Электрическое вытяжное устройство для средства индивидуальной защиты органов дыхания
ELECTRIC EXHAUST DEVICE FOR THE RESPIRATORY PROTECTIVE EQUIPMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к вытяжному устройству для средств индивидуальной защиты органов дыхания, в частности, к респираторам, работающим по принципу отрицательного давления. В частности, настоящее изобретение относится к электрическому вытяжному устройству, которое может быть разъемно присоединено к средству индивидуальной защиты органов дыхания. Работающее вытяжное устройство удаляет горячий и влажный воздух, который может накапливаться внутри респиратора, работающего по принципу отрицательного давления, что значительно повышает уровень комфорта пользователя.
Уровень техники
Респираторы, работающие по принципу отрицательного давления, хорошо известны в данной области техники. В респираторах такого типа очищенный воздух всасывается в закрытое пространство между внутренней поверхностью респиратора и лицом пользователя через фильтрующую систему за счет дыхательных движений пользователя. Когда пользователь делает вдох, в респираторе создается отрицательное давление, и воздух всасывается в данное пространство через фильтрующую систему. Когда пользователь делает выдох, выдыхаемый воздух выходит из респиратора через выдыхательный клапан и/или обратно через фильтрующую систему.
Несмотря на то, что доступно множество различных конструкций респираторов, работающих по принципу отрицательного давления и обладающих различными достоинствами, все они имеют один существенный недостаток, заключающийся в том, что внутри респиратора может накапливаться теплый и влажный воздух, что ведет к дискомфорту пользователя. Накопление теплого и влажного воздуха происходит из-за того, что воздух, выдыхаемый пользователем, попадает в полость, образующуюся между респиратором и лицом, и задерживается в ней. По мере увеличения интенсивности труда пользователя, носящего респиратор, и/или по мерее увеличения длительности ношения респиратора накопление теплого и влажного воздуха может усиливаться.
Для устранения, или по меньшей мере для минимизации проблемы накопления теплого и влажного воздуха внутри респираторов, работающих по принципу отрицательного давления, предложено множество различных решений. Так, например, было предложено установить дополнительные выдыхательные клапаны и оптимизировать работу данных выдыхательных клапанов. Для решения данной проблемы были также предложены новые и оптимизированы существующие конструкции фильтров и фильтрующих сред, работающих при низком перепаде давления, а также было предложено оптимизировать площадь поверхности фильтра и падение давления на материале фильтра. Еще одно предложенное решение предусматривает включение в конструкцию респиратора подушек, поглощающих влагу.
Несмотря на то, что разработки в данной области ведутся много лет, пользователи респираторов, работающих по принципу отрицательного давления, по-прежнему могут испытывать проблемы с накоплением теплого и влажного воздуха.
Соответственно, существует потребность в решении, которое обеспечивало бы возможность ношения респираторов, работающих по принципу отрицательного давления, в течение длительного периода времени, вне зависимости от температуры окружающего воздуха или прочих погодных условий, а также от типа и интенсивности труда пользователя.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение данных проблем за счет использования вытяжного устройства, разъемно присоединяемого к средству индивидуальной защиты органов дыхания, образующему определенный объем фильтрованного воздуха в непосредственной близости к лицу носящего, и содержащего по меньшей мере один выдыхательный клапан, при этом устройство содержит:
воздуходувный элемент, связанный по газообразной среде с упомянутым по меньшей мере одним выдыхательным клапаном, при этом воздуходувный элемент выполнен таким образом, что при работе он выводит порцию воздуха, выдыхаемого пользователем, через упомянутый по меньшей мере один выдыхательный клапан.
Преимущество использования вытяжного устройства, разъемно присоединяемого к средству индивидуальной защиты органов дыхания, заключается в том, что оно обеспечивает повышение комфорта и улучшает общие впечатления пользователя вне зависимости от интенсивности его труда. Данное преимущество становится заметным при работающем воздуходувном элементе, даже если пользователь, носящий респиратор, занят трудом с невысокой интенсивностью. Особым преимуществом настоящего изобретения является то, что оно позволяет использовать респиратор при высокой интенсивности труда и/или в течение продолжительных периодов времени, и/или в условиях повышенной температуры и влажности, за счет эффективного удаления теплого и влажного воздуха, накапливающегося внутри респиратора.
Использование электрического вытяжного устройства, выводящего горячий воздух и влагу из закрытого пространства между внутренней поверхностью респиратора и лицом носящего, позволяет свести к минимуму или даже полностью устранить проблемы, которые могут испытывать пользователи, работающие в условиях повышенной влажности или в течение продолжительных периодов времени. Кроме того, вытяжка горячего и влажного воздуха и замещение его свежим, фильтрованным и не использованным для дыхания воздухом облегчает дыхание пользователя. Это объясняется тем, что начальная порция воздуха, вдыхаемого пользователем при следующем вдохе, является свежим, фильтрованным и не использованным для дыхания воздухом, а не последней порцией воздуха, выдохнутого при предыдущем выдохе. Поскольку вытяжное устройство в соответствии с настоящим изобретением выводит из респиратора больше воздуха, чем выдыхает пользователь, возникающая разность замещается свежим воздухом, втягиваемым через фильтры. Это позволяет также уменьшить содержание диоксида углерода внутри респиратора.
Воздуходувный элемент предпочтительно содержит вход, электродвигатель с вентилятором в сборе и выход.
Вытяжное устройство может дополнительно содержать средства крепления для разъемного присоединения воздуходувного элемента к упомянутому по меньшей мере одному выдыхательному клапану.
