Лицевая маска для защиты органов дыхания и воздушный фильтр для индивидуальных средств защиты органов дыхания
RESPIRATORY FACE MASK AND AIR FILTER FOR PERSONAL RESPIRATORY PROTECTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к средствам для защиты органов дыхания человека, в частности к лицевым маскам с фильтрующими элементами, и может быть использовано в качестве индивидуального средства защиты органов дыхания человека при его нахождении в условиях пылевого, вирусно-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. Условно лицевые маски можно разделить на три вида:
- маски, изготовленные целиком из фильтрующих материалов;
- маски, имеющие встроенный воздушный фильтр, через который проходит атмосферный воздух за счет разряжения, создаваемого под маской при вдохе пользователя (например, см. CN 206659180 U, дата публ. 24.11.2017);
- маски с принудительной подачей чистого воздуха, включающие вентилятор и воздушный фильтр, через который пропускается атмосферный воздух (например, см. WO 2017/065853, дата публ. 20.04.2017)
Очевидно, что первый вид – это самые дешевые, массовые одноразовые маски, складывающиеся в плоскую конфигурацию и которые можно использовать непродолжительное время, а третий – наиболее дорогие маски, предназначенные для работы в особо тяжелых условиях. Маски второго вида – со встроенным воздушным фильтром – представляют собой компромиссный вариант «цены-качества», однако за счет встроенного фильтра они имеют существенно большие габаритные размеры, чем маски первого вида, и, как правило, в отличие от масок третьего вида, имеют принципиальный недостаток, связанный с тем, что фильтр создает определенное аэродинамическое сопротивление вдыхаемому потоку воздуха, что затрудняет дыхание пользователя.
Так, известна медицинская противогриппозная маска (заявка CN 111165938 А, дата публ. 19.05.2020), изготовленная из трехслойного материала, причем внутренний – фильтрующий слой выполнен из нановолокна, а наружные – покровные слои имеют регулярно распределенные по поверхности отверстия для прохождения воздуха как в прямом, так и в обратном направлении. При этом за счет расположения отверстий в шахматном порядке исключается прямое прохождение воздуха через все слои. В итоге воздух, проходя отверстия одного покровного слоя, далее проходит вдоль фильтрующего слоя и выходит через отверстия второго покровного слоя. Такая маска является одноразовой, однако защитные свойства, а также комфортность и длительность ее использования могут быть выше, чем у обычных масок, что достигается за счет более дорогого и сложного в изготовлении материала маски.
Известны конструкции лицевых масок со сменными фильтрующими картриджами, например, описанные в международных заявках WO 2015/073414 А1 (дата публ. 21.05.2015) или WO 2015/047745 А1 (дата публ. 02.04.2015), в которых фильтрующие картриджи содержат фильтрующий материал, через который проходит вдыхаемый пользователем воздух. Подобные решения позволяет добиваться высокой степени очистки вдыхаемого воздуха, однако фильтры создают достаточно высокое аэродинамическое сопротивление и существенно увеличивают габаритные размеры маски.
В патенте CN 211983906 U (дата публ. 24.11.2020) описана защитная маска с многослойным фильтром, включающим первый слой из полиуретана, второй слой из нетканого материала, третий слой их хлопка и четвертый слой 24 из нетканого материала. Использование полиуретанового слоя препятствует прохождению воздуха в форме аэрозоля, что снижает вероятность воздушно-капельного вирусного заражения.
В патенте CN 202078810 U (дата публ. 21.12.2011) описан воздушный фильтр, которым может быть снабжена защитная маска. Фильтр представляет собой сборку, состоящую из двух видов усеченных конусов: одни своим большим открытым основанием обращены наружу маски, другие своим большим открытым основанием обращены внутрь маски, при этом фильтрующим элементом является материал стенок конусов. Такая конструкция позволяет значительно увеличить площадь фильтрующего материала, однако в целом сохраняются недостатки масок первого и второго вида, связанные с прохождением вдыхаемого воздуха через фильтрующий материал.
