Индивидуальное устройство защиты органов дыхания
PERSONAL RESPIRATORY PROTECTION DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области защиты органов дыхания человека, в частности к средствам защиты с фильтрующими элементами, и может быть использовано в качестве индивидуального средства защиты органов дыхания человека при его нахождении в условиях пылевого, бактериального и иного загрязнения окружающего воздуха.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Наиболее распространенными средствами индивидуальной защиты органов дыхания человека являются лицевые маски, имеющие разнообразные конструкции и изготавливаемые из различных материалов. Такие маски, в частности, могут закрывать полностью лицо человека или только рот и нос, могут быть изготовлены целиком из фильтрующих материалов или иметь встроенный воздушный фильтр, пропускающий атмосферный воздух за счет разряжения, создаваемого под маской при вдохе человека, могут иметь средства принудительной подачи под маску чистого воздуха, в том числе атмосферного, пропущенного через фильтр. Общим недостатком, присущим подобным средствам индивидуальной защиты органов дыхания человека, является невозможность или затрудненность разговора, поскольку рот человека отделен от внешней среды маской, и определенный дискомфорт, связанный с ношением маски, особенно в общественных местах. Чаще всего этот недостаток проявляется в обычных условиях, когда, например, человеку требуется индивидуальная противовирусная или противоаллергенная защита. Кроме того, часто заявляемая производителями эффективность масок не достигается из-за ряда причин, например: неплотного прилегания маски к лицу; конденсации выдыхаемых водяных паров на внутренней поверхности маски, приводящей к образованию в материале маски питательной среды для развития болезнетворных микроорганизмов; снижения эффективности фильтрации материала маски при увеличении объема вдыхаемого воздуха, вызванного физической нагрузкой пользователя.
Одним из направлений, получивших развитие в последнее время, является конструктивное совмещение средств защиты органов дыхания с очками, при котором маска как таковая исключается, а следовательно, исключаются или, по меньшей мере, минимизируются отмеченные недостатки, характерные для лицевых масок.
Так, в патенте CN 202649630 U (опубл. 02.01.2012) описано индивидуальное устройство защиты органов дыхания, выполненное в виде очков с оправой, у которой фронтальная часть и соединенные с ней посредством шарнирного соединения дужки выполнены полыми, при этом их полости сообщаются через канал, выполненный в шарнирном соединении. Во внутреннем пространстве дужек размещен фильтрующий материал, а дужки имеют соответствующие отверстия – воздухозаборник, через который внешний воздух может проходить через фильтрующий материал во внутреннее пространство дужек и далее – во внутреннее пространство фронтальной части оправы. Устройство также включает выступающий от переносья прозрачный носовой колпачок, который при использовании устройства закрывает полностью нос человека, при этом внутреннее пространство носового колпачка связано с внутренней полостью фронтальной части оправы. Такая конструкция обеспечивает поступление во внутреннее пространство носового колпачка отфильтрованного воздуха, вдыхаемого носом, однако создает дополнительную нагрузку, вызванную заметным аэродинамическим сопротивлением заполненного фильтром канала прохождения вдыхаемого воздуха.
В заявке US 2001/0050079 А (опубл. 13.12.2001) описано индивидуальное устройство защиты органов дыхания, выполненное в виде очков с оправой, у которой фронтальная часть и дужки выполнены полыми, при этом дужки выполнены с возможностью подсоединения посредством тонких трубочек к носимой системе очистки и подачи воздуха под давлением. Оправа также включает два воздуховода, связанных с внутренним пространством фронтальной части оправы и выходящих из нее, при этом свободный открытый конец каждого воздуховода загнут так, чтобы при использовании устройства он размещался в соответствующей ноздре. Такая конструкция обеспечивает подачу под давлением чистого воздуха непосредственно в ноздрю человека, однако она малоэстетична, а кроме того не препятствует частичному прохождению внешнего неочищенного воздуха при носовом дыхании. Для решения последней проблемы необходимо подавать чистый воздух с объемной скоростью, превышающей пиковое значение объемной скорости вдыхаемого через нос воздуха, что требует существенных энергетических затрат, усложнения оборудования, в частности, как это описано в известном устройстве, использования дополнительной носимой системы очистки воздуха и подачи его под давлением в индивидуальное устройство защиты органов дыхания.
