ES2242884T3 - Mascara filtrante que utiliza una valvula de exhalacion que tiene una aleta multicapa flexible. - Google Patents
Mascara filtrante que utiliza una valvula de exhalacion que tiene una aleta multicapa flexible.Info
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Abstract
Una máscara filtrante, que comprende: (a) un cuerpo (12) de máscara que está destinado a acoplarse al menos sobre la nariz y la boca de un usuario para crear un espacio interior de gas cuando se la utiliza; y (b) una válvula (14) de exhalación que se encuentra en comunicación de fluido con el espacio interior de gas, comprendiendo la válvula de exhalación: (i) un asiento de válvula que comprende una superficie de obturación (24) y un orificio (28) a través del cual puede pasar el aire exhalado para abandonar el espacio interior de gas; e (ii) una aleta flexible (22) montada en el asiento (20) de la válvula de tal forma que la aleta haga contacto con la superficie de obturación cuando la válvula se encuentra en su posición cerrada y tal que la aleta pueda flexionar separándose de la superficie de obturación durante una exhalación para dejar que el aire exhalado pase por el orificio para, finalmente, llegar a un espacio exterior de gas, caracterizado porque la aleta flexible comprende al menos una primera y una segunda capas yuxtapuestas (44, 46), en la que al menos una de las capas es más rígida que la otra o en la que al menos una de las capas tiene un módulo de elasticidad mayor que el de la otra capa.
Description
Máscara filtrante que utiliza una válvula de
exhalación que tiene una aleta multicapa flexible.
El presente invento se refiere a una máscara
filtrante que utiliza una aleta multicapa flexible como elemento
mecánico dinámico en su válvula de exhalación o en su válvula de
inhalación.
Las personas que trabajan en ambientes
contaminados utilizan, comúnmente, una máscara filtrante para
protegerse contra la inhalación de contaminantes suspendidos en el
aire. Las máscaras filtrantes tienen, típicamente, un filtro fibroso
o sorbente que es capaz de eliminar del aire los contaminantes en
partículas y/o gaseosos. Cuando se usa una máscara en un ambiente
contaminado, los usuarios se encuentran cómodos sabiendo que su
salud está siendo protegida pero, sin embargo, a la vez se ven
incomodados por el aire exhalado, caliente y húmedo, que se acumula
sobre su rostro. Cuanto mayor sea la incomodidad que sientan en su
rostro, mayores serán las probabilidades de que los usuarios se
quiten la máscara de la cara para aliviar esa desagradable
condición.
Para reducir la probabilidad de que un usuario se
quite la máscara de la cara mientras se encuentra en un ambiente
contaminado, los fabricantes de las máscaras filtrantes instalan,
con frecuencia, una válvula de exhalación en el cuerpo de la máscara
para permitir que el aire exhalado, caliente y húmedo, sea evacuado
rápidamente del interior de la máscara. La rápida eliminación del
aire exhalado enfría el interior de la máscara y, a la vez, resulta
beneficioso para la seguridad del trabajado por cuanto es menos
probable que los usuarios de las máscaras se las quiten para
eliminar el ambiente húmedo y caliente que se crea en torno a su
nariz y su boca.
Durante muchos años, los fabricantes comerciales
de máscaras respiratorias han instalado válvulas de exhalación del
tipo de "botón" en las máscaras para evacuar el aire exhalado
del interior de la máscara. Las válvulas del tipo de botón han
empleado, típicamente, una delgada aleta circular, flexible, como
elemento mecánico dinámico para dejar escapar el aire exhalado del
interior de la máscara. La aleta se monta centralmente en un asiento
de válvula mediante un poste central. Ejemplos de válvulas del tipo
de botón, se muestran en las patentes norteamericanas 2.072.516;
2.230.770; 2.895.472 y 4.630.604. Cuando una persona exhala, una
parte circunferencial de la aleta es levantada del asiento de
válvula para dejar que escape aire del interior de la máscara.
Las válvulas del tipo de botón han supuesto un
avance en los intentos para mejorar la comodidad del usuario, pero
los investigadores han aportado otras mejoras, un ejemplo de las
cuales se muestra en la patente norteamericana 4.934.362 de Braun.
La válvula descrita en esta patente utiliza un asiento de válvula
parabólico y una aleta flexible alargada. Al igual que en la válvula
del tipo de botón, la válvula de Braun también tiene una aleta
montada centralmente y tiene una parte de borde de la aleta que se
levanta de una superficie de obturación durante la exhalación para
dejar que el aire exhalado escape del interior de la máscara.
Tras el desarrollo de Braun, Japuntich y otros
introdujeron otra innovación en la técnica de las válvulas de
exhalación -véanse las patentes norteamericanas 5.325.892 y
5.509.436. La válvula de Japuntich y otros utiliza una única aleta
flexible que está montada descentrada, en voladizo, para reducir al
mínimo la presión de exhalación requerida para abrir la válvula.
Cuando se hace mínima la presión de apertura de la válvula, se
necesita menos potencia para hacer funcionar la válvula, lo que
quiere decir que al usuario no le cuesta tanto trabajo expulsar el
aire exhalado del interior de la máscara al respirar.
Otras válvulas que también han aparecido después
de la válvula de Japuntich y otros, también han hecho uso de una
aleta flexible montada en voladizo de forma no centrada -véanse las
patentes norteamericanas 5.687.767 y 6.047.698. Las válvulas con
esta clase de construcción se denominan, en ocasiones, válvulas de
exhalación del tipo de "charnela".
En los productos de válvulas conocidos, como las
válvulas de exhalación descritas en lo que antecede, la aleta
flexible ha tenido una construcción monolítica. Por ejemplo, la
aleta flexible que se describe en la patente 4.934.362 de Braun está
hecha de caucho elástico puro y la aleta que se describe en las
patentes de Japuntich y otros está hecha, solamente, de un material
elastómero tal como caucho natural reticulado (por ejemplo,
poliisopreno reticulado) o de un elastómero sintético tal como
neopreno, caucho butilo, caucho nitrilo o caucho de silicona.
Si bien los productos de válvulas de exhalación
conocidos han tenido éxito a la hora de mejorar la comodidad de los
usuarios al facilitar que el aire exhalado salga del interior de la
máscara, ninguno de los productos de válvulas conocidos han
utilizado aletas flexibles fabricadas de múltiples capas de
diferentes materiales componentes que, como se describe en lo que
sigue, pueden aportar beneficios adicionales encaminados a mejorar
el comportamiento de las válvulas y, por tanto, la comodidad de los
usuarios.
El presente invento proporciona una nueva máscara
filtrante que, en forma resumida, comprende: (a) un cuerpo de
máscara destinado a acoplarse, al menos, sobre la nariz y la boca de
un usuario para crear un espacio interior de gas durante el uso; y
(b) una válvula de exhalación que se encuentra en comunicación de
fluido con el espacio interior de gas. La válvula de exhalación
comprende: (i) un asiento de válvula que incluye una superficie de
obturación y un orificio a través del cual puede pasar el aire
exhalado para abandonar el espacio interior de gas, e (ii) una aleta
flexible que está montada en el asiento de válvula de tal forma que
la aleta haga contacto con la superficie de obturación cuando la
válvula se encuentra en su posición cerrada y tal que la aleta pueda
flexionar separándose de la superficie de obturación durante la
exhalación, para dejar que el aire exhalado pase por el orificio. La
aleta flexible incluye una primera y una segunda capas yuxtapuestas,
al menos una de las cuales es más rígida o tiene un mayor módulo de
elasticidad que la otra capa.
Los inventores han descubierto que el uso de una
aleta multicapa flexible en una válvula unidireccional para fluido,
puede aportar beneficios en el comportamiento de una válvula de
exhalación para una máscara filtrante. En particular, los inventores
han descubierto que, en algunos casos, puede utilizarse una aleta
flexible más delgada y más dinámica, que puede permitir que la
válvula se abra más fácilmente con una menor caída de presión, para
permitir que el aire exhalado, caliente y húmedo, escape del
interior de la máscara bajo una menor presión de exhalación. Por
tanto, los usuarios pueden evacuar mayores cantidades de aire
exhalado del espacio interior de gas de manera más rápida, sin
dedicar a ello mucha potencia, con el resultado de una mayor
comodidad para el usuario de la máscara.
Los inventores han descubierto, también, que los
fabricantes de las aletas para las válvulas de exhalación pueden
disponer de mayores márgenes en el proceso. Cuando se fabrican
válvulas de exhalación del tipo de charnela, el grosor y la rigidez
del material de la aleta han de controlarse cuidadosamente de modo
que pueda lograrse, para la aleta, la rigidez apropiada cuando se
comporte como una viga -de otra manera, la válvula puede presentar
fugas en el punto en que la aleta hace contacto con la superficie de
obturación de la válvula. Sin embargo, cuando se fabrica una aleta
multicapa de acuerdo con el presente invento, las variaciones de una
aleta a otra no tienen por qué ser controladas tan estrechamente
durante el proceso de fabricación, ya que una capa de la aleta puede
confeccionarse fácilmente para otorgar a ésta su rigidez deseada
cuando se comporta como una viga. Entonces, no es necesario
controlar tan estrechamente, durante la fabricación, las tolerancias
globales del grosor de la aleta. La estructura y los beneficios de
la nueva válvula de exhalación pueden aplicarse, también, a una
válvula de inhalación, en la que el flujo a través de la válvula es,
igualmente, unidireccional y las mejoras relativas a la caída de
presión a través de la válvula resultan igualmente beneficiosas en
cuanto a la comodidad del usuario.
Otras realizaciones preferidas se describen como
sigue:
1. Una máscara filtrante que comprende:
- (a)
- un cuerpo de máscara que está destinado a acoplarse, por lo menos, sobre la nariz y la boca de un usuario, para crear un espacio interior de gas durante su uso; y
- (b)
- una válvula de exhalación que se encuentra en comunicación de fluido con el espacio interior de gas, comprendiendo la válvula de exhalación:
- (i)
- un asiento de válvula que comprende una superficie de obturación y un orificio a través del cual puede pasar el aire exhalado para abandonar el espacio interior de gas; e
- (ii)
- una aleta flexible que está montada en el asiento de válvula de tal forma que la aleta haga contacto con la superficie de obturación cuando la válvula se encuentra en su posición cerrada y tal que la aleta pueda flexionar, separándose de la superficie de obturación, durante una exhalación para permitir que el aire exhalado pase por el orificio para, finalmente, pasar a un espacio exterior de gas, comprendiendo la aleta flexible al menos una primera y una segunda capas yuxtapuestas, en la que al menos una de las capas es más rígida que las otras o en la que al menos una de las capas tiene un módulo de elasticidad mayor que el de las otras.
2. La máscara filtrante de la realización 1, en
la que la primera y la segunda capas comprenden materiales primero y
segundo, respectivamente, cada uno de ellos con diferente módulo de
elasticidad.
3. La máscara filtrante de la realización 2, en
la que la primera capa está dispuesta más cerca de la superficie de
obturación que la segunda capa, cuando la aleta está posicionada
contra la superficie de obturación, y en la que la segunda capa
tiene un módulo de elasticidad mayor que el de la primera capa.
4. La máscara filtrante de la realización 3, en
la que la primera capa hace contacto con la superficie de obturación
cuando la aleta está posicionada contra la superficie de
obturación.
5. La máscara filtrante de la realización 1, en
la que la válvula de exhalación está montada en el cuerpo de la
máscara.
6. La máscara filtrante de la realización 1, que
es una media máscara de presión negativa que tiene un cuerpo de
máscara permeable a los fluidos que contiene una capa de material de
filtro.
7. La máscara filtrante de la realización 1, en
la que la válvula de exhalación es una válvula de exhalación del
tipo de charnela.
