WO2021224671A1 - Устройство и способ для отделения частиц от текучей среды - Google Patents

Устройство и способ для отделения частиц от текучей среды Download PDF

Info

Publication number
WO2021224671A1
WO2021224671A1 PCT/IB2020/059448 IB2020059448W WO2021224671A1 WO 2021224671 A1 WO2021224671 A1 WO 2021224671A1 IB 2020059448 W IB2020059448 W IB 2020059448W WO 2021224671 A1 WO2021224671 A1 WO 2021224671A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
flow channel
mask
flow
outlet
Prior art date
Application number
PCT/IB2020/059448
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Кирилл КУЛАКОВСКИЙ
Original Assignee
Кирилл КУЛАКОВСКИЙ
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 Кирилл КУЛАКОВСКИЙ filed Critical Кирилл КУЛАКОВСКИЙ
Priority to TW109215030U priority Critical patent/TWM614198U/zh
Priority to KR2020200004378U priority patent/KR20210002528U/ko
Priority to US17/113,182 priority patent/US11420145B2/en
Priority to CN202120385653.1U priority patent/CN215233042U/zh
Priority to PCT/IB2021/053707 priority patent/WO2021224774A1/ru
Publication of WO2021224671A1 publication Critical patent/WO2021224671A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B23/00—Filters for breathing-protection purposes
    • A62B23/02—Filters for breathing-protection purposes for respirators
    • 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
    • A62B18/02—Masks
    • A62B18/025—Halfmasks
    • 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
    • A62B18/084—Means for fastening gas-masks to heads or helmets
    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00—Respiratory apparatus
    • A62B7/12—Respiratory apparatus with fresh-air hose
    • 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
    • A62B9/003—Means for influencing the temperature or humidity of the breathing gas
    • 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
    • A62B9/04—Couplings; Supporting frames
    • 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
    • B01D46/0027—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
    • 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
    • B01D46/0039—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with flow guiding by feed or discharge devices
    • 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
    • B01D46/4245—Means for power supply or devices using electrical power in filters or filter elements
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Y—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY SPECIALLY ADAPTED FOR THE INTERNET OF THINGS [IoT]
    • G16Y40/00—IoT characterised by the purpose of the information processing
    • G16Y40/30—Control