В заявке US 2019/0353933 А (опубл. 21.11.2019) описано индивидуальное устройство защиты органов дыхания, выполненное в виде очков с оправой, у которой фронтальная часть и дужки выполнены полыми. В дужке размещены всасывающий вентилятор с фильтром, источник электропитания вентилятора; также дужка имеет воздухозаборник, через который всасывается наружный воздух. В нижней части фронтальной части оправы выполнено множество отверстий, через которые воздух, прошедший через воздухозаборник и фильтры, выходит из внутреннего пространства фронтальной части оправы. При использовании устройства этот поток чистого воздуха, омывает крылья носа, создавая препятствие в виде воздушной завесы для попадания в нос неочищенного атмосферного воздуха.
В заявке WO 2019/041108 А1 (опубл. 07.03.2019) описано индивидуальное устройство защиты органов дыхания, выполненное в виде очков с оправой, у которой фронтальная часть выполнена полой, с присоединенным к ней фильтрующем узлом, обеспечивающим принудительную подачу отфильтрованного воздуха во внутреннюю полость фронтальной части оправы. Также фронтальная часть оправы снабжена в нижней части распределителем воздушного потока с множеством отверстий, через которые чистый воздух выходит из внутреннего пространства фронтальной части оправы и омывает крылья носа, создавая препятствие в виде воздушной завесы для попадания в нос неочищенного атмосферного воздуха. Как и в случае с устройством, описанным в US 2019/0353933 А, такая воздушная завеса не обеспечивает в достаточной степени надежного препятствия для вдыхания наружного воздуха, находящегося вблизи ноздрей.
Известно также индивидуальное устройство защиты органов дыхания, описанное в патенте TW M520383 U (опубл. 21.04.2016). Устройство выполнено в виде очков, оправа которых включает фронтальную часть, выполненную в виде двух оптически прозрачных пустотелых линз с отверстиями с противоположных торцов, переносья, соединяющего линзы, и дужек, присоединенных к линзам с противоположных от переносья торцов. Упомянутые отверстия в пустотелых линзах выполнены так, что отверстие со стороны дужки связывает внутреннее пространство линзы с внутренними пространством дужки, а отверстие со стороны переносья оказывается расположенным напротив крыльев носа при использовании устройства. Внутри дужки расположен фильтр и вентилятор, всасывающий через воздухозаборник, выполненный в стенке дужки, и через фильтр наружный воздух и подающий его во внутреннее пространство полой линзы. Во время использования устройства, при его ношении пользователем, поток чистого воздуха, проходящий через линзы и выходящий с противоположных сторон в направлении крыльев носа, омывает крылья носа, создавая препятствие в виде воздушной завесы для попадания в нос неочищенного воздуха. Аналогично, как и в случае с устройствами, описанными в US 2019/0353933 А и WO 2019/041108 А1, такая воздушная завеса не обеспечивает в достаточной степени надежного препятствия для вдыхания наружного воздуха, находящегося вблизи ноздрей.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание индивидуального устройства защиты органов дыхания в виде очков с принудительно подачей чистого воздуха в зону вдыхаемого воздуха, обеспечивающего более надежное препятствие для вдыхания неочищенного наружного воздуха.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Индивидуальное устройство защиты органов дыхания, в соответствии с настоящим изобретением, выполнено в виде очков с оправой, имеющей фронтальную часть, примыкающие к фронтальной части с двух сторон височные части и прикрепленные к височным частям дужки. Каждая височная часть включает всасывающий вентилятор с воздушным фильтром и отводящим воздуховодом, при этом воздуховод выполнен выходящим из височной части оправы и продолжающимся внизу фронтальной части оправы так, что сопла обоих воздуховодов ориентированы встречно друг другу с возможностью формирования при использовании устройства по существу встречно направленных потоков воздуха непосредственно под ноздрями пользователя.
Благодаря указанному расположению сопел непосредственно под ноздрями пользователя формируются два встречно направленных потока чистого воздуха, которые, сталкиваясь, образуют область высокого давления, препятствующую попаданию в ноздри неочищенного наружного воздуха. В результате пользователь вдыхает, по существу, очищенный с помощью фильтров и подаваемый вентиляторами по воздуховодам воздух.
