RU2595665C2 - Системы, индицирующие окончание срока службы, для многослойных фильтрующих картриджей - Google Patents

Системы, индицирующие окончание срока службы, для многослойных фильтрующих картриджей Download PDF

Info

Publication number
RU2595665C2
RU2595665C2 RU2014123124/05A RU2014123124A RU2595665C2 RU 2595665 C2 RU2595665 C2 RU 2595665C2 RU 2014123124/05 A RU2014123124/05 A RU 2014123124/05A RU 2014123124 A RU2014123124 A RU 2014123124A RU 2595665 C2 RU2595665 C2 RU 2595665C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sorbent
layer
filter cartridge
sensor element
layers
Prior art date
Application number
RU2014123124/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014123124A (ru
Inventor
Кевин А. ФРАНКЕЛЬ
Мария Л. ЗЕЛИНСКИЙ
Original Assignee
3М Инновейтив Пропертиз Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3М Инновейтив Пропертиз Компани filed Critical 3М Инновейтив Пропертиз Компани
Publication of RU2014123124A publication Critical patent/RU2014123124A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2595665C2 publication Critical patent/RU2595665C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B18/00—Breathing masks or helmets, e.g. affording protection against chemical agents or for use at high altitudes or incorporating a pump or compressor for reducing the inhalation effort
    • A62B18/08—Component parts for gas-masks or gas-helmets, e.g. windows, straps, speech transmitters, signal-devices
    • A62B18/088—Devices for indicating filter saturation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B9/00—Component parts for respiratory or breathing apparatus
    • A62B9/006—Indicators or warning devices, e.g. of low pressure, contamination
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/16—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2411—Filter cartridges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/42—Auxiliary equipment or operation thereof
    • B01D46/4254—Allowing or improving visual supervision, e.g. lamps, transparent parts, windows
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0415—Beds in cartridges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0454—Controlling adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/30—Controlling by gas-analysis apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/102—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/104—Alumina
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B01D2253/108—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20—Organic adsorbents
    • B01D2253/204—Metal organic frameworks (MOF's)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/414—Further details for adsorption processes and devices using different types of adsorbents
    • B01D2259/4141—Further details for adsorption processes and devices using different types of adsorbents within a single bed
    • B01D2259/4145—Further details for adsorption processes and devices using different types of adsorbents within a single bed arranged in series
    • B01D2259/4146—Contiguous multilayered adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2275/00—Filter media structures for filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2275/10—Multiple layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Central Air Conditioning (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к фильтрующему картриджу и способу фильтрации загрязняющих веществ из газа с применением фильтрующего картриджа. Фильтрующий картридж для удаления загрязняющих веществ из газовой среды содержит герметичный корпус картриджа, содержащий впускное отверстие для газа, фильтрующую среду и выпускное отверстие для газа. При этом указанная фильтрующая среда содержит многослойную структуру, содержащую первый слой сорбента, второй слой сорбента, расположенный ближе к выпускному отверстию для газа, чем первый слой сорбента, и сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента. При этом индикатор сенсорного элемента расположен на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента. Способ фильтрации загрязняющих веществ из газа содержит следующие стадии: обеспечение вышеуказанного фильтрующего картриджа, обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж, детектирование отклика сенсорного элемента и замену фильтрующего картриджа. Техническим результатом является повышение безопасности использования фильтрующего картриджа, а также своевременная индикация окончания срока службы фильтрующего картриджа. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 пр., 3 ил.