8. La máscara filtrante de la realización 7, en
la que la válvula de exhalación del tipo de charnela tiene una
superficie de obturación plana.
9. La máscara filtrante de la realización 8, en
la que, en condiciones neutras, la aleta flexible no es presionada
contra la superficie de obturación.
10. La máscara filtrante de la realización 1, en
la que la aleta flexible incluye una tercera capa que tiene,
sustancialmente, la misma rigidez que la primera capa.
11. La máscara filtrante de la realización 11, en
la que la aleta flexible es simétrica con respecto a la segunda
capa, y en la que la segunda capa es más rígida que la primera y la
tercera capas.
12. La máscara filtrante de la realización 1, en
la que la segunda capa tiene un módulo de elasticidad que es mayor
que el de la primera capa, y en la que la primera capa hace contacto
con la superficie de obturación cuando la aleta está posicionada
contra la superficie de obturación.
13. La máscara filtrante de la realización 12, en
la que el módulo de elasticidad de la primera capa es, de
preferencia, de aproximadamente 0,15 a 10 megaPascales, y en la que
el módulo de elasticidad de la segunda capa es de, aproximadamente,
2 a 1,1 x 10^{6} megaPascales.
14. La máscara filtrante de la realización 12, en
la que el módulo de elasticidad de la primera capa es, de
preferencia, de aproximadamente 1 a 7 megaPascales, y en la que el
módulo de elasticidad de la segunda capa es de, aproximadamente, 200
a 11.000 megaPascales.
15. La máscara filtrante de la realización 1, en
la que la segunda capa es más rígida que la primera capa, y en la
que la razón entre los módulos de la primera capa y de la segunda
capa, es menor que 0,01.
16. La máscara filtrante de la realización 3, en
la que la aleta flexible tiene un grosor de, aproximadamente, 20 a
700 \mum.
17. La máscara filtrante de la realización 3, en
la que la primera capa tiene un grosor de, aproximadamente, 5 a 700
\mum, y en la que la segunda capa tiene un grosor de,
aproximadamente, 5 a 100 \mum.
18. La máscara filtrante de la realización 3, en
la que la caída de presión a través de la válvula con un caudal de
85 litros por minuto es menor de, aproximadamente, 40 Pascales, y en
la que la caída de presión a través de la válvula con un caudal de
10 litros por minuto, es menor que 30 Pascales.
19. La máscara filtrante de la realización 1, en
la que la válvula de exhalación incluye una tercera capa tal que la
aleta tiene una construcción ABA, en la que la capa B es más rígida
que las capas A, o en la que la válvula de exhalación incluye una
tercera capa tal que la aleta tiene una construcción ABA', siendo la
capa B más rígida que las capas A y A' y estando la capa A situada
más cerca de la superficie de obturación que la capa B, o en la que
la válvula de exhalación incluye una tercera capa tal que la aleta
tiene una construcción ABC, siendo la capa B más rígida que las
capas A y estando situada la capa A más cerca de la superficie de
obturación que la capa B, o en la que la válvula de exhalación
incluye una tercera capa tal que la aleta tiene una construcción
ABC, siendo la capa C más rígida que las capas A y B y estando
situada más cerca de la superficie de obturación que las capas A
y
B.
B.
20. La máscara filtrante de la realización 1, en
la que la primera y la segunda capas contienen, ambas, materiales
polímeros.
21. La máscara filtrante de la realización 3, en
la que la primera capa contiene un caucho y en la que la segunda
capa contiene poli(tereftalato de etileno) o
policarbonato.
22. La máscara filtrante de la realización 1, en
la que la válvula de exhalación tiene una eficacia valvular de,
aproximadamente, 2 a 20 mW\cdotg cm^{3}/min.
23. Una válvula de exhalación que comprende:
- (i)
- un asiento de válvula que comprende una superficie de obturación y un orificio a través del cual puede pasar un fluido; e
- (ii)
- una aleta flexible que está montada en el asiento de válvula de tal manera que la aleta haga contacto con la superficie de obturación cuando la válvula se encuentra en su posición cerrada y tal que la aleta pueda flexionar separándose de la superficie de obturación cuando está pasando una corriente de flujo de exhalación por la válvula, comprendiendo la aleta flexible al menos una primera y una segunda capas yuxtapuestas, en la que al menos una de las capas es más rígida que las otras o en la que al menos una de las capas tiene un módulo de elasticidad mayor que el de las otras.
24. La válvula de exhalación de la realización
23, en la que la primera capa está dispuesta más cerca de la
superficie de obturación que la segunda capa cuando la válvula está
cerrada, y en la que la segunda capa es más rígida que la primera
capa.
25. La válvula de exhalación de la realización
23, en la que la primera capa está dispuesta más cerca de la
superficie de obturación que la segunda capa cuando la válvula está
cerrada, y en la que la segunda capa tiene un módulo de elasticidad
mayor que el de la primera capa.
26. Una válvula de inhalación que comprende:
- (i)
- un asiento de válvula que comprende una superficie de obturación y un orificio a través del cual puede pasar un fluido; e
- (ii)
- una aleta flexible que está montada en el asiento de válvula de tal forma que la aleta haga contacto con la superficie de obturación cuando la válvula está en su posición cerrada y tal que la aleta pueda flexionar separándose de la superficie de obturación cuando una corriente de flujo de exhalación está pasando por la válvula, comprendiendo la aleta flexible al menos una primera y una segunda capas yuxtapuestas, en la que al menos una de las capas es más rígida que las otras o en la que al menos una de las capas tiene un módulo de elasticidad mayor que el de las otras.
27. La válvula de inhalación de la realización
26, en la que la primera capa está dispuesta más cerca de la
superficie de obturación que la segunda capa cuando la válvula está
cerrada, y en la que la segunda capa es más rígida que la primera
capa.
28. La válvula de inhalación de la realización
26, en la que la primera capa está dispuesta más cerca de la
superficie de obturación que la segunda capa cuando la válvula está
cerrada, y en la que la segunda capa tiene un módulo de elasticidad
mayor que el de la primera capa.
29. Una máscara filtrante que comprende la
válvula de inhalación de la realización 26.
Los términos y las expresiones utilizados para
describir este invento, tienen los siguientes significados:
"aire limpio" quiere decir un volumen de
aire o de oxígeno que ha sido filtrado para eliminar de él los
contaminantes o que ha sido tratado de otra forma con el fin de que
resulte seguro respirarlo;
"posición cerrada" es la posición en la que
la aleta flexible se encuentra totalmente en contacto con la
superficie de obturación;
"contaminantes" son partículas y/u otras
sustancias que, en general, puede que no se les considere como
partículas (por ejemplo, vapores orgánicos, etc.) pero que pueden
estar en suspensión en el aire;
"aire exhalado" es el aire exhalado por el
usuario de una máscara filtrante;
"corriente de flujo de exhalación" es la
corriente de aire que atraviesa un orificio de una válvula de
exhalación durante una exhalación;
"válvula de exhalación" es una válvula que
se abre para permitir que salga un fluido desde un espacio de gas en
el interior de una máscara filtrante;
"espacio exterior de gas" es el espacio de
gas constituido por la atmósfera ambiente al que llega el gas
exhalado tras sobrepasar la válvula de exhalación;
"máscara filtrante" es un dispositivo de
protección respiratorio (incluyendo las capuchas y las máscaras que
cubren media cara o toda la cara) que cubre por lo menos la nariz y
la boca de un usuario y que es capaz de suministrar aire limpio a
éste;
"aleta flexible" es un artículo a modo de
lámina que puede curvarse o flexionar en respuesta a una fuerza
ejercida por un fluido en movimiento, cuyo fluido en movimiento, en
el caso de una válvula de exhalación, sería una corriente de flujo
de exhalación y, en el caso de una válvula de inhalación, sería una
corriente de flujo de inhalación;
"módulo de flexión" es la relación entre
esfuerzo y deformación para un material sometido a una carga en un
modo de flexión;
"elemento de filtro de inhalación" es una
estructura permeable a los fluidos, a través de la cual pasa el aire
antes de ser inhalado por el usuario de una máscara filtrante de
forma que puedan eliminarse de él los contaminantes y/o las
partículas;
"corriente de flujo de inhalación" es la
corriente de aire u oxígeno que atraviesa un orificio de una válvula
de inhalación durante una inhalación;
"válvula de inhalación" es una válvula que
se abre para permitir que entre un fluido en el espacio de gas en el
interior de una máscara filtrante;
"espacio interior de gas" define el espacio
comprendido entre el cuerpo de una máscara y el rostro de una
persona;
"yuxtapuesto" significa situado al lado,
pero no necesariamente en contacto mutuo;
"cuerpo de máscara" es una estructura que
puede acoplarse, por lo menos, sobre la nariz y la boca de una
persona y que ayuda a definir un espacio interior de gas separado de
un espacio exterior de gas;
"módulo de elasticidad" es la relación entre
el esfuerzo y la deformación para la parte de línea recta de la
curva esfuerzo/deformación que se obtiene aplicando una carga axial
a un espécimen de prueba y midiendo simultáneamente la carga y la
deformación empleando una máquina de ensayos de tracción;
"relación entre módulos" es la relación
existente entre los valores de los módulos de elasticidad para los
materiales que forman la aleta flexible, expresada por una fracción
en la que el numerador corresponde a la capa más flexible. Así, en
una realización preferida, el valor del módulo de elasticidad de una
primera capa que, de preferencia, se encuentra en contacto con el
asiento de válvula y es más flexible, sería el numerador de la
fracción, mientras que el denominador sería el módulo de elasticidad
de la segunda capa más rígida, yuxtapuesta a la primera capa, bien
directamente o bien a través de otras capas;
"partículas" significa cualquier sustancia
sólida y/o líquida que pueda ser puesta en suspensión en el aire,
por ejemplo, patógenos, bacterias, virus, mucosas, saliva, sangre,
etc.;
"superficie de obturación" es una superficie
que hace contacto con la aleta flexible cuando la válvula se
encuentra en su posición cerrada;
"rígida o rigidez" significa la propiedad de
la capa para soportar la deformación cuando está soportada
horizontalmente en voladizo, sola, sin soporte de otras capas y
expuesta a su propio peso. Una capa más rígida no se deforma tan
fácilmente, por su propio peso, como otra que no sea tan rígida;
"válvula unidireccional para fluido" es una
válvula que permite que un fluido pase a su través en una dirección
pero no en la otra.
La Fig. 1 es una vista de frente de una máscara
filtrante 10 que puede utilizarse en conexión con el presente
invento.
La Fig. 2 es una sección transversal parcial del
cuerpo 12 de la máscara de la Fig. 1.
La Fig. 3 es una vista en sección transversal de
una válvula de exhalación 14, tomada por las líneas
3-3 de la Fig. 1.
La Fig. 4 es una vista de frente de un asiento 20
de válvula que puede utilizarse en conjunto con el presente
invento.
La Fig. 5 es una vista lateral de una realización
alternativa de una válvula de exhalación 14' que puede utilizarse en
una máscara filtrante de acuerdo con el presente invento.
La Fig. 6 es una vista en perspectiva de una
cubierta 40 de válvula que puede utilizarse para proteger una
válvula de exhalación.
La Fig. 7 es una vista lateral, en sección
transversal parcial, de una aleta 22 multicapa, flexible, de acuerdo
con el presente invento.
La Fig. 8 es una vista lateral, en sección
transversal parcial, de una realización alternativa de una aleta 22'
multicapa, flexible, de acuerdo con el presente invento.
La Fig. 9 es una gráfica que representa la caída
de presión en función del caudal para una válvula que utiliza una
aleta multicapa de acuerdo con el presente invento y una válvula
conocida, comercialmente disponible.
