Вытяжное устройство с источником питания для респираторного устройства индивидуальной защиты
EXHAUST DEVICE WITH POWER SUPPLY FOR RESPIRATORY PERSONAL PROTECTOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к вытяжному устройству для респираторных устройств индивидуальной защиты, в частности к респираторам отрицательного давления. В частности, настоящее изобретение относится к вытяжному устройству с источником питания, которое может быть съемным образом соединено с респираторным устройством индивидуальной защиты. При использовании вытяжное устройство с источником питания удаляет горячий и влажный воздух, который часто может накапливаться внутри респиратора отрицательного давления, с целью значительного улучшения и повышения комфорта пользователя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Респираторы отрицательного давления хорошо известны из уровня техники. В респираторах этого типа отфильтрованный воздух втягивается в замкнутое пространство между внутренней частью респиратора и лицом пользователя через систему фильтрации посредством дыхательной деятельности пользователя. Когда пользователь делает вдох, в респираторе создается отрицательное давление и воздух втягивается через систему фильтрации. Когда пользователь делает выдох, выдыхаемый воздух выходит из респиратора через клапан выдоха и/или обратно через систему фильтрации.
Несмотря на то, что респираторы отрицательного давления доступны во множестве различных конфигураций и обладают множеством различных преимуществ, они все имеют значительный недостаток, заключающийся в некомфортном накапливании тепла и влаги, которое иногда происходит внутри респиратора. Накапливание тепла и влаги вызвано захватом выдыхаемого пользователем воздуха в полости, образуемой между респиратором и лицом пользователя. Когда пользователь напряженно работает и/или носит респиратор в течение длительных периодов времени, накапливание тепла и влаги может усиливаться.
На уровне техники было предложено множество различных решений для устранения, или по меньшей мере сведения к минимуму, проблемы накапливания тепла и влаги внутри респираторов отрицательного давления. Например, введение дополнительных клапанов выдоха и улучшение функционирования этих клапанов выдоха. Для решения этой проблемы также были предложены конструкция и оптимизация фильтров с низким перепадом давления и их наполнителей, и/или регулирование площади поверхности фильтра и понижение перепада давления на материале фильтра. Еще одним решением из уровня техники является включение вкладышей для поглощения влаги.
Несмотря на многие годы конструкторских разработок, пользователи респираторов отрицательного давления все еще могут испытывать проблемы с накапливанием тепла и влаги.
Соответственно, поэтому желательно найти способ обеспечения того, чтобы респираторы отрицательного давления были пригодны для комфортного ношения в течение длительного периода времени, независимо от окружающей температуры или погодных условий, а также типа и интенсивности выполняемой работы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение нацелено на решение этих проблем путем обеспечения вытяжного устройства для съемного соединения с респираторным устройством индивидуальной защиты, формирующим объем отфильтрованного воздуха вблизи лица пользователя и содержащим по меньшей мере один клапан выдоха, при этом вытяжное устройство содержит:
воздуходувное устройство, находящееся в связи по текучей среде по меньшей мере с одним клапаном выдоха, при этом воздуходувное устройство выполнено с возможностью вытягивания части выдыхаемого пользователем воздуха по меньшей мере через один клапан выдоха.
Преимущество использования вытяжного устройства для съемного соединения с респираторным устройством индивидуальной защиты заключается в улучшении комфорта и общего состояния пользователя независимо от интенсивности выполняемой работы. Преимущество заметно сразу при приведении в действие воздуходувного устройства, даже если пользователь выполняет работу с небольшой интенсивностью. В особенности, использование настоящего изобретения позволяет носить респиратор при выполнении интенсивной работы, и/или в течение длительных периодов времени, и/или при жарких и влажных условиях окружающей среды, благодаря удалению тепла и влаги, накапливающихся внутри респиратора.
Преимущественно, использование вытяжного устройства с источником питания, которое вытягивает горячий воздух и влагу из замкнутого пространства между внутренней частью респиратора и пользователем, предполагает минимизацию или полное устранение трудностей, иногда испытываемых в жарких и влажных условиях или при длительном использовании. Действие, направленное на вытягивание горячего и влажного воздуха из респиратора и замещение свежим, отфильтрованным воздухом, который пользователь еще не вдыхал, также облегчает дыхание пользователя. Это объясняется тем, что первой порцией, вдыхаемой в качестве следующего вдоха пользователя, является свежий, отфильтрованный воздух, который пользователь еще не вдыхал, а не последняя порция воздуха, которую пользователь перед этим выдохнул. Поскольку настоящее изобретение вытягивает из респиратора больше воздуха, чем выдыхает пользователь, отличие заключается в свежем воздухе, втягиваемом через фильтры. Это также дает преимущество в плане количества диоксида углерода внутри респиратора.
Предпочтительно, воздуходувное устройство дополнительно содержит впускное отверстие, узел электровентилятора и выпускное отверстие.
Вытяжное устройство может дополнительно содержать крепежные средства для съемного крепления воздуходувного устройства к указанному по меньшей мере одному клапану выдоха.
Кроме того, крепежные средства выбирают из группы, состоящей из средств посадки с натягом, винтовой резьбы, соединения на защелке, байонетного соединения, механизма быстросъемного соединения, скользящего или желобного соединения, стопорного штифта, соединительного зажима и механического крепления крючок-петля.
Альтернативно, вытяжное устройство дополнительно содержит адаптер для съемного соединения воздуходувного устройства с указанным по меньшей мере одним клапаном выдоха.
Дополнительно, адаптер содержит по меньшей мере одну часть адаптера, выполненную с возможностью обеспечения крепежных средств, выбранных из группы, состоящей из средств посадки с натягом, винтовой резьбы, соединения на защелке, байонетного соединения, механизма быстросъемного соединения, скользящего или желобного соединения, стопорного штифта, соединительного зажима и механического крепления крючок-петля.
Предпочтительно респираторное устройство индивидуальной защиты выбирают из группы, состоящей из одноразового, многоразового, типа полумаски, типа маски, выполненного с возможностью защиты от твердых частиц, газа и пара, и респиратора-шлема плотной посадки.
