适形过滤筒及其制造方法

专利名称：适形过滤筒及其制造方法
技术领域：
本发明涉及适合用于例如呼吸器、空气过滤装置或其它过滤设 备中的过滤筒的领域。
背景技术：
过滤筒通常需要是可更换的，以便使得当到达其使用寿命的期 限时，可以从使用过滤筒的过滤设备中取出过滤筒，并可以用新的过 滤筒来代替。过滤筒通常呈现筒状物的形式，其外壳可以设置有某些 形式的安装机构，该安装机构能够使筒状物装配到使用该筒状物的过 滤设备中或从该过滤设备中取出。在其它情况下(例如某些类型的呼 吸面具)，过滤设备设计为在过滤筒到达其使用寿命的期限时废弃， 在这些情况下，过滤筒可以是过滤设备的组成部分。例如活性碳等吸附剂颗粒通常用于作为毒气或蒸汽过滤器的呼 吸器中。过滤器通常根据吸附剂材料在该过滤器中的承载方式来分 类，并包括填装的无纺过滤器、填装的泡沫过滤器、结合的吸附剂过 滤器和填充床过滤器。过滤筒可以分为平面式或适形式。平面式过滤筒通常包括容纳 在具有平坦表面或平面的体积内的过滤材料床，待过滤流体(例如空气)通过平坦表面或平面进入或离开过滤材料床。在过滤材料呈现松 散吸附剂颗粒的形式的情况下，可以通过常规的暴风雪式填充技术方 便地构造平面式过滤筒。适形式过滤筒通常通过使用包括至少一个曲面的过滤筒来弯曲 或更紧密地与人脸形态所固有的曲率一致。更紧密的一致性可以减小过滤设备的体积。但是，如例如国际专利公开W0 03/090872 (Schlaechter)中所述，弯曲的适形过滤筒与常规的用松散过滤材 料"暴风雪式填充"过滤筒不相容。在此文献中， 一种提供适形过滤
筒的方法包括在填装过程中振动过滤筒外壳以增大填装在其中的吸 附剂颗粒的密度。但是，这种方法的缺点可以包括振动外壳的必要性、 与振动式填充相关的不确定性等等。提供适形过滤筒的其它方法可以包括例如填装的无纺过滤器(参见例如美国专利No. 3， 971， 373)和填装的泡沫过滤器(参见例 如美国专利No. 4， 046， 939)，其中，填装的无纺过滤器呈现织物的 形式，在形成该织物的纤维之间的间隙中容纳吸附剂颗粒，填装的泡 沫过滤器容纳分散在泡沫结构内并结合在泡沫结构中的吸附剂颗粒。 这种填装结构通常因吸附颗粒密度比松散过滤材料的填充床更低而 影响效果。因此，过滤筒的厚度需要增大到否定适形形状的益处的程 度。结合的吸附剂过滤筒(参见例如美国专利Nos.5，033，465和 6,391,429 Bl)的发明是优于填装的无纺过滤筒和泡沫过滤筒的进 步。在结合的吸附剂过滤筒技术中，通常在使用将吸附剂颗粒粘结在 一起的聚合物颗粒的单一结构中形成吸附剂颗粒。与其它填装的结构 相比，结合的吸附剂结构可以增大吸附剂颗粒密度，并且可以形成有 曲面。可能的缺点可以包括例如与结合的吸附剂过滤筒的制造相关的 额外费用等。发明内容本发明提供适形过滤筒、使用该适形过滤筒的过滤设备及制造 该适形过滤筒的方法。本发明的适形过滤筒优选在一对支撑板之间包 括过滤材料床，其中，该支撑板的面向该过滤材料床的主表面各自围 绕至少一条轴线弯曲。由支撑板产生的弯曲为过滤筒提供适形结构。可以优选的是，过滤材料床是松散微粒过滤材料，该松散微粒 过滤材料可以在支撑板之间的剩余压縮作用下保持在过滤筒内。为了 减少过早穿透并促进过滤材料的充分利用，还可以优选的是，该过滤 材料在两个支撑板之间的厚度是均匀的(在正常制造公差之内)。过滤筒的制造涉及将过滤材料床沉积在位于外壳底座内的水平 取向的平坦(在正常制造公差之内)支撑板上。鉴于暴风雪式填充适合用于以所需填充密度提供均匀厚度的填充床，故而可以优选的是， 通过暴风雪式填充沉积过滤材料床。在沉积过滤材料之后，可以优选 地使支撑板变形，以便使得该支撑板的面向过滤材料床的主表面各自 围绕至少一条轴线弯曲。还可以优选的是，上述变形导致过滤材料床的剩余压缩，使得 该过滤材料床的至少一部分保持受到支撑板之间的压縮作用。在某些 实施例中，可以优选的是，剩余压縮由位于适形过滤筒内的弹性变形 的支撑板提供。本发明制造方法的一个可能的优点是可以使用常规的暴风雪 式填充技术来沉积过滤材料床，这比较经济并且可以提高过滤材料密 度的均匀性。另一个可能的优点是如果不同的过滤材料床用于相同 的过滤筒中，那么暴风雪式填充在保持不同层之间的分离性的同时， 提供沉积各层的适宜方法。在一方面，本发明提供一种通过提供外壳制造适形过滤筒的方法，其中，所述外壳包括外壳底座和外壳盖，所述外壳底座和所述外 壳盖在组装在-一起时限定封闭体积，所述外壳还包括入口和出口。