Средства крепления могут быть выбраны из группы, состоящей из посадки с натягом, резьбового соединения, защелкивания, байонетного соединения, быстросъемного соединения, застежки типа "молния", стопорного штифта, стопорного зажима и застежки типа "липучка".
Средство индивидуальной защиты органов дыхания предпочтительно выбрано из группы, состоящей из одноразовых и многократно используемых респираторов, полумасок, полнолицевых масок, респираторов для улавливания твердых частиц, газов и паров, а также респираторов с капюшонами плотной посадки.
Воздуходувный элемент может быть работать с объемным расходом воздуха от 0 до 180 литров в минуту.
Работающий воздуходувный элемент предпочтительно обеспечивает снижение давления внутри средства индивидуальной защиты органов дыхания по меньшей мере на 150 Па при пиковом расходе воздуха, выдыхаемого пользователем.
Кроме того, работающий воздуходувный элемент обеспечивает снижение температуры внутри средства индивидуальной защиты органов дыхания на величину, составляющую по меньшей мере от 1°C до 3°C.
Кроме того, работающий воздуходувный элемент обеспечивает снижение концентрации оксида углерода внутри средства индивидуальной защиты органов дыхания, вдыхаемого пользователем, по меньшей мере на 0,7%.
Вытяжное устройство может дополнительно содержать переносной источник питания для воздуходувного элемента, выполненный за единое целое с воздуходувным элементом.
Кроме того, вытяжное устройство может дополнительно содержать переносной источник питания для воздуходувного элемента, расположенный отдельно от респиратора на теле пользователя.
Воздуходувный элемент предпочтительно связан по газообразной среде с по меньшей мере одним выдыхательным клапаном посредством дыхательного шланга, трубки, воздуховода или канала.
Вытяжное устройство может дополнительно содержать вторичный выдыхательный клапан, расположенный между входом воздуходувного элемента и электродвигателем с вентилятором в сборе.
Вторичный выдыхательный клапан может быть выполнен за единое целое с вытяжным устройством.
Вторичный выдыхательный клапан предпочтительно содержит седло клапана, включающее поверхность уплотнения, и гибкую заслонку.
В настоящем изобретении предлагается также вытяжное устройство, выводящее фильтрованный воздух из закрытого пространства между внутренней поверхностью фильтрующего респиратора и лицом пользователя через выдыхательный клапан.
В настоящем изобретении предлагается также вытяжное устройство для присоединения к средству индивидуальной защиты органов дыхания, образующему определенный объем фильтрованного воздуха в непосредственной близости к лицу носящего и содержащему по меньшей мере один выдыхательный клапан, при этом вытяжное устройство содержит:
воздуходувный элемент, связанный по газообразной среде с упомянутым по меньшей мере одним выдыхательным клапаном, при этом воздуходувный элемент выполнен таким образом, что при работе он выталкивает порцию воздуха, выдыхаемого пользователем, через упомянутый по меньшей мере один выдыхательный клапан.
В настоящем изобретении предлагается также респиратор, содержащий:
основу маски, содержащую фильтрующую систему и имеющую размеры, при которых маска образует определенный объем фильтрованного воздуха в непосредственной близости к лицу пользователя, при этом основа маски дополнительно содержит по меньшей мере один выдыхательный клапан, через который может выходить воздух, выдыхаемый пользователем; и
воздуходувный элемент с электрическим питанием, связанный по газообразной среде с упомянутым по меньшей мере одним выдыхательным клапаном, при этом воздуходувный элемент выполнен таким образом, что при работе он выталкивает порцию воздуха, выдыхаемого пользователем, через упомянутый по меньшей мере один выдыхательный клапан.
Респиратор может дополнительно содержать распределительный воздуховод, связанный по газообразной среде с фильтрующей системой.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится описание настоящего изобретения, в виде описания его воплощений, приводимых только в качестве примеров, со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1. Вытяжное устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением, для разъемного присоединения к средству 20 индивидуальной защиты органов дыхания, в разобранном виде.
Фиг. 2. Аксонометрический вид спереди вытяжного устройства 10, изображенного на фиг. 1, присоединенного к средству 20 индивидуальной защиты органов дыхания.
Фиг. 3. Разрез вытяжного устройства 10 по плоскости, обозначенной прерывистой линией А'-Аʺ на фиг. 6.
Фиг. 4. Разрез вытяжного устройства 10, выводящего порцию воздуха, выдыхаемого пользователем 100, через выдыхательный клапан 26 средства 20 индивидуальной защиты органов дыхания.
Фиг. 5. Вид сбоку вытяжного устройства 10, изображенного на фиг. 1, присоединенного к средству 20 индивидуальной защиты органов дыхания.
Фиг. 6. Вид спереди вытяжного устройства 10, изображенного на фиг. 1, присоединенного к средству 20 индивидуальной защиты органов дыхания.
Фиг. 7. Аксонометрический вид сзади вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 8. Аксонометрический вид спереди вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением, с располагаемой отдельно батареей 46 элементов питания.
Фиг. 9. Разрез вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением, дополнительно оборудованного вторичным выдыхательным клапаном 58, уменьшающим падение давления выдыхаемого воздуха при выключенном питании вытяжного устройства 10.
Фиг. 10. Вид спереди вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением, присоединенного к полнолицевой респираторной маске 70.
Фиг. 11. Разрез вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением, присоединенного к полнолицевой респираторной маске 70.
Фиг. 12. График зависимости средней температуры, измеренной внутри фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, от напряжения, приложенного к вытяжному устройству 10.