Description

Область техники
Настоящее раскрытие относится в общем к способам фильтрации загрязняющих веществ из газа с применением фильтрующих картриджей и индикаторам исчерпания ресурса эксплуатации для определения исчерпания ресурса эксплуатации для фильтрующих картриджей.
Уровень техники
Для защиты людей от вредных загрязняющих воздух веществ было разработано множество систем очистки воздуха. Среди этих систем очистки воздуха имеется широкий ряд респираторов для очистки воздуха, разработанных для фильтрации или адсорбции присутствующих в воздухе загрязняющих веществ. Обычно эти респираторы для очистки воздуха содержат фильтрующую среду, корпус фильтра или определенное сочетание фильтрующих материалов и корпуса фильтра. При использовании респиратора загрязняющие вещества абсорбируются фильтрующей средой или удерживаются или захватываются корпусом фильтра. В какой-то момент фильтрующая среда или корпус фильтра оказываются насыщенными, и способность респиратора удалять вредные загрязняющие воздух вещества начинает ослабевать.
При длительном воздействии окружающей среды, содержащей вредные загрязняющие воздух вещества, таком как, например, длительное или частое воздействие таких сред на рабочего, необходимы методики для определения ресурса эксплуатации респиратора. Одной из таких разработанных методик является методика, основанная на продолжительности эксплуатации респиратора. В этой методике респираторы или фильтры для очистки воздуха заменяют после определенного периода эксплуатации на основании, например, математической модели, как описано в Wood et al., Journal of the American Industrial Hygiene Association, vol. 55(1), pp. 11-15 (1994). Однако эта методика не учитывает изменения уровня загрязняющих веществ или скорости потока, проходящего через респиратор, и, следовательно, может приводить к слишком ранней (что не экономно) или слишком поздней (что может представлять опасность для пользователя) замене респиратора или фильтрующих элементов.
К примерам фильтрующих картриджей, содержащих слои или смеси различных поглощающих материалов, относится патент США №5,660,173 (Newton), в котором описана цилиндрическая фильтрующая коробка для использования совместно с маской для фильтрации газа, включающая содержащий уголь фильтрующий слой усеченной формы и многослойную структуру из угольных частиц различного размера в содержащем уголь фильтрующем слое. В патенте США №5,714,126 (Frund) описывается система фильтров респиратора для фильтрации токсичных веществ, включающая в себя картридж, содержащий слой ненасыщенного активированного угля, слой активированного угля, насыщенный сульфатом, молибденом и медью или цинком, и высокоэффективный воздушный фильтр класса HEP А. В патенте США №6,344,071 (Smith et al.) описываются фильтрующая среда, включающая по меньшей мере два вида фильтрующих сред, где первое множество частиц фильтрующей среды содержит частицы, насыщенные переходным металлом, а второе множество частиц фильтрующей среды включает частицы, насыщенные третичным амином.
Большое количество индикаторов исчерпания ресурса эксплуатации (ESLI) было разработано для применения с фильтрующими картриджами респиратора. Обычно индикаторы ESLI описываются как пассивные или активные. Пассивными индикаторами ESLI являются те, в которых изменение в индикаторе (часто изменение его цвета) происходит вследствие воздействия анализируемого вещества, когда сорбент, предусмотренный для этого анализируемого вещества, почти выработан. Активными индикаторами ESLI являются те, которые содержат электронный датчик для выявления потока газа, содержащего анализируемое вещество, и подачи предупреждающего сигнала после детектирования анализируемого вещества вследствие выработки сорбента.
Сущность изобретения
Раскрыты системы, индицирующие исчерпание ресурса эксплуатации, для многослойных фильтрующих картриджей. Также раскрыты фильтрующие картриджи, способные удалять загрязняющие вещества из газовой среды, содержащие герметичный корпус картриджа, содержащий впускное отверстие для газа, фильтрующую среду и выпускное отверстие для газа. Фильтрующая среда включают многослойную структуру, при этом многослойная структура содержит первый слой сорбента, второй слой сорбента, расположенный ближе к выпускному отверстию для газа, чем первый слой сорбента, и сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента таким образом, чтобы индикатор сенсорного элемента располагался на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента. В некоторых воплощениях сенсорный элемент является электронным сенсорным элементом, в других воплощениях сенсорный элемент является колориметрическим сенсорным элементом. В некоторых воплощениях второй слой сорбента имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем первый слой сорбента.
Также в описание включены способы фильтрации загрязняющих веществ из газа. Эти способы включают предоставление фильтрующего картриджа, обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж, детектирование отклика сенсорного элемента и замену фильтрующего картриджа. Фильтрующие картриджи содержат герметичный корпус картриджа, содержащий впускное отверстие для газа, фильтрующую среду и выпускное отверстие для газа. Фильтрующая среда включает многослойную структуру, при этом многослойная структура содержит первый слой сорбента, второй слой сорбента, расположенный ближе к выпускному отверстию для газа, чем первый слой сорбента, и сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента таким образом, чтобы индикатор сенсорного элемента располагался на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента. В некоторых воплощениях сенсорный элемент является электронным сенсорным элементом, в других воплощениях сенсорный элемент является колориметрическим сенсорным элементом. В некоторых воплощениях второй слой сорбента имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем первый слой сорбента.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет понятно в более полной мере при рассмотрении следующего подробного описания различных воплощений раскрытия совместно с прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 показан вид в поперечном сечении воплощения фильтрующего картриджа согласно настоящему раскрытию.
На фиг. 2 показан вид в поперечном сечении воплощения фильтрующего картриджа согласно настоящему раскрытию.
На фиг. 3 показан вид в поперечном сечении воплощения фильтрующего картриджа согласно настоящему раскрытию.
В приведенном ниже описании проиллюстрированных воплощений делается ссылка на прилагаемые чертежи, в которых в иллюстративных целях показаны различные возможные воплощения данного раскрытия. Следует понимать, что возможное применение воплощений и возможные конструктивные изменения могут быть выполнены без отклонения от объема настоящего раскрытия. Фигуры не обязательно выполнены в масштабе. Подобные номера ссылок, использованные в фигурах, относятся к подобным элементам. Однако подразумевается, что использование какого-либо номера для ссылки на элемент, представленный на данной фигуре, не предусматривает ограничения элемента на другой фигуре, обозначенного таким же номером.
Подробное описание изобретения
Для защиты людей от вредных загрязняющих воздух веществ было разработано множество систем очистки воздуха. Среди этих систем очистки воздуха имеется широкий ряд респираторов для очистки воздуха, разработанных для фильтрации или адсорбции присутствующих в воздухе загрязняющих веществ. Это поглощение может быть физическим или химическим. Эти системы очистки воздуха могут быть пассивными, то есть такими, в которых дыхание пользователя протягивает воздух через респиратор, или приводными, то есть такими, в которых механическое устройство, такое как вентилятор, протягивает воздух через респиратор. Обычно в этих респираторах для очистки воздуха применяются фильтрующие картриджи. Как правило, эти фильтрующие картриджи содержат фильтрующую среду, корпус фильтра или некую комбинацию фильтрующей среды и корпуса фильтра. При использовании респиратора загрязняющие вещества абсорбируются фильтрующей средой или удерживаются либо захватываются корпусом фильтра. В какой-то момент фильтрующая среда или корпус фильтра насыщаются, и способность респиратора удалять загрязняющие воздух вредные вещества начинает ослабевать.
При длительном воздействии окружающей среды, содержащей вредные загрязняющие воздух вещества, таком как, например, длительное или частое воздействие таких сред на рабочего, необходимы методики для определения ресурса эксплуатации респиратора. Одной из таких разработанных методик является методика, основанная на продолжительности эксплуатации респиратора, с применением математической модели, как описано в Wood et al., Journal of the American Industrial Hygiene Association, vol. 55(1), pp. 11-15 (1994). В этой методике респираторы или фильтры для очистки воздуха заменяют после определенного периода эксплуатации. Однако эта методика не учитывает изменения уровня загрязняющих веществ или скорости потока, проходящего через респиратор, и, следовательно, может приводить к слишком ранней (что неэкономно) или слишком поздней (что может представлять опасность для пользователя) замене респиратора или фильтрующих элементов.
Для применения с фильтрующими картриджами респиратора было разработано большое количество индикаторов исчерпания ресурса эксплуатации (ESLI). Обычно индикаторы ESLI описываются как пассивные и активные. Пассивными индикаторами ESLI являются те, в которых изменение в индикаторе (часто изменение его цвета) происходит вследствие воздействия анализируемого вещества, когда сорбент, предусмотренный для этого анализируемого вещества, почти выработан. Активными индикаторами ESLI являются содержащие электронный датчик для выявления потока газа, содержащего анализируемое вещество, и подачи предупреждающего сигнала после детектирования анализируемого вещества вследствие выработанного сорбента.
Существует необходимость в индикаторах ESLI, способных показывать, что картридж следует заменить, когда большая часть сорбента в картридже выработана, но до того, как сорбент в картридже будет выработан полностью. Это позволяет использовать картридж на протяжении всего его ресурса эксплуатации (позволяет сэкономить еще пригодные для использования части сорбента в картридже) и в то же время обеспечивает безопасный допуск для пользователя (когда индикатор активирован, для защиты пользователя еще остается пригодный для использования слой сорбента).
