ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВРЕМЕНИ ПРОСКОКА ДЛЯ ТАКОГО УСТРОЙСТВА
AIR CLEANER AND METHOD OF FORECASTING SKIP TIME FOR SAID DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к воздухоочистительному устройству, содержащему фильтровальную часть для удаления токсичного газа, содержащегося в окружающей атмосфере, и способу прогнозирования времени проскока для указанного устройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Известно воздухоочистительное устройство, такое как маска, содержащее фильтровальную часть в качестве составляющего элемента, которая фильтрует воздух, отравленный или загрязненный токсичным газом, причем указанная фильтровальная часть удаляет токсичный газ для очистки воздуха. Кроме того, известен респиратор, который является одним из воздухоочистительных устройств, которое определяет концентрацию токсичного газа, содержащегося в воздухе после его прохождения через фильтровальную часть, посредством датчика, размещенного на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части в респираторе. Также известно воздухоочистительное устройство, выполненное с возможностью оценки остаточного времени проскока для фильтровальной части путем оценки степени развития проскока для фильтровального элемента фильтровальной части. Кроме того, известно воздухоочистительное устройство, выполненное с возможностью прогнозирования срока службы фильтровальной части в соответствии с изменением расхода воздуха, загрязненного токсичным газом, проходящим через фильтровальную часть, или изменением влажности указанного воздуха.
[0003] Например, защитная маска, описанная в JP 2006-263238А (PTL 1), содержит полупроводниковый датчик запаха, расположенный на задней по ходу воздушного потока стороне респираторной коробки, который может оценить время замены для респираторной коробки.
[0004] В устройстве, определяющем время замены фильтра, описанном в JP 1991-207425А (PTL 2), первый газовый датчик размещен на передней по ходу воздушного потока стороне фильтра для измерения концентрации молекул нежелательных газов, таких как газ, имеющий неприятный запах, в наружном воздухе. Второй газовый датчик и анемометр размещены на задней по ходу воздушного потока стороне фильтра. Разность между молекулярной концентрацией нежелательного газа C1, обнаруженной первым газовым датчиком, и молекулярной концентрацией нежелательного газа C2, обнаруженной вторым газовым датчиком, вычисляют, и также вычисляют количество воздушного потока Q, прошедшего через фильтр в единицу времени, с использованием анемометра. Количество удаленного нежелательного газа посредством фильтра вычисляют на основании C1, C2 и Q, и решение принимают при сравнении удаленного количества с предельным удаленным количеством нежелательного газа, при котором фильтр считается изношенным, так что может быть определено, осталось ли время проскока.
[0005] Кроме того, воздухоочистительное устройство, описанное в JP 2007-117859А (PTL 3), содержит детектор расхода для определения расхода воздуха, проходящего через газовый фильтр, и детектор влажности для определения влажности воздуха, проходящего через газовый фильтр, вычисляет степень износа газового фильтра на основании определенных данных, полученных от каждого детектора, и прогнозирует остаточный ресурс газового фильтра на основании указанной степени износа. Остаточный ресурс газового фильтра указывает остаточное количество времени проскока фильтровального элемента.
[0006] Список цитированной патентной литературы
[PTL 1] JP 2006-263238А
[PTL 2] JP 1991-207425А
[PTL 3] JP 2007-117859А
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема
[0007] Устройство, описанное в PTL 1, выполнено с возможностью определения концентрации сероводорода на задней по ходу воздушного потока стороне респираторной коробки посредством полупроводникового датчика запаха и подачи сигнала, если концентрация является высокой, так что устройство не может определять срок службы респираторной коробки, который может быть различным при различных условиях рабочей окружающей среды.
[0008] В устройстве, описанном в PTL 2, первый газовый датчик не может прогнозировать снижение времени проскока фильтра, если молекулярная концентрация нежелательного газа в наружном воздухе является высокой. Кроме того, второй газовый датчик, размещенный на задней по ходу воздушного потока стороне фильтра, например, на внутренней стороне респиратора, обычно имеет большие размеры, если его конструкция обеспечивает высокую точность, и также имеется проблема, состоящая в сужении области обзора пользователя респиратора, что затрудняет его работу. Кроме того, в указанном устройстве оценка значения осуществляется сравнением количества удаленного нежелательного газа с предельным количеством удаления нежелательного газа, при котором фильтр считается непригодным, так что отсутствует возможность отслеживания постепенного ухудшения состояния фильтра.
[0009] Устройство, описанное в PTL 3, является подходящим для использования, если концентрация токсичного газа в наружном воздухе остается постоянной. Однако, если концентрация токсичного газа изменяется с течением времени, указанное устройство не может быть использовано. Кроме того, влажность, которая влияет на износ газового фильтра, отражена в характеристической кривой проскока газового фильтра на трех уровнях. Однако, если характеристики проскока газового фильтра значительно различаются при разных уровнях влажности, возможен случай, в котором по причине зависимости только от характеристических кривых проскока, проявится недостаточная точность определения времени замены фильтра. Соответственно, в указанном случае необходимо иметь в распоряжении большое количество характеристических кривых проскока, которые обеспечат более точную оценку влияния влажности, т.е., необходимо составить карту данных, которая будет занимать большой объем.
[0010] Кроме того, указанные известные способы не обеспечивают возможности решения проблемы, если температура воздуха, загрязненного токсичным газом, изменяется. Соответственно, если характеристика проскока фильтровального элемента изменяется в зависимости от температуры, информация, полученная указанными известными способами, может быть неточной.
[0011] Ввиду вышеизложенных обстоятельств, настоящее изобретение решает указанные проблемы, и задача настоящего изобретения состоит в создании воздухоочистительного устройства, которое выполнено с возможностью прогнозирования времени проскока для фильтровальной части, и способа прогнозирования времени проскока для указанного устройства даже в случае изменения концентрации токсичного газа, содержащегося в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части, расхода воздуха, проходящего через фильтровальную часть, температуры воздуха и влажности воздуха.
Решение проблемы
[0012] Для решения указанной проблемы согласно настоящему изобретению предложены воздухоочистительное устройство и способ прогнозирования времени проскока для указанного воздухоочистительного устройства.
[0013] Согласно настоящему изобретению предложено воздухоочистительное устройство, которое содержит фильтровальную часть, обеспечивающую возможность прохождения воздуха, загрязненного токсичным газом, от передней по ходу воздушного потока стороны к задней по ходу воздушного потока стороне с удалением указанного токсичного газа, и выполненное с обеспечением возможности прогнозирования времени проскока до достижения концентрации токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части проскоковой концентрации, которая произвольно установлена в зависимости от концентрации указанного токсичного газа.
[0014] Согласно настоящему изобретению предложено воздухоочистительное устройство, которое дополнительно содержит блок арифметической обработки, выполненный с возможностью введения данных о концентрации токсичного газа, содержащегося в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части, расходе воздуха, проходящего через фильтровальную часть, температуре воздуха на передней по ходу воздушного потока стороне и относительной влажности воздуха на передней по ходу воздушного потока стороне; и
при этом формула прогнозирования времени проскока, в которой концентрация токсичного газа, содержащегося в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части, используемой в воздухоочистительном устройстве, расход, температура и относительная влажность используются в качестве переменных, запрограммирована в блоке арифметической обработки, и время проскока прогнозируется формулой прогнозирования на основании указанных данных.
[0015] Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором формула прогнозирования сформирована в блоке арифметической обработки до использования воздухоочистительного устройства на основании эталонного условия, которое образовано из концентрации токсичного газа, содержащегося в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне, расхода, температуры, относительной влажности и проскоковой концентрации, и на времени проскока, измеренном при указанном эталонном условии.
[0016] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором блок арифметической обработки корректирует время проскока эталонного условия для фильтровальной части на основании температуры и относительной влажности.
[0017] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, которое дополнительно содержит по меньшей мере один из детектора концентрации токсичного газа, детектора расхода, детектора температуры и детектора относительной влажности.
[0018] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором детектор любого элемента данных из данных о концентрации токсичного газа в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части, расхода, температуры и относительной влажности не используется, если указанный элемент имеет постоянное значение во время использования воздухоочистительного устройства.
[0019] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором блок арифметической обработки используется в беспроводном режиме.
[0020] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором по меньшей мере один элемент данных из данных о концентрации токсичного газа в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части, расхода, температуры и относительной влажности введен в блок арифметической обработки посредством радиосигнала.
[0021] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором токсичным газом является эталонный газ, представленный в качестве произвольно выбираемого токсичного газа,
o
причем концентрация указанного эталонного газа на передней по ходу воздушного потока стороне представлена как C (частей на миллион), расход представлен как Q (л/мин), проскоковая концентрация представлена как S (частей на миллион), а время, в течение которого концентрация указанного эталонного газа на задней по ходу воздушного потока стороне достигает концентрации S (частей на миллион), является временем проскока, и
при этом формула прогнозирования представлена выглядит следующим образом:
время проскока = эталонное время проскока × коэффициент изменения концентрации × коэффициент изменения расхода × коэффициент изменения температуры × коэффициент изменения влажности × коэффициент изменения проскоковой концентрации;
где:
o
o
эталонное время проскока представляет собой период времени, в течение которого концентрация на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает значения A%, которое меньше 100% и произвольно задано в качестве проскоковой концентрации относительно концентрации C, в случае, если концентрация C, расход Q, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
o
коэффициент изменения концентрации представляет собой поправочный коэффициент, соответствующий изменению концентрации, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока для концентрации C по меньшей мере на двух уровнях, в то время как расход, температура и влажность поддерживаются постоянными;
коэффициент изменения расхода представляет собой поправочный коэффициент, соответствующий изменению расхода, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока для расхода Q по меньшей мере на двух уровнях, в то время как концентрация, температура и влажность поддерживаются постоянными;
коэффициент изменения температуры представляет собой поправочный коэффициент, соответствующий изменению температуры, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока для температуры T по меньшей мере на двух уровнях, в то время как концентрация, расход и относительная влажность поддерживаются постоянными;
коэффициент изменения влажности представляет собой поправочный коэффициент, соответствующий изменению влажности, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока по меньшей мере для двух уровней, включая один уровень, на котором уровень относительной влажности RH равен или выше 50%, в то время как концентрация, расход и температура поддерживаются постоянными;
коэффициент изменения проскоковой концентрации представляет собой поправочный коэффициент, соответствующий изменению проскоковой концентрации, вычисленный путем получения A% времени проскока, соответствующего проскоковой концентрации A%, полученной для значений расхода Q по меньшей мере на трех уровнях, и B% времени проскока, соответствующего проскоковой концентрации B%, которая отличается от проскоковой концентрации A% на одном уровне расхода Q, в то время как концентрация, температура и влажность поддерживаются постоянными.