Definitions

  • the present invention relates to a tubular filter and a system for filtering contaminated ambient air.
  • the claimed devices are applicable for dynamic cleaning of air flow from suspended particles, such as dust, soot, pollen, bacteria, viruses, water droplets, oils and other solid particles and liquids.
  • the disadvantage of this kind of systems is the possibility of localization at a cylindrical surface, which deflects the direction of movement of the flow of cleaned air only the largest particles, which are subject to centrifugal forces arising from the helical movement. Small suspended particles remain in the air stream, which requires further cleaning.
  • the proposed invention makes it possible to remove from the curvilinear flow of a fluid not only the largest suspended particles, but also smaller particles, which are practically not affected by centrifugal forces, and also to create an air purification system based on this principle.
  • the aim of the present invention is to provide a tubular filter for dynamic cleaning of a fluid flow and a system for filtering polluted ambient air using such a filter, in which the cleaning of the fluid from suspended particles would be carried out, including when the fluid moves along a curved path for both relatively large and for relatively small suspended particles.
  • FIG. 1a schematically shows a part of a curved pipe with an indication of the direction of movement of the fluid flow in it.
  • FIG. 16 depicts two regions inside the stream stream, which are two counter-rotating Dean vortices formed inside the curved channel shown in Fig. 1a).
  • Greenspan D. "Secondary flow in a curved tube", J. Fluid Mech., 1973, V. 57. P. 167-176, it is known that Dean vortices are formed inside a curved channel in the range of Dean numbers from 10 to 5000.
  • the Dean number Dn can be expressed in terms of the Reynolds number Re, the characteristic transverse dimension of the channel L, this is usually the diameter of the pipe and the radius of curvature of the channel r through which the fluid flows, as follows:
  • the curved channel is placed in a chamber of reduced pressure of a fluid medium with a pressure reduced relative to the pressure of the flow in the flow channel, due to which relatively large suspended particles are removed from the flow through the external openings in the outer part of the curved channel (in Fig. 1a) element 10). and through the internal holes in the inner part of the curved channel (in Fig. 1a) element 20) from the flow into the reduced pressure chamber are carried out relatively small suspended particles.
  • the holes in the flow channel can be located at any point on the surface of the flow channel.
  • FIG. 1 schematically the appearance of Dean vortices in a curved channel
  • FIG. 2 one of the variants of the tubular filter
  • FIG. B schematically three possible variants of the tubular filter
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the implementation of the filtration unit
  • FIG. 5 is a schematic representation of a filtration unit with a tubular filter and five additional chambers
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the filtration system
  • FIG. 7 is an example of an embodiment of a filtration system with a filtration unit including a tubular filter and a first chamber of the filtration unit;
  • FIG. 8 is a schematic representation of a filtration unit with a remote unit with inlet and outlet openings of the filtration unit;
  • FIG. 9 is an example of the implementation of a breathing mask with a connector assembly design
  • FIG. 10 shows an alternative embodiment of a breathing mask with a retaining connector.
  • the present invention describes a tubular filter and a filtration system using this tubular filter for forcibly cleaning a fluid from particles suspended therein.
  • Air with pollutants and particles contained in it, or any other fluid can be used as a fluid.
  • Suspended particles include: dust particles, soot, pollen, bacteria, viruses, and any other fine particles suspended in a fluid stream.
  • the filter is used either as a stationary device on a vehicle to clean incoming gases, in a ventilation system to clean air entering a room or volume, or as a declared portable portable user device, for example, as a portable air filtration system with a mask, or as a a built-in respirator integrated into a bicycle or motorcycle helmet; and the like.
  • the main element of the proposed filtration system is a tubular filter with a curved flow channel, which allows you to create a more compact
  • FIG. 16 schematically shows the occurrence of Dean vortices in the curved flow channel 1 of the tubular filter, which (channel) is shown in FIG. 1a) in the surrounding reduced pressure chamber (not shown in Fig. 1a)).
  • the air flow going in the channel from left to right, leads in the curved flow channel 1 to the formation of Dean vortices shown in FIG. 16).
  • the ratio of the radius of curvature of the flow channel 1 and the diameter of the flow channel 1 is configured to form in the curved flow channel 1 Dean vortices for a specific fluid in the range of Dean numbers from 10 to 5000 in accordance with the above formula (1).
  • the radius of curvature of the axis of the curved flow channel 1, as well as the radius of the flow channel 1 itself, can be
  • the flow channel has a circular cross-section.
  • the cross section can also be elliptical or rectangular. So is the shape of itself
  • Channel 25 can be made helical, spiral, or at least partially in the form of a meander.
  • the largest suspended particles under the action of centrifugal force are directed to the outer wall of the channel, which has a larger radius of curvature compared to the axis of the channel, while
  • the curved flow channel is placed in a reduced pressure chamber, the pressure in which is lower than the pressure of the fluid in the flow channel.
  • On the outer wall of the flow channel 1 there are holes 10 through which relatively large suspended particles are removed from the flow channel 1 due to the pressure difference in the flow channel 1 and in the reduced pressure chamber.
  • the diameter of the outer holes 10 is made larger than the diameter of the inner holes 20 or less of this diameter. Alternatively, the diameter of the outer holes 10 can be made equal to the diameter of the inner holes 20.
  • the holes in the flow channel can be located along the entire lateral surface of the flow channel 1.
  • the outer holes are located mainly on the outer part of the flow channel 1, i.e. located at a distance from the center of curvature of the flow channel curvature greater than or equal to the radius of curvature of the flow channel curvature.
  • the inner holes are located mainly on the inner part of the flow channel 1, i. E. located at a distance from the center of curvature of the flow channel curvature less than the radius of curvature of the flow channel curvature 1.
  • FIG. 2 shows one of the embodiments of the tubular filter 21 according to the invention.
  • the flow channel 1 is made in the form of a curved tube with a circular cross section, bent along a helical line with three turns. Three turns of the flow channel 1 are shown for clarity only; there can be more than three or less of them. Also, the flow channel can be made in a spiral shape, at least partially meander-shaped, or a combination of these three shapes.
  • the flow channel 1 has an inlet 12 and an outlet 14.
  • the curved flow channel 1 is enclosed in a continuous fluid-tight casing, which forms a reduced pressure chamber 2.
  • the reduced pressure chamber 2 adheres tightly to the flow channel 1 from the side of the outlet 14 of the flow channel 1.
  • the reduced pressure chamber 2 is made open from the side of the inlet 12 of the flow channel 1, forming the outlet 5 of the reduced chamber
  • a device for creating an air flow b in the flow channel 1 is installed, made in the form of an injection pump with a snug fit to the inlet 12 of the flow channel 1.
  • the device for creating an air flow b in the flow channel 1 serves to create a flow fluid in the flow channel 1, while the fluid, in particular air,
  • the outlet 5 of the reduced pressure chamber 2 is located in the immediate vicinity of the device for creating an air flow b in the flow channel 1. However, it is preferable to direct the discharge stream 30 from the reduced pressure chamber 2 away from the inlet stream 3, i.e. with spatial separation from incoming
  • the outlet 5 of the reduced pressure chamber 2 can be located anywhere in the reduced pressure chamber 2, for example, in its lateral part (not shown).
  • the diameter of the outer holes 10 located on the outer part of the curved portion of the flow channel 1, i. E. at the maximum distance from the center of curvature of the curved section it is made large in comparison with the diameter of the inner holes 20 made on the inner part of the curved section of the flow channel 1, i.e. executed at a minimum distance from the center of curvature of the curved section.
  • the diameter of the outer and inner openings 10, 20 is made depending on the size of suspended particles in a particular filtered fluid. Alternatively, the diameter of the outer and inner holes 10 and 20 can be made the same.
  • One embodiment of the filter provides for the arrangement of internal openings on the inner part of the curved section of the flow channel 1 precisely in such zones of reduced pressure, which increases the efficiency of removing relatively small suspended particles from the flow.
  • the formation of local zones of increased pressure on the outer part of the curved section of the flow channel, respectively, zones of low pressure at the inner part of the curved section of the flow channel is also achieved due to a local change in the radius of curvature of the flow channel.
  • channel 1 (not shown) or by making the inner surface of channel 1 with local constrictions or obstacles (not shown) that enhance the effect of creating zones of increased pressure and the formation of Dean vortices in the fluid flow, thus forming a zone of accumulation of suspended suspended suspended
  • the outer holes 10 and the inner holes 20 are located in the corresponding zones of increased pressure, respectively, zones of reduced pressure, or the concentration of these holes in such zones exceeds the concentration of these holes in the remaining zones of the channel 1.
  • One of the embodiments of the invention provides for the implementation of the external and internal holes 10, 20 with the possibility of their controlled overlap, which allows you to leave only those of the holes open, which
  • the flow channel 1 can be integrated into the body or made removable, i. E. with the ability to remove it from the reduced pressure chamber 2, which allows you to periodically clean the flow channel 1.
  • an adhesive and / or disinfectant composition can be applied to the inner surface of the flow channel 1 and / or reduced pressure chamber 2, on which suspended particles and / or viruses and bacteria settle and / or neutralize. This allows for more efficient cleaning of the fluid from particles suspended in it (not shown).
  • VO of the options can be applied to a protein composition, to which viruses or bacteria are attached due to ionic-cationic bonds upon contact with it.
  • the impregnation may contain other substances that have properties of binding suspended particles, including disinfectants or adhesives.
  • the filter has multiple flow channels (not shown) having a common fluid inlet and a common outlet for discharging purified fluid from the flow channels. This improves the performance of the filter by increasing the volume of the processed fluid.
  • FIG. 3a schematically depicts an embodiment of the tubular filter 21 shown in FIG. 2.
  • the reference signs in this case correspond to the reference signs of FIG. 2.
  • FIG. 3 gives only a general schematic diagram of the connection sequence of the various elements of the tubular filter 21 in relation to each other.
  • the schematically depicted flow channel 1 is enclosed in a reduced pressure chamber 2 having an outlet 5.
  • At the inlet of the flow channel 1 there is a device for creating an air flow b, through which fluid 3 is taken from the environment and pumped into the flow channel 1, from which the purified tubular filter 21 fluid 4.
  • FIG. 36 depicts an alternative embodiment for connecting the inventive tubular filter, which differs from the embodiment shown in FIG. Za) only by the fact that a device for creating a reduced pressure 7 is connected to the outlet 5 of the reduced pressure chamber 2, made in the form of a first evacuation pump, which makes it possible to lower the pressure in the reduced pressure chamber 2 and thereby enhances the flow of fluid from the flow channel 1 through the external and internal openings into the reduced pressure chamber 2, and this flow carries filtered suspended particles.
  • This design of the filtering device improves the efficiency of the filtering process.
  • FIG. Sv) shows an alternative option for connecting the claimed tubular filter 21, which differs from the option shown in FIG. 36) only in that as a device for creating an air flow in the flow channel 1, instead of the injection pump b connected to the inlet of the flow channel 1, a second evacuation pump 8 is provided, connected to the outlet of the flow channel 1.
  • the fluid flow in flow channel 1 is created by the second evacuation pump 8, sucking fluid into the inlet of the flow channel 1 in the direction indicated by the arrow 3, and after passing through the flow channel 1, the fluid stream cleared of suspended particles is directed, pumping through the second evacuation pump 8 in the direction indicated arrow 4.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a filtration unit 22 with fluid flows, in particular air, involved in it.
  • Arrow 3 conventionally denotes the incoming air flow to be cleaned.
  • Arrow 30 denotes the air flow discharged from the reduced pressure chamber.
  • Arrow 4 denotes the air stream purified by the filtration unit 22.
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of the device of the filtration unit 22 according to one of the embodiments of the filtration unit 22.
  • An indispensable component of the filtration unit 22 is a tubular filter 21 in any of its embodiment described above.
  • the incoming air stream 3 to be cleaned enters the pipe filter 21 through the inlet 11 for supplying ambient air to the pipe filter 21. through the outlet 16 from the reduced pressure chamber, an air stream containing suspended particles filtered by a tubular filter 21.
  • the air stream 4 cleaned by the tubular filter 21 enters the first chamber 31 of the filtration unit 22.
  • the airflow shown in FIG. 5 cameras 31-35 are zones that perform the separate functions described below. The number and order of arrangement of chambers 31-35 may vary depending on the task performed by the filtration system.
  • the air flow to be cleaned is directed sequentially from one chamber to another, as shown by upward-pointing arrows located between the individual chambers 31-35.
  • the first chamber 31 is a chamber for deposition of particles suspended in the flow not filtered by the flow channel 1 on its walls and / or at the bottom of the first chamber.
  • the inlet to the first chamber 31 is connected to the outlet of the flow channel of the tubular filter 21, and the first chamber 31 itself is located so that the air flow moves at least in one of its sections from bottom to top, being a gravity filter.
  • suspended particles not filtered by the flow channel of the tubular filter 21 have the possibility of settling on the bottom of the first chamber 31 and / or on its walls.
  • the outlet of the first chamber 31 is connected to the inlet to the second chamber 32, in which filters of the HEPA or ULPA type are located for filtering suspended particles not filtered by the first chamber 31.
  • the aforementioned filters of the second chamber 32 may be located in the upper part of the first chamber 31.
  • the presence of the first chamber 31 is optional, so that in alternative embodiments of the filtration unit 22 the first chamber 31 may be omitted.
  • the outlet of the second chamber 32 is connected to the inlet to the third chamber 33 for introducing additional substances into the air stream.
