ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
FILTERING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к фильтрующему устройству для фильтрования частиц, в частности наночастиц, транспортируемых в текучей среде, для определения подверженности фильтрующего устройства воздействию наночастиц в соответствии с п. 1 формулы изобретения, к приемному блоку для такого фильтрующего устройства в соответствии с п. 13 формулы изобретения, собирающему устройству с приемным блоком в соответствии с п. 15 формулы изобретения и к системе в соответствии с п. 16 формулы изобретения.
Уровень техники
Заявка WO 2016/150991 текущего заявителя раскрывает собирающее устройство для сбора наночастиц, транспортируемых в текучей среде, для определения подверженности фильтрующего устройства воздействию наночастиц. Устройство по WO 2016/150991 может, например, носить пользователь, работающий в окружающей среде, в которой присутствуют наночастицы.
Раскрытие сущности изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в предоставлении компактного сточки зрения размера фильтрующего устройства. В частности, задача изобретения заключается в предоставлении фильтрующего устройства для использования в собирающем устройстве по WO 2016/150991.
Данная задача решена фильтрующим устройством по п. 1. Согласно ему, фильтрующее устройство для фильтрования наночастиц, транспортируемых в текучей среде, для определения подверженности фильтрующего устройства воздействию наночастиц, содержит:
опорный элемент с верхней поверхностью, нижней поверхностью, боковой поверхностью и по меньшей мере одним каналом для текучей среды, имеющим впускное отверстие для текучей среды и выпускное отверстие для текучей среды, причем верхняя поверхность и нижняя поверхность проходят по существу параллельно друг к другу, и
по меньшей мере один фильтрующий элемент с собирающей поверхностью, выполненной с возможностью осаждения на ней наночастиц, причем фильтрующий элемент расположен в указанном канале для текучей среды для сбора наночастиц, транспортируемых в указанной текучей среде.
Собирающая поверхность по меньшей мере одного фильтрующего элемента ориентирована параллельно верхней поверхности и/или нижней поверхности. Более того, устройство также преимущественно с точки зрения процесса сканирования собирающей поверхности при анализе собранного количества наночастиц.
Благодаря параллельному ориентированию фильтрующего элемента по отношению к верхней и нижней поверхностям, можно обеспечить опорный элемент в виде довольно плоской структуры. Это означает, что может быть обеспечена боковая поверхность, проходящая между верхней и нижней поверхностями, имеющая небольшой размер на виде, перпендикулярном верхней и нижней поверхностям.
Термин «наночастицы» следует понимать, как включающий в себя частицы размером от 1 нанометра до 20 микрометров.
Термин «наночастицы» включает в себя, но не ограничивается, по меньшей мере одно или комбинацию из следующего: углеродные нанотрубки, и/или углеродные нановолокна, и/или углеродные нанопластинки, и/или твердые частицы 2,5 и другие нанотрубки и нановолокна. Термин «текучая среда» предпочтительно относится к воздуху или любой другой текучей среде.
Предпочтительно, фильтрующий элемент расположен в фильтрационной камере, являющейся частью канала для текучей среды и ограниченной боковыми стенками и несущей поверхностью, на которой расположен фильтрующий элемент. Несущая поверхность ориентирована параллельно верхней поверхности и/или нижней поверхности.
Фильтр лежит на несущей поверхности, а боковые стенки обеспечивают препятствие движению фильтрующего элемента вбок к несущей поверхности. Боковая стенка предпочтительно полностью охватывает несущую поверхность с учетом ее периферии и предпочтительно ориентирована перпендикулярно несущей поверхности.
Предпочтительно, фильтрующий элемент удерживается в фильтрационной камере адгезивным связывающим соединением, или механическим соединением, или зажимным соединением.
Фильтрующий элемент или собирающая поверхность, соответственно, предпочтительно имеет форму прямоугольника или квадрата на виде, перпендикулярном собирающей поверхности. Вследствие этого, длина кромки прямоугольника или квадрата намного больше, чем толщина фильтрующего элемента.
В первом предпочтительном варианте осуществления несущая поверхность перпендикулярна потоку текучей среды и обращена к каналу для текучей среды в направлении потока текучей среды, или расположена в обратном от текучей среды направлении. Вследствие этого, текучая среда протекает через отверстие в несущей поверхности, причем отверстие покрыто фильтрующим элементом.
Во втором предпочтительном варианте осуществления несущая поверхность параллельна потоку текучей среды. Вследствие этого, текучая среда проходит через фильтрующий элемент, перетекая по нему.
Оба варианта осуществления являются преимущественными с точки зрения обеспечения хороших результатов при осаждении наночастиц на фильтрующем элементе.
В первом предпочтительном варианте осуществления фильтрующий элемент расположен таким образом, чтобы текучая среда протекала через собирающую поверхность. Это означает, что текучая среда действительно пересекает фильтрующий элемент.
В первом варианте первого варианта осуществления канал для текучей среды выходит в фильтрационную камеру через ее боковую стенку. Вследствие этого, несущая поверхность расположена на расстоянии по отношению к каналу для текучей среды таким образом, чтобы фильтрующий элемент мог быть установлен на несущей поверхности. В данном случае несущая поверхность содержит отверстие, таким образом, чтобы канал для текучей среды продолжался в выпускное отверстие для текучей среды.