Для более эффективного отведения теплого и влажного воздуха из внутреннего пространства маски она может дополнительно содержать клапан выдоха, например, как это описано в WO 2017/058880 А1 (дата публ. 06.04.2017). Такой клапан является однонаправленным: когда пользователь совершает вдох, клапан находится в закрытом положении, а при выдохе – открывается. Хотя использование такого клапана позволяет не только удалять теплый и влажный выдыхаемый воздух из внутреннего пространства маски, но и в целом облегчает нахождение пользователя в маске, это не решает проблему аэродинамического сопротивления фильтров для вдыхаемого воздуха.
В заявке CN 111346448 A (дата публ. 30.06.2020) описан фильтр для лицевой маски, выполненных в виде множества параллельных воздушных каналов, разделенных неорганической пленкой, при этом смежные каналы открыты с одного конца и закрыты с другого конца. Такой фильтр имеет большую площадь фильтрующей поверхности, что снижает его аэродинамическое сопротивление, однако существенно увеличивает габариты маски при его использовании.
Другое решение, направленное на уменьшение аэродинамического сопротивление фильтрующего элемента описано в патенте CN 211631872 U (дата публ. 09.10.2020). Фильтрующий элемент выполнен в виде мешка, заполненного пористыми керамическими частицами из вспененной керамики, пропитанными раствором гидроксида натрия и раствором перманганата калия. Такой фильтр, работающий, по существу, как сорбирующий, имеет низкое аэродинамическое сопротивление, однако существенно увеличивает габариты маски при его использовании.
Одним из эффективных приемов уменьшения аэродинамического сопротивления фильтров для вдыхаемого воздуха является использование фильтрующих элементов, через которые воздух проходит свободно, а фильтрация воздуха от находящихся в нем частиц загрязнения происходит за счет того, что воздушному потоку с помощью специальной конфигурации канала придается завихрение, в результате чего содержащиеся в нем частички за счет центробежной силы разлетаются по периферии потока и удерживаются на стенках канала или иных специально предусмотренных для этого средствах, в том числе за счет адгезивных или сорбционных свойств поверхности.
Такой прием был применен в дыхательном фильтре, описанном в международной заявке WO 01/41629 A2 (дата публ. 14.06.2001). Фильтр выполнен в виде усеченного конуса, в основаниях которого выполнены отверстия, – входное в большом основании, выходное в малом, – через которые проходит вдыхаемый воздух. При этом направление входного отверстия имеет тангенциальную составляющую, благодаря чему поступающий в фильтр воздух закручивается, и частички пыли и аллергенов, разлетаясь, прилипают к внутренней поверхности конуса, покрытой липким веществом.
Несколько иная конструкция с аналогичным результатом использована в носовом фильтре, описанном в заявке US 2010/0147307 A1 (дата публ. 17.06.2010). Фильтр также выполнен в виде усеченного конуса с открытыми основаниями. Внутри конуса установлены две группы продольных ребер, по четыре в группе, одна группа – со стороны малого основания конуса, другая – со стороны большого основания конуса, при этом одна группа ребер развернута относительно другой на 45º. Благодаря ребрам и их конфигурации возникает завихрение вдыхаемого через такой фильтр воздуха, при этом частички загрязнения задерживаются на поверхности ребер и внутренней поверхности конуса, покрытых сорбирующим веществом.
Аналогичное устройство носового фильтра описано в международной заявке WO 2017/089912 A1 (дата публ. 01.06.2017). Фильтр выполнен в виде усеченного конуса с открытыми основаниями, внутри которого установлены лопатки в форме осевого вентилятора, а принцип фильтрации такой же, как в двух предыдущих решениях, – завихрение вдыхаемого потока воздуха, при котором частички загрязнения задерживаются на поверхности лопаток и внутренней поверхности конуса, покрытых сорбирующим веществом.