[0022] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором формула согласно варианту реализации настоящего изобретения представлена формулами (1) и (2), описанными ниже:
(1) в случае, если относительная влажность RH≥50%:
;
(2) в случае, если относительная влажность RH<50%:
; и
в формулах (1) и (2), описанных выше:
o
o
эталонное время проскока - период времени, в течение которого концентрация на задней по ходу воздушного потока стороне достигает значения A%, которое меньше 100% и произвольно задано относительно концентрации C в случае, если концентрация C, расход Q, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
T - температура (°C);
RH - относительная влажность (%);
o
o
o
a, b - константы, полученные на основании концентрации C по меньшей мере для двух уровней и времени проскока, в течение которого концентрация токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает A% от концентрации C для каждой концентрации C, в то время как расход Q, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
o
o
c, d - константы, полученные на основании значений расхода Q по меньшей мере для двух уровней и времени проскока, в течение которого концентрация токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает A% от концентрации C для каждого расхода Q, в то время как концентрация C, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
o
o
e, f - константы, полученные на основании по меньшей мере двух уровней, включая один уровень, на котором относительная влажность RH равна или выше 50%, и времени проскока, в течение которого концентрация токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает A% от концентрации C для каждой относительной влажности RH, в то время как концентрация C, расход Q и температура T поддерживаются постоянными;
o
o
g, h - константы, полученные на основании температур по меньшей мере на двух уровнях и времени проскока, в течение которого концентрация токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает A% от концентрации C для каждой температуры T, в то время как концентрация C, расход Q и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
o
i, j - константы, полученные на основании значений A% времени проскока и значений расхода Q в случае, если расход Q изменяется по меньшей мере на трех уровнях, и B% времени проскока путем использования одного уровня из трех уровней расхода Q, на котором получено A% время проскока, в то время как концентрация C, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными.
[0023] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором блок арифметической обработки запрограммирован таким способом, что время проскока вычислено путем использования относительного коэффициента проскока для эталонного газа токсичного газа.
[0024] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором коррекция, основанная на скорости растворении в воде, в случае, если токсичный газ находится в жидком состоянии, выполняется для прогнозирования времени проскока, для которого используется относительный коэффициент проскока.
[0025] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором блок арифметической обработки выполнен с возможностью получения степени развития проскока в единицу времени для фильтровальной части и вычисления времени проскока для указанной фильтровальной части путем умножения на указанную степень развития проскока.
[0026] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором в качестве единицы времени используется период времени в диапазоне от 1/6000 до 5/600 мин.
[0027] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором блок арифметической обработки выполнен с возможностью вычисления по меньшей мере одного из времени остаточного проскока и коэффициента остаточного использования для фильтровальной части.
[0028] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, которое образовано любым из респиратора и локального вытяжного устройства.
[0029] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором детектор расхода расположен в респираторе на любой из передней по ходу воздушного потока стороне и задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части.
[0030] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, в котором детектор расхода расположен в локальном вытяжном устройстве на любой из передней по ходу воздушного потока стороне и задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части.
[0031] Согласно настоящему изобретению предложен способ прогнозирования времени проскока для воздухоочистительного устройства, в случае, когда воздух, загрязненный токсичным газом, проходит через фильтровальную часть воздухоочистительного устройства от передней по ходу воздушного потока стороны к задней по ходу воздушного потока стороне, для прогнозирования времени проскока до достижения концентрации токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части значения проскоковой концентрации, которое произвольно установлено относительно концентрации токсичного газа.
[0032] Кроме того, согласно настоящему изобретению предложен способ прогнозирования времени проскока, согласно которому в воздухоочистительном устройстве данные о концентрации токсичного газа, содержащегося в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части, расходе воздуха, проходящего через фильтровальную часть, температуре воздуха на передней по ходу воздушного потока стороне и относительной влажности воздуха на передней по ходу воздушного потока стороне вводятся в блоке арифметической обработки, и
причем в указанном блоке арифметической обработки время проскока вычислено на основании указанных данных и с использованием формулы прогнозирования времени проскока, запрограммированной в блоке арифметической обработки, при этом концентрация токсичного газа, содержащегося в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне, расход, температура и относительная влажность используются в качестве переменных.
[0033] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложен способ прогнозирования времени проскока, согласно которому составляют формулу прогнозирования времени проскока в блоке арифметической обработки до использования воздухоочистительного устройства на основании эталонного условия, сформированного параметрами, такими как концентрация токсичного газа, содержащегося в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне, расход, температура, относительная влажность и проскоковая концентрация, и на времени проскока, измеренном при указанном эталонном условии.
[0034] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложен способ прогнозирования времени проскока, согласно которому корректируют посредством блока арифметической обработки время проскока при эталонном условии для фильтровальной части на основании температуры и относительной влажности.
[0035] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложен способ прогнозирования времени проскока, согласно которому токсичным газом является эталонный газ, представленный в качестве произвольно выбираемого токсичного газа,
o
причем концентрация указанного эталонного газа на передней по ходу воздушного потока стороне представлена как C (частей на миллион), расход представлен как Q (л/мин), проскоковая концентрация представлена как S (частей на миллион), а время, в течение которого концентрация указанного эталонного газа на задней по ходу воздушного потока стороне достигает концентрации S (частей на миллион), является временем проскока, и
при этом формула прогнозирования представлена ниже:
время проскока = эталонное время проскока × коэффициент изменения концентрации × коэффициент изменения расхода × коэффициент изменения температуры × коэффициент изменения влажности × коэффициент изменения проскоковой концентрации;
где:
o
o
эталонное время проскока представляет собой период времени, в течение которого концентрация на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает значения A%, которое меньше 100% и произвольно задано в качестве проскоковой концентрации относительно концентрации C, в случае, если концентрация C, расход Q, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
o
коэффициент изменения концентрации представляет собой поправочный коэффициент, соответствующий изменению концентрации, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока для концентрации C по меньшей мере на двух уровнях, в то время как расход, температура и влажность поддерживаются постоянными;
коэффициент изменения расхода представляет собой поправочный коэффициент, соответствующий изменению расхода, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока для расхода Q по меньшей мере на двух уровнях, в то время как концентрация, температура и влажность поддерживаются постоянными;
коэффициент изменения температуры представляет собой - поправочный коэффициент, соответствующий изменению температуры, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока для температуры T по меньшей мере на двух уровнях, в то время как концентрация, расход и относительная влажность поддерживаются постоянными;
коэффициент изменения влажности представляет собой поправочный коэффициент, соответствующий изменению влажности, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока по меньшей мере для двух уровней, включая один уровень, на котором уровень относительной влажности RH равен или выше 50%, в то время как концентрация, расход и температура поддерживаются постоянными;
коэффициент изменения проскоковой концентрации представляет собой поправочный коэффициент, соответствующий изменению проскоковой концентрации, вычисленный путем получения A% времени проскока, соответствующего проскоковой концентрации A%, полученной для значений расхода Q по меньшей мере на трех уровнях, и B% времени проскока, соответствующего проскоковой концентрации B%, которая отличается от проскоковой концентрации A% на одном уровне расхода Q, в то время как концентрация, температура и влажность поддерживаются постоянными.
[0036] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложен способ прогнозирования времени проскока, согласно которому формула согласно одному из вариантов реализации представлена формулами (1) и (2), описанными ниже:
(1) в случае, если относительная влажность RH≥50%:
;
(2) в случае, если относительная влажность RH<50%:
; и
в формулах (1) и (2), описанных выше:
o
o
эталонное время проскока - период времени, в течение которого концентрация на задней по ходу воздушного потока стороне достигает значения A%, которое меньше 100% и произвольно задано относительно концентрации C в случае, если концентрация C, расход Q, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
T - температура (°C);
RH - относительная влажность (%);
o
o
o
a, b - константы, полученные на основании концентрации C по меньшей мере для двух уровней и времени проскока, в течение которого концентрация токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает A% от концентрации C для каждой концентрации C, в то время как расход Q, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
o
o
c, d - константы, полученные на основании значений расхода Q по меньшей мере для двух уровней и времени проскока, в течение которого концентрация токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает A% от концентрации C для каждого расхода Q, в то время как концентрация C, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
o
o
e, f - константы, полученные на основании по меньшей мере двух уровней, включая один уровень, на котором относительная влажность RH равна или выше 50%, и времени проскока, в течение которого концентрация токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает A% от концентрации C для каждой относительной влажности RH, в то время как концентрация C, расход Q и температура T поддерживаются постоянными;
o
o
g, h - константы, полученные на основании температур по меньшей мере на двух уровнях и времени проскока, в течение которого концентрация токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает A% от концентрации C для каждой температуры T, в то время как концентрация C, расход Q и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
o
i, j - константы, полученные на основании значений A% времени проскока и значений расхода Q в случае, если расход Q изменяется по меньшей мере на трех уровнях, и B% времени проскока путем использования одного уровня из трех уровней расхода Q, на котором получено A% время проскока, в то время как концентрация C, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными.
[0037] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложен способ прогнозирования времени проскока, согласно которому блок арифметической обработки запрограммирован таким способом, что время проскока вычислено путем использования коэффициента относительного проскока газа для токсичного газа в качестве эталонного.
[0038] Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предложен способ прогнозирования времени проскока, согласно которому коррекция, основанная на скорости растворении в воде, в случае, если токсичный газ находится в жидком состоянии, выполняется для вычисления времени проскока, для которого используется относительный коэффициент проскока.
[0039] Согласно настоящему изобретению термин "проскок" в выражении "время проскока" означает, что если воздух, загрязненный токсичным газом, проходит через фильтровальную часть, концентрация токсичного газа в воздухе после прохождения через фильтровальную часть достигает концентрации, которая равна или выше концентрации, значение которой установлено произвольно. Концентрация, значение которой установлено произвольно, обозначена как "проскоковая концентрация". Кроме того, "время проскока" означает срок службы, после которого фильтровальная часть достигает "проскока".
[0040] Согласно настоящему изобретению "пороговым значением" обозначена газовая концентрация до степени, которая причиняет ущерб здоровью, если человек продолжает вдыхать токсичный газ, имеющий некоторую степень концентрации в течение постоянного промежутка времени.
Решение проблемы
[0041] Согласно варианту реализации настоящего изобретения предложено воздухоочистительное устройство, которое измеряет концентрацию токсичного газа на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части, и даже если пространство на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части является ограниченным, для измерения концентрации может быть использован крупноразмерный датчик, имеющий высокую точность.
[0042] Воздухоочистительное устройство вычисляет и прогнозирует время проскока на основании формулы для вычисления времени проскока, в которой коррелируются концентрация токсичного газа в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части, температура воздуха, влажность воздуха и расход воздуха, проходящего через фильтровальную часть, так что время проскока может быть точно вычислено, даже если любой параметр из концентрации токсичного газа на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части, температуры и влажности воздуха, а также расход воздуха, проходящего через фильтровальную часть, изменяются во времени при использовании воздухоочистительного устройства. Это означает, что если фильтровальной частью является респираторная коробка, срок службы указанной респираторной коробки может быть точно вычислен.