Воздуходувное устройство также может быть выполнено с возможностью работы с объемным расходом от 0 до 180 литров в минуту.
Предпочтительно воздуходувное устройство выполнено с возможностью снижения давления внутри респираторного устройства индивидуальной защиты по меньшей мере на 150 Па при максимальной скорости потока вдыхаемого пользователем воздуха.
Дополнительно, воздуходувное устройство выполнено с возможностью снижения температуры внутри респираторного устройства индивидуальной защиты по меньшей мене на 1 - 3°С.
Дополнительно, воздуходувное устройство также может быть выполнено с возможностью снижения количества повторно вдыхаемого диоксида углерода внутри респираторного устройства индивидуальной защиты на приблизительно до 0,7%.
Вытяжное устройство может дополнительно содержать портативный источник питания для воздуходувного устройства, при этом портативный источник питания установлен несъемным образом в воздуходувное устройство.
Также вытяжное устройство содержит портативный источник питания для воздуходувного устройства, при этом портативный источник питания выполнен с возможностью удаленного размещения на пользователе.
Предпочтительно воздуходувное устройство находится в связи по текучей среде по меньшей мере с одним клапаном выдоха посредством дыхательного шланга, рукава, трубки, воздуховода или канала.
Вытяжное устройство также может содержать дополнительный клапан выдоха, расположенный между впускным отверстием воздуходувного устройства и узлом электровентилятора.
Также дополнительный клапан выдоха выполнен за единое целое с вытяжным устройством.
Предпочтительно дополнительный клапан выдоха содержит гнездо клапана, содержащее уплотнительную поверхность и гибкую створку.
Настоящее изобретение также предлагает вытяжное устройство, вытягивающее отфильтрованный воздух из замкнутого пространства между внутренней частью фильтрующего респиратора и пользователем через клапан выдоха. Настоящее изобретение также предлагает вытяжное устройство для соединения с респираторным устройством индивидуальной защиты, формирующим объем отфильтрованного воздуха вблизи лица пользователя и содержащим по меньшей мере один клапан выдоха, при этом вытяжное устройство содержит:
воздуходувное устройство, находящееся в связи по текучей среде по меньшей мере с одним клапаном выдоха, при этом воздуходувное устройство выполнено с возможностью вытягивания части отфильтрованного воздуха по меньшей мере через один клапан выдоха.
Настоящее изобретение также предлагает респиратор, содержащий:
корпус маски, содержащий систему фильтрации, при этом размеры корпуса маски предусмотрены для формирования объема отфильтрованного воздуха вблизи лица пользователя, при этом корпус маски дополнительно содержит по меньшей мере один клапан выдоха для возможности выдыхания выдыхаемого пользователем воздуха; и
воздуходувное устройство с источником питания, находящееся в связи по текучей среде с указанным по меньшей мере одним клапаном выдоха, при этом воздуходувное устройство выполнено с возможностью вытягивания части выдыхаемого пользователем воздуха через указанный по меньшей мере один клапан выдоха.
Респиратор также может содержать воздухораспределительную магистраль, находящуюся в связи по текучей среде с системой фильтрации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение далее будет описано исключительно с помощью примеров, и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - вид вытяжного устройства 10 в разобранном состоянии согласно настоящему изобретению для съемного соединения с респираторным устройством 20 индивидуальной защиты;
Фиг. - 2 вид спереди-сбоку в перспективе вытяжного устройства 10 согласно Фиг. 1, соединенного с респираторным устройством 20 индивидуальной защиты;
Фиг. 3a - вид сбоку в поперечном сечении вытяжного устройства 10, выполненный вдоль пунктирной линии A'-А'' согласно Фиг. 6;
Фиг. 3b - вид сбоку в поперечном сечении вытяжного устройства 10, выполненный вдоль пунктирной линии A'-А'' согласно Фиг. 6, демонстрирующий расположение опционного адаптера 11;
Фиг. 4 - вид сбоку в разрезе вытяжного устройства 10, выполненного с возможностью вытягивания порции выдыхаемого пользователем 100 воздуха через клапан 26 выдоха на респираторном устройстве 20 индивидуальной защиты;
Фиг. 5 - вид сбоку вытяжного устройства 10 согласно Фиг. 1, соединенного с респираторным устройством 20 индивидуальной защиты;
Фиг. 6 - вид спереди вытяжного устройства 10 согласно Фиг. 1, соединенного с респираторным устройством 20 индивидуальной защиты;
Фиг. 7 - вид сзади-сбоку в перспективе вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению;
Фиг. 8 - вид спереди-сбоку в перспективе вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению, дополнительно показывающий располагаемый удаленно комплект батарей 46;
Фиг. 9 - вид сбоку в разрезе вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению, дополнительно содержащего дополнительный клапан 58 выдоха, снижающий перепад давления при выдохе, когда вытяжное устройство 10 не активировано;
Фиг. 10 - вид спереди вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению, соединенного с респираторным устройством 70 типа маски;
Фиг. 11 - вид сбоку в разрезе вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению, соединенного с респираторным устройством 70 типа маски;
Фиг. 12 - диаграмма, показывающая среднюю температуру, зафиксированную внутри респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации в зависимости от напряжения, подаваемого на вытяжное устройство 10;
Фиг. 13 - график, иллюстрирующий количество повторно вдыхаемого диоксида углерода, измеренное внутри респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, в зависимости от напряжения, подаваемого на вытяжное устройство 10;
Фиг. 14 - график, иллюстрирующий давление, измеренное внутри стандартного респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации с применением аппарата, имитирующего дыхание, с установленным объемным расходом 30 литров в минуту, в сравнении с респиратором 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации с подключенным к нему вытяжным устройством 10;
Фиг. 15 - график, иллюстрирующий перепад давления при выдохе, определенный для стандартного респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, в сравнении с показателями перепада давления при выдохе, определенными для респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации с подключенным к нему вытяжным устройством 10, но без подачи к нему питания, а также с вытяжным устройством 10, оснащенным дополнительным клапаном 58 выдоха;