En la práctica del presente invento, se
proporciona una nueva máscara filtrante que puede mejorar la
comodidad del usuario y, a la vez, aumentar las probabilidades de
que los usuarios empleen sus máscaras continuamente en ambientes
contaminados. El presente invento puede mejorar, así, la seguridad
de los trabajadores y proporcionarles, al igual que a otros que
utilicen dispositivos respiratorios de protección personales,
beneficios a largo plazo desde el punto de vista de la salud.
La Fig. 1 ilustra un ejemplo de una máscara
filtrante 10 que puede utilizarse en conjunto con el presente
invento. La máscara filtrante 10 tiene un cuerpo 12 de máscara en
forma de receptáculo, en el que está unida una válvula 14 de
exhalación. La válvula puede unirse al cuerpo de la máscara por
cualquier técnica adecuada incluyendo, por ejemplo, la técnica
descrita en la patente norteamericana 6.125.849, de Williams y otros
o en el documento WO 01/28634, de Curran y otros. La válvula 14 de
exhalación se abre en respuesta una presión incrementada dentro de
la máscara 10, cuya presión incrementada aparece cuando un usuario
exhala. La válvula 14 de exhalación permanece cerrada,
preferiblemente, entre respiraciones y durante la inhalación.
El cuerpo 12 de la máscara está destinado a
acoplarse sobre la nariz y la boca de una persona, en relación de
separada con el rostro del usuario, para crear un espacio interior
de gas o hueco entre el rostro del usuario y la superficie interior
del cuerpo de la máscara. El cuerpo 12 de la máscara es permeable a
los fluidos y, típicamente, está provisto de una abertura (no
mostrada) que está situada donde la válvula 14 de exhalación está
unida al cuerpo 12 de la máscara, de forma que el aire exhalado
pueda salir del espacio interior de gas, por la válvula 14, sin
tener que pasar a través del cuerpo 12 de la máscara. La posición
preferida de la abertura en el cuerpo 12 de la máscara es
directamente frente al lugar donde se encontraría la boca del
usuario mientras se estuviera utilizando la máscara. La situación de
la abertura y, por tanto, de la válvula 14 de exhalación en esta
posición permite que la válvula se abra más fácilmente en respuesta
a la presión de exhalación generada por el usuario de la máscara 10.
Para un cuerpo 12 de máscara del tipo ilustrado en esta Fig. 1,
sustancialmente toda la superficie expuesta del cuerpo 12 de la
máscara es permeable a los fluidos y, por tanto, al aire
inhalado.
Una pinza 16 para la nariz, que comprende una
banda de metal blando sin carga, deformable, tal como de aluminio,
puede estar prevista en el cuerpo 12 de la máscara para que pueda
conformarse con el fin de mantener la máscara en una relación de
acoplamiento deseada sobre la nariz del usuario. Un ejemplo de una
pinza adecuada para la nariz se muestra en la patente norteamericana
5.558.089 y el Diseño 412.573, de Castiglione.
El cuerpo 12 de la máscara puede tener una forma
curvada, semiesférica, como se muestra en la Fig. 1 (véase, también,
la patente norteamericana 4.807.619, de Dyrud y otros) o puede
adoptar otras formas, si así se desea. Por ejemplo, el cuerpo de la
máscara puede estar constituido como una máscara en forma de
receptáculo de construcción similar a la de la máscara descrita en
la patente norteamericana 4.827.924 de Japuntich. La máscara también
podría tener la configuración de tres pliegues que permite plegarla
plana cuando no se usa, pero que puede abrirse hasta adoptar una
configuración a modo de receptáculo cuando se utiliza -véase la
patente norteamericana 6.123.077 de Boston y otros, y los registros
norteamericanos de Diseño 431.647 de Henderson y otros, y de Diseño
424.688 de Bryan y otros. Las máscaras del invento también pueden
adoptar muchas otras configuraciones, tales como la de máscaras
planas con dos pliegues como las descritas en el registro
norteamericano de Diseño 443.927 de Chen. El cuerpo de la máscara
también podría ser impermeable a los fluidos y disponer de cartuchos
de filtro unidos a él, como en la máscara mostrada en la patente
norteamericana 5.062.421 de Burns y Reischel. Además, el cuerpo de
la máscara también podría estar destinado a utilizarse con una
admisión de aire de presión positiva, al contrario que las máscaras
de presión negativa que se acaban de describir. Ejemplos de máscaras
de presión positiva se muestran en las patentes norteamericanas
5.924.420 de Grannis y otros y 4.790.306 de Braun y otros. El cuerpo
de máscara de la máscara filtrante podría, también, conectarse a un
aparato de respiración autónomo que suministre aire limpio al
usuario, como se describe por ejemplo en las patentes
norteamericanas 5.035.239 y 4.971.052. El cuerpo de la máscara puede
configurarse para cubrir no sólo la nariz y la boca del usuario
(denominada "media máscara") sino que, también, puede cubrir
los ojos (denominada "máscara completa") para proporcionar
protección a la visión de un usuario al igual que a su sistema
respiratorio -véase, por ejemplo, la patente norteamericana
5.924.420 de Reischel y otros. El cuerpo de la máscara puede estar
separado del rostro del usuario o puede encontrarse muy cerca o en
contacto con él. En cualquier caso, la máscara ayuda a definir un
espacio interior de gas al que pasa el aire exhalado antes de
abandonar el interior de la máscara a través de la válvula de
exhalación. El cuerpo de la máscara podría tener una junta
termocrónica, indicadora del ajuste, en su periferia, para permitir
que el usuario pueda asegurarse fácilmente de si se ha establecido
un acoplamiento apropiado -véase la patente norteamericana 5.617.849
de Springett y otros.
Para mantener la máscara apretadamente sobre el
rostro del usuario, el cuerpo de la máscara puede disponer de un
correaje, tal como de cintas 15, cordones de unión o cualesquiera
otros medios adecuados, unidos a él, para soportar la máscara sobre
el rostro del usuario. Ejemplos de correajes para máscaras que
pueden resultar adecuados se muestran en las patentes
norteamericanas 5.394.568 y 6.062.221 de Brostrom y otros y en la
patente norteamericana 5.464.010 de Byram.
La Fig. 2 muestra que el cuerpo 12 de la máscara
puede comprender múltiples capas, tales como una capa interior 17 de
conformación y una capa exterior 18 de filtración. La capa 17 de
conformación proporciona la estructura del cuerpo 12 de la máscara y
de soporte para la capa 18 de filtración. La capa 17 de conformación
puede estar situada por dentro y/o por fuera de la capa 18 de
filtración (o por ambos lados) y puede estar constituida, por
ejemplo, por un velo no tejido de fibras que pueden unirse por calor
moldeada con una configuración a modo de receptáculo -véase el
documento 4.807.619 de Dyrud y otros y la patente norteamericana
4.536.440 de Berg. También puede estar constituida a partir de una
capa porosa o una red del tipo de "pesca" de malla abierta, de
plástico flexible, como la capa de conformación descrita en la
patente norteamericana 4.850.347 de Skov. La capa de conformación
puede moldearse de acuerdo con procedimientos conocidos, tales como
los expuestos en la patente de Skov o en la patente norteamericana
5.307.796 de Kronzer y otros. Aunque una capa 17 de conformación
está diseñada con el propósito principal de proporcionar una
estructura para la máscara y soporte para una capa de filtración, la
capa 17 de conformación también puede actuar como filtro,
típicamente para capturar partículas mayores. Las capas 17 y 18
trabajan, juntas, como elemento de filtro para inhalación.
Cuando un usuario inhala, es aspirado aire a
través del cuerpo de la máscara y las partículas en suspensión en el
aire quedan atrapadas en los intersticios entre las fibras,
particularmente las fibras de la capa de filtro 18. En la máscara
mostrada en la Fig. 2, la capa de filtro 18 es enteriza con el
cuerpo 12 de la máscara -es decir, forma parte del cuerpo de la
máscara y no es un elemento que se una subsiguientemente al cuerpo
de la máscara (o se retire de él), al igual que un cartucho de
filtro.
Los materiales filtrantes que son de uso común en
los respiradores de presión negativa de media máscara -como la
máscara 10 ilustrada en la Fig. 1- contienen con frecuencia un velo
de microfibras enredadas, cargadas eléctricamente, particularmente
microfibras unidas por fusión en caliente (BMF). Las microfibras
tienen, típicamente, un diámetro medio de fibra efectivo de,
aproximadamente 20 micras (\mum) o menor, pero comúnmente tienen
de aproximadamente 1 a aproximadamente 15 \mum y, todavía más
comúnmente, de unas 3 a 10 \mum de diámetro. El diámetro efectivo
de las fibras puede calcularse según se describe en el trabajo de
Davies, C.N., "La separación de polvo y partículas en suspensión
en el aire", de la Institution of Mechanical Engineers, Londres,
en Proceedings 1B, 1952. Los velos BMF pueden formarse como los
describe Wente, Van A., en "Fibras de termoplástico
superfinas", en Industrial Engineering Chemistry, vol. 48, págs.
1342 y siguientes (1956) o en el Informe núm. 4364 de los Naval
Research Laboratories, publicado el 25 de Mayo de 1954, titulado
"Fabricación de fibras orgánicas superfinas", de Wente, Van A.,
Boone, C.D. y Fluharty, E.L. Cuando las fibras están enredadas al
azar para formar un velo, los velos BMF pueden poseer integridad
suficiente para poder manipularlos como una manta. La carga
eléctrica se le puede comunicar a los velos de fibras mediante las
técnicas descritas en, por ejemplo, la patente norteamericana
5.496.507 de Angadjivand y otros, la patente norteamericana
4.215.682 de Kubik y otros y la patente norteamericana 4.592.815 de
Nakao.
Ejemplos de materiales fibrosos que pueden
utilizarse como filtros en un cuerpo de máscara se describen en la
patente norteamericana núm. 5.706.804 de Baumann y otros, la patente
norteamericana núm. 4.419.993 de Peterson, la patente norteamericana
reexpedida núm. Re 28.102 de Mayhew, las patentes norteamericanas
5.472.481 y 5.411.576 de Jones y otros y la patente norteamericana
5.908.598 de Rousseau y otros. Las fibras pueden contener polímeros
tales como polipropileno y/o
poli-4-metil-1-penteno
(véanse las patentes norteamericanas 4.874.399 de Jones y otros y
6.057.256 de Dyrud y otros) y pueden contener, también, átomos de
flúor y/u otros aditivos para mejorar el rendimiento de la
filtración -véase, por ejemplo, la solicitud de patente
norteamericana 09/109.497, titulada "Electreto fluorado"
(publicada como PCT WO 00/01737), y las patentes norteamericanas
5.025.052 y 5.099.026 de Crater y otros y, también, pueden tener
bajos niveles de hidrocarburos extraíbles con el fin de mejorar su
comportamiento, véase por ejemplo la patente norteamericana
6.213.122 de Rousseau y otros. Los velos de fibras pueden
fabricarse, también, de modo que tengan una resistencia incrementada
a las nieblas de aceite, como se describe en la patente
norteamericana 4.874.399 de Reed y otros y en las patentes
norteamericanas 6.238.466 y 6.068.799, ambas de Rousseau y
otros.
Un cuerpo 12 de máscara puede incluir, también,
velos de cubierta interno y/o externo (no mostrados) que pueden
proteger a la capa de filtro 18 de las fuerzas abrasivas y que
pueden retener cualesquiera fibras que puedan desprenderse de la
capa de filtro 18 y/o de la capa 17 de conformación. Los velos de
cubierta también pueden tener propiedades filtrantes aunque,
típicamente, ni de cerca tan buenas como las de la capa filtrante
18, y/o pueden servir para hacer que el uso de la máscara sea más
cómodo. Los velos de cubierta pueden fabricarse a partir de
materiales de fibras no tejidas tales como fibras hiladas y
termoadheridas que contengan, por ejemplo, poliolefinas y
poliésteres (véanse, por ejemplo, las patentes norteamericanas
6.041.782 de Angadjivand y otros; 4.807.619 de Dyrud y otros y
4.536.440 de Berg).
