СМЕННЫЙ ФИЛЬТР
CARTRIDGE FILTER

Изобретение относится к медицине, в частности, к средствам защиты органов дыхания от проникновения в дыхательную систему различных аэрозолей (пыли, различных вирусов, бактерий и пр.).
Известно средство индивидуальной защиты для дыхания (заявка на выдачу патента на изобретение №2008149933), состоящее из верхней и нижней частей, причем обе части являются плоскими, полностью идентичными, округлыми с прямым краем и изогнутым краем, дугообразным, и соединены одна с другой по изогнутому краю с эластичными завязками, укрепленными при помощи держателей эластичных завязок, закрепленных на противоположных сторонах общие для двух частей, которые облегчают прилегание эластичных завязок, регулировку согласно размерам лица. Средство может быть переведено в сложенное состояние для хранения, с двумя полностью перекрывающимися частями, тогда как при использовании оно создает воздушную камеру в виде полумесяца над носом и ртом пользователя, и прямые края обеих частей находятся в контакте с лицом; в особенности, после того как маску надели, прямой край верхней части приходит в соприкосновение с носом и верхней частью лица пользователя, тогда как прямой край нижней части находится в соприкосновении одновременно с подбородком и нижней частью лица пользователя. Данное средство содержит также дополнительные пункты отличия, направленные на повышение его эксплуатационных и технологических характеристик, обеспечивает защиту органов дыхания от проникновения в них аэрозолей. Вместе с тем, данное средство защиты не сможет обеспечить защиту от проникновения в органы дыхания малых субмикронных аэрозолей, так как его фильтрующие свойства определяются размерами пор фильтрующего материала и уменьшение их размеров, в том числе путем увеличения количества фильтрующих слоев ведет к увеличению сопротивления прохождения воздуха и затруднению дыхания.
Аналогичным недостатком обладает и известное устройство, представленное в описании патента на полезную модель №96329, МПК А62 В23/06 (2006.01), опубликованном 27.07.2010 Бюл. №21. Дыхательный фильтр, представленный в упомянутом описании, включает корпус со сквозной полостью. Фильтр выполнен с возможностью размещения в носовой пазухе человека и снабжен, по крайней мере, двумя каналами - впускным и выпускным; фильтрующий элемент, закрепленный во впускном канале; по крайней мере, один обратный клапан, размещенный в выпускном канале.
Известен фильтр носовой полости, имеющий, по существу, цилиндрическую несущую стенку, прилипающую к стенкам носовой полости, и внутреннюю поверхность, определяющую полость для прохода воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого пользователем (патент РФ на изобретение №2418609, МПК А62В 23/06 (2006.01), опубликованный 20.05.2011 г). Полость для прохода воздуха вмещает ряд пластин, создающих турбулентность в потоке протекающего воздуха, и поверхность, на которую воздействует воздух, удерживает частицы, присутствующие в воздухе. На указанной поверхности расположен слой геля, покрывающий ее и указанные пластины. В данном фильтре обеспечивается простота и надежность в эксплуатации. Вместе с тем, фильтруются только частицы, которые вследствие турбулентности попадают на платину. Известно, что мелкие субмикронные аэрозоли практически как бы вмерзают в воздушный поток и вместе с ним обтекают встречающиеся на его пути препятствия. Так как аэродинамические силы определяются площадью частицы (размер частицы в квадрате), а инерционные объемом частицы (размер частицы в кубе), то при стремлению размера частицы к нулю отношение аэродинамических сил к инерционным стремится к бесконечности. Поэтому отделяются лишь крупные частицы, способные отклониться и за счет инерционных сил и выйти из потока, преодолевая аэродинамические силы.