  • the third chamber 33 contains nozzles (not shown) for injecting flavoring and / or medicinal substances into the air stream flowing through it. This makes it possible, if necessary, to aromatize the air supplied for the user's breathing and / or to supply it to a pre-purified air stream. medicines, for example, for asthmatic diseases.
  • the presence of the third chamber 33 is optional, so that in alternative embodiments of the filtration unit 22, the third chamber 33 may be omitted.
  • the outlet of the third chamber 33 is connected to the entrance to the fourth chamber 34, which is a chamber
  • the fourth chamber 34 there is a device for heating and / or cooling the air flow passing through it. This makes it possible in countries with hot climates to cool the flow of purified air, or, conversely, in the presence of low ambient temperatures, to heat the flow of purified air passing through this chamber to
  • a fourth chamber 34 is optional in the filtration unit 22, so that in alternative embodiments of the filtration unit 22 the fourth chamber 34 may be omitted.
  • the outlet of the fourth chamber 34 is connected to the inlet to the fifth chamber 35 for humidifying or dehumidifying the air flow passing through this chamber.
  • the chamber 15 of the chamber 35 makes it possible to give the air flow passing through it a level of air humidity that is comfortable for the user, for example, humidifying or drying the air passing through it to an acceptable level, for example, to a humidity level of 30 to 60%.
  • the presence of this chamber 35 is also optional, so that in alternative embodiments of the filtration unit 22 the fifth chamber 35 may be omitted.
  • the claimed system for filtration of contaminated ambient air comprises at least one filtration unit 22, shown, for example, in FIG. 4 or FIG. 5 with at least one tubular filter 21.
  • the filtration unit has
  • the filtration unit 22 also has a control unit for controlled control of the flow generating device b c
  • Such a filtration system can be used, for example, to purify air when it is supplied to living quarters, into the interior of a vehicle or into a breathing mask for wearing on the user's face.
  • the advantage of this filtration system is the possibility of washing and / or disinfecting the elements of the tubular filter or other filtering devices used in the filtration system with their repeated subsequent use.
  • FIG. 6 A schematic diagram of one embodiment of the filtration system is shown in FIG. 6.
  • the filtration system has a filtration unit 22, which, as shown above, includes at least one pipe filter (not shown). Ambient air enters the filtration unit 22 through an inlet 11 to be fed to a tubular filter (not shown). The direction of movement of the air entering the filtration unit 22 is indicated by arrow B. Further, as described above, the incoming air stream 3 entering the filtration unit 22 is injected into the flow channel of the tubular filter (not shown) by the flow generating device 6. The suspended particles filtered from the incoming stream 3 are removed from the reduced pressure chamber (not shown) located in the filtration unit 22 through the outlet 16.
  • the air purified by the filtration unit 22 is removed from it through the outlet 15 of the filtration unit, entering through the air duct 43 into the breathing mask 40.
  • the filtration unit 22 includes a control unit 17 for controlled control of the flow generating device b, an electrical power supply 18 for operating the control unit 17 and a flow generating device 6. It goes without saying that the electrical power supply 18 can also be used for other systems optionally used in the filtration unit 22. Breathing
  • the body mask 40 is intended to be worn on the face of the wearer and has a face 41 covering at least the nose and mouth of the wearer's face, and a head holder 42 for attaching the mask to the wearer's face. Instead of the one shown in FIG.
  • FIG. 7 depicts one embodiment of a filtration system, the reference characters of which correspond to the reference illustrations in FIG. 6. To avoid repetition of the features described with respect to the filtration system of FIG. 6 in the embodiment of the filtration system of FIG. 7, only clarifying signs will be considered.
  • the filtration unit 22 has a tubular filter, which includes a device for creating an air flow b in the flow channel 1, a flow channel 1, the inlet of which is connected to the specified device for creating a flow b, and the outlet to the first chamber 31.
  • the flow channel 1 is enclosed in a chamber reduced pressure 2, having an outlet 16 for removing suspended particles from the reduced pressure chamber 2 and a device for creating a reduced pressure 7 in the reduced pressure chamber 2.
  • the first chamber 31 is connected to the outlet 14 of the flow channel 1 and is located with the possibility of air flow from bottom to top in the position of use of the filtration unit 22.
  • the first chamber 31 is in this case a gravity filter, in which suspended particles not filtered by the flow channel 1 under the action of gravity fall and settle to the bottom and / or on the walls of the first chamber 31.
  • the transverse size and height of the first chamber 31 are selected so that suspended particles contained in the purified m tubular filter, the air flow 4 had the opportunity to settle under its own weight to the bottom of the chamber and not be carried away by this flow into the upper part of the first chamber 31.
  • a HEPA filter 36 is installed for additional air purification and an outlet of the filtration unit 15 is provided through which the flow 37 discharged from the filtration unit 22 through the air duct 43 connected to the outlet 15 is directed to the breathing mask 40.
  • the air duct 43 is connected to the breathing mask 40 by means of two connecting assemblies 44 installed on both sides of the mask 40, and the air duct 43 on the side of the mask is made bifurcated so that the flow 37 discharged from the filtration unit enters the mask through both connecting assemblies 44, namely, into the region delimited by the face of the mask 41 and the face of the wearer. From the side of connection to the output to the opening 15, the air duct 43 can also be bifurcated or connected into a single branch pipe.
  • the control unit 17 is made with the possibility of controlled control of the device for creating b flow in the flow channel and the device for creating 7
  • control unit 17 is configured to control the pressure of the cleaned air in the outlet 15 of the filtration unit 22 by means of a pressure sensor 19 located in the immediate vicinity of the outlet 15 of the filtration unit.
  • the pressure sensor 19 can be located in the immediate vicinity of the outlet 15 of the filtration unit.
  • the functional relationship between the control unit 17 and the above devices with which it is connected is shown in FIG. 7 schematically with dashed lines.
  • the electric power supply unit 18 is functionally connected with the control unit 17, the device for creating the stream b, the device for creating
  • the control unit 17 is configured to regulate the rhythm and volume of the air supplied to the tubular filter depending on the pressure of the cleaned air in the outlet 15 of the filtration unit, allowing for due to the pressure drop in the mask 40 and air duct 43, respectively, in the outlet
  • control unit 17 is configured to regulate the rhythm of operation and the volume of air sucked in by the device for creating a reduced pressure 7 depending on the pressure
  • control unit 17 is configured to maintain the pressure in the outlet 15 of the filtration unit, respectively, in the breathing mask 40, 0.001-20% above atmospheric pressure both during inhalation and during exhalation of the user.
  • this breathing mask 40 is configured to release air due to overpressure created in it in comparison with the ambient pressure either through the gasket 49 between the user's face and the face part 41, and / or through the places where the face part of the mask 41 does not fit tightly to the face of the user, and / or through at least one hole and / or valve (not shown).
  • the filtration unit 22 is located in a single housing with an inlet 11 for supplying ambient air flow to a tubular filter, with an outlet 15 of the filtration unit for removing purified air and with an outlet 16 for removing suspended particles from the reduced pressure chamber. This allows the filtration unit 22 to be used as a portable device that can be attached to the user's body by means of belt or other restraints.
  • FIG. 8 shows an alternative embodiment of the filtration unit 22, in which the inlet 11 for supplying the ambient air flow to the tubular filter, the outlet 15 of the filtration unit for removing the purified air and the outlet 16 for removing suspended particles from the reduced pressure chamber are made in a separate spaced from a single body of the filtration unit 22 to the module 38.
  • FIG. 9 shows an example of a breathing mask 40 with the design of a connecting node 44.
  • each of the connecting nodes 44 is also circular and shaped like a flat cylinder.
  • annular magnetic element 50 On the outer surface of the connecting unit 44 there is an annular magnetic element 50, which, when the connecting unit 44 is applied to the fastening ring 45, is magnetically held on it by attracting the annular magnetic element 50 of the connecting unit 44 and the annular magnetic element 52 of the fastening ring 45 to each other, as well as due to the elasticity of the face part 41, the fastening rings 45 of which press the connecting assemblies 44 against the user's head, overlapping them from the outside.
  • This fastening of the joint 44 to the fastening ring 45 allows the joint 44 to be rotated about a common center 51 defined by the magnetic elements 50 and 52.
  • the directions of rotation of the joint 44 relative to the fastening ring 45 are indicated by an arrow 54.
  • magnets 5B can be used, which are arranged in an arcuate manner around the geometric center 51 of the fastening ring 45, respectively, of the joint 44 at fixed equidistant angular distances from each other on the surface of the fastening ring 45, as shown in FIG. 9, respectively, on the outer surface of the connection unit 44.
  • connection unit 44 Such magnetic attachment of the connection unit 44 to the fastening ring 45 allows the angle of rotation of the connection unit 44 relative to the fastening ring 45 to be changed stepwise. the required holding angle of the mask 40 in a convenient position for him.
  • the fastening of the connecting unit 44 to the fastening ring 45 by means of magnets the fastening can be performed in any way known from the prior art in a movable or stationary manner, for example, with toothed protrusions with a locking shift step.
  • a fastening unit 56 of the air duct 43 to the connecting unit 44 in which a recess 48 is provided for detachable connection of the air duct 43 and the connecting unit 44.
  • This kind of hinge fastening of the duct attachment to the connection 44 allows the duct 43 to be positioned at the most comfortable wearing angle for the duct 43 for the user.
  • the air duct 43 can be permanently attached to it.
  • the attachment assembly 56 of the air duct 43 is made with the possibility of unimpeded penetration of the air flow removed from the filtration unit 22 into the space under the mask bounded by the face piece 41 of the breathing mask, the pad 49 and the face of the wearer.
  • the pad 49 is mounted on the edge regions of the face piece 41 of the breathing mask and provides adaptive filling of the edge regions of the space between the wearer's face and the mask, as well as the fastening ring 45 of the face piece 40.
  • the pad 49 is made of a soft material that allows air to pass through, for example , paralon.
  • a recess 46 is made on the side surface of the connecting unit 44 for attaching the head holder 42 to the connecting unit 44.
  • the head holder 42 is removable with its end element in the recess 46.
  • the head holder 42 is fixed to the connecting unit 44.
  • the head holder 42 is designed as a bent behind-the-ear holder located on the back of the user's head.
  • the head holder can be supplemented with a strap holder that fits the parietal part of the user's head. The embodiment shown in FIG.
  • an embodiment of the mask makes it possible to detach and reattach any of the elements, namely the mask 40 itself, the head holder 42 or the air duct 43 from the connecting unit 44 without removing the connecting unit 44 from the head and attaching it to the head with the air ducts 43 connected to it. , this allows changing the mask 40 without disconnecting the remaining elements from connecting node 44, and the replacement mask can be made to cover half of the user's face or completely cover the user's face.
  • FIG. 10 depicts an alternative embodiment of the mask 40, which
  • the mask 40 has a face 41 that is full face, i. E. covering the user's face completely, from the chin to the user's forehead.
  • the front part 41 is made transparent and can be at least partially tinted.
  • a retaining element 55 is installed, made at least partially by its
  • FIG. 10 with the lower part adjacent to the parietal part of the user's head (not shown).
  • FIG. 10 the retaining member 55 is shown to be oval in the direction from the face 41 towards the back of the user's head.
  • the holding element 55 is curved in such a way that its lower part adjacent to the front part 41 is concave in order to fit the parietal part of the head
  • the retaining member 55 may be in any top plan view, such as circular, generally rectangular, or generally triangular. In this case, it is important that its lower part encloses the parietal part of the user's head in order to hold the mask 40 on the user's head without additional restraining devices. In the back of the restraint
  • a recess 48 is made for detachable or permanent connection of the air duct 4B, through which the air purified by the filtering unit is supplied to the mask 40 through not shown in FIG. 10 to the channel located in the retaining element 55, starting at its rear in the recess 48 and ending at the front
  • the purified air is supplied to the mask 40, passing through the air duct 43 installed in the recess 48 into the front part 41 of the breathing mask 40.
  • spacers 49 are installed, providing
  • the pad 49 is made of a soft air-permeable material such as foam.
  • the above embodiments of the filtration system make it possible to clean the filtration unit 22 by pumping a rinsing and / or disinfecting fluid through at least one of its chambers 2, 31-35 and then drying them.
  • the filtration system can be flushed with running water by pouring it through the inlet and / or outlet openings of the filtration unit 22. Flushing of the filtration system is also possible using a stationary base (not shown) configured to manually or automatically clean the filtration unit 22 by pumping at least measure through one of its chambers 2, 31-35 of the washing and / or disinfecting fluid and their subsequent drying.
  • the drying process involves the use of fans installed on a stationary base to dry the interior surfaces of the above chambers and drain any remaining moisture. Fan-pumps installed on a stationary base can also be used to pump out the remaining flushing fluid.
  • the stationary base also has the ability to recharge the electrical power pack 18.
  • control unit 17 is configured for wireless or wired connection to a mobile device (not shown) that controls the operation of the filtration system and / or for displaying the functional parameters of the filtration system.
  • the declared filtration system can be used both in personal air purification systems and in air purification systems in vehicles and indoor air purification.
  • the system can be used as the above-described system in the form of the declared tubular filter with air injection into it and with the subsequent passage of air into the chamber with additional cleaning with a HEPA filter, as shown in Fig. 7, or any other fine filter.
  • the system can act as a full-fledged filtering system or as a pre-filter for standard air cleaning systems of a vehicle. The use of the system can significantly extend the service life of fine filters used to filter particles in the air that have not been filtered by a tubular filter.
  • connection piece 44 magnets direction of rotation of the connection piece 44 holding the mask 40 element assembly for attaching the air duct 43 to the connection piece 44 direction of rotation of the fastening element of the air duct 43