La Fig. 3 muestra que la aleta flexible 22
descansa sobre una superficie 24 de obturación cuando la aleta está
cerrada y, también, soportada en voladizo respecto del asiento 20 de
válvula en una superficie 25 de retención de la aleta. La aleta 22
se levanta de la superficie 24 de obturación en su extremo libre 26
cuando la presión en el espacio interior de gas alcanza un valor
significativo durante una exhalación. La superficie 24 de obturación
puede configurarse de modo que se curve, generalmente, a lo largo de
su dimensión longitudinal con una sección transversal cóncava cuando
se la mira en alzado lateral y puede no estar alineada y posicionada
relativamente con respecto a una superficie 25 de retención de la
aleta para permitir que la aleta sea cargada o presionada hacia la
superficie de obturación en condiciones neutras -es decir, cuando el
usuario no inhala ni exhala. La superficie 24 de obturación puede
encontrarse en el extremo de un nervio 27 de obturación. A la aleta
se le puede dar, también, una curvatura transversal como se describe
en la patente norteamericana 5.687.767, reexpedida como Re _______
de Bowers.
Cuando el usuario de una máscara filtrante 10
exhala, el aire exhalado pasa, comúnmente, a través del cuerpo de la
máscara y por la válvula 14 de exhalación. Se consigue la mayor
comodidad cuando el porcentaje máximo del aire exhalado pasa por la
válvula 14 de exhalación y no por el medio de filtro ni por las
capas de conformación y de cubierta del cuerpo de la máscara. El
aire exhalado es expulsado del espacio interior de gas por un
orificio 28 de la válvula 14 al levantar, el aire exhalado, la aleta
flexible 22 separándola de la superficie 24 de obturación. El borde
circunferencial o periférico de la aleta 22 que está asociado con
una parte fija o estacionaria, 30, de la aleta 22, se mantiene
esencialmente estacionario durante una exhalación, mientras que el
resto del borde circunferencial libre de la aleta flexible 22 es
levantado del asiento 20 de válvula durante una exhalación.
La aleta flexible 22 está asegurada por la parte
estacionaria 30 al asiento 20 de válvula, en la superficie 25 de
retención de la aleta, cuya superficie 25 está dispuesta descentrada
con respecto al orificio 28 y puede tener espigas 32 para ayudar a
montar y a situar en posición la aleta 22 sobre el asiento 20 de
válvula. La aleta flexible 22 puede asegurarse a la superficie 25
empleando soldadura ultrasónica, adhesivo, fijación mecánica y
similares. El asiento 20 de válvula tiene, también, una pestaña 33
que se extiende lateralmente desde el asiento 20 de válvula en su
base para proporcionar una superficie que permita que la válvula 14
de exhalación sea asegurada al cuerpo 12 de la máscara.
La Fig. 3 ilustra la aleta flexible 22 en
posición cerrada, descansando sobre la superficie 24 de obturación y
en posición abierta mediante línea interrumpida en 22a. Un fluido
pasa por la válvula 14, en general en la dirección indicada mediante
la flecha 34. Si la válvula 14 se utilizase en una máscara filtrante
para evacuar el aire exhalado del interior de la máscara, el flujo
34 de fluido representaría una corriente de flujo de exhalación. Si
la válvula 14 se utilizase como válvula de inhalación, la corriente
34 de flujo representaría un flujo de inhalación. El fluido que pasa
por el orificio 28 ejerce una fuerza sobre la aleta flexible 22
haciendo que el extremo libre 26 de la aleta 22 se levante
separándose de la superficie 24 de obturación para abrir la válvula
14. Cuando la válvula 14 se utiliza como válvula de exhalación, la
válvula esta orientada en la máscara 10, de preferencia, de tal modo
que el extremo libre 26 de la aleta flexible 24 esté situado debajo
del extremo asegurado cuando la máscara 10 está erecta, como se
muestra en la Fig. 1. Esto permite que el aire exhalado sea desviado
hacia abajo para evitar que la humedad se condense sobre el equipo
de visión del usuario.
La Fig. 4 muestra el asiento 20 de válvula en
vista de frente, sin aleta unida a él. El orificio 28 de válvula
está dispuesto radialmente hacia dentro con respecto a la superficie
24 de obturación y puede tener miembros transversales 35 que
estabilicen la superficie 24 de obturación y, por ende, la válvula
14. Los miembros transversales 35 también pueden impedir que la
aleta 22 (Fig. 3) se invierta en el orificio 28 durante una
inhalación. La acumulación de humedad en los miembros transversales
35 puede obstaculizar la apertura de la aleta 22. Por tanto, las
superficies de los miembros transversales 35 que miran hacia la
aleta están, de preferencia, ligeramente rebajadas bajo la
superficie 24 de obturación, cuando se mira en un alzado lateral,
con el fin de no obstaculizar la apertura de la válvu-
la.
la.
La superficie 24 de obturación circunscribe o
rodea el orificio 28 para evitar el paso no deseado de contaminantes
a su través. La superficie 24 de obturación y el orificio 28 de
válvula pueden tener, sustancialmente, cualquier forma cuando se les
mira de frente. Por ejemplo, la superficie 24 de obturación y el
orificio 28 pueden ser cuadrados, rectangulares, circulares,
elípticos, etc. La forma de la superficie 24 de obturación no tiene
por qué corresponder a la forma del orificio 28, o viceversa. Por
ejemplo, el orificio 28 puede ser circular y la superficie 24 de
obturación puede ser rectangular. Sin embargo, la superficie 24 de
obturación y el orificio 28 tienen, de preferencia, una sección
transversal circular cuando se mira en contra de la dirección del
flujo de fluido.
El asiento 20 de válvula está hecho,
preferiblemente, de un plástico relativamente ligero moldeado en
forma de cuerpo enterizo. El asiento 20 de válvula puede fabricarse
mediante técnicas de moldeo por inyección. La superficie 24 de
obturación, que hace contacto con la aleta flexible 22 está
conformada, de preferencia, para que sea lisa, en esencia de manera
uniforme, con el fin de asegurar que se consigue un buen cierre y
puede encontrarse en la parte superior de un nervio de obturación.
La superficie 24 de contacto tiene, preferiblemente, una anchura lo
bastante grande para formar un cierre con la aleta flexible 22, pero
no es tan ancha como para que las fuerzas de adherencia debidas a la
humedad condensada hagan que la aleta flexible 22 sea
significativamente más difícil de abrir. La anchura de la superficie
de contacto o de obturación, preferiblemente, es de, al menos, 0,2
mm y, de preferencia, está comprendida entre unos 0,25 mm y unos 0,5
mm. La válvula 14 y su asiento 20 de válvula, mostrados en las Figs.
1, 3 y 4 se describen de forma más completa en las patentes
norteamericanas 5.509.436 y 5.325.892, de Japuntich y otros.
La Fig. 5 muestra otra realización de una válvula
14' de exhalación. A diferencia de la realización mostrada en la
Fig. 3, esta válvula de exhalación tiene, cuando se mira en alzado
lateral, una superficie de obturación 24' plana en alineación con la
superficie 25' de retención de la aleta. La aleta mostrada en la
Fig. 5 no es, así, presionada hacia la superficie de obturación 24'
ni contra ella por ninguna fuerza mecánica ni esfuerzo interno que
actúe sobre la aleta flexible 22. Como la aleta 22 no está cargada
hacia la superficie 24' de obturación en condiciones neutras (es
decir, cuando no está pasando fluido por la válvula o cuando la
aleta no está siendo sometida de otro modo a fuerzas externas), la
aleta 22 puede abrirse más fácilmente durante una exhalación. Cuando
se utiliza una aleta multicapa, flexible, de acuerdo con el presente
invento, la aleta no tiene por qué estar sometida a una carga ni
obligada a estar en contacto con la superficie 24' de obturación
-aunque, en algunos casos, pueda ser deseable tal construcción. El
uso de una capa más rígida en la aleta flexible puede rigidizar toda
la aleta de manera que ésta no caiga separándose significativamente
de la superficie 24' de obturación cuando la gravedad actúa sobre la
aleta. La válvula 14' de exhalación ilustrada en la Fig. 5, puede
confeccionarse así de modo que la aleta 22 haga buen contacto con la
superficie de obturación en cualquier orientación, incluso cuando un
usuario inclina su cabeza hacia el suelo, sin que la aleta tenga que
estar cargada (o cargada sustancialmente) hacia la superficie de
obturación. Una aleta multicapa del presente invento puede, por
tanto, establecer un contacto de tipo hermético con la superficie
24' de obturación en cualquier orientación de la válvula sin que
esté sometida mas que un pretensado o una carga muy pequeños hacia
la superficie de obturación del asiento de válvula o, incluso, sin
pretensado ni carga alguna. La ausencia de fuerza o tensión
predefinida, significativa, sobre la aleta con el fin de asegurar
que sea presionada contra la superficie de obturación durante el
cierre de la válvula en condiciones neutras, puede permitir que la
aleta se abra más fácilmente durante una exhalación y, por ello,
puede hacer que haga falta menos potencia para que funcione la
válvula durante la respiración.
La Fig. 6 muestra una cubierta 40 de válvula que
puede ser adecuada para uso en conexión con las válvulas de
exhalación ilustradas en las otras figuras. La cubierta 40 de
válvula define una cámara interna en la que puede moverse la aleta
flexible, desde su posición cerrada a su posición abierta. La
cubierta 40 de válvula puede proteger a la aleta flexible evitando
que resulte dañada y puede contribuir a dirigir hacia abajo el aire
exhalado, alejándolo de las gafas del usuario. Como se muestra, la
cubierta 40 de válvula puede tener una pluralidad de aberturas 42
para permitir que el aire exhalado escape de la cámara interna
definida por la cubierta de válvula. El aire que sale de la cámara
interna por las aberturas 42 pasa al espacio exterior de gas,
dirigiéndose hacia abajo, lejos del equipo de visión del
usuario.
Si bien el presente invento se ha descrito en
relación con una válvula de exhalación del tipo de charnela, el
invento resulta similarmente adecuado para uso con otros tipos de
válvulas, tales como las válvulas de tipo de botón a las que antes
se ha hecho referencia en el aparato de Antecedentes. Además, el
presente invento es igualmente adecuado para uso en conjunto con una
válvula de inhalación. Al igual que una válvula de exhalación, la
válvula de inhalación es, también, una válvula unidireccional para
fluido, que permite la transferencia de fluido entre un espacio
exterior de gas y un espacio interior de gas. Sin embargo, a
diferencia de una válvula de exhalación, una válvula de inhalación
deja que entre aire en el interior de un cuerpo de máscara. Así, una
válvula de inhalación permite que el aire se mueva desde el espacio
exterior de gas al espacio interior de gas durante una
inhalación.
