Устройство индивидуальной защиты
PERSONAL PROTECTION APPARATUS

Изобретение относится к области спасения жизни, в частности к индивидуальным респираторам с принудительной подачей воздуха, предназначенным для использования в загрязненной атмосфере с целью защиты дыхательных органов от ядовитых и вредных веществ, патогенов, пыли и других частиц. Устройство может быть использовано в медицинских целях, в том числе в профессиональной деятельности при оказании медицинской помощи. Устройство также может быть использовано в промышленных или бытовых целях, как средство индивидуальной защиты или портативный носимый очиститель воздуха, средство от распространения вирусов, бактерий и других патогенов, передаваемых в аэрозолях и частицах, содержащихся в составе воздуха. Устройство также может быть использовано как противодымное средство, если применяются соответствующие фильтрующие устройства на устройстве подачи воздуха.
Из уровня техники известны различные устройства защиты дыхательных органов, медицинские маски, респираторы, защитные экраны, при этом, если такие устройства частично прикрывают лицо, то слизистая оболочка глаза и участки кожи остаются незащищенными от попадания внешних частиц, а также при вдохе возникают щели, на вдохе под маской возникают зоны разрежения воздуха, стимулирующие попадание воздуха с патогенами внутрь через щели, что снижает эффективность маски. Аналогично из-за неплотного прилегания на выдохе выдыхаемый воздух выходит через щели и не фильтруется материалом маски.
Недостатком использования полумасок является также необходимость всегда обеспечить плотное прилегание и отсутствие щелей между маской и кожей пользователя. Полумаски не защищают глаза, что создает дополнительную необходимость одновременного ношения защитных очков с маской.
Еще одним недостатком широко используемых масок является использование непрозрачных материалов, затрудняющих голосовое общение и понимание речи наблюдением артикуляции говорящего, что особенно важно для людей с нарушениями слуха. Использование непрозрачных материалов также создает препятствия для эффективной коммуникации в силу частичного скрытия лица человека, что особенно важно для сферы услуг.
Еще один недостаток - тканный материал, из которого сделана маска, намокает из-за влажности, содержащейся в выдохе пользователя. Электростатические свойства фильтрующего материала в результате намокания теряются, и фильтрующие свойства масок ухудшаются за несколько часов. Для масок и респираторов без клапана выдоха рекомендованная продолжительность ношения обычно около 4 часов, а для респираторов с клапаном выдоха продолжительность ношения до 8 часов. При этом, если в маске или респираторе установлен клапан выдоха, это означает отсутствие фильтрации выдыхаемого пользователем воздуха, то есть сохраняется опасность распространения инфекции, если пользователь сам является ее носителем.
Устройства, выполненные в виде защитного экрана или шлема открытого типа (без уплотнителя между экраном и лицом), защищают только от прямого попадания частиц в защитный экран, при этом сохраняется высокая вероятность проникновения микрочастиц в обход экрана в результате порыва ветра или турбулизации потока при глубоком вдохе или быстром движении и не обеспечивает защиту от вирусов, аэрозолей и других вредных веществ, переносимых воздушным потоком.
Из патента US 2017080262A1 (дата приоритета: 18.09.2015) известно устройство «Method And Apparatus For Communication Enhanced Air Filtration Mask». Недостатком указанного технического решения является отсутствие какого-либо вентилятора и источника диодного излучения в техническом решении, а также наличие в устройстве внешнего дополнительного устройства модуля связи. При этом, в техническом решении при использовании микрофона не предусмотрены возможности для снижения уровня шума от потока воздуха при записи голоса.
Прототипом заявляемого технического решения является «ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО», известное из патентного документа RU 2736142 С1 (дата приоритета: 03.06.2020), описывающее индивидуальное защитное устройство из прозрачного защитного экрана, узла крепления, уплотнителя, узла подачи фильтрованного воздуха с источником питания, выполненного в виде фильтрующего элемента и вентилятора, и узла вывода воздуха в виде клапана с фильтрующим элементом. Недостатком указанного технического решения является компоновочное решение в целом, а также использование узла вывода воздуха, что требует увеличения габаритов конечного изделия, утяжеляет конструкцию и делает ее некомфортной для использования пользователем-ребенком, а также увеличивает расход заряда источника питания. Еще одним недостатком используемого фильтра являются его значительные габариты, требующиеся для дезинфекции воздуха ультрафиолетовыми светодиодами.