Во втором варианте первого варианта осуществления канал для текучей среды выходит в фильтрационную камеру через отверстие, пересекающее несущую поверхность. Через это отверстие фильтрующий элемент будет получать текучую среду. В данном случае несущая поверхность направлена в сторону отверстия текучей среды.
Во втором предпочтительном варианте осуществления фильтрующий элемент расположен таким образом, чтобы текучая среда перетекала по собирающей поверхности, причем канал для текучей среды расположен смежно фильтрационной камере таким образом, чтобы текучая среда перетекала по фильтрационной камере и фильтрующему элементу, расположенному в фильтрационной камере. В частности, фильтрационная камера обеспечивает протяжение канала для текучей среды.
Во всех упомянутых вариантах осуществления является предпочтительным, чтобы глубина фильтрационной камеры вдоль боковой стенки была намного меньше, чем ширина или длина фильтрационной камеры, в результате чего глубина определена в качестве направления, перпендикулярного верхней и нижней поверхностям.
В первом варианте осуществления ширина, длина и глубина фильтрационной камеры предпочтительно заданы таким образом, чтобы имелась возможность установить фильтрующий элемент в фильтрационную камеру целиком.
Во втором варианте осуществления ширина, длина и глубина фильтрационной камеры предпочтительно заданы таким образом, чтобы фильтрующий элемент мог проходить из фильтрационной камеры по меньшей мере частично в поперечное сечение канала для текучей среды. В частности, собирающая поверхность или части собирающей поверхности проходят в канал для текучей среды.
В первом варианте осуществления впускное отверстие для текучей среды расположено в боковой поверхности, а выпускное отверстие для текучей среды расположено в нижней поверхности, в результате чего канал для текучей среды будет отклоняться за счет отклонения на угол, который предпочтительно равен 90°, причем фильтрующий элемент предпочтительно расположен между отклонением и выпускным отверстием для текучей среды. Это устройство позволяет еще больше минимизировать расстояние между верхней поверхностью и нижней поверхностью, в результате чего поддерживается хороший поток текучей среды через фильтрующий элемент.
Во втором варианте осуществления впускное отверстие для текучей среды расположено в боковой поверхности, а выпускное отверстие для текучей среды расположено в нижней поверхности, в результате чего канал для текучей среды будет отклоняться за счет отклонения на угол, который предпочтительно равен 90°, причем фильтрующий элемент предпочтительно расположен между впускным отверстием для текучей среды и отклонением. Как и в первом варианте осуществления, это устройство позволяет еще больше минимизировать расстояние между верхней поверхностью и нижней поверхностью, в результате чего поддерживается хороший поток текучей среды над собирающей поверхностью фильтрующего элемента.
Предпочтительно во всех вариантах осуществления по меньшей мере некоторые из поверхностей, ограничивающих канал для текучей среды, или по меньшей мере поверхности опорного элемента, ограничивающие канал для текучей среды, по меньшей мере частично обеспечены электропроводящими свойствами.
В частности, опорный элемент выполнен из металлического материала, такого как, например, алюминий. Альтернативно, также возможно добавить соответствующее электропроводящее покрытие на поверхности опорного элемента, ограничивающие канал для текучей среды.
Электропроводящее покрытие является преимущественным, поскольку оно может предотвратить передачу заряда текучей средой на опорные элементы, что оказывает влияние на поток наночастиц в каналах.
Предпочтительно во всех вариантах осуществления, по меньшей мере в области фильтрующего элемента предусмотрен прозрачный элемент для того, чтобы области выше фильтрующего элемента были прозрачными. Прозрачность указанных областей позволяет производить визуальный анализ собирающей поверхности для определения количества осажденных на собирающей поверхности наночастиц.
Альтернативно, фильтрационный канал ограничен боковыми стенками, заданными опорным элементом, причем над фильтрационной камерой предусмотрено гнездо, проходящее от верхней поверхности в опорный элемент, причем в указанном гнезде расположен указанный прозрачный элемент. Иными словами: Прозрачный элемент выполнен в виде вставки, расположенной в гнезде, проходящем от верхней поверхности в опорный элемент над фильтрационной камерой. Предпочтительно, указанное гнездо имеет такое же поперечное сечение, что и фильтрационная камера на виде с верхней поверхности, или поперечное сечение указанного гнезда немного больше, чем поперечное сечение фильтрационной камеры на виде с верхней поверхности. В данном варианте предпочтительно, что на каждый фильтрующий элемент предусмотрен один прозрачный элемент.
Предпочтительно, канал для текучей среды обеспечен за счет канавок, проходящих от верхней поверхности в опорный элемент, причем канавки покрыты прозрачным элементом, причем прозрачный элемент проходит по существу над всей верхней поверхностью или над значительной частью верхней поверхности. Вследствие этого, канал для текучей среды частично ограничен боковыми стенками, обеспеченными за счет канавок в опорном элементе, и поверхностью прозрачного элемента.
Предпочтительно, прозрачный элемент контактирует плоскостями с верхней поверхностью опорного элемента.
В частном предпочтительном варианте осуществления верхняя поверхность снабжена ободком, проходящим от верхней поверхности и по меньшей мере частично вокруг верхней поверхности, в результате чего ободок ограничивает гнездо, в котором может быть установлен прозрачный элемент.
Предпочтительно, прозрачный элемент выполнен из плавленого кварцевого стекла или боросиликатного стекла, или циклоофелинового полимера (ЦОП), или циклоофелинового сополимера (ЦОС).
