Устройство для защиты органов дыхания и принцип его работы
DEVICE FOR RESPIRATORY PROTECTION AND PRINCIPLE OF OPERATION THEREOF

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты организма человека в целом и органов дыхания в условиях теплового дискомфорта при низких и пониженных, повышенных и высоких температурах, а также для возврата теряемой с дыханием влаги с комплексной очисткой вдыхаемого воздуха от пыли, взвеси, пыльцы растений, бактерий, вирусов и газовых примесей.
Известна маска для защиты органов дыхания от холода, содержащая корпус из материала с низкой теплопроводностью, в котором выполнено отверстие для вдоха и выдоха, патрон с теплообменником из материала с высокой теплопроводностью, сообщенным с отверстием для вдоха и выдоха и теплоизолирующим элементом, размещенным на выходе теплообменника и выполненным в виде противопылевого фильтра. (Патент РФ №2167689, кл. А62В 18/02, 7/10, з. 18.04.2000, оп. 27.05.01).
Недостатками известной маски являются ее низкая эффективность, обусловленная отсутствием разделения потоков вдыхаемого и выдыхаемого потоков воздуха и двойной потерей тепла при теплообмене этих потоков с теплообменником, и связанные с этим ограниченные функциональные возможности и неудобство эксплуатации.
Известна тепловая маска, содержащая эластичный (резиновый) корпус с носовым пазом и выступающей наружу частью с центральным отверстием, не менее чем одну перфорированную оболочку (сетку), выполненную в виде теплообменника из нескольких сетчатых элементов из теплоемкого материала, например металла, а также включающая ленточные элементы из теплоемкого материала, например металла, а также включающая ленточные элементы крепления маски. (Патент Финляндии №49241, кл. А62В 7/00, 1975 г.).
К недостаткам маски относятся наличие стягивающего крепления, вызывающего повышенное локальное давление на кожу лица, что, в сочетании с корпусом, выполненным из полимерного материала со значительной теплопроводностью, способствует обморожению лица в местах контакта.
Известна маска для защиты органов дыхания и лица от холода, содержащая корпус с носовым пазом и выступающей наружу частью с центральным отверстием, не менее чем одну перфорированную оболочку, выполненную в виде теплообменника из нескольких сетчатых элементов из теплоемкого материала, и ленточные элементы для крепления маски, при этом корпус выполнен из текстильного материала, по контуру центрального отверстия выполнен опорный буртик, а элементы крепления маски выполнены в виде двух ленточных пар, соединенных симметрично попарно и в одной плоскости с корпусом с обеих его сторон с возможностью соединения и разъединения свободных концов лент, их перегиба и образования крепления по типу пращевидной повязки (патент РФ №2039582, кл. А62В 7/00, 18/02, з. 09.06.92, оп. 20.07.95).
Недостатком известного устройства является его невысокая эффективность, обусловленная тем, что нагрев вдыхаемого холодного воздуха происходит за счет тепла, аккумулированного перфорированной оболочкой при выдохе, количества которого явно недостаточно для заметного нагрева холодного воздуха, т.к. сетчатые элементы не скреплены между собой по всему объему и каналы для прохождения воздуха не совсем «организованы», из-за чего часть тепла выдыхаемого человеком воздуха теряется на нагрев самого устройства. Кроме того, она не очень удобна в эксплуатации из-за того, что крепление к лицу производится на верхней части головы и за шею.
Известен элемент, имеющий форму и размеры, повторяющие форму и соотношение размеров нижней части лица, и содержащий на внутренней поверхности центральное отверстие для рабочего дыхания чехол из текстильного материала, не представляющего пневматического сопротивления потокам воздуха, в котором размещен вкладыш из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, образующих теплообменную поверхность в виде изогнутого наружу переменным радиусом пакета толщиной от единиц до десятков миллиметров, причем радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, для обеспечения теплового баланса организма (патент РФ №2266765, МПК: А62В 18/02, 7/10 от 11.10.04).