В настоящем описании раскрыты системы фильтрующих картриджей для очистки газообразных сред, содержащие многослойные фильтрующие картриджи и сенсорный элемент, расположенный в многослойном фильтрующем картридже. Сенсорный элемент расположен в фильтрующем картридже таким образом, что при выработке одного слоя или группы слоев сенсорный элемент реагирует, и второй слой или группа слоев начинает очищать газообразную среду. Второй слой или группа слоев меньше, чем первый слой или группа слоев, но второй слой или группа слоев имеют большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем первый слой сорбента. Этот второй слой или группа слоев, несмотря на меньший размер, чем у первого слоя или группы слоев, способны обеспечить защиту пользователя до замены картриджа.
Если не указано обратное, все используемые в настоящем описании и пунктах формулы числовые значения, выражающие размер элемента, количества и физические свойства, должны во всех случаях рассматриваться как модифицируемые термином «приблизительно». Соответственно, если не указано обратное, числовые параметры, указанные в нижеследующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными значениями, которые могут варьировать в зависимости от желаемых свойств, к которым стремятся специалисты в данной области техники с применением описанных здесь идей. Перечисление числовых диапазонов посредством их предельных значений включает все числа, находящиеся в этом диапазоне (например, 1-5 включает 1; 1,5; 2; 2,75; 3; 3,80; 4 и 5), а также любой диапазон в пределах этого диапазона.
В настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают воплощения, имеющие ссылки на множественное число, если содержание ясно не указывает на обратное. Например, термин «слой» включает воплощения, содержащие один, два или более слоев. В настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения термин «или» обычно применяется в том его смысле, который включает значение «и/или», если содержание ясно не указывает на обратное.
В настоящем документе термин «сенсорный элемент» относится к элементу или группе элементов, обеспечивающих оптический отклик на анализируемое вещество, например, посредством изменения по меньшей мере одного из их оптических свойств (что может проявляться в изменении цвета, изменении яркости, интенсивности отраженного света и т.д.) при воздействии на них анализируемого вещества. Сенсорный элемент содержит по меньшей мере один «индикатор» и также может содержать другие элементы. В настоящем документе, термин «индикатор» относится к элементу, который при воздействии на него анализируемого вещества, такого как органический пар или кислота, претерпевает детектируемое изменение, обычно оптическое. Если визуальное изменение является изменением цвета, индикатор называют «колориметрическим». Если сенсорный элемент содержит только один индикатор, эти термины используются взаимозаменяемо.
В настоящем документе термин «волновой фронт адсорбции» относится к слою газа, содержащего загрязняющие вещества, который прошел через слой сорбента. Слои газа, прошедшие через слой сорбента и не содержащие загрязняющих веществ, не являются волновым фронтом адсорбции.
В настоящем документе термин «прилегающий», применяемый для слоев или других элементов, означает, что слои или другие элементы находятся в непосредственной близости друг к другу без пустого промежутка между ними. Слои или другие элементы могут соприкасаться друг с другом или они могут проникать в слои или другие элементы.
В настоящем документе термин «дыхательное головное устройство» применительно к респиратору означает устройство для ношения человеком, в которое подается очищенный воздух, при этом такие устройства содержат, например, маски респиратора, плотно прилегающие по меньшей мере к дыхательным путям (нос и рот) человека, а также свободно прилегающие маски респиратора. Примеры дыхательных головных устройств, кроме прочего, включают эластомерные маски респираторов, респираторы, закрывающие все лицо, головные уборы, такие как мягкие капюшоны или твердые каски, или другие подходящие респираторные системы.
В настоящем документе термин «шланг» в отношении приводного респиратора означает устройство, содержащее канал с непроницаемой для текучей среды стенкой (стенками), через которую воздух может перемещаться для подачи отфильтрованного воздуха из источника чистого воздуха (такого как фильтрующий картридж) к дыхательному головному устройству.
Фильтрующий картридж согласно настоящему раскрытию способен удалять загрязняющие вещества из газовой среды и содержит герметичный корпус картриджа. Этот корпус содержит элементы фильтрующего картриджа, удерживает эти элементы в надлежащей конфигурации и защищает элементы от воздействия загрязняющих веществ из газовой среды за исключением направленного потока газовой среды, проходящей через фильтрующий картридж. Элементы фильтрующего картриджа, содержащиеся внутри герметичного корпуса картриджа, содержат по меньшей мере одно впускное отверстие для газа, фильтрующую среду и выпускное отверстие для газа. Фильтрующая среда содержит многослойную структуру, содержащую по меньшей мере первый слой сорбента, второй слой сорбента, расположенный ближе к выпускному отверстию для газа, чем первый слой сорбента, и сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента таким образом, чтобы индикатор сенсорного элемента располагался на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента. Каждый из этих элементов более подробно описан ниже.
Применение герметичного корпуса картриджа позволяет элементам фильтрующего картриджа находиться в связи по текучей среде друг с другом и защищает эти элементы от негативного воздействия, повреждения и т.д. Корпус обычно сконструирован непроницаемым для текучей среды, подлежащей фильтрации в условиях эксплуатации фильтрующего картриджа. Некоторые потенциально подходящие для корпуса материалы могут включать пластмассы, металлы, композиционные материалы и т.д.
Обычно единственными отверстиями в герметичном корпусе картриджа являются впускное отверстие для газа, находящееся в связи по текучей среде с внешней окружающей средой, и выпускное отверстие для газа, находящееся в связи по текучей среде с пользователем либо непосредственно, либо опосредованно.
Впускное отверстие для газа может быть обычным отверстием или рядом отверстий, или оно может быть более сложным устройством: так, например, оно может содержать предварительный фильтр или экран для уменьшения потока частиц, попадающих в фильтрующий картридж. Примеры предварительных фильтров включают, например, волокнистые полотна, сетки, пеноматериалы, нетканые материи и т.п. Предварительные фильтры могут быть съемными, для извлечения и очистки или замены. Примеры подходящих экранов включают, например, металлические или пластмассовые сетки, которые могут быть прикреплены без возможности снятия к впускному отверстию для газа или могут быть съемными. В некоторых конфигурациях фильтрующего картриджа может быть выполнено более одного впускного отверстия для газа.
Другим отверстием в корпусе фильтрующего картриджа является выпускное отверстие для газа. В зависимости от типа системы очистки воздуха, с которой применяется фильтрующий картридж, выпускное отверстие для газа может иметь различные формы и конфигурации. Если фильтрующий картридж применяется в пассивной системе респиратора, выпускное отверстие для газа может быть единственным отверстием или может быть рядом отверстий. Дополнительно выпускное отверстие может содержать фильтр или экран для предотвращения попадания к пользователю частиц или пыли из фильтрующей среды. Примеры подходящих фильтров включают, например, волокнистые полотна, сетки, пеноматериалы, нетканые материи и т.п. Фильтры могут быть съемными, для извлечения и очистки или замены. Примеры подходящих экранов включают, например, металлические или пластмассовые сетки, которые могут быть прикреплены без возможности снятия к впускному отверстию для газа или могут быть съемными. Если фильтрующий картридж применяется в приводной системе респиратора, выпускное отверстие для газа может быть единственным отверстием, но в некоторых воплощениях оно может содержать ряд отверстий. В некоторых воплощениях выпускное отверстие для газа является выпускным клапаном, который может соединять корпус фильтрующего картриджа со шлангом или другим соединительным устройством для подачи очищенного воздуха к головному дыхательному устройству или другому устройству. Часто выпускное отверстие для газа является цилиндрическим отверстием, но могут применять и другие формы и контуры. Отверстие может также содержать конструкции, сконструированные для съемного прикрепления фильтрующего картриджа, например, к шлангу или другому соединительному устройству.
Фильтрующая среда содержит многослойную структуру, содержащую по меньшей мере первый слой сорбента, второй слой сорбента, расположенный ближе к выпускному отверстию для газа, чем первый слой сорбента, и сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента. По меньшей мере один индикатор сенсорного элемента расположен на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента. Каждый из первого и второго слоев сорбента может быть единственным слоем или может содержать множество подслоев. Кроме того, в дополнение к этим двум слоям сорбента, также могут наличествовать дополнительные слои. Примеры подходящих дополнительных слоев, которые могут наличествовать, включают, например, дополнительные слои сорбента и фильтры для улавливания частиц, такие как волокнистые полотна, сетки, пеноматериалы, нетканые материи и т.п.
Первый слой сорбента содержит по меньшей мере один поглощающий материал. В настоящем документе термин «поглощающий материал» относится к веществу, способному абсорбировать или адсорбировать органический пар. Эта абсорбция или адсорбция может быть либо физической (органический пар физически захватывается на поглощающем материале или внутри него), либо химической (органический пар химически взаимодействует с поглощающим материалом и захватывается).
Для применения в качестве поглощающего материала может подходить множество различных материалов. Поглощающий материал желательно является достаточно пористым для возможности пропускания через себя имеющегося потока воздуха или других газов и может быть выполнен в виде мелкодисперсного твердого вещества (например, порошка, крупиц, хлопьев, гранул или агломератов) или в виде пористого твердого вещества (например, открытоячеистого пеноматериала или пористого монолитного материала). Обычно поглощающий материал является гранулированным.
Поглощающий материал может быть единственным материалом или он может содержать смесь материалов. Примеры подходящих поглощающих материалов включают, например, активированный уголь, обработанный активированный уголь, оксид алюминия, силикагель, гопкалит, молекулярные фильтры, металлорганические каркасы, откалиброванные материалы или другие известные поглощающие материалы, а также их сочетание. Дополнительно, как описано выше, первый слой сорбента может содержать множество подслоев. Каждый из этих подслоев может быть одинаковым или различным поглощающим материалом.
