RU2617483C2 - Системы, индицирующие окончание ресурса эксплуатации, для многослойных фильтрующих картриджей - Google Patents
Системы, индицирующие окончание ресурса эксплуатации, для многослойных фильтрующих картриджей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2617483C2 RU2617483C2 RU2015140273A RU2015140273A RU2617483C2 RU 2617483 C2 RU2617483 C2 RU 2617483C2 RU 2015140273 A RU2015140273 A RU 2015140273A RU 2015140273 A RU2015140273 A RU 2015140273A RU 2617483 C2 RU2617483 C2 RU 2617483C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbent
- layer
- sensor element
- filter cartridge
- layers
- Prior art date
Links
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims abstract description 150
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 82
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 18
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 12
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 5
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 149
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 25
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 25
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 15
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 7
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 6
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 206010011906 Death Diseases 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N Methyl acrylate Chemical compound COC(=O)C=C BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 2
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000011045 prefiltration Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 2
- SVONRAPFKPVNKG-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethyl acetate Chemical compound CCOCCOC(C)=O SVONRAPFKPVNKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 230000035425 carbon utilization Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 1
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DVKJHBMWWAPEIU-UHFFFAOYSA-N toluene 2,4-diisocyanate Chemical compound CC1=CC=C(N=C=O)C=C1N=C=O DVKJHBMWWAPEIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
- 150000003738 xylenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
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
- 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
- A62B19/00—Cartridges with absorbing substances for respiratory apparatus
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
- A62B7/00—Respiratory apparatus
- A62B7/10—Respiratory apparatus with filter elements
-
- 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
- B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
- B01D2257/204—Inorganic halogen compounds
- B01D2257/2045—Hydrochloric acid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
- B01D2257/206—Organic halogen compounds
- B01D2257/2064—Chlorine
-
- 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
- B01D2257/702—Hydrocarbons
-
- 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
- B01D2257/702—Hydrocarbons
- B01D2257/7027—Aromatic hydrocarbons
-
- 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
- B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/06—Polluted air
-
- 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
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
- B01D2259/4541—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for portable use, e.g. gas masks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
- B01D35/14—Safety devices specially adapted for filtration; Devices for indicating clogging
- B01D35/143—Filter condition indicators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
- B01D35/14—Safety devices specially adapted for filtration; Devices for indicating clogging
- B01D35/143—Filter condition indicators
- B01D35/1435—Filter condition indicators with alarm means
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Respiratory Apparatuses And Protective Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для удаления загрязняющих веществ из газовой среды. Фильтрующий картридж содержит герметичный корпус, включающий впускное отверстие для газа, фильтрующий материал и выпускное отверстие для газа. Фильтрующий материал содержит многослойную структуру, содержащую первый слой сорбента, второй слой сорбента, находящийся ближе к выпускному отверстию для газа, чем первый слой сорбента, и сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента с обеспечением расположения индикатора сенсорного элемента на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента. Первый слой сорбента характеризуется более высокой адсорбционной способностью и/или более высокой скоростью адсорбции, чем второй слой сорбента. Способ фильтрации включает обеспечение фильтрующего картриджа, обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж, детектирование реакции сенсорного элемента и замену фильтрующего картриджа. Технический результат: обеспечение заблаговременного предупреждения пользователя о замене картриджа. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.
Description
Область техники
Настоящее раскрытие относится в общем к способам фильтрации загрязняющих веществ из газа с применением фильтрующих картриджей и индикаторам окончания ресурса эксплуатации для определения окончания 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 фильтрующий материал, корпус фильтра или некоторую комбинацию фильтрующего материала и корпуса фильтра. При использовании респиратора загрязняющие вещества абсорбируются фильтрующим материалом или удерживаются, или захватываются корпусом фильтра. В какой-то момент фильтрующий материал 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 Wood et al., Journal of the American Industrial Hygiene Association, Volume 55 (1), pages 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 №5660173 (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 №5714126 (Frund) описана 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 НЕРА. В патенте США №6344071 (Smith et al.) описан фильтрующий материал, включающий по меньшей мере два вида фильтрующих материалов, первое множество частиц фильтрующего материала, содержащих пропитывающее средство на основе переходного металла, и второе множество частиц фильтрующего материала, содержащих пропитывающее средство на основе третичного амина.
Для применения с фильтрующими картриджами респиратора было разработано большое количество индикаторов окончания ресурса эксплуатации (ESLI). 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 израсходован. 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 израсходования сорбента.