Предпочтительно, в частности, прозрачный элемент прозрачен для лазерного излучения с длиной волны в диапазоне от 514 до 785 нанометров, в частности 532 и 638 нм. Посредством указанного прозрачного элемента могут анализироваться наночастицы, осажденные на или в указанном фильтрующем элементе.
Предпочтительно, прозрачный элемент установлен на верхней поверхности посредством клеевого соединения или смазанного соединения, или зажимного соединения.
В частности, прозрачный элемент установлен на верхней поверхности посредством гидравлически герметичного соединения.
Предпочтительно, размеры фильтрующего элемента меньше размеров кубоида с длинами сторон 100 х 40 х 5 миллиметров или с длинами сторон 75 х 25 х 1,5 миллиметров.
2
2
2
2
2
Предпочтительно, размер поперечного сечения канала для текучей среды находится в пределах между 0,2 мм и 0,8 мм, или между 0,3 мм и 0,7 мм, или составляет 0,4 мм.
Предпочтительно, фильтрующее устройство на виде, перпендикулярном верхней поверхности, представляет собой по существу прямоугольник с длинной стороной и короткой стороной.
Нижеследующее является опциональными, но предпочтительными структурными элементами прямоугольной формы фильтрующего устройства: грани прямоугольника скошены; и/или
по меньшей мере одна из длинных сторон содержит углубление для расположения фильтрующего устройства в принимающем участке; и/или
по меньшей мере одна из длинных сторон содержит по меньшей мере одну наклонную установочную кромку, предпочтительно по меньшей мере две наклонные установочные кромки в форме треугольного выреза, проходящего через фильтрующий элемент.
Нижеследующее является дополнительными опциональными признаками фильтрующего устройства фильтрующего элемента, соответственно:
Как было упомянуто ранее, фильтрующий элемент содержит собирающую поверхность. Дополнительно, фильтрующий элемент может содержать улучшающую структуру, причем улучшающая структура расположена в соединении с указанной собирающей поверхностью. Если собирающая поверхность присутствует, указанные наночастицы осаждаются в области указанной собирающей поверхности и указанной улучшающей структуры. Собирающая поверхность с улучшающей структурой улучшает спектральные свойства указанных наночастиц, что позволяет легко производить анализ количества собранных наночастиц.
Благодаря данной улучшающей структуре анализ количества собранных наночастиц становится проще тем, что представляющие интерес наночастицы и другие частицы становится проще различать друг от друга.
Улучшающая структура является предпочтительной частью собирающей поверхности. Собирающая поверхность может быть задана как геометрически определенная поверхность или как геометрически неопределенная поверхность, в которой поверхность задана случайной структурой.
Выражение «в области указанной собирающей поверхности и указанной улучшающей структуры» предпочтительно следует понимать так, что частицы могут осаждаться на поверхности собирающего элемента или поблизости от собирающего элемента, или что частицы могут осаждаться по меньшей мере частично в фильтрующем устройстве.
Предпочтительно, указанная собирающая поверхность и указанная улучшающая структура выполнены с возможностью обеспечения усиленного поверхностью комбинационного рассеяния (УПКР) так, чтобы наночастицы могли быть обнаружены посредством спектроскопии комбинационного рассеяния. Улучшенная структура предпочтительно является УПКР-активной.
В первом варианте осуществления улучшающая структура содержит кромки, расположенные в плоскости, заданной поверхностью или указанной собирающей поверхностью указанного собирающего элемента. Кромки и плоскость обеспечивают геометрически определенную структуру.
Предпочтительно, в указанном первом варианте осуществления фильтрующий элемент является фильтровальной пластиной, имеющей множество пор фильтра, причем край указанного отверстия задает указанную кромку. В результате кромки в указанной фильтровальной пластине непосредственно заданы порами фильтра.
Поры фильтра могут быть цилиндрическими отверстиями, проходящими от передней стороны фильтровальной пластины до задней стороны фильтровальной пластины. Вследствие этого ободок цилиндрического отверстия в передней стороне задает указанную кромку.
Предпочтительно, указанные поры фильтра равномерно распределены по области указанной фильтровальной пластины, занимающей поперечное сечение канала для текучей среды. Предпочтительно, указанная область конгруэнтна поперечному сечению канала для текучей среды, ведущего к фильтровальной пластине.
Предпочтительно, ширина указанных пор фильтра находится в диапазоне от 20 до 900 нанометров, в частности в диапазоне от 30 до 200 нанометров.
8
10
Предпочтительно, плотность указанных пор фильтра находится в диапазоне от 10 до 10 пор на квадратный сантиметр. Поры предпочтительно расположены на равномерном отдалении друг от друга.
Предпочтительно, фильтрующий элемент содержит покрытие из благородного метала, такого, как платина, или серебро, или золото, или палладий. Указанное покрытие расположено таким образом, чтобы указанные наночастицы осаждались по меньшей мере частично на покрытых участках. Покрытые участки предпочтительно являются:
целой поверхностью фильтрующего элемента, или
по меньшей мере собирающей поверхностью фильтрующего элемента, или по меньшей мере кромками пор фильтра.
Покрытие является преимущественным, поскольку спектроскопические различия между наночастицами и другими частицами становятся более явными.
Предпочтительно, фильтровальная пластина сделана из материала нитрида кремния (SiN) или кремния (Si), или оксида алюминия, или пористого кремния.
