УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ ЧЕЛОВЕКА
APPARATUS FOR RESPIRATORY PROTECTION OF PERSON

Изобретение относится к индивидуальным средствам защиты органов дыхания человека, в частности к средствам экстренной эвакуации или к самоспасателям, которые могут быть использованы, например, в аварийных ситуациях, в экстренных случаях при эвакуации из горящих зданий и сооружений или из зоны заражения опасными химическими веществами.
Заявляемое техническое решение может быть рекомендовано для использования пожарными службами, службами МЧС, производственным персоналом и аварийно-спасательными формированиями предприятий с потенциально опасным производством. Изобретение позволяет выполнять работу и спасательные действия в течение длительного времени (до нескольких часов).
Заявляемое техническое решение представляет собой расположенный в корпусе сменный баллон с воздушной смесью и фильтрующий блок, включающий в себя сменные картриджи с фильтрующим элементом. Корпус снабжен дыхательными трубками для назального применения, а также загубником для дыхания через ротовую полость.
2
Из уровня техники известен широкий спектр устройств подобного назначения, таких как противогазы, пылевые респираторы и т.п., широко используемые в условиях высокой концентрации вредных веществ в окружающей среде и производственных помещениях: газов, пыли и ядовитых веществ, опасных для здоровья человека. Конструкции этих устройств общеизвестны. Основными элементами противогазов являются газовые фильтры, ориентированные на фильтрацию одного вполне определенного газа или их комбинаций (CO, CH, CO и др.). В респираторах и противогазах присутствуют, преимущественно, пылевые тканевые фильтры. Однако большинство пожарных инспекций запрещают пользоваться такими устройствами, считая их использование во многих случаях при наличии огня и дыма недостаточно эффективным, ненадежным или небезопасным.
Более эффективными и надежными, с точки зрения защиты от угарного газа, являются конструкции автономных изолирующих и/или фильтрующих дыхательных аппаратов. Такие аппараты имеют баллон со сжатым воздухом и регулятор давления для поддержания в системе постоянного давления, которое может регулироваться самим пожарным. Регулятор давления соединен гибким шлангом с полностью закрывающей лицо маской. Лицевая маска имеет отверстие для выхода выдыхаемого воздуха и прозрачное стекло.
Однако такие аппараты характеризуются значительной громоздкостью, что снижает мобильность и маневренность пожарных в процессе выполнения спасательных работ.
Известен ряд технических решений, представляющих собой сменные фильтры для носа, предназначенные для защиты органов дыхания человека от вредных воздействий окружающей среды, которые в течение непродолжительного периода времени могут быть использованы и для защиты от угарного газа. Такие устройства, как правило, состоят из корпуса со сквозной полостью, имеющего форму, обеспечивающую размещение его в носовой полости человека. Корпус имеет каналы для прохода вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, при этом канал для прохода вдыхаемого воздуха снабжен фильтрующим элементом. Технические решения отличаются конструктивным решением каналов, исполнением корпуса, фильтрующих элементов и т.д. При незначительных концентрациях угарного газа такие устройства могут выполнять свои защитные функции, при высоких концентрациях угарного газа и опасных веществ такие устройства становятся неэффективными.
В частности, известен дыхательный фильтр (Патент США №5117820, МПК: A62B 23/06), состоящий из фильтрующего элемента, представляющего собой удлиненный цилиндр из синтетического пористого материала. Структура материала фильтрующего элемента обеспечивает возможность его сжатия в радиальном направлении для беспрепятственной установки в носовой полости, после чего происходит расширение материала и заполнение носовой полости. При вдохе поры фильтрующего элемента пропускают воздух, задерживая вредные компоненты.
Известен сменный фильтр для дыхательных путей, устанавливаемый в пазухах носа (Патент РФ на изобретение №2217176, МПК: A61M 16/00). Сменный фильтр представляет собой фильтрующий элемент в виде усеченного конуса, выполненный из эластичного пористого материала медицинского назначения. Усеченный конус снабжен круговыми насечками, обеспечивающими надежное удержание сменного фильтра в полости носовой пазухи и его плотное прилегание к стенкам пазух носа, при этом нижнее и верхнее основания конуса имеют вогнутые конусообразные полые воронки. Фильтрующий элемент может быть пропитан лекарственными препаратами.
Известно портативное устройство защиты органов дыхания (Патент РФ на полезную модель №97927, МПК: A62B 23/06), состоящее из двух пластиковых цилиндров, каждый из которых выполнен с сетчатым днищем и со съемной сетчатой крышкой, внутри цилиндров размещены периодически сменяемые фильтрующие элементы. Фильтрующие элементы выполнены в виде многослойного «пирога» на основе ткани Петрянова, покрытой гранулами древесного угля, гопкалита. Для закрепления цилиндров с фильтрами в ноздрях человеческого носа они соединены между собой пружинным зажимом со специальными пластиковыми бугорками, фиксирующими данное устройство на межноздревой носовой перегородке.
Очистка воздуха в перечисленных выше фильтрах осуществляется за счет того, что при вдохе воздух проходит через фильтрующие элементы из различных материалов, оставляя в них атмосферные загрязнения. Однако при необходимости использования данных устройств в чрезвычайных ситуациях, в условиях повышенной концентрации угарного газа или длительного нахождения в опасных условиях, данные устройства являются неэффективными ввиду отсутствия дополнительного источника кислорода.