Фиг. 13. График зависимости концентрации вдыхаемого диоксида углерода, измеренной внутри фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, от напряжения, приложенного к вытяжному устройству 10.
Фиг. 14. График зависимости давления, измеренного внутри стандартной фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, от времени, в сравнении давлением, измеренным внутри фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном с присоединенной к ней вытяжным устройством 10. В обоих случаях маски были надеты на испытательное устройство, которое имитировало дыхание с расходом воздуха 30 литров в минуту.
Фиг. 15. График падения давления выдыхаемого воздуха для стандартной фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном с присоединенным, но не запитанным вытяжным устройством 10, а также для фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном с присоединенным, но не запитанным вытяжным устройством 10, оборудованным вторичным выдыхательным клапаном 58.
Фиг. 16. Результаты измерений падения давления выдыхаемого воздуха для фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном с присоединенным вытяжным устройством 10, при различных значениях расхода воздуха и приложенного напряжения.
Фиг. 17. График зависимости концентрации вдыхаемого диоксида углерода, измеренной внутри полнолицевой респираторной маски 3М™ 6800 многоразового пользования, с подмасочником и без него, в зависимости от напряжения, приложенного к вытяжному устройству 10.
Подробное описание предпочтительных воплощений
Подход, предлагаемый в настоящем изобретении, основан на использовании вытяжного устройства, разъемно или неразъемно присоединяемого к средству индивидуальной защиты органов дыхания. Работающее вытяжное устройство позволяет повысит комфорт и улучшить общие ощущения пользователя. Настоящее изобретение позволяет носить респиратор при высокой интенсивности труда, и/или в течение длительных периодов времени, и/или в условиях повышенной температуры и влажности за счет отведения теплого и влажного воздуха, накапливающегося внутри респиратора. Преимущества настоящего изобретения пользователь может ощутить уже при низкой интенсивности труда, например, при выполнении сидячей работы, но еще более заметными они становятся с ростом интенсивности труда. Применение электрического вытяжного устройства, выводящего горячий воздух и влагу из закрытого пространства между внутренней поверхностью респиратора и лицом носящего, позволяет свести к минимуму или даже полностью устранить неудобства, которые может испытывать пользователь при работе в условиях повышенной температуры и влажности, или при работе в течение длительного времени. Кроме того, вытяжка горячего и влажного воздуха из респиратора и замещение его свежим, не использованным для дыхания воздухом облегчает дыхание пользователя. Это объясняется тем, что в данном случае первая порция воздуха, вдыхаемого пользователем при следующем вдохе, будет порцией свежего, не использованного для дыхания воздуха, а не последней порцией воздуха, выдохнутого при предыдущем выдохе. Это также обеспечивает преимущества в виде меньшей концентрации диоксида углерода во внутреннем пространстве респиратора.
На фиг. 1 показано вытяжное устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением в разобранном виде, которое может быть разъемно присоединено или приведено в зацепление со средством 20 индивидуальной защиты органов дыхания. Несмотря на то, что изображенный на фиг. 1, 2, 4, 5, 6, 8 и 9 респиратор в целом аналогичен респираторам 3М™ серии 4000, используемым для защиты от газов, паров и твердых частиц, вытяжное устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением может использоваться с любым респиратором 20, работающим по принципу отрицательного давления. Сведущим в данной области техники будет понятно, что термины "респиратор" и "респираторная маска", используемые в настоящем описании, как взаимно заменяющие друг друга, означают дыхательное устройство, носимое пользователем для защиты от вдыхания опасных веществ, частиц, паров или газов. Подразумевается, также, что термин "респираторная маска, работающая по принципу отрицательного давления", охватывает все типы респираторов, в которых давление воздуха внутри маски становится меньшим, чем давление окружающего воздуха, при совершении пользователем вдоха.
В контексте настоящего описания под респираторной маской 20, работающей по принципу отрицательного давления, подразумевается респиратор любого типа, в сущности плотно садящийся на лицо пользователя 100, в результате чего воздух, вдыхаемый и выдыхаемый пользователем 100, проходит через фильтрующую основу маски или фильтрующую часть респиратора. Респираторная маска 20, работающая по принципу отрицательного давления, может быть также полнолицевой или респираторной маской или респираторной полумаской, которые могут использоваться при соответствующих уровнях опасности условий труда. В любом случае, в данных масках используется фильтр, предотвращающий вдыхание пользователем загрязняющих веществ, в частности, твердых частиц, газов и паров, из окружающего воздуха. Примерами респираторов такого типа являются респираторы многоразового пользования 3М™ серий 6000 и 7000, а также респираторы с капюшоном плотной посадки производства 3М Company Сент-Пол, штат Миннесота, США.
Одноразовые респираторы 3М™ серий 8000 и 9000, которые могут быть готовой чашеобразной формы или плоскими в сложенном виде, являются легковесными однокомпонентными респираторами, в которых используется фильтрующая среда, которая удаляет частицы и туманы из потока воздуха, вдыхаемого пользователем. Предполагается, что такие респираторы должны быть выброшены после определенного периода их использования, или после первого же их использования, или в конце смены, в зависимости от типа задерживаемых ими загрязняющих веществ. Фильтрующие лицевые респираторные маски 3М™ серий 6000 и 7000 в целом являются изделиями многоразового пользования, и для них выпускаются сменные картриджи. К полумаске или полнолицевой респираторной маске обычно прикрепляются один или два фильтрующих картриджа, и при этом в маску встроено соответствующее количество вдыхательных клапанов и, как правило, один выдыхательный клапан.
