TWM614198U - 管狀過濾器及用於過濾受污染的環境空氣之系統 - Google Patents

Abstract

本創作提出一種用於動態地清潔含有懸浮顆粒之一氣流之管狀過濾器及一種使用此過濾器之過濾系統。該管狀過濾器包含被實施為彎曲之一流動通道(1)及用於在該流動通道(1)中產生一氣流之一單元(6、8)。該管狀過濾器配置在一低壓腔室(2)中，並經構形以在其彎曲部分中產生迪恩渦流。在該流動通道(1)之該彎曲部分之外部部分及內部部分上分別設置有用於將懸浮顆粒自該低壓腔室(2)中之該流動通道(1)排出之外部開口(10)及內部開口(20)。該過濾系統包含具有至少一個管狀過濾器(21)之一過濾單元(22)、用於對用於在該流動通道(1)中產生一流之該單元(6)進行受控調節之一控制單元(17)，及一電力供應單元(18)。

Description

管狀過濾器及用於過濾受污染的環境空氣之系統

本創作係關於一種管狀過濾器及一種用於過濾受污染的環境空氣之系統。詳言之，根據本創作之設備可適用於動態地清潔氣流以清除其中含有之懸浮顆粒，諸如灰塵、煙灰、花粉、細菌、病毒、水滴、油及其他固體顆粒及液體。

已知清潔氣流以清除其中含有之懸浮顆粒之系統。此類系統通常用於汽車過濾器、個人呼吸器及其他個人空氣過濾系統中。已知用於清潔空氣之迴旋加速器器具，其使用待清潔之空氣沿著螺旋線之移動，結果係空氣中含有之顆粒在離心力之影響下轉移至氣流移動所沿著的圓柱形過濾器之外壁，並隨後以任何方式自鄰近於側向外壁之區域排出，因此降低了剩餘氣流中懸浮顆粒之濃度。使用在圓柱形殼體內沿著螺旋線移動之氣流之此類清潔之實例為自US 4,491,460所知之空氣過濾器。此類系統之缺點係可能僅有經受在螺旋移動中發生之離心力之最大顆粒定位在圓柱形表面上，從而使待清潔之氣流之移動方向發生偏轉。小懸浮顆粒保留在氣流中，從而需要其進一步清潔。

本創作使得有可能不僅自彎曲流體流移除最大懸浮顆粒， 而且移除實際上不經受離心力影響之較小顆粒，以及有可能基於此原理創造用於清潔空氣之系統。

本創作之目標係創造一種動態地清潔流體流之管狀過濾器，及一種藉由使用此類過濾器來過濾受污染的環境空氣之系統，其中尤其在流體沿著針對相對大懸浮顆粒以及相對小懸浮顆粒之彎曲軌跡之移動中實施清潔流體以清除懸浮顆粒。

根據如技術方案1之管狀過濾器及使用此過濾器之如技術方案3之空氣過濾系統解決了此任務。在從屬權利要求中呈現了本創作之最佳實施例。

清潔流體以清除懸浮在其中之顆粒之原理係基於利用彎曲管中發生之迪恩渦流(Dean vortex)，迪恩渦流係以首先在理論上對其進行研究之英國科學家之名字命名。圖1a示意性地展示彎曲管之一部分，其指示其中之流體流之移動方向。圖1b展示在流噴流內之兩個區域，其形成在圖1a所展示之彎曲通道內形成之兩個反向旋轉迪恩渦流。根據D.Greenspan之文章「Secondary flow in a curved tube」，J.Fluid Mech.,1973,V.57.p.167至176，可知在彎曲通道內形成之迪恩渦流之迪恩數(Dean number)在10至5000之範圍內。迪恩數Dn可經由雷諾數(Reynolds number)Re(通道L之特性橫截面尺寸)來表示，雷諾數Re通常係管之直徑及液體流動所沿著之通道r之曲率半徑，如下：

在本創作之範疇內，由於理論計算及實驗而已經確定，流中所含有之大顆粒(離心力作用於大顆粒)在圖1a中由字母B展示的彎曲通 道之外部部分處最集中。流之小懸浮顆粒更強烈地經受迪恩渦流之效應，迪恩渦流將小懸浮顆粒帶至圖1a中由字母C展示的彎曲通道之內部部分。因此，流之相對大懸浮顆粒通常集中在彎曲通道之外部部分處，而流之相對小懸浮顆粒集中在彎曲通道之內部部分處。根據本創作，彎曲通道配置在具有減小壓力之流體之腔室中，其中壓力相對於流動通道中之流之壓力減小，此使相對大懸浮顆粒通過彎曲通道之外部部分中之外部開口(圖1a中之元件10)自流排出，而相對小懸浮顆粒通過彎曲通道之內部部分中之內部開口(圖1a中之元件20)自流排出至低壓腔室中。替代地，流動通道中之開口可設置在流動通道之表面上之任何位置處。