Сущность изобретения
В настоящем описании раскрыты системы, индицирующие окончание ресурса эксплуатации, для многослойных фильтрующих картриджей. Также в описание включены фильтрующие картриджи, способные удалять загрязняющие вещества из газовой среды, содержащие герметичный корпус картриджа, содержащий впускное отверстие для газа, фильтрующий материал и выпускное отверстие для газа. Фильтрующий материал содержит 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, смежный с первым и вторым слоями 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 первый слой сорбента имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем второй слой сорбента.
Также в описание включены способы фильтрации загрязняющих веществ из газа. Эти способы включают обеспечение фильтрующего картриджа, обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж, выявление реакции сенсорного элемента и замену фильтрующего картриджа. Фильтрующие картриджи содержат герметичный корпус картриджа, содержащий впускное отверстие для газа, фильтрующий материал и выпускное отверстие для газа. Фильтрующий материал содержит 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, смежный с первым и вторым слоями 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 первый слой сорбента имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем второй 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.
Фиг. 1 - вид в поперечном сечении воплощения фильтрующего картриджа согласно настоящему раскрытию.
Фиг. 2 - вид в поперечном сечении воплощения фильтрующего картриджа согласно настоящему раскрытию.
Фиг. 3 - 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 фильтрующий материал, корпус фильтра или некоторую комбинацию фильтрующего материала и корпуса фильтра. При использовании респиратора загрязняющие вещества абсорбируются фильтрующим материалом или удерживаются, или захватываются корпусом фильтра. В какой-то момент фильтрующий материал или корпус фильтра насыющаются, 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, с применением математической модели, как описано Wood et al. в Journal of the American Industrial Hygiene Association, Volume 55 (1), pages 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 не экономно) 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 окончания ресурса эксплуатации (ESLI). 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 выработанного сорбента.
Существует необходимость в индикаторах ESLI, способных индицировать, 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 его всего 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. Первый слой или группа слоев имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем второй слой сорбента. Первый слой или группа слоев характеризуются объемом, и второй слой или группа слоев характеризуются объемом. Если объемы всех слоев сложить для определения общего объема слоев, то объем первого слоя или набора слоев будет составлять более 40% общего объема. В некоторых воплощениях объем первого слоя или набора слоев составляет более 50% общего объема.
В находящейся одновременно на рассмотрении в Патентном ведомстве США заявке №61/569342, озаглавленной "END OF SERVICE LIFE INDICATING SYSTEMS FOR LAYERED FILTER CARTRIDGES", поданной 12/12/2011, описана подобная конфигурация, в которой 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. Однако было обнаружено, что вариабельность уменьшается, если первый слой или группа слоев имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем второй слой сорбента. В данном контексте вариабельность отражает то, насколько точно датчик предсказывает срок эксплуатации фильтрующего картриджа. Другими словами, конфигурация, описанная в настоящем раскрытии, в которой первый слой или группа слоев имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем второй слой сорбента, обеспечивает систему, в которой датчик более точно индицирует срок эксплуатации фильтрующего картриджа и, таким образом, обеспечивает более эффективное использование ресурса эксплуатации фильтрующего картриджа и предотвращает расточительные ненужные замены фильтрующего картриджа.
Если не ограничиваться теорией, принято считать, что описанное выше уменьшение вариабельности является, по меньшей мере частично, результатом того, что волновой фронт абсорбции является более однородным и менее вариабельным. Таким образом, когда реакция сенсорного элемента детектируется пользователем, волновой фронт абсорбции является однородным и обеспечивает точное представление об использовании слоя сорбента. Принято считать, что, поскольку первый слой сорбента имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем второй слой сорбента, наблюдаемый волновой фронт абсорбции является более однородным и менее вариабельным. Поскольку вариабельность в реакции сенсорного элемента уменьшена, может быть достигнуто более эффективное использование фильтрующего картриджа.
Если не указано обратное, все используемые в настоящем описании и формулы изобретения 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 следующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными значениями, которые могут варьировать в зависимости от желаемых свойств, которые стремятся получить 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.
Используемые 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. Используемый в настоящем описании и прилагаемых пунктах формулы, термин «или» обычно применяется в том его смысле, который включает значение «и/или», если содержание ясно не указывает на обратное.