Средство 20 индивидуальной защиты органов дыхания, показанное на фиг. 1, является фильтрующей респираторной полумаской 3М™ 4251 с клапаном. Как показано на фиг. 1, к респираторной маске 20 на соответствующих дыхательных отверстиях (не показаны) прикреплены фильтрующие картриджи 22, 24. На каждом из дыхательных отверстий на внутренней стороне респираторной маски 20 установлен вдыхательный клапан (не показан), открывающийся при совершении вдоха пользователем 100. Лицевая маска 20 имеет также выдыхательный клапан 26, который является одноходовым выдыхательным клапаном с диафрагмой (поз. 36 на фиг. 4), и настраиваемые по длине ремешки 28 для закрепления маски на голове пользователя 100.
Респираторная маска 20 имеет деформируемую прокладку (уплотнение), которая при надетой маске в целом окружает рот и нос пользователя 100. Хорошее уплотнение необходимо для обеспечения эффективной фильтрации загрязняющих веществ, но при этом может возникать одна серьезная проблема, заключающаяся в накоплении теплого и влажного воздуха внутри респиратора 20, что может вызывать дискомфорт пользователя 100. Повышение температуры и накопление влаги может усиливаться по мере повышения интенсивности труда пользователя 100 или при ношении респиратора 20 в течение длительного времени. Повышение температуры и накопление влаги могут происходить из-за попадания выдыхаемого воздуха в полость между респиратором 20 и лицом пользователя 100.
Как показано на фиг. 1 и 2, настоящее изобретение предусматривает использование вытяжного устройства 10, имеющего в целом удлиненную форму. Вытяжное устройство 10 включает вход 12 (более ясно показан на фиг. 7) и набор отверстий, в совокупности образующих выход 14. Между входом 12 и выходом 14 расположен воздуходувный элемент, содержащийся внутри корпуса 16. Воздуходувный элемент представляет собой электродвигатель с вентилятором в сборе, как это показано более подробно на фиг. 3. Для управления работой воздуходувного элемента предусмотрен механизм 18 переключения, доступный пользователю 100. Механизм 18 переключения может обеспечивать только возможность выбора между режимами включено/выключено, или может обеспечивать возможность регулировки скорости вращения воздуходувного элемента пользователем 100, благодаря чему пользователь 100 может выбрать оптимальную скорость вращения и соответственно, эффективность охлаждения, исходя из окружающих условий, интенсивности труда и личных предпочтений.
Эффект охлаждения воздуха внутри респиратора обеспечивается за счет использования вытяжного устройства 10, как будет более подробно описано ниже. При совершении пользователем 100 вдоха более холодный окружающий воздух засасывается в респираторную маску 20 через фильтрующие картриджи 22, 24, как показано на фиг. 1 и 2, в случае многоразовой маски, или, например, через фильтрующую часть или всю фильтрующую основу маски, в случае использования одноразовой маски. При этом в полости, образованной между внутренней поверхностью респиратора 20 и лицом 100 пользователя, происходит накопление теплого и влажного воздуха из-за попадания в нее выдыхаемого воздуха. Включенное вытяжное устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением выводит данный теплый и влажный воздух наружу через выдыхательный клапан 26, и он замещается свежим, более холодным, не использованным для дыхания, фильтрованным воздухом, и кроме того, снижается сопротивление, испытываемое пользователем при выдохе, как будет более подробно описано ниже. Это дает пользователю 100 ощутимое преимущество в виде эффективного охлаждения воздуха внутри маски.
Вытяжное устройство 10 решает проблему накопления теплого и влажного воздуха, потому что оно выводит горячий воздух и влагу из закрытого пространства между внутренней поверхностью респиратора 20 и лицом пользователя 100. Кроме того, вытяжка горячего и влажного воздуха из респиратора 20 и замещение его свежим, не использованным для дыхания, фильтрованным воздухом облегчает дыхание пользователя 100. Это объясняется тем, что в данном случае первая порция воздуха, вдыхаемого пользователем 100 при следующем вдохе, будет порцией свежего, не использованного для дыхания воздуха, а не последней порцией воздуха, выдохнутого при предыдущем выдохе. Это также обеспечивает преимущества в виде снижения концентрации диоксида углерода во внутреннем пространстве респиратора 20.
Сведущим в данной области техники будет понятно, что поскольку вытяжное устройство 10 связано по газообразной среде с выдыхательным клапаном 26, то вдыхание пользователем 100 воздуха обратно через воздуходувный элемент будет предотвращаться именно за счет наличия на респираторной маске 20 одноходового выдыхательного клапана 26. Расположение вытяжного устройства 10 на одноходовом выдыхательном клапане 26 исключает вдыхание частиц, туманов, паров, газов и прочих загрязнителей воздуха пользователем 100 маски и сохраняет структурную целостность средства 20 индивидуальной защиты органов дыхания. Конструкция вытяжного устройства 10 обеспечивает создание минимально необходимых расхода воздуха и разрежения для охлаждающего эффекта, что позволяет изготовить данный блок достаточно компактным, так, чтобы его можно было прикрепить даже к одноразовой тканевой респираторной маске, фактически к любому респиратору, конструкция которого включает выдыхательный клапан 26.