本創作之核心在所附實施方式中詳細說明並藉由圖式進一步闡釋。然而，實施方式以及圖式僅用於說明本創作，且並不將其實施例限制在申請專利範圍之範疇內。

1:流動通道

2:低壓腔室

3:需要清潔之流體之進入流

4:經清潔流體

5:低壓腔室之出口開口

6:用於在流動通道1中產生氣流之單元

7:用於產生低壓之單元

8:第二排出泵

10:外部開口

11:用於將環境空氣饋入至管狀過濾器中之入口開口

12:流動通道1之入口開口

14:流動通道1之出口開口

15:過濾單元之出口開口

16:用於將懸浮顆粒自低壓腔室2排出之出口開口

17:控制單元

18:電力供應單元

19:壓力感測器

20:內部開口

21:管狀過濾器

22:過濾單元

30:自低壓腔室排出之流

31:第一腔室

32:第二腔室

33:第三腔室

34:第四腔室

35:第五腔室

36:HEPA過濾器

37:自過濾單元22排出之流

38:具有過濾單元22之入口開口及出口開口之外部模組

40:呼吸面罩

41:呼吸面罩之面部部分

42:呼吸面罩之頭部固持件

43:空氣管道

44:連接單元

45:面罩40之面部部分之緊固環

46:連接單元中用於緊固面罩之頭部固持件之凹部

48:連接單元中用於緊固空氣管道之凹部

49:插入件

50:連接單元之磁性元件

51:磁性元件50、52之對稱中心

52:緊固環45之磁性元件

53:磁體

54:連接單元44之旋轉方向

55:固持面罩40之元件

56:用於將空氣管道43緊固至連接單元44之單元

58:空氣管道43之緊固元件之旋轉方向

在圖式中：圖1a及1b示意性地展示迪恩渦流在彎曲通道中之發生；圖2展示管狀過濾器之實施例中之一者；圖3a、3b及3c示意性地展示管狀過濾器之三項可能實施例；圖4示意性地展示過濾單元之實施方案之原理構造；圖5展示具有管狀過濾器及五個額外腔室之過濾單元之示意性影像；圖6展示過濾系統之操作原理圖；圖7展示具有過濾單元之過濾系統之實施方案之實例，過濾單元包含過濾單元之管狀過濾器及第一腔室；圖8展示具有遠端單元之過濾單元之示意性影像，遠端單元具有過濾 單元之入口開口及出口開口；圖9展示具有連接單元之構造的呼吸面罩之實施方案之實例；圖10展示具有固持連接單元之呼吸面罩之實施方案之替代實施例。

本創作描述一種管狀過濾器及一種藉由使用此類過濾器對流體進行強制清潔以清除懸浮在其中之顆粒過濾系統。流體可係其中含有污染物質及顆粒之空氣，或任何其他流體。懸浮顆粒包含：灰塵、煙灰、花粉、細菌、病毒之顆粒，以及在流體流中以懸浮狀態含有之任何其他小顆粒。該過濾器既可用作靜態設備，在輸送構件中用於清潔傳入之氣體，在通風系統中用於清潔進入房間或空間之空氣，亦可用作所提出之攜帶型行動使用者裝置，例如作為具有面罩之空氣過濾行動系統，或作為整合在自行車或摩托車頭盔等中之嵌入式呼吸器。

根據本創作之過濾系統之主要元件係管狀過濾器，該管狀過濾器具有彎曲流動通道，與直線流動通道相比，彎曲流動通道允許創造用於清潔流體之更緊湊的系統，其中對流體進行較佳品質清潔以清除懸浮在其中之顆粒。與已知的流過濾器相比，此類緊湊的系統對使用者而言更舒適，且同時促進改良流體清潔之結果。

如上文所提及，圖1b示意性地展示迪恩渦流在管狀過濾器之彎曲流動通道1中之發生，該通道在圖1a中被展示為處於包括其之低壓腔室(圖1a中未展示)中。在通道中自左向右引導之空氣流體之流動使在彎曲流動通道1中形成迪恩渦流，如圖1b所展示。流動通道1之曲率半徑與流動通道1之直徑的關係係使得對於根據上文給出之方程式(1)在10至5000之迪恩數範圍內之特定流體而言，該關係促進迪恩渦流在彎曲流動通道1 中之形成。對於整個流動通道1，彎曲流動通道1之軸線之曲率半徑以及流動通道1本身之半徑可係恆定的，或者可自流動通道之入口開口至其出口開口改變，從而維持迪恩渦流在流動通道中形成之條件。在流動通道之最佳實施例中，其被形成為具有圓形橫截面。然而，橫截面亦可為橢圓形或矩形。通道本身之形狀可為螺旋形、渦旋形或至少部分曲折。

如上文所指示，在彎曲流動通道1中之離心力之影響下，最大懸浮顆粒轉至通道之外壁，該外壁與通道之軸線相比具有較大曲率半徑，而相對小懸浮顆粒藉由次級氣流(即迪恩渦流)被吸至通道之內壁，該內壁與流動通道之軸線之曲率半徑相比具有較小曲率半徑。

彎曲流動通道配置在低壓腔室中，在該低壓腔室中壓力低於流動通道中之流體之壓力。在流動通道1之外壁上配置有開口10，由於流動通道1及低壓腔室中之壓力差，相對大懸浮顆粒通過開口10自流動通道1排出。在流動通道1之內壁上配置有開口20，由於流動通道及低壓腔室中之壓力差，相對小懸浮顆粒通過開口20自流動通道1排出。根據本創作之一項實施例，外部開口10之直徑大於內部開口20之直徑或小於內部開口20之直徑。替代地，使外部開口10之直徑等於內部開口20之直徑。藉此，流動通道中之開口可沿著流動通道1之整個表面配置。在此情況下，外部開口係主要配置在流動通道1之外部部分處之開口，即配置成距流動通道之曲率之曲率中心之距離大於或等於流動通道之曲率之曲率半徑。因此，內部開口係主要配置在流動通道1之內部部分處之開口，即配置成距流動通道之曲率之曲率中心之距離小於流動通道1之曲率之曲率半徑。

