 사용 수명이 향상될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 필터(10)는 주름형 필터 부재(100)의 공기가 유입되는 면의 주름 팁(110) 사이의 거리와, 주름형 필터 부재(100)의 공기가 유출되는 면의 제1 밸리 패턴(120)의 팁 사이의 거리가 일정 간격을 유지할 수 있도록 할 수 있으며, 원하는 곡률까지 일정한 압력 강하 성능을 유지할 수 있다.

휨 지지부(221)의 높이에 대한 돌출부(222)의 높이 비가 커지면 플렉서블 프레임(200)의 형태 변형에는 유리하나, 과도한 휨이 발생하면서 할 수 있다. 반대로, 돌출부(222) 높이에 대한 휨 지지부(221)의 높이 비가 커지면, 플렉서블 프레임(200) 및 주름형 필터 부재(100)의 형태 변형이 어려울 수 있다. 따라서, 휨 지지부(221)의 높이 : 돌출부(222)의 높이의 비는 약 1:1 내지 약 1:2 범위가 바람직하다.

제2 지지부(230)는 주름형 필터 부재(100)의 양 말단(101)과 결합된다. 바람직하게는, 주름형 필터 부재(100)의 말단(101)은 주름형 필터 부재(100)의 상면측으로 연장되며, 주름형 필터 부재(100)의 가장자리가 제2 지지부(230)와 결합될 수 있다.

제2 지지부(230)의 높이는 제1 지지부(220)의 휨 지지부(221)와 돌출부(222)의 높이의 합과 동일할 수 있다. 즉, 제2 지지부(230)의 높이와 제1 지지부(220)의 높이는 동일할 수 있다. 이러한 제2 지지부(230)는 외부 공기 또는 여과된 공기의 원하지 않는 누설을 방지할 수 있으며, 주름형 필터 부재(100)가 확장되며 필터 유효 면적을 증가시키는 효과가 있다.

도 6은 본 발명에 따른 하우징의 열린 구조의 사시도를 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 하우징의 닫힌 구조의 사시도를 도시한 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 하우징(20)은 제1면(311), 제2면(321), 및 상기 제1면(311) 및 제2면(321)의 가장자리를 둘러싸는 측벽(350)을 포함한다. 이러한 측벽(350)은 제1 측벽(351) 및 제2 측벽(352)을 포함한다.

상기 하우징(20)은 하나 이상의 출구 포트(330) 및 하나 이상의 흡기 포트(340)를 포함한다. 도면 상에는 하나의 출구 포트(330)와 복수의 흡기 포트(340)를 도시하였으나, 출구 포트(330) 및 흡기 포트(340)는 각각 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 하우징(20)은 하나의 출구 포트(330)를 포함할 수 있다. 또한, 바람직하게는, 상기 하우징(20)은 복수의 흡기 포트(340)를 포함할 수 있다.

하우징(20)의 측벽(350)에는 흡기 포트(340)가 배치된다. 바람직하게는, 하우징(20)의 측벽(350)에 복수의 흡기 포트(340)가 배치된다. 더 바람직하게는, 복수의 흡기 포트(340)는 제2 측벽(352)에 배치된다. 상기 하우징(20)의 제1면(311)에는 출구 포트(330)가 배치된다. 바람직하게는, 출구 포트(330)는 제1면(311)의 일측에 배치될 수 있다.

흡기 포트(340)는 외부 공기가 유입되는 공기 유입구이다. 흡기 포트(340)가 하우징(20)의 측벽(350)에 형성됨으로써, 유입되는 외부 공기가 주름형 필터 부재(100)의 제1 밸리 패턴(120)을 따라 천천히 균일하게 유입될 수 있도록 할 수 있다. 이로 인해, 필터(10) 상에 오염 물질과 같은 여과되는 물질들이 균일하고 천천히 축적될 수 있으며, 필터의 수명을 향상 시킬 수 있다. 나아가, 오염 물질이 축적되더라도, 사용 기간 중에 필터 성능이 유지될 수 있다.

도면 상에는 흡기 포트(340)가 3개로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 흡기 포트(340)의 수는 필터 카트리지의 크기 및 그 용도에 따라 달라질 수 있다.