Во втором варианте осуществления фильтрующий элемент является фильтровальной мембраной, содержащей указанную улучшающую структуру. Фильтровальная мембрана задана как геометрически неопределенная поверхность, в которой поверхность задана случайной структурой. Фильтровальная мембрана может быть обеспечена нетканой или тканой структурой.
Предпочтительно, согласно второму варианту осуществления указанная улучшающая структура расположена на поверхности фильтровальной мембраны. Альтернативно, улучшающая структура также может быть встроена в указанную фильтровальную мембрану.
Предпочтительно, указанная фильтровальная мембрана по меньшей мере частично покрыта наночастицами благородных металлов, таких, как платина, или серебро, или золото, или палладий. Покрытие из частиц благородных металлов имеет тот же эффект, как и упомянутый в отношении первого варианта осуществления. Покрытие предпочтительно выполнено путем распыления, окунания или осаждения частиц благородных металлов на фильтровальную мембрану. За счет этого образован слой на поверхности фильтровальной мембраны.
Предпочтительно, фильтровальная мембрана выполнена из материала поликарбоната и/или смеси сложных эфиров целлюлозы и/или политетрафторэтилена, и т.д.
Предпочтительно, согласно всем вариантам осуществления, фильтрующее устройство дополнительно содержит справочную часть, на которой помещена определенная справочная или калибровочная информация. Эту информацию можно использовать при определении количества наночастиц.
Согласно вышеприведенному описанию, приемный блок для фильтрующего устройства отличается тем, что приемный блок содержит приемный участок с нижней стенкой, установочной стенкой, проходящей от указанной нижней стенки, и пружинный элемент, выполненный с возможностью прижатия фильтрующего устройства к нижней стенке.
Предпочтительно, приемный блок дополнительно отличается тем, что
установочная стенка содержит приемное отверстие, через которое фильтрующее устройство можно установить в приемном участке; и/или
по меньшей мере один стопорный элемент предпочтительно расположен поблизости от приемного отверстия, в результате чего стопорный элемент служит для фильтрующего элемента в качестве препятствия движению из приемного участка; и/или
приемный участок содержит установочные элементы, служащие для расположения фильтрующего устройства в приемном участке; и/или
нижняя стенка содержит по меньшей мере одно отверстие, которое расположено таким образом, чтобы положение по меньшей мере одного выпускного отверстия для текучей среды совпадало с положением отверстия, причем отверстие окружено уплотнительной структурой.
Собирающее устройство для сбора наночастиц, транспортируемых в текучей среде, для определения подверженности собирающего устройства воздействию наночастиц, причем указанное собирающее устройство содержит фильтрующее устройство, как раскрыто выше, и приемный блок, как раскрыто выше, причем собирающее устройство дополнительно содержит продвигающий элемент для текучей среды, выполненный с возможностью продвижения указанной текучей среды через канал для текучей среды фильтрующего устройства.
Предпочтительно, собирающее устройство предназначено исключительно для сбора наночастиц, а не для определения количества собранных наночастиц. Это означает, что собирающее устройство содержит средства для сбора наночастиц, но не содержит средства для анализа наночастиц. Более детально, собирающее устройство не содержит спектрометр или т.п. для определения количества наночастиц. Спектрометр или т.п. является отдельным от собирающего устройства.
Иными словами: Собирающее устройство выполнено предпочтительно в качестве переносного устройства, которое может переносить пользователь в загрязненной или предположительно загрязненной области. Вследствие этого, собирающее устройство непрерывно собирает наночастицы, в частности тогда, когда человек остается в подобной области. Также более предпочтительно, собирающее устройство выполнено в качестве персонального переносного устройства.
Как будет понятно из описания настоящей заявки, собирающее устройство предпочтительно является частью системы. Система содержит собирающее устройство и спектрометр, отдельный от собирающего устройства. Собирающее устройство предназначено для сбора наночастиц, а спектрометр предназначен для определения количество наночастиц, собранных собирающим устройством.
Как подчеркнуто ниже, преимущественным является то, что собирающее устройство выполнено без средств для анализа наночастиц, но со средствами для их сбора, поскольку этап анализа или определения количества собранных частиц может быть выполнен отдельным спектрометром. Это означает, что, с одной стороны, результаты будут более точными, поскольку, по сравнению с устройствами со встроенным спектрометром, может использоваться улучшенный спектрометр, и, с другой стороны, затраты на собирающее устройство могут быть снижены, поскольку нет необходимости в обеспечении встроенного спектрометра.
Продвигающий элемент для текучей среды предпочтительно является насосом. Объемный расход насоса предпочтительно находится в диапазоне между 1 и 1100 мл/мин.
Собирающее устройство предпочтительно выполнено таким образом, чтобы пользователь мог переносить его, будучи подверженным влиянию загрязненной среды. В результате собирающее устройство предпочтительно небольшого веса и относительно малого размера. В отношении размера, его максимальный размер предпочтительно меньше 15 сантиметров.
Предпочтительно, собирающее устройство в своем канале для текучей среды содержит предварительное фильтрующее устройство, расположенное перед указанным фильтрующим элементом, если смотреть в направлении потока указанной текучей среды. Благодаря предварительному фильтрующему устройству можно предотвратить осаждение частиц, не являющихся наночастицами, на собирающем элементе.