Abstract

Заявлен трубчатый фильтр для динамической очистки содержащего взвешенные частицы потока воздуха и система фильтрации, использующая этот фильтр. Трубчатый фильтр имеет проточный канал (1), выполненный искривленным и устройство (6, 8) создания потока воздуха в проточном канале (1). Трубчатый фильтр расположен в камере пониженного давления (2) и выполнен с возможностью формирования на его искривленном участке вихрей Дина. На наружной и внутренней части искривленного участка проточного канала (1) выполнены наружные (10), соответственно внутренние (20) отверстия для отвода взвешенных частиц из проточного канала (1) в камеру пониженного давления (2). Система фильтрации содержит фильтрационный блок (22) с по меньшей мере одним трубчатым фильтром (21), блок управления (17) для контролируемого управления устройством создания потока (6) в проточном канале (1) и электрический блок питания (18).

Description

Трубчатый фильтр и система фильтрации загрязненного окружающего воздуха
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к трубчатому фильтру и системе фильтрации загрязненного окружающего воздуха. В частности заявленные устройства применимы для динамической очистки воздушного потока от содержащихся в нем взвешенных частиц, таких как пыли, сажи, пыльцы, бактерии, вирусов, капель воды, масел и других твердых частиц и жидкостей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны системы, очищающие воздушный поток от содержащихся в нем взвешенных частиц. Такие системы используются, как правило, в автомобильных фильтрах, персональных респираторах и иных персональных системах фильтрации воздуха. Известны циклотронные установки для очищения воздуха, использующие движение очищаемого воздуха по винтовой линии, в результате чего под действием центробежных сил содержащиеся в воздухе частицы перемещаются к внешней стенке фильтра цилиндрической формы, вдоль которой движется воздушный поток, а затем отводятся из прилегающих к боковой внешней стенке областей тем или иным способом, уменьшая тем самым концентрацию взвешенных частиц в оставшемся потоке воздуха. Примером использования такого рода очистки потока воздуха, движущегося по винтовой линии внутри цилиндрического корпуса, может служить воздушный фильтр, известный из US 4,491,460. Недостатком такого рода систем является возможность локализации у цилиндрической поверхности, отклоняющей направление движения потока очищаемого воздуха лишь наиболее крупных частиц, подверженных возникающим при винтовом движении центробежным силам. Мелкие взвешенные частицы остаются при этом в воздушном потоке, что требует его дальнейшей очистки. Предлагаемое изобретение позволяет вывести из криволинейного потока текучей среды не только наиболее крупные взвешенные частицы, но и более мелкие частицы, которые практически не подвержены влиянию центробежных сил, а также создать систему очистки воздуха, основанную на этом принципе.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание трубчатого фильтра динамической очистки потока текучей среды и системы фильтрации загрязненного окружающего воздуха с использованием такого фильтра, в которых очистка текучей среды от взвешенных частиц осуществлялась бы в том числе при движении текучей среды по искривленной траектории как для относительно больших, так и для относительно мелких взвешенных частиц.
Эта задача осуществляется согласно трубчатому фильтру по пункту 1 формулы изобретения и использующего этот фильтр системы фильтрации воздуха по пункту В формулы изобретения. Наиболее предпочтительные варианты выполнения изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Принцип очистки текучей среды от взвешенных в ней частиц основывается на использовании возникающих в криволинейных трубах вихрей Дина, названных по фамилии британского ученого, впервые исследовавшего их теоретически. На Фиг. 1а) схематично изображена часть криволинейной трубы с указанием направления движения в ней потока текучей среды. На Фиг. 16) изображены две области внутри струи потока, которые и представляют собой два противовращающихся вихря Дина, образующиеся внутри криволинейного канала, изображенного на Фиг. 1а). Из статьи Greenspan D. „Secondary flow in a curved tube ", J. Fluid Mech., 1973, V. 57. P. 167-176, известно, что вихри Дина образуются внутри криволинейного канала в диапазоне чисел Дина от 10 до 5000. Число Дина Dn можно выразить через число Рейнольдса Re, характерный поперечный размер канала L, это обычно диаметр трубы и радиус кривизны канала г, по которому течет жидкость, следующим образом:
Figure imgf000005_0001
В рамках предлагаемого изобретения в результате проведенных теоретических расчетов и экспериментов было выявлено, что содержащиеся в потоке крупные частицы, на которые воздействует центробежная сила, наиболее сконцентрированы на внешней части искривленного канала, обозначенной на фиг. 1а) буквой В. Мелкие взвешенные частицы потока больше подвержены воздействию вихрей Дина, которые переносят их на внутреннюю часть искривленного канала, обозначенную на фиг. 1а) буквой С. Таким образом, относительно крупные взвешенные частицы потока концентрируются в основном у внешней части искривленного канала, в то время как относительно мелкие взвешенные частицы потока концентрируются у внутренней части искривленного канала. Согласно предлагаемому изобретению искривленный канал помещают в камеру пониженного давления текучей среды с пониженным относительно давления потока в проточном канале давлением, за счет которого через наружные отверстия во внешней части искривленного канала (на фиг. 1а) элемент 10) из потока выносятся относительно крупные взвешенные частицы, а через внутренние отверстия во внутренней части искривленного канала (на фиг. 1а) элемент 20) из потока в камеру пониженного давления выносятся относительно мелкие взвешенные частицы. Альтернативно отверстия в проточном канале могут располагаться в любой точке на поверхности проточного канала.
Сущность изобретения подробно изложена в приведенном описании и пояснена чертежами. Однако и описание и чертежи представлены только для иллюстрации изобретения и не ограничивают вариантов его осуществления в рамках заявленной формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
На фигурах изображены:
Фиг. 1 - схематически возникновение вихрей Дина в криволинейном канале; Фиг. 2 - один из вариантов выполнения трубчатого фильтра;
Фиг. В - схематически три возможных варианта выполнения трубчатого фильтра;
Фиг. 4 - схематически принципиальная схема выполнения фильтрационного блока;
Фиг. 5 - схематическое изображение фильтрационного блока с трубчатым фильтром и пятью дополнительными камерами;
Фиг. 6 - принципиальная схема работы системы фильтрации;
Фиг. 7 - пример выполнения системы фильтрации с фильтрационным блоком, включающим в себя трубчатый фильтр и первую камеру фильтрационного блока;
Фиг. 8 - схематическое изображение фильтрационного блока с выносным блоком со входными и выходными отверстиями фильтрационного блока;
Фиг. 9 - пример выполения дыхательной маски с конструкцией соединительного узла;
Фиг. 10 - альтернативный вариант выполнения дыхательной маски с удержывающим соединительным узлом.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение описывает трубчатый фильтр и систему фильтрации с использованием этого трубчатого фильтра для принудительной очистки текучей среды от взвешенных в ней частиц. В качестве текучей среды может быть использован воздух с содержащимися в нем загрязняющими веществами и частицами, либо любая другая текучая среда. Ко взвешенным частицам относятся: частицы пыли, сажа, пыльцы, бактерии, вирусы, а также любые другие мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в потоке текучей среды. Фильтр используется либо в качестве стационарного устройства на транспортном средстве для очистки поступающих газов, в вентиляционной системе для очистки воздуха, поступаемого в помещение или объем, либо как заявленное портативное переносное пользовательское устройство, например, в качестве переносной системы фильтрации воздуха с маской, или в качестве встраиваемого респиратора, интегрируемого в велосипедный или мотоциклетный шлем и тому подобное.
Основным элементом предлагаемой системы фильтрации является трубчатый фильтр с изогнутым проточным каналом, который позволяет создать более компактную
5 систему очистки текучей среды по сравнению с прямолинейным проточным каналом с более качественной очисткой текучей среды от взвешенный в ней частиц. Такая компактная система является более комфортной для пользователя и позволяет одновременно улучшить результат очистки текучей среды в сравнении с известными проточными фильтрами.
10 Как уже указано выше, Фиг. 16) схематически показывает возникновение вихрей Дина в проточном криволинейном канале 1 трубчатого фильтра, который (канал) изображен на Фиг. 1а) в окружающей его камере пониженного давления (на Фиг. 1а) не показана). Поток воздушной среды, направляясь в канале слева на право, приводит в изогнутом проточном канале 1 к образованию вихрей Дина, изображенных на Фиг. 16).
15 Соотношение радиуса кривизны проточного канала 1 и диаметра проточного канала 1 выполнены с возможностью образования в криволинейном проточном канале 1 вихрей Дина для конкретной текучей среды в диапазоне чисел Дина от 10 до 5000 в соответствии с приведенной выше формулой (1). Радиус кривизны оси искривленного проточного канала 1, а также радиус самого проточного канала 1 могут быть
20 постоянными для всего проточного канала 1, либо изменяться от входного отверстия проточного канала к его выходному отверстию при сохранении условия образования в проточном канале вихрей Дина. В наиболее предпочтительном варианте выполнения проточного канала он выполнен с круглым поперечным сечением. Однако, поперечное сечение может быть также эллиптическим или прямоугольным. Так же форма самого
25 канала может быть выполнена винтообразной, спиральной или по меньшей мере частично в форме меандра.
Как указано выше, в искривленном проточном канале 1 наиболее крупные взвешенные частицы под действием центробежной силы направляются к внешней стенке канала, имеющей больший радиус кривизны по сравнению с осью канала, в то
ВО время как относительно мелкие взвешенные частицы увлекаются вторичным течением, т.е. вихрями Дина, к внутренней стенке канала, имеющей меньший радиус кривизны по сравнению с радиусом кривизны оси проточного канала.
Искривленный проточный канал помещен в камеру пониженного давления, давление в которой ниже давления текучей среды в проточном канале. На внешней стенке проточного канала 1 расположены отверстия 10, через которые из проточного канала 1 выводятся относительно крупные взвешенные частицы за счет разницы давления в проточном канале 1 и в камере пониженного давления. На внутренней стенке проточного канала 1 расположены отверстия 20, через которые из проточного канала 1 выводятся относительно мелкие взвешенные частицы за счет разницы давления в проточном канале 1 и в камере пониженного давления. Согласно одному из вариантов выполнения изобретения диаметр наружных отверстий 10 выполнен большим по сравнению с диаметром внутренних отверстий 20 или меньшими этого диаментра. Альтернативно диаметр наружных отверстий 10 может быть выполнен равным диаметру внутренних отверстий 20. При этом отверстия в проточном канале могут располагаться по всей боковой поверхности проточного канала 1. В этом случае наружными являются отверстия, расположенные преимущественно на внешней части проточного канала 1, т.е. расположенные на расстоянии от центра кривизны искривления проточного канала большем или равном радиусу кривизны искривления проточного канала. Соответственно внутренними являются отверстия, расположенные преимущественно на внутренней части проточного канала 1, т.е. расположенные на расстоянии от центра кривизны искривления проточного канала меньшем чем радиус кривизны искривления проточного канала 1.