[0043] Кроме того, например, в случае, если воздухоочистительным устройством является респиратор, к проскоковой концентрации применяют пороговое значение, и сокращают измерительные интервалы в каждой части измерения, так что даже если концентрация токсичного газа в воздухе на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части, температура воздуха и влажность воздуха изменяются в течение короткого интервала времени, или расход воздуха, проходящего через фильтровальную часть, изменяется ежеминутно в соответствии с дыханием пользователя, время проскока не только может быть вычислено с высокой точностью, но также может быть вычислено путем вычисления степени развития проскока, которое соответствует непрерывному изменению расхода в соответствии с дыханием пользователя респиратора. Кроме того, благодаря указанным особенностям, фильтрующая способность фильтрующего элемента может быть использована более эффективно.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0044]
На фиг.1 показан перспективный вид воздухоочистительного устройства.
На фиг.2 показан частичный увеличенный разрез по линии II-II, показанной на фиг.1.
На фиг.3 показана схема устройства для наблюдения времени проскока для респиратора.
На фиг.4 показан график зависимости между испытательной концентрацией и 1%-ым временем проскока.
На фиг.5 показан график зависимости между расходом и 1%-ым временем проскока.
На фиг.6 показан график зависимости между температурой и 1%-ым временем проскока.
На фиг.7 показан график зависимости между относительной влажностью и 1%-ым временем проскока.
На фиг.8 показан график зависимости между временем наблюдения и концентрацией на задней по ходу воздушного потока стороне.
На фиг.9 показан график зависимости между временем проскока (%) и коэффициентом влияния проскоковой концентрации (%) (в зависимости от расхода).
На фиг.10 показан график, показывающий состояние, в котором градиент прямой линии изменяется в соответствии с расходом.
На фиг.11 показан график изменения расхода при вдыхании и выдыхании.
На фиг.12 показан разрез локального вытяжного устройства согласно варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг.13 показана схема согласно варианту реализации настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0045] Ниже подробно описано воздухоочистительное устройство согласно настоящему изобретению со ссылкой на сопроводительные чертежи.
[0046] На фиг.1 показан перспективный вид респиратора 1 воздухоочистительного устройства согласно варианту реализации настоящего изобретения. Респиратор 1 содержит лицевую маску 2, которая закрывает ноздри и рот пользователя маски (не показаны), фильтровальную часть 3, которая расположена перед лицевой маской 2 и соединена с ней с возможностью замены, и ленту 4, которая проходит назад от лицевой маски 2 и охватывает голову пользователя. Лицевая маска 2 содержит цилиндрическую часть 6, которая проходит от респиратора 1 в левом направлении вдоль оси Z. Фильтровальная часть 3 расположена на передней концевой части цилиндрической части 6. Периферийная краевая часть 7 лицевой маски 2 находится в плотном контакте с лицом пользователя во время ношения респиратора 1. Фильтровальная часть 3 содержит сетчатую часть 8, расположенную на ее передней поверхности и обеспечивающую возможность дыхания через нее, причем в сетчатой части 8 формированы воздушные каналы 9. Согласно одному варианту реализации фильтровальная часть 3 содержит респираторную коробку, которая с возможностью отсоединятся соединена с цилиндрической частью 6. Следует отметить, что цилиндрическая часть 6 выполнена с возможностью соединения фильтровальной части 3 с лицевой маской 2, но является необязательной в респираторе 1.
[0047] Респиратор 1 также содержит измерительный блок 21 для измерения концентрации, расположенный с наружной стороны респиратора 1 рядом с фильтровальной частью 3, для измерения концентрации токсичных газов, таких как циклогексан и толуол, присутствующих в окружающем воздухе 40, измерительный блок 22 для измерения расхода, проходящий с наружной стороны респиратора 1 во внутреннюю часть цилиндрической части 6, измерительный блок 23 для измерения температуры воздуха 40, и измерительный блок 24 для измерения влажности воздуха 40. Как и измерительные блоки 21, 22, 23 и 24, датчики 21a, 22a (показанные на фиг.2), 23a и 24a электрически соединены с блоком 25 арифметической обработки посредством соответствующих коммуникационных линий 21b, 22b, 23b и 24b. Блок 25 электрически соединен с сигнальным устройством 26а посредством линии 26b и электрически соединен с отображающим устройством 27a посредством линии 27b. Кроме того, результаты измерений могут быть переданы посредством радиосигнала от измерительных блоков 21, 22, 23 и 24 к блоку 25, или результаты вычисления и т.п. могут быть переданы посредством радиосигнала от блока 25 к сигнальному устройству 26a и/или отображающему устройству 27a.
[0048] На фиг.1 боковое направление, вертикальное направление и передне-заднее направление респиратора 1 показаны двунаправленными стрелками X, Y и Z.
[0049] На фиг.2 показан частичный увеличенный разрез по линии II-II, показанной на фиг.1, причем фильтровальная часть 3 показана воображаемыми линиями. Кроме того, фильтровальная часть 3, отделенная от цилиндрической части 6, показана на виде сбоку в качестве ссылки. Лицевая маска 2 содержит отверстие 11 для вдоха и отверстие 12 для выдоха. Обратный клапан 11а расположен в отверстии 11, а обратный клапан 12a расположен отверстии 12. Обратный клапан 11a перемещается в положение, показанное воображаемой линией, при вдохе пользователя и таким образом открывает отверстие 11. Обратный клапан 12a перемещается в положение, показанное воображаемой линией, при выдохе пользователя, и таким образом открывает отверстие 12.
[0050] Цилиндрическая часть 6 расположена перед отверстием 11 и содержит имеющую часть 6a малого диаметра, соединенную с лицевой маской 2, и имеющую часть 6b большого диаметра, которая посредством резьбы взаимодействует с фильтровальной частью 3. Измерительный блок 22 проходит в часть 6a малого диаметра через установочное отверстие 6c, а датчик 22a измерения расхода расположен перед отверстием 11. Цилиндрическая часть 6 расположена на внутренней поверхности периферийной стенки части 6b большого диаметра, содержащей резьбу 6d. Часть 6b большого диаметра содержит кольцевое уплотнение 6e, которое обеспечивает возможность герметичного контакта задней концевой частью 3d фильтровальной части 3.
[0051] Фильтровальная часть 3 заполнена фильтрующим элементом 3a, который служит внутренним фильтром. Фильтрующий элемент 3a выполнен из материалов, которые являются подходящими для абсорбирования токсичного газа по меньшей мере одного заданного типа, содержащегося в воздухе 40. Термин "время проскока фильтровальной части 3″ в отношении респиратора 1 означает время проскока фильтрующего элемента 3a. Резьба 3d, которая навинчивается на цилиндрическую часть 6, сформирована в задней части периферийной стенки 3c фильтровальной части 3.
[0052] При вдохе пользователя, который носит респиратор 1, воздух 40, расположенный за пределами респиратора 1, проходит через фильтровальную часть 3 в респиратор 1 и открывает обратный клапан 11a отверстия 11, в результате чего обеспечивается возможность вдыхания пользователя. При выдохе пользователя обратный клапан 11a закрывается, а обратный клапан 12a отверстия 12 открывается, в результате чего обеспечивается возможность выпуска наружу выдыхаемого пользователем воздуха. При подаче питания в блок 25, измерительные блоки 21, 22, 23 и 24, сигнальное устройство 26a и отображающее устройство 27a, датчик 21a измерительного блока 21 определяет концентрацию токсичного газа, присутствующего в воздухе 40, проходящем в фильтровальную часть 3, а определенные данные передаются в блок 25. Датчик 23a измерительного блока 23 определяет температуру воздуха 40, и датчик 24a измерительного блока 24 определяет влажность воздуха 40, а определенные данные передаются в блок 25. В цилиндрической части 6, т.е., ниже по ходу потока фильтровальной части 3, датчик 22a измерительного блока 22, который расположен перед отверстием 11, определяет расход воздуха 40a, очищенного абсорбирующей токсичный газ фильтровальной частью 3, а определенные данные передаются в блок 25. Очищенный воздух 40a проходит через отверстие 11 в лицевую маску 2 и используется в качестве вдыхаемого воздуха.
[0053] Относительно фильтровальной части 3, в целом известно, что максимальная допустимая концентрация, которая дана в форме порогового значения или контрольного значения для конкретного токсичного газа, присутствующего в воздухе 40, задана как проскоковая концентрация, и фильтрующая способность, благодаря которой концентрация токсичного газа, присутствующего в воздухе 40a, может быть сохранена равной пороговому значению или ниже порогового или контрольного значения, называется временем проскока. Пользователь респиратора 1 должен следить за респиратором 1, чтобы точно знать остаточное количество времени проскока фильтровальной части 3 и своевременно заменять фильтровальную часть 3 для предотвращения контакта с токсичным газом, вызванного использованием фильтровальной части 3 в течение периода времени, превышающего время проскока, и, таким образом, для предотвращения ухудшения здоровья.
o
[0054] В случае если респиратор 1 используется в воздухе 40, параметры которого, такие как концентрация токсичного газа C, расход Q воздуха 40, проходящего в респиратор 1, температура T воздуха 40, влажность RH воздуха 40, имеют постоянное значение, время проскока фильтровальной части 3 может быть измерено без измерения указанных параметров или использования измерительного блока для измерения указанных параметров, имеющих постоянное значение. Например, если расход Q, температура T и относительная влажность RH являются постоянными, время проскока может быть определено посредством респиратора 1, содержащего только измерительный блок 21 из указанных измерительных блоков 21, 22, 23 и 24. Кроме того, в среде, в которой изменяется только расход Q, время проскока может быть рассчитано посредством респиратора 1, содержащего только измерительный блок 22.
[0055] Респиратор 1, показанный на фиг.1 и 2, позволяет упростить определение времени проскока. Измерительные блоки 21, 22, 23 и 24, и блок 25 арифметической обработки сформированы следующим образом.
[0056]
1. Измерительный блок 21 для измерения концентрации
(1) Датчик 21a измерительного блока 21 расположен с возможностью приведения в контакт с воздухом 40 за пределами респиратора 1, предпочтительно при отсутствии воздействия на него выдыхаемого воздуха.
(2) К датчику 21a не предъявляются специальные требования, и в качестве указанного датчика могут быть использованы датчики различных типов, такие как электролитический датчик постоянного потенциала, фотоионизационный детектор (PID sensor), термохимический датчик и датчик типа Orgastor. В качестве одного из конкретных вариантов реализации измерительного блока 21 может быть использован прибор Мини-РЕЙ 3000 (произведенный компанией RAE Systems, Inc.), в котором использован фотоионизационный детектор.