Подобный технический прием реализован в лицевой маске для защиты органов дыхания, описанной в патенте CN 105533856 В (дата публ. 31.01.2020) и принятой в качестве прототипа заявляемого изобретения. Известная лицевая маска включает основу, выполненную с возможностью размещения на лице человека и образования пространства для дыхания, отделенного маской от внешнего пространства, и воздушный фильтр, выполненный с возможностью его установки в основе маски так, что пространство для дыхания и внешнее пространство разделены фильтром. Воздушный фильтр включает полый корпус, который имеет наружную резьбу для вворачивания в соответствующее отверстие основы маски при его установке. Внутри полого корпуса фильтра выполнены спиралеобразные ребра, покрытие, как и внутренняя поверхность корпуса, липким биогелем. Спиралеобразные ребра вызывают завихрение вдыхаемого потока воздуха, в результате чего частички загрязнения под действием центробежных сил перемещаются в направлении внутренней стенки фильтра и прилипают как к самим ребрам, так и к внутренней стенке корпуса. Известная лицевая маска обладает низким аэродинамическим сопротивлением как для вдыхаемого воздуха, так и для выдыхаемого воздуха, однако конструктивное выполнение фильтра определяет большие габаритные размеры маски в направлении по существу нормальном к ее поверхности. Это связано с тем, что для эффективной работы фильтра он должен иметь достаточную длину в осевом направлении. В итоге с таким фильтром не удается получить маску плоской конфигурации – компактной и удобной для ношения, например в кармане.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание лицевой маски для защиты органов дыхания, обладающей хорошими фильтрующими характеристиками, низким аэродинамическим сопротивлением и имеющей по существу плоскую конфигурацию.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявлена группа изобретений, включающая лицевую маску для защиты органов дыхания и предназначенный для использования в индивидуальных средствах защиты органов дыхания, в частности в такой лицевой маске, воздушный фильтр.
Лицевая маска для защиты органов дыхания в соответствии с изобретением включает основу, выполненную с возможностью размещения на лице человека и образования пространства для дыхания, отделенного маской от внешнего пространства, и по меньшей мере один воздушный фильтр, выполненный с возможностью его установки в основе маски так, что пространство для дыхания и внешнее пространство разделены фильтром. Фильтр содержит полый корпус, имеющий противолежащие друг другу и разъемно соединяемые первую и вторую стенки, в которых выполнено множество парных отверстий, при этом ось первого отверстия, выполненного в первой стенке корпуса, не совпадает с осью парного ему второго отверстия, выполненного во второй стенке корпуса. Внутри корпуса образованы дугообразные каналы, каждый из которых связан с соответствующими парными отверстиями, при этом торцевые стенки дугообразного канала образованы внутренними поверхностями упомянутых первой и второй стенок корпуса, а по меньшей мере внешняя боковая стенка дугообразного канала образована размещаемым между первой и второй стенками корпуса вкладышем из материала с сорбционными свойствами, причем упомянутое первое отверстие, выполненное в первой стенке корпуса, связано с одним концом дугообразного канала, а парное ему второе отверстие, выполненное во второй стенке корпуса, связано с другим концом дугообразного канала.
При использовании такого фильтра в составе лицевой маски, вдыхаемый воздух из внешнего атмосферного пространства проходит сквозь первое отверстие, выполненное в первой стенке корпуса фильтра, и попадает в пространство дугообразного канала, образованного с торцов внутренними поверхностями первой и второй стенок корпуса фильтра. Поскольку второе отверстие для выпуска этого воздуха, выполненное во второй стенке корпуса, находится в другом конце дугообразного канала, проходящий через канал воздух завихряется, при этом содержащиеся в нем частички пыли, аллергенов, несущие бактерии и вирусы капельки жидкости за счет центробежной силы разлетаются к внешней боковой стенке дугообразного канала, образованной вкладышем из материала с сорбционными свойствами, и благодаря указанным свойствам оседают на ее поверхности. Очищенный таким образом воздух выходит через второе отверстие, выполненное во второй стенке корпуса фильтра, проходя в итоге от первого отверстия на входе с одной стороны фильтра до его второго отверстия на выходе с другой стороны фильтра. Во время выдоха фильтр работает в обратную сторону, при этом капельки влаги, содержащиеся в выдыхаемом воздухе, также оседают на поверхности вкладыша, что особенно важно в случае, когда маску носит человек инфицированный вирусом, распространяющимся воздушно-капельным путем.