所 述方法还包括将过滤材料床沉积在外壳底座内，其中，在所述沉积步 骤之前，第一支撑板放置在所述外壳底座内，所述第一支撑板的主表 面面向所述过滤材料。在沉积所述过滤材料床之后，使所述第一支撑 板变形，其中，在所述变形之后，所述第一支撑板的面向所述过滤材 料的主表面围绕至少一条轴线弯曲。将所述外壳盖安装到所述外壳底 座上，其中，所述过滤材料床容纳在所述外壳内，使得待过滤流体穿 过所述入口、所述过滤材料和所述出口。在另一方面，本发明提供一种适形过滤筒，所述适形过滤筒包 括具有入口和出口的外壳。过滤材料床容纳在所述外壳内，使得待过 滤流体穿过所述入口、所述过滤材料和所述出口。第一支撑板位于所 述过滤材料床和所述出口之间，其中，所述第一支撑板包括面向所述 过滤材料床的主表面，所述第一支撑板的所述主表面围绕至少一条轴 线弯曲。第二支撑板位于所述过滤材料床和所述入口之间，其中，所 述第二支撑板包括面向所述过滤材料床的主表面，所述第二支撑板的
所述主表面围绕至少一条轴线弯曲。所述过滤材料床的至少一部分保 持受到所述第一和第二支撑板之间的剩余压縮作用。可以结合下述各种示例性实施例说明本发明的这些及其它特征。


图1是根据本发明的示例性适形过滤筒的透视图。图2是图1所示适形过滤筒的横截面视图。 图3是图l和图2所示适形过滤筒中的下支撑板的透视图。 图4是图1和图2所示适形过滤筒中的上支撑板的透视图。 图5是图l和图2所示适形过滤筒的外壳底座的透视图。 图6是平坦的过滤材料床位于其中的本发明过滤筒的一部分的 横截面透视图。图7是在过滤材料床的变形之后图6所示适形过滤筒的横截面 透视图。图8是一个可以用于使本发明过滤筒中的过滤材料床变形的装置的视图。图9是多层过滤材料床的横截面视图。图IO是一个结合本发明适形过滤筒的呼吸器的透视图。图11是从面罩上取下过滤筒和头带的图10所示呼吸器的正视图。
具体实施方式
在本发明实施例的以下详细说明中，参考形成该详细说明的一 部分的附图，在附图中，借助于图示示出可以实施本发明的具体实施 例。应当理解，在未背离本发明的保护范围的情况下，也可以采用其 它实施例并做出结构上的变化。在图1的透视图和图2的横截面视图中，示出适形过滤筒10的 一个示例性实施例。过滤筒IO可以与例如呼吸器、空气过滤装置等 多种不同的过滤设备结合使用。过滤筒10通常可以描述为具有以下
部件外壳，其限定一定体积；入口，待过滤流体通过其进入由外壳 限定的体积；过滤材料床，其位于外壳内；以及出口，己过滤的流体 通过其离开由外壳限定的体积。过滤材料床位于外壳体积内，使得通 过入口进入的流体在通过出口离开外壳之前必须穿过过滤材料。在使用过滤筒的条件下，外壳优选对于待过滤流体是不可透过 的。 一些可能适合用于外壳的材料可以包括塑料、金属、陶瓷、复合 材料等中的一种或多种。在图1和图2所示的示例性实施例中，外壳包括安装到外壳底 座30上的外壳盖20。可以优选的是，通过符合以下条件的任何技术 将外壳盖20安装到外壳底座30上，g卩该技术在外壳盖20和外壳 底座30之间提供密封连接，使得待过滤流体(例如空气)不会穿过 外壳盖20和外壳底座30之间的接合处，从而绕过位于外壳中的一个 或多个过滤元件(可以理解，在某些实施例中，上述入口和出口中之 一可能形成在此接合处，在这种情况下，该连接不应该是密封的)。 合适的连接实例可以包括例如粘结、焊接(例如超声波焊接、振动焊 接、热焊接、RF焊接等等)、机械紧固件(如有必要可以带有密封 垫)等等中的一种或多种。在外壳盖20中设置有一系列开口 24，用作将流体(例如空气) 导入由外壳盖20和外壳底座30限定的体积中的入口 22。开口 24在 外壳盖20中设置为一系列狭槽，但是该开口也可以采用任何需要的 形式(例如圆形孔、三角形孔、矩形孔、多孔网格、网眼等等)。外壳还包括呈圆柱形开口 34形式的出口 32。虽然未示出，但是 如本文所述，开口 34可以包括这样的结构，即设计为将过滤筒10 可拆卸地安装到的较大的过滤设备上的结构。出口 32可以采用图2 所示的圆柱形形状，但是也可以采用任何其它合适的形状。如图2所示，过滤筒10包括位于外壳内的过滤材料床40。过滤 材料40优选位于入口 22和出口 32之间，使得待过滤流体在从入口 22到出口 32通过外壳时必须穿过过滤材料40。