Техническая проблема, решаемая в данном изобретении, состоит в необходимости улучшения прочностных и эксплуатационных характеристик устройства индивидуальной защиты с прозрачным экраном в длительном использовании за счет уменьшения расхода заряда источника питания и повышения прочности конструкции, а также обеспечения достижения необходимого эффекта защиты и без плотного прилегания к передней части головы пользователя, более комфортного использования средства за счет отказа от клапана или иного ограничивающего устройства вывода воздуха, а также применения средств трансляции звука и активного шумоподавления, использования гибкого материала для изготовления корпуса, использования сменных манжет, возможности использования сменных визоров и визоров с различными покрытиями, в том числе электрохромными.
Известные из уровня техники технические решения не обеспечивают надежную и достаточно простую конструкцию устройства индивидуальной защиты, которая могла бы быть реализована на современном уровне техники.
Технический результат патентуемого изобретения заключается в реализации конструкции устройства индивидуальной защиты с защитным экраном, который может быть частично или полностью прозрачным, без использования узла вывода воздуха с фильтрующим элементом и обратным клапаном.
Указанный технический результат достигается за счет конструкции устройства индивидуальной защиты, состоящей из защитного экрана и узла подачи фильтрованного воздуха с системой принудительной вентиляции, позволяющей постоянно выводить воздух наружу через по крайней мере одно отверстие, тем самым позволяя сдерживать распространение инфекций, передающихся воздушно-капельным путем, защищать дыхательные органы, глаза, слизистые оболочки, кожу от иного вредного воздействия, в том числе от ультрафолета и других факторов.
3
3
Указанный технический результат достигается также за счет организации движения воздушных потоков в пространстве между лицом пользователя и визором средства, при котором в этом пространстве поддерживается избыточное давление воздуха, не затрудняющее газообмен при дыхании, что обеспечивается скоростью нагнетания воздуха от 1 м/час до 12 м/час.
Указанный технический результат также достигается путем применения дополнительного узла фильтрации воздуха, в котором применяется фильтр, например типа HEPА. В отличие от известных средств, узел фильтрации воздуха обеспечивает двухстороннее прохождение воздушных масс и предназначен не только для фильтрации выдыхаемого воздуха, но и для дополнительной подачи очищенного воздуха извне. Такая дополнительная подача становится необходимой, если пользователь интенсивно использует большое количество воздуха, что позволяет разгрузить мощности основной фильтрующей установки.
Защитный экран выполнен из пластика (например, поликарбоната, полипропилена, полиэтилентерефталатгликоля и т.п.) или иного прозрачного материала. Материал экрана обеспечивает возможность нанесения дополнительных покрытий, в том числе антиабразивного или антифог покрытия, солнцезащитной, атермальной, олеофобной, зеркальной, светоотражающей или пленки. Защитный экран может быть полностью прозрачным, частично декоративной прозрачным (например, менять степень пропускания света в зависимости от времени, температуры), может быть разделен на различные области, обладающие разной прозрачностью.
Защитный экран может быть оснащен электрохромным покрытием, позволяющим регулировать степень затемнения (тонировки) защитного экрана, обеспечивая приватность пользователя так, что его лицо не видят другие, и лицо не может быть распознано камерами видеонаблюдения.
Защитный экран снабжен уплотнителем, выполненным из пластичного гибкого материала, не вызывающего раздражения кожи и волос и расположенного по линии соприкосновения между лицом пользователя и защитным экраном с возможностью изменения своего объема для обеспечения прилегания устройства к лицу пользователя, а также по линии соприкосновения между узлом подачи воздуха и защитным экраном. Защитный экран выполнен в виде сменного элемента конструкции и может быть заменен. Уплотнитель выполнен подминаемым и принимает форму лица, в то же время обеспечивать изоляцию внутреннего пространства между экраном и лицом пользователя не требуется, поскольку создаваемое во внутреннем пространстве избыточное давление позволяет обеспечить невозможность проникновения внешних воздушных масс под экран и смешения их с фильтрованным воздухом окололицевой зоны.
Узел подачи фильтрованного воздуха может быть расположен в любой части защитного экрана и состоит из по крайней мере одного устройства наддува (например, вентилятора и др.), по крайней мере одного фильтра, по крайней мере одного отверстия вывода воздуха и источника питания. Узел подачи фильтрованного воздуха обеспечивает фильтрацию вдоха и принудительную вентиляцию, позволяющую постоянно выводить воздух через отверстие вывода воздуха наружу, тем самым позволяя сдерживать распространение инфекций, передающихся воздушно-капельным путем и предотвращая поступление загрязненного воздуха извне в прилицевую зону.