Используемый в настоящем документе термин «сенсорный элемент» относится к элементу или группе элементов, реагирующих на анализируемое вещество, например, как правило, 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. Используемый 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 изменение. Если визуальное изменение является изменением цвета, индикатор называют «колориметрическим». Если сенсорный элемент содержит только один индикатор, эти термины используются взаимозаменяемо.
Используемый 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.
Используемый в настоящем документе термин «прилегающий», применяемый относительно 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 касаться друг друга или они могут проникать в слои или другие элементы.
Используемый в настоящем документе термин «дыхательное головное устройство» применительно к респиратору означает устройство для ношения человеком, в которое подается очищенный воздух, при этом такие дыхательные головные 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.
Используемый 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, фильтрующий материал и выпускное отверстие для газа. Фильтрующий материал 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 фильтрующего материала. 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.
Фильтрующий материал 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 присутствовать 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. Используемый 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). Как описано более подробно ниже, в дополнение к абсорбированию и адсорбированию органических паров, поглощающий материал также может абсорбировать или адсорбировать кислотные газы, основные газы или их комбинации.
Для применения в качестве поглощающего материала может подходить множество различных материалов. Поглощающий материал предпочтительно 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, металлоорганические каркасы, откалиброванные материалы или другие известные поглощающие материалы, а также их комбинации. 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 работе 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 взят 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 выше по потоку и более мелких частиц сорбента в ниже по потоку). Также могут применяться поглощающие материалы, применяемые в сочетании с подходящим связующим (например, уголь со связующим) или захваченные на подходящей опоре или внутри нее, как описано в патенте США №3971373 (Braun et al.), патенте США №4208194 (Nelson) и патенте США №4948639 (Brooker et al.), а также в публикации заявки на патент США № 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.). Гранулированный активированный уголь является особенно предпочтительным поглощающим материалом. Примеры коммерчески доступного гранулированного активированного угля включают уголь от компании Kuraray Chemical Со. класса GG (для общего применения для физической адсорбции) и уголь класса GC или GW (обработанный кислотой уголь для общего применения для физической адсорбции), а также уголь от компании Jacobi Carbons АВ класса GA1 (для общего применения для физической адсорбции). Гранулированный активированный уголь класса GG от компании Kuraray или его эквивалент особенно подходит для адсорбции органического пара и может быть использован в первом слое сорбента.
Фильтрующий материал также содержит второй слой сорбента. Этот второй слой сорбента расположен ближе к выпускному отверстию для газа. Поскольку слои могут иметь множество различных форм, одним из способов сравнения и различия размеров слоев, являет классификация по их объемам. Первый слой характеризуется соответствующим объемом и второй слой также характеризуется соответствующим объемом. Указанные объемы первого слоя и второго слоя, а также любых других опциональных слоев сорбента могут быть скомбинированы для обеспечения общего объема слоя. Как правило, объем первого слоя составляет более 40% общего объема. В некоторых воплощениях объем первого слоя составляет более 50% общего объема.
Первый слой сорбента имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем второй слой сорбента. В общем, это означает, что первый сорбент является более эффективным слоем с точки зрения адсорбции органических паров, чем второй слой сорбента. Было обнаружено, что такая конфигурация слоев сорбента обеспечивает улучшения в плане вариабельности, другими словами, вариабельность уменьшается. В данном контексте вариабельность отражает то, насколько точно датчик предсказывает срок эксплуатации фильтрующего картриджа. Таким образом, конфигурация, описанная в настоящем раскрытии, в которой первый слой или группа слоев имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем второй слой сорбента, обеспечивает систему, в которой датчик более точно индицирует срок эксплуатации фильтрующего картриджа и, таким образом, обеспечивает более эффективное использование ресурса эксплуатации фильтрующего картриджа и предотвращает расточительные ненужные замены фильтрующего картриджа.
В некоторых воплощениях отношение показателя A1 адсорбции первого слоя сорбента к показателю А2 адсорбции второго слоя сорбента составляет А1/А2>1. Показатель адсорбции слоя сорбента определяют по формуле А=kv×SL, где А - показатель адсорбции; kv - коэффициент эффективной скорости адсорбции (мин-1); и SL - ресурс эксплуатации (минуты), время, требующееся для проникания 1% определенного целевого пара при стандартной температуре и давлении.
Такое определение показателя адсорбции осуществляют с применением методики, описанной в Wood, Journal of the American Industrial Hygiene Association, Volume 55 (1), pages 11-15, (1994).