В предпочтительном варианте вентилятор может быть выполнен в виде вентилятора двустороннего всасывания, при этом воздухозаборники вентилятора расположены с противоположных боковых сторон височной части оправы. Это обеспечит больший объем всасываемого воздуха и большую площадь фильтра при тех же габаритных размерах устройства.
Для обеспечения высоких пылеулавливающих свойств воздушный фильтр может быть выполнен из электретного материала.
Для эффективной фильтрации частиц, обладающих нежелательным запахом, воздушный фильтр может быть выполнен из активированного углеродного материала, обладающего высокой сорбционной способностью.
Также воздушный фильтр может быть выполнен многослойным, в этом случае по меньшей мере один слой выполнен из электретного материала или из активированного углеродного материала.
Электропитание вентилятора обеспечивается за счет батареи, которая может быть размещена в височной части оправы и/или в дужке.
Кроме того, источник электропитания вентилятора может быть выполнен в виде отдельной носимой батареи с возможностью проводного подключения вентилятора.
В частном случае продолжающаяся внизу фронтальной части оправы часть воздуховода может быть выполнена внутри фронтальной части оправы.
В частном случае, с целью обеззараживания вдыхаемого воздуха, устройство может быть дополнительно снабжено ультрафиолетовым источником излучения, например, ультрафиолетовым светодиодом, установленным по ходу воздушного потока, создаваемого вентилятором.
В частном случае, с цель регулирования в заданных пределах направления выходящих из воздуховодов встречно направленных потоков воздуха, внутри воздуховодов на выходе из сопел могут быть установлены поворотные заслонки.
В частном случае дужки могут быть прикреплены к соответствующей височной части оправы посредством шарнира.
В частном случае оправа может быть выполнена с возможностью установки в ней сменных линз, например, затемненных, цветных, диоптрических, что расширяет возможности использования устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 – Фиг. 3 показан пример выполнения устройства защиты органов дыхания в соответствии с настоящим изобретением. При этом: на Фиг. 1 показан общий вид устройства; на Фиг. 2 – вид сбоку без внешней боковой стенки височной части оправы; на Фиг. 3 – вид сзади.
Фиг. 4 иллюстрирует ориентацию относительно носа пользователя воздуховодов устройства, представленного на Фиг. 1 – Фиг. 3, при его использовании.
Фиг. 5 иллюстрирует формирование встречно направленных воздушных потоков под ноздрями пользователя при использовании устройства в соответствии с настоящим изобретением.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Индивидуальное устройство защиты органов дыхания в соответствии с настоящим изобретением, пример которого представлен на Фиг. 1–3, выполнено в виде очков, оправа 10 которых включает фронтальную часть 20 с ободками 21 для линз и переносьем 22, а также примыкающие к фронтальной части 20 с двух сторон височные части 30 и прикрепленные к височным частям 30, например, посредством шарнирного соединения, дужки 40.
Каждая височная часть 30 выполнена полой и внутри нее размещены всасывающий вентилятор 31, перезаряжаемый источники питания – батарея 32 и контроллер 33, управляющий работой вентилятора 31 и процессом заряда батареи 32. Для зарядки батареи 32 предусмотрен разъем 34, например, типа micro-USB. В качестве батареи 32 может быть также использован одноразовый источник тока. Все эти элементы видны на Фиг. 2, на которой правая височная часть 30 оправы 10 показана без наружной боковой стенки. В данном примере использован вентилятор 31 двустороннего всасывания, имеющий плоскую конфигурацию с двусторонними боковыми входами 35 и торцевым выходом 36 и который, благодаря своей плоской конфигурации, размещен в центральной плоскости височной части 30 оправы 10. В качестве такого вентилятора 31 может быть использован, например, вентилятор ND35B00-17J17 производства компании Delta Electronics, Inc., имеющий следующие основные технические характеристики: габариты 30x30x4,5 мм, потребляемая мощность 0.5 Вт, производительность 0,5 л/сек.