圖2展示根據本創作之管狀過濾器21之實施例中之一者。 流動通道1被塑形為具有圓形橫截面之彎曲管，該彎曲管沿著具有三個繞組之螺旋線彎曲。僅為了清楚起見而展示流動通道1之三個繞組，可存在多於三個繞組以及少於三個繞組。又，流動通道可具有渦旋形形式、至少部分曲折形式或此三種形式之組合。流動通道1包含入口開口12及出口開口14。彎曲流動通道1被圍封在對流體不可滲透之密封罩殼中，該罩殼形成低壓腔室2。低壓腔室2在流動通道1之出口開口14之側上緊密地鄰接流動通道1。低壓腔室2在流動通道1之入口開口12之側上敞開，從而形成低壓腔室2之出口開口8。在流動通道1之入口開口12前方配置有用於在流動通道1中產生氣流之單元6，單元6係以噴射泵之形式實施，該噴射泵緊密地鄰接在流動通道1之入口開口12上。用於在流動通道1中產生氣流之單元6用於在流動通道1中產生流體流，如由箭頭3所展示，該流體(特別係空氣)進入流動通道1，如由箭頭4所展示，該流體通過通道1，被清潔以清除懸浮顆粒，並通過出口開口14自流動通道1離開。由於藉由用於產生氣流之單元6將流體噴射至流動通道1中，所以產生了壓力差，相對於配置有流動通道1之繞組之低壓腔室2中之壓力，流動通道1中之流體之壓力增大。

由於流動通道1及低壓腔室2中之上述壓力差，集中在通道1之外部部分處之相對大懸浮顆粒通過開口10自通道1排出至低壓腔室中。由於迪恩渦流在流動通道1中之發生，相對小懸浮顆粒被帶至通道1之內部部分之側，並集中在通道1之內部部分處，分別通過內部開口20自通道1排出至低壓腔室2中。懸浮顆粒通過外部開口10及內部開口20被排出之流體通過低壓腔室2之出口開口5排出至外部，如由箭頭30所展示。在圖2中，低壓腔室2之出口開口5緊鄰於用於在流動通道1中產生氣流之單元6配置。然而，較佳地，將待排出之流30自低壓腔室2引向遠離入口流3 之側，即與入口流3在空間上分離，以避免待自低壓腔室2排出之流30與入口流3混合。低壓腔室2之出口開口5可配置在低壓腔室2之任何位置中，例如配置在低壓腔室2之側向部分中(未展示)。

根據本創作之一項實施例，配置在流動通道1之彎曲部分之外部部分處的外部開口10之直徑，即距彎曲部分與曲率中心之最大距離，大於形成在流動通道1之彎曲部分之內部部分處的內部開口20之直徑，即距彎曲部分與曲率中心之最小距離。外部開口10之直徑及內部開口20之直徑係取決於待過濾之特定流體中懸浮顆粒之大小而形成。替代地，外部開口10之直徑及內部開口20之直徑可被實施為相等。藉由實驗已經確定，取決於通道1之彎曲部分之幾何形狀及流體流參數，可在通道1之外表面處形成局部增大壓力區域，其中相對大顆粒之濃度增加。在外部開口10之配置之其中一種變型中，此等開口之配置精確地設置在此等增大壓力區域中，從而促進相對大顆粒自流體流更有效地排出。此外，已經觀測到，迪恩渦流之位置亦取決於流動通道1之局部彎曲程度及流動參數，其中在流動通道1之彎曲部分之內部部分處之迪恩渦流形成減小壓力區域，其中相對小懸浮顆粒之濃度增加。在過濾器之實施例中之一者中，在流動通道1之彎曲部分之內部部分處的內部開口之配置精確地設置在此等減小壓力區域中，從而提高了相對小懸浮顆粒自流排出之效率。局部增大壓力區域在流動通道之彎曲部分之外部部分處之形成及減小壓力區域在流動通道之彎曲部分之內部部分處之形成分別亦係藉由流動通道1之曲率半徑之局部改變(未展示)或藉由在通道1之內部表面設置局部收縮物或障礙物(未展示)來達成，從而增強了形成增大壓力區域及在流體流中形成迪恩渦流之效應，因此形成了意欲用於排出之懸浮顆粒收集區域。在此情況下，外 部開口10及內部開口20分別定位在對應之增大壓力區域及減小壓力區域中，或此等開口在此等區域中之數量超過此等開口在通道1之其他區域中之數量。

在本創作之實施例中之一者中，收縮物或障礙物設置在低壓腔室之內表面上，從而形成了自流動通道1排出之懸浮顆粒之收集區域及/或沈澱區域(未展示)。此實施例使得有可能不在流30離開低壓腔室2之情況下排出懸浮顆粒，或不排出所有懸浮顆粒，而是將懸浮顆粒收集在低壓腔室2之內壁上，以隨後定期地移除懸浮顆粒。

在本創作之實施例中之一者中，外部開口10及內部開口20可以受控方式覆蓋，從而允許僅使定位在流動通道1中之上述壓力增大區域或壓力減小區域中具有最大濃度之懸浮顆粒的彼等開口敞開。

流動通道1可整合至殼體中或係可移除的，即可將流動通道1自低壓腔室2抽出，從而允許定期地清潔流動通道1。

另外，可將具有黏合劑及/或消毒性質之組成物施加於流動通道1之內表面及/或低壓腔室2之內表面上，懸浮顆粒及/或病毒及細菌在該組成物上沈降及/或被中和。此促進更有效地清潔流體以清除懸浮在其中之顆粒(未展示)。作為一種變型，可施加蛋白質組成物，當接觸病毒或細菌時，病毒或細菌由於離子-陽離子化合物而黏附於蛋白質組成物。浸漬化合物可包含具有結合懸浮顆粒之性質之其他成分，包括消毒或結合物質。

根據本創作之實施例中之一者，過濾器包含若干流動通道(未展示)，該若干流動通道具有用於吸入流體之共同入口開口及用於將經清潔流體自各流動通道排出之共同出口開口。此促進在由於待處理之流體 之體積之增加之情況下提高過濾器之生產率。