Фиг. 16 - график, иллюстрирующий измеренный перепад давления при выдохе, определенный для респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации с подключенным к нему вытяжным устройством 10, в зависимости от скорости потока и подаваемого напряжения; и
Фиг. 17 - график, иллюстрирующий количество повторно вдыхаемого диоксида углерода, измеренное внутри респиратора 3M™ 6800 многоразового использования типа маски, в зависимости от подаваемого на вытяжное устройство 10 напряжения, с внутренней лицевой чашкой и без нее.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ
Согласно настоящему изобретению была предпринята попытка применения вытяжного устройства для съемного или несъемного соединения с респираторным устройством индивидуальной защиты с целью улучшения комфорта и общего состояния пользователя. Применение настоящего изобретения позволяет носить респиратор при выполнении интенсивной работы, и/или в течение длительных периодов времени, и/или при жарких и влажных условиях окружающей среды, благодаря удалению тепла и влаги, накапливающихся внутри респиратора. Преимущество ощущается пользователем и при очень низких скоростях выполнения работы, например во время выполнения малоподвижных видов работ, но также эффект может усиливаться при повышении скорости выполняемых работ. Использование вытяжного устройства с источником питания, которое вытягивает горячий воздух и влагу из замкнутого пространства между внутренней частью респиратора и пользователем, приводит к минимизации или полному устранению трудностей, иногда испытываемых в жарких и влажных условиях или после длительных периодов использования. Преимущественно, действие, направленное на вытягивание горячего и влажного воздуха из респиратора и замещение свежим воздухом, который пользователь еще не вдыхал, также облегчает дыхание пользователя. Это объясняется тем, что первой порцией, вдыхаемой в качестве следующего вдоха пользователя, является свежий, отфильтрованный воздух, который пользователь еще не вдыхал, а не последняя порция воздуха, которую пользователь перед этим выдохнул. Это также дает преимущество, заключающееся в количестве диоксида углерода внутри респиратора.
Фиг. 1 - вид вытяжного устройства 10 в разобранном состоянии согласно настоящему изобретению, выполненного с возможностью съемного соединения или зацепления с респираторным устройством 20 индивидуальной защиты. Тогда как респиратор 20, показанный на Фиг. 1, 2, 4, 5, 6, 8 и 9, является примером респираторов серии 3M™ 4000, выполненных с возможностью фильтрации газа, пара и твердых частиц, при этом вытяжное устройство 10 согласно настоящему изобретению может применяться с любым респираторным устройством 20 отрицательного давления. Специалисту в данной области будет понятно, что термины "респиратор" или "маска-респиратор", используемые в настоящей заявке, подразумевают дыхательное устройство для ношения с целью предотвращения вдыхания вредных веществ, твердых частиц, паров или отравляющих газов. Термин "маска-респиратор отрицательного давления" подразумевает любой респиратор, в котором давление воздуха внутри маски понижается относительно давления окружающего воздуха при вдохе пользователя.
Термин маска-респиратор 20 отрицательного давления, описываемый в настоящей заявке, применяется для обозначения любого вида респиратора, предназначенного для надевания на лицо пользователя 100 в сущности в герметичной конфигурации, обеспечивающего прохождение вдыхаемого и выдыхаемого пользователем 100 воздуха через корпус фильтра или фильтрующую часть респиратора. Маска-респиратор 20 отрицательного давления также может быть маской или полумаской, в зависимости от требуемого типа защиты. Также в этих масках используется фильтр, предотвращающий вдыхание загрязняющих веществ, твердых частиц, газов и паров из вдыхаемого пользователем воздуха. Распространенными примерами респираторов такого типа являются респираторы, производимые компанией 3M Company, находящейся в г. Сент-Пол, Миннесота, и включающие 3M™ 6000 и 7000 серии респираторов многоразового использования или плотно облегающие лицевые респираторы-шлемы.
Респираторы одноразового использования, такие как серии 3M™ 8000 и 9000 чашеобразных или плоских изделий, являются легкими, состоящими из одного элемента респираторами с применением фильтрующего наполнителя, удаляющего твердые частицы и аэрозоли из потока воздуха, вдыхаемого пользователем. Все изделие целиком предполагает его утилизацию после некоторого продолжительного периода или одноразового использования в зависимости от типа загрязняющего вещества. Лицевые маски-респираторы, такие как серии 3M™ 6000 и 7000, являются в целом изделиями многоразового использования, которые могут иметь сменные фильтрующие картриджи. Обычно один или два картриджа надежно прикрепляются к полумаске или лицевой маске, имеющей встроенные в нее несколько клапанов для вдоха и обычно один - для выдоха.
Респираторное устройство 20 индивидуальной защиты, показанное на Фиг. 1, является респиратором 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации. Как показано на Фиг. 1, пара фильтрующих картриджей 22, 24 несъемным образом прикреплены к маске-респиратору 20 на соответствующих каналах для вдоха (не показаны). Каждый из каналов для вдоха имеет соответствующий клапан вдоха (не показан) на внутренней стороне маски-респиратора 20, который открывается, когда пользователь 100 делает вдох. Лицевая маска 20 имеет клапан 26 выдоха с диафрагмой обратного клапана выдоха (показана под номером 36 на Фиг. 4) и регулируемые ремни 28 для прикрепления к пользователю 100.
Маска-респиратор 20 имеет податливую уплотнительную прокладку или уплотнение, которое обычно покрывает рот и нос пользователя 100. Поскольку для обеспечения фильтрации загрязняющих веществ необходимо хорошее уплотнение, одним из основных недостатков является иногда накапливающиеся тепло и влага, ощущаемые пользователем 100 внутри респиратора 20. При выполнении пользователем 100 более тяжелой работы и/или при ношении респиратора 20 в течение длительного периода времени может происходить накапливание тепла и влаги. Накапливание тепла и влаги вызвано задерживанием выдыхаемого воздуха в полости, образованной между респиратором 20 и лицом пользователя 100.