На фиг. 3 более подробно показана работа вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением, а именно, показан разрез вытяжного устройства 10 плоскостью, обозначенной прерывистой линией А'-Аʺ на фиг. 6. Вход 12 вытяжного устройства 10 имеет форму, обеспечивающую возможность его разъемного присоединения, за счет тугой посадки, к ответным элементам выдыхательного клапана 26, расположенного на респираторной маске 20. И хотя вытяжное устройство 10, показанное на фиг. 3 и описанное ниже, присоединяется к клапану за счет тугой посадки, сведущим в данной области техники будет понятно, что возможен любой тип присоединения к выдыхательному клапану 26, включая, например, резьбовое соединение, соединение защелкиванием, байонетное соединение, быстросъемный механизм и прочие виды соединений. При этом ни в коей мере не подразумевается, что приведенный выше список является ограничивающим и исчерпывающим.
Вытяжное устройство 10 включает воздуходувный элемент, который представляет собой сочетание электродвигателя 30 и вентилятора 32. Воздух, выдуваемый в атмосферу воздуходувным элементом, проходит через ряд отверстий, в совокупности образующих выход 14 вытяжного устройства 10. Воздуходувный элемент заключен внутри корпуса 16, расположенного между входом 12 и выходом 14, и обеспечивает вытяжку воздуха вытяжным устройством 10 от входа 12 к выходу 14. Поток воздуха через вытяжное устройство 10 показан на фиг. 3 прерывистыми линиями А.
Вытяжное устройство 10 включает по меньшей мере один источник питания, которым является, как правило, по меньшей мере одна батарея 34. Батарея 34 может быть любой батареей, имеющейся в продаже, однако сведущим в данной области техники будет понятно, что для каждого конкретного приложения желательно подобрать батарею, которая обладает оптимальным сочетанием таких характеристик, как размеры, вес, емкость и срок службы. Для управления работой воздуходувного элемента предусмотрен механизм 18 переключения, доступный пользователю 100. Механизм переключения может обеспечивать только возможность выбора между режимами включено/выключено, или может обеспечивать возможность регулировки скорости вращения воздуходувного элемента, благодаря чему пользователь 100 может выбрать оптимальную эффективность охлаждения, исходя из окружающих условий, интенсивности труда и личных предпочтений.
Дополнительные особенности функционирования вытяжного устройства 10 показаны на фиг. 4, где показан разрез вытяжного устройства 10 во включенном состоянии, при котором вытяжное устройство 10 выводит часть воздуха, выдыхаемого пользователем 100, через выдыхательный клапан 26 средства 20 индивидуальной защиты органов дыхания. Поток воздуха через средство 20 индивидуальной защиты органов дыхания и вытяжное устройство 10 показан стрелками А. При выполнении сидячей работы пользователь 100 ощущает заметный эффект охлаждения при работе воздуходувного элемента, выводящего воздух через выдыхательный клапан 26 с расходом от 0 до 50 литров в минуту. При тяжелой физической работе воздуходувный элемент может использоваться в режиме, обеспечивающем расход воздуха через выдыхательный клапан 26, составляющий 180 литров в минуту и более. Наиболее целесообразным режимом работы, с точки зрения срока службы батареи и достигаемого эффекта охлаждения, является работа воздуходувного элемента с расходом, совпадающим с пиковым расходом воздуха, выдыхаемого пользователем, или немного превышающем данный расход, как показано на фиг. 14.
Иллюстрации дополнительных воплощений вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением приведены на фиг. 5-7. На данных чертежах показано, как для конкретного приложения может быть изготовлено вытяжное устройство 10, которое является малогабаритным, легким и сбалансированным в смысле его положения на маске 20. Предвидятся различные конструкции устройства 10. Различные целевые вытяжные устройства 10, имеющие принцип работы, описанный в настоящей заявке, могут иметь стилизованный дизайн, дополняющий общий дизайн респиратора 20, работающего по принципу отрицательного давления.
На фиг. 8 показан аксонометрический вид спереди вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением, и дополнительно показан располагаемый отдельно батарейный блок 46. Как показано на фиг. 8, вытяжное устройство 10 может использоваться с батарейным блоком 46, располагаемом в нагрудном кармане и включающем органы управления, такие, как, например, выключатель 53, регулятор скорости вращения 54 и экран 56. За счет того, что батарейный блок 46 расположен в нагрудном кармане и дополнительно прикрепляется к одежде пользователя зажимом 48, органы управления оказываются расположенными в удобном для доступа к ним месте, а экран 56, отображающий остаточный срок службы батареи, находится в поле зрения пользователя 100 Батарейный блок 46, располагаемый в нагрудном кармане, подключается к воздуходувному элементу вытяжного устройства 10 посредством кабеля 50.
Для многих типов респираторных масок 20, особенно для одноразовых респираторов, очевидной является целесообразность отдельного блока питания 46, что позволяется снизить вес и размеры вытяжного устройства 10. При использовании отдельного батарейного блока 46 могут применяться батареи большей емкости, и соответственно допускающие более длительное время работы. На блоке питания 46 могут быть расположены экраны 56 самых различных типов. В частности, могут использоваться светодиоды основных цветов, светодиодные столбики или цифробуквенные экраны. Могут также использоваться более сложные устройства пользовательского интерфейса, включая, например, устройства визуальной и/или слуховой индикации состояния и/или подачи сигнала тревоги по таким параметрам, как расход воздуха, давление в маске, заряд батареи и остаточное время работы батареи.
И хотя на фиг. 8 показано, что батарейный блок 46 устанавливается в нагрудном кармане, данным примером не подразумевается ограничить возможные конфигурации установки батарейного блока. Так, например, блок питания может быть расположен на поясе, шлеме или головной гарнитуре, на плече или с помощью зажима в прочих местах.
