用于分層濾筒的使用壽命終點(diǎn)指示系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明整體涉及利用濾筒來從氣體中過濾污染物的方法以及用于確定濾筒的使 用壽命終點(diǎn)的使用壽命終點(diǎn)指示器。
【背景技術(shù)】
[0002] 已開發(fā)出多種空氣凈化系統(tǒng)來保護(hù)人類免受危害性空氣污染物的侵害。這些空氣 凈化系統(tǒng)當(dāng)中包括許多不同的空氣凈化呼吸器，這些空氣凈化呼吸器被設(shè)計(jì)成濾出或吸附 存在于空氣中的污染物。通常，這些空氣凈化呼吸器包含過濾介質(zhì)、過濾主體，或者過濾介 質(zhì)和過濾主體的某種組合。在使用呼吸器時，污染物被過濾介質(zhì)吸附或者被過濾主體粘附 或捕集。最后，過濾介質(zhì)或過濾主體變得飽和，并且呼吸器移除危害性空氣污染物的能力開 始減弱。
[0003] 在長期暴露于包含危害性空氣污染物的環(huán)境期間，例如對于暴露于這種環(huán)境的連 續(xù)性或重復(fù)性工作者，確定呼吸器的有效使用壽命的技術(shù)為必需的。已開發(fā)出的一種基于 呼吸器的使用時間的技術(shù)。在此技術(shù)中，基于（例如）W 〇〇d等人在《美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會雜志》 (Journal of the American Industrial Hygiene Association)，第 55 卷第 I 期，第 11-15 頁（1994年）中公開的數(shù)學(xué)模型，在使用一段時間后更換呼吸器或空氣凈化過濾器。然而， 此技術(shù)未考慮通過呼吸器的污染物含量或流量的變化，并因此可能導(dǎo)致呼吸器或過濾器元 件被過早地更換（這會造成浪費(fèi)）或過晚地更換（這會給使用者造成危險）。
[0004] 包含不同吸附劑材料的層或混合物的濾筒的例子包括美國專利 5, 660, 173 (Newton)，該專利描述了結(jié)合防毒面具使用的圓柱形罐，所述圓柱形罐包括截頭 形碳床和位于碳床中的不同粒度碳顆粒的分層陣列。美國專利5, 714, 126 (Frund)描述了 用于過濾毒劑的呼吸器過濾系統(tǒng)，該呼吸器過濾系統(tǒng)包括筒和HEPA過濾器，該筒包括未浸 漬的活性炭層和利用硫酸鹽（鉬和銅或鋅）浸漬的活性炭層。美國專利6, 344, 071 (Smith 等人）描述了過濾介質(zhì)，該過濾介質(zhì)包括至少兩種過濾介質(zhì)，第一多種過濾介質(zhì)顆粒包含 過渡金屬浸漬劑，第二多種過濾介質(zhì)顆粒包含叔胺浸漬劑。
[0005] 已經(jīng)開發(fā)出與呼吸器的濾筒一起使用的多種使用壽命終點(diǎn)指示器（ESLI)。一般來 講，ESLI被描述為無源型或有源型。無源型ESLI為其中指示器中的變化（通常顏色變化） 是在用于分析物的吸附劑接近耗盡時因暴露于分析物而形成的ESLI。有源型ESLI為如下 ESLI，所述ESLI包括電子傳感器，以監(jiān)測用于分析物的氣流并且在因吸附劑耗盡而檢測到 分析物時產(chǎn)生警報信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明公開了用于分層濾筒系統(tǒng)的使用壽命終點(diǎn)指示器。本發(fā)明包括能夠從氣體 介質(zhì)移除污染物的濾筒，該濾筒包括密封式筒外殼，該密封式筒外殼包括氣體入口、過濾介 質(zhì)和氣體出口。過濾介質(zhì)包括多層構(gòu)造，該多層構(gòu)造包括第一吸附劑層、第二吸附劑層和感 測元件，第二吸附劑層比第一吸附劑層更靠近氣體出口，感測元件鄰近第一吸附劑層和第 二吸附劑層，使得感測元件的指示元件位于第一吸附劑層與第二吸附劑層之間的界面處。 在一些實(shí)施例中，感測元件為電子感測元件，在其他實(shí)施例中，感測元件為色度感測元件。 在一些實(shí)施例中，第一吸附劑層具有比第二吸附劑層高的吸附容量和/或吸附速率。