Как дополнительно показано на Фиг 1 и 2, настоящее изобретение включает вытяжное устройство 10, имеющее в целом вытянутую форму. Вытяжное устройство 10 содержит впускное отверстие 12 (которое более подробно показано на Фиг. 7) и ряд отверстий, образующих выпускное отверстие 14. Между впускным отверстием 12 и выпускным отверстием 14 расположено воздуходувное устройство, установленное внутри корпуса 16. Воздуходувное устройство представляет собой узел электровентилятора, как более подробно показано на Фиг. 3a. Для управления работой воздуходувного устройства, пользователю 100 доступно переключающее устройство 18. Переключающее устройство 18 может иметь простой режим работы вкл./выкл. или может содержать различные настройки, таким образом, чтобы пользователь 100 мог регулировать желаемую скорость воздуходувного устройства, и, следовательно, эффект охлаждения в зависимости от окружающих условий, работы, выполняемой пользователем 100, или собственного выбора пользователя.
Функция охлаждения достигается за счет применения охлаждающего устройства 10, описанного далее в настоящей заявке. Когда пользователь 100 делает вдох, "более холодный" воздух из окружающей среды втягивается в маску-респиратор 20, или через фильтрующие картриджи 22, 24 согласно Фиг. 1 и 2 для респиратора многоразового использования, или, например, фильтрующую часть или корпус фильтрующей маски респиратора в случае маски-респиратора одноразового использования. Таким образом, накапливание тепла и влаги происходит вследствие задержания выдыхаемого воздуха в полости между респиратором 20 и лицом пользователя 100. При работе вытяжное устройство 10 согласно настоящему изобретению вытягивает этот теплый и влажный воздух через клапан 26 выдоха и замещает его свежим, "более холодным" отфильтрованным воздухом, который пользователь еще не вдыхал, и снижает сопротивление при выдохе, как описано далее. Это создает заметный полезный эффект охлаждения для пользователя 100.
Вытяжное устройство 10 решает эту задачу, поскольку оно вытягивает горячий воздух и влагу из замкнутого пространства между внутренней частью респиратора 20 и пользователем 100. Действие, направленное на вытягивание горячего и влажного воздуха из респиратора 20 и замещение его свежим, отфильтрованным воздухом, который пользователь еще не вдыхал, также облегчает дыхание пользователя 100. Это объясняется тем, что первой порцией, вдыхаемой в качестве следующего вдоха, пользователя 100 является свежий, отфильтрованный воздух, который пользователь еще не вдыхал, а не последняя порция воздуха, которую пользователь перед этим выдохнул. Это также дает преимущество, заключающееся в снижении количества диоксида углерода внутри респиратора 20.
Специалисту в данной области будет понятно, что, поскольку вытяжное устройство 10 находится в связи по текучей среде с клапаном 26 выдоха на маске-респираторе 20, любое чрезмерное пропускание воздуха через воздуходувное устройство (т.е., обратный поток, проходящий через воздуходувное устройство, вызванный вдохом пользователя 100) предотвращается обратным клапаном 26 выдоха на маске-респираторе 20. Расположение вытяжного устройства 10 на обратном клапане 26 выдоха предотвращает вдыхание пользователем 100 загрязняющих веществ, твердых частиц, аэрозолей, паров или газов, при этом сохраняется целостность респираторного устройства 20 индивидуальной защиты. Вытяжное устройство 10 предназначено для создания достаточного потока воздуха и давления для охлаждающего эффекта, позволяя изготовить изделие достаточно небольшого размера и веса для прикрепления даже к респиратору одноразового использования из ткани в сущности к любому респиратору, имеющему клапан 26 выдоха.
На Фиг. 3 более подробно показана работа вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению и, как таковой, вид сбоку вытяжного устройства 10 в поперечном сечении, выполненном вдоль пунктирной линии A'-A'' на Фиг. 6. Впускное отверстие 12 вытяжного устройства 10 выполнено с соответствующей формой и размерами, обеспечивающими съемное соединение посредством посадки с натягом с соответствующим клапаном 26 выдоха с соответствующей формой и размерами, расположенным на маске-респираторе 20. Несмотря на то, что описанное здесь в отношении Фиг. 3a вытяжное устройство 10 присоединяется посредством посадки с натягом, специалисту в данной области будет понятно, что возможен любой вид съемного соединения с клапаном 26 выдоха, включая, например, соединение посредством винтовой резьбы, защелки, байонетного замка, быстросъемного механизма и т.д. Вышеуказанный список не предполагает никаких ограничений и не является исчерпывающим.
В качестве альтернативны съемному соединению, описанному выше, в котором впускное отверстие 12 соединяется непосредственно с клапаном 26 выдоха, может быть желательно применение опосредованного соединения с помощью адаптера (не показан). Такой адаптер обеспечивает двойное крепежное средство: первая часть адаптера выполнена с возможностью прикрепления самого адаптера к клапану 26 выдоха, а вторая часть адаптера выполнена с возможностью прикрепления впускного отверстия 12 к адаптеру. Адаптер может иметь любую подходящую форму, но предпочтительный вариант показан на Фиг 3b.