圖3以字母a、b及c展示所提出之管狀過濾器21之連接之三項可能實施例。圖3a示意性地展示圖2所呈現之管狀過濾器21之實施方案之實施例。附圖標記對應於圖2中之附圖標記。圖3僅呈現管狀過濾器21之不同元件彼此之間的連接之總體一般順序方案。示意性展示之流動通道1連接至具有出口開口5之低壓腔室2。在流動通道1之入口開口處配置有用於產生氣流之單元6，流體3經由單元6自環境中被吸入並被噴射至流動通道1中，由管狀過濾器21清潔之流體4自流動通道1排出。由於用於產生氣流之單元6，在流動通道1中產生了與低壓腔室2相比增大之壓力。經過濾之懸浮顆粒自流動通道1傳遞至低壓腔室2中並通過低壓腔室2之出口開口5在箭頭30之方向上排出至周圍氛圍中。

圖3b展示所提出之管狀過濾器21之連接之替代實施例，其與圖3a所展示之實施例的不同之處僅在於，以第一抽吸泵之形式實施的用於產生低壓之單元7連接至低壓腔室2之出口開口5，從而促進降低低壓腔室2中之壓力，且因此增加了自流動通道1通過外部開口及內部開口傳入低壓腔室2之流體流，其中此流帶走了經過濾之懸浮顆粒。過濾設備之此構造促進增加過濾過程之有效性。

圖3c展示所提出之管狀過濾器21之連接之替代實施例，其與圖3b所展示之實施例的不同之處僅在於，代替連接至流動通道1之入口開口之噴射泵6，設置了連接至流動通道1之出口開口之第二抽吸泵8作為用於在流動通道1中產生氣流之單元。在此情況下，在流動通道1中之流體流由第二抽吸泵8產生，在由箭頭3指示之方向上將流體吸入流動通道1之入口開口，當通過流動通道1之後，被清潔以清除懸浮顆粒之流體流在由 箭頭4指示之方向上被引導，經由第二抽吸泵8泵送。在此實施例中，重要的是，用於產生低壓之單元7在低壓腔室中比第二抽吸泵8在流動通道1中之產生更小的壓力。

所提出之管狀過濾器21之連接之每一上述實施例提供了藉由吹、沖洗或浸入清潔溶液之過程來清潔流動通道1及/或低壓腔室2的可能性。

圖4展示過濾單元22之原理構造，其中具有活化之流體(特別係空氣)流。箭頭3象徵性地係指待清潔之進入氣流。箭頭30係指自低壓腔室排出之氣流。箭頭4表示由過濾單元22清潔之氣流。

圖5展示根據過濾單元22之實施例中之一者之過濾單元22裝置的原理方塊圖。在上述任何實施例中，過濾單元22之必要部分係管狀過濾器21。待清潔之進入氣流通過用於將環境空氣饋入至管狀過濾器21中之入口開口11進入管狀過濾器21。箭頭30係指通過出口開口16自低壓腔室排出並含有由管狀過濾器21過濾之懸浮顆粒之氣流。由管狀過濾器21清潔之氣流4進入過濾單元22之第一腔室31。圖5所展示之腔室31至35係用於實施如下文所描述之特定功能之區。腔室31至35之數目及位置次序可取決於過濾系統要完成之任務而變化。在展示過濾單元22之實施例實例之圖5中，如由配置在個別腔室31至35之間的直立定向之箭頭所展示，將經清潔氣流逐次地自一個腔室導引至另一腔室中。

第一腔室31係用於將在流動通道1中未被過濾之流之懸浮顆粒沈積在第一腔室之壁及/或底部上的腔室。第一腔室31之入口開口連接至管狀過濾器21之流動通道之出口開口，且第一腔室31本身配置成使氣流至少沿著其一個部分自底部向上移動，藉此係重力過濾器。其中，在 管狀過濾器21之流動通道中未被過濾之流之懸浮顆粒可沈積在第一腔室之底部及/或其壁上。第一腔室31之出口連接至第二腔室32之入口，第二腔室32具有配置在內部用於過濾未被第一腔室31過濾之懸浮顆粒之HEPA型或ULPA型之過濾器。在功能上，第一腔室31及第二腔室32不係必須分離的，但替代地，第二腔室32之上述過濾器可配置在第一腔室31之上部部分中。第一腔室31之設置係選用的，使得在過濾單元22之替代實施例中可不存在第一腔室31。第二腔室32之出口連接至第三腔室33之入口以用於將額外物質引入至氣流中。因此，在第三腔室33中存在噴嘴(未展示)，用於將芳香族物質及/或藥用物質噴射至流過第三腔室33之氣流中。此提供了在必要時將供應給使用者用於呼吸之空氣芳香化及/或例如在患有哮喘病之情況下將藥用物質添加至先前清潔之氣流中的選項。第三腔室33之設置係選用的，使得在過濾單元22之替代實施例中可不存在第三腔室33。第三腔室33之出口連接至第四腔室34之入口，第四腔室34表示用於調節先前清潔之氣流之腔室。在第四腔室34中配置有一設備，該設備用於加熱及/或冷卻通過該設備之氣流。此允許在氣候炎熱之國家冷卻經清潔氣流，或反之亦然，在環境空氣之低溫下將通過此腔室之經清潔氣流加熱至舒適溫度，例如20℃至40℃。在過濾單元22中第四腔室34之設置係選用的，使得在過濾單元22之替代實施例中可不存在第四腔室34。第四腔室34之出口連接至第五腔室35之入口以用於加濕或乾燥通過此腔室之氣流。第五腔室35允許例如藉由將通過腔室之空氣加濕或乾燥至可接受之位準(例如達到30%至60%之濕度位準)來給通過腔室之空氣提供對於使用者而言舒適之濕度位準。此腔室35之設置係選用的，使得在過濾單元22之替代實施例中可不存在第五腔室35。