[0057]
2. Измерительный блок 22 для измерения расхода
(1) В качестве датчика 22a в измерительном блоке 22 используется расходомер. К указанному расходомеру не предъявляются специальные требования, и в качестве указанного расходомера могут быть использованы расходомеры различных типов, такие как дроссельный расходомер (расходомер Вентури), измеритель дифференциального давления (диафрагменный расходомер), термоанемометр, ультразвуковой расходомер и лопастной расходомер. Расход может быть получен на основании площади потока и данных измерителя скорости потока, установленного вместо расходомера. В качестве измерителя скорости потока могут быть использованы измерители скорости потока различных типов, такие как измеритель скорости потока с термоэлементом, электромагнитный измеритель скорости, лопастной измеритель скорости потока и ультразвуковой измеритель скорости потока.
(2) Датчик 22a предпочтительно расположен в положении, показанном на фиг.2. Однако, его положение может быть изменено на соответствующее положение, в котором по существу может быть измерено количество воздуха, проходящего через фильтровальную часть 3.
(3) Если в респираторе 1 для подачи воздуха для вдыхания используется электрический вентилятор, расход может быть получен на основании потребляемого тока или энергопотребления электрического вентилятора, количества оборотов двигателя вентилятора, и т.п., вместо использования датчика 22a.
(4) Кроме того, степени открывания обратного клапана На вдоха и обратного клапана 12a выдоха могут быть определены с помощью датчиков положения и подобных им, а расход может быть рассчитан на основании определенных результатов, что может служить альтернативой использованию датчика 22a.
(5) Далее, чувствительный к давлению элемент мембранного типа соединен с лицевой маской 2, и его перемещение может быть обнаружено датчиком положения и подобным ему датчиком, таким образом, расход может быть рассчитан на основании определенного результата, что служит заменой использованию датчика 22a.
(6) Изменение давления в лицевой маске может быть измерено датчиком давления, а расход может быть рассчитан на основании результата измерения, что служит заменой использованию датчика 22a.
[0058]
3. Измерительный блок 23 для измерения температуры
(1) Датчик 23а измерительного блока 23 предпочтительно выполнен с возможностью приведения в контакт с воздухом 40 за пределами респиратора 1 и вблизи фильтровальной части 3 в положении, в котором он не обдувается потоком воздуха 40, протекающим к фильтровальной части 3, и потоком воздуха, выпускаемым из отверстия 12. Однако, если датчик 23a является датчиком, показания которого не зависят от обдува воздушным потоком, он может быть расположен рядом с фильтровальной частью 3.
(2) К датчику 23a не предъявляются специальные требования, и в качестве указанного датчика могут быть использованы термометры различных типов, например, такие как полупроводниковый датчик температуры, датчик температуры с энергетической щелью, термопары, резистивный термометр (термосопротивление, термистор), и т.п.
[0059]
4. Измерительный блок 24 для измерения влажности
(1) Предпочтительно датчик 24а измерительного блока 24 расположен с возможностью контактирования с воздухом 40 в положении, в котором на датчик 24a не действуют поток воздуха 40 и поток выдыхаемого воздуха, аналогично датчику 23a. Однако, если датчик 24a является датчиком, на показания которого не влияет обдув воздухом, указанный датчик 24a может быть расположен рядом с фильтровальной частью 3.
(2) К датчику 24a не предъявляются специальные требования, и в качестве указанного датчика могут быть использованы гигрометры различных типов, например, такие как электрический гигрометр, (датчик относительной влажности емкостного типа, высокомолекулярный гигрометр резистивного типа, керамический гигрометр резистивного типа, и т.п.), механический гигрометр (волосяной гигрометр), психрометр и т.п.
(3) В качестве одного из примеров прибора для измерения температуры и влажности, содержащего датчик 23a и датчик 24a, может быть использован прибор SHT 75, произведенный компанией SENSIRION.
[0060]
5. Блок 25 арифметической обработки
(1) Как показано на фиг.1, результаты измерения или альтернативные сигналы вместо результатов измерения могут быть переданы посредством коммуникационной линии от измерительных блоков 21, 22, 23 и 24 в блок 25, который предпочтительно расположен на пояснице или груди пользователя респиратора 1. В отличие от примера, показанного на фиг.1, если результаты измерения или сигналы переданы беспроводным способом от измерительных блоков 21, 22, 23 и 24 в блок 25, указанный блок 25, принимающий сигналы беспроводным способом, не только обеспечивает рабочее состояние маски, которую носит пользователь, но также обеспечивает возможность получения другими людьми помимо пользователя результатов измерения каждого измерительного блока или результатов обработки блоком арифметической обработки в стороннем помещении, таком как помещение для централизованного управления, расположенном на удалении от пользователя.
(2) Данные могут быть введены непосредственно в блок 25 или могут быть косвенно введены из внешнего устройства, корпус которого отделен от блока 25. Например, блок 25 может иметь функции, такие как задание проскоковой концентрации конкретного токсичного газа, присутствующего в воздухе 40, в фильтровальной части 3 путем ввода результатов измерения или сигналов, принятых от измерительных блоков 21, 22, 23 и 24, программирование формулы вычисления, такой как формула прогнозирования времени проскока, вычисление прогнозируемого времени проскока на основании указанной запрограммированной формулы прогнозирования времени проскока, вычисление степени износа фильтровальной части 3 за единицу времени, вычисление остаточного периода разрешенного использования до достижения времени проскока фильтровальной части 3, которое может быть получено на основании интеграции степени износа. Если остаточный период разрешенного использования до времени проскока фильтровальной части 3 оказался небольшим, и необходимо обратить на это внимание пользователя или контролера пользователя, наблюдающего за указанным пользователем, блок 25 может активировать сигнальное устройство 26a и отобразить на отображающем устройстве 27a различные результаты вычислений, выполненных блоком 25, результаты измерений, полученные от измерительных блоков 21, 22, 23 и 24 и т.п. Кроме того, на случай, если на вход попадает другой токсичный газ помимо заданного конкретного токсичного газа или с другим относительным коэффициентом проскока, отличающимся от соответствующего заданному конкретному токсичному газу, блок 25 может включать содержимое на входе в формулу для вычисления, такую как формула прогнозирования времени проскока для указанного конкретного токсичного газа. Под "относительным коэффициентом проскока", используемым в настоящей заявке, понимается значение, которое может быть получено на основании конкретного токсичного газа, для которого формула прогнозирования времени проскока запрограммирована как для эталонного газа, путем деления измеренного времени проскока для воздуха, содержащего произвольный токсичный газ за исключением эталонного газа, на измеренное время проскока для воздуха, содержащего эталонный газ, концентрация которого равна концентрации произвольного токсичного газа. В качестве эталонного газа могут быть выбраны в целом известные токсичные газы, такие как циклогексан и толуол. Относительный коэффициент проскока может быть представлен формулой 1, приведенной ниже.
(3) В качестве блока 25 арифметической обработки может быть использован микрокомпьютер, персональный компьютер, программируемый контроллер, и т.п.
[0061] На фиг.3 показана принципиальная схема устройства 100, выполненного с возможностью измерения времени проскока фильтровальной части 3 респиратора 1, показанного на фиг.1. Устройство 100 содержит камеру 102, в которой расположена модель 101 человеческой головы с надетым на нее респиратором 1, и с передней по ходу воздушного потока стороны 102a камеры 102 расположена камера 105 для смешивания воздуха. Камера 105 соединена с линией 103 подачи сухого воздуха, линией 104 подачи увлажненного воздуха и линией 106 подачи токсичного газа. Дыхательный симулятор 107 расположен с задней по ходу воздушного потока стороны 102b камеры 102, а модель 101 человеческой головы и дыхательный симулятор 107 соединены посредством воздухопровода 108. Передняя по ходу воздушного потока концевая часть воздухопровода 108 проникает в модель 101 и достигает ее рта. Блок 25, сигнальное устройство 26а и отображающее устройство 27a расположены за пределами камеры 102. Блок 25 электрически соединен с датчиком 21a измерения концентрации, расположенным вблизи фильтровальной части 3 во внутренней части камеры 102, датчиком 23a измерения температуры, датчиком 24a измерения влажности, датчиком 22a измерения расхода, расположенными во внутренней части респиратора 1.
[0062] Посредством линии 103 подачи сухого воздуха сухой воздух из компрессора (не показан) подают в воздухосмесительную камеру 105.
[0063] Посредством линии 104 подачи увлажненного воздуха сухой воздух из компрессора (не показан) проходит через емкости 104a и 104b для воды и превращается в увлажненный воздух, который подают в воздухосмесительную камеру 105.
[0064] Посредством линии 106 подачи токсичного газа сухой воздух из компрессора (не показан) подают в резервуар 106a. Например, резервуар 106a содержит жидкий циклогексан, а сухой воздух вводится  в жидкий циклогексан, в результате чего жидкий циклогексан в резервуаре 106a испаряется и превращается в загрязненный циклогексаном воздух, который является токсичным газом, после чего указанный загрязненный воздух подают в камеру 105 для смешивания воздуха.
[0065] В воздухосмесительной камере 105 установлена температура, при которой обычно измеряют время проскока или подобное ему. В воздухосмесительной камере 105 сухой воздух, увлажненный воздух и воздух, загрязненный токсичным газом, смешивают для получения токсичного газа необходимой концентрации для измерения времени проскока, в результате чего смесь указанных газов превращается в воздух 40, температуру и влажность которого поддерживают при постоянном значении, после чего воздух 40 направляют в камеру 102.
[0066] Дыхательный симулятор 107, расположенный на задней по ходу воздушного потока стороне 102b камеры 102, может повторять операцию вдыхания и операцию выдыхания с регулируемой скоростью подачи воздуха и изменять количество повторений в минуту между операцией вдыхания и операцией выдыхания. Кроме того, дыхательный симулятор 107 может непрерывно выполнять операцию вдыхания и таким образом последовательно подавать в фильтровальную часть 3 воздух 40 с постоянным расходом в единицу времени.
o
o
[0067] Согласно настоящему изобретению устройство 100 использовалось для отслеживания времени проскока фильтровальной части 3 респиратора 1, причем в качестве токсичного газа был использован циклогексан, при этом в качестве фильтровальной части 3 респиратора 1, надетого на модель 101 человеческой головы, была использована респираторная коробка KGC-1S (фильтрующий элемент, имеющий диаметр 78 мм и толщину 11,5 мм), изготовленная компанией Koken, Ltd., причем второй датчик 21 с определения концентрации (показанный на фиг.2) для определения концентрации токсичного газа, содержащегося в воздухе 40a после прохождения через фильтровальную часть 3, расположен вблизи датчика 22a на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3. В камере 102 путем определения концентрации токсичного газа до и после прохождения воздуха 40, содержащего токсичный газ (циклогексан) с указанной концентрацией, через фильтровальную часть 3, было определено влияние концентрации C токсичного газа, содержащегося в воздухе 40, расхода Q воздуха 40, проходящего через фильтровальную часть 3, температуры Т воздуха 40 и относительной влажности RH воздуха 40 на время проскока (ВТ) фильтровальной части 3 и определена предварительная оценка времени проскока для фильтровальной части 3. Следует отметить, что второй датчик 21 с определения концентрации электрически соединен с блоком 25, что показано штрихпунктирной линией на фиг.2. В Таблице 1 приведены параметры для исследования воздуха 40 и условия, такие как концентрация C (в частях на миллион), расход Q (литр/мин), проскоковая концентрация (%), температура (°C) и относительная влажность (% RH), которые выбраны для каждого параметра, подлежащего исследованию.