Поглощающий материал в первом слое сорбента отличается от поглощающего материала во втором 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 комбинацию. Гранулированный активированный уголь является особенно предпочтительным поглощающим материалом. Примеры коммерчески доступного гранулированного активированного угля включают уголь от компании Kuraray Chemical Со. класса GG (для общего применения для физической адсорбции) и уголь класса GC или GW (обработанный кислотой уголь для общего применения для физической адсорбции), а также уголь от компании Jacobi Carbons АВ класса GA1 (для общего применения для физической адсорбции). Гранулированный активированный уголь класса GA1 от компании Jacobi или эквивалентный особенно подходит для второго слоя сорбента. В некоторых воплощениях как первый, так и второй слои сорбента содержат гранулированный активированный уголь.
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 к другу. 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 фильтрующий материал имел 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 соприкосновения первого и второго слоев сорбента. Сенсорный элемент индицирует прохождение волнового фронта адсорбции через фильтрующий картридж. Большое разнообразие сенсорных элементов подходит для применения в фильтрующих картриджах согласно настоящему раскрытию. Сенсорный элемент оптически реагирует 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 соприкосновения первого и второго слоев сорбента, может составлять весь сенсорный элемент; в других воплощениях сенсорный элемент больше или сложнее, и только индикатор расположен на границе соприкосновения первого и второго слоев 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 №7449146 (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 детектируемого химического вещества в окклюдируемую область и не допускает изменения цвета. Суммарный эффект такой конструкции заключается в том, что в одной рабочей части 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 прилагающим 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. На фиг. 2 представлено похожее воплощение, показывающее 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 фильтрующему материалу в целом сужающуюся структуру. На фиг. 3 показано 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, выявление реакции сенсорного элемента и замену фильтрующего картриджа.
Газообразные загрязняющие вещества обычно содержат органические пары, кислотные газы, основные газы или их комбинации. Термин «органический пар», применяемый 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, помимо 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. Используемый 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 кислотные соединения могут получаться в результате их соединения с другими материалами, присутствующими в атмосфере. Используемый в настоящем документе термин «щелочные газы или основные газы» относится к газам, содержащим некий щелочной компонент. Щелочной компонент сам по себе может быть газом, таким как, например, аммиачный газ, но щелочной компонент не обязательно сам по себе должен быть газом, а просто может присутствовать в газе или газовой смеси. Кроме того, щелочные газы сами по себе могут не быть щелочами, а щелочные соединения 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 приводным 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 полезного функционирования первого слоя сорбента. В этот момент индикатор, расположенный на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента, активируется и приводит к реакции в сенсорном элементе. Реакция сенсорного элемента обычно является оптической. 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 провести испытание фильтрующего картриджа-прототипа на предмет фильтрации образца органического пара и определить показатель окончания ресурса эксплуатации (определяемый проникновением органического пара) до момента активации сенсорного элемента. Этот процесс более полно описан в разделе «Примеры». Может быть предпочтительно, 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 в замене фильтрующего картриджа.
Детектирование реакции датчика 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 реакцию датчика, волновой фронт адсорбции является в сущности однородным и, таким образом, обеспечивает точное представление об использовании углерода. Поскольку первый слой сорбента имеет большую адсорбционную способность и/или более высокую скорость адсорбции, чем второй слой сорбента, наблюдаемый волновой фронт абсорбции является более однородным и менее вариабельным. Таким образом, второй слой сорбента, обладающий меньшей фильтрующей способностью, 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.
Способы испытаний
Определение ресурса эксплуатации фильтрующего картриджа
Ресурс эксплуатации измеряли посредством испытания картриджа гептаном в количестве 1000 ppm при скорости потока 32 л/мин и относительной влажности 50%. Ресурс эксплуатации измеряли при получении 45 ppm гептана на выпускном отверстии. Концентрацию растворителя поддерживали с помощью насоса Pharmacia серии Р-500, при этом производительность насоса была установлена на уровне 45,446 мл/ч. Концентрация на выходе была измерена с применением пламенно-ионизационного детектора (ПИД) Total Hydrocarbon analyzer FID GOWMAC серии 23-550, изготовленного GowMac Instrument Co.
Настройки детектора ПИД были следующие: диапазон 2, давление воздуха 22, давление топлива 26, давление на образец 1 и период измерений 4.28. Относительную влажность определяли с помощью конденсационного гигрометра с охлаждаемым зеркалом от компании Edgetech.