过滤材料床40可以采用多种形式，但是过滤材料床40可以优 选呈现松散吸附剂颗粒的形式。吸附剂颗粒可以优选是符合以下条件 的已知的任何类型，即适合于从例如通过呼吸器吸入的空气等流体 中去除毒气和蒸汽。一些可能合适的吸附剂颗粒的实例可以包括例如 离子交换树脂、活性炭(可以浸渍有例如三乙撑二胺或例如铜、银、 锌、钼等重金属盐等等)、沸石、经处理的活性氧化铝等等。请参见 例如Senkus等人的美国专利5,696,199。本文中所使用的"松散" 意味着相邻的颗粒不是例如通过使用如聚合物、泡沫等粘结剂彼此物 理连接以形成自支撑式过滤结构。因此，松散颗粒可以优选呈现颗粒 状或球粒状形式，这种形式的颗粒易于通过暴风雪式填充或类似方法 的输送。在某些情况下，可以在限定于外壳盖20和上支撑板60之间的 体积26内放置有图2所示的过滤元件28。过滤元件28可以采用例 如无纺折叠织物、泡沫、两个或更多个过滤器的组合等任何合适的结 构。过滤元件28可以作为过滤材料床40的补充。过滤元件28可以 是气体和/或微粒过滤器，在下列专利文献中示出或讨论其实例 Insley等人的6， 743, 464、 Huberty的6, 627， 563 Bl、 Eitzman等人 的6， 454， 986、 Jones等人的6, 660， 210、 6, 409, 806和6， 397， 458、 Eitzman等人的6， 406， 657、 Senkus等人的6, 391， 429、 Angadjivand 等人的6,375,886、 Rousseau等人的6,214,094、 Berrigan等人的 6， 139， 308、 Angadjivand等人的6， 119， 691、 Bran等人的5, 763， 078 和5, 033， 465以及Abler的5, 496, 785和5， 344， 626。可以优选的是，过滤材料床40容纳在位于过滤材料床40的各 个主侧41和43的多孔板42和44以及支撑板50和60之间。下多孔 板42位于下支撑板50和出口 32之间，而上多孔板44位于过滤材料 床40和上支撑板60之间。多孔板42和44优选对于待过滤流体是可透过的，而对于过滤 材料床(例如吸附剂颗粒)40是基本上不可透过的。多孔板42和44 可以优选、但非必须是微粒过滤材料的无钫纤维板，该微粒过滤材料 适合用于过滤设备(例如呼吸器)中，以从例如空气等流体中去除微 粒物质。可以从美国明尼苏达州3M Company of St. Paul获得商品 名称为FILTRETE的微粒过滤材料的一个可能合适的实例。微粒过滤
材料可以由例如熔吹式微纤维等充电微纤维的织物制成。请参见例如美国专利Nos. 6， 406， 657 Bl、6' 375， 886 Bl、6, 119， 691和5， 496, 507。 上述纤维也可以是原纤化充电纤维(参见美国专利Re.No. 30,782和 Re. No. 31,285)。此外，上述纤维可以在其表面具有氟原子以提高其 耐油雾的能力。请参见例如美国专利Nos. 5， 432， 175 Bl、 6,409,806 Bl、 6,398,847 Bl和6, 397, 458 Bl。在图3中示出图1和图2所示适形过滤筒的下支撑板50，下支 撑板50优选包括分布在其主表面上的开口 52，使得流体(例如空气) 可以通过支撑板50流入或流出过滤材料40。开口 52可以采用任何 合适的形状或分布方式，但是可以优选的是，开口52分布在足够大 的区域上，以便促使流体流经过滤材料40的大部分。在图4中示出图1和图2所示适形过滤筒的上支撑板60，上支 撑板60也优选包括分布在其主表面上的开口 62，使得流体(例如空 气)可以通过支撑板60流入或流出过滤材料40。如同下支撑板50 的情况一样，上支撑板60中的开口 62可以采用任何合适的形状或分 布方式，但是可以优选的是，开口 62分布在足够大的区域上，以便 促使流体流经过滤材料40的大部分。如图2所示，可以优选的是，多孔板42和44稍微大于支撑板， 使得多孔板的一部分围绕支撑板的边缘向上折叠(优选在支撑板50 和60插入外壳底座30中时)。例如，图2所示的多孔板42围绕下 支撑板50的周边54向上折叠，而多孔板44围绕上支撑板60的周边 64向上折叠。尺寸加大的多孔板42和44可以用于围绕支撑板50和 60的边缘形成更好的密封，以便防止过滤材料40围绕支撑板50的 边缘54和支撑板60的边缘64漏出。当然，可以使用其它围绕支撑 板50和60的周边形成边缘密封的技术来代替加大多孔板42和44 的尺寸。虽然在示出的实施例中，支撑板50和60分别与多孔板42和44 配对而将过滤材料床40保持在过滤筒内的适当位置，但是应该理解， 也可以采用其它结构。例如，可以通过使用例如插入成型的滤网材料 跨接支撑板中的开口，使得过滤材料无法通过这些开口漏出，来将支