Сепарировать аэрозоли путем обеспечения их прилипания к специальным поверхностям предлагается и в фильтре, представленном в изобретении по патенту №2166341. Фильтр содержит полый корпус, имеющий один или несколько входных каналов и выходное отверстие. Внутренняя поверхность корпуса имеет форму, близкую к форме усеченного корпуса, и покрыта липким веществом, способным удерживать содержащиеся во вдыхаемом воздухе частицы пыли и аллергенов. Один или несколько входных каналов выполнены в большом основании конуса, а выходное отверстие выполнено в малом основании конуса. Направление осей каждого из каналов складывается из тангенциальной и осевой составляющих. Данный фильтр обладает низким аэродинамическим сопротивлением и незаметен при его использовании, вместе с тем, сепарация субмикронных аэрозолей также проблематична по описанным выше обстоятельствам.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фильтр, описание которого представлено в патенте на изобретение №2217176 по МПК A61M 15/08, опубликованном 27.11.2003. Известный сменный фильтр представляет собой фильтрующий элемент в виде усеченного конуса. Новым в известном изобретении является то, что усеченный конус снабжен круговыми насечками, при этом нижнее и верхнее основания конуса имеют вогнутые конусообразные полые воронки. В данном фильтре обеспечено максимальное упрощение конструкции. Однако, обеспечить сепарацию субмикронных аэрозолей с помощью известной конструкции также проблематично. Как и в конструкции средства индивидуальной защиты для дыхания, представленной в заявке на выдачу патента на изобретение №2008149933 размер сепарируемых аэрозолей определяется проходным сечением пор фильтрующего материала. А чем меньше размер пор, тем больше сопротивление прохождению воздушного потока, что приводит к затруднению дыхания.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности сепарации аэрозолей.
Для достижения заявленной цели известный сменный фильтр, выполненный в виде тампона, содержащий фильтрующий материал с элементами его установки в носовой полости пользователя, снабжен источником электропитания, соединенным с коронирующим электродом, электрически изолированно смонтированным с зазором относительно установленной на фильтрующем материале электропроводной поверхности, электрически соединенной с корпусом источника электропитания;
фильтрующий материал выполнен электропроводным.
Предлагаемая конструкция сменного фильтра обеспечивает генерацию коронного разряда в области воздушного потока, направляемого в фильтрующий материал и, как следствие заряжание содержащихся во вдыхаемом потоке воздуха аэрозольных частиц. Электрически заряженные аэрозольные частицы, проходя по каналам пор фильтрующего материала, осаждаются на «заземленной» поверхности пор фильтрующего материала.
На рис.1 представлена схема сменного фильтра. Фильтр включает в себя корпус 1 с круговыми насечками 2. Фильтрующий материал 3 электропроводными волокнами. Электропроводные волокна могут быть выполнены, например, из углеродного волокна (см. http://www.mvmplant.com/materials/uglevolokno.htmn. Форма корпуса сменного фильтра представляет собой близкую форму усеченного конуса. Основание 4 и верхушка 5 усеченного конуса могут быть выполнены в виде конусообразных воронок. При этом, нижнее более широкое основание усеченного конуса 4 может иметь кривизну, направленную снизу вверх от основания усеченного конуса к центру. Малое верхнее основание усеченного конуса 5 также имеет кривизну, направленную сверху вниз к центру. Внутри корпуса 1 установлен источник питания 6, корпус которого «заземлен» на электропроводных волокнах фильтрующего материала 3. В качестве источника питания 6 может быть использован источник питания типа миниатюрного источника питания. См.. например, http://gizmobi.ru/2007/04/11/sozdan_nanogenerator_dlia_pitaniia_mikrostruktur/ Электрически изолировано, например, на изоляторах 7 с зазором 8, относительной электропроводных волокон установлены коронирующие электроды 8, электрически соединенные с помощью кабеля 9 с источником питания 6. Коронирующий электрод 8, установленный с зазором относительно электропроводных волокон конструктивно может быть выполнен в виде единого элемента, в виде гибкой пористой электропроводной трубки, электрически соединенной с корпусом источника питания, внутри которой изолированно от ее поверхности установлен коронирующий электрод (провод с малым радиусом кривизны, провод с острыми шипами и пр). Электропроводная трубка с соединенным с источником питания коронирующим электродом укладывается на поверхности нижнего основания усеченного конуса 4 (на рис.1 не показано). Сменный фильтр вставляется в каждую пазуху носа пациента независимо друг от друга, поэтому возможен вариант, когда пациент может устанавливать фильтр только в одну пазуху носа. Круговые насечки по окружностям 2 усеченного конуса обеспечивают надежное удержание сменного фильтра в полости носовой пазухи и его плотное прилегание к стенкам пазух носа.