На Фиг. 2 представлен один из вариантов выполнения трубчатого фильтра 21 согласно предлагаемому изобретению. Проточный канал 1 выполнен в виде изогнутой трубки с круглым сечением, изогнутой по винтовой линии с тремя витками. Три витка проточного канала 1 изображены лишь для наглядности, их может быть как больше трех, так и меньше. Также проточный канал может быть выполнен спиральной формы, по меньшей мере частично меандрообразным или комбинацией этих трех форм. Проточный канал 1 имеет входное отверстие 12 и выходное отверстие 14. Изогнутый проточный канал 1 заключен в сплошной кожух, непроницаемый для текучей среды, который образует камеру пониженного давления 2. Камера пониженного давления 2 плотно прилегает к проточному каналу 1 со стороны выходного отверстия 14 проточного канала 1. Камера пониженного давления 2 выполнена открытой со стороны входного отверстия 12 проточного канала 1, образуя выходное отверстие 5 камеры пониженного
5 давления 2. Перед входным отверстием 12 проточного канала 1 установлено устройство создания потока воздуха б в проточном канале 1, выполненное в виде нагнетательного насоса с плотным прилеганием ко входному отверстию 12 проточного канала 1. Устройство создания потока воздуха б в проточном канале 1служит для создания потока текучей среды в проточном канале 1, при этом текучая среда, в частном случае воздух,
10 поступает в него, как это показано стрелкой В, проходит по каналу 1, очищаясь от взвешенных частиц и выходит из проточного канала 1 через выходное отверстие 14, как это показано стрелкой 4. За счет нагнетания в проточный канал 1 текучей среды устройством создания потока воздуха б создается разница давления с превышением давления текучей среды в проточном канале 1 по отношению к давлению в камере
15 пониженного давления 2, в которой расположены витки проточного канала 1.
За счет вышеуказанной разницы давления в проточном канале 1 и в камере пониженного давления 2 сконцентрированные на внешней части канала 1 относительно крупные взвешенные частицы отводятся через отверстия 10 из канала 1 в камеру пониженного давления 2. За счет возникновения вихрей Дина в проточном канале 1
20 относительно мелкие взвешенные частицы переносятся в сторону внутренней части канала 1 и концентрируются у внутренней части канала 1, соответственно, выносятся через внутренние отверстия 20 из канала 1 в камеру пониженного давления 2. Отведенная через наружные отверстия 10 и внутренние отверстия 20 текучая среда со взвешенными частицами выносится через выходное отверстие 5 камеры пониженного
25 давления 2 наружу, как это показано стрелками 30. На Фиг. 2 выходное отверстие 5 камеры пониженного давления 2 расположено в непосредственной близости от устройства создания потока воздуха б в проточном канале 1. Однако, предпочтительным является направление отводимого потока 30 из камеры пониженного давления 2 в сторону от входящего потока 3, т.е. с пространственным разделением от входящего
ВО потока 3 во избежание перемешивания отводимого из камеры пониженного давления 2 потока 30 со входным потоком 3. Выходное отверстие 5 камеры пониженного давления 2 может быть расположено в любом месте камеры пониженного давления 2, например, в его боковой части (не показано).
Согласно одному из вариантов выполнения изобретения диаметр наружных отверстий 10, расположенных на наружной части искривленного участка проточного канала 1, т.е. на максимальном удалении от центра кривизны искривленного участка, выполнен большим по сравнению с диаметром внутренних отверстий 20, выполненных на внутренней части искривленного участка проточного канала 1, т.е. выполненных на минимальном удалении от центра кривизны искривленного участка. Диаметр наружных и внутренних отверстий 10, 20 выполнен в зависимости от размера взвешенных частиц, находящихся в конкретной фильтруемой текучей среде. Альтернативно диаметр наружных и внутренних отверстий 10 и 20 может быть выполнен одинаковым. В ходе экспериментов было установлено, что в канале 1 у его наружной поверхности могут образовываться локальные зоны повышенного давления, зависящие от геометрии искривленного участка канала 1 и параметров потока текучей среды, где концентрация относительно крупных частиц является повышенной. Один из вариантов расположения внешних отверстий 10 предусматривает расположение этих отверстий именно в таких зонах повышенного давления, что позволяет более эффективно отводить относительно крупные частицы из потока текучей среды. Кроме того, было обнаружено, что расположение вихрей Дина также зависит от локальной степени искривления проточного канала 1 и от параметров потока, при этом вихри Дина у внутренней части искривленного участка проточного канала 1 образуют зоны пониженного давления с повышенной концентрацией относительно мелких взвешенных частиц. Один из вариантов выполнения фильтра предусматривает расположение внутренних отверстий на внутренней части искривленного участка проточного канала 1 именно в таких зонах пониженного давления, что повышает эффективность выведения из потока относительно мелких взвешенных частиц. Образование локальных зон повышенного давления на наружной части искривленного участка проточного канала, соответственно, зон пониженного давления у внутренней части искривленного участка проточного канала достигается также за счет локального изменения радиуса кривизны проточного канала 1 (не показано) или за счет выполнения внутренней поверхности канала 1 с локальными сужениями или препятствиями (не показано), усиливающими эффект создания зон повышенного давления и образования вихрей Дина в потоке текучей среды, образуя таким образом зону накопления подлежащих отводу взвешенных
5 частиц. В этом случае наружные отверстия 10 и внутренние отверстия 20 располагаются в соответствующих зонах повышенного давления, соответственно, зонах пониженного давления, либо концентрация этих отверстий в таких зонах превышает концентрацию этих отверстий в остальных зонах канала 1.
Один из вариантов выполнения изобретения предусматривает выполнение на
10 внутренней поверхности камеры пониженного давления сужений или препятствий, образующих зоны накопления и/или осаждения отведенных из проточного канала 1 взвешенных частиц (не показано). Этот вариант выполнения изобретения позволяет не выбрасывать взвешенные частицы с выходящим из камеры пониженного давления 2 потоком 30, или выбрасывать не все взвешенные частицы, а накапливать их на
15 внутренних стенках камеры пониженного давления 2 с целью их последующего периодического удаления.
Один из вариантов выполнения изобретения предусматривает выполнение наружных и внутренних отверстий 10, 20 с возможностью их контролируемого перекрытия, что позволяет оставлять лишь те из отверстий открытыми, которые
20 находятся в описанных выше зонах повышенного или пониженного давления в проточном канале 1 с максимальной концентрацией взвешенных частиц.
Проточный канал 1 может быть интегрированным в корпус или выполнен съемным, т.е. с возможностью его извлечения из камеры пониженного давления 2, что позволяет периодически производить очистку проточного канала 1.
25 Дополнительно на внутреннюю поверхность проточного канала 1 и/или камеры пониженного давления 2 может быть нанесен обладающий адгезивными и/или дезинфицирующими свойствами состав, на котором оседают и/или нейтрализуются взвешенные частицы и/или вирусы и бактерии. Это позволяет более эффективно производить очистку текучей среды от взвешенных в ней частиц (не показано). Как один
ВО из вариантов может быть нанесен белковый состав, к которому вирусы или бактерии прикрепляются за счет ионно-катионных связей при соприкосновении с ним. Пропитка может иметь в своем составе другие вещества, имеющие свойства связывая взвешенных частиц, включая дезинфицирующие или клеящие вещества.
Согласно одному из вариантов выполнения изобретения фильтр имеет несколько проточных каналов (не показано), имеющих общее входное отверстие для забора текучей среды и общее выходное отверстие для выпуска очищенной текучей среды из проточных каналов. Это позволяет повысить производительность фильтра за счет увеличения объема обрабатываемой текучей среды.
На Фиг. В под цифрами а), б) и в) указаны три возможных варианта подключения заявленного трубчатого фильтра 21. На Фиг. За) схематично изображен вариант выполнения трубчатого фильтра 21, представленный на Фиг. 2. Ссылочные обозначение при этом соответствуют ссылочным обозначениям Фиг. 2. Фиг. 3 дает лишь общую принципиальную схему последовательности подключения различных элементов трубчатого фильтра 21 по отношению друг к другу. Схематично изображенный проточный канал 1 заключен в камеру пониженного давления 2, имеющую выходное отверстие 5. На входе проточного канала 1 расположено устройство создания потока воздуха б , через который из окружающей среды забирается текучая среда 3 и нагнетается в проточный канал 1, из которого отводится очищенная трубчатым фильтром 21 текучая среда 4. За счет устройства создания потока воздуха б в проточном канале 1 создается повышенное давление в сравнении с камерой пониженного давления 2. Отфильтрованные взвешенные частицы поступают из проточного канала 1 в камеру пониженного давления 2 и отводятся в окружающую атмосферу через выходное отверстие 5 камеры пониженного давления 2 в направлении стрелки 30.
Фиг. 36) изображает альтернативный вариант подключения заявленного трубчатого фильтра, отличающийся от варианта, изображенного на Фиг. За) лишь тем, что к выходному отверстию 5 камеры пониженного давления 2 подключено устройство создания пониженного давления 7, выполненное в виде первого откачивающего насоса, позволяющее понизить давление в камере пониженного давления 2 и усиливает тем самым поток текучей среды из проточного канала 1 через наружные и внутренние отверстия в камеру пониженного давления 2, причем этот поток уносит отфильтрованные взвешенные частицы. Такая конструкция фильтрующего устройства позволяет повысить эффективность процесса фильтрования.
На Фиг. Зв) изображен альтернативный вариант подключения заявленного трубчатого фильтра 21, отличающийся от варианта, изображенного на Фиг. 36) лишь тем, что в качестве устройства создания потока воздуха в проточном канале 1 вместо нагнетательного насоса б, подключенного ко входному отверстию проточного канала 1, предусмотрен второй откачивающий насос 8, подключенный к выходному отверстию проточного канала 1. В этом случае поток текучей среды в проточном канале 1 создается вторым откачивающим насосом 8, засасывая текучую среду во входное отверстие проточного канала 1 в направлении, обозначенном стрелкой 3, а после прохождения проточного канала 1 очищенный от взвешенных частиц поток текучей среды направляется, прокачиваясь через второй откачивающий насос 8 в направлении, обозначенном стрелкой 4. В этом варианте выполнения важно, чтобы устройство создания пониженного давления 7 создавало меньшее давление в камере пониженного давления, чем второй откачивающий насос 8 в проточном канале 1.
В каждом из представленных выше вариантов подключения заявленного трубчатого фильтра 21 предусмотрена возможность очистки проточного канала 1 и/или камеры пониженного давления 2 методом продувки, промывки или погружения в очищающий раствор.
На фиг. 4 представлена принципиальная схема фильтрационного блока 22 с задействованными в нем потоками текучей среды, в частности, воздуха. Стрелкой 3 условно обозначен входящий поток воздуха, подлежащий очистке. Стрелкой 30 обозначен отводимый из камеры пониженного давления поток воздуха. Стрелкой 4 обозначен очищенный фильтрационным блоком 22 поток воздуха.
На фиг. 5 изображена принципиальная блок-схема устройства фильтрационного блока 22 согласно одному из вариантов выполнения фильтрационного блока 22. Обязательной составляющей фильтрационного блока 22 является трубчатый фильтр 21 в любой описанной выше форме его выполнения. Входящий поток воздуха 3, подлежащий очистке, поступает в трубчатый фильтр 21 через входное отверстие 11 для подачи окружающего воздуха в трубчатый фильтр 21. Стрелкой 30 обозначен отводимый через выходное отверстие 16 из камеры пониженного давления поток воздуха, содержащий отфильтрованные трубчатым фильтром 21 взвешенные частицы. Очищенный трубчатым фильтром 21 поток воздуха 4 поступает в первую камеру 31 фильтрационного блока 22. Изобреженные на фиг. 5 камеры 31-35 являются зонами, которые выполняют отдельные представленные ниже функции. Количество и порядок расположения камер 31-35 может быть различным в зависимости от выполняемой системой фильтрации задачи. В представленном на фиг. 5 примере выполения фильтрационного блока 22 очищаемый поток воздуха направляется последовательно от одной камеры к другой, как это представлено направленными вверх стрелками, расположенными между отдельными камерами 31-35.