Фильтрующее устройство является отдельным от собирающего устройства, но имеет возможность соединения или вставки в собирающее устройство. Фильтрующее устройство может быть заменено после сбора наночастиц новым фильтрующим элементом, в результате чего использованное фильтрующее устройство может быть удалено. Посредством поверхности контакта канала для текучей среды, части канала для текучей среды фильтрующего устройства соединены с частями канала для текучей среды собирающего устройства.
Предпочтительно, собирающее устройство дополнительно содержит аккумулятор, посредством которого получает энергию по меньшей мере указанный продвигающий элемент для текучей среды.
Предпочтительно, все раскрытые в настоящей заявке компоненты в отношении собирающего устройства расположены на обычной опорной пластине. Опорная пластина предпочтительно является частью корпуса, в котором, как упомянуто выше, также содержится окно.
Кроме того, в указанном корпусе также возможно расположить дополнительные элементы, такие, как микросхема для дополнительных инструкций, таких, как хранение данных, измерение времени сбора или времени использования, управление насосом и т.д.
Кроме того, для отслеживания дополнительных данных собирающее устройство может содержать акселерометр, и/или термометр, и/или гидрометр. Кроме того, в отношении связи, собирающее устройство может содержать микросхему беспроводной связи для обеспечения функций связи и/или чтобы позволить определять местоположение собирающего устройства. Микросхема беспроводной связи может быть модулем WLAN или Bluetooth.
Акселерометр, например, могут использовать для определения физической активности пользователя и для соответствующего управления насосом. Это означает, что, если физическая активность пользователя высока, объемный расход также будет высок, а если физическая активность пользователя низка, объемный расход также будет низок. Поэтому впуск воздуха в собирающее устройство приблизительно пропорционален впуску воздуха в легкие носителя собирающего устройства.
Благодаря термометру и/или гидрометру также возможно получить дополнительную информацию о местоположении или применении собирающего устройства. Например, возможно определить, находится ли пользователь на своем рабочем месте или же он на перерыве вне рабочего места.
Предпочтительно, собирающее устройство содержит датчик обнаружения газа. Благодаря датчику обнаружения газа возможно определить свойства газа, окружающего собирающее устройство. Например, становится возможным определить, находится ли собирающее устройство в окружающей среде, подверженной возникновению наночастиц, или же в другой окружающей среде.
На основе местоположения собирающего устройства, которое может быть определено посредством данных, предоставленных датчиками, как раскрыто выше, можно управлять продвигающим элементом для текучей среды и/или включать или отключать собирающее устройство. Например: В случае, когда собирающее устройство находится в помещении, в котором присутствуют наночастицы, собирающее устройство будет включено, или объемный расход насоса будет увеличен. В случае, когда собирающее устройство покидает помещение и переходит в окружающую среду, в которой присутствует некритичное количество наночастиц, собирающее устройство будет отключено, или объемный расход насоса будет уменьшен.
Как раскрыто выше, система содержит собирающее устройство согласно вышеприведенному описанию и захватывающий инструмент, причем захватывающий инструмент содержит по меньшей мере один захватывающий рычаг, выполненный с возможностью захватывания частей указанного фильтрующего устройства для вставки и/или извлечения фильтрующего устройства из приемного участка.
Предпочтительно, в указанном приемном участке расположена указанная поверхность контакта канала для текучей среды, посредством которой части канала для текучей среды фильтрующего устройства соединены с частями канала для текучей среды собирающего элемента.
Предпочтительно, система дополнительно содержит спектрометр. Фильтрующее устройство может быть установлено в указанном спектрометре, который затем анализирует собирающий элемент в отношении количества наночастиц, присутствующих на указанной поверхности. Альтернативно, также может использоваться устройство просвечивающей электронной микроскопии.
Предпочтительно, для эксплуатации спектрометра используется спектроскопия комбинационного рассеяния. В частности, это преимущественно в комбинации с улучшенной структурой поверхности.
Как раскрыто выше, фильтрующее устройство является отдельным от спектрометра и имеет возможность вставки в спектрометр для анализа количества собранных наночастиц.
Предпочтительно, захватывающий инструмент поднимает указанное фильтрующее устройство, таким образом, чтобы была предусмотрена возможность извлечения фильтрующего устройства из приемного блока.