[0007] 本發(fā)明還包括從氣體中過濾污染物的方法。這些方法包括提供濾筒、使氣體流過 濾筒、檢測感測元件中的感測響應(yīng)，以及更換濾筒。濾筒具有密封式筒外殼，密封式筒外殼 包括氣體入口、過濾介質(zhì)和氣體出口。過濾介質(zhì)包括多層構(gòu)造，多層構(gòu)造包括第一吸附劑 層、第二吸附劑層和感測元件，第二吸附劑層比第一吸附劑層更靠近氣體出口，感測元件鄰 近第一吸附劑層和第二吸附劑層，使得感測元件的指示元件位于第一吸附劑層與第二吸附 劑層之間的界面處。在一些實(shí)施例中，感測元件為電子感測元件，在其他實(shí)施例中，感測元 件為色度感測元件。在一些實(shí)施例中，第一吸附劑層具有比第二吸附劑層高的吸附容量和 /或吸附速率。
【附圖說明】
[0008] 參照以下結(jié)合附圖對本發(fā)明各種實(shí)施例的詳細(xì)說明，可以更全面地理解本專利申 請。
[0009] 圖1示出了本公開的濾筒的實(shí)施例的剖視圖。
[0010] 圖2示出了本公開的濾筒的實(shí)施例的剖視圖。
[0011] 圖3示出了本公開的濾筒的實(shí)施例的剖視圖。
[0012] 在以下對圖示實(shí)施例的描述中，參照了附圖，并通過舉例說明的方式在這些附圖 中示出在其中可以實(shí)施本發(fā)明的多種實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下， 可以利用實(shí)施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改變。這些附圖未必按比例繪制。附圖中使用的相 似標(biāo)號指示相似的部件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在給定附圖中使用標(biāo)號指示部件并非意圖限制另 一附圖中用相同標(biāo)號標(biāo)記的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 已開發(fā)出多種空氣凈化系統(tǒng)來保護(hù)人類免受危害性空氣污染物的侵害。這些空氣 凈化系統(tǒng)包括許多不同的空氣凈化呼吸器，這些空氣凈化呼吸器被設(shè)計(jì)成濾出或吸附存在 于空氣中的污染物。此吸附作用可為物理吸附作用或化學(xué)吸附作用。這些空氣凈化系統(tǒng)可 為無源的，這意味著使用者的呼吸吸取空氣穿過呼吸器，或者可為電動的，這意味著諸如風(fēng) 扇之類的機(jī)械裝置吸取空氣穿過呼吸器。通常，這些空氣凈化呼吸器利用濾筒。一般來講， 這些濾筒包含過濾介質(zhì)、過濾主體，或者過濾介質(zhì)和過濾主體的某種組合。在使用呼吸器 時，污染物被過濾介質(zhì)吸附或者被過濾主體粘附或捕集。最后，過濾介質(zhì)或過濾主體變得飽 和，并且呼吸器移除危害性空氣污染物的能力開始減弱。
[0014] 在長期暴露于包含危害性空氣污染物的環(huán)境期間，例如對于暴露于這種環(huán)境的連 續(xù)性或重復(fù)性工作者，確定呼吸器的有效使用壽命的技術(shù)為必需的。已經(jīng)開發(fā)出的一種技 術(shù)基于呼吸器的使用時間，此技術(shù)采用Wood等人在《美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會雜志》（Journal of the American Industrial Hygiene Association)，第 55 卷第 I 期，第 11-15 頁（1994 年） 中描述的數(shù)學(xué)模型。在這種技術(shù)中，在一段使用時間后就更換呼吸器或空氣凈化過濾器。然 而，此技術(shù)未考慮通過呼吸器的污染物含量或流量的變化，并因此可能導(dǎo)致呼吸器或過濾 器元件被過早地更換（這會造成浪費(fèi)）或過晚地更換（這會給使用者造成危險）。