На Фиг. 3b показан вид сбоку вытяжного устройства 10 в поперечном сечении, выполненном вдоль пунктирной линии A'-А'' на Фиг. 6, показывающий расположение опционного адаптера 11. Адаптер 11 размещен для использования между впускным отверстием 12 и клапаном 26 выдоха, позволяя, таким образом, использовать большое разнообразие респираторных устройств индивидуальной защиты, включая полумаску, одноразовые, многоразовые, в виде полумаски, маски, респиратор для защиты от твердых частиц, газа и пара, и плотно облегающий респиратор-шлем, с одним вытяжным устройством 10 взаимозаменяемым образом. Адаптер 11 имеет в целом цилиндрическую форму и содержит первую часть 13 адаптера, расположенную на одном открытом конце в целом цилиндрической формы и вторую часть 15 адаптера, расположенную на втором открытом конце в целом цилиндрической формы и в сущности противоположную первой части 13 адаптера. Адаптер 11 имеет в сущности полую конфигурацию для обеспечения связи по текучей среде между вытяжным устройством 10 и клапаном 26 выдоха и предпочтительно выполнен из легкого жесткого пластмассового материала. Первая часть 13 адаптера, благодаря своей форме и размеру, выполнена с возможностью соединения посредством посадки с натягом с клапаном 26 выдоха. Вторая часть 15 адаптера содержит винтовую резьбу 17 с внешней стороны второй части 15 адаптера, выполненную с возможностью соединения с соответствующей винтовой резьбой 19, выполненной на вытяжном устройстве 10 на внутренней стороне отверстия 12. Это позволяет навинчивать вытяжное устройство 10 на адаптер 11. Средства 21 захвата, в виде множества выступов 23, выполнены для возможности легкого захвата адаптера 11, обеспечивая затягиваемое от руки резьбовое соединение между второй частью 15 адаптера и впускным отверстием 12. При желании может быть использована другая отделка поверхности, облегчающая захват и использование.
В качестве альтернативы вышеописанному сочетанию посадки с натягом и винтовой резьбы могут быть использованы другие крепежные средства, кроме прочего, любые сочетания посадки с натягом, винтовой резьбы, защелки, байонетного замка, быстросъемного механизма, скользящего или желобного соединения, стопорного штифта, соединительного зажима и механического крепления крючок-петля. Например, для первой 13 и второй 15 частей адаптера может быть желательным использование одинаковых крепежных средств, таких как винтовая резьба, в зависимости от типа респираторного устройства индивидуальной защиты, предусмотренного для использования с вытяжным устройством 10.
Несмотря на то, что адаптер 11, показанный на Фиг. 3b, имеет в сущности цилиндрическую форму, могут быть использованы другие формы и конфигурации. Например, адаптер 11 может быть выполнен в форме, содержащей углы, таким образом, чтобы клапан 26 выдоха и вытяжное устройство 10 могли располагаться под углом друг к другу, например под прямым углом. В качестве дополнительной альтернативы, для обеспечения соединения посредством посадки с натягом с клапаном 26 выдоха, для некоторых форм респираторных устройств индивидуальной защиты может быть необходимым обеспечить дополнительный корпус или кожух в сочленении с первой частью 13 адаптера для удерживания адаптера 11 в контакте с внешней поверхностью респираторного устройства индивидуальной защиты. Альтернативно, адаптер 11 может быть выполнен из гибкого пластмассового материала. Это предпочтительно в случае, когда адаптер 11 предусмотрен для использования на респираторном устройстве индивидуальной защиты с гибкой лицевой частью и внешними фильтрами. Адаптер 11 может быть сформирован таким образом, чтобы охватывать клапан 26 выдоха и находиться в контакте с лицевой частью между фильтрами. Дополнительно, при необходимости, может быть выполнен дополнительный клапан выдоха, который может быть выполнен в виде части адаптера.
Вытяжное устройство 10 содержит воздуходувное устройство, которое представляет собой комбинацию мотора 30 и вентилятора 32. Выпускное отверстие воздуходувного устройства пропускает воздух через несколько отверстий, формирующих выпускное отверстие 14 на устройстве 10. Воздуходувное устройство содержится внутри корпуса 16, расположено между впускным отверстием 12 и выпускным отверстием 14 и выполнено с возможностью вытягивания воздуха через вытяжное устройство 10 из впускного отверстия 12 в выпускное отверстие 14. Поток воздуха, проходящий через устройство 10, наглядно показан пунктирными линиями A на Фиг. 3а и Фиг. 3b.
Вытяжное устройство 10 содержит по меньшей мере один источник питания, который обычно представляет собой по меньшей мере одну батарею 34. Батарея 34 может представлять собой любую доступную на рынке батарею 34, однако специалисту в данной области будет понятно, что всегда необходим компромисс между размером и весом батареи 34, а также емкостью и сроком службы батареи 34. Для управления работой воздуходувного устройства пользователю 100 доступно переключающее устройство 18. Переключающее устройство может иметь простой режим работы вкл./выкл. или может содержать различные настройки, таким образом, чтобы пользователь 100 мог регулировать желаемый охлаждающий эффект, в зависимости от окружающих условий, работы, выполняемой пользователем 100, или собственного выбора пользователя.
Работа вытяжного устройства 10 дополнительно показано на Фиг. 4, на которой показан вид сбоку в разрезе вытяжного устройства 10, работающего на вытягивание порции выдыхаемого пользователем 100 воздуха через клапан 26 выдоха на респираторном устройстве 20 индивидуальной защиты. Иллюстративный поток воздуха, проходящий через маску-респиратор 20 и вытяжное устройство 10, обозначен стрелками А. При малоподвижных работах пользователь 100 испытывает ощутимый охлаждающий эффект, если воздуходувное устройство выполнено с возможностью работы с объемным расходом от 0 до 50 литров в минуту через клапан 26 выдоха. При напряженной работе воздуходувное устройство может быть выполнено с возможностью работы с объемным расходом более 180 литров в минуту через клапан 26 выдоха. Наиболее ощутимый эффект, в отношении срока службы батареи и охлаждающего эффекта, наступает, когда воздуходувное устройство достигает или слегка превышает пик скорости потока воздуха при выдохе пользователя, как показано на Фиг. 14.
Дополнительные иллюстрации вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению показаны на Фиг. 5-7. Они всего лишь показывают, как может быть изготовлено специализированное устройство 20, которое имеет небольшой размер, легкий вес и прикреплено к маске 20. Предусмотрены различные конструкции устройства 10, и различные специализированные устройства 10 также могут быть выполнены для сочетания с соответствующими респираторами 20 отрицательного давления, при этом все из них работают в соответствии с принципом работы, раскрытым в настоящем описании.