Недостатком известного элемента является то, что его эксплуатационные возможности несколько ограничены. Он обеспечивает только тепловое равновесие организма в условиях от минимальной до средней физической нагрузки и склонен к перегреву человека до потовыделения с увлажнением одежды на холоде.
Известен прибор независимого теплового комфорта организма человека, имеющий форму и размеры, повторяющие форму и соотношение размеров нижней части лица, и содержащий секцию из имеющего на внутренней поверхности центральное отверстие для рабочего дыхания чехла из текстильного материала, не представляющего пневматического сопротивления потокам воздуха, в котором размещен вкладыш в виде внутренней секции из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, пропитанных затвердевающим компаундом и образующих теплообменную поверхность в виде изогнутого наружу переменным радиусом пакета толщиной от единиц до десятков миллиметров, причем радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, при этом прибор дополнительно содержит последовательно расположенные во вкладыше поверх внутренней секции и образующие с ней единый теплоблок среднюю самоувлажняющуюся секцию, которая выполнена из сетчатых элементов, и внешнюю секцию из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, пропитанных затвердевающим компаундом, при этом сетчатые элементы каждой из секций выполнены из натуральных тканей, каждая из секций образует теплообменную поверхность в виде изогнутого наружу переменным радиусом пакета толщиной от единиц до десятков миллиметров, причем радиус изгиба и площадь внешней поверхности секции больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, а площадь каждой последующей секции больше площади предыдущей, толщина набора сетчатых элементов в каждой секции и воздушных промежутков между ними составляет несколько миллиметров, причем параллельно рабочему каналу для дыхания, включающему центральное отверстие, имеется дополнительный регулятор снижения коэффициента полезного действия (патент РФ №2342963. Заявка: 2007113310/12. 09.04.2007, МПК: А62В 18/02, А62В 7/10 - прототип).
Основными недостатками являются следующие.
Полный объем микроканала превышает объем его протока и поэтому тупиковые участки не могут быть полностью провентилированы, следовательно, часть молекул воды в концентрации своих микроучастков остается в микроканалах и определяет остаточное «увлажнение» или «запыление» соответствующих сеточных элементов самоувлажняющейся секции (СуС). Каждый раз, в первые минуты применения прибора теплового комфорта с непропитанной секцией, она начинает задерживать влагу из выдыхаемого воздуха и накапливать ее в порах нитей сетчатых элементов. Наиболее интенсивно этот процесс происходит во внутренних элементах, расположенных в зоне теплого воздуха со 100-процентной относительной влажностью. Первые сетчатые элементы понижают влажность потока и препятствуют быстрому увлажнению других, т.е. скорость и степень увлажнения следующих элементов быстро падают и на удалении в несколько миллиметров несущественны. Глубина увлажнения непропитанной секции с течением времени увеличивается, но скорость продвижения увлажнения секции все время снижается, и, наконец, увлажнение прекращается, поскольку первые элементы начинают с вдыхаемым потоком возвращать влагу в органы дыхания. На поверхности прибора образуется конденсат из-за перепада температур теплого пакета материалов секции прибора и холодного воздуха внешней среды.
Кроме того, указанный прибор не защищает шею. Мягкий текстильный шарф не всегда может быть фиксирован в нужном положении, и может быть потенциальный зазор между шеей и шарфом. В этом случае тепло будет вдуваться под шарф и направленно передаваться строго на грудь и спину, но в условиях низких температур этого явно недостаточно, чтобы прогревать одежду, причем одновременно с прогреванием происходит увлажнение одежды с уменьшением ее теплоизоляции.
Совокупность указанных недостатков не позволяет обеспечить комфортные условия для длительного пребывания человека в указанном приборе для защиты органов дыхания в условиях низких температур.
Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и создание устройства для защиты органов дыхания, применение которого позволит обеспечить комфортные условия длительного пребывания человека в условиях низких температур.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенное устройство для защиты органов дыхания, согласно изобретению, выполнено в виде многослойной тканевой оболочки с лицевой, боковыми и тыльной частями, содержащей наружный и внутренний слои с размещенной между ними слоем утепленной прокладки, при этом наружный слой выполнен из эластичного материала, преимущественно, трикотажного полотна, плотно охватывающего части головы человека с органами дыхания, внутренний слой выполнен из пакета материалов, содержащего подкладочный шелк с отражающим напылением, утепленную прокладку с натуральной шерстью и внутренний слой в виде мягкой подкладки из антибактериальной ткани, обладающей санитарно-гигиеническими и физиологическими свойствами, при этом в лицевой части упомянутой оболочки, напротив носа и рта, установлен теплообменник в виде теплорекуперирующего элемента из сетки, расположенный внутри каркаса из морозостойкой пластмассы в виде объемного треугольного выступа, открытого спереди, при этом две боковые стороны теплообменника образуют овал, нижняя поперечная сторона - прямую линию, при этом по линии обтюрации каркас загнут с образованием бортика по периметру каркаса шириной 1,2-1,5 см, причем бортик закрыт мягкими материалами подкладки и утеплителя.
Для использования предложенного устройства предложен принцип его работы, при применении которого, согласно изобретению, упомянутое устройство надевают на голову человека, подгоняют по размеру и закрывают органы дыхания от воздействия окружающей среды, причем обеспечивают возможность дыхания носом и (или) ртом, после чего, при выдохе использованного воздуха с температурой тела человека нагревают теплорекуперирующий элемент устройства, выполненный в виде объемного треугольного выступа в виде сетки из стали с морозостойким пластмассовым каркасом, открытым спереди, затем, за счет аккумулированного при выдохе тепла сеткой из стали с морозостойким пластмассовым каркасом, производят нагрев поступающего внутрь устройства и органов дыхания воздуха, причем одновременно или с некоторой задержкой по времени за счет внутреннего слоя, выполненного в виде мягкой подкладки из антибактериальной ткани, обладающей санитарно-гигиеническими и физиологическими свойствами, производят очистку воздуха от посторонних примесей и болезнетворных бактерий, при этом при помощи фильтра из бактерицидных волокон, расположенного между покровным трикотажным слоем и морозостойким пластмассовым каркасом сетки теплорекуперирующего элемента удаляют конденсат, что повышает санитарно-гигиенические и физиологические свойства полумаски.
В варианте выполнения, наружный слой выполнен из трикотажа.
В варианте выполнения, на каркасе сетки теплообменника, под покровным материалом расположен бактерицидный ионообменный сорбционный материал
В варианте выполнения, периферийные части оболочки соединяются между собой при помощи застежки, расположенной в боковой или в тыльной частях и позволяющей изменять размер оболочки.
В варианте выполнения, застежка выполнена в виде текстильной застежки велькро.
В варианте выполнения, утепленная прокладка выполнена на основе оленьей шерсти.
В варианте выполнения, утепленная прокладка выполнена на основе оленьей шерсти, при этом содержание оленьей шерсти составляет не менее 25%.
В варианте выполнения, внутренняя поверхность теплообменника повторяет форму носа человека или эквидистантна ей.
В варианте выполнения, вокруг каркаса и в районе щек расположена прокладка в виде многоугольника, содержащая тонкую полиэфирную ткань, на которую нанесен металлический отражательный слой вакуумным способом для отражения лучистой составляющей теплопродукции человека обратно на лицо, утеплитель с оленьей шерстью и антибактериальная ткань для медицинской одежды.