- Проскоковая концентрация (%) (Исследуемая.)
- 1% проскоковая концентрация при испытательной концентрации 100 частей на миллион: 1 часть на миллион
- 1% проскоковая концентрация при испытательной концентрации 600 частей на миллион: 6 частей на миллион
[0069] Исследование 1.
o
o
o
o
o
o
Стандартные условия (четыре условия, такие как концентрация C, для которой было установлено произвольное значение, расход Q, температура T, и относительная влажность RH, причем при указанных четырех условиях было определено отношение (например, A %) концентрации токсичного газа, просочившегося к задней по ходу потока стороне фильтровальной части 3, к концентрации C (в дальнейшем называемой процентной проскоковой концентрацией или A % проскоковой концентрацией), и концентрация C при стандартных условиях была изменена на нескольких уровнях, причем на каждом уровне, было измерено, например, время, в течение которого % проскоковая концентрации (например, A% проскоковая концентрации) достигает 1%, и если указанное время принято как 1% время проскока в зависимости от концентрации (аббревиатура: 1% время проскока (концентрация) или 1% БТС, или коэффициент изменения концентрации), 1% ВТС имело тенденцию к сокращению при увеличении уровня концентрации C. В Таблице 2 показано 1% ВТС), измеренное на каждом уровне концентрации C. На фиг.4 показано логарифмическое соотношение между концентрацией C и 1% ВТС из Таблицы 2. Это соотношение относительно изменения концентрации, т.е., коэффициента изменения концентрации, может быть выражено математическими формулами, такими как логарифмическая аппроксимация, обратная пропорциональная аппроксимация, степенная аппроксимация, и т.п. Например, 1% ВТС получаемое путем логарифмической аппроксимации, может быть выражено формулой 2.
o
где a, b - константы, полученные экспериментальным путем для концентрации C по меньшей мере на двух уровнях.
[0070]
Таблица 2
Испытательная концентрация C<sub>o</sub>, [частей на миллион]
1% проскоковая концентрация, [частей на миллион]
1% время проскока (концентрация), 1% BT<sub>c</sub> [мин]
100
1
235,0
300
3
100,3
600
6
64,0
1000
10
41,4
1200
12
35,2
1800
18
22,8
Среднее значение в случае n=3
[0071] Исследование 2.
Q
Q
Q
Q
Q
Расход Q при стандартных условиях был задан на нескольких уровнях, и на каждом уровне, например, было измерено время, в течение которого % проскоковая концентрация достигает 1%. Если указанное время принять как 1% время проскока в зависимости от расхода (аббревиатура: 1% время проскока (расход) или 1% BT, или коэффициент изменения расхода времени проскока), 1% BT имеет тенденцию к уменьшению при увеличении расхода Q. В Таблице 3 показано 1% BT, измеренное на каждом уровне расхода Q. На фиг.5 показано обратно пропорциональное отношение между расходом Q и 1% BT из Таблицы 3. Это соотношение относительно изменения расхода, т.е., коэффициента изменения расхода, может быть выражено математическими формулами, такими как логарифмическая аппроксимация, обратно пропорциональная аппроксимация, степенная аппроксимация, и т.п. В качестве одного примера, 1% BT, полученное путем обратно пропорциональной аппроксимации, может быть выражено формулой 3.
где c, d - константы, полученные экспериментальным путем для расхода Q по меньшей мере на двух уровнях.
[0072]
Таблица 3
Расход Q (литр/мин)
1% время проскока (Расход), 1% BT<sub>Q</sub> (мин)
30
100,3
40
74,8
60
37,4
80
24,7
100
16,3
120
8,8
Среднее значение в случае n=3
[0073] Исследование 3.
o
o
Из Таблицы 4 видно, что 1% время проскока наблюдалось, когда температура T и относительная влажность % RH были изменены при условии, что концентрация C составляла 300 частей на миллион, и расход Q составлял 30 л/мин. На фиг.6 показано, что если концентрация C, расход Q и относительная влажность RH являются постоянными, как указано в Таблице 4, а температура Т увеличивается, время проскока имеет тенденцию к уменьшению. Тенденция изменения температуры, которая является линейной, как показано на фиг.6, может быть выражена математическими формулами. Например, если коэффициент времени проскока (в дальнейшем называемый коэффициентом температурного влияния или коэффициентом изменения температуры) получен на основании времени проскока при температуре 20°C в качестве эталонного, коэффициент температурного влияния может быть выражен формулой 4.
где g, h - константы, полученные экспериментальным путем с температурой по меньшей мере на двух уровнях.
Формула 4 ниже может упоминаться как формула температурной поправки, которая требуется для вычисления времени проскока для фильтровальной части 3.
[0074]
Таблица 4
Температура T [°C]
20,0
25,0
30,0
35,0
Относительная
9
105,8
99,8
92,0
73,7
влажность RH [%RH]
30
107,2
100,6
91,5
71,7
40
102,7
99,1
90,3
72,2
50
100,3
94,3
87,0
65,9
60
89,6
86,0
76,7
61,4
70
78,8
66,9
61,0
49,9
80
60,3
56,9
54,2
42,9
o
Концентрация C: 300 частей на миллион
Расход Q: 30 л/мин
[0075] Исследование 4.
o
Как показано в Таблице 4, если концентрация C, расход Q и температура T являются постоянными, и относительная влажность RH равна или выше 50%, время проскока имеет тенденцию к сокращению при увеличении относительной влажности RH. Тенденция изменения влажности, которая является линейной, как показано на фиг.7, может быть выражена математическими формулами. Например, если отношение времени проскока (в дальнейшем называемое коэффициентом влияния влажности или коэффициентом изменения влажности в случае RH≥50%) получено на основании времени проскока, при котором относительная влажность RH составляет 50%, в качестве эталонного, коэффициент влияния влажности может быть выражен формулой 5.
где e, f - константы, полученные экспериментальным путем при относительной влажности RH по меньшей мере на двух уровнях (которые, однако, включают один уровень для случая с относительной влажностью RH, которая равна или выше 50%).
Формула 5 может упоминаться как формула поправки на влажность, необходимая для вычисления времени проскока для фильтровальной части 3.
[0076] Кроме того, как видно из Таблицы 4 и показано на фиг.7, если относительная влажность RH составляет меньше 50%, время проскока изменяется очень мало, даже при изменении относительной влажности RH. Время проскока почти равно времени проскока для случая, в котором относительная влажность RH составляет 50%. Эта тенденция (в дальнейшем называемая коэффициентом влияния влажности или коэффициентом изменения влажности для случая RH≤50%) может быть выражена формулой 6.
[0077] Исследование 5.
o
c
Q
Если температура T и относительная влажность RH являются постоянными, а концентрация C и расход Q изменяются, отношение 1% времени проскока в зависимости от концентрации и расхода, которые являются прогнозируемыми значениями времени проскока перед достижением проскоковой концентрации 1% (аббревиатура: 1% время проскока (в зависимости от концентрации, расхода)) к 1% BT из формулы 2 и 1% BT из формулы 3 может быть выражено формулой 7.
c
o
c
Q
o
c
Q
где эталонное BT - время проскока при стандартных условиях Исследования 1. Например, 1% время проскока (в зависимости от концентрации) (1% BT) означает время, полученное подстановкой в формулы 2 и 3 концентрации C, расхода Q, температуры T и относительной влажности RH, которые являются общими для формул 2 и 3. Значение 1% BT при этом равно значению 1% времени проскока (в зависимости от расхода) (1% BT). Согласно одному варианту реализации эталонные условия следующие: C=300 частей на миллион, Q=30 л/мин, T=20°C, RH=50% и проскоковая концентрация 1%. Вариант реализации эталонного BT представляет собой 1% BT (т.е., равно 1% BT), полученное на основании эталонных условий.
[0078] Исследование 6.
o
Если концентрация C, расход Q, температура T и относительная влажность RH изменяются относительно стандартных условий Исследования 1, прогнозируемое значение времени проскока (1% время проскока) перед достижением 1% концентрации на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3, может быть представлено отношением, выраженным формулами 8-1 и 8-2.
[0079] Исследование 7.
o
(1) Проскоковая концентрация, имеющая произвольное значение, и концентрация C.
o
a. Концентрация токсичного газа (циклогексана) на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3 в случае концентрации C=300 частей на миллион и расхода Q=30 л/мин увеличилась с окончанием времени наблюдения. На фиг.8 показан график роста концентрации, причем 1% время проскока, как показано на фиг.8, составляет 100,3 минуты.
o
o
b. Расход Q был зафиксирован на уровне 30 л/мин, а концентрации токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне, представленной как проскок фильтровальной части 3, было придано произвольное значение (%) относительно концентрации C на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3, например, 0,5, 1, 3, 5 и 10%, и было измерено время проскока (% время проскока) для произвольного значения (%). Уровень концентрации C на передней по ходу воздушного потока стороне изменяли от 100 до 1800 частей на миллион, и для каждого уровня было получено отношение % времени проскока к 1% времени проскока из % времени проскока (коэффициент влияния на % проскоковую концентрацию (в зависимости от концентрации) или коэффициент изменения концентрации), и результаты показаны в Таблице 5.
o
c. Из Таблицы 5 видно, что на % время проскока не влияет концентрация C на передней по ходу воздушного потока стороне, если % время проскока наблюдалось в форме коэффициента влияния на % проскоковую концентрацию (концентрация).
(2) Проскоковая концентрация, имеющая произвольное значение и расход Q.
o
o
o
a. Концентрацию C на передней по ходу воздушного потока стороне поддерживали постоянной, расход Q через фильтровальную часть 3 изменяли, и концентрация токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне, представленная как проскок через фильтровальную часть 3, была установлена в произвольное значение (%) относительно концентрации C, например, 0,5, 1, 3, 5 и 10%, и было измерено время проскока (% время проскока) для каждого произвольного значения концентрации (в %). В качестве одного примера, концентрация C была задана 100 частей на миллион, и уровень расхода Q изменяли от 30 л/мин до 120 л/мин, причем для каждого уровня было получено отношение % времени проскока к 1% времени проскока (1% BT) от % времени проскока (% BT) (коэффициент влияния на % проскоковую концентрацию (расход)), и результаты показаны в Таблице 6.
o
b. В Таблице 6 показано отношение между уровнем расхода Q и % временем проскока для случая, в котором концентрация C составляет 100 частей на миллион. В отношении % времени проскока, которое показано в форме коэффициента влияния на % проскоковую концентрацию (расход), было выяснено, что если уровень расхода Q изменяется, коэффициент влияния на % проскоковую концентрацию (расход) также изменяется.
c. В Таблице 6 отношение между коэффициентом влияния на % проскоковую концентрацию (расход) для каждой % проскоковой концентрации и % логарифмом от % проскоковой концентрации выражено прямой линией, как показано на фиг.9, а наклон указанной прямой линии изменяется в зависимости от расхода Q, как показано на фиг.10.
d. На основании Таблицы 6 и фиг.10 было выяснено, что расход Q, % проскоковая концентрация, и отношение % времени проскока к 1%-времени проскока (коэффициент влияния на % проскоковую концентрацию (расход) или коэффициент времени проскока для произвольной проскоковой концентрации S частей на миллион) соотносятся как показано в формуле 9.
o
где i, j - константы, полученные при условии, что концентрация C, температура T и относительная влажность RH сохраняются постоянными, а расход Q изменяется по меньшей мере на трех уровнях, и для каждого уровня расхода Q получено отношение (% время проскока) к (1% BT) (однако, проскоковая концентрация не ограничивается 1%, и, вообще говоря, если значения A и В концентраций отличаются от друг друга, можно сказать, что константы могут быть получены вычислением отношения B% времени проскока к A% времени проскока для каждого уровня расхода Q).