복수의 흡기 포트(340)는 출구 포트(330)에 인접할수록 더 작은 폭을 가질 수 있다. 예를 들면, 흡기 포트(340)의 수가 3개인 경우, 출구 포트(330)에 인접한 흡기 포트(340)부터 1:1.5:2의 폭으로 형성될 수 있다.

출구 포트(330)는 여과된 공기가 배출되는 공기 배출구로서, 착용자가 호흡기와 가깝게 배치된다. 따라서, 출구 포트(330)에 가까울수록 착용자의 호흡에 의해 압력 변화가 심하며, 특히 흡기시 공기가 빠른 흐름을 가질 수 있다. 반면에 출구 포트(330)에서 멀어질수록 공기의 흐름이 느려질 수 있다.

따라서, 흡기 포트(340)가 출구 포트(330)에 인접할수록 더 작은 폭을 가지도록 하여, 필터(10)의 전 영역에서 균일하게 공기 흐름이 이루어지도록 할 수 있다. 즉, 공기 흐름이 느린 영역에서 공기 유입량을 증가시키고, 공기 흐름이 빠른 영역에서 공기 유입량을 감소시켜, 필터(10)의 전 영역에서 균일하게 공기 흐름이 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 상기 필터 카트리지가 마스크 본체에 장착되도록, 상기 출구 포트(330)는 마스크 본체에 연결 가능한 연결부를 더 포함한다.

이러한 하우징(20)은 홀더(310) 및 커버(320)를 포함할 수 있다. 이러한 홀더(310)와 커버(320)는 일측이 힌지부(360)로 연결되며, 다른 일측에는 잠금 구조(370)가 형성되어 고정될 수 있다.

홀더(310)는 제1면(311) 및 상기 제1면(311)으로부터 돌출된 제1 측벽(351)을 포함하고, 커버(320)는 제2면(321) 및 상기 제2면(321)으로부터 돌출된 제2 측벽(352)을 포함한다. 이때, 복수의 흡기 포트(340)는 제2 측벽(352)에 배치되며, 출구 포트(330)는 잠금 구조(370) 보다 힌지부(360)에 더 가깝게 배치될 수 있다.

하우징(20)은 경질의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 하우징은 경질의 플라스틱으로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며, 필터(10)를 수용하고 고정할 수 있는 재료면 충분하다.

하우징(20)은 곡률을 가질 수 있으며, 필터 카트리지는 약 40mm 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 하우징(20)이 곡률을 가지더라도, 플렉서블 프레임(200)을 가지는 필터(10)는 그 필터 성능을 유지하면서 장착될 수 있다.

필터 카트리지가 곡률을 가지는 경우, 마스크 본체 또는 호흡 보호구에 장착되거나, 필터 카트리지가 호흡 보호구 등에 장착된 후 용접 실드 등에 장착될 때 간섭을 최소화할 수 있다. 나아가, 호흡 보호구 또는 용접 실드 등에 장착될 때 간섭으로 인한 파손을 방지할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 예시적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실험예 1

평면 상에서 동일한 크기의 필터를 가지는 필터 카트리지의 곡률 반경을 변경하며, 압력 강하를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타나 있다.

압력 강하가 클수록 필터 성능이 감소하는 것을 의미한다. 하기 표 1을 참조하면, 곡률 반경이 약 40mm 이상에서는 압력 강하의 상승이 크지 않으나, 약 40mm 미만에서는 압력 강하가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 필터 카트리지는 약 40mm 이상의 곡률 반경을 가지는 것이 바람직하다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6
곡률반경 (mm)	38	40.7	44.5	50.6	60	8
압력강하 (mmH₂O)	16.2	12.7	11.7	10.9	10.3	9.3

실험예 2

동일한 크기를 가지는 필터를 사용하여, 홀더만 포함하는 하우징에 수용된 필터(비교예 1), 하우징에 수용되지 않은 필터(비교예 2), 및 측벽에 배치된 복수의 흡기 포트를 포함하는 커버와 홀더를 포함하는 하우징에 수용된 필터(실시예 7)의 필터 성능을 측정하였다. 그 결과는 도 8에 나타나 있다.