Сравнительные испытания предложенного полноразмерного устройства с существующими показали следующее:
- существующие устройства и полумаски защищают от воздействия холода только дыхательные органы, поскольку не закрывают мягкие ткани лица и шею;
- существующие устройства и полумаски требуют сложной технологической базы и разнообразных материалов, включая дорогостоящий натуральный мех определенной толщины и густоты волос для обтюрации полумаски, что связано с повышением цен;
- предложенное устройство для защиты органов дыхания изготовлено из доступных материалов: трикотажного полотна, плотно обтягивающего лицо и шею, утепленной прокладки с натуральной шерстью, с мягкой подкладкой из антибактериальной ткани с высокими санитарно-гигиеническими и физиологическими свойствами, качественной нержавеющей сетки на морозостойком пластмассовом каркасе, хорошо защищающем теплообменную сетку, полностью закрывает и защищает от холода нос, рот, мягкие ткани лица и шею, удобна в эксплуатации и уходе, прочная по конструкции, легко регулируется по размеру посредством текстильной застежки велкро; плотный трикотажный материал полумаски хорошо защищает теплообменный элемент от механических повреждений во время носки и хранения, не требуя специальной твердой тары для хранения,
- благодаря конструкции и материалам, в предложенном устройстве для защиты органов дыхания не образуется конденсат, как в известных существующих устройствах и полумасках.
- благодаря оптимальной конструкции и материалам, предложенное устройство имеет гораздо меньшую себестоимость изготовления, поэтому намного дешевле и доступней для потребителей, чем известные.
Сущность изобретения иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 показан внешний вид человека в предложенном устройстве, на фиг. 2 показано устройство в собранном состоянии, фото, на фиг. 3 показано устройство в исходном состоянии, фото, на фиг. 4 - показан теплообменник.
Предложенное устройство для защиты органов дыхания выполнено в виде многослойной тканевой оболочки с лицевой, боковыми и тыльной частями, содержащей наружный 1 и внутренний 2 слои с размещенным между ними слоем утепленной прокладки. Наружный слой 1 выполнен из эластичного материала, преимущественно, трикотажного полотна, плотно охватывающего части головы человека с органами дыхания. Внутренний слой 2 выполнен из пакета материалов, содержащего подкладочный шелк с отражающим напылением, утепленную прокладку с натуральной шерстью и внутренний слой в виде мягкой подкладки из антибактериальной ткани, обладающей санитарно-гигиеническими и физиологическими свойствами. В лицевой части упомянутой оболочки, напротив носа и рта, установлен теплообменник в виде теплорекуперирующего элемента из сетки 3, расположенный внутри каркаса 4 из морозостойкой легкой пластмассы в виде объемного треугольного выступа, открытого спереди. Две боковые стороны теплообменника образуют овал, нижняя поперечная сторона -прямую линию, при этом по линии обтюрации каркас загнут с образованием бортика по периметру каркаса шириной 1,2-1,5 см, причем бортик закрыт мягкими материалами подкладки и утеплителя. Периферийные части оболочки соединяются между собой при помощи застежки 5, расположенной в боковой или в тыльной частях и позволяющей изменять размер оболочки.
Предложенное устройство используется следующим образом. Устройство надевают на голову человека, подгоняют по размеру при помощи застежки 5 и закрывают органы дыхания от воздействия окружающей среды, причем обеспечивают возможность дыхания носом и (или) ртом. При выдохе использованного воздуха с температурой тела человека, нагревают теплорекуперирующий элемент устройства, выполненный в виде объемного треугольного выступа в виде сетки 3 с морозостойким пластмассовым каркасом 4, открытым спереди. За счет аккумулированного при выдохе тепла сеткой 3 с морозостойким пластмассовым каркасом 4, производят нагрев поступающего внутрь устройства и органов дыхания воздуха. При помощи фильтра из ионообменных сорбционных бактерицидных волокон, расположенного между покровным трикотажным слоем и морозостойким пластмассовым каркасом сетки теплорекуперирующего элемента удаляют конденсат и производят очистку воздуха от посторонних примесей и болезнетворных бактерий.
Использование предложенного технического решения позволит создать устройство для защиты органов дыхания, применение которого позволит обеспечить комфортные условия длительного пребывания человека в условиях низких температур.