所提出之創作之一個主題係如本創作之技術方案3的用於過濾受污染的環境空氣之系統。所提出之用於過濾受污染的環境空氣之系統包含如例如圖4或圖5所展示之至少一個過濾單元22，過濾單元22具有至少一個管狀過濾器21。該過濾單元藉此設置有用於將環境空氣流饋入至管狀過濾器21中之入口開口11、用於將經清潔空氣自過濾單元22排出的過濾單元22之出口開口15，及用於將懸浮顆粒自低壓腔室排出之出口開口16。過濾單元22亦設置有用於對用於在流動通道1中產生氣流之單元6進行受控調節之控制單元，以及電力供應單元。此類過濾系統可用於例如在將空氣饋入至生活住所、車輛內部或要佩戴在使用者之面部上之呼吸面罩時清潔空氣。此過濾系統之優點係可以對過濾裝置進行清洗及/或消毒，過濾裝置可以多次使用。

圖6展示過濾系統之一項實施例之操作原理圖。該過濾系統具有過濾單元22，如上文所展示，過濾單元22由至少一個管狀過濾器(未展示)組成。環境空氣通過入口開口11進入過濾單元22以用於將空氣饋入至管狀過濾器(未展示)中。進入過濾單元22之空氣之移動方向由箭頭3表示。此外，如上文所描述，饋入至管狀過濾器21之進入氣流3藉由用於產生氣流之單元6被噴射至管狀過濾器(未展示)之流動通道中。自進入氣流3過濾之懸浮顆粒自配置在過濾單元22中之低壓腔室(未展示)偏轉通過出口開口16。由過濾單元22清潔之空氣通過過濾單元22之出口開口15自過濾單元22排出，通過空氣管道43進入呼吸面罩40。過濾單元22包括用於對用於產生氣流之單元6進行受控調節之控制單元17，用於允許操作控制單元17及用於產生氣流之單元6之電力供應單元18。不用說，電力供應單元18亦可用於在過濾單元22中視情況使用之其他系統。呼吸面罩40要 佩戴在使用者之面部上，並包含至少覆蓋使用者之面部之鼻子及嘴巴部分之面部部分41，以及用於將面罩緊固在使用者之面部上之頭部固持件42。根據本創作之另一實施例，代替圖6所展示之使用者面罩40，經清潔空氣供應至車輛內部或生活住所中。

圖7展示過濾系統之一項實施例，其附圖標記對應於圖6中之附圖標記。為了避免重複與圖6之過濾系統相關地所描述之特徵，在圖7之過濾系統之實施例中僅考慮經修正特徵。圖7所展示之過濾單元22包含管狀過濾器，該管狀過濾器包括用於在流動通道1中產生氣流之單元6，流動通道1之入口連接至用於產生氣流該單元6，且出口連接至第一腔室31。流動通道1被圍封在低壓腔室2中，低壓腔室2包含用於將懸浮顆粒自低壓腔室2排出之出口開口16及用於在低壓腔室2中產生低壓之單元7。第一腔室31連接至流動通道1之出口開口14，並配置為當過濾單元22操作時使氣流向上移動。因此，第一腔室31係重力過濾器，其中未在流動通道1中被過濾之懸浮顆粒由於重力沈積及沈澱在第一腔室31之底部及/或壁上。對第一腔室31之橫截面尺寸及高度進行選擇，使得在由管狀過濾器清潔之氣流4中含有之懸浮顆粒由於其自身之重量而沈積在腔室之底部上，且不會被此流輸送至第一腔室31之上部部分。在第一腔室31之上部部分中配置有用於進一步清潔空氣之HEPA過濾器36並設置有過濾單元之出口開口15，通過出口開口15，沿著連接至出口開口15之空氣管道43要自過濾單元22排出之流37被導引至呼吸面罩40。空氣管道43藉由配置在面罩40兩側之兩個連接單元44連接至呼吸面罩40，其中空氣管道自面罩側被分開，使得自過濾單元排出之流37經由兩個連接單元44進入面罩，即在面部41及使用者之面部所界定之區域中。空氣管道43亦可自連接至出口 開口15之側分開或接合在共同導管中。

控制單元17經構形以用於對用於在流動通道中產生氣流之單元6及用於在低壓腔室2中產生低壓之單元7進行受控調節。其中，控制單元17經構形以藉由緊鄰於過濾單元之出口開口15配置之感測器19來控制過濾單元22之出口開口15中的經清潔空氣之壓力。替代地，感測器19可配置在第一腔室31之任何位置處、空氣管道43之任何位置處或連接單元44中之一者中。控制單元17與其所連接之上文所列出之裝置之間的功能連接在圖7中用虛線示意性地展示。電力供應單元18在功能上連接至控制單元17、連接至設備6用於產生流、連接至單元7用於產生低壓，以及取決於壓力感測器19之構造而連接至此感測器19。控制單元17經構形以取決於過濾單元之出口開口15中的經清潔空氣之壓力來控制饋入至管狀過濾器中之空氣之循環及體積，允許由於當使用者吸氣時分別在面罩40中及空氣管道43中以及在過濾單元之出口開口15中壓力之減小及當使用者呼氣時壓力之增大而控制用於在管狀過濾器中產生氣流之單元6之操作。在過濾系統之替代實施例中，控制單元17經構形以取決於過濾單元之出口開口15中的經清潔空氣之壓力來控制由用於產生低壓之單元7吸入之空氣之循環及體積。

在過濾系統之替代實施例中，控制單元17經構形以將在使用者吸氣期間及使用者呼氣期間過濾單元之出口開口15中及呼吸面罩40中之壓力分別維持在高於大氣壓力之0.001%至20%。其中，呼吸面罩40經構形以由於面罩內部產生之與周圍壓力環境相比之過剩氣壓而釋放空氣，釋放空氣係通過在使用者之面部與面部部分41之間的插入件49及/或通過在面部部分41與使用者之面部之間的間隙位置及/或通過設置在面罩 40中之至少一個開口及/或閥(未展示)進行的。