撑板和多孔板的功能结合在单个单一结构内。本文中所使用的术语"支撑板"是指符合以下要求的任何结构， 即在允许待过滤流体进入和离开过滤材料床的同时，能够将过滤材 料床以弯曲构造保持在过滤筒内。本发明的支撑板还可以优选为这样，即该支撑板在处于弯曲构造时能够将压縮力分布在过滤材料床 的主表面上。在例如图3和图4所示支撑板等支撑板包括开口的情况 下，除了该支撑板之外，还应该使用另外的部件(例如多孔板42和44)，否则该开口将允许过滤材料漏出。图5是取出过滤材料40、多孔板42和44以及支撑板50和60 的图1和图2所示适形过滤筒的外壳底座30的透视图。外壳底座30 包括下表面35上的出口 32和一系列间隔件36。间隔件36可以用于 保持多孔板42和下支撑板50稍微高于外壳底座30的下表面35。过 滤材料40和下表面35之间的间隔可以有助于分布穿过过滤材料40 的大部分的流体流。另外，间隔件36可以优选如图5所示相对于开 口 34径向取向，以进一步促进在过滤材料40的面向下表面35的表 面的大部分上的流体流动。虽然间隔件36示出为细长结构，但是可 以采用用于保持过滤材料40和下表面35之间的空间的任何结构(例 如支柱等)。也可以围绕下表面35的周边设置有肩部37，以为下支 撑板50和多孔板42的边缘提供支撑，并且或许便于围绕下支撑板 50的周边54进行密封。在图5中示出的另一特征是围绕外壳底座30的周边分布的肋部 38。肋部38可以优选与设置在支撑板50中的缺口 56和设置在支撑 板60中的缺口 66配合，以用作对准结构，在将支撑板50和60在其 插入和变形过程中，该对准结构帮助将这些支撑板对准在外壳底座 30内。可以优选的是，多孔板42和44也在适当位置包括缺口。另 外，肋部38也可以用于通过为本文中更加详细描述的焊接过程提供 材料，来帮助将上支撑板60保持在其弯曲构造。外壳盖20、外壳底座30、下支撑板50和上支撑板60可以基本 上由已知适合于形成这些结构的任何材料形成。例如，不同的结构部 件可以优选通过例如热成形(例如真空成形)或注入成型过程由一种
或多种聚合材料形成。在图6至图8中示出一种制造根据本发明的适形过滤筒的示例性方法。在图6中示出部分组装的过滤筒。外壳底座30包括位于其 中的下支撑板50 (为了清楚起见，取出了相关的多孔板42)，过滤 材料床40位于下支撑板50上。在过滤材料上方，上支撑板60(为 了清楚起见，取出了相关的多孔板44)放置在过滤材料床40上。可以优选的是，过滤材料40呈现松散微粒的形式，通过以所选 定的填充密度和均匀的床厚度产生水平的过滤材料床40的技术沉积 该松散微粒。如本文所述，可以优选使用常规的暴风雪式填充方法。 暴风雪式填充通常涉及通过一系列网眼倾注上述颗粒，该网眼在颗粒 下落时使其散开，从而形成水平的过滤材料床40。如同在常规填充 床过滤器的制造过程中一样，过滤材料床40优选沉积在水平的(相 对于例如地平线)平坦表面上。在示出的实施例中，此表面由下支撑 板5Q提供。如同常规填充床过滤器的情况一样，优选压縮过滤材料床40， 以提高过滤材料40的填充密度。但是，与常规填充床过滤器不同， 上述压縮伴随有上支撑板60和下支撑板50的变形，使得过滤材料床 40以及支撑板50和60如图7所示地弯曲。在如图6所示过滤材料床40以及上支撑板60和下支撑板50处 于适当位置的情况下，如图8所示，用具有曲面72的压縮工具70 使过滤材料床40以及支撑板50和60弯曲。压缩工具70可以优选为 这样，即在外壳底座30从下方得到支撑的同时，压縮工具70推压 在上支撑板60上(或者反之亦然，可以理解，可以采用符合以下条 件的任何系统/方法，即产生部件之间的相对运动并实现所需压縮)。 上述压縮可以优选将下支撑板50 (和相关的多孔板42)推压在设置 于图5所示外壳底座30中的间隔件36和肩部37上。因此，上支撑板60、过滤材料床40和下支撑板50全部变形成 图7中所示的弯曲构造。可以优选的是，上支撑板60和下支撑板50 的变形主要在弹性范围内，即在去除压縮力后支撑板50和60基本上 恢复到(或接近于)其图6所示的平坦构造。上述压缩和变形可以优