На Фиг. 8 показан вид спереди-сбоку в перспективе вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению, дополнительно показывающий удаленно располагаемый комплект батарей 46. На Фиг. 8 показано, что устройство 10 может быть (сконфигурировано с комплектом батарей 46, размещаемым в нагрудном кармане и содержащим блок управления, такой как переключатель 52 вкл./выкл., регулятор 54 скорости и дисплей 56. Благодаря размещению в нагрудном кармане и прикреплению к одежде пользователя посредством зажима 48, блок управления расположен в удобном для управления положении, а дисплей 56 индикации, показывающий срок службы батареи, находится в поле зрения пользователя 100. Размещаемый в нагрудном кармане комплект батарей 46 соединен с воздуходувным устройством в вытяжном устройстве 10 посредством проводного соединения 50.
Для многих масок-респираторов 20, особенно респираторов одноразового использования, очевидно, желательно иметь отдельный комплект 46 батарей для снижения веса и размера вытяжного устройства 10. При отдельной батарее 46 могут быть использованы батареи большей емкости, имеющие более длительное время работы. Полный диапазон вариантов дисплея 56 также может размещаться на комплекте 46 батарей. Дисплеи могут включать светодиоды основных цветов, светодиодные гистограммы или буквенно-цифровые индикаторы. Также могут быть использованы варианты более сложного графического пользовательского интерфейса, включающие визуальные и звуковые индикаторы состояний/статусов для скорости потока, давления в маске, состояния батареи и оставшегося времени работы.
Хотя на Фиг. 8 показано, что удаленный комплект 46 батарей расположен на груди, это не является ограничивающим условием, поскольку предусматриваются конфигурации с любым количеством располагаемых удаленно батарей, например, такие как располагаемые на поясе или на талии, на шлеме или на головной повязке, на руке или прикрепляемые на зажиме.
На Фиг. 9 показан вид сбоку в разрезе вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению, также содержащего дополнительный клапан 58 выдоха, снижающий перепад давления при выдохе, когда вытяжное устройство 10 не активировано или когда скорость потока выдыхаемого воздуха превышает количество воздуха, протекающего через вытяжное устройство 10. Специалисту в данной области будет понятно, что, когда вытяжное устройство 10 находится в рабочем состоянии, оно создает охлаждающий поток воздуха внутри респиратора 20 отрицательного давления. Однако когда устройство 10 прикреплено к респиратору 20, но не активировано, излишнее сопротивление, создаваемое потоком выдыхаемого воздуха, проходящим как через клапан 26 выдоха, так и через устройство 10, может повысить сопротивление дыханию при выдохе.
Респираторам 20, таким как оснащенные комбинированными фильтрами для защиты от твердых частиц, а также газа и пара, может быть свойственно особенно заметное повышение перепада давления при выдохе, когда вытяжное устройство 10 не активировано. Это объясняется тем, что выдыхаемый воздух должен проходить как через клапан 26 выдоха, так и через устройство 10, и тем, что респиратор 20 оснащен клапанами вдоха для предотвращения обратного оттока воздуха через угольные фильтры 22, 24. Введение в вытяжное устройство 10 через воздухоотводы 60 дополнительного клапана 58 выдоха служит для снижения перепада давления при выдохе, когда устройство 10 не активировано. Благодаря введению в устройство 10 дополнительного клапана 58 выдоха, расположенного между впускным отверстием 12 воздуходувного устройства и узлом 30, 32 электровентилятора, этот перепад давления может быть снижен. Такая конфигурация позволяет пользователю 100 воспользоваться преимуществом охлаждающего потока воздуха, когда воздуходувное устройство активировано, без недостатка, заключающегося в повышенном перепаде давления при выдохе, когда воздуходувное устройство выключено. Дополнительный клапан 58 выдоха содержит гнездо клапана, включающее уплотнительную поверхность и гибкую створку, хотя, разумеется, возможны и другие конфигурации.
На Фиг. 9 показан путь выдыхаемого воздуха для вытяжного устройства, оснащенного клапаном 58 выдоха. На этом схематичном изображении можно увидеть, что, когда воздуходувное устройство выключено, воздух проходит через дополнительный клапан 58 выдоха, а не через воздуходувное устройство вытяжного устройства 10. Этот дополнительный клапан 58 выдоха значительно снижает перепад давления при выдохе, как описано ниже со ссылкой на Фиг. 15.
Изменение в перепаде давления при выдохе было определено проведенными испытаниями с определенной проточностью для стандартного респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, оснащенного вытяжным устройством 10 и респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, оснащенного вытяжным устройством 10 с дополнительным клапаном 58 выдоха. Перепад давления при выдохе для всех этих конфигураций был измерен посредством проведения испытаний с определенной проточностью, при этом респираторы были надеты на муляж головы Sheffield. Все измерения, показанные на Фиг. 15, были выполнены с неактивированным воздуходувным устройством вытяжного устройства 10. При отключенном питании вытяжного устройства 10 перепад давления при выдохе значительно снижен для устройства 10, содержащего дополнительный клапан 58 выдоха, поскольку выдыхаемый воздух проходит через дополнительный клапан 58 выдоха, а не через воздуходувное устройство и выпускное отверстие 14 вытяжного устройства 10, как схематически показано на Фиг. 9.
На Фиг. 16 показан измеренный перепад давления при выдохе с применением респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, оснащенного подключенным к нему вытяжным устройством 10, в зависимости от скорости потока и подаваемого напряжения. Сплошная линия на Фиг. 16 показывает измеренный перепад давления для стандартного респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, измеренный в зависимости от скорости потока. На Фиг. 16 показано, что происходит значительный перепад давления при выдохе при повышении подаваемого на воздуходувное устройство напряжения. Это ожидаемо, поскольку вытяжное устройство 10 вытягивает воздух через воздуходувное устройство и снижает сопротивление при выдохе. При использовании это приводит к облегчению выдоха для пользователя 100, и происходит постоянное принудительное удаление горячего и влажного воздуха внутри респиратора 20 через воздуходувное устройство, что создает заметный охлаждающий эффект.