3
3
Производительность узла подачи фильтрованного воздуха обеспечивает преодоление сопротивления фильтрующего элемента, что делает дыхание более легким, чем в традиционных средствах защиты. Производительность узла подачи фильтрованного воздуха находится в диапазоне 1 м/час до 12 м/час. Минимальная производительность задана показателем среднего расхода воздуха при дыхании взрослого человека, а оптимальная максимальная производительность определена экспериментальным путем.
Узел подачи может быть конструктивно реализован отдельно от экрана, при этом подача воздуха в прилицевую зону будет обеспечиваться воздуховодами.
Узел подачи фильтрованного воздуха может быть дополнительно оборудован двусторонним фильтром, устанавливаемым в отверстие вывода воздуха.
Узел подачи фильтрованного воздуха может быть дополнительно оборудован источником ультрафиолетового излучения. Фильтр может быть одноразовым или допускающим неоднократное использование. Устройство позволяет реализовать как дезинфекцию поверхности фильтра, так и дезинфекцию воздуха по аналогии с ультрафиолетовыми облучателями-рециркуляторами.
Источник питания может быть встроенным или внешним.
Узел подачи фильтрованного воздуха может быть оборудован устройствами крепления конструктивных элементов, при чем такие крепления могут обеспечивать быстросъемные соединения (защелки, соединения типа «шип-паз» и др.), что обеспечивает возможность замены отдельных элементов устройства защиты по желанию пользователя - для индивидуализации или ремонта.
Благодаря конструкции устройство обладает инновационной системой организации движения воздушных потоков в пространстве между маской и лицом с использованием нагнетаемого устройством наддува избыточного давления внутри этого пространства, при этом обеспечивая достаточный воздухообмен и выпуск воздуха без всасывания наружного воздуха и в отсутствие узла вывода воздуха с фильтрующим элементом и обратным клапаном.
Создание избыточного давления между экраном и лицом пользователя позволяет снизить требования по плотности прилегания маски к лицу и избежать проблем с кожей, что в свою очередь позволит обеспечить длительное ношение маски, кроме того предотвращает попадание нефильтрованного воздуха, содержащего ядовитые и вредные вещества, вирусные инфекции, пыль и другие частицы, в область носа, рта и слизистой оболочки глаза пользователя и, следовательно, обеспечивает увеличение степени защиты пользователя.
Характеристики узла фильтрации подбираются таким образом, чтобы минимальное создаваемое давление внутри защитного экрана превосходило сопротивление фильтрующего элемента. Например, для фильтрующего элемента типа НЕРА 13, такое давление составляет от 100 Па. Максимальное давление при этом не ограничивается и обусловлено только производительностью узла фильтрации.
Устройство может быть оборудовано несущей рамкой, которая представляет собой дополнительный силовой элемент, который обеспечивает прочность всей конструкции устройства индивидуальной защиты в продольном и поперечном сечении, надежность крепления маски к голове пользователя и плотность прилегания. Несущая рамка может быть выполнена из прозрачного или непрозрачного материала, например, пластика, карбона или аналогичных материалов. Несущая рамка может состоять из одного или нескольких конструктивных элементов для создания различных типоразмеров (например, нижняя или боковые части могут быть выполнены съемными и заменяемыми). Несущая рамка может быть выполнено конструктивно единым элементом с устройством подачи фильтрованного воздуха. Несущая рамка может быть выполнена из гибкого и полупрозрачного материала с заданным уровнем жесткости для более комфортного использования и снижения рисков поломки при транспортировке.
Устройство может быть оборудовано датчиком Bluetooth и NFC антенной для включения, настройки режима работы (управления потоками воздуха, оборотами устройства наддува воздуха, расходованием питания), определения уровня заряда с использованием внешнего устройства (например, через мобильное приложение).
Устройство может быть оборудовано датчиками температуры тела и воздуха, датчиком чистоты воздуха (как внешнего, так и внутреннего), воздушным датчиком кислорода и углекислого газа, датчиком дыма и другими датчиками, используемыми для мониторинга безопасности окружающей среды на рабочем месте пользователя.