在圖4所展示之過濾系統之最佳實施例中，過濾單元22位於單一殼體中，該單一殼體具有用於將環境空氣饋入至管狀過濾器中之入口開口11，具有過濾單元之用於將經清潔空氣排出之出口開口15，並具有用於將懸浮顆粒自低壓腔室排出之出口開口16。此允許將過濾單元22用作行動裝置，該行動裝置可藉由條帶或其他緊固裝置緊固至使用者身體。

圖8展示過濾單元22之替代實施例，其中用於將環境空氣饋入至管狀過濾器中之入口開口11、過濾單元之用於將經清潔空氣排出之出口開口15及用於將懸浮顆粒自低壓腔室排出之出口開口16配置在單獨模組38中，模組38與過濾單元22之單一殼體相距一距離。此允許將過濾單元22定位在習知背包中，其中具有過濾單元之入口開口及出口開口之外部模組38配置在背包之外表面上，其中用於將環境空氣饋入至管狀過濾器中之入口開口11及用於將懸浮顆粒自低壓腔室排出之出口開口16與環境空氣直接接觸，因此允許氣流3及30分別無限制地進入過濾單元22及自過濾單元22排出。在過濾系統之此實施例中，空氣管道43直接連接至過濾單元22之位於外部模組38上之出口開口15。

圖9展示具有連接單元44之構形的呼吸面罩40之實施例之實例。在呼吸面罩40之透明面部部分之相對終端區域中之每一者上配置有緊固環45，緊固環45上設置有磁性環元件52。每一連接單元44被進一步實施為圓形並具有扁平圓柱體之形狀。在連接單元44之外表面上設置有磁性環元件50，當將連接單元44施加至緊固環45時，由於連接單元44之磁性環元件50及緊固環45之磁性環元件52之彼此吸引，磁性環元件50被磁性地固持在緊固環45上，以及由於面部部分41之彈性，其緊固環45將連 接單元44壓向使用者之頭部，自外部與連接單元44重疊。連接單元44在緊固環45上之此類緊固允許將連接單元44圍繞由磁性元件50及52界定之共同中心51轉動。連接單元44相對於緊固環45之轉動方向由箭頭54表示。代替磁性環元件50及52或除了磁性環元件50及52之外，亦可使用磁體53，各磁體53分別圍繞緊固環45及連接單元44之幾何中心51以方格狀分別配置在如圖9所展示之緊固環45之表面上及連接單元44之外表面上，彼此之間具有固定等間隔角節距。連接單元44至緊固環45之此類磁性緊固允許逐步改變連接單元44相對於緊固環45之旋轉角度。此允許改變呼吸面罩40在使用者面部上之佩戴角度，從而允許使用者自行將面罩40之所需保持角度調整至對使用者而言方便之位置中。替代如圖9所展示的藉由磁體將連接單元44緊固至緊固環45上之實施例，緊固可藉由先前技術中已知之任何方式以行動或不動方式來實現，例如藉由具有固定偏移步數之齒輪式突起部。

在連接單元44之周邊部分中配置有空氣管道43至連接單元44之緊固單元56，其中緊固單元56設置有用於空氣管道43及連接單元44之可拆卸連接之凹部48。空氣管道之緊固單元56經構形以在連接單元44之平面內在由箭頭58所表示之方向上轉動。空氣管道之緊固單元至連接單元44之此類樞軸式緊固允許將空氣管道配置為對於使用者而言最方便的空氣管道43之佩戴角度。替代如圖9所展示將空氣管道43緊固至連接單元44之實施例，可將空氣管道以不可分離之方式緊固至連接單元44。空氣管道43之緊固單元56經構形使得自過濾單元22排出之氣流直接滲透至面罩下方的由呼吸面罩之面部部分41、插入件49及使用者之面部所界定之空間中。插入件49配置在呼吸面罩之面部部分41之終端區域上，並用於對使 用者之面部與面罩之間的空間之終端區域以及使用者之面部與面罩40之面部部分之緊固環45之間的空間之終端區域進行調適性填充。在最佳實施例中，插入件49由柔軟透氣材料製成，諸如泡沫塑膠。

連接單元44之側表面進一步設置有用於將頭部固持件42緊固在連接單元44上之凹部46。頭部固持件42經構形以藉由其端部元件可移除地緊固在凹部46中。替代地，頭部固持件42與連接單元44之緊固可係不可分離的。頭部固持件42係以配置在使用者之後部頭部之彎曲耳朵固持件的形式實施。替代地，頭部固持件可被實施為覆蓋使用者頭部之頂骨部分之條帶固持件。圖9所展示之面罩之實施例允許自連接單元44拆卸及新附接任何元件，即面罩40本身、頭部固持件42或空氣管道43，而無需將連接單元44自頭部移除及在空氣管道43附接至連接單元44之情況下將連接單元44緊固至頭部。此外，此允許在無需自連接單元44拆卸其餘元件之情況下更換面罩40，其中更換面罩可被實施為覆蓋使用者之一半面部或完全覆蓋使用者之面部。