Дополнительные варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты далее со ссылкой на чертежи, цель которых заключается в иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, а не в их ограничении. На чертежах показано следующее:
На Фиг. 1 представлен вид снизу фильтрующего устройства согласно настоящему изобретению;
На Фиг. 2 представлен вид сбоку фильтрующего устройства по Фиг. 1;
На Фиг. 3 представлен вид сверху фильтрующего устройства по Фиг. 1;
На Фиг. 4 представлен вид в аксонометрии фильтрующего устройства по Фиг. 1;
На Фиг. 5 представлен поперечный разрез, перпендикулярный фильтрационному каналу, через фильтрующее устройство согласно первому варианту первого варианта осуществления;
На Фиг. 6 представлен поперечный разрез вдоль фильтрационного канала через фильтрующее устройство согласно первому варианту первого варианта осуществления;
На Фиг. 7 представлен поперечный разрез, перпендикулярный фильтрационному каналу, через фильтрующее устройство согласно второму варианту первого варианта осуществления;
На Фиг. 8 представлен поперечный разрез вдоль фильтрационного канала через фильтрующее устройство согласно второму варианту первого варианта осуществления;
На Фиг. 9 представлен поперечный разрез вдоль фильтрационного канала через фильтрующее устройство согласно второму варианту осуществления;
На Фиг. 10 представлен вид в аксонометрии собирающего устройства с приемным блоком для приема фильтрующего устройства, причем фильтрующее устройство не установлено;
На Фиг. 11 представлен вид по Фиг. 10 с фильтрующим устройством;
На Фиг. 12 представлен боковой вид захватывающего инструмента для вставки и/или извлечения фильтрующего устройства в собирающее устройство/из собирающего устройства; и
На Фиг. 13 представлен вид сверху захватывающего инструмента для вставки и/или извлечения фильтрующего устройства в собирающее устройство/из собирающего устройства;
На Фиг. 14 представлен дополнительный вариант фильтрующего устройства согласно настоящему изобретению; и
На Фиг. 15 представлен поперечный разрез дополнительного варианта вдоль линии С-С.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 представлен вид снизу фильтрующего устройства 1 для фильтрования наночастиц, транспортируемых в текучей среде, для определения подверженности фильтрующего устройства 1 воздействию наночастиц. Такое фильтрующее устройство 1 может быть использовано, например, в собирающем устройстве по WO 2016/150991.
На Фиг. 2 представлен вид сбоку фильтрующего устройства 1. На Фиг. 3 представлен вид сверху фильтрующего устройства 1, а на Фиг. 4 представлен вид в аксонометрии сверху.
Согласно варианту осуществления, как показано на фигурах, фильтрующее устройство 1 содержит опорный элемент 2 с верхней поверхностью 3, нижней поверхностью 4 и боковой поверхностью 5. Верхняя поверхность 3 ориентирована параллельно нижней поверхности 4. Боковая поверхность 5 соединяет верхнюю поверхность 3 с нижней поверхностью 4. Кроме того, опорный элемент 2 содержит по меньшей мере один канал 6 для текучей среды с впускным отверстием 13 для текучей среды и выпускным отверстием 14 для текучей среды. В канале 6 для текучей среды транспортируется текучая среда F, которая содержит наночастицы.
Дополнительно, фильтрующее устройство 1 содержит по меньшей мере один фильтрующий элемент 7 с собирающей поверхностью 8. На этой собирающей поверхности 8 будут осаждаться наночастицы. Фильтрующий элемент 7 расположен в канале 6 для текучей среды и поэтому собирает наночастицы, транспортируемые в текучей среде F. Собирающая поверхность 8 по меньшей мере одного фильтрующего элемента 7 ориентирована параллельно верхней поверхности 3 и нижней поверхности 4.
В данном случае, три фильтрующих элемента 7 расположены таким образом, чтобы каждый питал канал 6 текучей среды, в результате чего над некоторыми частями существует общая секция, в которой объединяются каналы 6 для текучей среды. Однако каналы 6 для текучей среды расположены таким образом, что каждый из трех фильтрующих элементов 7 обслуживается индивидуальной частью канала для текучей среды.
Как раскрыто, канал 6 для текучей среды содержит несколько секций, соединенных друг с другом, также дополнительно предусмотрено несколько изгибов 32, служащих в качестве средств разделения, таким образом, чтобы частицы, транспортируемые в канале 6 для текучей среды разделялись в соответствующие секции канала 6 для текучей среды. В данном случае присутствует два впускных отверстия 13 для текучей среды и три выпускных отверстия 14 для текучей среды, в результате чего канал 6 для текучей среды отклоняется соответственно секциям канала для текучей среды. Радиус указанных изгибов задан таким образом, чтобы собираемые частицы можно было отделить от других частиц, не представляющих интерес, и причем по меньшей мере один из указанных выходов направлен к собирающему элементу.
На Фиг. 5-9 представлены различные поперечные разрезы фильтрующего элемента.
На Фиг. 5 и 6 представлен первый вариант первого варианта осуществления фильтрующего устройства 1. На Фиг. 5 представлен поперечный разрез фильтрующего устройства 1 для фильтрования наночастиц в направлении, перпендикулярном каналу 6 для текучей среды. На Фиг. 6 представлен поперечный разрез вдоль канала 6 для текучей среды.
На Фиг. 7 и 8 представлен второй вариант первого варианта осуществления фильтрующего устройства 1. На Фиг. 7 представлен поперечный разрез фильтрующего устройства 1 для фильтрования наночастиц в направлении, перпендикулярном каналу 6 для текучей среды. На Фиг. 8 представлен поперечный разрез вдоль канала 6 для текучей среды.
На Фиг. 9 представлен второй вариант осуществления фильтрующего устройства 1 согласно настоящему изобретению.
Далее в описании будет дана ссылка на Фиг. 5-9 и соответствующие признаки.
Во всех вариантах осуществления фильтрующий элемент 7 расположен в фильтрационной камере 9, являющейся частью канала 6 для текучей среды. Фильтрационная камера 9 ограничена боковыми стенками 10 и несущей поверхностью 11. Фильтрующий элемент 7 установлен или расположен на несущей поверхности 11. Несущая поверхность 11 поэтому ориентирована параллельно верхней поверхности 3 и нижней поверхности 4. Во всех вариантах осуществления несущая поверхность расположена в опорном элементе 2 между верхней поверхностью 3 и нижней поверхностью 4.
Предпочтительно, фильтрующий элемент 7 удерживается в фильтрационной камере 9 посредством адгезивного соединения. Также возможны и другие соединения.