Сравнительный пример С1:
Подготовка картриджа С1:
Образцы фильтрующих картриджей были собраны с использованием корпуса картриджа и наполнены с помощью колонны для засыпки материалом SM-1 в количестве 103 кубических сантиметров (см3).
Испытание картриджа С1:
Картриджи, собранные, как указано выше, испытывали на предмет окончания ресурса эксплуатации с использованием вышеописанного способа испытания. Регистрировали момент, когда датчик в фильтрующем картридже индицировал, что окончание ресурса эксплуатации настало. Момент начала проникновения также регистрировали и записывали, как средний ресурс эксплуатации. Наряду со среднеквадратическим отклонением было определено соотношение данного измеренного конечного ресурса эксплуатации к началу проникания (среднему ресурсу эксплуатации). Предпочтительно, чтобы соотношение составляло 0,90 или менее для обеспечения 10% времени заблаговременного предупреждения пользователя картриджа (согласно существующим требованиям NIOSH). Эти данные представлены в Таблице 1.
Примеры 1-4:
Подготовка картриджей 1-4:
Образцы фильтрующих картриджей были собраны с применением корпуса картриджа и наполнены с применением пробирки количествами поглощающих материалов, показанными в Таблице 2. Сравнительный пример С1 приведен для справки.
Испытание картриджа 1-4:
Картриджи, собранные, как указано выше, испытывали на предмет окончания ресурса эксплуатации с использованием вышеописанного способа испытания. Регистрировали момент, когда сенсор в фильтрующем картридже индицировал, что окончание ресурса эксплуатации настало. Момент начала проникновения также регистрировали и записывали, как средний ресурс эксплуатации. Наряду со среднеквадратическим отклонением было определено соотношение данного измеренного конечного ресурса эксплуатации к началу проникания (среднему ресурсу эксплуатации). Предпочтительно, чтобы соотношение составляло 0,90 или менее для обеспечения 10% времени заблаговременного предупреждения пользователя картриджа (согласно существующим требованиям NIOSH). Эти данные представлены в Таблице 3.
Claims (46)
1. Фильтрующий картридж с возможностью удаления загрязняющих веществ из газовой среды, содержащий герметичный корпус картриджа, содержащий:
впускное отверстие для газа,
фильтрующий материал и
выпускное отверстие для газа,
при этом указанный фильтрующий материал содержит многослойную структуру, содержащую:
первый слой сорбента;
второй слой сорбента, находящийся ближе к выпускному отверстию для газа, чем первый слой сорбента, причем указанный первый слой сорбента характеризуется более высокой адсорбционной способностью и/или более высокой скоростью адсорбции, чем второй слой сорбента; и
сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента с обеспечением расположения индикатора сенсорного элемента на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента.
2. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором отношение показателя А1 адсорбции первого слоя сорбента к показателю А2 адсорбции второго слоя сорбента составляет А1/А2>1, при этом показатель адсорбции слоя сорбента определяется по формуле
A=kv×SL,
где А - показатель адсорбции;
kv - коэффициент эффективной скорости адсорбции (мин-1); и
SL - ресурс эксплуатации (минуты), время, требующееся для проникания 1% определенного целевого пара при стандартной температуре и давлении.
3. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором каждый слой сорбента характеризуется объемом сорбента, при этом объемы слоев сорбента вместе образуют общий объем сорбента, при этом объем первого слоя сорбента составляет более 40% общего объема сорбента.
4. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором первый слой сорбента и второй слой сорбента выполнены в сущности отдельными слоями.
5. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором сенсорный элемент индицирует прохождение волнового фронта адсорбции через фильтрующий картридж.
6. Фильтрующий картридж по п. 5, в котором сенсорный элемент содержит колориметрический сенсорный элемент или электронный сенсорный элемент.
7. Фильтрующий картридж по п. 1, в котором сенсорный элемент расположен внутри фильтрующего картриджа с обеспечением индицирования сенсорным элементом достижения волновым фронтом адсорбции, содержащим загрязняющее вещество, границы соприкосновения первого и второго слоев 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, оксида алюминия, оксидов металлов, гидроксидов металлов 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,
фильтрующий материал и
выпускное отверстие для газа,
при этом указанный фильтрующий материал содержит многослойную структуру, содержащую:
первый слой сорбента;
второй слой сорбента, находящийся ближе к выпускному отверстию для газа, чем первый слой сорбента, причем указанный первый слой сорбента характеризуется более высокой адсорбционной способностью и/или более высокой скоростью адсорбции, чем второй слой сорбента; и
сенсорный элемент, прилегающий к первому и второму слоям сорбента с обеспечением расположения индикатора сенсорного элемента на границе соприкосновения первого и второго слоев сорбента;
обеспечение газового потока, проходящего через фильтрующий картридж;
детектирование реакции сенсорного элемента; и
замену фильтрующего картриджа.
13. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что отношение показателя A1 адсорбции первого слоя сорбента к показателю А2 адсорбции второго слоя сорбента составляет A1/А2>1, при этом показатель адсорбции слоя сорбента определяют по формуле
А=kv×SL,
где А - показатель адсорбции;
kv - коэффициент эффективной скорости адсорбции (мин-1); и
SL - ресурс эксплуатации (минуты), время, требующееся для проникания 1% определенного целевого пара при стандартной температуре и давлении.
14. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что каждый слой сорбента характеризуется объемом сорбента, при этом объемы слоев сорбента вместе образуют общий объем сорбента, при этом объем первого слоя сорбента составляет более 40% общего объема сорбента.
15. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что первый слой сорбента и второй слой сорбента выполнены в сущности отдельными слоями.
16. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что сенсорный элемент индицирует прохождение волнового фронта адсорбции через фильтрующий картридж.
17. Способ по п. 16, характеризующийся тем, что сенсорный элемент содержит колориметрический сенсорный элемент или электронный сенсорный элемент.
18. Способ по п. 17, характеризующийся тем, что выявление реакции сенсорного элемента включает детектирование изменения цвета.
19. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что сенсорный элемент располагают внутри фильтрующего картриджа с возможностью индицирования сенсорным элементом достижения волновым фронтом адсорбции, содержащим загрязняющие вещества, 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, щелочные газы или их комбинации.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201361786795P | 2013-03-15 | 2013-03-15 | |
US61/786,795 | 2013-03-15 | ||
PCT/US2014/021513 WO2014149917A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-03-07 | End of service life indicating systems for layered filter cartridges |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015140273A RU2015140273A (ru) | 2017-04-21 |
RU2617483C2 true RU2617483C2 (ru) | 2017-04-25 |
Family
ID=50382709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015140273A RU2617483C2 (ru) | 2013-03-15 | 2014-03-07 | Системы, индицирующие окончание ресурса эксплуатации, для многослойных фильтрующих картриджей |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9751038B2 (ru) |
EP (1) | EP2969128B1 (ru) |
JP (1) | JP6370366B2 (ru) |
KR (1) | KR20150131279A (ru) |
CN (1) | CN105102103B (ru) |
AU (1) | AU2014237705B2 (ru) |
BR (1) | BR112015023574A2 (ru) |
RU (1) | RU2617483C2 (ru) |
WO (1) | WO2014149917A1 (ru) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101837641B1 (ko) | 2013-12-17 | 2018-03-12 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | 공기질 표시기 |
US9958397B1 (en) * | 2014-07-03 | 2018-05-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Self-indicating porous metal hydroxides incorporating metal reactants for toxic chemical removal and sensing |
US10702828B1 (en) * | 2015-08-26 | 2020-07-07 | Benjamin C. Bedford, Jr. | Odor filter |
WO2017049525A1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Honeywell International Inc. | End of service life indicator for filter |
CA2928138A1 (en) | 2015-11-10 | 2017-05-10 | 3M Innovative Properties Company | Air filter use indicators |
WO2018075891A1 (en) | 2016-10-21 | 2018-04-26 | Micropore, Inc. | Adsorbent cartridge with accurate visual indicator |
CN106964209B (zh) * | 2017-04-10 | 2022-08-02 | 珠海格力电器股份有限公司 | 滤芯及具有其的净化器 |
WO2021130069A1 (en) * | 2019-12-24 | 2021-07-01 | Koninklijke Philips N.V. | Filter with combined wear indication and pull tab |
EP4356358A1 (en) | 2021-06-18 | 2024-04-24 | Milwaukee Electric Tool Corporation | Keep out zone system |
CN114324112A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 昆山矽崴环保设备有限公司 | 一种饮用水滤芯净化效果的测试方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU67840A1 (ru) * | 1943-08-10 | 1946-11-30 | В.П. Ченакал | Патрон дл осушки оптических приборов |