На Фиг. 10 и 11 показано, как вытяжное устройство 10 согласно настоящему изобретению может быть использовано с респираторным устройством 70 типа маски. Респиратор 70, показанный на Фиг. 10 и 11 представляет собой пример респиратора 3M™ 6800 многоразового использования типа маски, производимого компанией 3M Company, находящейся в г. Сент-Пол, Миннесота. Как показано на Фиг. 10 и 11, фильтрующие картриджи 74 прикреплены с каждой стороны респиратора 70 типа маски на соответствующих каналах 72 для вдоха. Каждый из каналов 72 для вдоха имеет на внутренней стороне маски-респиратора 70 соответствующий клапан для вдоха (не показан), который открывается, когда пользователь 100 делает вдох. Лицевая маска 70 имеет клапан 80 выдоха с диафрагмой 36 обратного клапана выдоха и регулируемые ремни (не показаны) для прикрепления к пользователю 100.
Маска-респиратор 70 имеет податливую уплотнительную прокладку или уплотнение, которое обычно покрывает лицо пользователя 100. Поскольку для обеспечения фильтрации загрязняющих веществ необходимо хорошее уплотнение, одним из основных недостатков является иногда создающее дискомфорт накапливание тепла и влаги, ощущаемое пользователем 100 внутри респиратора 70. При выполнении пользователем 100 более тяжелой работы и/или при ношении респиратора 70 в течение длительного периода времени может происходить накапливание тепла и влаги. Накапливание тепла и влаги вызвано задерживанием выдыхаемого воздуха в полости, образованной между респиратором 20 и лицом пользователя 100. В респираторе 70 типа маски накапливание захваченного горячего и влажного воздуха также может вызывать проблему запотевания смотровых стекол.
Как было описано выше, вытяжное устройство 10 согласно настоящему изобретению функционирует на вытягивание порции выдыхаемого пользователем 100 воздуха через диафрагму 36 обратного клапана выдоха на респираторном устройстве 70 индивидуальной защиты с целью значительного улучшения и повышения комфорта пользователя. На Фиг. 10 и 11 также показано, как стандартное респираторное устройство 70 типа маски может быть модифицировано для более эффективного контроля и направления воздушного потока внутри респиратора 70 для еще большего усовершенствования в отношении запотевания смотровых стекол и охлаждающего эффекта, испытываемого пользователем 100.
Респираторное устройство 70, показанное на Фиг. 10 и 11, также содержит дополнительную воздухораспределительную магистраль 76, соединенную с каждым из каналов 72 для вдоха. Обычно на уровне глаз пользователя 100 расположено выпускное отверстие 78 воздухораспределительной магистрали. Поток воздуха, проходящий через респираторное устройство 70 и вытяжное устройство 10, наглядно показан посредством жирных линий A на Фиг. 10 и 11. Как можно видеть, по мере того как пользователь 100 делает вдох, в респираторе 70 создается отрицательное давление и воздух протягивается через систему фильтрации, содержащую каналы 72 для вдоха, фильтрующие картриджи 74, воздухораспределительную магистраль 76, и воздух выходит с внутренней стороны маски 70 из выпускного отверстия 78 магистрали. Затем воздух вытягивается вниз к носу и рту пользователя 100. Когда пользователь 100 делает выдох, выдыхаемый воздух вытягивается через диафрагму 36 обратного клапана выдоха в респираторе 70 посредством вытяжного устройства 10. Благодаря такому направленному потоку воздуха внутри маски 70 и протягиванию "более холодного" воздуха из окружающей среды в верхнюю часть маски-респиратора 70, а затем вниз, минуя как смотровые стекла маски-респиратора 70, так и лицо пользователя 100, для пользователя 100 создается усиленный охлаждающий эффект и дополнительные преимущества в отношении предотвращения запотевания смотровых стекол.
Охлаждающий эффект, получаемый от вытяжного устройства 10, дополнительно показан на Фиг. 12, иллюстрирующей среднюю температуру, измеренную внутри респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации в зависимости от напряжения, подаваемого на вытяжное устройство 10. Результаты, показанные на Фиг. 12, были получены также с применением стандартного оборудования для испытания средств защиты органов дыхания, и респиратор 20 был надет на муляж головы Sheffield для испытаний с использованием аппарата, имитирующего дыхание и обеспечивающего несколько предварительно установленных рабочих объемов воздуха при изменяемых скоростях до 50 ходов насоса в минуту. Выпускное отверстие аппарата, имитирующего дыхание, было соединено с замкнутым коробом, содержащим некоторый объем воды и нагревательный элемент, таким образом, чтобы воздух нагревался и увлажнялся до соединения с муляжом головы Sheffield для испытаний, на котором был надет испытываемый респиратор 20. Внутрь респиратора в объем воздуха вблизи носа и рта пользователя 100 помещали термопару и среднюю температуру внутри респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации отображали на Фиг. 12. Каждое из показаний температуры усреднено на интервалах в 5 минут и показано при непрерывном проведении испытания.
Как видно, средняя температура внутри стандартного респиратора составляла приблизительно 32,1°C на начало испытания. Она показана в виде заштрихованного столбца с левой стороны Фиг. 12. Как было описано выше, это объясняется тем, что выдыхаемый воздух должен проходить как через клапан 26 выдоха респиратора, так и через устройство 10. Респиратор 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, оснащенный комбинированными фильтрами для защиты от твердых частиц, а также газа и пара, в частности, может проявлять значительное повышение перепада давления при выдохе, когда устройство 10 не активировано. Только при повышении подаваемой на вытяжное устройство мощности внутри маски наблюдается соответствующее снижение температуры. В завершение испытания, вытяжное устройство затем извлекли и выполнили измерение для стандартного респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации для подтверждения того, что температура подаваемого воздуха оставалась постоянной на протяжении испытания.