Фильтрующий элемент 7 предпочтительно имеет форму квадратной или прямоугольной фильтровальной мембраны с толщиной, намного меньшей, чем протяженность фильтрующего элемента 7, перпендикулярная толщине.
В первом варианте первого варианта осуществления по Фиг. 5 и 6 несущая поверхность 11 обращена к каналу 6 для текучей среды в направлении потока текучей среды. Это означает, что фильтрующий элемент 7 расположен на несущей поверхности 11, а текучая среда проходит через фильтрующий элемент 7 и затем проходит несущую поверхность 11. Несущая поверхность 11 содержит отверстие 12, через которое может протекать текучая среда.
На Фиг. 5 и 6 поток текучей среды обозначен посредством стрелки F.
Во втором варианте первого варианта осуществления, показанного на Фиг. 7 и 8, несущая поверхность 11 расположена таким образом, что она расположена в направлении, противоположном потоку текучей среды. Это означает, что текучая среда проходит отверстие 12 до того, как она фактически попадает в фильтрующий элемент.
Во втором варианте осуществления по Фиг. 9, несущая поверхность 11 расположена параллельно потоку F текучей среды. Это означает, что поток F текучей среды не пересекает несущую поверхность, но следует в направлении, параллельном несущей поверхности 11 на некотором расстоянии над несущей поверхностью 11.
В первом варианте осуществления по Фиг. 5-8, фильтрующий элемент 7 расположен таким образом, что текучая среда протекает через собирающую поверхность 8. В первом варианте по Фиг. 5 и 6, канал 6 для текучей среды выходит в фильтрационную камеру 9 через ее боковую стенку, а во втором варианте по Фиг. 7 и 8 канал 6 для текучей среды выходит в фильтрационную камеру через отверстие, пересекающее несущую поверхность 11.
Во втором варианте осуществления по Фиг. 9, фильтрующий элемент 7 расположен таким образом, что текучая среда перетекает по собирающей поверхности 8 фильтрующего элемента 7. Поэтому фильтрующий элемент 7 расположен таким образом, что он немного проходит из фильтрационной камеры 9 в канал 6 для текучей среды. Поэтому канал 6 для текучей среды расположен относительно фильтрационной камеры 9 таким образом, чтобы текучая среда перетекала по фильтрационной камере 9. Кроме того, текучая среда перетекает по фильтрующему элементу 7, расположенному в фильтрационной камере 9.
Во всех вариантах осуществления глубина фильтрационной камеры 9 вдоль боковой стенки не меньше ширины или длины фильтрационной камеры. Глубина определяется как направление, перпендикулярное верхней поверхности и поверхности потока.
В первом варианте осуществления впускное отверстие 13 для текучей среды расположено в боковой поверхности 5, а выпускное отверстие 14 для текучей среды расположено в нижней поверхности 4. Можно видеть, что канал для текучей среды будет отклонен за счет отклонения 15 на угол, предпочтительно равный 90°. Фильтрующий элемент 7 предпочтительно расположен между отклонением 15 и выпускным отверстием 14 для текучей среды.
Во втором варианте осуществления по Фиг. 9 впускное отверстие 13 для текучей среды также расположено в боковой поверхности 5, а выпускное отверстие 14 для текучей среды расположено в нижней поверхности 4. Поэтому канал для текучей среды также отклонен за счет отклонения 15 на угол, предпочтительно равный 90°. Однако, фильтрующий элемент 7 расположен между впускным отверстием 13 для текучей среды и отклонением 15.
Во всех вариантах осуществления общая протяженность фильтрующего элемента 7 такова, что большие поверхности фильтрующего элемента 7 параллельны верхней поверхности и нижней поверхности.
Предпочтительно, по меньшей мере некоторые из поверхностей, ограничивающих канал 6 для текучей среды, по меньшей мере частично обеспечены электропроводящими свойствами. Это может быть достигнуто либо посредством электропроводящего покрытия на боковых стенках канала 6 для текучей среды, либо посредством выполнения опорного элемента 2 из металлического материала.
Для анализа наночастиц, осаждаемых на фильтрующем элементе 7, в областях над фильтрующим элементом 7 предусмотрен прозрачный элемент, так что эти области являются прозрачными. Поэтому существует возможность анализировать собирающую поверхность 8 посредством лазера. Это показано стрелкой 33.
В данном случае наиболее предпочтительным является то, что прозрачный элемент 16 проходит по существу над всей верхней поверхностью 3. Такой вариант показан на Фиг. 1-9. Поэтому прозрачный элемент 16 служит в качестве ограничивающего элемента для канала для текучей среды. В данном случае канал 6 для текучей среды обеспечен канавками, проходящими от верхней поверхности 3 в опорный элемент 2. Канавки затем покрыты прозрачным элементом 16. Как упоминалось выше, прозрачный элемент 16 проходит над всей верхней поверхностью 3. В других вариантах осуществления прозрачный элемент 16 проходит над значительной частью верхней поверхности 3.