WO2007093640A1 (de) * | 2006-02-17 | 2007-08-23 | Zeosys Gmbh | Filterpatrone zur rückgewinnung halogenierter kohlenwasserstoffe |
US20100153023A1 (en) * | 2008-12-17 | 2010-06-17 | Tyco Electronics Corporation | Systems and methods for determining filter service lives |
RU2392989C2 (ru) * | 2008-06-27 | 2010-06-27 | Открытое акционерное общество "АРТИ" | Фильтрующий патрон в комбинированном и газозащитном исполнении (варианты) |
RU2436609C1 (ru) * | 2010-08-30 | 2011-12-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Картридж поглотительного патрона |
Family Cites Families (58)
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 |
US4155358A (en) | 1976-12-13 | 1979-05-22 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Respirator |
CA1100419A (en) | 1977-01-05 | 1981-05-05 | John A. Jones | Organic vapor respirator cartridge end-of-service indicator system and method |
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 |
US4326514A (en) | 1980-06-20 | 1982-04-27 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Cartridge respirator with service life indicator |
US4421719A (en) | 1980-06-20 | 1983-12-20 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Colorimetric indicators |
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 |
US4597942A (en) | 1983-05-25 | 1986-07-01 | Graphic Controls Canada Ltd. | Device to indicate the concentration of ethylene oxide in the workplace |
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 |
DE3445639A1 (de) | 1984-12-14 | 1986-06-26 | Drägerwerk AG, 2400 Lübeck | Kolorimetrischer indikator zur anzeige des erschoepfungszustandes von gasfiltern |
US4948639A (en) | 1986-07-31 | 1990-08-14 | Kimberly-Clark Corporation | Vacuum cleaner bag |
JPH0830452B2 (ja) * | 1988-03-07 | 1996-03-27 | 株式会社豊田中央研究所 | 燃料蒸発防止装置 |
US4847594A (en) | 1988-03-28 | 1989-07-11 | Transducer Research, Inc. | Sensor for detecting the exhaustion of an adsorbent bed |
EP0685498B1 (en) | 1988-12-26 | 1999-05-26 | Mitsui Chemicals, Inc. | Olefin copolymers and processes for preparing same |
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 |
US5659296A (en) | 1994-10-24 | 1997-08-19 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Exposure indicating apparatus |
US5666949A (en) | 1994-10-24 | 1997-09-16 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Exposure indicator with continuous alarm signal indicating multiple conditions |
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 |
US6422059B1 (en) | 2000-08-01 | 2002-07-23 | Calgon Carbon Corporation | Apparatus for detecting changes in concentrations of components of fluid mixtures |
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 |
EP1439892A2 (en) | 2001-10-02 | 2004-07-28 | Scentczar Corporation | Residual life indicator |
US7171312B2 (en) | 2002-07-19 | 2007-01-30 | Smiths Detection, Inc. | Chemical and biological agent sensor array detectors |
JP3808416B2 (ja) * | 2002-09-12 | 2006-08-09 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料ガス中硫黄化合物の常温除去装置及び除去方法 |
US7449146B2 (en) | 2002-09-30 | 2008-11-11 | 3M Innovative Properties Company | Colorimetric sensor |
AU2003294535A1 (en) | 2002-12-20 | 2004-07-14 | Fiso Technologies Inc. | Polarisation interferometric method and sensor for detecting a chemical substance |
CA2457987C (en) | 2003-02-18 | 2013-07-09 | Microteq Llc | System, method, and apparatus for detecting breach of exposure protection equipment |
JP2004275638A (ja) | 2003-03-19 | 2004-10-07 | National Institute Of Industrial Health | 防毒マスク及びガス吸収剤の残存能力表示装置 |
US20040189982A1 (en) | 2003-03-26 | 2004-09-30 | 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 |
US20070087444A1 (en) | 2005-10-14 | 2007-04-19 | England William G | Adsorbent composition with reactive indicator |
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 |
US7906223B2 (en) | 2006-09-11 | 2011-03-15 | 3M Innovative Properties Company | Permeable nanoparticle reflector |
US8067110B2 (en) | 2006-09-11 | 2011-11-29 | 3M Innovative Properties Company | Organic vapor sorbent protective device with thin-film indicator |
