ТЕПЛОВАЯ ШЛЕМ-МАСКА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ И ЛИЦА ОТ ХОЛОДА

Полезная модель относится к средствам индивидуальной тепловой защиты органов дыхания и лица человека от холода и обеспечивает тепловую обработку (нагрев или охлаждение), увлажнение вдыхаемого воздуха для создания наиболее благоприятных условий жизнедеятельности человека, а также может обеспечивать очистку воздуха от крупных пылевидных частиц. Она может быть использована в условиях воздушной среды с нормальным давлением при действии низких и высоких температур, а также в условиях измененного барометрического давления и газового состава среды (в атмосфере, пригодной для дыхания). Наиболее целесообразным является использование в условиях холодной погоды, при снегопадах и сильном ветре, например, в континентальной части и северных регионах нашей страны, в Арктике, Антарктике а также в горах на больших высотах.
Известен элемент для обеспечения теплового баланса организма, описанный в одноименном патенте РФ №2266765, кл. А62В 18/02, 7/10, з. 11.10.04, оп. 27.12.05.
Известный прибор содержит 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.
Недостатком известного прибора 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. Кроме того, он неудобен в носке, так как не имеет тканевых крепежных элементов облегчающих крепление маски на лице, и представляет собой теплообменный блок с креплением на лице резинками. Известен прибор независимого теплового комфорта организма человека, описанный в п. РФ №2342963 по кл. А62В 18/02, 7/10, з. 09.04.2007 г., оп. 10.01.2009 г.
Известный 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 дыхания чехла из текстильного материала, в котором размещен вкладыш в виде внутренней секции из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, среднюю секцию из сетчатых элементов и внешнюю секцию из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, пропитанных затвердевающим компаундом. Сетчатые элементы каждой из секций выполнены из натуральных тканей. Каждая секция образует теплообменную поверхность. Недостатком прибора теплового комфорта является неудобство его использования, обусловленное тем, что его конструкция фактически представляет собой «базовый» теплоблок для тепловой маски, не защищая голову от холода.
Известна тепловая маска, описанная в п. РФ №2039582 по кл. А62В 7/00, 18/02, з. 09.06.1992 г., оп. 20.07.1995 г.
Известная маска содержит корпус из текстильного материала (ткани), в центральной части которого расположена выступающая часть с центральным отверстием, по контуру которого выполнен опорный буртик, к которому с внутренней или внешней стороны крепятся на ворсовых текстильных застежках сетчатые перфорированные теплоемкие оболочки. Элементы крепления в маске типа двух ленточных пар обеспечивают возможность крепления на головке по типу пращевидной повязки. Выполнение маски из ткани позволяет легко складывать и переносить ее. Наличие съемных вкладышей перфорированных оболочек позволяет изменять степень рекуперации и тепловой обработки воздуха.
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». При этом недостатком описанной маски является также намокание вкладышей за счет образования конденсата и значительное сопротивление дыханию Кроме того, она не очень удобна в эксплуатации из-за того, что крепление к лицу производится на верхней части головы и за шею.
Известна маска для дыхания, представленная в одноименном п. РФ №2354424 по кл. А62В 18/02, 23/02, з. 22.11.20017 г., оп. 10.05.2009 г.
Известная маска для дыхания, содержащая корпус с отверстием для дыхания через рот, выполненный из тонкого слоя нитевидного влагостойкого материала, не представляющего сопротивления потокам воздуха, и вкладыш из сетчатых элементов толщиной от единиц до десятков микрон, пропитанных 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 больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности с образованием расширяющихся микроканалов теплообменной поверхности, и снабженная ленточками из тесьмы для закрепления на голове человека, отличающаяся тем, что вкладыш состоит из нескольких расположенных последовательно, считая от наружного слоя, следующих чередующихся функциональных слоев: первого турбулентного, второго турбулентного, первого разгонного, первого мембранного, третьего турбулентного слоя, второго разгонного слоя, второго мембранного, четвертого турбулентного и пятого турбулентного слоев, при этом первый и пятый турбулентные слои выполнены из ткани типа «синтепон», второй -четвертый турбулентные слои выполнены из марли, пропитанной водой, мембранные слои - из марли, пропитанной компаундом, разгонные слои - из синтетического трикотажа, а в качестве компаунда использован водный раствор сахара и крахмала, причем плотность компаунда изменяется по высоте слоя.
Недостатком прибора теплового комфорта является неудобство его использования, обусловленное тем, что его конструкция фактически представляет собой «базовый» теплоблок для тепловой маски.
Известна тепловая маска, описанная в финском патенте №49241, кл. А62В 7/00, 1975 г. Известная маска содержит 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.