Таким образом, фильтр в соответствии с настоящим изобретением обладает хорошими фильтрующими свойствами, низким аэродинамическим сопротивлением, а за счет того, что дугообразный канал выполнен между двумя стенками, то есть по существу в плоскости корпуса фильтра, он имеет плоскую конфигурацию и при использовании в составе лицевой маски практически не увеличивает ее габаритные размеры.
В частном случае выполнения внутренняя боковая стенка дугообразного канала фильтра может быть образована частью того же вкладыша, который образует внешнюю боковую стенку дугообразного канала. Например, это может быть обеспечено за счет дугообразного канала, выполненного в теле вкладыша.
В другом частном случае внутренняя боковая стенка дугообразного канала фильтра может быть образована разделительным выступом между первой и второй стенками корпуса, выполненным на внутренней поверхности первой или второй стенки корпуса. В этом случае, например, в теле вкладыша выполняется по существу круглое отверстие, а дугообразный канал образуется за счет размещения в этом отверстии упомянутого выступа, прилегающего к боковой поверхности отверстия во вкладыше.
Для защиты от вирусов, распространяющихся воздушно-капельным путем, в качестве материала вкладыша может быть использован материал с гидрофильными свойствами.
В частном случае все вкладыши фильтра могут быть выполнены заодно целое с образованием единого блока вкладышей, что обеспечивает дополнительное удобство при замене вкладышей.
Для установки одного или нескольких фильтров основа лицевой маски может иметь соответствующее число проемов (или вырезов), при этом в собранном состоянии устройства края проемов по периметру размещены между соединенными первой и второй стенками корпуса фильтра. При этом в частном случае разъемное соединение первой и второй стенок корпуса фильтра может быть выполнено с помощью разъемных заклепок, распределенных по периметру с внутренних сторон стенок корпуса фильтра, а края проемов могут иметь отбортовку с отверстиями, через которые проходят упомянутые разъемные заклепки.
Другим изобретением группы является воздушный фильтр для индивидуальных средств защиты органов дыхания, в частности лицевой маски. Фильтрующий элемент в соответствии с изобретением включает полый корпус, имеющий противолежащие друг другу и разъемно соединяемые первую и вторую стенки, в которых выполнено множество парных отверстий, при этом ось первого отверстия, выполненного в первой стенке корпуса, не совпадает с осью парного ему второго отверстия, выполненного во второй стенке корпуса. Внутри корпуса образованы дугообразные каналы, каждый из которых связан с соответствующими парными отверстиями, при этом торцевые стенки дугообразного канала образованы внутренними поверхностями упомянутых первой и второй стенок корпуса, а по меньшей мере внешняя боковая стенка дугообразного канала образована размещаемым между первой и второй стенками корпуса вкладышем из материала с сорбционными свойствами, причем упомянутое первое отверстие, выполненное в первой стенке корпуса, связано с одним концом дугообразного канала, а парное ему второе отверстие, выполненное во второй стенке корпуса, связано с другим концом дугообразного канала.