US7749303B2 (en) | 2007-08-30 | 2010-07-06 | The Boeing Company | Service life indicator for chemical filters |
WO2010002521A2 (en) * | 2008-05-30 | 2010-01-07 | Scott Technologies, Inc. | Determining effluent concentration profiles and service lives of air purifying respirator cartridges |
US8336543B2 (en) | 2009-05-22 | 2012-12-25 | 3M Innovative Properties Company | Filter cartridge having cover for masking service life indicator |
US8225782B2 (en) | 2009-05-22 | 2012-07-24 | 3M Innovative Properties Company | Filter cartridge having location-registered view window for end-of-service-life-indicator (ESLI) |
US8365723B2 (en) | 2009-05-22 | 2013-02-05 | 3M Innovative Properties Company | Filter cartridge having cone of visibility for end-of-service-life-indicator (ESLI) |
US8955515B2 (en) | 2009-10-23 | 2015-02-17 | 3M Innovative Properties Company | Patterned chemical sensor having inert occluding layer |
AU2011235309B2 (en) | 2010-04-02 | 2013-07-04 | 3M Innovative Properties Company | Alignment registration feature for analyte sensor optical reader |
RU2595665C2 (ru) * | 2011-12-12 | 2016-08-27 | 3М Инновейтив Пропертиз Компани | Системы, индицирующие окончание срока службы, для многослойных фильтрующих картриджей |
-
2014
- 2014-03-07 US US14/775,812 patent/US9751038B2/en active Active
- 2014-03-07 EP EP14712972.0A patent/EP2969128B1/en not_active Not-in-force
- 2014-03-07 KR KR1020157029327A patent/KR20150131279A/ko active IP Right Grant
- 2014-03-07 JP JP2016500780A patent/JP6370366B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2014-03-07 AU AU2014237705A patent/AU2014237705B2/en not_active Ceased
- 2014-03-07 BR BR112015023574A patent/BR112015023574A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2014-03-07 RU RU2015140273A patent/RU2617483C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2014-03-07 WO PCT/US2014/021513 patent/WO2014149917A1/en active Application Filing
- 2014-03-07 CN CN201480015949.7A patent/CN105102103B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU67840A1 (ru) * | 1943-08-10 | 1946-11-30 | В.П. Ченакал | Патрон дл осушки оптических приборов |
WO2007093640A1 (de) * | 2006-02-17 | 2007-08-23 | Zeosys Gmbh | Filterpatrone zur rückgewinnung halogenierter kohlenwasserstoffe |
RU2392989C2 (ru) * | 2008-06-27 | 2010-06-27 | Открытое акционерное общество "АРТИ" | Фильтрующий патрон в комбинированном и газозащитном исполнении (варианты) |
US20100153023A1 (en) * | 2008-12-17 | 2010-06-17 | Tyco Electronics Corporation | Systems and methods for determining filter service lives |
RU2436609C1 (ru) * | 2010-08-30 | 2011-12-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Картридж поглотительного патрона |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20160030877A1 (en) | 2016-02-04 |
RU2015140273A (ru) | 2017-04-21 |
CN105102103B (zh) | 2017-08-18 |
JP6370366B2 (ja) | 2018-08-08 |
BR112015023574A2 (pt) | 2017-07-18 |
US9751038B2 (en) | 2017-09-05 |
EP2969128A1 (en) | 2016-01-20 |
AU2014237705B2 (en) | 2017-03-09 |
WO2014149917A1 (en) | 2014-09-25 |
EP2969128B1 (en) | 2018-11-14 |
AU2014237705A1 (en) | 2015-10-08 |
JP2016518960A (ja) | 2016-06-30 |
CN105102103A (zh) | 2015-11-25 |
KR20150131279A (ko) | 2015-11-24 |
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 | |
AU2009330550B2 (en) | Compact multigas filter | |
US5714126A (en) | Respirator filter system | |
RU2469756C1 (ru) | Формованное слоеное нетканое полотно, содержащее частицы | |
US8617295B2 (en) | Active-particulate air filter having monolith primary filter and polishing filter | |
KR20120023114A (ko) | 사용 수명 종료 표시기(esli)를 위한 시야 원추를 갖는 필터 카트리지 | |
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 | |
CN103154707A (zh) | 用于指示使用寿命终点的便携式监测器 | |
JP2013506546A5 (ru) | ||
EP0159698A2 (en) | Gas mask canister | |
KR102140471B1 (ko) | 잔여수명 확인이 가능한 방독면용 정화통 및 이를 포함하는 정화통 잔여수명 측정 장치 | |
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 | |
US20220372192A1 (en) | 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 | |
JP2004275638A (ja) | 防毒マスク及びガス吸収剤の残存能力表示装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180308 |