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. Кроме того, такая маска не защищает от холода голову.
Известна маска для защиты органов дыхания от холода, описанная в патенте РФ №2167689, кл. А62В 18/02, 7/10, з. 18.04.2000, оп. 27.05.01.
Известная маска содержит 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.
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 маска для защиты органов дыхания от холода, описанная в п. РФ №1256077 «Рекуператор и маска для защиты органов дыхания человека от холода» по кл. А62В 18/02, з. 11.07.2012 г., оп. 11.07.2012 г..
Известная маска выполнена в виде головного убора, закрывающего полностью голову, а также частично шею, в котором выполнены вырез для глаз, задний вырез и центральное отверстие, предназначенное для закрепления на контуре отверстия рекуператора. Рекуператор выполнен в виде ракушки из эластичного материала, обеспечивающей герметизацию зоны контакта ракушки с лицевой частью вокруг рта и носа. В ракушке предусмотрены симметрично расположенные дыхательные отверстия с перегородками, а над дыхательными отверстиями выполнены прикрывающие указанные отверстия элементы, образующие с внешней поверхностью ракушки воздухозаборники, открывающиеся ниже дыхательных отверстий. Перегородки дыхательных отверстий соединены с элементами ребрами жесткости.
Надеваемый поверх маски над отверстием в ней для дыхания крепится так называемый рекуператор. При этом работа маски основана на процессе рекуперации тепла: в холодный вдыхаемый воздух подмешивается теплый выдыхаемый воздух, сохраненный во внутреннем объеме ракушки. Сохранение теплого воздуха, а также правильное смешивание обеспечивается за счет расположения дыхательных отверстий 2 в маске, а также элементами 4, образующими воздухозаборники и прикрывающими дыхательные отверстия 4 от прямого воздействия ветра. Перегородки 3 добавляют жесткости эластичному рекуператору, а также способствуют задерживанию части выдыхаемого теплого воздуха. Между перегородками 3 и элементами 4 выполнены ребра жесткости для удерживания элементов 4 на соответствующем расстоянии от внешней поверхности ракушки 1.
Недостатки известной маски заключаются в том, что она, во - первых, малоэффективна в части тепловозврата, поскольку в ней нет теплообменника, как такового, а так называемый рекуператор является не чем иным, как полостью для смешения вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Применение в этом случае термина «рекуператор» в отношении данной маски некорректно, так как, по определению, рекуператор предполагает передачу тепла через разделяющую стенку без прямого контакта нагревающего и нагреваемого потоков воздуха: в данном случае происходит смешение потоков. При этом тепловой эффект достигается за счет подмеса части (25%) теплого выдыхаемого воздуха к холодному вдыхаемому. Между тем, подмес части выдыхаемого воздуха во вдыхаемый приводит к повышению концентрации углекислого газа в подмасочном пространстве, вызывает дискомфорт и может привести к ухудшению самочувствия организма. Во - вторых, известная маска не очень удобна в эксплуатации, т.к. в ней возможно обмерзание в месте расположения дренажного отверстия из-за конденсации влаги, приводящее к накоплению конденсата внутри ракушки.
Известен теплозащитный шлем-маска, описанный в одноименном патенте РФ №2106101 по кл. А42В 3/00, з. 01.03.1993 г„ оп. 10.03.1998 г. и выбранный в качестве прототипа.
Известный теплозащитный шлем-маска имеет оголовник с отверстием для глаз, содержит теплорекуператор, имеющий четырехгранный корпус с обтюрационной кромкой, уплотнения в области обтюрационной кромки и отверстия для глаз, трикотажную шейную утепляющую манжету, приспособление для регулировки шлема по размеру головы, застегивающийся распах и пелерину. При этом оголовник выполнен многослойным. Теплорекуператор содержит рекуперативный элемент, выполненный в форме четырехгранного корпуса из теплопроводного газопроницаемого материала, покрытого снаружи теплоизоляционным (фильтрующим) материалом, подвернутым внутрь по полосе обтюрации.
Конструктивно шлем-маска представляет собой многослойное изделие, состоящее из четырех оболочек: верхнего слоя - термостойкого и двух внутренних - теплозащитного и гигиенического. Теплоизоляция головы человека в шлеме-маске обеспечивается использованием двух слоев термостойкого терлонового иглопробивного нетканого полотна.
Шлем-маска закрывает шею человека трикотажным напульсником, плотно облегающим этот участок тела по типу высокого спортивного воротника-стойки. На передней стенке шлема-маски расположены два отверстия: одно - для глаз и другое - для размещения на изделии теплорекуператора. Оба отверстия имеют уплотнения.