选产生这样的过滤材料床40，即该过滤材料床在上支撑板60和下支 撑板50的主表面之间具有均匀的厚度或床深。当压縮工具70推压在上支撑板60上时，上支撑板60优选固定 成图7所示的形状，以将过滤材料床40保持成弯曲形状。可能需要 将上支撑板60安装到外壳底座30上，以使过滤材料床40保持受到 支撑板50和60之间的剩余压縮的作用。保持过滤材料床40的剩余 压縮，对于减小通过填充床40的流量可能是优选的。另外，上支撑 板60的安装也限制该过滤材料床40恢复到其图6所示的平坦构造 (特别是如本文所述变形在弹性范围内的情况下)。可以优选的是， 过滤材料床40的至少一部分(或甚至基本上全部)的剩余压縮由位 于适形过滤筒10内的弹性变形的支撑板提供。可以通过任何合适的技术或技术的组合实现将上支撑板60安装 到外壳上。可能合适的技术实例可以包括例如粘合剂、机械紧固件(例 如螺纹紧固件、夹子、铆钉等等)、焊接等等。 一种示例性方法可以 涉及在围绕上支撑板60的周边64的若干位置将支撑板60压接或焊 接到外壳底座30上。在示例性实施例中，由于在位于外壳底座30 中的肋部38处有较大的材料床可供使用，因而可以优选的是，在这 些位置进行焊接。一种示例性焊接技术可以涉及使用多叉头式压接叉架80，该多 叉头式压接叉架可以优选如图8所示与压縮工具70结合成一体。压 接叉头82可以优选围绕工具70位于与外壳底座30中的肋部38对应 的位置。在压缩工具70压縮上支撑板60、过滤材料床40和下支撑 板50并使其变形之后，可以通过压接叉架80的叉头82引导超声波 能量以完成焊接过程，在焊接过程之后，可以抽出压缩工具70和压 接叉架80，而如本文所述保持该过滤材料床的变形和压缩。如例如图4所示，可以优选的是，至少一些缺口 66中包括焊瘤 67。焊瘤67提供额外的材料，该额外的材料可以便于将支撑板60 焊接到外壳底座30的肋部38上。另外，焊瘤67的顶面可以优选地 相对于支撑板60的主表面倾斜，使得当支撑板60变形成图7所示的 弯曲构造时，焊瘤67为叉架80的压接叉头82提供水平表面。由于 焊瘤67提供的平坦表面可以与压接叉头82上的平坦表面互补，因而 这样做可以简化叉架80的压接叉头82的设计。为了在仍然提供可以充分变形的上支撑板60的同时增强压缩力 在过滤材料床40上的保持性，最好包括例如肋部68 (参见例如图4) 等力分布结构，该力分布结构可以优选分布在支撑板60的表面上。 由于肋部68横过过滤材料床40地延伸，因而肋部68可以增强力在 支撑板60上的分布。在示出的实施例中的肋部68的取向可以优选为大体与进出图8 纸面的轴线76平行。可以优选参照轴线76或其它的一条或多条轴线 确定由支撑板50和60给予过滤材料床40的曲率。上述曲率可以是 一样的，或者该曲率可以在过滤材料床40的表面上变化。合适的曲 面实例可以由一个或多个椭圆、圆等来限定。在表征曲率的一种方式 中，可以优选的是，在支撑板60主表面的一个或多个点或段处的曲 率半径是例如1米或更小，更优选是0.5米或更小，甚至更优选是 20厘米或更小(如围绕例如轴线76等轴线定义的曲率半径)。在表征本发明的过滤层和支撑板中的曲率的另一种方式下，可 以优选的是，作为上述变形的结果(根据图6和7中示出的相应结构) 给予支撑板的至少一部分并围绕与图6所示支撑板60的主表面之一 垂直的轴线测量的挠度是5毫米或更大，更优选是10毫米或更大。所提供的曲率可以围绕两条或更多条轴线定义，所述两条或更 多条轴线可以彼此平行或不平行。例如，可以优选的是，上述曲率是 复合曲率，以便使得例如可以给予过滤材料床40和周围结构(例如 支撑板)凹面或凸面。所选定的曲率可以优选设计为例如匹配与滤筒 连接的面罩的轮廓、反映人类形态学考虑、等等。在上支撑板60安装到外壳底座30上并处于适当位置的情况下， 过滤筒IO基本上可以使用了。如本文所述，外壳盖20可以放置在由 外壳底座30限定的开口上并固定在适当位置。图9是用于本文所述的适形过滤筒中、可以制造成带有曲率的 多层过滤材料床140的横截面视图。过滤材料床140优选包括不同的 过滤材料层146和148。可以优选的是，每一层中的过滤材料是不同 的，例如具有不同的吸附特性。