Здесь:
S - произвольная проскоковая концентрация фильтровальной части 3 (в частях на миллион);
o
S/C×100 - % проскоковая концентрация
j×Q
Формула 9 может быть названа поправочной формулой эталонной проскоковой концентрации, в которой произведение i×EXP может быть выражено линейной аппроксимацией, степенной аппроксимацией, и т.п., в дополнение к экспоненциальной аппроксимации.
[0080]
Таблица 5
Расход Q, (л/мин)
Концентрация C<sub>o</sub> (частей на миллион)
Отношение % времени проскока к 1% времени проскока (коэффициент влияния на % проскоковую концентрации (расход)
0,5%
1%
3%
5%
10%
100
0,83
1,00
1,24
1,36
1,50
300
0,85
1,00
1,24
1,35
1,50
30
600
0,85
1,00
1,23
1,33
1,48
1000
0,84
1,00
1,23
1,34
1,50
1200
0,85
1,00
1,24
1,35
1,53
1800
0,85
1,00
1,23
1,34
1,51
[0081]
[Таблица 6]
Расход Q, (л/мин)
Концентрация C<sub>o</sub> (частей на миллион)
Отношение % времени проскока к 1% времени проскока (коэффициент влияния на % проскоковую концентрации (расход)
0,5%
1%
3%
5%
10%
30
0,83
1,00
1,15
1,24
1,50
40
0,81
1,00
1,21
1,31
1,69
80
100
0,53
1,00
1,44
1,70
2,49
100
0,31
1,00
1,60
1,97
3,05
120
-
1,00
1,88
2,39
4,06
[0082] Исследование 8.
o
Исследование 7 показывает, что если определено 1% время проскока, которое является прогнозируемым временем проскока в случае, если проскоковая концентрация для фильтровальной части 3 составляет 1% от передней по ходу потока концентрации C, и проскоковой концентрации для фильтровальной части 3 назначено произвольное значение, прогнозируемое время проскока относительно указанного произвольного значения может быть получено из формулы 10, приведенной ниже.
В формуле 10:
o
o
Эталонное время проскока - период времени, в течение которого концентрация на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части достигает значения A%, т.е., значения, которое меньше 100% и произвольно установлено в качестве проскоковой концентрации относительно концентрации C, в случае, если концентрация C, расход Q, температура T и относительная влажность RH поддерживаются постоянными;
o
Коэффициент изменения концентрации представляет собой поправочный коэффициент, относящийся к изменению концентрации, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока для концентрации C по меньшей мере для двух уровней, в то время как расход, температура и влажность сохраняются постоянными;
Коэффициент изменения расхода представляет собой поправочный коэффициент, относящийся к изменению расхода, вычисленный путем получения эталонного времени проскока для расхода Q по меньшей мере для двух уровней, в то время как концентрация, температура и влажность поддерживаются постоянными;
Коэффициент изменения температуры представляет собой поправочный коэффициент, относящийся к изменению температуры, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока для температуры Т по меньшей мере для двух уровней, в то время как концентрация, расход и относительная влажность поддерживаются постоянными;
Коэффициент изменения влажности представляет собой поправочный коэффициент, относящийся к изменению влажности, вычисленный путем получения значений эталонного времени проскока по меньшей мере для двух уровней, содержащих один уровень, на котором уровень относительной влажности RH равен или выше 50%, в то время как концентрация, расход и температура поддерживаются постоянными;
Коэффициент изменения проскоковой концентрации представляет собой поправочный коэффициент, относящийся к изменению проскоковой концентрации, вычисленный путем получения значений A% времени проскока, соответствующих A% проскоковой концентрации, полученной при расходе Q по меньшей мере для трех уровней, и B% времени проскока, соответствующего B% проскоковой концентрации, которая отличается от A% проскоковой концентрации на одном из трех уровней расхода Q, в то время как концентрация, температура и влажность поддерживаются постоянными.
[0083] Исследование 9.
o
Формулы 2-9 и прогнозируемое значение времени проскока для проскоковой концентрации, в которых используется единица исчисления, такая как части на миллион, могут быть выражены формулами 11-1 и 11-2, приведенными ниже, в которых концентрация токсичного газа на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3 обозначена как C частей на миллион, а проскоковая концентрация после фильтровальной части 3 обозначена как S частей на миллион.
Прогнозируемое время проскока, в течение которого концентрация на задней по ходу воздушного потока стороне достигает S частей на миллион в случае RH≥50% (аббревиатура: Sppm BT):
Прогнозируемое время проскока, в течение которого концентрация на задней по ходу воздушного потока стороне достигает S частей на миллион в случае RH<50% (аббревиатура: Sppm BT):
[0084] Исследование 10.
Исследования 1-9 также могут быть применены к органическим токсичным газам помимо циклогексана. Как и в случае с циклогексаном, в отношении токсичных газов помимо циклогексана, формула прогнозирования проскока может быть вычислена для каждого токсичного газа путем применения Исследований 1-9. Однако, если токсичный газ, коэффициент проскока которого относительно циклогексана известен, время проскока может быть вычислено путем назначения значения, умноженного на отношение коэффициент проскока ко времени проскока, относящееся к циклогексану. Кроме того, как и в случае с циклогексаном, если имеется формула прогнозирования времени проскока для конкретного токсичного газа помимо циклогексана, т.е., газа, соответствующий коэффициент проскока которого относительно времени проскока конкретного токсичного газа является очевидным, время проскока указанного газа может быть вычислено путем использования значения, умноженного на отношение коэффициента проскока ко времени проскока конкретного токсичного газа, в указанной формуле прогнозирования времени проскока.
[0085] Формулы 11-1 и 11-2 запрограммированы в блоке 25, показанном на фиг.1, таким способом, что формула 11-1 выбирается в случае RH≥50%, а формула 11-2 выбирается в случае RH<50%. Вместо программирования таким образом, в блоке 25 может быть запрограммирована только формула 11-1. В этом случае блок 25 программируется таким образом, что формула 11-1 выбирается в случае RH≥50%, а условие RH=50% действует в формуле 11-1 в случае RH<50%.
o
[0086] Как и в случае респиратора 1, показанного на фиг.1, с тем отличием, что формулы 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8-2, 9, 11-1 и 11-2 были запрограммированы в блоке 25, респираторная коробка KGC-1S (фильтрующий элемент, имеющий диаметр 78 мм и толщину 11, 5 мм), изготовленная компанией Koken, Ltd, использовалась в качестве фильтровальной части 3 респиратора 1, и циклогексан был использован в качестве токсичного газа, изменяли концентрацию C токсичного газа, расход Q воздуха 40, температуру T воздуха 40 и относительную влажность RH воздуха 40 для наблюдения времени проскока для фильтровальной части 3, и результаты наблюдения описаны в пунктах (1)-(9), приведенных ниже.
[0087]
o
c
o
(1) Воздух 40, имеющий температуру T=20°C и относительную влажность RH=50% пропускали через фильтровальную часть 3 с расходом Q=30 л/мин. Концентрацию C токсичного газа в воздухе 40 изменяли на шести уровнях, таких как 100 частей на миллион, 300 частей на миллион, 600 частей на миллион, 1000 частей на миллион, 1200 части на миллион и 1800 частей на миллион. 1% время проскока (концентрация) (1% BT), представляющее собой период времени, в течение которого концентрация токсичного газа, просочившегося на заднюю по ходу воздушного потока сторону фильтровальной части 3, достигает 1% от концентрации C, было введено в блок 25 и на основании формулы 2, запрограммированной в блоке 25, была получена следующая формула 12.
[0088]
o
Q
(2) Воздух 40, имеющий температуру T=20°C и относительную влажность RH=50% и содержащий токсичный газ, имеющий концентрацию C=300 частей на миллион, пропускали через фильтровальную часть 3 с расходом Q на шести уровнях, таких как 30 л/мин, 40 л/мин, 60 л/мин, 80 л/мин, 100 л/мин, 120 л/мин, и для каждого уровня в блоке 25 было введено 1% BT, в результате на основании формулы 3, запрограммированной в блоке 25, была получена следующая формула 13.
[0089]
o
c
Q
c
Q
o
(3) Из формул 12 и 13, составленных для таких условий, как T=20°C, RH=50%, C=300 частей на миллион, Q=30 л/мин, с использованием блока 25 были получены 1% BT и 1% BT, которые составляли 98,8 минут. Если 1% BT (который равен 1% BT) для указанных условий принять в качестве эталонного BT, время проскока в случае изменения концентрации C и расхода Q при T=20°C и RH=50% может быть вычислено из формулы 7, описанной выше.
[0090]
o
o
o
(4) В формулу 7, запрограммированную в блоке 25, были введены условия T=20°C, RH=50%, C=600 частей на миллион и Q=40 л/мин для вычисления прогнозируемого времени проскока, которое в результате составило 41,8 минут. С другой стороны, когда воздух 40 пропустили через фильтровальную часть 3 респиратора 1, показанного на фиг.1, при условиях T=20°C, RH=50%, C=600 частей на миллион и Q=40 л/мин, и измерили 1% время проскока, которое представляет собой период времени, в течение которого концентрация токсичного газа на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3 достигает 1% от концентрации C на передней по ходу воздушного потока стороне, т.е., 6 частей на миллион, указанное 1% время проскока составило 38,9 минут, которое примерно соответствовало прогнозируемому времени проскока, представляющему собой вычисленное 1% время проскока (в зависимости от концентрации и расхода).
[0091]
o
(5) У респиратора 1 при условиях: RH=50%, C=300 частей на миллион и Q=30 л/мин было измерено 1% BT для пяти уровней температуры T, таких как T=15°C, 20°C, 25°C, 30°C и 35°C, и результаты измерения были введены в блок 25, после чего из формулы 4, запрограммированной в блоке 25, была получена формула 14, приведенная ниже.