На фиг. 9 показан разрез вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением, дополнительно включающего вторичный выдыхательный клапан 58, уменьшающий падение давление выдыхаемого воздуха, когда вытяжное устройство 10 выключено, или если расход выдыхаемого воздуха превышает производительность вытяжного устройства 10. Сведущим в данной области техники будет понятно, что когда вытяжное устройство 10 включено, оно создает поток охлаждающего воздуха внутри респиратора 20, работающего по принципу отрицательного давления. Однако если вытяжное устройство 10 присоединено к респиратору 20, но питание его не включено, то дополнительное сопротивление, которое испытывает выдыхаемый воздух, проходя через выдыхательный клапан 26 и далее через вытяжное устройство 10, может требовать повышения выдыхательных усилий пользователя.
Для некоторых типов респираторов 20, особенно оборудованных комбинированными фильтрами для улавливания твердых частиц, газов и паров, повышение падения давления выдыхаемого воздуха при отключенном вытяжном устройстве 10 может быть особенно заметным. Это объясняется тем, что выдыхаемый воздух должен пройти через выдыхательный клапан 26 и далее через вытяжное устройство 10, и кроме того, такой респиратор оборудован вдыхательными клапанами, исключающими возможность прохождения выдыхаемого воздуха обратно через угольные фильтры 22, 24. Введение в конструкцию вытяжного устройства 10 вторичного выдыхательного клапана 58 и выходных отверстий 60 позволяет снизить падение давления выдыхаемого воздуха при отключенном питании вытяжного устройства 10. За счет включения в конструкцию вытяжного устройства 10 вторичного выдыхательного клапана 58, расположенного между входом 12 воздуходувного элемента и электродвигателем с вентилятором в сборе (30, 32), данное падение давления может быть уменьшено. Такая конфигурация означает, что пользователь 100, с одной стороны, может иметь преимущество в виде потока охлаждающего воздуха внутри маски, когда воздуходувный элемент включен, и при этом не будет иметь неудобства, связанного со значительным повышением падения давления выдыхаемого воздуха, когда воздуходувный элемент выключен. Вторичный выдыхательный клапан 58 содержит седло клапана, включающее поверхность уплотнения, и гибкую заслонку, хотя, естественно, возможны и прочие конфигурации клапана.
На фиг. 9 показан путь прохождения выдыхаемого воздуха для вытяжного устройства 10, оборудованного дополнительным выдыхательным клапаном 58. Как можно видеть из данного чертежа, когда воздуходувный элемент выключен, выдыхаемый воздух проходит через вторичный выдыхательный клапан 58, а не через воздуходувный элемент вытяжного устройства 10. Наличие вторичного выдыхательного клапана 58 значительно уменьшает падение давления выдыхаемого воздуха, как это будет более подробно описано ниже со ссылками на фиг. 15.
Изменение падения давления выдыхаемого воздуха определяли путем проведения измерений падения давления при постоянном расходе воздуха для стандартной фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, оборудованной вытяжным устройством 10, и фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, оборудованной вытяжным устройством 10 с дополнительным выдыхательным клапаном 58. Падение давления выдыхаемого воздуха для всех трех конфигураций измеряли с в ходе теста, в котором помощью испытательного прибора, в котором респиратор надевали на модель головы по Шеффилду и пропускали через него воздух с постоянным расходом. Все измерения в данном испытании, результаты которых приведены на фиг. 15, проводили при отключенном питании вытяжного устройства 10. Испытание показало, что при выключенном питании вытяжного устройства 10 падение давления выдыхаемого воздуха значительно уменьшается, когда вытяжное устройство 10 оборудовано вторичным выдыхательным клапаном 58, поскольку выдыхаемый воздух проходит через вторичный выдыхательный клапан 58, а не через воздуходувный элемент и выход 14 вытяжного устройства 10, как это показано схематически на фиг. 9.
На фиг. 16 показаны результаты измерений падения давления выдыхаемого воздуха для фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, оборудованной вытяжным устройством 10, в зависимости от расхода воздуха и напряжения, подаваемого на вытяжное устройство 10. Сплошной линией на фиг. 16 показаны результаты измерения падения давления для стандартной фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, в зависимости от расхода воздуха. Как показано на фиг. 16, по мере повышения напряжения, подаваемого на воздуходувный элемент, падение давления выдыхаемого воздуха значительно снижается. Этого и следовало ожидать, поскольку с повышением питающего напряжения воздуходувный элемент вытяжного устройства 10 выводит больше воздуха, и сопротивление выдыхания снижается. Для пользователя 100 это означает, что ему становится легче совершать выдох, и кроме того, происходит постоянное принудительное удаление горячего и влажного воздуха из внутреннего пространства респиратора 20, в результате чего возникает ощутимый эффект охлаждения.
На фиг. 10 и 11 показано, как вытяжное устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением может использоваться в сочетании с полнолицевой респираторной маской 70. Респиратор 70, изображенный на фиг. 10 и 11, аналогичен полнолицевой респираторной маске многоразового пользования 3М™ 6800 производства 3М Company (Сент-Пол, штат Миннесота, США). Как показано на фиг. 10 и 11, по обе стороны респираторной маски 70 к соответствующим вдыхательным отверстиям 72 прикреплены фильтрующие картриджи 74. Каждое из вдыхательных отверстий 72 имеет вдыхательный клапан (не показан), расположенный на внутренней стороне респираторной маски 70 и открывающийся при совершении пользователем 100 вдоха. Лицевая маска 70 включает также выдыхательный клапан 80, который является одноходовым выдыхательным клапаном с диафрагмой 36, и настраиваемые по длине ремешки (не показаны) для закрепления маски на голове пользователя 100.