Las válvulas de inhalación se utilizan,
comúnmente, en conjunto con máscaras filtrantes que disponen de
cartuchos de filtro unidos a ellas. La válvula puede estar asegurada
al cartucho de filtro o al cuerpo de la máscara. En cualquier caso,
la válvula de inhalación está dispuesta, de preferencia, en la
corriente del flujo de inhalación, aguas abajo de donde el aire ha
sido filtrado o ha sido convertido, de otro modo, en seguro para
respirarlo. Ejemplos de máscaras comercialmente disponibles que
incluyen válvulas de inhalación son los respiradores de las series
5000^{MR} y 6000^{MR}, vendidos por la 3 M Company. Ejemplos de
máscaras filtrantes patentadas que utilizan una válvula de
inhalación, se describen en la patente norteamericana 5.062.421 de
Burns y Reischel, la patente norteamericana 6.216.693 de Rekow y
otros, y en la patente norteamericana 5.924.420 de Reischel y otros
(véanse, también, las patentes norteamericanas 6.158.429, 6.055.983
y 5.579.761). Si bien la válvula de inhalación podría adoptar, por
ejemplo, la forma de una válvula del tipo de botón, alternativamente
podría ser, asimismo, una válvula del tipo de charnela como la
válvula representada en las Figs. 1, 3, 4 y 5. Para usar la válvula
mostrada en estas figuras como válvula de inhalación, simplemente es
necesario montarla en el cuerpo de la máscara en forma invertida, de
modo que la aleta flexible 22 se levante de la superficie de
obturación 24 ó 24' durante una inhalación en vez de durante una
exhalación. De este modo, la aleta 22 sería presionada contra la
superficie de obturación 24, 24' durante una exhalación en vez de
durante una inhalación. Una válvula de inhalación de acuerdo con el
presente invento podría mejorar, igualmente, la comodidad del
usuario al reducir la potencia necesaria para hacer funcionar la
válvula de inhalación mientras se respira.
Como se ha expuesto en lo que antecede, una aleta
flexible construida para uso en una válvula para fluido del invento,
comprende una lámina configurada y destinada a unirse a un asiento
de válvula de una válvula para fluido. La aleta flexible puede
curvarse dinámicamente en respuesta a una fuerza ejercida a partir
de una corriente gaseosa en movimiento y puede volver fácilmente a
su posición original cuando cese la fuerza. La lámina comprende una
primera y una segunda capas yuxtapuestas de las que al menos una es
una capa más rígida que las otras o tiene un módulo elástico mayor
que el de las otras.
La Fig. 7 muestra una aleta flexible 22 -que
puede ser utilizada con válvulas y máscaras de acuerdo con el
presente invento- en sección transversal agrandada, de forma que
pueda verse la construcción multicapa de la aleta. Como se muestra,
la aleta 22 tiene una primera y una segunda capas yuxtapuestas, 44 y
46, respectivamente. Las capas 44 y 46 están unidas entre sí, de
preferencia, de manera segura para proporcionar resistencia a la
cizalladura entre ellas, pero las capas individuales no tienen por
qué estar unidas en su cara de contacto mutuo, es decir, las capas
pueden flotar una con relación a otra como, por ejemplo, en un
muelle de ballesta. Las capas 44 y 46 pueden estar formadas de
materiales que se deformen elásticamente en el margen de actuación
de la aleta flexible. Cuando está asegurada a la válvula, la primera
capa 44 está dispuesta, preferiblemente, en el lado de la aleta 22
que mira a la superficie de obturación (24, 24' Figs. 1, 3, 4 y 5)
del asiento de válvula cuando la válvula está en posición cerrada.
La segunda capa 46 de la aleta está dispuesta, preferiblemente,
lejos de la superficie de obturación (con relación a la primera
capa), hacia la superficie interior de la parte superior de la
cubierta de la válvula (Fig. 6). La primera y la segunda capas 44,
46 están construidas, de preferencia, de materiales que posean
diferentes módulos de elasticidad.
La Fig. 8 ilustra otra realización de una aleta
flexible 22' que tiene una construcción multicapa de acuerdo con el
presente invento. En esta realización, la aleta flexible tiene una
primera, una segunda y una tercera capas 44, 46 y 44',
respectivamente. La primera y la tercera capas, 44 y 44', pueden
tener la misma rigidez y/o módulo de elasticidad, o muy similares, y
la segunda capa se diferencia, en cuanto a rigidez y/o módulo de
elasticidad, de las capas primera y tercera, como antes se ha
descrito. Esta construcción multicapa puede presentar, así, simetría
o una simetría sustancial con respecto a la segunda capa central 46.
Puede preferirse una aleta simétrica o sustancialmente simétrica por
cuanto la simetría puede impedir que la aleta se enrolle o tenga
tendencia a enrollarse.
El módulo de elasticidad puede tener importancia
a la hora de diseñar una aleta flexible de acuerdo con el invento.
Como se ha indicado anteriormente, el "módulo de elasticidad"
es la relación entre esfuerzo y deformación para la parte en línea
recta de la curva esfuerzo-deformación, la cual se
obtiene aplicando una carga axial a un espécimen de prueba y
midiendo la carga y la deformación simultáneamente. De manera
típica, un espécimen de prueba es sometido a una carga dirigida
uniaxialmente y se miden la carga y la deformación por incrementos o
de forma continua. El módulo de elasticidad para los materiales
empleados en el invento puede obtenerse realizando un ensayo ASTM
normalizado. Los ensayos ASTM empleados para determinar el módulo
elástico o módulo de Young están definidos por el tipo o la clase
del material que ha de analizarse en condiciones estándar. Un ensayo
general para materiales estructurales está cubierto por la norma
ASTM E111-97 y puede ser empleado para materiales
estructurales en los que la fluencia resulte despreciable, en
comparación con la deformación generada inmediatamente de ejercerse
la carga y con el comportamiento elástico. El método estándar de
ensayo para determinar las propiedades de los plásticos a la
tracción es el ASTM D638-01 y puede ser empleado
para evaluar plásticos sin reforzar y reforzados. Si se selecciona
un elastómero termoplástico o un caucho termocurado, vulcanizado,
para usarlo en el invento, entonces puede emplearse el método de
ensayo estándar ASTM D412-98a, que cubre los
procedimientos utilizados para evaluar las propiedades de estos
materiales a la tracción. Si se emplea un material de
vidrio-cerámica o vidrio en una capa de la aleta del
invento, entonces puede emplearse el método de ensayo estándar ASTM
C623-92.
El módulo de flexión es otra propiedad que puede
ser utilizada para definir el material utilizado en las capas de la
aleta flexible. Las relaciones entre módulos para el módulo de
flexión serían similares a las relaciones entre módulos para el
módulo elástico y, de preferencia, las mismas. Para los plásticos,
el módulo de flexión puede determinarse de acuerdo con el ensayo
normalizado ASTM D747-99.
Es importante comprender que los valores de los
módulos representan propiedades intrínsecas del material y no
propiedades precisamente comparables de la composición. Esto es
especialmente cierto cuando, en diferentes capas, se emplean
distintas clases de materiales. Cuando ocurre esto, lo importante es
el valor del módulo para cada capa, aún cuando los métodos de ensayo
puedan no ser directamente comparables. Cuando se emplean materiales
de la misma clase en cada capa de la aleta, entonces, si es posible,
puede emplearse un método de ensayo común para evaluar los módulos
de los materiales. Y, si se emplean diferentes clases de materiales
en una única capa, entonces el experto en la técnica tendrá que
seleccionar el ensayo que resulte más apropiado para la combinación
de materiales. Por ejemplo, si una capa de la aleta contiene un
polvo cerámico en un polímero, el ensayo ASTM para plásticos sería,
probablemente, el método de ensayo más adecuado si la parte de
plástico fuese la fase continua de la capa.
Cuando se evalúan propiedades tales como rigidez,
módulo de elasticidad y módulo de flexión, no será posible,
generalmente, evaluar estos parámetros para cada capa de la aleta en
la propia aleta. El evaluador tendrá que asegurarse de la
composición de caca capa y ensayar esa composición en cuanto a
rigidez y módulo de elasticidad. La rigidez relativa de cada capa
puede obtenerse reproduciendo una capa de material y sosteniéndola
horizontalmente por un extremo. Otra capa del material del mismo
tamaño y construcción se sostiene de igual manera. Se mide la
magnitud de la desviación de cada capa. Cuando se evalúa el módulo,
se selecciona un método de ensayo apropiado que permita determinar
la relación entre esfuerzo y deformación para la parte en línea
recta de la curva esfuerzo-deformación.
La segunda capa 46 de la aleta flexible está
hecha, de preferencia, de un material con un módulo de elasticidad
mayor que el módulo de elasticidad de la primera capa. El módulo de
elasticidad de la primera capa 44 es, preferiblemente, de
aproximadamente 0,15 a 10 megaPascales (MPa), más preferiblemente de
1 a 7 MPa y, todavía más preferiblemente, de 2 a 5 MPa. El módulo de
elasticidad de la segunda capa es, de preferencia, de
aproximadamente 2 a 1,1 \times 10^{6} MPa, más preferiblemente
de unos 200 a unos 11.000 MPa y, todavía más preferiblemente, de
unos 300 a unos 5.000 MPa. La relación entre los módulos de la
primera y de la segunda capas es, preferiblemente, menor que uno,
más preferiblemente menor que 0,01 y, todavía más preferiblemente,
menor que 0,001. Los valores para la relación entre módulos para
aplicaciones del invento, pueden ser tan pequeños como
0,0000001.
Independientemente del número de capas de
material de la construcción, el grosor total de la aleta flexible
puede ser, típicamente, de unas 10 a unas 2.000 micras (\mum),
preferiblemente de unas 20 a unas 700 \mum y, más preferiblemente,
de unas 25 a unas 600 \mum. La primera capa, que es la capa más
flexible y, preferiblemente, la capa más blanda, tiene típicamente
un grosor de unas 5 a unas 700 \mum, preferiblemente de unas 10 a
unas 600 \mum y, más preferiblemente, de unas 12 a unas 500
\mum. La segunda capa, más rígida, tiene típicamente un grosor de
unas 5 a unas 100 \mum, preferiblemente de unas 10 a unas 85
\mum y, más preferiblemente, de unas 15 a unas 75 \mum. La
segunda capa más rígida o de módulo superior, está construida,
generalmente para que sea más delgada que una primera capa, más
flexible y de módulo menor. La primera capa sólo necesita, en
general, tener un grosor suficiente para proporcionar un cierre
adecuado con la superficie de obturación.
Cuando está montada en un asiento de válvula, una
aleta multicapa, flexible, puede proporcionar una válvula
unidireccional para fluido con una menor caída de presión. La caída
de presión puede determinarse de acuerdo con el ensayo de caída de
presión que se expone en lo que sigue. La caída de presión a través
de la válvula a un caudal de 85 litros por minuto (L/min) puede ser
menor que unos 50 Pascales (Pa) y puede ser menor que 40 Pa y,
todavía, puede ser menor que 30 Pa. A caudales de 10 L/min, las
aletas multicapa, flexibles, pueden hacer posibleque la válvula
unidireccional para fluido del invento tenga una caída de presión
inferior a 30 Pa, preferiblemente inferior a 25 Pa y, más
preferiblemente, inferior a 20 Pa. Utilizando aletas multicapa,
flexibles, de acuerdo con el presente invento pueden obtenerse
caídas de presión de, aproximadamente, 5 a 50 Pa con caudales de
entre 10 L/min y 85 L/min. En una realización preferida, la caída de
presión puede ser inferior a 25 Pa a caudales de desde 10 L/min a 85
L/min. Si se emplea un asiento de válvula plano, tal como se muestra
en la Fig. 5, la caída de presión puede ser, incluso, menor que 5 Pa
a caudales de 10 L/min.
La aleta flexible mostrada en las Figs. 7 y 8
representa aletas con una construcción AB, ABA o ABA'. Las aletas
utilizadas en el presente invento pueden tener, también, una
construcción ABC, siendo B la capa más rígida y con mayor módulo de
elasticidad. Si bien puede conseguirse la máxima resistencia al
enrollamiento cuando la aleta flexible presente simetría respecto a
la capa B más rígida, como en una construcción ABA, en algunos casos
puede preferirse la utilización de una aleta flexible con una
construcción ABC, siendo la capa B más rígida y con mayor módulo de
elasticidad que las capas A y C. Sin embargo, si se desea, la capa C
puede ser más rígida que la capa B y, de este modo, ser la más
rígida de las tres capas y comprender materiales con un módulo de
elasticidad mayor que los de las capas A y B. Las capas A y C pueden
estar hechas de materiales diferentes y pueden tener distinto módulo
de elasticidad entre ellas. Por ejemplo, la capa A puede tener un
módulo de elasticidad mayor que el de la capa C, o viceversa. Sería
factible fabricar aletas multicapa con un número mayor de capas, de
3, 4 ó 5 y hasta 10, 20 ó 100 capas. También podrían ser útiles, en
conjunto con el presente invento, aletas multicapa con, quizás, mil
capas ABABAB...AB, ABA'...BABA'BABA' o ABC...ABCABC.