[0015] 已經(jīng)開發(fā)出與呼吸器的濾筒一起使用的多種使用壽命終點(diǎn)指示器（ESLI)。一般來 講，ESLI被描述為無源型或有源型。無源型ESLI為其中指示器中的變化（通常顏色變化） 是在用于分析物的吸附劑接近耗盡時因暴露于分析物而形成的ESLI。有源型ESLI為如下 ESLI，該ESLI包括電子傳感器，以監(jiān)測用于分析物的氣流并且在因吸附劑耗盡而檢測到分 析物時產(chǎn)生警報信號。
[0016] 需要如下ESLI，所述ESLI能夠在筒吸附劑的大部分已經(jīng)耗盡時、但在筒吸附劑完 全耗盡之前指示出筒應(yīng)進(jìn)行更換。這允許筒用于整個使用壽命（消除了筒中的可用吸附劑 部分的浪費(fèi)），并且還為使用者提供了安全界限（當(dāng)啟動指示器時，仍存在可用的吸附劑層 以保護(hù)使用者）。
[0017] 本文公開了用于凈化氣體介質(zhì)的濾筒系統(tǒng)，該濾筒系統(tǒng)包括分層濾筒和位于分層 濾筒內(nèi)的感測元件。感測元件以如下方式位于濾筒內(nèi)：在一個層或組層耗盡時，感測元件被 觸發(fā)并且第二層或組層開始凈化氣體介質(zhì)。第一層或第一組層具有比第二吸附劑層高的吸 附容量和/或吸附速率。第一層或第一組層有一定體積，第二層或第二組層也有一定體積。 要是全部層的體積加起來得到組合層體積，那么第一層或第一組層的體積大于該組合體積 的40 %。在一些實(shí)施例中，第一層或第一組層的體積大于總體積的50 %。
[0018] 2011 年 12 月 12 日提交的標(biāo)題為 "END OF SERVICE LIFE INDICATING SYSTEMS FOR LAYERED FILTER CARTRIDGES"（用于分層濾筒的使用壽命終點(diǎn)指示系統(tǒng)）的共同待審 申請序列號61/569342描述了類似的構(gòu)造，其中第二層或第二組層具有比第一吸附劑層高 的吸附容量和/或吸附速率。然而，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)谝粚踊虻谝唤M層具有比第二吸附劑層高的 吸附容量和/或吸附速率，波動會減小。由此而論，波動描述了傳感器精確預(yù)測濾筒有效使 用壽命的程度。換句話說，本公開描述的構(gòu)造涉及第一層或第一組層具有比第二吸附劑層 高的吸附容量和/或吸附速率，采用這種構(gòu)造的系統(tǒng)使傳感器能更精確地指示濾筒的使用 壽命，從而允許濾筒的有效壽命得到更有效利用，且消除濾筒會造成浪費(fèi)的不必要變化。
[0019] 盡管不受理論束縛，但據(jù)信上述波動減小現(xiàn)象至少部分是由更為均勻且變化更小 的吸附波前引起的。這樣，在使用者檢測到感測響應(yīng)時，吸附波前是均勻的并向用戶提供準(zhǔn) 確的吸附劑層利用率指示。據(jù)信，由于第一吸附劑層具有比第二吸附劑層高的吸附容量和 /或吸附速率，所以觀察到的吸附波前更為均勻且變化更小。因?yàn)楦袦y響應(yīng)的波動減小，所 以能夠?qū)崿F(xiàn)對濾筒更有效的利用。
[0020] 除非另外指明，否則說明書和權(quán)利要求書中使用的表示特征尺寸、數(shù)量和物理特 性的所有數(shù)字應(yīng)該理解為在所有情況下均被術(shù)語"約"修飾。因此，除非有相反的說明，否 則在上述說明書和所附權(quán)利