Наряду со снижением температуры внутри респиратора 20, использование вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению также дает значительное снижение количества повторно вдыхаемого диоксида углерода, находящегося внутри респиратора, как показано на Фиг. 13. Такие измерения были также получены с применением стандартного оборудования для испытания средств защиты органов дыхания для респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, надетого на муляж головы Sheffield для испытаний с использованием аппарата, имитирующего дыхание, и аппарата, обеспечивающего теплый и влажный выдыхаемый воздух. Эти испытания были выполнены согласно параграфам 7.14 и 8.8 европейских норм EN 405:2001. На Фиг. 13 показано, что наряду с наблюдаемым значительным снижением измеренной внутри респиратора 20 температуры, измеренное количество диоксида углерода перед ртом и носом пользователя 100 снижается по мере повышения подаваемого на вытяжное устройство 10 напряжения.
Это объясняется тем, что устройство 10 вытягивает последнюю порцию воздуха, выдыхаемого перед этим пользователем, таким образом, что первой порцией, вдыхаемой в качестве следующего вдоха пользователя 100, является свежий воздух, который пользователь еще не вдыхал. Помимо существующих строгих требований к абсолютным показателям концентрации диоксида углерода, которым полностью отвечает стандартный респиратор 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, это снижение количества повторно вдыхаемого диоксида углерода, наблюдаемое при использовании вытяжного устройства 10, также будет повышать комфорт пользователя.
Принцип работы и охлаждающий эффект, достигаемые вытяжным устройством 10 согласно настоящему изобретению, дополнительно объясняются на Фиг. 14. Фиг. 14 представляет собой график, иллюстрирующий давление, измеренное внутри стандартного респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации с применением аппарата, имитирующего дыхание с объемным расходом 30 литров в минуту, в сравнении с респиратором 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, с подключенным к нему вытяжным устройством 10. Также эти измерения были выполнены с применением стандартного оборудования для испытания средств защиты органов дыхания для респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, надетого на муляж головы Sheffield для испытаний и аппарата, имитирующего дыхание.
На Фиг. 14 показано измеренное внутри респиратора 20 давление, по мере того как пневматический цилиндр аппарата, имитирующего дыхание, обеспечивает вход в респиратор 20 и выход из него предварительно установленного рабочего объема воздуха, представляя собой имитацию дыхательного цикла. Для стандартного респиратора 3M™ 4251 типа полумаски с клапанной системой фильтрации, когда давление поднимается выше 0 Па, это является показателем фазы выдоха дыхательного цикла, когда горячий и влажный воздух вводится пользователем в маску 20. Когда кривая опускается ниже 0 Па, это является показателем фазы вдоха дыхательного цикла, когда "более холодный" воздух из окружающей среды затягивается в маску-респиратор 20 либо через фильтрующие картриджи 24, 26, как показано на Фиг. 1 и 2 для масок многоразового использования, либо, например, через фильтрующую часть или корпус фильтрующей маски респиратора 20 - в случае маски одноразового использования. Введение вытяжного устройства 10, работающего при напряжении 2,5 В, четко смещает дыхательный цикл в сторону "более холодных" отрезков дыхательного цикла с давлением ниже 0 Па. При напряжении 2,5 В давление при выдохе снижается без повышения перепада давления при вдохе. Оптимальные результаты достигаются, когда давление вытяжного устройства удаляет весь выдыхаемый воздух из внутренней части маски. Это достигается, когда пик давления внутри маски равен нулю или ниже нуля, при пике скорости на выдохе пользователя, как показано на Фиг. 14.
На Фиг. 17 показано, что использование вытяжного устройства 10 согласно настоящему изобретению приводит к значительному снижению количества повторно вдыхаемого диоксида углерода, наблюдаемому внутри респираторного устройства 70 в виде лицевой маски. Эти измерения были получены с применением стандартного оборудования для испытания средств защиты органов дыхания для респиратора 3M™ 6800 многоразового использования типа маски, надетого на муляж головы Sheffield для испытаний, с использованием аппарата, имитирующего дыхание. Эти испытания были выполнены согласно параграфам 7.18 и 8.14 европейских норм EN 136:1998. На Фиг. 17 показано, что, наряду с наблюдаемым значительным снижением измеренной внутри респиратора 20 температуры, измеренное количество диоксида углерода перед ртом и носом пользователя 100 снижается по мере повышения подаваемого на вытяжное устройство 10 напряжения.
Это объясняется тем, что устройство 10 вытягивает последнюю порцию воздуха, выдыхаемого перед этим пользователем, таким образом, что первой порцией, вдыхаемой в качестве следующего вдоха пользователя 100, является свежий воздух, который пользователь еще не вдыхал. На Фиг. 17 также показано, что если внутреннюю лицевую чашку удалить из респиратора 70, оставив полностью открытое пространство, окружающее лицо пользователя 100, герметизированным только внешней податливой уплотнительной прокладкой или уплотнением, то в этом случае также наблюдаются улучшения в отношении количества повторно вдыхаемого диоксида углерода при повышении напряжения, подаваемого на вытяжное устройство 10. При направлении потока воздуха внутрь респиратора 70 через воздухораспределительную магистраль 76 и выпускное отверстие 78 магистрали, как описано выше в отношении Фиг. 10 и 11, это может обеспечить еще большие улучшения в отношении запотевания смотровых стекол и охлаждающего эффекта, испытываемого пользователем при превышении соответствующих нормативных требований к содержанию диоксида углерода во вдыхаемом воздухе без внутренней лицевой чашки, что также улучшает обзор пользователя 100.
В настоящее изобретения могут быть внесены различные изменения и модификации без выхода за рамки объема и сути изобретения. Например, несмотря на то, что конкретные примеры относятся к применению настоящего изобретения с респираторами, оснащенными комбинированными фильтрами для защиты от твердых частиц, газа и пара, это никоим образом не является ограничением, поскольку на практике настоящее изобретение применимо и может быть использовано с любой маской-респиратором отрицательного давления, кроме прочего с респираторами одноразового и многоразового использования, респираторами типа полумаски, типа маски, выполненными с возможностью фильтрации твердых частиц, газа и пара, и респираторами-шлемами плотной посадки.