Заявленный воздушный фильтр работает так же, как и фильтр, входящий в состав заявленной лицевой маски. При использовании такого фильтра вдыхаемый воздух из внешнего атмосферного пространства проходит сквозь первое отверстие, выполненное в первой стенке корпуса фильтра, и попадает в пространство дугообразного канала, образованного с торцов внутренними поверхностями первой и второй стенок корпуса фильтра. Поскольку второе отверстие для выпуска этого воздуха, выполненное во второй стенке корпуса, находится в другом конце дугообразного канала, проходящий через канал воздух завихряется, при этом содержащиеся в нем частички пыли, аллергенов, несущие бактерии и вирусы капельки жидкости за счет центробежной силы разлетаются к внешней боковой стенке дугообразного канала, образованной вкладышем из материала с сорбционными свойствами, и благодаря указанным свойствам оседают на ее поверхности. Очищенный таким образом воздух выходит через второе отверстие, выполненное во второй стенке корпуса фильтра, проходя в итоге от первого отверстия на входе с одной стороны фильтра до его второго отверстия на выходе с другой стороны фильтра. Во время выдоха фильтр работает в обратную сторону, при этом капельки влаги, содержащиеся в выдыхаемом воздухе, также оседают на поверхности вкладыша, что важно в случае, когда индивидуальное средство защиты органов дыхания, в частности маску, носит человек инфицированный вирусом, распространяющимся воздушно-капельным путем.
Таким образом, фильтр в соответствии с настоящим изобретением обладает хорошими фильтрующими свойствами, низким аэродинамическим сопротивлением, а за счет того, что дугообразный канал выполнен между двумя стенками, то есть по существу в плоскости корпуса фильтра, он имеет плоскую конфигурацию и при использовании, например, в составе лицевой маски, практически не увеличивает ее габаритные размеры.
В частном случае выполнения фильтра внутренняя боковая стенка дугообразного канала может быть образована частью того же вкладыша, который образует внешнюю боковую стенку дугообразного канала. Например, это может быть обеспечено за счет дугообразного канала, выполненного в теле вкладыша.
В другом частном случае выполнения фильтра внутренняя боковая стенка дугообразного канала может быть образована разделительным выступом между первой и второй стенками корпуса, выполненным на внутренней поверхности первой или второй стенки корпуса. В этом случае, например, в теле вкладыша выполняется по существу круглое отверстие, а дугообразный канал образуется за счет размещения в этом отверстии упомянутого выступа, прилегающего к боковой поверхности отверстия во вкладыше.
Для защиты от вирусов, распространяющихся воздушно-капельным путем, в качестве материала вкладыша может быть использован материал с гидрофильными свойствами.
В частном случае все вкладыши фильтра могут быть выполнены заодно целое с образованием единого блока вкладышей, что обеспечивает дополнительное удобство при замене вкладышей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 представлена в аксонометрии в виде отдельных деталей конструкция маски и фильтра в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг. 2 представлена в аксонометрии в виде отдельных деталей конструкция одного из вариантов фильтра, включающего корпус из первой и второй стенки с разделительными выступами и вкладыша из материала с сорбционными свойствами.
На Фиг. 3 представлена в аксонометрии конструкция фильтра, показанного на Фиг. 2, с вкладышем, размещенным на внутренней поверхности первой стенки корпуса фильтра с образованием дугообразного канала.
На Фиг. 4 показан в аксонометрии вид первой стенки корпуса с внутренней стороны.
На Фиг. 5 показан пример выполнения одного варианта одного элемента фильтра, в котором дугообразный канал образован первой и второй (показана отдельно) стенками корпуса фильтра, круглым вырезом во вкладыше и выступом на первой стенке корпуса.
На Фиг. 6 показан пример выполнения другого варианта одного элемента фильтра, в котором дугообразный канал образован первой и второй (показана отдельно) стенками корпуса фильтра и дугообразным вырезом во вкладыше.
На Фиг. 7 показан вид сверху примерного выполнения фильтра (без второй стенки корпуса), составленного из трех отдельных элементов фильтра, показанных на Фиг. 6.