这种过滤材料床140可以作为本发明 的适形过滤筒中的一个过滤材料床来例如从流体流中过滤不同的蒸汽或毒气。可以优选的是，不同的过滤材料层146和148包括呈松散 颗粒形式的过滤材料，并且如本文所述，通过暴风雪式填充沉积上述 颗粒。在某些情况下，不同的过滤材料层146和148中的过滤材料可 以基本上由不同的过滤材料构成。虽然所示多层过滤材料床140只包括两个层，但是用于适形过 滤筒中的多层过滤材料床可以包括任何选定数目的层，只要可以在制 造和使用过程中保持这些层之间的完整性即可。用于保持这些层之间 的完整性的技术可以包括例如在过滤材料层146和148之间提供多孔板、在相邻层中选择可以减少不同层之间的颗粒迁移的不同的恒定粒 度分布等。虽然本发明的适形过滤筒可以用于任何过滤设备中，但是该适 形过滤筒可以特别适用于设计为由人佩戴的呼吸器。此外，虽然适形 过滤筒在本文中描述为基本上用于在空气被吸入前对其进行过滤以 去除例如有毒蒸汽、毒气等，但是该适形过滤筒也可以用于过滤由佩 戴者呼出的空气。可以和本发明的适形过滤筒一起使用的一些合适的 过滤设备实例可以包括例如动力空气净化呼吸器(PAPR)(参见例如 美国专利6， 250， 299、 6, 186， 140、 6， 014， 971、 5, 125, 402、 4， 965, 887、 4, 462，399和4,280, 491)。可以和本发明的适形过滤筒一起使用的 另一类过滤设备是自备式呼吸装置(SCBA)(参见例如美国专利 6,478,025、 4,886,056、 4'586'500和4， 437， 460)。图10和图11示出适于戴在佩戴者的鼻子、嘴和下巴上的半面 式呼吸器的一个示例性实施例(但是适形过滤筒也可以与也覆盖眼睛 的"全面式"面具主体结合使用，参见例如美国专利5,924,420)。 面具IOO包括面罩102，该面罩可以通过例如注入成型软的顺应性材 料(例如橡胶材料)而制造，并且该面罩围绕其边缘具有内弯的封套 (图中不可见)。当佩戴上述面具时，该封套优选在佩戴者的皮肤上 形成密封。面罩102具有中央部分103，该中央部分优选在佩戴者的 鼻梁上延伸，并且在该中央部分中优选安装有呼气阀104。在呼气阀
104的相反侧，面罩102支撑吸气阀(不可见)，在该吸气阀上安装 有适形过滤筒110。在面罩102的侧部放置有用于上头带107和下头 带108的连接件106 (仅示出用于该上头带的连接件)，该上下头带 形成头部吊带的一部分，该吊带还包括适于戴在佩戴者的头顶上的吊 架109。
过滤筒110可以通过例如美国专利4， 850， 346、 4,934,361、5, 924， 420、6， 216， 693中所述的卡口式接头可拆卸地安装到面具100 上。上述卡口式接头在图中不可见，但是在图11中的附图标记 105处示出了一个接头的一部分。
使用卡口式连接将过滤筒110安装到呼吸器面罩102上不是必 须的，也可以使用其它安装形式来代替卡口式连接。 一个可选连接结 构包括搭扣配合式过滤筒(参见例如美国专利5, 579， 761)。另一可 选方案包括带螺纹的过滤筒，该带螺纹的过滤筒可以安装到呼吸器主 体上的相应螺纹接头上(参见例如美国专利4，422，861、 4,548,626、 5,022,901、 5,036,844、 5, 063, 926和5'222， 488)。
在使用中，可以调整头带107和108以适合佩戴者的头部并将 面具100保持贴靠在佩戴者的脸上。可以与呼吸器形式的过滤设备结 合使用的吊带的实例可以包括Byram等人的美国专利6,715,490、6, 591， 837和6， 119， 692以及Brost.rom等人的美国专利6， 732, 733 和6， 457， 473中所述的吊带。
当佩戴者吸气时，优选使空气通过过滤筒110、然后通过面罩 102的颊部中的吸气阀而吸入面具100中。当佩戴者呼气时，可以优 选使空气通过位于所示面具主体102的中央部分103中的呼气阀104 而从面具100排出。面具100的两个适形过滤筒110可以优选彼此相 同或不同。后者在这样的情况下是有利的，即将一个过滤筒用于吸 气过滤，将第二个过滤筒用于呼气过滤(带有适当的阀门控制)。
如在本文及所附权利要求书中所使用的情况，除上下文有明确 的相反指示外，单数形式的"一"或"该"包括复数个所指对象。因 此，例如对于"一"或"该"部件的引用可以包括一个或多个部件及 其为所属领域的技术人员所知的多个等同物。