Особенно предпочтительные поглощающие материалы включают активированный уголь, оксид алюминия или оксиды других металлов, способные удалять целевой пар путем адсорбции; глину или другие минералы, обработанные растворами кислот, таких как уксусная кислота, или растворами щелочей, такими как водный раствор гидроксида натрия; молекулярные фильтры и другие цеолиты; другие неорганические сорбенты, такие как оксид кремния; органические сорбенты, включающие суперсшитые системы, такие как высоко сшитые стироловые полимеры, известные как «стиросорбы» (такие как описанные, например, в V.A. Dankov, Р, Tsyurupa, Pure and Appl. Chem, vol, 61, pp. 1881-89 (1989) и в L.D. Belyakova. T.I. Schevchenko, V,A, Davankov, Adv. In Colloid and Interface Sci. vol. 25, pp. 249-66, (1986)). Активированный уголь и оксид алюминия являются особенно предпочтительными поглощающими материалами. Могут применяться смеси поглощающих материалов, например, для абсорбции смесей целевых паров. Если материал использован в мелкодисперсной форме, размер частиц сорбента может сильно отличаться, и его обычно выбирают частично на основе предполагаемых условий эксплуатации. В качестве общей рекомендации, мелкодисперсные частицы поглощающего материала могут отличаться в размере, имея средний диаметр от приблизительно 4 до приблизительно 5000 микрометров, например средний диаметр от приблизительно 30 до приблизительно 1500 микрометров. Также могут применяться смеси частиц поглощающих материалов с различными диапазонами размеров (например, в бимодальной смеси частиц поглощающих материалов или в многослойных структурах с применением более крупных частиц сорбента в слое выше по потоку и более мелких частиц сорбента в слое ниже по потоку). Также могут применяться поглощающие материалы, применяемые в комбинации с подходящим связующим (например, уголь со связующим) или захваченные на или в подходящей опоре, как описано в патенте США №3,971,373 (Braun et al.), патенте США №4,208,194 (Nelson) и патенте США №4,948,639 (Brooker et al.), а также в публикации заявки на патент США №US 2006/0096911 Al (Brey et al.). Также может быть использован дополнительно иммобилизованный уголь. Уголь может быть иммобилизован множеством различных способов, таких как связывание угля, использование содержащих уголь полотен, угольных блоков и т.п. Примеры иммобилизованного угля включают содержащие частицы волокнистые полотна, описанные в публикации международной заявки WO 2006/052694 (Brey et al.). Активированный уголь особенно полезен как поглощающий материал. Примеры коммерчески доступного активированного угля включают: уголь изготовителя Kuraray Chemical Со. класса GG (для общего противогазового применения) и уголь класса GC (активированный уголь высокой степени очистки и высокой твердости, применяемый как каталитический носитель). Активированный уголь класса GG марки Kuraray особенно подходит для первого слоя сорбента.
Фильтрующая среда также содержит второй слой сорбента. Этот второй слой сорбента расположен ближе к выпускному отверстию для газа и обычно меньше первого слоя сорбента. Под тем, что второй слой сорбента меньше первого слоя сорбента, подразумевается либо то, что толщина по поперечному сечению второго слоя сорбента меньше, чем толщина по поперечному сечению первого слоя сорбента, либо то, что объем внутри корпуса фильтрующего картриджа, занимаемый вторым слоем сорбента, меньше, чем объем внутри корпуса фильтрующего картриджа, занимаемый первым слоем сорбента, либо и то, и другое.
Несмотря на то, что второй слой сорбента меньше первого слоя сорбента, второй слой сорбента обладает более высокой адсорбционной способностью и/или более высокой скоростью адсорбции, чем первый слой сорбента. В общем это означает, что второй сорбент является более эффективным слоем для адсорбции органических паров, чем первый слой сорбента. Поскольку второй слой сорбента меньше первого слоя сорбента, такая повышенная эффективность адсорбции позволяет второму слою сорбента поддерживать функционирование фильтрующего картриджа и предоставляет пользователю время либо чтобы покинуть загрязненную область, либо для замены фильтрующего картриджа до проникновения через него загрязняющих веществ.
В некоторых воплощениях отношение показателя А2 адсорбции второго слоя сорбента к показателю A1 адсорбции первого слоя сорбента составляет А2/А1>1. Показатель адсорбции слоя сорбента определяют по формуле: А=kv×SL, где А - показатель адсорбции; kv - коэффициент эффективной скорости адсорбции (минуты-1); и SL - ресурс эксплуатации (минуты), время, требуемое для проникания 1% определенного целевого пара при стандартной температуре и давлении.
Такое определение показателя адсорбции осуществляют с применением методики, описанной в Wood et al., Journal of the American Industrial Hygiene Associaciation, vol 55(1), pp. 11-15 (1994). Поглощающий материал во втором слое сорбента отличается от поглощающего материала в первом слое сорбента. Примеры подходящих поглощающих материалов включают, например, активированный уголь, обработанный активированный уголь, оксид алюминия, силикагель, гопкалит, молекулярные фильтры, металлоорганические каркасы, откалиброванные материалы или другие известные поглощающие материалы, а также их сочетание. Активированный уголь является особенно предпочтительным поглощающим материалом. Примеры коммерчески доступного активированного угля включают: уголь изготовителя Kuraray Chemical Co. класса GG (для общего противогазового применения) и уголь класса GC (активированный уголь высокой степени очистки и высокой твердости, применяемый как каталитический носитель). Активированный уголь класса GC марки Kuraray особенно подходит для второго слоя сорбента. В некоторых воплощениях как первый, так и второй слои сорбента содержат активированный уголь. В некоторых особых воплощениях первый слой сорбента содержит активированный уголь класса GG марки Kuraray, а второй слой сорбента содержит активированный уголь класса GC марки Kuraray.
Первый и второй слои сорбента находятся в связи по текучей среде друг с другом. В некоторых воплощениях первый и второй слои сорбента являются непосредственно прилегающими друг с другом. В других воплощениях первый и второй слои сорбента являются раздельными слоями и могут быть разделены пористой мембраной или экраном.
Первый и второй слои сорбента могут иметь любые подходящие формы, такие как прямоугольная, круглая, овальная и т.д. Как правило, форма первого и второго слоев сорбента определяется формой и конфигурацией корпуса фильтрующего картриджа. Для первого и второго слоев сорбента может быть желательно, чтобы они имели одинаковую или подобную длину и ширину, или может быть желательно, чтобы второй слой сорбента имел меньшую длину и/или ширину и чтобы фильтрующая среда имела в целом сужающуюся структуру.
Фильтрующий картридж также содержит сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента. Сенсорный элемент содержит по меньшей мере один индикатор, расположенный на границе между первым и вторым слоями сорбента. Сенсорный элемент сигнализирует о прохождении волнового фронта адсорбции через фильтрующий картридж. Большое разнообразие сенсорных элементов подходит для применения в фильтрующих картриджах согласно настоящему раскрытию. Сенсорный элемент оптически откликается на анализируемое вещество, например, посредством изменения по меньшей мере одного из его оптических свойств (что может проявляться в изменении цвета, изменении яркости, интенсивности отраженного света и т.д.) при прохождении волнового фронта адсорбции через первый слой сорбента. В некоторых воплощениях сенсорный элемент является колориметрическим сенсорным элементом (подразумевающим оптическое изменение, детектируемое человеческим глазом); в других воплощениях сенсорный элемент является электронным сенсорным элементом (подразумевающим оптическое изменение, детектируемое электронным устройством). В некоторых воплощениях индикатор, расположенный на границе между первым и вторым слоями сорбента, может составлять весь сенсорный элемент; в других воплощениях сенсорный элемент больше или сложнее, и только индикатор расположен на границе между первым и вторым слоем сорбента.
В некоторых воплощениях сенсорный элемент является пленкой. Пленка может иметь множество слоев и может быть колориметрической пленкой (т.е. пленка изменяет цвет при воздействии на нее органического анализируемого вещества) или она может подвергаться какому-либо другому детектируемому оптическому изменению при воздействии на нее анализируемого органического вещества. Примеры подходящих сенсорных пленок описаны в патенте США №7,449,146 (Rakow et al.) и в патентных публикациях США №2008/0063575 и 2008/0063874 (Rakow et al.).
Сенсорный элемент может также быть структурированным химическим сенсором, таким как описанный в патентной публикации США №2011/0094514 (Rakow et al.). Эти структурированные датчики содержат пленку, содержащую рабочую часть пленки, имеющую слой детектирования и слой окклюзии, связанный с рабочей частью пленки и окклюдирующий часть слоя детектирования. Слой детектирования реагирует на органическое химическое вещество, т.е. слой детектирования изменяет цвет при воздействии на него органического химического вещества. Слой окклюзии предотвращает доступ детектированного химического вещества в окклюдируемую область и не допускает изменения цвета. Суммарный эффект такой конструкции заключается в том, что в одном корпусе пленки, при воздействии органического химического вещества, «старый» цвет (то есть цвет в исходном состоянии) слоя детектирования и «новый» цвет (то есть цвет в состоянии измененного цвета слоя детектирования) представлены смежно друг с другом, позволяя пользователю легко определить, произошло ли изменение.
В зависимости от сложности сенсорного элемента, внутри фильтрующего картриджа может быть расположен весь сенсорный элемент, или часть сенсорного элемента может быть расположена внутри фильтрующего картриджа, а часть сенсорного элемента может быть расположена снаружи фильтрующего картриджа. Это особенно характерно для электронных сенсорных элементов.
В некоторых воплощениях весь сенсорный элемент расположен внутри фильтрующего картриджа. Обычно в этих воплощениях герметичный корпус фильтрующего картриджа содержит окно или иное устройство визуализации, обеспечивающее пользователю возможность видеть сенсорный элемент. Окно или иное устройство визуализации может быть выполнено из стекла или прозрачного пластика. Пример такого устройства описан в патентной публикации США №2010/0294272 (Holmquist-Brown et al.).