В боковых стенках височной части 30 оправы 10 напротив входов 35 вентилятора 31 выполнены воздухозаборники (см. Фиг. 1): 37 – с наружной стороны и 38 – с внутренней стороны височной части 30 оправы 10. Между каждым воздухозаборником 37 (38) и соответствующим входом 35 вентилятора 31 размещен воздушный фильтр 50, показанный на Фиг. 2 вынесенным отдельно. В зависимости от конкретного конструктивного выполнения и технологии сборки устройства в целом, воздушный фильтр 50 может быть закреплен, например, на внутренней поверхности боковой стенки височной части 30, перекрывая с внутренней стороны воздухозаборник 37 (38), или на боковой поверхности вентилятора 31, перекрывая его вход 35. Конструктивно воздушный фильтр 50 может, например, иметь жесткий каркас в виде плоской рамки 51, внутри которой закреплен слой 52 фильтрующего материала.
Воздушный фильтр 50 может быть выполнен из материалов, которые обычно используются для подобных задач, а именно, нетканых материалов на основе стеклянных или полимерных волокон, например, фильтрующие материалы из линейки Sure FitTM производства компании Air Filters Inc. Предпочтительно для изготовления фильтра 50 могут быть использованы электретные материалы, например Technostat PLUS TS100PLUS-15, производства компании Hollingsworth & Vose Company, обладающие высокими пылеулавливающими свойствами при низком сопротивлении воздушному потоку. Также фильтр 50 может быть изготовлен из активированного углеродного материала, например Flexzorb производства компании Calgon Carbon Corp., обладающего высокой сорбционной способностью удерживать частицы, имеющие нежелательный запах. Воздушный фильтр 50 может быть выполнен из нескольких слоев, в том числе из указанных электретного материала или активированного углеродного материала.
Устройство также включает отводящий воздуховод 60, который входным концом 61 подсоединен к выходу 36 вентилятора 31. Отводящий воздуховод 60 выполнен в виде изогнутого трубопровода, выходящего из височной части 30 оправы 10 и продолжающегося внизу фронтальной части 20 оправы 10 так, что его дистальный конец 62 с соплом 63 ориентирован по существу нормально плоскости симметрии оправы 10, проходящей через переносье 22. Аналогично выполнен отводящий воздуховод 50, выходящий из противолежащей височной части 30 оправы 10.
При таком выполнении сопла 63 обоих воздуховодов 60 (условно, слева и справа на Фиг. 3) оказываются ориентированными встречно друг другу с возможностью формирования при использовании устройства по существу встречно направленных потоков отфильтрованного воздуха непосредственно под ноздрями пользователя, как это показано на Фиг. 4. При столкновении указанных потоков воздуха, как это показано стрелками на Фиг. 5, образуется область 70 высокого давления, которая препятствует попаданию в ноздри неочищенного наружного воздуха. В результате пользователь, по существу, вдыхает воздух, очищенный с помощью фильтров 50 и подаваемый вентиляторами 31 по воздуховодам 60.
Дополнительно на выходе сопел 63 воздуховодов 60 могут быть установлены поворотные заслонки (на Фигурах не показаны), с помощью которых можно в заданных пределах регулировать направление выходящего из сопел 63 потока воздуха. Это позволяет направить встречные потоки воздуха в желаемую область под ноздрями с учетом анатомических особенностей конкретного пользователя.
Как показано на Фиг. 2, источник электропитания вентилятора 31 и контроллера 33 – батарея 32 размещена в височной части 30 оправы 20. В других вариантах выполнения устройства источник электропитания может быть также расположен в дужке 40. Кроме того, возможны варианты выполнения устройства с батареей, носимой отдельно от оправы 10, например, на шее, на поясе, в нагрудном кармане, с возможностью ее проводного подключения к вентилятору 31 и контроллеру 33 через разъем 34.
Другие варианты осуществления настоящего изобретения могут предусматривать, например, выполнение воздуховода 60 внутри фронтальной части 20 оправы 10, то есть фактически заодно целое.
Дополнительно, с целью обеззараживания вдыхаемого пользователем воздуха, устройство может быть дополнительно снабжено ультрафиолетовым светодиодом, установленным по ходу воздушного потока, создаваемого вентилятором 31, например, непосредственно внутри воздуховода 60.
Кроме того, фронтальная часть 20 оправы 10 может быть выполнена с возможностью установки в ободки 21 сменных линз, например, затемненных, цветных, диоптрических, что расширяет возможности использования устройства.