本文中引用的所有参考文献和公开文献均在此明确地通过引用 的方式全部并入本文。本文讨论了本发明的示例性实施例，并参考了 落入本发明的保护范围之内的一些可能的变化。在未背离本发明的保 护范围的情况下，本发明的这些以及其它变化和修改对于所属领域的 技术人员来说是显而易见的。应该理解，本发明不限于本文中所阐述 的示例性实施例。因此，本发明应当仅由以下提供的权利要求书及其 等同内容来限定。
权利要求
1.一种制造适形过滤筒的方法，包括以下步骤提供步骤，即提供外壳，所述外壳包括外壳底座和外壳盖，其中，所述外壳底座和所述外壳盖在组装在一起时限定封闭体积，所述外壳还包括入口和出口；沉积步骤，即将过滤材料床沉积在所述外壳底座内，其中，在所述沉积步骤之前，在所述外壳底座内放置第一支撑板，所述第一支撑板的主表面面向所述过滤材料；变形步骤，即在沉积所述过滤材料床之后，使所述第一支撑板变形，其中，在所述变形步骤之后，所述第一支撑板的面向所述过滤材料的主表面围绕至少一条轴线弯曲；以及安装步骤，即将所述外壳盖安装到所述外壳底座上，其中，所述过滤材料床容纳在所述外壳内，使得待过滤流体穿过所述入口、所述过滤材料和所述出口。
2. 根据权利要求1所述的方法，还包括这样的步骤，即在沉 积所述过滤材料床之后，将第二支撑板放置在所述过滤材料床上，其 中，所述过滤材料床位于所述第一支撑板的主表面和所述第二支撑板 的主表面之间。
3. 根据权利要求2所述的方法，还包括这样的步骤，目卩使所 述第二支撑板变形，其中，在使所述第二支撑板变形之后，所述第二 支撑板的面向所述过滤材料的主表面围绕至少一条轴线弯曲。
4. 根据权利要求2所述的方法，还包括这样的步骤，即将围 绕所述第二支撑板的周边的一个或多个位置安装到所述外壳上。
5. 根据权利要求2所述的方法，还包括这样的步骤，即将围 绕所述第二支撑板的周边的一个或多个位置焊接到所述外壳上。
6. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述变形步骤包括使所述第一支撑板的至少一部分挠曲5毫米 或更多。
7. 根据权利要求l所述的方法，其中， 所述过滤材料包括松散微粒过滤材料。
8. 根据权利要求l所述的方法，其中， 沉积所述过滤材料床的步骤包括暴风雪式填充。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述变形步骤之后，所述第一支撑板的主表面之上的所述过 滤材料床的厚度在所述第一支撑板的所述主表面上是均匀的。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述过滤材料床包括两个或更多个不同的过滤材料层，所述两 个或更多个层中的至少一个层基本上由一种过滤材料构成。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其中， 通过暴风雪式填充沉积所述两个或更多个不同的过滤材料层。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中， 所述第一支撑板包括相对的主表面，其面向所述外壳盖的内表面并与其隔开；以及 多个开口，其形成为穿过所述第一支撑板，其中，流体在进入或离开所述过滤材料床时穿过所述多个开口。
13. 根据权利要求2所述的方法，其中， 所述第二支撑板包括 相对的主表面，其面向所述外壳底座的内表面并与其隔开；以及多个开口，其形成为穿过所述第二支撑板，其中，流体在进入 或离开所述过滤材料床时穿过所述多个开口。
14. 根据权利要求1所述的方法，还包括这样的步骤，即在 所述第一支撑板和所述外壳底座的内部之间提供多孔板。
15. 根据权利要求2所述的方法，还包括这样的步骤，即在 所述微粒材料床和所述第二支撑板之间提供多孔纤维板。
16. —种适形过滤筒，包括 外壳，其包括入口和出口；过滤材料床，其容纳在所述外壳内，使得待过滤流体穿过所述 入口、所述过滤材料和所述出口；第一支撑板，其位于所述过滤材料床和所述出口之间，其中， 所述第一支撑板包括面向所述过滤材料床的主表面，所述主表面围绕 至少一条轴线弯曲；以及第二支撑板，其位于所述过滤材料床和所述入口之间，其中， 所述第二支撑板包括面向所述过滤材料床的主表面，所述主表面围绕 至少一条轴线弯曲，其中，所述过滤材料床的至少一部分保持受到所述第一和第二 支撑板之间的剩余压縮的作用。
17. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中， 所述过滤材料包括松散微粒过滤材料。
18. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中， 所述第一支撑板的主表面和所述第二支撑板的主表面之间的所述过滤材料床的厚度在所述第一和第二支撑板的所述主表面上是均 匀的。
19. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中，所述第一支撑板和所述第二支撑板中至少之一的弯曲是弹性变 形的结果。
20. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中， 所述第一支撑板和所述第二支撑板中两者的弯曲是弹性变形的结果。
21. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中， 所述第二支撑板的弯曲的主表面在所述第二支撑板的所述主表面的一个或多个点或段处具有1米或更小的曲率半径。
22. 根据权利要求20所述的适形过滤筒，其中， 所述弹性变形包括使所述第一支撑板的至少一部分挠曲5毫米或更大。
23. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中， 所述第二支撑板包括相对的主表面，其面向所述外壳底座的内表面并与其隔开；以及多个开口，其形成为穿过所述第二支撑板，其中，流体在进入 所述过滤材料床时穿过所述多个开口。
24. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中，所述第一支撑板包括相对的主表面，其面向所述外壳盖的内表面并与其隔开；以及 多个开口，其形成为穿过所述第一支撑板，其中，流体在离开 所述过滤材料床时穿过所述多个开口。
25. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中，围绕所述第一支撑板和所述第二支撑板中至少之一的周边的一 个或多个位置安装到所述外壳上。
26. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中， 围绕所述第一支撑板和所述第二支撑板中至少之一的周边的一个或多个位置焊接到所述外壳上。
27. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，还包括位于所述微粒 材料床和所述第一支撑板之间的多孔板。
28. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，还包括位于所述微粒 材料床和所述第二支撑板之间的多孔板。
29. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中， 所述过滤材料床包括两个或更多个不同的过滤材料层，所述两个或更多个层中的至少一个层基本上由一种过滤材料构成。
30. 根据权利要求16所述的适形过滤筒，其中， 所述外壳底座和所述第二支撑板包括相配合的对准结构。
31. —种过滤设备，其包括一个或多个根据权利要求16所述的 适形过滤筒。
32. 根据权利要求31所述的过滤设备，其中， 所述过滤设备还包括面罩，所述面罩适于至少戴在佩戴者的鼻子和嘴上，所述一个或多个适形过滤筒有效地安装到所述面罩上，所 述过滤设备包括呼吸器。
全文摘要
本发明公开一种适形过滤筒(10)、使用该适形过滤筒的过滤设备以及制造该适形过滤筒的方法。适形过滤筒可以在一对支撑板(50，60)之间包括过滤材料床(40)，其中，支撑板的面向过滤材料床的主表面(41，43)各自围绕至少一条轴线弯曲。由支撑板产生的曲率为过滤筒提供适形结构。过滤材料床可以是松散微粒过滤材料，该松散微粒过滤材料可以在支撑板之间的剩余压缩作用下保持在过滤筒内。
文档编号B01D24/04GK101132835SQ200680006903
公开日2008年2月27日 申请日期2006年2月13日 优先权日2005年3月3日
发明者保罗·A·格里尔, 皮埃尔·勒加雷, 约瑟夫·D·斯莱克 申请人:3M创新有限公司