圖10展示可在所提出之過濾系統中使用之面罩40之替代實施例。面罩40具有為整個面部防護罩之面部部分41，即自使用者之下巴至前額完全覆蓋使用者之面部。面部41被製成透明且可至少部分地著色。在面部41之上部部分中配置有固持元件55，固持元件55被實施為使得至少其下部部分鄰近於使用者之頭部之頂骨區域(未展示)。在圖10中，固持元件55被展示為在自面部部分41至使用者頭部之後部之方向上具有橢圓形形狀。固持元件55被實施為彎曲，使得其鄰近於面部部分41之下部部分向下凹，以便覆蓋使用者之頭部之頂骨部分。替代地，固持元件55可被實施為具有任何形狀，若自上方觀察，則為例如圓形、基本上矩形或基本 上三角形。在此點上，重要的是，其下部部分包裹使用者之頭部之頂骨部分，以便將面罩40固持在使用者之頭部上，而無需額外固持裝置。在連接固持單元55之後部部分中，即在其遠離面罩之面部部分41之端部處，設置有用於空氣管道43之可拆卸或不可拆卸連接之凹部48，凹部48沿著在圖10中未展示之通道將由過濾單元清潔之空氣饋入至面罩40中，該通道配置在固持元件55中且以其在凹部48中之後部部分開始並以固持元件55之前部部分結束，其中具有通向分別由面罩40之內表面及使用者之面部或頭部形成之空間的出口。經清潔空氣通過安裝在凹部48中之空氣管道43被饋入至呼吸面罩40中、饋入至呼吸面罩40之面部部分41中。沿著固持元件55下部部分之周邊以及沿著面部部分41之周邊配置有插入件49以用於分別對使用者之頭部之頂骨部分與連接固持單元之間或使用者之面部與面部41之間的空間之終端區域進行調適性填充。在最佳實施例中，插入件49由柔軟透氣材料製成，例如泡沫塑膠。圖10所展示之面罩之實施例之一個優點係在固持元件55安裝在面罩上之情況下將面罩之重心配置在使用者之頭部之頂骨部分附近，此允許無需額外固持上具而將面罩固持在使用者之頭部上。

過濾系統之上述實施例允許藉由泵送洗滌劑及/或消毒液通過過濾單元22之腔室2、31至35中之至少一者並隨後對其進行乾燥來清洗過濾單元22。舉例而言，可用自來水通過將自來水倒入過濾單元22之入口開口及/或出口開口中而對過濾系統進行洗滌。亦可藉由使用靜態基座(未展示)來清洗過濾系統，靜態基座經構形以藉由泵送洗滌劑及/或消毒液通過過濾單元22之腔室2、31至35中之至少一者並隨後對其進行乾燥之手動或自動清潔來清潔過濾單元22。乾燥過程包括使用配置在靜態基座中之 通風機來乾燥上述腔室之內表面並倒出殘留水分。亦可使用配置在靜態底座中之通風泵來排出殘留流體。靜態基座亦經構形以用於給電力供應單元18充電。

在過濾系統之替代實施例中，控制單元17適於無線或有線連接至行動裝置(未展示)，以用於控制過濾系統之操作及/或用於顯示過濾系統之功能參數。

所提出之過濾系統可在用於清潔空氣之個別系統中使用，以及在用於清潔車輛中之空氣及清潔住所中之空氣的系統中使用。

當使用所提出之過濾系統用於過濾車輛中之空氣、用於清潔供應至車輛內部之空氣、用於內部之空氣內部循環或用於清潔待供應至引擎中之空氣時，該系統可用作所提出之管狀過濾器形式之上述系統，其中將空氣噴射至其內部，且隨後將空氣傳遞至腔室中，以藉由HEPA過濾器(如圖7所展示)或其他任何精細淨化過濾器進行額外清潔。該系統可用作完全實現之過濾系統，或用作車輛之常規清潔系統之初步清潔過濾器。

該系統之使用允許實質上延長用於過濾空氣中未被管狀過濾器過濾之顆粒之精細淨化過濾器之使用壽命。

1:流動通道

2:低壓腔室

3:需要清潔之流體之進入流

4:經清潔流體

6:用於在流動通道1中產生氣流之單元

8:第二排出泵

10:外部開口

12:流動通道1之入口開口

14:流動通道1之出口開口

20:內部開口

21:管狀過濾器

30:自低壓腔室排出之流

Claims (20)