도 7에서 가로 축은 오염 물질(NaCl)의 초기 입자 로딩에 대한 입자 로딩 값의 비율을 나타내며, 세로 축은 초기 최소 압력 강하 값(PD_min)에 대한 압력 강하 값(PD)의 비율을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 오염 물질(NaCl)의 로딩 비율이 작은 경우에는 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 7 모두 압력 강하 비율이 유사하게 낮은 값을 나타내어, 필터 성능이 유사하나, 오염 물질의 로딩 비율이 많아질수록 실시예 7의 압력 강하 비율이 현저히 작아지는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 하우징 구조는 오염 물질이 축적되더라도, 사용 기간 중에 필터 성능 감소가 적으며, 사용 수명이 향상될 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 범위도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 필터 20: 하우징
100: 주름형 필터 부재 310: 홀더
110: 주름 팁 311: 제1면
120: 제1 밸리 패턴 320: 커버
200: 플렉서블 프레임 321: 제2면
210: 연결부 330: 출구 포트
220: 제1 지지부 340: 흡기 포트
221: 휨 지지부 350: 측벽
222: 돌출부 351: 제1 측벽
223: 제2 밸리 패턴 352: 제2 측벽
230: 제2 지지부

Claims

필터; 및
상기 필터를 수납하는 하우징
을 포함하고,
상기 필터는
복수의 주름 팁을 가지고, 상기 복수의 주름 팁 사이에는 제1 밸리 패턴이 형성되는, 주름형 필터 부재, 및
상기 주름형 필터 부재의 가장자리와 결합되며, 연결부 및 상기 연결부로부터 돌출되는 지지부를 포함하는, 플렉서블 프레임
을 포함하며,
상기 지지부는 각각 상기 주름 팁과 결합되는 복수의 돌출부를 포함하고,
상기 하우징은 제1면, 제2면, 및 상기 제1면 및 제2면의 가장자리를 둘러싸는 측벽을 포함하고,
상기 하우징은 하나 이상의 흡기 포트 및 하나 이상의 출구 포트를 포함하는, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 측벽에 복수의 흡기 포트가 배치되는, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 제1면에 출구 포트가 배치되는, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 출구 포트는 마스크 본체에 연결 가능한 연결부를 구비하는, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 지지부는 제1 지지부 및 제2 지지부를 포함하고,
상기 제1 지지부는 휨 지지부 및 상기 휨 지지부로부터 돌출되며 각각 상기 주름 팁과 결합되는 상기 복수의 돌출부를 포함하고,
상기 주름형 필터 부재의 양 말단은 상기 제2 지지부와 결합되는, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제5항에 있어서,
상기 복수의 돌출부 사이에는 제2 밸리 패턴이 형성되고,
상기 제1 밸리 패턴의 깊이는 상기 제2 밸리 패턴의 깊이보다 큰, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제5항에 있어서,
상기 제2 지지부의 높이는 상기 제1 지지부의 휨 지지부와 돌출부의 높이의 합과 동일한, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제5항에 있어서,
상기 휨 지지부의 높이 : 상기 돌출부의 높이의 비는 1:1 내지 1:2인, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 플렉서블 프레임은 열가소성 탄성체 (thermal plastic elastomer, TPE)를 포함하는, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 플렉서블 프레임의 Shore A 경도는 35 내지 45인, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 필터 카트리지는 40mm 이상의 곡률 반경을 가지는, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 제1면의 일측에 하나의 출구 포트가 배치되고,
상기 하우징의 측벽에 복수의 흡기 포트가 배치되고,
상기 복수의 흡기 포트는 상기 출구 포트에 인접할수록 더 작은 폭을 가지는, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 홀더 및 커버를 포함하고,
상기 홀더는 상기 제1면 및 상기 제1면으로부터 돌출된 제1 측벽을 포함하고,
상기 커버는 상기 제2면 및 상기 제2면으로부터 돌출된 제2 측벽을 포함하는, 호흡 보호구용 필터 카트리지.
제13항에 있어서,
상기 커버의 제2 측벽에 복수의 흡기 포트가 배치되는, 호흡 보호구용 필터 카트리지.