На Фиг. 8 показан вид сверху примерного выполнения фильтра (без второй стенки корпуса), включающего единый блок вкладышей, объединяющий шесть отдельных элементов фильтра, показанных на Фиг. 6, в форме прямоугольной компоновки.
На Фиг. 9 показан вид сверху примерного выполнения фильтра (без второй стенки корпуса), включающего единый блок вкладышей, объединяющий семь отдельных элементов фильтра, показанных на Фиг. 6, в форме гексагональной компоновки.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример выполнения лицевой маски для защиты органов дыхания с воздушным фильтром в соответствии с настоящим изобретением представлен на Фиг. 1. Лицевая маска 10 включает основу 11 маски, ремешки 12 для крепления маски 10 на голове пользователя обычным образом, когда ремешки 12 заводятся за ушные раковины, а основа 11 закрывает нос и рот пользователя. В основе 11 для установки фильтров выполнены два проема 13, имеющих вдоль двух противолежащих краев отбортовку 14, в которой выполнены крепежные отверстия 15 для крепления фильтров 20 (см. Фиг. 2 - 4).
В общем виде фильтр 20 имеет корпус в виде первой стенки 21 и второй стенки 22, между которыми размещен вкладыш 23 из материала с сорбционными свойствами. Первая 21 и вторая 22 стенки корпуса имеют множество парных отверстий 24 и 25 соответственно. Относительно каждой пары отверстий 24 и 25 на внутренней поверхности 26 первой стенки 21 корпуса (см. Фиг. 4) выполнены разделительные выступы 27, а во вкладыше выполнены отверстия 28 по существу круглой формы. Каждый разделительный выступ 27 и соответствующее отверстие 28 во вкладыше 23 выполнены так, чтобы при размещении вкладыша 23 на внутренней поверхности 26 первой стенки 21 (как это показано на Фиг. 3) сформировать дугообразный канал 29, наружная боковая поверхность которого образована боковой поверхностью отверстия 28, выполненного во вкладыше 23, а внутренняя боковая поверхность – боковой поверхностью разделительного выступа 27. При этом торцевые стенки дугообразного канала 29 образуют внутренние поверхности первой 21 и второй 22 стенок корпуса при их соединении между собой, для чего по периметру первой 21 и второй 22 стенок выполнены соединительные элементы в виде разъемных заклепок 30.
Расположение отверстий 24 в первой стенке 21 корпуса и отверстий 25 во второй стенке 22 корпуса выбрано так, чтобы отверстие 24 сообщалось с одним концом дугообразного канала 29, а отверстие 25 сообщалось с другим концом дугообразного канала 29. В итоге конфигурация дугообразного канала 29 и расположение отверстий 24 и 25 таковы, что воздух, входящий, например, через отверстие 24 в первой стенке 21 корпуса фильтра 20, попадает в дугообразный канал 29 с одного его конца, а выходит через отверстие 25 с другого конца дугообразного канала 29. За счет дугообразной формы канала 29, проходящий по нему воздушный поток завихряется, а содержащиеся в нем частички загрязнения (пыль, аллергены, капельки влаги, несущие вирусы и бактерии и т.п.) под действие центробежных сил разлетаются в направлении внешней боковой стенки дугообразного канала 29 и остаются на ней благодаря сорбционным свойствам материала, из которого изготовлен вкладыш 23. Таким образом фильтр 20 выполняет свою функцию фильтрации проходящего через него воздуха.
Принцип работы фильтра иллюстрируют Фиг. 5 - 6, на которых представлены примеры выполнения одного элемента фильтра (или «элементарного фильтра»), относящегося к одной паре отверстий, выполненных соответственно в первой и второй стенках корпуса, и соответствующему дугообразному каналу, образованному во вкладыше.