En una realización preferida, la capa más blanda,
más flexible (menos rígida) y, preferiblemente, con el módulo de
elasticidad más pequeño, está dispuesta en la parte de la aleta
flexible que hace contacto con la superficie de obturación del
asiento de válvula. Los inventores han descubierto que el uso de una
capa más flexible y, preferiblemente, una capa con un módulo de
elasticidad más pequeño, puede hacer posible que se consiga un mejor
cierre entre la aleta flexible y la superficie de obturación en
condiciones neutras, es decir, cuando el usuario no inhala ni
exhala. Por tanto, se prefiere -no sólo que la primera capa de la
aleta flexible esté dispuesta en el lado de la aleta flexible
enfrentado a la superficie de obturación- sino que la primera capa
haga contacto directamente con la superficie de obturación cuando la
aleta se encuentra en posición cerrada.
Además de las capas principales de la aleta
flexible, a saber, las capas AB, ABA, ABA' o ABC, entre estas capas
puede haber dispuestas, de acuerdo con el presente invento, capas
adicionales. Por ejemplo, entre las capas puede haber presentes
capas de imprimación o capas que faciliten la adherencia de las
distintas capas entre sí. Además, a las capas exteriores se les
pueden aplicar recubrimientos protectores, para evitar los problemas
relacionados con la humedad o los agentes atmosféricos. Así, aunque
se prefiere que la capa más blanda, más flexible, se encuentre en
contacto con la superficie de obturación, cuya capa puede tener el
módulo de elasticidad más pequeño, puede haber otras capas, tales
como las capas delgadas o más delgadas descritas en lo que antecede,
dispuestas entre la primera capa y la superficie de obturación
cuando la aleta descansa sobre ésta. La presencia de tales capas,
sin embargo, puede tener una mayor o menor influencia sobre el
funcionamiento global de la aleta. Generalmente, tales capas
adicionales no serían tan gruesas como las capas A, A', B y C y,
típicamente, serían sustancialmente más delgadas, por ejemplo, de un
80% a un 99,9% más delgadas que las capas principales A, A', B y
C.
En la actualidad se cree que la válvula de
exhalación que se describe en las patentes norteamericanas 5.325.892
y 5.509.436 de Japuntich y otros, es una válvula de exhalación
comercialmente disponible con un comportamiento superior para uso en
máscaras filtrantes. No obstante, las válvulas del presente invento
pueden ser capaces de superar los criterios de comportamiento en
cuando a tasa de fugas, caída de presión por apertura de la válvula
y caída de presión en la válvula a diversos caudales. Estos
parámetros pueden medirse por el ensayo de tasa de fugas y el ensayo
de caída de presión que se exponen en lo que sigue.
La tasa de fugas es un parámetro que mide la
capacidad que tiene la válvula para mantenerse cerrada en
condiciones neutras. El ensayo de tasa de fugas se detalla más
adelante pero, en general, mide la cantidad de aire que puede pasar
por la válvula con una diferencia de presión de 249 Pa (1 pulgada de
agua). Las tasas de fugas van de 0 a 30 centímetros cúbicos por
minuto (cm^{3}/min) a una presión de 249 Pa, indicando los números
más bajos un mejor cierre. Merced al empleo de una máscara filtrante
del presente invento, pueden conseguirse tasas de fugas menores o
iguales que 30 cm^{3}/min de acuerdo con el presente invento.
Preferiblemente, pueden conseguirse, también, tasas de fugas
inferiores a 10 cm^{3}/min, más preferiblemente, inferiores a 5
cm^{3}/min. Las válvulas de exhalación confeccionadas de acuerdo
con el presente invento pueden mostrar una tasa de fugas comprendida
en el margen de, aproximadamente, 1 a 10 cm^{3}/min.
La caída de presión por apertura de la válvula
mide la resistencia al levantamiento inicial de la aleta desde la
superficie de obturación de la válvula. Este parámetro puede
determinarse como se describe en lo que sigue en el ensayo de caída
de presión. Típicamente, la caída de presión por apertura de la
válvula a 10 L/min es menor de 30 Pa, preferiblemente menor de 25 Pa
y, más preferiblemente, menor de 20 Pa cuando se ensaya una válvula
de cuerdo con el ensayo de caída de presión descrito más adelante.
Típicamente, la caída de presión por apertura de la válvula es de
unos 5 a
30 Pa a 10 L/min cuando se ensaya una válvula de acuerdo con el ensayo de caída de presión descrito más adelante.
30 Pa a 10 L/min cuando se ensaya una válvula de acuerdo con el ensayo de caída de presión descrito más adelante.
Ejemplos de materiales de los que puede
fabricarse la primera capa de la aleta flexible incluyen los que
favorecerían un buen cierre entre la aleta flexible y el asiento de
válvula. Estos materiales pueden incluir, generalmente, elastómeros,
tanto termocurables como termoplásticos y
termoplásticos/plastómeros.
Los elastómeros, que pueden ser elastómeros
termoplásticos o cauchos reticulados, pueden incluir materiales de
caucho tales como poliisopreno, caucho de
poli(estireno-butadieno), polibutadieno,
caucho butilo, caucho de
etileno-propileno-dieno, caucho de
etileno-propileno, caucho nitrilo, caucho de
policloropreno, caucho de polietileno clorado, caucho de polietileno
clorosulfonado, elastómero de poliacrilato, caucho
etileno-acrílico, elastómeros que contengan flúor,
caucho de silicona, poliuretano, caucho de epiclorhidrina, caucho
óxido de propileno, caucho de polisulfuro, caucho de polifosfaceno y
caucho de látex, elastómero de copolímero de bloque de
estireno-butadieno-estireno,
elastómero de copolímero de bloque de
estireno-etileno/butileno-estireno,
elastómero de copolímero de bloque de
estireno-isopreno-estireno,
elastómero de polietileno de densidad ultra-baja,
elastómero de copoliéster-éter, elastómero de acrilato de
etilen-metilo, elastómero de acetato de
etilen-vinilo y elastómeros de polialfaolefinas.
Pueden utilizarse, también, mezclas de estos materiales.
Ejemplos de algunos materiales polímeros
comercialmente disponibles, que pueden utilizarse para la primera
capa (o capa más flexible) de la aleta, incluyen:
Los porcentajes de alargamiento se eligieron para
adaptarse mejor a la parte plana de la curva
esfuerzo-deformación para un material dado.
Ejemplos de materiales de los que puede
fabricarse la segunda capa más rígida de la aleta flexible incluyen
materiales muy cristalinos tales como cerámicas, diamante, vidrio,
óxido de circonio, metales/láminas de materiales tales como boro,
latón, aleaciones de magnesio, aleaciones de níquel, acero
inoxidable, acero, titanio y tungsteno. Materiales polímeros que
pueden ser adecuados incluyen termoplásticos tales como
copoliéster-éter, polímero de acrilato de
etilen-metilo, poliuretano, polímero de
acrilonitrilo-butadieno estireno, polietileno de
alta densidad, poliestireno de gran resistencia al impacto,
polietileno lineal de baja densidad, policarbonato, polímero de
cristal líquido, polietileno de baja densidad, melaminas, nilón,
poliacrilato, poliamida-imida,
poli(tereftalato de butileno), policarbonato, poliéter-éter
cetona, polieterimida,
poli(etilen-naftaleno),
poli(tereftalato de etileno), poliimida, polioximetileno,
polipropileno, poliestireno, poli(cloruro de vinilideno) y
poli(fluoruro de vinilideno). También pueden ser útiles
materiales celulósicos de origen natural tales como caña, papel y
maderas como haya, cedro, arce americano y abeto. Pueden utilizarse,
también, mezclas y combinaciones de estos materiales, incluyendo
mezclas con los polímeros descritos como utilizables para la o las
capas A, A', más flexibles. Aunque en las capas A, A' y B pueden
utilizarse los mismos, o similares, materiales polímeros, éstos
pueden ser tratados de forma diferente o incluir otros ingredientes
para crear una diferencia de rigidez.
Ejemplos de algunos materiales comercialmente
disponibles para la segunda capa más rígida, incluyen:
De preferencia, todas las capas principales A,
A', B' y C de la aleta están hechas de materiales polímeros. Según
se emplea en este documento, el término "polímero" quiere decir
que contiene un polímero, que es una molécula que contiene unidades
repetidas, dispuestas regular o irregularmente. El polímero puede
ser natural o sintético y, preferiblemente, es inorgánico.
Si la aleta flexible tiene una construcción ABC,
la tercera capa o capa C de la aleta flexible puede estar hecha de
materiales que comprenden cualquiera de los antes señalados con
respecto a la primera capa, en tanto sean sustancialmente diferentes
de los empleados en la capa A. El término "sustancial" en este
contexto quiere decir que la capa tiene una rigidez
significativamente diferente de la capa A y, de preferencia, un
módulo elástico distinto, lo que haría que la aleta se comportase de
forma notablemente diferente que una aleta que, por ejemplo, tuviese
una construcción ABA o ABA'. Para ciertos materiales polímeros,
puede bastar con una sencilla variación de la morfología del
material para lograr la requerida diferenciación mecánica entre las
capas A, B, A' y C.
La construcción multicapa puede ser o no continua
o uniforme en toda la aleta flexible; puede existir sólo en zonas o
variar su posición dentro de la aleta flexible. Por ejemplo, cuando
la primera capa A se encuentra en contacto con la superficie de
obturación, puede estar yuxtapuesta en la capa B sólo en las zonas
en que la capa A haga contacto con la superficie de obturación.
Alternativamente, la capa A puede ser continua, mientras que la capa
B es discontinua. La aleta flexible puede confeccionarse, así, en
una diversidad de formas y configuraciones. La aleta podría ser
circular, elíptica, rectangular o tener una combinación de dichas
formas, incluyendo, por ejemplo, las formas mostradas en las
patentes norteamericanas 5.325.892 y 5.509.436 de Japuntich y otros,
y mostradas en las solicitudes de patente norteamericanas núms.
09/888.943 y 09/888.732, de Mittelstadt y otros.
La construcción multicapa puede tener capas
orientadas, en su totalidad o en parte, o carecer de ellas. Por
ejemplo, la capa B puede estar orientada y las capas A no
orientadas. Alternativamente, las capas A y B pueden estar
orientadas en la misma dirección o en direcciones diferentes,
cruzadas u opuestas.
Las aletas flexibles que se utilizan en conexión
con el presente invento, pueden fabricarse mediante un procedimiento
de co-extrusión en el que de dos a un millar de
capas pueden extrudirse simultáneamente para formar una sola lámina.
Se ha encontrado que la co-extrusión de dos
materiales, en dos o tres capas, aporta una utilidad particular al
formar las aletas del presente invento. Véase la patente
norteamericana 3.557.265 de Chisholm y otros como ejemplo de un
método de extrusión de estratificados. Otros procedimientos que
podrían utilizarse para la fabricación de diafragmas o aletas
multicapa, flexibles, pueden incluir la reticulación controlada en
profundidad con radiación electrónica, chapado electrolítico,
recubrimiento por extrusión de un sustrato, moldeo por inyección,
estratificación, recubrimiento de un sustrato con disolvente y
deposición sobre un sustrato a partir de vapor.