Основание усеченного конуса, как нижнее 4, так и верхнее 5, имеют форму некоторой кривизны. В нижней широкой части конуса кривизна имеет направление вверх к центру (см. рис.1) и выполняет две функции: первая заключается в том, что благодаря этой кривизне фильтрующий элемент углублен внутрь носовых пазух и тем самым обеспечивает надежную эстетическую сторону, т.е. этой кривизной обеспечивается совершенная невидимость фильтра. Вторая функция кривизны, не менее важная, заключается в том, что эта кривизна увеличивает площадь соприкосновения входящего потока воздуха с фильтрующим элементом и тем самым помогает более полно очистить поступающий в носоглотку поток воздуха. В верхней части усеченного конуса фильтрующего элемента также имеется кривизна, которая наоборот направлена сверху вниз, благодаря чему при установке сменного фильтра в пазухах носа образуется воздушное пространство. Благодаря наличию такого воздушного шарика, пользователю фильтром будет более комфортно преодолеть первоначальную адаптацию присутствия в пазухах носа постороннего предмета. Кроме того, если у пользователя "сменным фильтром" образуется излишняя жидкость, она (эта жидкость) может свободно адсорбироваться фильтрующим элементом, попадая предварительно в это углубление. Предлагаемый фильтр может быть выполнен и без использования специального корпуса 1. В этом случае фильтрующий материал 3 с электропроводными волокнами укладывается по предлагаемой форме усеченного корпуса с насечками.
Фильтр работает следующим образом. Перед установкой в нос активизируется источник питания 6 и подается напряжение на коронирующий электрод 8. Между коронирующим электродом и электропроводным волокном, соединенным с корпусом источника питания, возникает коронный разряд. Условия для зажигания коронного разряда подробно освещены в литературе. См, например, Н.А. Капцов. Электроника. Государственное издательство научно-технической литературы. Москва 1956 г. стр.365-371. В период вдыхания воздушный поток проходит через область коронного заряда, фильтрующий элемент и попадает в дыхательную область пациента. В области коронного разряда содержащиеся в воздушном потоке аэрозольные частицы получают электрический заряд. Проходя через каналы фильтрующего элемента, электрически заряженные аэрозольные частицы осаждаются на нейтральной поверхности электропроводных волокон. Таким образом, в предложенной конструкции фильтра на поверхности фильтрующего элемента осаждаются не только те аэрозоли, которые вышли из потока под действием инерционных сил, но и мелкодисперсные аэрозоли, дрейфующие к поверхности фильтрующего элемента под действием электрического поля. Что позволяет, не уменьшая значений проходного сечения пор, без дополнительного аэродинамического сопротивления потоку, обеспечить сепарации мелких, субмикронных аэрозолей, а также повысить вероятность осаждения на поверхности фильтра и крупных частиц. Описанный выше механизм в целом обеспечивает повышение эффективности работы фильтра по сепарации аэрозольных частиц от воздушного потока. Для индикации заполнения фильтра аэрозольными частицами и информации пациента о необходимости его замены в конструкции фильтра может быть использованы различные метода. Например, пациент заменяет фильтр при заполнении пор и затруднении дыхания, либо замыкание источника питания на корпус, что пациент почувствует, при заполнения пор фильтрующего элемента до предварительно запланированного значения и пр. Ресурс источника питания подбирается из условия его одноразового использования, на период заполнения пор фильтрующего элемента. Учитывая, что в носовой полости пациента повышенная влажность, при работе фильтра повышается влажность воздуха в каналах фильтрующего элемента. Как известно, см, например, патент РФ №217880 электрические заряды способствуют конденсации влаги на аэрозолях. И электрически заряженные аэрозоли, проходя по каналам фильтрующего элемента, конденсируют на себе влагу и укрупняются, что способствует повышению эффективности их отделения от потока.
Таким образом, благодаря совокупности новых отличительных признаков с известными предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность фильтрации и достичь цели предполагаемого изобретения.