Первая камера 31 является камерой для осаждения не отфильтрованных проточным каналом 1 взвешенных в потоке частиц на ее стенках и/или на дне первой камеры. Входное отверстие в первую камеру 31 соединено с выходным отверстием проточного канала трубчатого фильтра 21, а сама первая камера 31 расположена с возможностью движения потока воздуха по меньшей мере на одном из ее участков снизу вверх, являясь при этом гравитационным фильтром. При этом не отфильтрованные проточным каналом трубчатого фильтра 21 взвешенные частицы имеют возможность осаждения на дне первой камеры 31 и/или на ее стенках. Выход первой камеры 31 подключен ко входу во вторую камеру 32, в которой расположены фильтры типа НЕРА или ULPA для фильтрации взвешенных частиц, не отфильтрованных первой камерой 31. Функционально не обязательно разделение первой и второй камер 31, 32, а альтернативно вышеупомянутые фильтры второй камеры 32 могут располагаться в верхней части первой камеры 31. Наличие первой камеры 31 является опциональным, так что в альтернативных вариантах выполнения фильтрационного блока 22 первая камера 31 может отсутствовать. Выход второй камеры 32 соединен со входом в третью камеру 33 введения в воздушной поток дополнительных веществ. Так в третьей камере 33 имеются форсунки (не показано) для впрыска ароматизирующих и/или лекарственных веществ в протекающий через нее поток воздуха. Это дает возможность при необходимости ароматизировать подаваемый для дыхания пользователя воздух и/или подавать в предварительно очищенный поток воздуха лекарственные средства, например, при астматических заболеваниях. Наличие третьей камеры 33 является опциональным, так что в альтернативных вариантах выполения фильтрационного блока 22 третья камера 33 может отсутствовать. Выход третьей камеры 33 соединен со входом в четвертую камеру 34, являющуюся камерой
5 кондиционирования предварительно очищенного потока воздуха. В четвертой камере 34 установлено устройство для обогрева и/или охлаждения проходящего через него потока воздуха. Это дает возможность в странах с жарким климатом охлаждать поток очищенного воздуха или же, наоборот, при наличии низких температур окружающего воздуха - подогревать поток проходящего через эту камеру очищенного воздуха до
10 комфортной температуры, например, от 20 до 40 градусов С. Наличие четвертой камеры 34 является опциональным в фильтрационном блоке 22, так что в альтернативных вариантах выполнения фильтрационного блока 22 четвертая камера 34 может отсутствовать. Выход четвертой камеры 34 соединен со входом в пятую камеру 35 для увлажнения или осушения проходящего через эту камеру потока воздуха. Наличие пятой
15 камеры 35 позволяет придать потоку проходящего через нее воздуха комфортный для пользователя уровень влажности воздуха, например, увлажняя или осушая проходящий через нее воздух до приемлемого уровня, например, до уровня влажности от 30 до 60 %. Наличие этой камеры 35 является также опциональным, так что в альтернативных вариантах выполнения фильтрационного блока 22 пятая камера 35 может отсутствовать.
20 Одним из объектов заявляемого изобретения является система фильтрации загрязненного окружающего воздуха согласно пункту 3 формулы изобретения. Заявленная система фильтрации загрязненного окружающего воздуха содержит по меньшей мере один фильтрационный блок 22, изображенный, например, на фиг. 4 или фиг. 5 с по меньшей мере одним трубчатым фильтром 21. Фильтрационный блок имеет
25 при этом входное отверстие 11 для подачи потока окружающего воздуха в трубчатый фильтр 21, выходное отверстие 15 фильтрационного блока 22 для отвода очищенного воздуха из фильтрационного блока 22 и выходное отверстие 16 для отвода взвешенных частиц из камеры пониженного давления. Фильтрационный блок 22 также имеет блок управления для контроллируемого управления устройством создания потока б в
ВО проточном канале 1, а также электрический блок питания. Такая система фильтрации может применяться, например, для очистки воздуха при его подаче в жилые помещения, в салон транспортного средства или в дыхательную маску для ношения на лице пользователя. Преимуществом указанной системы фильтрации является возможность промывки и/или дезинфикации элементов трубчатого фильтра или иных используемых в системе фильтрации фильтрующих устройств с многократным их последующим использованием.
Принципиальная схема одного из вариантов выполнения системы фильтрации изображена на фиг. 6. Система фильтрации имеет фильтрационный блок 22, в состав которого, как было показано выше, входит по меньшей мере один трубчатый фильтр (не показано). Окружающий воздух поступает в фильтрационный блок 22 через входное отверстие 11 для его подачи в трубчатый фильтр (не показано). Направление движения поступающего в фильтрационный блок 22 воздуха обозначено стрелкой В. Далее, как описано выше, поступающий в фильтрационный блок 22 входящий поток воздуха 3 нагнетается в проточный канал трубчатого фильтра (не показано) устройством создания потока 6. Отфильтрованные из входящего потока 3 взвешенные частицы отводятся из камеры пониженного давления (не показано), расположенной в фильтационном блоке 22, через выходное отверстие 16. Очищенный фильтрационным блоком 22 воздух отводится из него через выходное отверстие 15 фильтрационного блока, поступая через воздуховод 43 в дыхательную маску 40. В состав фильтрационного блока 22 входит блок управления 17 для контролируемого управления устройством создания потока б, электрический блок питания 18 для обеспечения работы блока управления 17 и устройства создания потока 6. Само собой разумеется, что электрический блок питания 18 может также использоваться для иных систем, опционально используемых в фильтрационном блоке 22. Дыхательная маска 40 предназначена для ношения на лице пользователя и имеет лицевую часть 41, покрывающую по меньшей мере носовую и ротовую часть лица пользователя, а также головной держатель 42 для закрепления маски на лице пользователя. Вместо изображенной на фиг. 6 маски пользователя 40 очищенный воздух согласно другому варианту выполения изобретения подается в салон транспортного средства или в жилое помещение. На фиг. 7 изображен один из вариантов выполнения системы фильтрации, ссылочные обозначения на которой соответствуют ссылочным изображениям на фиг. 6. Во избежание повторений признаков, описанных в отношении системы фильтрации по фиг. 6 в варианте выполнения системы фильтрации по фиг. 7 будут рассмотрены лишь уточняющие признаки. Изображенный на фиг. 7 фильрационный блок 22 имеет трубчатый фильтр, в состав которого входит устройство создания потока воздуха б в проточном канале 1, проточный канал 1, вход которого подключен к указанному устройству создания потока б, а выход - к первой камере 31. Проточный канал 1 заключен в камеру пониженного давления 2, имеющую выходное отверстие 16 для отвода взвешенных частиц из камеры пониженного давления 2 и устройство создания пониженного давления 7 в камере пониженного давления 2. Первая камера 31 соединена с выходным отверстием 14 проточного канала 1 и расположена с возможностью движения потока воздуха снизу вверх в положении использования фильтрационного блока 22. Первая камера 31 является при этом гравитационным фильтром, в котором не отфильтрованные проточным каналом 1 взвешенные частицы под действием силы тяжести опускаются и оседают на дно и/или на стенки первой камеры 31. Поперечный размер и высота первой камеры 31 выбраны таким образом, чтобы взвешенные частицы, содержащиеся в очищенном трубчатым фильтром потоке воздуха 4 имели возможность осесть под собственным весом на дно камеры и не уноситься этим потоком в верхнюю часть первой камеры 31. В верхней части первой камеры 31 установлен НЕРА фильтр 36 для дополнительной очистки воздуха и предусмотрено выходное отверстие фильтрационного блока 15, через которое отводимый из фильтрационного блока 22 поток 37 по подключенному к выходному отверстию 15 воздуховоду 43 направляется к дыхательной маске 40. Воздуховод 43 подключен к дыхательной маске 40 посредством двух соединительных узлов 44, установленных по обеим сторонам маски 40, причем воздуховод 43 со стороны маски выполнен раздвоенным, так что отводимый из фильтрационного блока поток 37 через оба соединительных узла 44 поступает в маску, а именно, в область, ограниченную лицевой частью маски 41 и лицом пользователя. Со стороны подключения к выходному отверстию 15 воздуховод 43 может также быть раздвоенным или соединенным в единый патрубок.
Блок управления 17 выполнен с возможностью контролируемого управления устройством создания б потока в проточном канале и устройством создания 7
5 пониженного давления в камере пониженного давления 2. При этом блок управления 17 выполнен с возможностью контроля давления очищенного воздуха в выходном отверстии 15 фильтрационного блока 22 посредством датчика давления 19, расположенного в непосредственной близости от выходного отверстия 15 фильтрационного блока. Альтернативно датчик давления 19 может быть расположен в
10 любом месте первой камеры 31, в любом месте воздуховода 43 или в одном из соединительных узлов 44. Функциональная связь между блоком управления 17 и перечисленными выше устройствами, с которыми он связан, изображены на фиг. 7 схематично штриховыми линиями. Электрический блок питания 18 функционально связан с блоком управления 17, устройством создания потока б, устройством создания
15 пониженного давления 7, и в зависимости от конструкции датчика давления 19 - с этим датчиком давления 19. Блок управления 17 выполнен с возможностью регулирования ритма и объема подаваемого в трубчатый фильтр воздуха в зависимости от давления очищенного воздуха в выходном отверстии 15 фильтрационного блока, позволяя за счет падения давления в маске 40 и воздуховоде 43, соответственно, в выходном отверстии
20 15 фильтрационного блока при вдохе пользователя и роста давления при выдохе пользователя регулировать работу устройства создания потока воздуха б в трубчатый фильтр. В альтернативном варианте выполнения системы фильтрации блок управления 17 выполнен с возможностью регулирования ритма работы и объема всасываемого устройством создания пониженного давления 7 воздуха в зависимости от давления
25 очищенного воздуха в выходном отверстии 15 фильтрационного блока.
В альтернативном варианте выполнения системы фильтрации блок управления 17 выполнен с возможностью поддержания давления в выходном отверстии 15 фильтрационного блока, соответственно, в дыхательной маске 40 на 0,001-20 % выше атмосферного давления как во время вдоха, так и во время выдоха пользователя. При
ВО этом дыхательная маска 40 выполнена с возможностью выхода воздуха вследствие создаваемого в ней избыточного давления по сравнению с давлением окружающей среды либо через прокладку 49 между лицом пользователя и лицевой частью 41, и/или через места неплотного прилегания лицевой части маски 41 к лицу пользователя, и/или через предусмотренное в маске 40 по меньшей мере одно отверстие и/или клапан (не показанный).
В наиболее предпочтительном варианте выполнения системы фильтрации изображенный на фиг. 4 фильтрационный блок 22 расмещен в едином корпусе со входным отверстием 11 для подачи потока окружающего воздуха в трубчатый фильтр, с выходным отверстием 15 фильтрационного блока для отвода очищенного воздуха и с выходным отверстием 16 для отвода взвешенных частиц из камеры пониженного давления. Это позволяет использовать фильтрационный блок 22 в качестве переносного устройства, имеющего возможность крепления на теле пользователя посредством ременных или иных удерживающих устройств.