El siguiente Ejemplo se ha seleccionado para su
presentación en este documento sólo para ilustrar detalles y
características particulares del invento. Sin embargo, ha de
comprenderse expresamente que, si bien el Ejemplo cumple este
propósito, los detalles particulares, ingredientes y otras
características no han de considerarse de manera que limiten
indebidamente el alcance del invento.
El ensayo de caída de presión se ha realizado en
la válvula con ayuda de un acoplamiento de flujo. El acoplamiento de
flujo proporciona aire a la válvula, a caudales especificados, a
través de una placa de montaje de aluminio y una cámara impelente de
aire fija. La placa de montaje recibe y retiene, en forma segura, un
asiento de válvula durante la realización del ensayo. La placa de
montaje de aluminio tiene un ligero rebajo en su superficie superior
que recibe la base de la válvula. Centrada en el rebajo hay una
abertura de 28 milímetros (mm) por 34 mm, a través de la que puede
pasar aire a la válvula. Material de espuma revestido con adhesivo
puede unirse al reborde dentro del rebajo para proporcionar un
cierre hermético entre la válvula y la placa. Se utilizan dos pinzas
para capturar y asegurar el borde delantero y el borde trasero del
asiento de válvula en la montura de aluminio. Se proporciona aire a
la placa de montaje a través de una cámara impelente de forma
semiesférica. La placa de montaje se fija a la cámara impelente en
la parte superior o cúspide de la semiesfera para reproducir la
forma de la cavidad y el volumen de una máscara respiratoria. La
cámara impelente de forma semiesférica tiene una profundidad de,
aproximadamente, 30 mm y un diámetro de la base de 80 mm. Aire
procedente de una conducción de suministro se aplica a la base de la
cámara impelente y su alimentación se regula para proporcionar el
flujo deseado a través del acoplamiento de flujo, a la válvula. Para
un flujo de aire establecido se mide la presión del aire dentro de
la cámara impelente a fin de determinar la caída de presión por la
válvula de ensayo.
Las mediciones de la caída de presión se realizan
en una válvula de ensayo empleando el acoplamiento de flujo como se
ha descrito en lo que antecede. Se midió la caída de presión en la
válvula a caudales de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 y 85 litros por
minuto. Para probar una válvula, se monta un espécimen de prueba en
el acoplamiento de flujo de forma que el asiento de la válvula esté
orientado horizontalmente en su base, con la abertura de la válvula
mirando hacia arriba. Durante el montaje de la válvula se ha de
tener cuidado para asegurar que no existe derivación de aire entre
el dispositivo y el cuerpo de válvula. Para calibrar el manómetro
para un caudal dado, primero se retira la aleta del cuerpo de
válvula y se establece el flujo de aire deseado. Se pone entonces a
cero el manómetro, con lo que se calibra el sistema. Tras la
operación de calibración, se vuelve a colocar en posición la aleta
en el cuerpo de válvula y se entrega aire, al caudal especificado, a
la entrada de la válvula y se registra la presión en la entrada. La
caída de presión por apertura de la válvula (justo antes de un flujo
nulo, punto de inicio de la apertura de la válvula) se determina
midiendo la presión justamente en el punto en que la aleta comienza
a abrirse y se detecta un flujo mínimo. La caída de presión es la
diferencia entre la presión de entrada a la válvula y la de la
atmósfera ambiente.
El ensayo de tasa de fugas para válvulas de
exhalación es, generalmente, como se describe en la norma 42 del CFR
(Código de Normas Federales) Sección 82.204. Este ensayo de tasa de
fugas es adecuado para válvulas que tienen una aleta flexible
montada en el asiento de válvula. Al llevar a cabo el ensayo de tasa
de fugas, se cierra el asiento de válvula entre las aberturas de dos
cámaras neumáticas comunicadas. Las dos cámaras neumáticas están
configuradas de forma que el aire comprimido que se introduce en la
cámara inferior suba, a través de la válvula, a la cámara superior.
La cámara neumática inferior está equipada de manera que su presión
interna pueda vigilarse durante el ensayo. Un medidor del flujo de
aire está unido a la abertura de salida de la cámara superior para
determinar el flujo de aire a través de la cámara. Durante el
ensayo, la válvula está cerrada entre las dos cámaras y está
orientada horizontalmente, con la aleta mirando hacia la cámara
inferior. La cámara inferior es puesta a presión mediante una
conducción de aire para generar una diferencia de presión entre
ambas cámaras, de 249 Pa (25 mm de H_{2}O; 1 pulgada de H_{2}O).
Esta diferencia de presiones se mantiene durante todo el
procedimiento de ensayo. Se registra el flujo de salida de aire de
la cámara superior como la tasa de fugas de la válvula que se
prueba. La tasa de fugas viene dada como el caudal, en litros por
minuto, que resulta cuando se aplica una diferencia de presión de
aire de 249 Pa sobre la válvula.
Para un área dada de la abertura de la válvula
(el área del canal que entrega aire directamente a la aleta de la
válvula (en el Ejemplo, 8,55 cm^{2})), la "potencia para
accionamiento" para una válvula a un caudal dado puede
determinarse para un margen da caudales integrando la curva que
representa el caudal (en abscisa) en L/min y la caída de presión (en
ordenada) en Pa para un margen de caudales de 10 a 85 L/min. La
integración de la curva, representada gráficamente como el área bajo
la curva, da la potencia requerida para accionar una válvula en un
margen de flujos. El valor para la curva integrada se define como la
potencia integrada para accionamiento de la válvula (IVAP) en
milivatios (mW).
Puede calcularse un parámetro de eficacia de la
válvula para las válvulas empleando los resultados del ensayo de
caída de presión, del ensayo de tasa de fugas y de la masa de la
aleta. La eficacia de la válvula se determina a partir de (1) la
potencia integrada para accionamiento de la válvula en mW, (2) la
tasa de fugas registrada en cm^{3}/min, y (3) el peso de la aleta
en gramos. La eficacia de la válvula se calcula como sigue:
VE = IVAP
\times LR \times
w
donde
- VE \Rightarrow
- eficacia de la válvula
- IVAP \Rightarrow
- potencia integrada para accionamiento de la válvula (milivatios)
- LR \Rightarrow
- tasa de fugas (centímetros cúbicos por minuto)
- w \Rightarrow
- masa de la aleta (gramos).
VE se expresa en milivatios*gramo*centímetros
cúbicos por minuto o mW*g*cm^{3}/min. Los valores menores de
eficacia de la válvula representan un mejor comportamiento de ésta.
Las válvulas del presente invento pueden ser capaces de conseguir
valores de VE de, aproximadamente, 2 a 20 mW*g*cm^{3}/min y, más
preferiblemente, de menos de, aproximadamente, 10
mW*g*cm^{3}/min.
Se fabricó una lámina de polímero multicapa a
partir de dos resinas que se formaron para dar una construcción de
tres capas, ABA, empleando un procedimiento de recubrimiento con
disolvente. La primera y la tercera capas de la lámina, a saber, las
capas A y A, que proporcionan las capas exteriores de superficie
principal de la construcción, se produjeron a partir de un caucho
SBS (estireno-butadieno-estireno)
Finaprene^{MR} 502 con un módulo elástico de 2 MPa, suministrado
por Atofina Company, de Houston, Texas, EE.UU. mezclado con un 1% en
peso de Atmer^{MR} 1759 suministrado por Ciba Geigy, de 540 White
Plains, NY 10591, EE.UU. La segunda capa, o capa media, B era una
lámina de poliéster (PET) de 36 micras de grueso con un módulo
elástico de 3790 MPa, suministrado por la 3 M Company. Se preparó
una solución de 25 partes de Finaprene^{MR} 502 disuelto en 75
partes de tolueno con 0,25 partes de Atmer^{MR} 1759, cargando
primero un recipiente con 2500 gramos de Finaprene^{MR} 502 y
añadiendo a continuación 7000 g de tolueno a 21ºC. Se agitó esta
mezcla durante 30 minutos utilizando una hoja de agitación para
disolver parcialmente el Finaprene^{MR} 502. Concurrentemente se
preparó una solución de Atmer^{MR} 1759 añadiendo 25 g de Atmer a
los restantes 500 g de tolueno deseados para la solución final. Esta
solución se agitó de nuevo a 60ºC durante 30 minutos. Estas dos
soluciones se mezclaron luego y la solución así obtenida,
conteniendo 24,9% en peso de Finaprene^{MR} 502, 74,8% en peso de
tolueno y 0,25% en peso de Atmer^{MR} 1759, se agitó con una hoja
de agitación durante 3 horas a 21ºC, realizándose a continuación una
desgasificación con un aspirador. Se dejo reposar tranquilamente
esta solución desgasificada durante 12 horas tras la agitación, para
garantizar que se obtenía una solución homogénea.
Una lámina de poliéster, de 0,3 metros de ancho y
36 micras de grueso, se recubrió por una cara con una solución de
Finaprene^{MR} 502 hasta conseguir un grosor final en seco de 13
micras y 0,279 metros de anchura mediante un recubridor de barra
ranurada Hirano^{MR} M-200L regulado a una
separación de 89 micras. Se empleó una velocidad de la instalación
de 1 metro/min de forma que el tiempo de residencia de la película
aplicada como recubrimiento fue de 3 minutos en el horno de 3 metros
de longitud, para asegurar que el recubrimiento secaba por completo.
Se controló la carga estática mediante cordones estáticos en cada
rodillo loco del recubridor, así como una barra desionizante situada
justamente antes de la barra ranurada. La lámina enrollada, con una
cara recubierta, se volvió del revés y se ejecutó nuevamente el
mismo procedimiento de recubrimiento que se acaba de describir para
proporcionar la capa final, y una lámina de tres capas resultante
con un grosor total de 62 micras.
Se formaron aletas flexibles a partir de la
lámina ABA simétrica troquelando la lámina multicapa para crear una
parte rectangular que tenía un extremo semicircular (véase la Fig.
1, elemento 22). La longitud total de la aleta troquelada,
incluyendo el extremo semicircular, era de unos 3,25 cm, y la
anchura de la aleta era de 2,4 cm. El extremo semicircular de la
aleta, en sección plana, tenía un radio de 1,2 cm. La configuración
estructural de la aleta se resume en la siguiente Tabla 3:
| Grosor de la | Grosor total de la | Longitud de la | Anchura de la | Radio del extremo | |
| capa (\mum) | aleta (\mum) | aleta (cm) | aleta (cm) | semicircular (cm) | |
| A | B | ||||
| 13 | 36 | 62 | 3,25 | 2,4 | 1,2 |
Para evaluar el comportamiento de una válvula que
incorporaba esta aleta, se aseguró el extremo rectangular de la
aleta a un asiento de válvula de un cuerpo de válvula. El cuerpo de
la válvula tenía un asiento de válvula con una curvatura cóncava
cuando se miraba en alzado lateral.
La configuración del asiento de válvula se
describe, en general, en las patentes norteamericanas 5.325.892 y
5.509.436 de Japuntich y otros y se utiliza en un cuerpo de válvula
empleado en una máscara comercialmente disponible, modelo 8511,
disponible de 3M Company, de St. Paul, MN, EE.UU. El cuerpo de
válvula tenía un orificio circular de 3,3 centímetros cuadrados
(cm^{2}) dispuesto dentro del asiento de válvula. Para montar una
válvula con el fin de evaluarla, la aleta de válvula se sujetó en
una superficie de retención de la aleta que tenía unos 4 milímetros
(mm) de longitud y que atravesaba a lo ancho el asiento de válvula
en una distancia de unos 25 mm. El reborde curvo de obturación tenía
una anchura de unos 0,51 mm. La aleta flexible se mantuvo en
relación de apoyo con el nervio de obturación en condiciones
neutras, sin importar la orientación de la válvula. No se unió
cubierta de válvula al asiento de válvula.