Поскольку сенсорный элемент может быть расположен в любом месте фильтрующего картриджа, если по меньшей мере его часть находится на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента, в некоторых воплощениях может быть желательно, чтобы сенсорный элемент располагался на стенке герметичного корпуса фильтрующего картриджа. Таким образом, сигнал либо оптического, либо электронного сенсорного элемента легко передается пользователю. В некоторых воплощениях с колориметрическими сенсорными элементами колориметрический сенсорный элемент расположен на стенке герметичного корпуса фильтрующего картриджа непосредственно прилегающим к окну или иному устройству визуализации.
Три воплощения фильтрующих картриджей согласно настоящему раскрытию показаны на фиг. 1, 2 и 3. На фиг. 1 фильтрующий картридж 100 содержит впускное отверстие 110 для газа, первый слой 120 сорбента, второй слой 130 сорбента, выпускное отверстие 140 для газа и сенсорный элемент 150. Фиг. 2 представляет похожее воплощение, показывая фильтрующий картридж 200, содержащий впускное отверстие 210 для газа, первый слой 220 сорбента, второй слой 230 сорбента, выпускное отверстие 240 для газа и сенсорный элемент 250. В фильтрующем картридже 200 второй слой 230 сорбента уже, чем первый слой 220 сорбента, что придает фильтрующей среде в целом сужающуюся структуру. Фиг. 3 показывает воплощение фильтрующего картриджа 300 с разделенным потоком. В фильтрующем картридже 300 впускные отверстия 310 для газа расположены вверху и внизу фильтрующего картриджа 300. Впускные отверстия 310 для газа находятся в связи по текучей среде с первыми слоями 320 сорбента, вторыми слоями 330 сорбента, выпускным отверстием 340 для газа и сенсорными элементами 350.
Также раскрыты способы фильтрации загрязняющих веществ из газа. Эти способы включают обеспечение фильтрующего картриджа вышеописанного типа, содержащего герметичный корпус картриджа с многослойными слоями сорбента и сенсорным элементом, обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж, детектирование отклика сенсорного элемента и замену фильтрующего картриджа.
Газообразные загрязняющие вещества обычно включают органические пары, кислотные газы или их комбинации. Термин «органический пар», используемый в настоящем документе, относится к широкому диапазону находящихся в воздухе летучих органических соединений, которые могут быть вредными для людей, если присутствуют во вдыхаемом ими воздухе. Примеры органических паров, кроме прочего, включают: спирты, такие как изопропанол и бутанол; алканы, такие как гексан и октан; ароматические соединения, такие как бензол, толуол, ксилолы и стирол; галоуглероды, такие как хлороформ и метиленхлорид; кетоны, такие как ацетон и метилэтилкетон; эфиры, такие как тетрагидрофуран; сложные эфиры, такие как этилацетат и этоксиэтилацетат; акрилаты, такие как метилакрилат; нитрилы, такие как ацетонитрил; изоцианаты, такие как толуол-2,4-диизоцианат; и т.п. В настоящем документе термин «кислотные или кислые газы» относится к газам, содержащим некий кислотный компонент. Кислотный компонент сам по себе может быть газом, таким как, например, газ хлористого водорода, но кислотный компонент не обязательно сам должен быть газом, а просто может присутствовать в газе или газовой смеси. Кроме того, кислотные газы сами по себе могут не быть кислотами, а кислоты могут получаться в результате их соединения с другими материалами, присутствующими в атмосфере.
Как обсуждалось выше, фильтрующие картриджи содержат по меньшей мере первый слой сорбента, второй слой сорбента, расположенный ближе к выпускному отверстию для газа фильтрующего картриджа, чем первый слой сорбента, и сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента. По меньшей мере один индикатор сенсорного элемента расположен на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента.
Обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж, может осуществляться множеством различных способов в зависимости от типа респираторного устройства, к которому прикреплен фильтрующий картридж. Если респираторное устройство является пассивным респиратором, обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж, может включать надевание респиратора и вдыхание. Впускное отверстие для газа фильтрующего картриджа может быть герметизированным или закрытым для защиты фильтрующего картриджа до начала его использования, поэтому обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж, может также включать этапы снятия герметичного уплотнения или открытия впускного отверстия фильтрующего картриджа. Кроме того, респиратор и фильтрующие картриджи могут храниться отдельно, поэтому может наличествовать этап сборки, включающий прикрепление фильтрующего картриджа к устройству респиратора. Также респиратор может содержать более одного фильтрующего картриджа, и эти фильтрующие картриджи могут быть одинаковыми или различными.
Если респиратор является электроприводным респиратором, обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж, может включать надевание респиратора и регулировку мощности вентилятора или другого устройства, применяемого для приведения в действие респиратора. Как и в пассивной респираторной системе, обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж, может также включать этапы снятия герметичного уплотнения или открытия впускного отверстия для газа фильтрующего картриджа или респиратора в сборе.
По мере использования респираторного устройства, содержащего фильтрующий картридж согласно настоящему раскрытию, наступает момент, когда подходит окончание полезной эксплуатации первого слоя сорбента. В этот момент индикатор, расположенный на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента, активируется и вызывает отклик в сенсорном элементе. Отклик сенсорного элемента обычно является оптическим. Если сенсорный элемент является колориметрическим сенсорным элементом, происходит изменение цвета, детектируемое пользователем. Если сенсорный элемент является электронным, генерируется детектируемый пользователем электронный сигнал.
В некоторых воплощениях может быть полезным проведение испытания фильтрующего картриджа-прототипа на предмет фильтрации образца органического пара и определение показателя окончания ресурса эксплуатации (определяемый проникновением органического пара) до момента активации сенсорного элемента. Этот процесс более полно описан в разделе «Примеры». Может быть желательным, чтобы показатель составлял 0,90 или менее, означая, что на момент активации сенсорного элемента остается 10% поглощающей способности фильтрующего картриджа. Это значение, равное 10%, оставшейся поглощающей способности, соответствует существующему стандарту Национального института по охране труда и промышленной гигиене (NIOSH) для заблаговременного предупреждения пользователя о необходимости замены фильтрующего картриджа.
Детектирование сенсорного отклика пользователем является указанием пользователю заменить фильтрующий картридж. Преимущество настоящей системы фильтрующего картриджа и способа фильтрации загрязняющих веществ из газа заключается в том, что, когда пользователь детектирует сенсорный отклик, волновой фронт адсорбции только достигает второго слоя сорбента. Вследствие того, что у второго слоя сорбента большая адсорбционная способность и/или более высокая скорость адсорбции, чем у первого слоя сорбента, второй слой сорбента может продолжать адсорбировать загрязняющие вещества, несмотря на исчерпание ресурса эксплуатации первого слоя сорбента. Таким образом, второй слой сорбента обеспечивает дополнительный безопасный допуск до тех пор, пока фильтрующий картридж не будет заменен.
Примеры
Эти примеры приведены исключительно в иллюстративных целях и не предусматривают ограничения предмета прилагаемой формулы изобретения. Все пропорции, процентные содержания, соотношения и т.д. в примерах и остальной части описания приведены по весу, если не указано обратное. Используемые растворители и другие реагенты были получены от Sigma-Aldrich Chemical Company, Милуоки, штат Висконсин, если не указано иное.
Figure 00000001
Способы испытаний
Определение ресурса эксплуатации фильтрующего картриджа
Ресурс эксплуатации измеряли посредством испытания картриджа октаном в количестве 500 ppm при скорости потока 32 л/мин и относительной влажности 50%. Ресурс эксплуатации измеряли при получении 5 ppm октана на выпускном отверстии. Концентрация октана на выходе была измерена с применением пламенно-ионизационного детектора (ПИД) Total Cardrocarbon analyzer FID GOWMAC серии 23-550, изготовленного GowMac Instrument Co. Настройки детектора ПИД были следующие: диапазон 2, давление воздуха 22, давление топлива 12, период измерений 1.1.
Сравнительный пример С1:
Подготовка картриджа С1:
Образцы фильтрующих картриджей были собраны с использованием корпуса картриджа и наполнены с применением колонны для засыпки материалом SM-1 в количестве 140 кубических сантиметров (см3).
Испытание картриджа С1:
Картриджи, собранные, как указано выше, испытывали на предмет исчерпания ресурса эксплуатации с использованием вышеописанного способа испытания. Момент, когда сенсор в фильтрующем картридже был активирован, также был отмечен. Также был рассчитан показатель исчерпания ресурса эксплуатации до момента, когда сенсор был активирован. Показатель означает время между активацией сенсора и прониканием. Желательно, чтобы показатель составлял 0,90 или менее для обеспечения 10% времени заблаговременного предупреждения пользователя картриджа (согласно существующим требованиям NIOSH). Эти данные представлены в Таблице 1.
Figure 00000002
Примеры 1-4:
Подготовка картриджей 1-4:
Образцы фильтрующих картриджей были собраны с использованием корпуса картриджа и наполнены с применением колонны для засыпки количествами поглощающих материалов, показанными в Таблице 2. Сравнительный пример С1 приведен в качестве справочного образца.
Figure 00000003
Испытание картриджа 1-4:
Картриджи, собранные, как указано выше, испытывали на предмет исчерпания ресурса эксплуатации с использованием вышеописанного способа испытания. Момент, когда сенсор в фильтрующем картридже был активирован, также был отмечен. Также был рассчитан показатель исчерпания ресурса эксплуатации до момента, когда сенсор был активирован. Показатель означает время между активацией сенсора и прониканием. Желательно, чтобы показатель составлял 0,90 или менее для обеспечения 10% времени заблаговременного предупреждения пользователя картриджа (согласно существующим требованиям NIOSH). Эти данные представлены в Таблице 3.
Figure 00000004