Респираторная маска 70 имеет деформируемую прокладку (уплотнение), которая при надетой маске в целом окружает лицо пользователя 100. Хорошее уплотнение необходимо для обеспечения эффективной фильтрации загрязнителей, но при этом может возникать одна серьезная проблема, заключающаяся в накоплении теплого и влажного воздуха внутри респиратора 70, что может вызывать дискомфорт у пользователя 100. Накопление теплого и влажного воздуха может усиливаться по мере повышения интенсивности труда пользователя 100 или при ношении респиратора 70 в течение длительного времени. Накопление теплого и влажного воздуха может происходить из-за попадания выдыхаемого воздуха в полость между респиратором 70 и лицом пользователя 100. Кроме того, для полнолицевой респираторной маски 70 накопление теплого и влажного воздуха может вызывать дополнительную проблему в виде запотевания смотрового стекла.
Как было описано выше, работающее вытяжное устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением выводит порцию воздуха, выдыхаемого пользователем 100, через диафрагму 36 одноходового клапана средства 70 индивидуальной защиты органов дыхания, что значительно повышает уровень комфорта пользователя. На фиг. 10 и 11 показано также, как предлагаемые модификации стандартной полнолицевой респираторной маски 70 позволяют более эффективно управлять потоком воздуха внутри респиратора 70, направив его в нужном направлении, в результате чего обеспечиваются дополнительные преимущества в виде меньшего запотевания смотрового стекла и большего охлаждающего эффекта, испытываемого пользователем 100.
Респираторная маска 70, показанная на фиг. 10 и 11, включает также дополнительный распределительный воздуховод 76, сообщающийся с каждым из вдыхательных отверстий 72. Выходной элемент 78 воздуховода расположен в целом выше линии глаз пользователя 100. Примерный ход потока воздуха через респираторную маску 70 и вытяжное устройство 10 показан стрелками А на фиг. 10 и 11. Как можно видеть на данных чертежах, при совершении пользователем 100 вдоха в респираторе 70 создается отрицательное давление, и во внутреннее пространство маски 70 засасывается воздух через фильтрующую систему, содержащую вдыхательные отверстия 72, фильтрующие картриджи 74, распределительный воздуховод 76, и выходные отверстия выходного элемента 78 воздуховода. После этого вдыхаемый воздух поступает вниз, к носу и рту пользователя 100. При совершении пользователем 100 выдоха "отработанный" воздух выводится вытяжным устройством 10 через диафрагму 36 одноходового выдыхательного клапана респиратора 70. Благодаря наличию такого направленного потока воздуха внутри маски 70, при котором всасываемый более холодный наружный воздух сначала подается в верхнюю часть респираторной маски 70, а затем направляется вниз вдоль смотрового стекла респираторной маски 70 лица пользователя 100, и это обеспечивает эффект усиленного охлаждения для пользователя 100, а также дополнительные преимущества в виде меньшего запотевания смотрового стекла.
Охлаждающий эффект, обеспечиваемый вытяжным устройством 10, дополнительно показан на фиг. 12, где представлены результаты измерения средней температуры внутри фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном в зависимости от напряжения, приложенного к вытяжному устройству 10. Результаты, показанные на фиг. 12, также были получены с помощью стандартного оборудования для испытания средств защиты органов дыхания. Так, респиратор 20 устанавливали на модель головы по Шеффилду, к которой был подключен имитатор дыхания, совершавший задаваемое число вдохов-выдохов (до 50 в минуту) одинаковыми объемами воздуха. Выходной патрубок имитатора дыхания был подключен к герметичному сосуду, в котором содержалось некоторое количество воды и был встроен нагревательный элемент, в результате чего воздух, вырабатываемый имитатором дыхания, подогревался и увлажнялся перед его подачей на модель головы по Шеффилду, на которую был надет испытуемый респиратор 20. Внутри респиратора была помещена термопара, так, чтобы она находилась в непосредственной близости к имитируемым носу и рту пользователя 100. Таким образом, на фиг. 12 показана средняя температура внутри фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном. Показанные значения температуры представляют собой средние значения для 5-минутных интервалов непрерывного теста.
Как можно видеть из данного графика, средняя температура внутри стандартного респиратора в начале теста составляла примерно 32,1°C. Это показано заштрихованным столбиком, самым левым на фиг. 12. Как было описано выше, это объясняется тем, что выдыхаемый воздух должен пройти как через выдыхательный клапан 26 респиратора, так и через вытяжное устройство 10. Для фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, оборудованной комбинированными фильтрами для улавливания твердых частиц, газов и паров, повышение падения давления выдыхаемого воздуха может быть особенно заметно при выключенном вытяжном устройстве 10. Только при подаче напряжения на вытяжное устройство 10 отмечается уменьшение температуры внутри респираторной маски. Для контроля результатов проведенного теста снимали вытяжное устройство и проводили измерения для стандартной фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, для подтверждения того, что температура подаваемого воздуха во время тест оставалась постоянной.
Кроме снижения температуры внутри респиратора 20, использование вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает также существенное снижение концентрации вдыхаемого диоксида углерода внутри респиратора, как показывает график на фиг. 13. Результаты измерений, показанные на данном графике, также были получены с помощью стандартного испытательного оборудования для средств защиты органов дыхания. Испытывали стандартную фильтрующую респираторную полумаску 3М™ 4251 с клапаном, установленную на модель головы по Шеффилду, к которой был подключен имитатор дыхания с устройством для подогрева и увлажнения воздуха, приближающего его по характеристикам к выдыхаемому. Данные испытания проводили в соответствии с процедурой EN 405:2001, разделами 7.14 и 8.8. Как можно видеть из фиг. 13, по мере роста напряжения питания, подаваемого на вытяжное устройство 10 кроме значительного снижения температуры внутри респиратора 20 происходит также значительное снижение измеряемой концентрации диоксида углерода в окрестности носа и рта пользователя.