На Фиг. 14 и 15 представлен дополнительный вариант размещения прозрачного элемента 16. Аналогичные признаки обозначены аналогичными номерами позиций, а ссылка сделана на вышеизложенное описание. В частности, фильтрующий элемент также может быть расположен так, как показано на Фиг. 7 и 8. В этом дополнительном варианте для каждого фильтрующего элемента 7 предусмотрен один прозрачный элемент 16. В данном случае предусмотрено три фильтрующих элемента 7 и, соответственно, три прозрачных элемента 16. Поэтому прозрачный элемент 16 расположен в гнезде 35, проходящем от верхней поверхности 3 опорного элемента 2 в опорный элемент 2. Гнездо 35 расположено выше фильтрационной камеры 9 и имеет по меньшей мере ту же протяженность, что и фильтрационная камера 9. В каждом углу гнезда расположено углубление для улучшения процесса размещения прозрачного элемента в гнезде 35. Поэтому фильтрующий элемент 7 расположен в указанном гнезде 35 посредством клеевого или механического соединения. В данном варианте канал 6 для текучей среды как таковой обеспечен посредством боковых стенок 10, являющихся частью опорного элемента 2. В области фильтрационной камеры 9 канал 6 для текучей среды дополнительно ограничен посредством указанного прозрачного элемента 16.
Предпочтительно, прозрачный элемент 16 выполнен из плавленого кварцевого стекла, боросиликатного стекла, циклоофелинового полимера (ЦОП), циклоофелинового сополимера (ЦОС), и т.д.
Предпочтительно, прозрачный элемент установлен на верхней поверхности 3 посредством адгезивного соединения.
В частности, прозрачный элемент 16 расположен в гидравлически герметичном соединении с верхней поверхностью 3.
2
2
2
2
2
Размеры фильтрующего устройства 1 меньше размеров кубоида с длинами сторон 100 х 40 х 5 миллиметров или с длинами сторон 75 х 25 х 1,5 миллиметров, и/или поперечное сечение канала для текучей среды находится в пределах между 0,2 мм и 0,8 мм, или между 0,3 мм и 0,7 мм, или составляет 0,4 мм.
Фильтрующее устройство 1 на виде, перпендикулярном верхней поверхности 3, представляет собой по существу прямоугольник с длинной стороной и короткой стороной. Предпочтительно, кромки 17 прямоугольника скошены. Предпочтительно, по меньшей мере одна из длинных сторон содержит углубление 18 для расположения фильтрующего устройства 1 в принимающем участке и/или по меньшей мере одна из длинных сторон содержит по меньшей мере одну наклонную установочную кромку 19, предпочтительно по меньшей мере две наклонные установочные кромки 19 в форме треугольного выреза, проходящего через фильтрующий элемент 1.
На Фиг. 10 и 11 представлен приемный блок 20 для фильтрующего устройства 1 согласно вышеизложенному описанию. Предпочтительно, приемный блок 20 представляет собой часть собирающего устройства 29, частично показанного на Фиг. 10 и 11.
Приемный блок 20 содержит приемный участок 21 с нижней стенкой 22, установочной стенкой 23, проходящей от указанной нижней стенки 22, и пружинный элемент 24, выполненный с возможностью прижатия фильтрующего устройства 1 к нижней стенке 22. На Фиг. 10 показано, что нижняя стенка 22 содержит несколько отверстий 28, расположенных таким образом, чтобы положение по меньшей мере одного из выпускных отверстий 14 для текучей среды совпадало с положением отверстий 28, поэтому каждое из отверстий 28 окружено уплотнительной структурой 34. Уплотнительная структура 34 может быть уплотнительным кольцом, проходящим вокруг соответствующего отверстия 28.
Из Фиг. 10, на которой показан приемный участок 21 без фильтрующего устройства 1, можно видеть, что приемный участок содержит по меньшей мере один стопорный элемент 26, в данном случае два стопорных элемента 26, расположенных поблизости от приемного отверстия 25. Поэтому стопорный элемент 26 служит для фильтрующего элемента 7 в качестве препятствия движению из приемного участка 21. Поскольку пружинные элементы 24 прижимают фильтрующее устройство 1 вниз к нижней стенке 22, фильтрующее устройство 1 контактирует со стопорным элементом 26 посредством боковой поверхности 5.
Дополнительно, приемный участок 21 содержит установочный элемент 27, служащий для расположения фильтрующего устройства 1 в приемном участке 21. В данном случае установочные элементы 27 имеют форму вытянутых удлинений из нижней стенки 28. Эти вытянутые удлинения проходят в углубление 18, расположенное на фильтрующем устройстве 1.
На Фиг. 12 и 13 представлен захватывающий инструмент 30. Захватывающий инструмент 30 также схематически показан на Фиг. 10 и 11 совместно с захватывающим рычагом 31. Захватывающий инструмент 30 содержит по меньшей мере один захватывающий рычаг 31, выполненный с возможностью захвата частей или фильтрующего устройства 1 для вставки и/или извлечения фильтрующего устройства 1 в приемный участок 21/из приемного участка 21. Захватывающий инструмент 30 показан на Фиг. 12 и 13, в результате чего видно, что предусмотрено два захватывающих рычага 31, захватывающих фильтрующее устройство 1 каждый на своей стороне.
Захватывающий инструмент 30 и захватывающие рычаги 31 выполнены таким образом, чтобы захватывающие рычаги поднимали фильтрующее устройство в приемном участке против давления пружины, обеспеченного пружинным элементом 24. Поэтому захватывающий инструмент поднимает данное фильтрующее устройство 1, таким образом, чтобы была предусмотрена возможность извлечения фильтрующего устройства 1 из приемного участка и приемного блока.
Перечень ссылочных обозначений