Claims (21)

1. Фильтрующий картридж для удаления загрязняющих веществ из газовой среды, содержащий:
герметичный корпус картриджа, содержащий:
впускное отверстие для газа,
фильтрующую среду и
выпускное отверстие для газа,
при этом указанная фильтрующая среда содержит многослойную структуру, содержащую:
первый слой сорбента,
второй слой сорбента, расположенный ближе к выпускному отверстию для газа, чем первый слой сорбента, и
сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента, при этом индикатор сенсорного элемента расположен на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента.
2. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором второй слой сорбента имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем первый слой сорбента.
3. Фильтрующий картридж по п. 2, в котором отношение показателя А2 адсорбции второго слоя сорбента к показателю A1 адсорбции первого слоя сорбента составляет А2/А1>1, при этом показатель адсорбции слоя сорбента определяется по формуле:
А=kv×SL,
где А - показатель адсорбции;
kv - коэффициент эффективной скорости адсорбции (минуты-1); и
SL - срок службы (минуты), время, требуемое для проникания 1% определенного целевого пара при стандартной температуре и давлении.
4. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором первый слой сорбента и второй слой сорбента выполнены, по существу, отдельными слоями.
5. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором сенсорный элемент выполнен с возможностью сигнализирования о прохождении волнового фронта адсорбции через фильтрующий картридж.
6. Фильтрующий картридж по п. 5, в котором сенсорный элемент является колориметрическим сенсорным элементом или электронным сенсорным элементом.
7. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором сенсорный элемент расположен внутри фильтрующего картриджа в местоположении, выбранном с возможностью обеспечения сигнализирования сенсорным элементом достижения волновым фронтом адсорбции, содержащим загрязняющее вещество, границы между первым и вторым слоями сорбента.
8. Фильтрующий картридж по п. 1, дополнительно содержащий дополнительные слои сорбента.
9. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором первый и второй слои сорбента содержат слои активированного угля, оксида кремния, оксид алюминия или их комбинации.
10. Фильтрующий картридж по п. 9, в котором первый слой сорбента содержит активированный уголь, а второй слой сорбента содержит другой активированный уголь.
11. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором сенсорный элемент расположен на стенке корпуса картриджа.
12. Способ фильтрации загрязняющих веществ из газа, содержащий: обеспечение фильтрующего картриджа, при этом фильтрующий картридж содержит:
герметичный корпус картриджа, содержащий:
впускное отверстие для газа,
фильтрующую среду, и
выпускное отверстие для газа,
при этом указанная фильтрующая среда содержит многослойную структуру, содержащую:
первый слой сорбента,
второй слой сорбента, расположенный ближе к выпускному отверстию для газа, чем первый слой сорбента, и
сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента, при этом индикатор сенсорного элемента расположен на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента,
обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж,
детектирование отклика сенсорного элемента и
замену фильтрующего картриджа.
13. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что второй слой сорбента имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем первый слой сорбента.
14. Способ по п. 13, характеризующийся тем, что отношение показателя А2 адсорбции второго слоя сорбента к показателю A1 адсорбции первого слоя сорбента составляет А2/А1>1, при этом показатель адсорбции слоя сорбента определяют по формуле:
А=kv×SL,
где А - показатель адсорбции;
kv - коэффициент эффективной скорости адсорбции (минуты-1); и
SL - ресурс эксплуатации (минуты), время, требуемое для проникания 1% определенного целевого пара при стандартной температуре и давлении.
15. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что первый слой сорбента и второй слой сорбента являются, по сути, отдельными слоями.
16. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что сенсорный элемент сигнализирует о прохождении волнового фронта адсорбции через фильтрующий картридж.
17. Способ по п. 16, характеризующийся тем, что сенсорный элемент является колориметрическим сенсорным элементом или электронным сенсорным элементом.
18. Способ по п. 17, характеризующийся тем, что детектирование отклика сенсорного элемента содержит детектирование изменения цвета.
19. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что сенсорный элемент располагают внутри фильтрующего картриджа в местоположении, выбранном с возможностью обеспечения сигнализирования сенсорным элементом достижения волновым фронтом адсорбции, содержащим загрязняющее вещество, границы соприкосновения первого и второго слоев сорбента.
20. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что фильтрующий картридж дополнительно содержит дополнительные слои сорбента.
21. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что загрязняющие вещества содержат органические пары, кислотные газы или их комбинации.
RU2014123124/05A 2011-12-12 2012-12-04 Системы, индицирующие окончание срока службы, для многослойных фильтрующих картриджей RU2595665C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161569342P 2011-12-12 2011-12-12
US61/569,342 2011-12-12
PCT/US2012/067703 WO2013090052A1 (en) 2011-12-12 2012-12-04 End of service life indicating systems for layered filter cartridges