На фиг. 8 изображен альтернативный вариант выполнения фильтрационного блока 22, в котором входное отверстие 11 для подачи потока окружающего воздуха в трубчатый фильтр, выходное отверстие 15 фильтрационного блока для отвода очищенного воздуха и выходное отверстие 16 для отвода взвешенных частиц из камеры пониженного давления выполнены в отдельном пространственно разнесенном от единого корпуса фильтрационного блока 22 модуле 38. Это позволяет разместить фильтрационный блок 22 в обычном рюкзаке, причем выносной модуль 38 со входными и выходными отверстиями фильтрационного блока 22 располагается на внешней поверхности рюкзака, причем входное отверстие 11 для подачи потока окружающего воздуха в трубчатый фильтр и выходное отверстие 16 для отвода взвешенных частиц из камеры пониженного давления имеют непосредственный контакт с окружающей атмосферой, позволяя потокам воздуха 3 и 30 беспрепятственно проходить в фильтрационный блок 22, соответственно, отводиться из него. В этом варианте выполнения системы фильтрации воздуховод 43 подключается непосредственно к выходному отверстию 15 фильтрационного блока 22, расположенному на выносном модуле 38. На фиг. 9 изображен пример выполнения дыхательной маски 40 с конструкцией соединительного узла 44. На оконечных противолежащих участках прозрачной лицевой части дыхательной маски 41 расположено по одному крепежному кольцу 45 с выполнеными на них кольцевыми магнитными элементами 52. Каждый из соединительных узлов 44 также выполнен круговым и имеющим форму плоского цилиндра. На наружной поверхности соединительного узла 44 имеется кольцевой магнитный элемент 50, который при прикладывании соединительного узла 44 к крепежному кольцу 45 магнитно удерживается на нем за счет притягивания друг к другу кольцевого магнитного элемента 50 соединительного узла 44 и кольцевого магнитного элемента 52 крепежного кольца 45, а также за счет упругости лицевой части 41, крепежные кольца 45 которой прижимают соединительные узлы 44 к голове пользователя, накладываясь на них снаружи. Такое крепление соединительного узла 44 на крепежном кольце 45 позволяет поворачивать соединительный узел 44 вокруг общего центра 51, образуемого магнитными элементами 50 и 52. Направления поворота соединительного узла 44 относительно крепежного кольца 45 обозначены стрелкой 54. Вместо кольцевых магнитных элементов 50 и 52 или дополнительно к ним могут использоваться магниты 5В, расположенные дугообразно вокруг геометрического центра 51 крепежного кольца 45, соответственно, соединительного узла 44 на фиксированных равноудаленных угловых расстояниях друг от друга на поверхности крепежного кольца 45, как это показано на фиг. 9, соответственно, на наружной поверхности соединительного узла 44. Такое магнитное крепление соединительного узла 44 к крепежному кольцу 45 позволяет пошагово изменять угол вращения соединительного узла 44 относительно крепежного кольца 45. Это позволяет изменять угол ношения дыхательной маски 40 на лице пользователя, позволяя пользователю самостоятельно подстраивать необходимый угол удержания маски 40 в удобном для него положении. Альтернативно к изображенному на фиг. 9 варианту крепления соединительного узла 44 к крепежному кольцу 45 посредством магнитов крепление может быть выполнено любым известным из уровня техники способом подвижным или неподвижным образом, например, с зубчатыми выступами с фиксирующим шагом сдвига. В перефирийной части соединительного узла 44 расположен узел крепления 56 воздуховода 43 к соединительному узлу 44, в котором предусмотрено углубление 48 для разъемного соединения вохдуховода 43 и соединительного узла 44. Узел крепления 56 воздуховода выполнен с возможностью его поворота в плоскости соединительного узла 44 в направлении, указаном стрелкой 58. Такого рода шарнирное крепление узла крепления воздуховода к соединительному узлу 44 позволяет установить воздуховод 43 на наиболее удобный для пользователя угол ношения воздуховода 43. Альтернативно к изображенному на фиг. 9 варианту крепления воздуховода 43 к соединительному узлу 44 воздуховод 43 может крепиться к нему неразъемно. Узел крепления 56 воздуховода 43 выполнен с возможностью беспрепятственного проникновения отводимого из фильтрационного блока 22 потока воздуха в пространство под маской, ограниченное лицевой частью 41 дыхательной маски, прокладкой 49 и лицом пользователя. Прокладка 49 установлена на краевых участках лицевой части 41 дыхательной маски и обеспечивает адаптирующее заполнение краевых регионов пространства между лицом пользователя и маской, а также крепежного кольца 45 лицевой части маски 40. В наиболее предпочтительном варианте выполнения прокладка 49 выполнена из мягкого материала, пропускающего воздух, например, паралона.
На боковой поверхности соединительного узла 44 выполнено кроме того углубление 46 для крепления головного держателя 42 на соединительном узле 44. Головной держатель 42 выполнен с возможностью разъемного крепления своим концевым элементом в углублении 46. Альтернативно крепление головного держателя 42 к соединительному узлу 44 может быть выполено неразъемным. Головной держатель 42 выполнен в виде заушного изогнутого держателя, располагаемого на затылочной части головы пользователя. Альтернативно головной держатель может быть дополнен ремешковым держателем, облегающим теменную часть головы пользователя. Представленный на фиг. 9 вариант выполнения маски позволяет отсоединять и вновь присоединять любой из элементов, а именно, саму маску 40, головной держатель 42 или воздуховод 43 от соединительного узла 44 без снятия с головы соединительного узла 44 и крепления на голове с подключенным к нему воздуховодами 43. Кроме того, это позволяет проводить смену маски 40 без отключения остальных элементов от соединительного узла 44, причем смененная маска может быть выполнена закрывающей пол-лица пользователя либо закрывающей лицо пользователя полностью.
На фиг. 10 изображен альтернативный вариант выполнения маски 40, которая
5 может использоваться в заявляемой системе фильтрации. Маска 40 имеет лицевую часть 41, являющуюся полнолицевой, т.е. покрывающую лицо пользователя полностью, от подбородка до лба пользователя. Лицевая часть 41 выполнена прозрачной и может быть по меньшей мере частично тонированной. В верхней части лицевой части 41 установлен удерживающий элемент 55, выполненный по меньшей мере частично своей
10 нижней частью прилегающим к теменной части головы пользователя (не показана). На фиг. 10 удерживающий элемент 55 изображен выполненным овальной формы по направлению от лицевой части 41 к задней части головы пользователя. Удерживающий элемент 55 выполнен изогнутым таким образом, что его нижняя часть, прилегающая к лицевой части 41, является вогнутой с целью облегания теменной части головы
15 пользователя. Альтернативно удержавающий элемент 55 может быть выполнен в виде сверху любой формы, например, круглой, в основном прямоугольной или в основном треугольной. При этом важно, чтобы его нижняя часть охватывала теменную часть головы пользователя с целью удержания маски 40 на голове пользователя без дополнительных удерживающих устройств. В задней части удерживающего
20 соединительного узла 55, т.е. на его конце, удаленном от лицевой части маски 41, выполнено углубление 48 для разъемного или неразъемного соединения воздуховода 4В, по которому подается в маску 40 очищенный фильрационным блоком воздух по не показанному на фиг. 10 каналу, расположенному в удерживающем элементе 55, начинающемся в его задней части в углублении 48 и оканчивающемся в передней части
25 удерживающего элемента 55 выходом в объем, образуемый внутренней поверхностью маски 40 и лицом, соответственно, головой пользователя. Очищенный воздух подается в маску 40, проходя через установленный в углублении 48 воздуховод 43 в лицевую часть 41 дыхательной маски 40. По периферии нижней части удерживающего элемента 55, а также по периферии лицевой части 41 установлены прокладки 49, обеспечивающие
ВО адаптирующее заполнение краевых регионов пространства между теменной частью головы пользователя и удерживающим соединительным узлом, соответственно, между лицом пользователя и лицевой частью 41. В наиболее предпочтительном варианте выполнения прокладка 49 выполнена из мягкого материала, пропускающего воздух, например, паралона. Преимуществом варианта выполнения маски, изображенном на фиг. 10, является расположение центра тяжести маски с установленным на ней удерживающим элементом 55 в районе теменной части головы пользователя, что позволяет удерживать маску на голове пользователя без использования дополнительных удерживающих приспособлений.
Представленные выше варианты выполнения системы фильтрации предоставляют возможность очистки фильтрационного блока 22 путем прокачивания по меньшей мере через одну из его камер 2, 31-35 промывной и/или дезинфицирующей текучей среды и последущей их просушки. Например, систему фильтрации можно промывать проточной водой, заливая ее через входные и/или выходные отверстия фильтрационного блока 22. Промывка системы фильтрации также возможна с использованием стационарной базы (не показана), выполненой с возможностью ручной или автоматизированной очистки фильтрационного блока 22 путем прокачивания по меньшей мере через одну из его камер 2, 31-35 промывной и/или дезинфицирующей текучей среды и последующей их просушки. Процесс просушки включает в себя использование вентиляторов, установленных на стационарной базе для просушки внутренних поверхностей выше указанных камер и слива оставшейся влаги. Также могут использоваться вентиляторы-насосы, установленные на стационарной базе для откачки оставшейся промывочной жидкости. Стационарная база также имеет возможность подзарядки электрического блока питания 18.
В альтернативном варианте выполнения системы фильтрации блок уплавления 17 выполнен с возможностью беспроводного или проводного подключения к мобильному устройству (не показано), управляющему работой системы фильтрации и/или для отображения функциональных параметров системы фильтрации.
Заявленная система фильтрации может использоваться как в персональных системах очистки воздуха, так и в системах очистки воздуха в транспортных средствах и очистки воздуха в помещениях. В применении заявленной системы фильтрации для фильтрации воздуха в транспортных средствах, для очистки подаваемого в салон воздуха, для внутренней циркуляции воздуха в салоне или очистки воздуха для подачи в двигатель, система может применяться как вышеописанная система в виде заявленного трубчатого фильтра с нагнетанием в него воздуха и с последующим переходом воздуха в камеру с дополнительной очисткой НЕРА фильтром, как это показано на фиг. 7, или любым другим фильтром тонкой очистки. Система может выступать как полноценная фильтрующая система или как фильтр предварительной очистки для штатных систем воздушной очистки транспортного средства Использование системы позволяет существенно продлить срок службы фильтров тонкой очистки, используемых для фильтрации частиц в воздухе, которые не были отфильтрованы трубчатым фильтром.
Ссылочные обозначения:
1 проточный канал
2 камера пониженного давления
3 входящий поток текучей среды, подлежащей очистке
4 очищенная текучая среда
5 выходное отверстие камеры пониженного давления
6 устройство создания потока воздуха в проточном канале 1
7 устройство создания пониженного давления
8 второй откачивающий насос
9 наружные отверстия
10 входное отверстие для подачи потока окружающего воздуха в трубчатый фильтр
11 входное отверстие проточного канала
14 выходное отверстие проточного канала
15 выходное отверстие фильтрационного блока
16 выходное отверстие для отвода взвешенных частиц из камеры пониженного давления
17 блок управления
18 электрический блок питания
19 датчик давления
20 внутренние отверстия
21 трубчатый фильтр
22 фильтрационный блок
30 отводимый поток из камеры пониженного давления
31 первая камера
32 вторая камера
33 третья камера
34 четвертая камера
35 пятая камера
36 НЕРА фильтр
37 отводимый поток из фильтрационного блока
38 выносной модуль со входными и выходными отверстиями фильтрационного блока
40 дыхательная маска
41 лицевая часть дыхательной маски
42 головной держатель дыхательной маски
43 воздуховод
44 соединительный узел
45 крепежное кольцо лицевой части маски 40
46 углубление в соединительном узле для крепления головного держателя маски
48 углубление в соединительном узле для крепления воздуховода
49 прокладка
50 магнитный элемент соединительного узла
51 центр симметрии кольцевых магнитных элементов 50, 52
52 магнитный элемент крепежного кольца 45
53 магниты направление вращения соединительного узла 44 удерживающий маску 40 элемент узел крепления воздуховода 43 к соединительному узлу 44 направление вращения крепежного элемента воздуховода 43