Недостатком известного шлема-маски является неудобство его эксплуатации, обусловленное тем, что закрыто все лицо, теплорекуператор выполнен непосредственно на шлеме - маске в неразборном варианте, что весьма некомфортно по следующим причинам:
- чтобы выполнить гигиену лица, пользователю нужно снимать всю шлем-маску: неудобство эксплуатации;
- невозможность, в случае необходимости, замены или отдельного обслуживания рекуператора: его сушки, чистки.
- форма шлема, закрывающего все лицо и имеющего лишь прорезь для глаз, весьма неудобна в эксплуатации;
- при этом для замены теплорекуператора необходимо снимать весь шлем, что не всегда удобно на морозе.
Кроме того, недостатком известного шлема-маски является то, что его теплоизолирующая функция является не очень эффективной, т.к. теплорекуператор имеет небольшую теплообменную поверхность Задачей является повышение удобства эксплуатации маски при повышении ее эффективности.
Поставленная задача решается тем, что в теплозащитной шлем-маске для защиты органов дыхания и лица от холода, имеющей оголовник с отверстием в передней части, шейным утепляющим элементом и пелериной и включающей закрепленный на оголовнике снабженный корпусом тепловой блок для дыхания, при этом распах, по меньшей мере, одного из элементов шлема- маски застегивается с помощью текстильной молнии Velcro, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, шлем-маска выполнена с отверстием для лица, тепловой блок для дыхания закреплен на нижней части оголовника на промежуточном элементе, выполненном в виде широкой ленты из такого же материала, как сам оголовник, имеющей спереди карман для корпуса теплового блока, при этом один из концов ленты неразъемно прикреплен сзади к нижней части оголовника, оба конца ленты выполнены с возможностью их разъемного соединения между собой с помощью текстильной молнии Velcro, пелерина также снабжена сзади текстильной молнией Velkro, а тепловой блок размещен в корпусе из полипропилена с защитными наружной и внутренней решетками, свариваемом из двух половин и имеющем в верхней части козырек для уменьшения подсоса наружного воздуха в подмасочное пространство, предназначен для дыхания через рот и нос и выполнен в виде вкладыша в форме пакета из пропитанных затвердевающим компаундом сетчатых элементов, которые имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров, при этом радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности.
Выполнение шлема-маски с отверстием для лица в совокупности с креплением теплового блока для дыхания в кармане на промежуточном элементе, имеющем вид широкой ленты, закрепленной одним концом неразъемно сзади на нижней части оголовника и снабженной с обоих концов текстильной молнией Velkro и расстегиваемой сзади при необходимости, обеспечивает возможность частичного отстегивания полумаски, не снимая всю шлем-маску, что делает шлем-маску более удобной в эксплуатации, т.к. дает возможность гигиенического обслуживания лица пользователем и быстрое приведение шлема-маски в первоначальное положение. Наличие на пелерине сзади молнии облегчает процесс снятия шлема-маски, повышая удобство его эксплуатации. Размещение теплового блока для дыхания в специальном кармане на широкой ленте дает возможность быстрой замены теплообменного блока в случае необходимости, а также более удобного ухода за шлем-маской, повышая удобство эксплуатации.
Выполнение корпуса под тепловой блок из полипропилена с защитными наружной и внутренней решетками, свариваемым из двух половин, делает его более прочным и повышает удобство эксплуатации, а наличие в верхней части корпуса козырька дает возможность уменьшить подсос наружного воздуха в подмасочное пространство, и сформировать единое подмасочное пространство с возможностью дыхания, как ртом, так и носом, обеспечивая более высокую эффективность маски.
Использование в качестве теплового блока элемента, предназначенного для дыхания через рот и нос с утеплителем носа, прикрепленным к верхней торцевой поверхности корпуса с размещенным внутри вкладышем в виде пакета из пропитанных затвердевающим компаундом сетчатых элементов, которые имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров, при том, что поверхность периметра элемента пропитана затвердевающим компаундом, а радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, образуя извилистые расширяющиеся микроканалы поверхности теплообмена, снабженного дополнительно для механической прочности корпусом из полипропилена, обеспечивает высокоэффективную теплопередачу без конденсации влаги из охлаждающегося воздуха и, тем самым, высокую эффективность шлема-маски. Технический результат - обеспечение удобства эксплуатации при повышении теплоэффективности теплозащитной шлема-маски.