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014123124A RU2014123124A (ru) 2016-02-10
RU2595665C2 true RU2595665C2 (ru) 2016-08-27

Family

ID=48613083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014123124/05A RU2595665C2 (ru) 2011-12-12 2012-12-04 Системы, индицирующие окончание срока службы, для многослойных фильтрующих картриджей

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9358494B2 (ru)
EP (1) EP2790812B1 (ru)
JP (1) JP6242340B2 (ru)
KR (1) KR102027606B1 (ru)
AU (1) AU2012352762B2 (ru)
BR (1) BR112014014098A2 (ru)
IN (1) IN2014CN04300A (ru)
RU (1) RU2595665C2 (ru)
WO (1) WO2013090052A1 (ru)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150040765A1 (en) * 2012-03-06 2015-02-12 Donaldson Company, Inc. Filter for humidity control, typically for control of humidity in a bulk liquid tank
JP6370366B2 (ja) * 2013-03-15 2018-08-08 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 層状フィルターカートリッジのための耐用期間終了指示システム
WO2015022633A1 (en) * 2013-08-15 2015-02-19 Basf Se Sorption store for gas with multiple adsorbent media
CN103653402A (zh) * 2013-12-04 2014-03-26 苏州新米纺织咨询服务有限公司 一种防过敏口罩
WO2015094652A1 (en) 2013-12-17 2015-06-25 3M Innovative Properties Company Air quality indicator
US9976993B2 (en) 2014-05-20 2018-05-22 Tecan Sp, Inc. Sample extraction apparatus with micro elution bed design
CN106662571B (zh) * 2014-05-20 2020-04-07 帝肯样品制备股份有限公司 具有微洗脱床设计的样品提取装置
CN107073301A (zh) * 2014-11-14 2017-08-18 霍尼韦尔国际公司 可调节的voc/甲醛共同吸收可用面具滤芯和罐
US10702828B1 (en) * 2015-08-26 2020-07-07 Benjamin C. Bedford, Jr. Odor filter
US10286349B2 (en) 2015-11-10 2019-05-14 3M Innovative Properties Company Air filter use indicators
KR102186988B1 (ko) * 2016-04-13 2020-12-07 칼튼 라이프 서포트 시스템즈, 아이엔씨. 온-보드 불활성 기체 생성 시스템 예측 헬스 모니터링
US11213780B2 (en) 2016-08-05 2022-01-04 3M Innovative Properties Company Air filter with passivated filter life indicator
CN107349746B (zh) * 2017-08-29 2019-12-17 四川天采科技有限责任公司 一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法
JP7206686B2 (ja) * 2018-08-10 2023-01-18 栗田工業株式会社 燃料ガス吸着カートリッジ、これを用いた燃料ガス吸着装置、及び燃料ガス吸着カートリッジの交換時期判断方法
DE102018128963A1 (de) * 2018-11-19 2020-05-20 Mann+Hummel Gmbh Filterkörper, Filterelement und Filteranordnung
US20220105457A1 (en) * 2020-10-01 2022-04-07 Timilon Corporation Air purification system
EP4356358A1 (en) 2021-06-18 2024-04-24 Milwaukee Electric Tool Corporation Keep out zone system
TWI845846B (zh) * 2021-06-22 2024-06-21 研能科技股份有限公司 濾材使用壽命通知方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2336929C2 (ru) * 2006-08-11 2008-10-27 Сергей Андреевич Сайкин Фильтрующий блок экосистемы очистки воздуха
US7442237B1 (en) * 2004-09-16 2008-10-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Multi-agent end-of-service-life indicator for respirator filters
US20100153023A1 (en) * 2008-12-17 2010-06-17 Tyco Electronics Corporation Systems and methods for determining filter service lives
US20100294272A1 (en) * 2009-05-22 2010-11-25 3M Innovative Properties Company Filter cartridge having cover for masking service life indicator