Устройство может быть оборудовано датчиком сердцебиения, оксигенации и другими датчиками, используемыми для мониторинга здоровья пользователя.
Устройство может быть оборудовано бесконтактным датчиком (Proximity Sensor), за счет которого устройство наддува автоматически начинает работу при надевании на голову и автоматически выключается при снятии устройства, что позволяет экономить заряд источника питания и избежать случайного включения устройства при транспортировке.
Устройство может осуществлять передачу сведений об использовании устройства пользователем в облачное хранилище. На основе этих данных пользователю устройства могут предлагаться различные рекомендации (безопасное поведение в публичных местах, зарядка устройства, своевременная замена расходных материалов и комплектующих).
Устройство может быть оборудовано микрофонами и камерами открытого или скрытого типа для записи происходящего на встроенное хранилище или с одновременной ретрансляцией на внешнее хранилище по проводному или беспроводному протоколу.
При оборудовании устройства микрофоном может быть добавлен второй микрофон для отсеивания шума от устройства наддува и потока воздуха из записываемого голоса.
Устройство может быть дополнительно оборудовано любым средством крепления, разъемом USB, датчиками внешней среды (температуры, влажности и др.), электронном устройством для отображения текстовой и графической информации, световой индикацией, системой шумоподавления, активного шумоподавления и др.
Устройство может быть оборудовано также портами или диффузором для подачи различных веществ в область, расположенную за защитным экраном (например, трубочка для питья, впрыск ароматизатора, впрыск дезинфицирующего вещества).
Устройство со светоотражающим покрытием может быть оснащено проекционным дисплеем для вывода на защитный экран дополнительной информации в режиме реального времени.
Устройство может быть оборудовано по меньшей мере одной видеокамерой.
Устройство может быть оборудовано зарядным устройством, обеспечивающим беспроводную зарядку элементов питания узла фильтрации.
Время работы устройства может неограниченно продлеваться при использовании внешнего источника питания.
Устройство закрепляется на голове пользователя, таким образом, чтобы уплотнитель по возможности прилегал по всему периметру к лицу пользователя. Далее пользователь включает устройство наддува, которое обеспечивает подачу воздуха в пространство между лицом пользователя и защитным экраном, создавая избыточное давление. Воздух через узел подачи фильтрованного воздуха при помощи устройства наддува из внешнего пространства через фильтрующий элемент, где происходит его очистка от различных загрязнений, попадает в герметичное пространство между лицом пользователя и защитным экраном. Из герметичного пространства воздух выходит наружу через отверстие в несущей рамке. Таким образом, конструкция устройства защиты образует систему подачи и распределения воздуха, что позволяет пользователю дышать при эксплуатации устройства.
Конструкция имеет общий вес от 200 до 400 гр.
Возможность получения при осуществлении изобретения технического результата подтверждается следующим образом:
3
Конструкция имеет прозрачный защитный экран, выполненный из монолитного поликарбоната толщиной 1,2 мм с двухсторонним антиабразивным и антифог покрытием, уплотнителем в виде полоски из силикона, имеющей плоскость поперечного сечения в виде круга, расположенный по периметру между лицом пользователя и защитным экраном, между узлом подачи воздуха и защитным экраном с возможностью изменения своего объема для обеспечения плотного прилегания, узел подачи фильтрованного воздуха, состоящий из одного вентилятора 50×50 мм на магнитном подшипнике, создающего воздушный поток до 7,2 м/час, источника ультрафиолетового излучения для дезинфекции в виде стерилизатором поверхности фильтра UV-C-LED с длиной волны 280 нм, съемного фильтра НЕРА13 (улавливает частицы размером до 0.1 мкм с эффективностью до 99,9%), допускающего неоднократное использование, одного отверстия вывода воздуха и перезаряжаемого источника питания, обеспечивающего автономную работу в течение 3-8 часов. Время работы продлевается при использовании внешнего источника питания.
Коротковолновое ультрафиолетовое излучение при длительном воздействии ДНК вирусов и бактерий, при этом не производится ОЗОН и другие ядовитые газы, опасные для человека.
Устройство оборудовано датчиком Bluetooth и NFC антенной для безконтактного включения, управления потоками воздуха и питанием с использованием мобильного приложения.
Конструкция имеет общий вес 380 гр. и дополнительно оснащена средством крепления в виде мягкого ремня из неопрена и разъемом USB Туре-С для зарядки устройства во время использования.