Заявляемая теплозащитная шлем-маска обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение оголовника с отверстием для лица, крепление теплового блока для дыхания на нижней части оголовника на промежуточном элементе, выполненном в виде широкой ленты из такого же материала как сам оголовник, закрепленной одним концом неразъемно сзади на нижней части оголовника и снабженной с обоих концов текстильной молнией Velkro с возможностью их разъемного соединения и расстегиваемой сзади при необходимости, а также имеющей спереди карман для теплового блока, размещение теплового блока в корпусе из полипропилена с защитными наружной и внутренней решетками, свариваемом из двух половин и имеющем в верхней части козырек для уменьшения подсоса наружного воздуха в подмасочное пространство, выполнение теплового блока для дыхания через рот и нос в виде вкладыша в форме пакета из пропитанных затвердевающим компаундом сетчатых элементов, которые имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров, при этом радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности с образованием извилистых расширяющихся микроканалов поверхности теплообмена, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Полезная модель может быть использована как средство индивидуальной тепловой защиты органов дыхания и лица при действии низких и высоких температур, в условиях измененного барометрического давления и газового состава среды, в условиях Севера в работе МЧС, при несении армейской службы, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - общий вид шлема-маски спереди;
- фиг. 2. - вид шлема-маски сзади;
-.фиг. 3 - вид шлема -маски спереди с расстегнутым промежуточным элементом;
- фиг. 4 - общий вид корпуса под вкладыш теплового блока (фото);
- фиг. 5 - вид изнутри корпуса под вкладыш теплового блока;
- фиг. 6 - вид в разрезе вкладыша теплового блока
Теплозащитный шлем-маска для защиты органов дыхания и лица от холода (фиг. 1-3) содержит шлем 1 с оголовником 2, шейной частью 3 и пелериной 4. В нижней части шлема на широкой ленте 5 в специальном кармане 6 крепится корпус 7 теплового блока 8 с вкладышем 9. Один из концов ленты 5 неразъемно прикреплен сзади к нижней части оголовника. При этом оба конца ленты 5 снабжены текстильной молнией на основе Velkro и могут с ее помощью разъемно соединяться или разъединяться сзади. Более подробно выполнение вкладыша 9 описано в п. РФ №2266765 (вариант 2). Сам оголовник 2 также выполнен разъемно соединяемым в пелерине 4 с помощью текстильной молнии 11 Velcro. Карман 6, в котором размещен тепловой блок 8, выполнен из декоративной синтетической сетки, поддерживающей тепловой блок 8 с наружной стороны, не имеющей пневматического сопротивления, и бурта из плотной ткани, облегающего торцевую поверхность корпуса теплового блока 8 по его периметру и вшитого в широкую съемную ленту 5. Карман 6 выполнен таким образом, что позволяет свободно вставить и вытащить тепловой блок 8 для его замены и обслуживания.
Вкладыш 9 выполнен в форме пакета из пропитанных затвердевающим компаундом сетчатых элементов, которые имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров, при этом радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности Вкладыш 9 помещен в решетчатый корпус 7, позволяющий беспрепятственно вдыхать и выдыхать. Корпус 7 выполнен из полипропилена с защитными наружной и внутренней решетками 12 и 13, сварен из двух половин и имеет в верхней части козырек 14 для уменьшения подсоса наружного воздуха в подмасочное пространство (фиг. 4-6).
Теплозащитная шлем-маска действует следующим образом.
При работе или длительном пребывании на холоде человек надевает на голову шлем 1 с оголовником 2 шейной частью 3 с прикрепленной к ней неразъемно одним концом широкой лентой 5 и пелериной 4, застегивая в ней молнию 11. В кармане 6 на ленте 5 размещен корпус 7 теплового блока 8 с вкладышем 9. Человек застегивает сзади концы ленты 5 на молнию 10 и его нос и рот оказываются таким образом в тепловом блоке 8. В этом случае человек дышит через рот и (или) нос. Холодный воздух поступает через извилистые микроканалы в органы дыхания, прогревается и увлажняется. При выдохе теплый воздух выходит через расширяющиеся наружу микроканалы, где давление падает, скорость потока воздуха увеличивается, выдыхаемый воздух охлаждается. В данном случае отсутствует канал охлаждения через нос. Отсутствует сама возможность охлаждения организма, поскольку доминирующих тепловых потерь с дыханием практически нет, несмотря на низкую температуру окружающей среды и время ее действия в этом случае на тепловой элемент.
Шлем 1 с оголовником 2, шейной частью 3 и пелериной 4 обеспечивают тепловой комфорт головы в целом, а дыхание через тепловой блок 8 с вкладышем 9, помимо теплокомфорта, обеспечивает высокоэффективный возврат тепла выдоха без конденсации влаги из охлаждающегося воздуха и, тем самым, высокую эффективность шлема-маски в целом.
В сравнении с прототипом заявляемая теплозащитная шлем-маска является более удобной в работе и имеет более высокую теплоэффективность.