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1537519A (en) 1924-12-05 1925-05-12 Yablick Max Indicating gas-mask canister
US3971373A (en) 1974-01-21 1976-07-27 Minnesota Mining And Manufacturing Company Particle-loaded microfiber sheet product and respirators made therefrom
US3966440A (en) 1975-06-03 1976-06-29 Catalyst Research Corporation Colorimetric vinyl chloride indicator
US4146887A (en) 1977-08-05 1979-03-27 American Optical Corporation Respirator cartridge end-of-service life indicator
US4208194A (en) 1977-09-26 1980-06-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Monitoring device
US4154586A (en) 1978-01-13 1979-05-15 American Optical Corporation Respirator cartridge end-of-service lift indicator system and method of making
US4365627A (en) 1980-09-22 1982-12-28 The Dow Chemical Company Filter-type respirator canister
US4530706A (en) 1981-10-19 1985-07-23 American Optical Corporation Respirator cartridge end-of-service life indicator
JPS5966324A (ja) * 1982-10-05 1984-04-14 Nippon Paionikusu Kk ガス収着筒
IT1179369B (it) * 1984-05-15 1987-09-16 Ital Idee Srl Gruppo filtrante multiplo, particolarmente per impianti di aerazione e condizionamento per autoveicoli e ambienti chiusi, munito di mezzi di controllo dell'efficienza
DE3445639C2 (de) 1984-12-14 1987-02-12 Drägerwerk AG, 2400 Lübeck Kolorimetrischer Indikator zur Anzeige des Erschöpfungszustandes von Gasfiltern
DE3613512C3 (de) 1986-04-22 1994-09-29 Auergesellschaft Gmbh Elektrische Warneinrichtung zur Anzeige des Erschöpfungszustandes eines Schadgase zurückhaltenden Gasfilters
US4948639A (en) 1986-07-31 1990-08-14 Kimberly-Clark Corporation Vacuum cleaner bag
US4847594A (en) 1988-03-28 1989-07-11 Transducer Research, Inc. Sensor for detecting the exhaustion of an adsorbent bed
US5512882A (en) 1991-08-07 1996-04-30 Transducer Research, Inc. Chemical sensing apparatus and methods
DE4132680C2 (de) 1991-10-01 1994-02-10 Draegerwerk Ag Atemschutzmaske mit Innenhalbmaske und Schadstoffindikator
DE4214239C2 (de) 1992-04-30 1994-06-16 Draegerwerk Ag Atemschutzmaske mit einem indikator
WO1995012432A1 (en) 1993-11-05 1995-05-11 Purecab Australia Pty. Ltd. Respiratory filter indicator
US5660173A (en) 1993-12-30 1997-08-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Frustum layered canister
WO1996022823A1 (en) 1995-01-27 1996-08-01 Mine Safety Appliances Company Respirator filter system
NL1004343C2 (nl) 1996-10-23 1998-04-24 Tno Inrichting voor het uit een gas of dampmengsel wegnemen van een of meer voor de mens ongewenste stoffen of gevaarlijke stoffen, en gasmasker dat een dergelijke inrichting omvat.
US6375725B1 (en) 1997-11-21 2002-04-23 Institut National D'optique End-of-service indicator including porous waveguide for respirator cartridge
DE19849900C2 (de) 1998-10-29 2002-07-11 Draeger Safety Ag & Co Kgaa Vorrichtung und Verfahren zur Anzeige einer Filtererschöpfung
US6344071B1 (en) 2000-05-22 2002-02-05 3M Innovative Properties Company Broad spectrum filter system for filtering contaminants from air or other gases
US6497756B1 (en) * 2000-09-12 2002-12-24 North Safety Products, Inc. Service life indicator for respirator cartridge
JP4245266B2 (ja) 2000-10-03 2009-03-25 株式会社重松製作所 吸収缶交換時期検知装置を有する防毒マスク
US6979361B2 (en) * 2002-07-17 2005-12-27 Gueorgui Milev Mihayiov End of service life indicator for fluid filter
US7171312B2 (en) 2002-07-19 2007-01-30 Smiths Detection, Inc. Chemical and biological agent sensor array detectors
US7449146B2 (en) 2002-09-30 2008-11-11 3M Innovative Properties Company Colorimetric sensor
US7927558B2 (en) 2003-02-18 2011-04-19 Microteq, Llc System and apparatus for detecting breach of exposure protection equipment
CA2423512A1 (en) 2003-03-26 2004-09-26 Institut National D'optique Optical sensor for volatile organic compounds
US7201036B2 (en) 2004-02-27 2007-04-10 Hunter Manufacturing Co. Residual life indicating system
US20060096911A1 (en) 2004-11-08 2006-05-11 Brey Larry A Particle-containing fibrous web
US7503962B2 (en) 2005-12-16 2009-03-17 Attar Amir J End of service and residual life indicator
US8293340B2 (en) 2005-12-21 2012-10-23 3M Innovative Properties Company Plasma deposited microporous analyte detection layer
US7556774B2 (en) 2005-12-21 2009-07-07 3M Innovative Properties Company Optochemical sensor and method of making the same
US8067110B2 (en) 2006-09-11 2011-11-29 3M Innovative Properties Company Organic vapor sorbent protective device with thin-film indicator
US7906223B2 (en) 2006-09-11 2011-03-15 3M Innovative Properties Company Permeable nanoparticle reflector
CA2666204C (en) * 2006-10-13 2015-09-22 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Catalyst for carbon monoxide conversion and method of carbon monoxide modification with the same
JP2008159281A (ja) * 2006-12-20 2008-07-10 Toyota Boshoku Corp 燃料電池のガス除去フィルタ装置
US7749303B2 (en) 2007-08-30 2010-07-06 The Boeing Company Service life indicator for chemical filters
US8955515B2 (en) 2009-10-23 2015-02-17 3M Innovative Properties Company Patterned chemical sensor having inert occluding layer
WO2011123409A1 (en) * 2010-04-02 2011-10-06 3M Innovative Properties Company Alignment registration feature for analyte sensor optical reader

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7442237B1 (en) * 2004-09-16 2008-10-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Multi-agent end-of-service-life indicator for respirator filters
RU2336929C2 (ru) * 2006-08-11 2008-10-27 Сергей Андреевич Сайкин Фильтрующий блок экосистемы очистки воздуха
US20100153023A1 (en) * 2008-12-17 2010-06-17 Tyco Electronics Corporation Systems and methods for determining filter service lives
US20100294272A1 (en) * 2009-05-22 2010-11-25 3M Innovative Properties Company Filter cartridge having cover for masking service life indicator

Also Published As

Publication number Publication date
IN2014CN04300A (ru) 2015-09-04
EP2790812A4 (en) 2015-08-05
KR102027606B1 (ko) 2019-10-01
RU2014123124A (ru) 2016-02-10
JP2015505731A (ja) 2015-02-26
AU2012352762A1 (en) 2014-07-03
BR112014014098A2 (pt) 2017-06-13
EP2790812A1 (en) 2014-10-22
KR20140110924A (ko) 2014-09-17
JP6242340B2 (ja) 2017-12-06
WO2013090052A1 (en) 2013-06-20
US9358494B2 (en) 2016-06-07
AU2012352762B2 (en) 2016-02-18
EP2790812B1 (en) 2018-11-14
CN104245093A (zh) 2014-12-24
US20140326134A1 (en) 2014-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2595665C2 (ru) Системы, индицирующие окончание срока службы, для многослойных фильтрующих картриджей
RU2617483C2 (ru) Системы, индицирующие окончание ресурса эксплуатации, для многослойных фильтрующих картриджей
US5714126A (en) Respirator filter system
US9079049B2 (en) Respirators with a sacrificial cartridge for end of service life indication
JP2013537812A5 (ru)
JP2012513298A (ja) 小型マルチガスフィルタ
KR20120023821A (ko) 사용 수명 종료 표시기(ｅｓｌｉ)를 위한 위치-정렬된 관찰 윈도우를 갖는 필터 카트리지
KR20120023113A (ko) 사용 수명 표시기를 마스킹하기 위한 커버를 갖는 필터 카트리지
KR20120023114A (ko) 사용 수명 종료 표시기(ｅｓｌｉ)를 위한 시야 원추를 갖는 필터 카트리지
EP2482956A2 (en) Active-particulate air filter having monolith primary filter and polishing filter
KR102140471B1 (ko) 잔여수명 확인이 가능한 방독면용 정화통 및 이를 포함하는 정화통 잔여수명 측정 장치
KR101412009B1 (ko) 방독면용 정화통
TWI646321B (zh) Air pollution test system
CN104245093B (zh) 用于分层滤筒的使用寿命终点指示系统
EP4091696A1 (en) A single-use filter component, a method for treating air and use of a polymer or copolymer of divinylbenzene
TWM552983U (zh) 空汙測試系統
KR20040049379A (ko) 오염된 공기를 정화시킬 수 있고 휴대가 간단한 일회용공기정화기
Steven Liescheidt et al. Filtration and Air-Cleaning Systems

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181205