На Фиг. 5 показан один вариант выполнения элемента фильтра, включающего первую стенку 31 с отверстием 34, вторую стенку 32 с отверстием 35 и вкладыш 33, в теле которого выполнено по существу круглое отверстие 38, формирующее дугообразный канал 39. Для удобства восприятия вторая стенка 32 показана отдельно от первой стенки 31 и размещенного на ней вкладыша 33. В данном варианте выполнения торцевые стенки дугообразного канала 39 образованы внутренними поверхностями первой стенки 31 и второй стенки 32, внешняя боковая стенка дугообразного канала 39 образована боковой поверхностью отверстия 38, а внутренняя боковая стенка дугообразного канала 39 образована боковой поверхностью разделительного выступа 37, выполненного на внутренней поверхности стенки 31. Также на Фиг. 5 стрелками показано направление потока воздуха, проходящего через такой элемент фильтра. Наружный воздух проходит через отверстие 34 в первой стенке 31 и попадает в дугообразный канал 39 с одного его конца, и пройдя его, выходит через отверстие 35 во второй стенке 32. За счет дугообразной формы канала 39, проходящий по нему воздушный поток завихряется, а содержащиеся в нем частички загрязнения (пыль, аллергены, капельки влаги, несущие вирусы и бактерии и т.п.) под действие центробежных сил разлетаются в направлении внешней боковой стенки дугообразного канала 39 и остаются на ней благодаря сорбционным свойствам материала, из которого изготовлен вкладыш 33.
На Фиг. 6 показан другой вариант выполнения элемента фильтра, включающего первую стенку 41 с отверстием 44, вторую стенку 42 с отверстием 45 и вкладыш 43, в теле которого выполнено отверстие 48 в форме дугообразного канала 49. Для удобства восприятия вторая стенка 42 показана отдельно от первой стенки 41 и размещенного на ней вкладыша 43. В данном варианте выполнения торцевые стенки дугообразного канала 49 образованы внутренними поверхностями первой стенки 41 и второй стенки 42, боковые стенки дугообразного канала 49 – непосредственно боковой стенкой отверстия 48. Также на Фиг. 6 стрелками показано направление потока воздуха, проходящего через такой элемент фильтра. Наружный воздух проходит через отверстие 44 в первой стенке 41 и попадает в дугообразный канал 49 с одного его конца, и пройдя его, выходит через отверстие 45 во второй стенке 42. За счет дугообразной формы канала 49, проходящий по нему воздушный поток завихряется, а содержащиеся в нем частички загрязнения (пыль, аллергены, капельки влаги, несущие вирусы и бактерии и т.п.) под действие центробежных сил разлетаются в направлении внешней боковой стенки дугообразного канала 49 и остаются на ней благодаря сорбционным свойствам материала, из которого изготовлен вкладыш 43.
На Фиг. 7 показан пример выполнения воздушного фильтра 50, составленного из трех отдельных элементов фильтра, показанных на Фиг. 6 (показано без второй стенки корпуса). При этом все первые стенки выполнены в виде единой первой стенки 51 корпуса, имеющей первые отверстия 54 для прохода воздуха, а вкладыши 53 выполнены в виде отдельных элементов. Каждый вкладыш 53 имеет фигурное отверстие 58, образующее дугообразный канал 59. Во всем остальном фильтр 50 работает так, как это описано со ссылкой на Фиг. 6.
На Фиг. 8 показан пример выполнения воздушного фильтра 60, включающего единую первую стенку 61 корпуса с первыми отверстиями 64 и единый вкладыш 63, объединяющие в форме прямоугольной компоновки шесть отдельных элементов фильтра, показанных на Фиг. 6. Фильтр 60 показан без второй стенки корпуса. Вкладыш 63 имеет фигурные отверстия 68, образующие дугообразные каналы 69. Во всем остальном фильтр 60 работает так, как это описано со ссылкой на Фиг. 6.