1. 一種用於動態地清潔含有懸浮顆粒之一氣流之管狀過濾器(21)，其包含至少一個流動通道(1)，其在至少一個部分中係彎曲的，具有一預定固定或可變曲率半徑，用於在該流動通道(1)中產生該氣流之一單元(6、8)，及一低壓腔室(2)，該流動通道(1)之該彎曲部分至少部分地配置在該低壓腔室(2)中，且該低壓腔室(2)經構形以產生相對於該流動通道(1)中之該流之壓力減小之一壓力，其特徵在於，用於產生該氣流之該單元(6、8)經構形以在該流動通道(1)之該彎曲部分處形成迪恩渦流，且在該流動通道(1)之該彎曲部分之外部部分及內部部分上，分別形成用於將該等懸浮顆粒自該流動通道(1)排出至該低壓腔室(2)中之外部開口(10)及內部開口(20)。
2. 如請求項1之管狀過濾器(21)，其中該等外部開口(10)之直徑大於該等內部開口(20)之直徑。
3. 一種用於過濾受污染的環境空氣之系統，其包含至少一個過濾單元(22)，其包含至少一個如請求項1或2之管狀過濾器(21)，該至少一個過濾單元(22)具有 一入口開口(11)，其用於將環境空氣饋入至該管狀過濾器(21)中，該過濾單元(22)之一出口開口(15)，其用於排出經清潔空氣，一出口開口(16)，其用於將懸浮顆粒自一低壓腔室(2)排出，一控制單元(17)，其用於對該單元(6)進行受控調節以在一流動通道(1)中產生一氣流，一電力供應單元(18)。
4. 如請求項3之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其包含要佩戴在一使用者之面部上之一呼吸面罩(40)，該呼吸面罩(40)包含至少覆蓋該使用者之該面部之鼻子及嘴巴部分的一面部部分(41)，及用於將由該過濾單元(22)清潔之該空氣自該過濾單元(22)之該出口開口(15)饋入至該呼吸面罩(40)中的至少一個空氣管道(43)。
5. 如請求項3之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其包含用於在該低壓腔室(2)中產生低壓之一單元(7)，其中該控制單元(17)經構形以用於對該單元(7)進行受控調節以產生低壓及/或對該過濾單元(22)之該出口開口(15)中的該經清潔空氣之該壓力進行受控調節。
6. 如請求項4或5之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中該控制單元(17)經構形以取決於該過濾單元(22)之該出口開口(15)中的該經清潔空氣之該壓力來控制饋入至該管狀過濾器中之該空氣之循環及體積，允許由於當該使用者吸氣時分別在該面罩(40)中及該空氣管道(43)中以及在該過濾單元(22)之該出口開口(15)中壓力之一減小及當該使用者呼氣時壓力之 一增大而控制用於在該管狀過濾器(21)中產生一氣流之該單元(6)之操作。
7. 如請求項4或5之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中該控制單元(17)經構形以將在該使用者吸氣期間以及該使用者呼氣期間該過濾單元(22)之該出口開口(15)中及該呼吸面罩(40)中之該壓力分別維持在高於大氣壓力之0.01%至20%，其中該面罩(40)經構形以由於由該空氣管道(43)在該面罩(40)內部產生之過剩氣壓而釋放該空氣，釋放該空氣係通過在該使用者之該面部與該面部部分(41)之間的一插入件(49)，及/或通過在該面部部分(41)與該使用者之該面部之間的一間隙位置，及/或通過設置在該面罩(40)中之至少一個開口及/或閥進行的。
8. 如請求項3至5中任一項之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中該等過濾單元(22)中之至少一者包含以下所列出之額外腔室中之至少一者，該等額外腔室逐次地連接至該流動通道(1)之一出口開口(14)：一第一腔室(31)，其用於將未被該流動通道(1)過濾之該流之懸浮顆粒沈積在該第一腔室(31)之壁及/或底部上，一第二腔室(32)，其含有HEPA過濾器或ULPA過濾器，一第三腔室(33)，其用於將芳香化物質及/或藥用物質噴射至流過該第三腔室(33)之一經清潔氣流中，一第四腔室(34)，其用於加熱或冷卻饋入至該空氣管道(43)中之該空氣， 一第五腔室(35)，其用於加濕或乾燥饋入至該空氣管道(43)中之該空氣。
9. 如請求項8之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中該過濾單元(22)配置在一單一殼體中，該單一殼體容納該管狀過濾器(21)、用於將一環境空氣流饋入至該管狀過濾器(21)中之該入口開口(11)、該過濾單元(22)之用於將經清潔空氣排出之該出口開口(15)、用於將懸浮顆粒自該低壓腔室(2)排出之該出口開口(16)、用於在該低壓腔室(2)中產生低壓之該單元(7)、該等額外腔室(31至35)、該控制單元(17)、該電力供應單元(18)，或用於將一環境空氣流饋入至該管狀過濾器(21)中之該入口開口(11)、該過濾單元(22)之用於將經清潔空氣排出之該出口開口(15)、用於將懸浮顆粒自該低壓腔室(2)排出之該出口開口(16)配置在與該單一殼體相距一距離之一單獨模組(38)中。
10. 如請求項3至5中任一項之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中該渦旋形流動通道(1)被實施為具有1mm至30mm之一內徑並具有該通道在其中心線之方向上之10mm至100mm之一曲率外徑，其中該等開口(10、20)被製成大小為0.1mm至2mm之圓形或橢圓形。
11. 如請求項8之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中該第一腔室(31)與該流動通道(1)之該出口開口(14)連接，並經配置以用於使該氣流至少沿著其部分中之一者自底部向上移動，藉此係一重力過濾器。
12. 如請求項4或5之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中該呼吸面罩(40)之該面部部分(41)被實施為一透明護目鏡之形式，該透明護目鏡之邊緣基本上複製該使用者之該面部之鄰近輪廓。
13. 如請求項4或5之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中在該面罩(40)之兩側上之每一側上配置有一個連接單元(44)，該連接單元(44)經構形以與該面罩之該面部部分(41)、一頭部固持件(42)及該空氣管道(43)彼此進行靜態或可拆卸連接。
14. 如請求項4或5之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中該面罩(40)包含用於將該面罩緊固在該使用者之該面部上之該頭部固持件(42)。
15. 如請求項14之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中用於將該面罩安裝在該使用者之該面部上之該頭部固持件(42)被實施為配置在該使用者之後部頭部上之一彎曲耳朵固持件之形式，或與覆蓋該使用者之該後部頭部及該頭部之頂骨部分之至少一個條帶組合。
16. 如請求項4或5之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其中該面罩(40)係一全面部面罩，該全面部面罩具有配置在該面罩之該面部部分(41)之上部部分中並將該面罩(40)固持在該使用者之該頭部上的一固持元件(55)，該元件(55)經構形以與該空氣管道(43)進行靜態或可拆卸連接，其中該固持元件(55)被實施為使得其在形狀上至少部分地鄰近於該使用者之 該頭部之該頂骨部分。
17. 如請求項3至5中任一項之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其包含饋入至該管狀過濾器(21)中之該空氣之組成物之至少一個分析器，該分析器經構形以對該空氣中含有之有機組分及/或非有機組分進行一定性及/或定量評估。
18. 如請求項3至5中任一項之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其經構形以藉由泵送一洗滌劑及/或一消毒流體通過該過濾單元(22)之腔室(2、31至35)中之至少一者並隨後對其進行乾燥來清洗該過濾單元(22)。
19. 如請求項3至5中任一項之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其包含一靜態基座，該靜態基座經構形以用於藉由泵送一洗滌劑及/或一消毒流體通過該過濾單元(22)之腔室(2、31至35)中之至少一者並隨後對其進行乾燥來手動地或自動地清潔該過濾單元(22)，及/或給該電力供應單元(18)充電。
20. 如請求項3至5中任一項之用於過濾受污染的環境空氣之系統，其包含用於一行動裝置之一應用程式，該應用程式充當用於該使用者之控制及/或用於顯示該過濾系統之功能參數的一介面。

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