[0092]
o
(6) У респиратора 1 при условиях: T=20°C, C=300 частей на миллион и Q=30 л/мин, было измерено 1% BT для восьми уровней относительной влажности RH, таких как RH=10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% и 80%, а результаты измерения были введены в блок 25, в результате была получена формула 15 на основании формулы 5, запрограммированной в блоке 25, для случая RH≥50%. Затем, к формуле 6, описанной выше, для случая R<50% применили полученный коэффициент влияния относительной влажности.
[0093]
o
o
(7) Условия T=35°C, RH=70%, C=300 частей на миллион и Q=30 л/мин были введены в блок 25, и 1% прогнозируемое время проскока, вычисленное на основании формул 8-2, 14 и 15, запрограммированных в блоке 25, составило 50,8 минут. С другой стороны, когда воздух 40 пропустили через фильтровальную часть 3 респиратора 1 при условии T=35°C, RH=70%, C=300 частей на миллион и Q=30 л/мин, фактически измеренное время проскока для 1% проскоковой концентрации составило 49,9 минут, что примерно соответствует расчетному прогнозируемому времени проскока.
[0094]
o
o
(8) Воздух 40 при условиях: T=20°C, RH=50%, C=300 частей на миллион и Q=30 л/мин пропускали через фильтровальную часть 3 респиратора 1, после чего был измерены периоды времени, в течение которых концентрация токсичного газа, просочившегося к задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3, достигала 0,5% (далее этот период времени назван временем проскока для концентрации 0,5% или 0,5% временем проскока), достигала 1% (1% время проскока), достигала 3% (3% время проскока), достигала 5% (5% время проскока) и достигала 10% (10% время проскока) от концентрации C=300 частей на миллион, т.е., концентрации токсичного газа на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3, и результаты измерения были введены в блок 25, в результате чего на основании формул 11-1 и 11-2, запрограммированных в блоке 25, были получены формулы 16 и 17, приведенные ниже.
[0095]
На основании формулы 11-1 в случае RH≥50%:
Следует отметить, что например, если концентрация на задней по ходу воздушного потока стороне составляет 5 частей на миллион, назначается концентрация S=5.
[0096]
На основании формулы 11-2 в случае RH<50%:
Следует отметить, что например, если концентрация на задней по ходу воздушного потока стороне составляет 5 частей на миллион, назначается концентрация S=5.
[0097]
(9) Поскольку прогнозируемое время проскока (5 ppm BT) в случае S=5 в формуле 16 вычислено при различных условиях, время проскока для респиратора 1 фактически было измерено при каждом условии. Как показано в Таблице 7, прогнозируемое время проскока BT(S) примерно соответствует фактическому измеренному времени проскока при каждом условии, что доказывает превосходную точность прогнозирования времени проскока с использованием формулы 16.
o
[0098] Из описанного выше примера очевидно, что для респиратора 1, в котором используется респираторная коробка KGS-1S или другая фильтровальная часть 3, эквивалентная респираторной коробке KGS-1S, формулы 16 и 17 запрограммированы в блоке 25, так что при введении параметров, таких как температура T, относительная влажность RH, концентрация C и расход Q, окружающей среды, в которой используется респиратор 1, может быть вычислено время проскока для указанной окружающей среды. Например, для респиратора 1, в котором формулы 16 и 17 запрограммированы в блоке 25, могут быть введены стандартные условия, присущие фильтровальной части 3 на этапе изготовления. В начале использования фильтровальной части 3 определяют температуру T и относительную влажность RH воздуха 40, которые соответствуют условиям эксплуатации, а фильтрующая способность, определенная стандартными условиями фильтровальной части 3, основанными на формулах 4 и 5, может быть скорректирована так, чтобы соответствовать условиям эксплуатации.
[0099] Кроме того, если респираторе 1 используется фильтровальная часть 3, характеристики которой отличаются от характеристик респираторной коробки KGS-1S, данные, полученные на основании использования фильтровальной части 3, вводятся в формулы 11-1 и 11-2, запрограммированные в блоке 25, и вычисляются константы для формул 11-1 и 11-2, после чего может быть вычислено время проскока для фильтровальной части 3, соответствующее окружающей среде, в которой используется респиратор 1.
[0100]
o
[0101] В Таблице 7 показаны результаты исследования, во время которого условия, т.е., температура T, относительная влажность RH, концентрация C и расход Q воздуха 40, который является наружным воздухом, предполагались неизменными в период от начала измерения времени проскока для респиратора 1, причем в качестве фильтровальной части 3 для респиратора 1 использовалась респираторная коробка KGC-1S. Выражение "расход Q остается неизменным" означает, что поток воздуха 40 является равномерным потоком или потоком, который не является абсолютно равномерным потоком, но предполагается, что он является равномерным потоком.
o
[0102] Кроме этого, респиратор 1 часто используется в условиях, в которых по меньшей мере одно из температуры T, относительной влажности RH, концентрации C и расхода Q изменяется с течением времени. Пример, в котором расход Q в респираторе 1 изменяется в течение одной минуты при повторяющихся вдыханиях и выдыханиях пользователя, является типичным примером таких условий.
o
o
[0103] На фиг.11 показан график, иллюстрирующий один пример пульсирующего потока, в котором расход воздуха через фильтровальную часть 3 при вдыхании и выдыхании пользователя изменяется с течением времени. В примере, показанном на фиг.11, предполагается, что операция вдыхания воздуха 40 повторяется с частотой 20 раз в минуту, при этом расход одного дыхательного цикла, т.е. количество вдыхаемого воздуха, составляет 1,5 л. Предполагается, что для совершения одного цикла операций вдыхания и выдыхания требуется три секунды, и расход воздуха, изменяющийся в ходе этого одного цикла вдыхания и выдыхания может быть описан синусоидальной функцией. В указанных операциях вдыхания и выдыхания измерительный блок 22 для измерения расхода, показанный на фиг.2, обнаруживает в качестве целевого параметра расход воздуха только во время операции вдыхания. Расход воздуха во время операции выдыхания не обнаруживается, поскольку выдыхаемый воздух не проходит через фильтровальную часть 3. Соответственно, расход выдыхаемого воздуха определяется как нулевой в измерительном блоке 22. Штрихпунктирная линия DL на фиг.11 показывает изменение расхода воздуха, обнаруженное в измерительном блоке 22. Для прогнозирования времени проскока респиратора 1 при условии, что расход Q фильтровальной части 3 изменяется как показано штрихпунктирной линией DL, предпочтительно измерять расход Q в единицу времени t для получения степени развития проскока в единицу времени в респиратор 1 в течение некоторого промежутка времени. Единица времени t может быть выбрана произвольно, и предпочтительно единица времени t находится в диапазоне от 1/6000 мин (0,01 сек) до 5/600 мин (0,5 сек) для вычисления степени развития проскока, соответствующей непрерывно изменяющемуся расходу Q дыхания пользователя. Ломаной линией G на фиг.11 показано изменение расхода при условии, что единицей времени t выбрана 1/600 минуты (0,1 сек), и в течение интервала времени продолжительностью 0,1 сек расход остается неизменным, представляя собой равномерный поток. Концентрация C, расход Q, температура T и относительная влажность RH могут быть измерены на основании использования той же самой единицы времени, как и при определении расхода Q. Однако, если при данной выбранной единице времени изменение параметра не наблюдается как в случае расхода Q, концентрация C, температура T и относительная влажность RH могут быть измерены на основании другой выбранной единицы времени, которая продолжительнее единицы времени, использованной для измерения расхода Q, например, 10 мин (600 секунд) или больше. Степень развития проскока задана формулой 18, приведенной ниже, в которой используется Sppm BT из формул 16 и 17, запрограммированных в блоке 25.
[0104] Формула 18 может быть использована для вычисления времени проскока, которое требуется для достижения проскоковой концентрации Sppm в респираторе 1, т.е., степени развития проскока в единицу времени при проскоковой концентрации Sppm BT. Например, если в качестве единицы времени t выбран интервал времени 1/600 мин (0,1 сек), и S составляет 5 частей на миллион, формула 18 может быть выражена следующим образом:
Степень развития проскока = 1/600/5 ppm ВТ.
o
[0105] При программировании формулы 18, в блоке 25, в блок 25 вводятся следующие условия: C=300 частей на миллион, пульсирующий расход 30 л/мин (синусоидально пульсирующий поток 1,5 л × 20 раз в минуту, как показано на фиг.11), Т=20°C, RH=50%, эталонная проскоковая концентрация 5 частей на миллион и выбранная единица времени t=1/600 мин (0,1 сек), и вычисляется время, необходимое, чтобы значение, полученное умножением степени развития проскока, достигло 1. В результате вычисления было получено прогнозируемое время проскока, которое составляло 91,9 минуты. Кроме того, как и в случае респиратора 1, когда время проскока было фактически измерено при проскоковой концентрации 5 частей на миллион, результат измерения составлял 94,6 минуты, что примерно соответствует прогнозируемому времени проскока.
[0106] В блоке 25, в котором запрограммирована степень развития проскока, коэффициент использования или остаточный коэффициент использования (остаточный срок службы) фильтровальной части 3 и т.п. могут быть вычислены в произвольное время после начала использования респиратора 1 с помощью формул 19-21, приведенных ниже.
[0107] Результаты вычисления с использованием формул 19-21 посредством блока 25 могут быть отображены на отображающем устройстве 27а. Кроме того, на основании результатов вычисления может быть задействовано сигнальное устройство 26a.
o
[0108] Даже если условия окружающей среды, в которых используется респиратор 1, изменяются стечением времени, респиратор 1, в который условия окружающей среды, такие как концентрация C и расход Q, вводятся в единицу времени для вычисления степени развития проскока, может вычислять время проскока, соответствующее этим изменениям. Соответственно, если фильтровальная часть используется в условиях, для которых степень развития проскока превышает 1, например, в случае, если проскоковая концентрация установлена в пороговое значение для указанного токсичного газа, опасная ситуация может быть предотвращена при продолженном ношении респиратора 1 без замены фильтровальной части, несмотря на то, что токсичный газ, имеющий концентрацию, превышающую пороговое значение, протекает к задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части. Кроме того, при условии, что блок 25 сконфигурирован с возможностью активирования сигнального устройства, например, в момент, когда степень развития проскока достигает значения 0,9, пользователь заблаговременно может переместиться из места, в котором присутствует токсичный газ, в место, в котором отсутствует токсичный газ. Таким образом, возникновение опасной ситуации может быть предотвращено, если респираторная коробка достигает состояния проскока во время перемещения пользователя, и пользователь находится в контакте с токсичным газом, имеющим концентрацию, превышающую пороговое значение.