На Фиг. 9 показан пример выполнения воздушного фильтра 70, включающего единую первую стенку 71 корпуса с первыми отверстиями 74 и единый вкладыш 73, объединяющие в форме гексагональной компоновки семь отдельных элементов фильтра. Фильтр 70 показан без второй стенки корпуса. Вкладыш 73 имеет фигурные отверстия 78, образующие дугообразные каналы 79. Во всем остальном фильтр 60 работает так, как это описано со ссылкой на Фиг. 6. Гексагональная компоновка позволяет либо уменьшить площадь фильтра при заданном числе отдельных элементов фильтра, либо увеличить число отдельных элементов фильтра в пределах заданной площади. Специалисту понятно, что возможны иные конфигурации воздушного фильтра, составленного из отдельных элементов, в зависимости от конкретных форм лицевой маски или иных средств защиты органов дыхания.
Наконец, выполнение фильтра разъемным, имеющим (см. Фиг. 2) разъемно соединяемые первую 21 и вторую 22 стенки, а также извлекаемый вкладыш 23, которые можно мыть и обеззараживать, позволяет создавать многоразовые индивидуальные средства защиты органов дыхания.
При изготовлении маски 10 (Фиг. 1 - 4) включая основу 11 и фильтр 20, могут быть использованы следующие материалы. Основа 11 может быть изготовлена, например, из силиконовой резины марок SILPURAN, ELASTOSIL (твердость по Шору 25-40) производства компании Wacker Chemie AG (Германия), широко распространенной в производстве медицинских масок. В качестве материала стенок 21, 22 корпуса фильтра 20 можно использовать любой подходящий с точки зрения безопасного контакта с кожей человека пластмассовый материал, например, марки TECAPEEK MT natural, TECAFORM AH MT, TECAPRO MT, TECASON P MT производства компании Ensinger Group (Германия). Для изготовления вкладыша 23 фильтра могут быть использованы, например, так называемые Айрлейд-материалы (Airlaid) – нетканые материалы, полученные путем формирования полотна из полимерных волокон аэродинамическим способом. Материалы, произведенные по технологии айрлейд, прекрасно зарекомендовали себя в качестве материалов с гидрофильными свойствами при создании впитывающего слоя для подгузников и гигиенических прокладок. Подобные материалы выпускают, в частности, компании Dan-Web (Дания), McAirlaid’s (Германия), ООО «Гекса – нетканые материалы» (Россия). Для изготовления вкладыша 23 потребуется материал толщиной порядка 4–5 мм, в котором вырубаются соответствующие отверстия.
Экспериментальная проверка воздушного фильтра и лицевой маски в соответствии с настоящим изобретением показала высокую эффективность устройства в части фильтрации воздуха (задержано 90-95% частиц размером 1-20 μ) при низком аэродинамическом сопротивлении на вдохе и выдохе, а также подтвердила достижение указанного результата в отношении уменьшения габаритов. Были испытаны фильтры со следующими параметрами:
- габаритные размеры вкладыша в длину, ширину и толщину: 44 x 26 x 4,5 (мм);
- габаритные размеры корпуса фильтра в длину, ширину и толщину: 50 x 32 x 5,5 (мм);
- диаметр парных отверстий в первой и второй стенке корпуса – 3 мм;
- угловое расстояние между парными отверстиями относительно оси дугообразного канала – 240°;
- длина дугообразного канала по срединной линии – 12,7 мм;
В маске было использовано два фильтра, каждый из которых включал шесть элементов, как это показано на Фиг. 1.
Как показали испытания, такая конструкция при перепаде давления порядка 100 кПа, что соответствует свободному дыханию человека, способна обеспечить расход воздуха около 15 л/мин (при требуемых 8 л/мин), т.е. при таком низком аэродинамическом сопротивлении человек не испытывает затруднений дыхания при обычной физической нагрузке.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет создавать лицевые маски и фильтры для индивидуальных средств защиты органов дыхания, обладающие высокой эффективностью фильтрации воздуха, низким аэродинамическим сопротивлением и имеющие по существу плоскую конфигурацию, благодаря которой можно существенно уменьшить габариты указанных средств защиты органов дыхания.