Claims

Формула изобретения
1. Трубчатый фильтр (21) для динамической очистки содержащего взвешенные частицы потока воздуха, имеющий по меньшей мере один проточный канал (1), который по меньшей мере на одном участке выполнен искривленным с заданным фиксированным или изменяемым радиусом кривизны, устройство (6, 8) создания потока воздуха в проточном канале (1), камеру пониженного давления (2), в которой по меньшей мере частично расположен искривленный участок проточного канала (1), и которая выполнена с возможностью создания пониженного давления относительно давления потока в проточном канале (1), отличающийся тем, что устройство (6, 8) создания потока воздуха выполнено с возможностью формирования на искривленном участке проточного канала (1) вихрей Дина, а на наружной и внутренней части искривленного участка проточного канала (1) выполнены наружные (10), соответственно внутренние (20) отверстия для отвода взвешенных частиц из проточного канала (1) в камеру пониженного давления (2).
2. Трубчатый фильтр (21) по п. 1, в котором диаметр наружных отверстий (10) выполнен большим по сравнению с диаметром внутренних отверстий (20).
3. Система фильтрации загрязнённого окружающего воздуха, содержащая
- по меньшей мере один фильтрационный блок (22) с по меньшей мере одним трубчатым фильтром (21) по п. 1 или 2, имеющий входное отверстие (11) для подачи потока окружающего воздуха в трубчатый фильтр (21), выходное отверстие (15) фильтрационного блока (22) для отвода очищенного воздуха, выходное отверстие (16) для отвода взвешенных частиц из камеры пониженного давления (2),
5 - блок управления (17) для контролируемого управления устройством создания потока (6) в проточном канале (1),
- электрический блок питания (18).
4. Система фильтрации по п. 3, имеющая дыхательную маску (40) для ношения на лице пользователя, имеющую лицевую часть (41), покрывающую по меньшей мере носовую и
10 ротовую часть лица пользователя, и по меньшей мере один воздуховод (43) для подвода очищенного фильтрационным блоком (22) воздуха из выходного отверстия (15) фильтрационного блока (22) в дыхательную маску (40).
5. Система фильтрации по п. 3 или 4, имеющая устройство создания пониженного давления (7) воздуха в камере пониженного давления (2), причем блок управления (17) выполнен с
15 возможностью контролируемого управления устройством создания пониженного давления (7) и/или давления очищенного воздуха в выходном отверстии (15) фильтрационного блока (22).
6. Система фильтрации по п. 4 или 5, в которой блок управления (17) выполнен с возможностью регулирования ритма и объёма подаваемого в трубчатый фильтр воздуха в
20 зависимости от давления очищенного воздуха в выходном отверстии (15) фильтрационного блока (22), позволяя за счет падения давления в маске (40) и воздуховоде (43), соответственно в выходном отверстии (15) фильтрационного блока (22) при вдохе пользователя и роста давления при выдохе пользователя регулировать работу устройства создания потока воздуха (6) в трубчатый фильтр (21).
25 7. Система фильтрации по одному из пунктов 4 - 6, в которой блок управления (17) выполнен с возможностью поддержания давления в выходном отверстии (15) фильтрационного блока (22), соответственно в дыхательной маске (40) на 0,01-20 % выше атмосферного давления как во время вдоха, так и во время выдоха пользователя, при этом маска (40) выполнена с возможностью выхода воздуха
ВО -через прокладку (49) между лицом пользователя и лицевой частью (41) и/или -через места неплотного прилегания лицевой части (41) к лицу пользователя и/или -через предусмотренное в маске (40) по меньшей мере одно отверстие и/или клапан вследствие избыточного давления подаваемого в маску (40) через воздуховод (43) воздуха.
8. Система фильтрации по одному из пунктов 3 - 7, в которой по меньшей мере один из фильтрационных блоков (22) имеет одну или несколько нижеперечисленных дополнительных камер, последовательно подключенных к выходному отверстию (14) проточного канала (1):
- первую камеру (31) для осаждения не отфильтрованных проточным каналом (1) взвешенных в потоке частиц на ее стенках и/или на дне первой камеры (31),
- вторую камеру (32), содержащую фильтр типа НЕРА или ULPA,
- третью камеру (33) для впрыска ароматизирующих и/или лекарственных веществ в протекающий через неё очищенный воздух,
- четвертую камеру (34) для обогрева или охлаждения подаваемого в воздуховод (43) воздуха,
- пятую камеру (35) для увлажнения или осушения подаваемого в воздуховод (43) воздуха.
9. Система фильтрации по пункту 8, в которой фильтрационный блок (22) расположен в едином корпусе, в котором размещены трубчатый фильтр (21), входное отверстие (11) для подачи потока окружающего воздуха в трубчатый фильтр (21), выходное отверстие (15) фильтрационного блока (22) для отвода очищенного воздуха, выходное отверстие (16) для отвода взвешенных частиц из камеры пониженного давления (2), устройство создания пониженного давления (7) воздуха в камере пониженного давления (2), дополнительные камеры (31-35), блок управления (17), электрический блок питания (18), либо входное отверстие (11) для подачи потока окружающего воздуха в трубчатый фильтр (21), выходное отверстие (15) фильтрационного блока (22) для отвода очищенного воздуха, выходное отверстие (16) для отвода взвешенных частиц из камеры пониженного давления (2) выполнены в отдельном пространственно разнесенном от единого корпуса модуле (38).
10. Система фильтрации по одному из пунктов 3 - 9, в которой спиралеобразный проточный канал (1) выполнен со внутренним диаметром от 1 мм до 30 мм и со внешним диаметром кривизны самого канала в направлении его центральной линии от 10 мм до 100 мм, причем отверстия (10, 20) выполнены круглыми или овальными размером от ОД мм до 2 мм.
11. Система фильтрации по одному из пунктов 8 - 10, в которой первая камера (31) соединена с выходным отверстием (14) проточного канала (1) и расположена с возможностью движения потока воздуха по меньшей мере на одном из ее участков снизу вверх, являясь при этом гравитационным фильтром.
12. Система фильтрации по одному из пунктов 4 - 11, в которой лицевая часть дыхательной маски (41) выполнена в виде прозрачного забрала, края которой в основном повторяют прилегающие к ней контуры лица пользователя.
13. Система фильтрации по одному из пунктов 4 - 12, в которой по обеим сторонам маски (40) установлены с каждой стороны по одному соединительному узлу (44), выполненному с возможностью стационарного или разъемного соединения друг с другом лицевой части маски (41), головного держателя (42) и воздуховода (43).
14. Система фильтрации по одному из пунктов 4 - 13, в которой маска (40) имеет головной держатель (42) для закрепления маски на лице пользователя.
15. Система фильтрации по пункту 14, в которой головной держатель (42) для установки маски (40) на лице пользователя выполнен в виде заушного изогнутого держателя, располагаемого на затылочной части головы пользователя, либо совмещенного с по меньшей мере одним ремешком, облегающим затылочную и теменную часть головы пользователя.
16. Система фильтрации по одному из пунктов 4 - 12, в которой маска (40) является полнолицевой маской с расположенной в верхней части лицевой части маски (41) удерживающим на голове пользователя маску (40) удерживающим элементом (55), выполненным с возможностью стационарного или разъемного соединения с воздуховодом (43), причем удерживающий элемент (55) выполнен по меньшей мере частично по форме прилегающим к теменной части головы пользователя.
17. Система фильтрации по одному из пунктов 3 - 16, имеющая по меньшей мере один анализатор состава подаваемого в трубчатый фильтр (21) воздуха, выполненный с возможностью качественной и/или количественной оценки содержащихся в потоке воздуха неорганических и/или органических компонентов.
18. Система фильтрации по одному из пунктов 3 - 17, выполненная с возможностью очистки фильтрационного блока (22) путем прокачивания по меньшей мере через одну из его камер (2, 31-35) промывной и/или дезинфицирующей текучей среды и последующей просушки.
19. Система фильтрации по одному из пунктов 3 - 18, имеющая стационарную базу, выполненную с возможностью
- ручной или автоматизированной очистки фильтрационного блока (22) путем прокачивания по меньшей мере через одну из его камер (2, 31-35) промывной и/или дезинфицирующей текучей среды и последующей просушки,
- и/или зарядки электрического блока питания (18).
20. Система фильтрации по одному из пунктов 3 - 19, имеющая приложение для мобильного устройства в качестве интерфейса управления пользователя и/или отображения функциональных параметров системы фильтрации.
PCT/IB2020/059448 2020-05-06 2020-10-08 Устройство и способ для отделения частиц от текучей среды WO2021224671A1 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109215030U TWM614198U (zh) 2020-05-06 2020-11-13 管狀過濾器及用於過濾受污染的環境空氣之系統
KR2020200004378U KR20210002528U (ko) 2020-05-06 2020-11-30 관형 필터 및 오염된 주변 공기의 여과 시스템
US17/113,182 US11420145B2 (en) 2020-05-06 2020-12-07 Tubular filter and system for filtration of polluted ambient air
CN202120385653.1U CN215233042U (zh) 2020-05-06 2021-02-20 管状过滤器和用于过滤污染的环境空气的系统
PCT/IB2021/053707 WO2021224774A1 (ru) 2020-05-06 2021-05-04 Трубчатый фильтр и система для разделения потока газа и отбора жидкостей из потока газа

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IBPCT/IB2020/000396 2020-05-06
PCT/IB2020/000396 WO2021224650A1 (ru) 2020-05-06 2020-05-06 Способ и устройство для отделения частиц от текучей среды

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021224671A1 true WO2021224671A1 (ru) 2021-11-11

Family

ID=71784311

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2020/000396 WO2021224650A1 (ru) 2020-05-06 2020-05-06 Способ и устройство для отделения частиц от текучей среды
PCT/IB2020/059448 WO2021224671A1 (ru) 2020-05-06 2020-10-08 Устройство и способ для отделения частиц от текучей среды
PCT/IB2021/053707 WO2021224774A1 (ru) 2020-05-06 2021-05-04 Трубчатый фильтр и система для разделения потока газа и отбора жидкостей из потока газа

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2020/000396 WO2021224650A1 (ru) 2020-05-06 2020-05-06 Способ и устройство для отделения частиц от текучей среды

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2021/053707 WO2021224774A1 (ru) 2020-05-06 2021-05-04 Трубчатый фильтр и система для разделения потока газа и отбора жидкостей из потока газа

Country Status (5)

Country Link
KR (1) KR20210002528U (ru)
CN (1) CN215233042U (ru)
CA (1) CA3101055A1 (ru)
DE (1) DE202020105775U1 (ru)
WO (3) WO2021224650A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020131397A1 (de) * 2020-11-26 2022-06-02 Norma Germany Gmbh Leitungsvorrichtung, Leitungsverbinder und Leitungsverbindung
CN112939165B (zh) * 2021-01-27 2023-07-07 厦门澄志精密科技有限公司 一种金属热处理废水的净化装置
CN113731026B (zh) * 2021-08-05 2023-03-14 中石化宁波工程有限公司 一种塔顶水珠分离结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1958577A (en) * 1930-06-12 1934-05-15 Glarence F Hirshfeld Apparatus for dust separation
US6569323B1 (en) * 1993-02-01 2003-05-27 Lev Sergeevish Pribytkov Apparatus for separation media by centrifugal force
US20040163369A1 (en) * 2001-05-25 2004-08-26 Lombana Jorge L. Separator for fluids and solids
US20090050538A1 (en) * 2006-11-30 2009-02-26 Palo Alto Research Center Incorporated Serpentine structures for continuous flow particle separations

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996023966A1 (fr) * 1995-02-03 1996-08-08 Nippondenso Co., Ltd. Dispositif d'alimentation en carburant
MX2011011154A (es) * 2009-04-23 2012-01-20 Inergy Automotive Systems Res Tanque plastico para combustible con resistencia mejorada a la fluencia lenta método para frabricarlo.
JP6559651B2 (ja) * 2013-04-03 2019-08-14 ドナルドソン カンパニー，インコーポレイティド 液体フィルタアセンブリ
US20170122170A1 (en) * 2015-10-30 2017-05-04 Caterpillar Inc. Filter System and Filtration Method for Fluid Reservoirs

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1958577A (en) * 1930-06-12 1934-05-15 Glarence F Hirshfeld Apparatus for dust separation
US6569323B1 (en) * 1993-02-01 2003-05-27 Lev Sergeevish Pribytkov Apparatus for separation media by centrifugal force
US20040163369A1 (en) * 2001-05-25 2004-08-26 Lombana Jorge L. Separator for fluids and solids
US20090050538A1 (en) * 2006-11-30 2009-02-26 Palo Alto Research Center Incorporated Serpentine structures for continuous flow particle separations

Also Published As

Publication number Publication date
CN215233042U (zh) 2021-12-21
WO2021224650A1 (ru) 2021-11-11
CA3101055A1 (en) 2021-11-06
KR20210002528U (ko) 2021-11-17
DE202020105775U1 (de) 2020-11-04
WO2021224774A1 (ru) 2021-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021224671A1 (ru) Устройство и способ для отделения частиц от текучей среды
KR102344686B1 (ko) 차량 실내용 안면 마스크
JP5851487B2 (ja) 二重化給気システム付きヘルメット装着型レスピレータ器具
KR101874076B1 (ko) 휴대용 공기 정화기
JP2004528866A (ja) 携帯用空気浄化機
US10821255B2 (en) Personalized forced air purifier
KR101574021B1 (ko) 전동식 공기정화 호흡기 보호구
CA2947557C (en) Air purifier apparatus with flexible filter modules
KR20200073111A (ko) 에어 커튼을 이용한 미세먼지 차단용 마스크
US11376451B2 (en) Air purifier apparatus with flexible filter modules
KR100642287B1 (ko) 안면 마스크
GB2300814A (en) Portable personal air-purifying device
WO2017192497A1 (en) Air purifier apparatus with flexible filter modules
KR20180002283A (ko) 웨어러블 공기 정화 겸 가습장치
US20190255367A1 (en) Personalized forced air purifier
KR102393690B1 (ko) 재사용형 마스크
US11420145B2 (en) Tubular filter and system for filtration of polluted ambient air
KR102484402B1 (ko) 전동식 공기 정화 호흡기
CN110869090B (zh) 便携式空气处理装置
KR20220095629A (ko) 팬 회전 방식 마스크장치
KR102113917B1 (ko) 코걸이형 웨어러블 공기청정기
WO2022018458A2 (en) Biological air filtration assembly, cartridge and system
BR202020023884U2 (pt) Filtro tubular e sistema para filtração de ar ambiente poluído
US20220023680A1 (en) Face shield
CN214344022U (zh) 呼吸用防护装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20800997

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20800997

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1