[0109] Возможен случай, когда воздух 40 на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3 в респираторе 1 содержит токсичные газы различных типов, например, смешанный газ, составленный из циклогексана и толуола. Для респиратора 1, примененного для фильтрации воздуха 40, как описано выше, во-первых, в блоке 25 задаются формулы 11-1 и 11-2 для прогнозирования времени проскока воздуха 40, содержащего только циклогексан. Во-вторых, в блоке 25 задаются формулы 11-1 и 11-2 для прогнозирования времени проскока воздуха 40, содержащего только толуол. В-третьих, концентрацию в единицу времени каждого токсичного газа вводят в формулу для вычисления степени развития проскока, составленную на основании формул 11-1 и 11-2 прогнозирования времени проскока, и момент времени, в который сумма результатов умножения степеней развития проскока циклогексана и толуола достигает 1, является временем проскока смешанного газа в респираторе 1.
[0110] Формула 22, приведенная ниже, используется для прогнозирования времени проскока на основании относительного коэффициента проскока (RBT) вместо эталонного BT, используемого в Формуле 16. Если относительный коэффициент проскока газа циклогексана принять равным 1, относительные коэффициенты проскока других токсичных газов показаны в Таблице 8. В частности, эти относительные коэффициенты проскока известны специалистам.
В формуле 22, приведенной выше:
RBT - относительный коэффициент проскока;
1/эталонный RBT=0,00997/относительный коэффициент проскока;
Зависимая от расхода часть: ((3273×RBT+452)/Q-((3273×RBT+452)/30-100,3×RBT));
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>C</mi><mi>o</mi><mrow><mo>−</mo><mn>0,7863</mn></mrow></msubsup><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>3,9554</mn></mrow></msup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>log</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>300</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>log</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>C</mi><mi>o</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>R</mi><mi>B</mi><mi>T</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Зависимая от концентрации часть:
;
-0,6135
o
Коэффициент времени проскока, полученный на основании произвольной эталонной проскоковой концентрации: ((0,2222×(0,00997×((3273×RBT+452)/Q-((3273×RBT+452)/30-100,3×RBT))))×Ln(S/C×100)+1);
1/2
Зависимая от температуры часть: (-0,0207×(Т-20)×1/RBT+1);
1/2
Зависимая от влажности часть: (-0,0124×(RH-50)×1/RBT+1).
[0111] В Таблице 8, для 1% времени проскока для различных типов токсичных газов (испытательных газов), примененных к респиратору 1, показанному на фиг.1, в котором установлена респираторная коробка KGC-1S, показаны значения, вычисленные с использованием формулы 22, и значения, фактически измеренные, для случаев равномерного потока и пульсирующего потока соответственно. Следует отметить, что если расход Q составляет 30 л/мин, пульсирующий поток представляет собой пульсирующий поток, описанный синусоидальной функцией 1,5 л × 20 раз/мин, и если расход Q составляет 20 л/мин, указанный пульсирующий поток представляет собой пульсирующий поток, описанный синусоидальной функцией с параметрами 1,0 л × 20 раз/мин. Для прогнозирования пульсирующего потока в качестве единицы времени t в формуле 18 используется период 1/600 минуты (0,1 секунды).
[0112] Формула 23, приведенная ниже, представляет собой вариант формулы 22 для вычисления времени проскока с учетом скорости растворения (Hy(%)) органического растворителя в воде. В частности, предполагается, что пары указанного органического растворителя являются токсичными.
Скорость растворения: степень растворения в воде × 100(%)
1/2
1/2
[0113] В Таблице 8, для МЕК (метилэтилкетона) или целлозольва (моноэтилового эфира этиленгликоля), скорость растворения Ну которого равна или выше 20%, если относительная влажность RH составляет 80%, разность между прогнозируемым значением и фактически измеренным значением % времени проскока имеет тенденцию к увеличению. В формуле 23 зависимая от влажности часть формулы 22, т.е., (-0,0124×(RH-50)×1/RBT+1) скорректирована как (-0,0124×(RH-50)×(100-Hy)/100×1/RBT+1), так что прогнозируемое значение ("прогнозируемое значение с учетом скорости растворения") может приближаться к измеренному значению (как показано в Таблице 8). В формуле 23 максимальное значение скорости растворения Ну задано 50%. Если скорость растворения равна или выше 50%, изменения во влиянии на время проскока не наблюдаются. Соответственно, даже если скорость растворения равна или выше 100%, в вычислениях использована скорость растворения 50%.
[0114]
o
o
o
o
o
[0115] В респираторе 1, показанном на фиг.1, формула 24, описанная ниже, используется для получения формулы прогнозирования времени проскока, которая получается в результате процедуры, подобной процедуре для KGS-1S, примененной к респираторной коробке KGC-1L, изготовленной компанией Koken, Ltd. и содержащей фильтрующий элемент (имеющий диаметр 78 мм и толщину 22,5 мм), который отличается от фильтрующего элемента из респираторной коробки KGC-1S, к которому применяется формула 16. Таким образом, испытательные условия: температура Т, относительная влажность RH, концентрация C и расход Q, указанные в Таблице 1, были применены к респираторной коробке KGC-1L, и было отслежено влияние на время проскока в зависимости от изменений концентрации C и т.п. В качестве эталонных были применены следующие условия: температура T=20°C, относительная влажность RH=50%, концентрация C=300 частей на миллион, расход Q=300 л/мин и 1% время проскока (концентрация). На основе указанных эталонных условий 1% прогнозируемое время проскока согласно формуле 24, в которую были введены температура T=20°C, относительная влажность RH=50%, концентрация C=600 частей на миллион и расход Q=80 л/мин, составило 58,2 мин, а фактическое измеренное значение 1% времени проскока составило 61,9 мин. При тех же испытательных условиях прогнозируемое время проскока для концентрации 5 частей на миллион составило 56,7 мин, и фактическое измеренное значение времени проскока для концентрации 5 частей на миллион составило 60,1 мин. Кроме того, в случае, когда концентрация C составляла 1800 частей на миллион, и расход Q составлял 80 л/мин, 1% прогнозируемое время проскока составило 22,8 мин, а фактическое измеренное значение 1% - времени проскока составило 23,2 мин. При тех же условиях прогнозируемое время проскока для концентрации 5 частей на миллион составило 18,7 мин, а фактическое измеренное значение времени проскока для концентрации 5 частей на миллион составило 18,2 мин. Таким образом, в случае респираторной коробки KGC-1L прогнозируемое значение и фактическое измеренное значение времени проскока оказались близкими.
В формуле 24:
1/эталонное BT=0,00306;
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>C</mi><mi>o</mi><mrow><mo>−</mo><mn>0,8541</mn></mrow></msubsup><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>4,6328</mn></mrow></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Зависимая от концентрации часть:
;
Зависимая от расхода часть: (10300×(1/Q)-24,233);
(0,0082×Q)
o
коэффициент времени проскока, полученный на основании произвольной эталонной проскоковой концентрации: ((0,0724×ЕХР)×Ln(S/C×100)+1).
Следует отметить, что температура T=20°C и относительная влажность RH=50% являются фиксированными.
[0116] На фиг.12 показан вида сбоку в разрезе локального вытяжного устройства 50 согласно варианту реализации настоящего изобретения. Локальное вытяжное устройство 50 также может быть обозначено как воздухоочистительное устройство, в котором рабочая камера 55 расположена на передней по ходу воздушного потока стороне устройства 50. Первый канал 51 проходит от камеры 55 в направлении к задней по ходу воздушного потока стороне. Концевая часть задней по ходу воздушного потока стороны первого канала 51 соединена с фильтровальной частью 3, содержащей фильтрующий элемент 3a. Второй канал 52 проходит от фильтровальной части 3 в направлении к задней по ходу воздушного потока стороне. Концевая часть задней по ходу воздушного потока стороны второго канала 52 соединена с вытяжной камерой 56. Вытяжная камера 56 содержит вытяжной вентилятор 57, который обеспечивает возможность прохода воздуха 60 из внутренней части камеры 55, расположенной на передней по ходу воздушного потока стороне, к задней по ходу воздушного потока стороне и выпуска воздуха 60 наружу из вытяжной камеры 56 в качестве очищенного воздуха 61. Во внутренней части первого канала 51 размещены датчики 21a, 22a, 23a и 24a для измерительного блока 21 для измерения концентрации, измерительного блока 22 для измерения расхода, измерительного блока 23 для измерения температуры и измерительного блока 24 для измерения влажности соответственно. Измерительные блоки 21, 22, 23 и 24 электрически соединены с блоком 25. Блок 25 содержит средства для отображения, такое как сигнальное устройство 26a и отображающее устройство 27a. Показанный на фиг.12 блок 25 может быть соединен с соответствующими измерительными блоками 21, 22, 23 и 24 посредством радиосигнала. Аналогично, блок 25 может быть соединен с сигнальным устройством 26a и отображающим устройством 27a посредством радиосигнала.
[0117] Токсичный газ вырабатывается в камере 55, расположенной в устройстве 50. Воздух 60, содержащий токсичный газ, соответствует воздуху 40, показанному на фиг.1, и очищается фильтровальной частью 3, после чего выпускается в качестве очищенного воздуха 61.
[0118] Расход воздуха 60 в устройстве 50 по существу является одинаковым как на передней по ходу воздушного потока стороне, так и на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3, и датчик 22a для измерения расхода размещен на передней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3. Однако, как и в примере, показанном на фиг.2 датчик 22a может быть размещен на задней по ходу воздушного потока стороне фильтровальной части 3.
[0119] На фиг.13 показана схема с респиратором 1 согласно варианту реализации настоящего изобретения. Респиратор 1 содержит блок 71 подачи воздуха для вдыхания в лицевую маску 2 через подающую воздушную трубку 70. Расходомер 72 и абсорбирующий блок 73 размещены между лицевой маской 2 и блоком 71 и соединены с моделью 75 головы человека. Не показанный на чертеже респиратор 1 содержит измерительный блок для измерения концентрации, измерительный блок для измерения температуры, измерительный блок для измерения влажности и блок арифметической обработки, как показано на фиг.1. Поскольку количество поданного воздуха для вдыхания из блока 71 является постоянным, расходомер 72 может быть размещен на передней по ходу воздушного потока стороне абсорбирующего блока 73, как показано на схеме, или может быть размещен на задней по ходу воздушного потока стороне.
[0120] Список обозначений
1 - Воздухоочистительное устройство (маска)
3 - Фильтровальная часть
3a - Фильтрующий элемент
21 - Измерительный блок для измерения концентрации
21a - Детектор (датчик)
22 - Измерительный блок для измерения расхода
22a - Детектор (датчик)
23 - Измерительный блок для измерения расхода
23a - Детектор (датчик)
24 - Измерительный блок для измерения влажности
24a - Детектор (датчик)
25 - Блок арифметической обработки
26a - Сигнальное устройство
27 - Отображающее устройство
40 - Наружный воздух
50 - Локальное вытяжное устройство
60 - Воздух
71 - Блок подачи воздуха
72 - Измерительный блок для измерения расхода (расходомер)
o
C - Концентрация
Q - Расход
T - Температура
RH - Относительная влажность