Se preparó una lámina de Finaprene^{MR} 502 que
contenía un 1% de Atmer 1759 exactamente del mismo modo que se
describe en el Ejemplo 1, a excepción de que esta solución se aplicó
como recubrimiento sobre un revestimiento de desprendimiento de
silicona. Se cortaron tiras de película de PET de 23,4 micras de
grueso y con una anchura de 0,794 cm. Igualmente, se cortaron tiras
de 0,794 cm de anchura del revestimiento recubierto con
Finaprene^{MR} 502, incluyéndose el revestimiento para facilitar
el corte. Al separar la película de Finaprene^{MR} 502 del
revestimiento de desprendimiento, el grosor medido para le película
era de 24 micras, muy parecido al grosor del PET.
Se utilizó un ensayo de flexión en voladizo para
indicar la rigidez de las delgadas tiras de material midiendo la
longitud que flexionaba un espécimen por efecto de su propio peso.
Se preparó un espécimen de prueba cortando las tiras de material de
0,794 cm de anchura a longitudes de, aproximadamente, 5 cm. El
espécimen se hizo deslizar en dirección paralela a su dimensión
larga sobre el borde a 90º de una superficie horizontal. Después de
que más allá del borde se extendían 1,5 cm de material, se midió la
desviación por flexión del espécimen como la distancia vertical
desde el extremo de la tira hasta la superficie horizontal. La
magnitud de la desviación por flexión del espécimen dividida por su
longitud se denomina razón de flexión del voladizo. Una razón de
flexión del voladizo cercana a 1 indicaría un alto grado de
flexibilidad, mientras que un material con una razón de flexión
cercana a 0, sería rígido.
| Material | Grosor de la película (micras) | Razón de flexión del voladizo |
| Capa 1 | 24 | 0,95 |
| Capa 2 | 23 | 0,26 |
| Capa 1 - Película de Finaprene^{MR} 502 conteniendo un 1% de Atmer 1759 | ||
| Capa 2 - Película de PET con la misma composición del Ejemplo 1 |
Los datos contenidos en la Tabla 4 muestran que
la segunda capa es muy rígida con relación a la primera capa, aún
cuando es ligeramente menos gruesa.
Ejemplo comparativo
1
Empleando los procedimientos de ensayo descritos
en lo que antecede, se evaluó una válvula, con su cubierta
protectora exterior retirada, de un respirador 8511^{MR} N95,
comercialmente disponible de 3M Company, de St. Paul, Minnesota,
EE.UU.. El asiento de válvula utilizado fue el mismo asiento de
válvula empleado en el Ejemplo 1. La aleta flexible tenía una
construcción monolítica igual que las aletas utilizadas en la
máscara 8511^{MR} de 3 M, comercialmente disponible. La aleta
estaba hecha de poliisopreno. La aleta flexible tenía las mismas
dimensiones que la aleta utilizada en el Ejemplo 1 y la densidad del
material era de 1,08 gramos por centímetro cúbico (g/cm^{3}).
Se llevaron a cabo, también, evaluaciones en
cuanto a ensayo de tasa de fugas y ensayo de caída de presión sobre
la válvula del invento y la válvula de comparación. Los valores de
la caída de presión se muestran en la Figura 9. La masa de la aleta,
la tasa de fugas, la eficacia de la válvula y la potencia integrada
para accionamiento de la aleta se ofrecen en lo que sigue en la
Tabla 5. Las válvulas representan la media de tres especímenes de
ensayo, tanto para el Ejemplo como para el Ejemplo comparativo.
| Válvula | Masa de la | Tasa de fugas | Potencia integrada para | Eficacia de la válvula |
| aleta (g) | (cm^{3}/min) | accionamiento de la aleta (mW) | (mW g\cdotcm^{3}/min) | |
| Válvula con aleta | 0,053 | 5,0 | 30 | 8 |
| multicapa | ||||
| Válvula con aleta | 0,279 | 5,7 | 48 | 76 |
| de una sola capa |
Los datos contenidos en la Tabla 5 y
representados en la Fig. 9 muestran que una válvula o una máscara
que haga uso de la tecnología del invento requiere una potencia
significativamente menor (37% menor) para su funcionamiento, en
comparación con una máscara que haga uso de una válvula con una
construcción de una sola capa, en un margen funcional de caudales.
Tanto para los puntos de flujo individuales como para el margen
operativo de puntos de flujo, una reducción de la potencia para
accionar la válvula es importante, en uso, ya que es la respiración
del usuario la que acciona la válvula. Cuando mayor sea la potencia
requerida para el accionamiento, especialmente en el margen
operativo de la válvula, más difícil le resulta respirar al usuario
cuando está utilizando la máscara. Durante largos períodos de
utilización, durante los que un usuario podría realizar doce
respiraciones por minuto a través de la máscara, el aumento del
consumo de potencia para accionar la válvula se convierte en un
factor fisiológico importante en cuanto a la comodidad para respirar
y a la satisfacción del trabajador. Una máscara que se ventile más
fácilmente a través de una válvula que exija menos potencia para ser
accionada, es más eficaz a la hora de eliminar el dióxido de carbono
y la humedad, lo que mejora adicionalmente la comodidad del usuario
y hace que sea más probable que el usuario mantenga la máscara
aplicada a su rostro cuando se encuentra en un ambiente tóxico.
Los datos que aparecen en la Tabla 5 demuestran,
también, que el invento puede ofrecer una mejora del 850% en la
eficacia de la válvula con respeto a una válvula de comparación
cuando funcionan en el margen operativo típico de las máscaras
filtrantes. Considerando que el parámetro de la eficacia de la
válvula cuenta a la hora de contrarrestar los efectos de las fugas,
la masa de la válvula y la potencia para su accionamiento, éste es
un resultado particularmente significativo. Una válvula diseñada
para usarse con una máscara que emplee una construcción de material
de una sola capa puede requerir, cuando se considera sobre una base
de diseño equivalente, una aleta más pesada para cerrar la válvula
más apretadamente. Una aleta con un cierre más apretado y con mayor
masa necesita más potencia para ser accionada. En términos del
parámetro de eficacia de la válvula, el aumento requerido de la masa
y la potencia para su accionamiento, compensa cualquier ganancia en
la eficacia para conseguir una tasa de fugas reducida.
También es evidente que las mejoras en el
comportamiento se han conseguido con un uso mínimo de material, como
lo ilustra la masa de las aletas, siendo esta una indicación de la
economía que puede conseguirse gracias a las aletas de válvula del
invento.
Claims (18)
1. Una máscara filtrante, que comprende:
(a) un cuerpo (12) de máscara que está destinado
a acoplarse al menos sobre la nariz y la boca de un usuario para
crear un espacio interior de gas cuando se la utiliza; y
(b) una válvula (14) de exhalación que se
encuentra en comunicación de fluido con el espacio interior de gas,
comprendiendo la válvula de exhalación:
- (i)
- un asiento de válvula que comprende una superficie de obturación (24) y un orificio (28) a través del cual puede pasar el aire exhalado para abandonar el espacio interior de gas; e
- (ii)
- una aleta flexible (22) montada en el asiento (20) de la válvula de tal forma que la aleta haga contacto con la superficie de obturación cuando la válvula se encuentra en su posición cerrada y tal que la aleta pueda flexionar separándose de la superficie de obturación durante una exhalación para dejar que el aire exhalado pase por el orificio para, finalmente, llegar a un espacio exterior de gas, caracterizado porque la aleta flexible comprende al menos una primera y una segunda capas yuxtapuestas (44, 46), en la que al menos una de las capas es más rígida que la otra o en la que al menos una de las capas tiene un módulo de elasticidad mayor que el de la otra capa.
2. La máscara filtrante de la reivindicación 1,
en la que la primera y la segunda capas comprenden un primero y un
segundo materiales, respectivamente, cada uno de los cuales tiene un
módulo de elasticidad diferente.
3. La máscara filtrante de la reivindicación 2,
en la que la primera capa está dispuesta más cerca de la superficie
de obturación que la segunda capa cuando la aleta está posicionada
contra la superficie de obturación, y en la que la segunda capa
tiene un módulo de elasticidad mayor que el de la primera capa.
4. La máscara filtrante de la reivindicación 3,
en la que la primera capa hace contacto con la superficie de
obturación cuando la aleta está posicionada contra la superficie de
obturación.
5. La máscara filtrante de la reivindicación 1,
en la que la válvula de exhalación está montada en el cuerpo de la
máscara.
6. La máscara filtrante de la reivindicación 1,
que es una media máscara de presión negativa que tiene un cuerpo de
máscara permeable a los fluidos que contiene una capa de material de
filtro.
7. La máscara filtrante de la reivindicación 1,
en la que la válvula de exhalación es una válvula de exhalación del
tipo de charnela.
8. La máscara filtrante de la reivindicación 7,
en la que la válvula de exhalación del tipo de charnela tiene una
superficie de obturación plana.
9. La máscara filtrante de la reivindicación 8,
en la que, en condiciones neutras, la aleta flexible no es
presionada contra la superficie de obturación.
10. La máscara filtrante de la reivindicación 1,
en la que la aleta flexible incluye una tercera capa que tiene,
sustancialmente, la misma rigidez que la primera capa.
11. La máscara filtrante de la reivindicación 10,
en la que la aleta flexible presenta simetría con respecto a la
segunda capa, y en la que la segunda capa es más rígida que la
primera y la tercera capas.
12. La máscara filtrante de la reivindicación 1,
en la que la segunda capa tiene un módulo de elasticidad mayor que
el de la primera capa, y en la que la primera capa hace contacto con
la superficie de obturación cuando la aleta está posicionada contra
la superficie de obturación.
13. La máscara filtrante de la reivindicación 12,
en la que el módulo de elasticidad de la primera capa es,
preferiblemente de unos 0,15 a unos 10 megaPascales, y en la que el
módulo de elasticidad de la segunda capa es de, aproximadamente, 2 a
1,1 \times 10^{6} megaPascales.
14. La máscara filtrante de la reivindicación 12,
en la que el módulo de elasticidad de la primera capa es, de
preferencia de aproximadamente 1 a 7 megaPascales, y en la que el
módulo de elasticidad de la segunda capa es de, aproximadamente, 200
a 11.000 megaPascales.
15. La máscara filtrante de la reivindicación 1,
en la que la primera y la segunda capas contienen, ambas, materiales
polímeros, en la que la segunda capa es más rígida que la primera
capa, y en la que la relación entre los módulos de la primera capa y
de la segunda capa es inferior a 0,01; y en la que la aleta flexible
tiene un grosor de, aproximadamente, 20 a 700 \mum.
16. La máscara filtrante de la reivindicación 3,
en la que la primera capa tiene un grosor de, aproximadamente, 5 a
700 \mum y en la que la segunda capa tiene un grosor de,
aproximadamente, 5 a 100 \mum.
17. Una válvula (14) de exhalación, que
comprende:
- (i)
- un asiento (20) de válvula que comprende una superficie de obturación (24) y un orificio (28) a través del cual puede pasar un fluido; e
- (ii)
- una aleta flexible (22) que está montada en el asiento (20) de válvula de tal forma que la aleta haga contacto con la superficie de obturación cuando la válvula está en su posición cerrada y tal que la aleta pueda flexionar separándose de la superficie de obturación cuando una corriente de flujo de exhalación pasa por la válvula, caracterizada porque la aleta flexible comprende al menos una primera y una segunda capas yuxtapuestas (44, 46), cuya aleta se curva cuando se abre y se cierra, en la que al menos una de las capas es más rígida que la otra o en la que al menos una de las capas tiene un módulo de elasticidad mayor que el de la otra.
18. La válvula de exhalación de la reivindicación
17, en la que la primera capa está dispuesta más cerca de la
superficie de obturación que la segunda capa cuando la válvula está
cerrada, y en la que la segunda capa es más rígida que la primera
capa.
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