Это объясняется тем, что вытяжное устройство 10 выводит последнюю порцию воздуха от предыдущего выдоха пользователя 100, в результате чего первой порцией воздуха последующего вдоха является свежий, не использованный для дыхания воздух. И хотя стандартная фильтрующая респираторная полумаска 3М™ 4251 с клапаном сама по себе отвечает строгим требованиям к абсолютному значению концентрации вдыхаемого диоксида углерода, снижение концентрации диоксида углерода во вдыхаемом воздухе, достигаемое за счет использования вытяжного устройства 10, обеспечивает дополнительное повышение комфорта для пользователя.
Принцип работы вытяжного устройства 10 и эффект охлаждения, достигаемый за счет вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением, дополнительно поясняет график на фиг. 14. На фиг. 14 представлены результаты измерения давления внутри стандартной фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, через которую имитатором дыхания пропускался воздух с расходом 30 литров в минут, в сравнении с результатами измерения давления при тех же условиях для фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном с присоединенной к ней вытяжным устройством 10. Данные результаты, опять же, получены с помощью стандартного испытательного оборудования, для фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном, установленной на модель головы по Шеффилду, подключенной к имитатору дыхания.
На фиг. 14 показаны результаты измерения давления внутри респиратора 20, в который пневматический цилиндр подавал воздух, а затем отсасывал его заданными порциями, имитируя дыхательный цикл человека. Для стандартной фильтрующей респираторной полумаски 3М™ 4251 с клапаном давление свыше 0 Па означает фазу выдоха, то есть фазу выдыхания пользователем горячего и влажного воздуха вовнутрь маски 20. Давление ниже 0 Па соответствует фазе вдоха дыхательного цикла, то есть когда более холодный воздух засасывается в респираторную маску 20 из окружающей среды через фильтрующие картриджи 24, 26, показанные на фиг. 1 и 2, для случая маски многоразового пользования, или, например, через фильтрующую часть фильтрующей основы маски респиратора 20 в случае одноразовой маски. Введение в конструкцию вытяжного устройства 10 и подача на него напряжения 2,5 В приводит к явному сдвигу дыхательной кривой в более "холодную" область, то есть в сторону давлений ниже 0 Па. При этом, при данном напряжении питания 2,5 В давление выдоха снижается без увеличения падения давления на вдохе. Можно считать, что оптимальный результат достигается, когда разрежение, создаваемое вытяжным устройством 10, удаляет весь воздух, выдыхаемый пользователем во внутреннее пространство маски. Это происходит, когда давление внутри маски равно нулю или даже ниже нуля при пиковом расходе воздуха, выдыхаемого пользователем, как это и показано на фиг. 14.
Как показано на фиг. 17, использование вытяжного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает значительное снижение концентрации вдыхаемого оксида углерода внутри полнолицевой респираторной маски 70. Данные результаты были получены с помощью стандартного оборудования для испытания средств защиты органов дыхания для полнолицевой респираторной маски 3М™ 6800 многоразового пользования, установленной на модель головы по Шеффилду с подключенным к ней имитатором дыхания. Испытания проводили в соответствии с процедурой EN 136:1998, разделы 7.18 и 8.14. Как можно видеть из фиг. 17, по мере роста напряжения питания, подаваемого на вытяжное устройство 10, кроме значительного снижения температуры внутри респиратора 70 происходит также значительное снижение измеряемой концентрации диоксида углерода в окрестности носа и рта пользователя.
Это объясняется тем, что вытяжное устройство 10 выводит последнюю порцию воздуха от предыдущего выдоха пользователя 100, в результате чего первой порцией воздуха последующего вдоха является свежий, не использованный для дыхания воздух. На фиг. 17 показано также, что если с респиратора снять подмасочник, оставляя вокруг лица пользователя 100 совершенное открытое пространство, определяемое наружными поверхностями респиратора, прижатыми к лицу пользователю только через деформируемую прокладку или уплотнение, то по мере повышения напряжения, подаваемого на вытяжное устройство 10 все равно наблюдаются улучшения в виде меньшей концентрации вдыхаемого диоксида углерода. За счет направления потока воздуха, входящего в респиратор, через распределительный воздуховод 76 и его выходной элемент 78, как было описано выше со ссылками на фиг. 11 и 12, может быть достигнуто дополнительное улучшение работы маски в виде предотвращения запотевания смотрового стекла и усиления эффекта охлаждения, ощущаемого пользователем, и при этом маска, используемая без подмасочника, перевыполняет нормативные требования к содержанию диоксида углерода во вдыхаемом воздухе, что, в частности, увеличивает поле зрения пользователя 100.
Настоящее изобретение допускает различные изменения и модификации без отхода от его масштаба. Так, например, несмотря на то, что в приведенных выше частных примерах описано, как настоящее изобретение может быть реализовано на респираторах, оборудованных комбинированными фильтрами для улавливания частиц, газов и паров, данные примеры ни в коей мере не подразумеваются, как ограничивающие настоящее изобретение, поскольку на практике настоящее изобретение может быть реализовано с любыми респираторными масками отрицательного давления, включая, но не ограничиваясь ими, одноразовые респираторные маски, многоразовые респираторные маски, полумаски, полнолицевые маски, респираторы с капюшонами плотной посадки для защиты от газов и паров.