Известны технические решения, построенные на использовании фильтрующих элементов и источников кислорода, используемых преимущественно в медицине.
В частности, известен дыхательный аппарат, используемый для длительной вспомогательной кислородной терапии (патент на изобретение №1574222, МПК: A61H 31/02), содержащий двухканальные носовые канюли, состоящие из внешней и внутренней трубок, внутренняя трубка соединена с электропневматическим клапаном, внешняя - с чувствительной мембранной коробкой с электроконтактами, управляющими через электронный блок электропневмоклапаном, вход которого соединен через регулируемый дроссель и редуктор с кислородным баллоном. Количество кислорода регулируется дросселем, при этом редуктор поддерживает постоянное давление на входе дросселя.
Известен ряд технических решений, которые представляют собой портативные устройства, состоящие из маски, размещаемой на лицевой части пользователя и имеющей отверстие для соединения с кислородным баллоном (Патенты и заявки на изобретения JP 2006014894, JP 6047102, WO 2004018045, WO 03094694). При этом кислородный баллон может быть размещен в отдельном корпусе, имеющем габариты, обеспечивающие размещение устройства в нагрудном кармане униформы пользователей. А соединение корпуса с маской, обеспечивается посредством гибкой связи. В других вариантах технических решений маска либо жестко закреплена на кислородном баллоне, либо соединена с ним посредством элементов более сложной конструкции, имеющей в своем составе фильтрующие элементы.
Наиболее близким к заявляемому является персональное фильтрующее воздух устройство, используемое для защиты от вдыхания дыма при чрезвычайных ситуациях (заявка на изобретение РСТ, опубликовано WO 96/06658, МПК: A62B 23/02). Устройство состоит из корпуса, фильтрующего патрона и носового зажима. Корпус имеет загубник с отверстием, через которое обеспечивается дыхание пользователем, фильтрующий патрон также снабжен отверстием, через которое в него попадает воздух, соединенный с загубником таким образом, что вдыхаемый через загубник воздух проходит через фильтрующий патрон. Загубник выполнен в виде овальной трубки с радиальным фланцем, расположенным вдоль одного из краев трубки. На противоположной по отношению к трубке стороне фланца расположена пара зажимаемых между зубами выступов. При необходимости пользователь вставляет загубник в рот таким образом, чтобы фланец оказался расположенным между губами и зубами, и плотно прижимает губы к наружной поверхности трубки. Фильтрующий патрон имеет обычную конструкцию с входным отверстием на передней стенке и выходным отверстием на задней стенке. Расположенный в корпусе фильтрующий элемент имеет два раздельных фильтра из фильтрующей ткани, расположенных соответственно у нижней стенки корпуса и верхней крышки. Между ткаными фильтрами расположен фильтр из активированного угля. В другом варианте между ткаными фильтрами может быть размещен многокаскадный фильтр. В частности, помимо фильтра из активированного угля, может быть использован десикант для поглощения содержащейся в воздухе влаги и вещество, которое каталитически преобразует окись углерода в двуокись углерода. Предпочтительными для использования являются фильтры, предназначенные для очистки воздуха с высоким содержанием окиси углерода, т.е. фильтры, содержащие гопкалит и силикагель. Фильтрующий патрон такого фильтра может быть размещен в более компактном корпусе, имеющем форму диска. Собранное из перечисленных выше конструктивных элементов устройство представляет собой устройство без защитного экрана или лицевой маски, имеющее относительно небольшие размеры, которое может легко переноситься пожарным и использоваться только в действительно опасных для его жизни ситуациях, например при неожиданном выходе из строя стандартного автономного дыхательного аппарата.
К достоинствам дыхательного аппарата-прототипа можно отнести компактность в сборе при транспортировке и хранении, малый вес и пригодность к многократному применению без замены каких-либо элементов. Однако известное устройство обеспечивает прохождение вдыхаемого и выдыхаемого воздуха только через загубник, что ограничивает спектр его применения. Кроме того, к недостаткам устройства можно отнести и отсутствие резервного источника кислорода, а также сложное конструктивное исполнение, не обеспечивающее возможности быстрой смены отработанных фильтрующих элементов, а также ряд неудобств при эксплуатации.
Задачей изобретения является создание надежного и эффективного портативного средства для обеспечения дыхания человека в экстремальных ситуациях и защиты от попадания в органы дыхания человека токсических, в частности угарных, газов.
Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является обеспечение доставки кислорода для дыхания пользователя и защиты органов дыхания от пыли, дыма и токсичных газов, возможности использования аварийного режима за счет наличия в конструкции устройства резервного источника кислорода - одного или нескольких кислородных баллонов, которыми может быстро воспользоваться оказавшийся в опасных для жизни условиях пользователь (пожарный), а также увеличение надежности в экстремальных условиях за счет обеспечения дыхания через носовую и ротовую полости. Кроме того, изобретение характеризуется простотой конструкции и рекомендовано для использования пожарными службами и МЧС.
Поставленная задача решается тем, что портативное устройство для защиты органов дыхания человека включает корпус, выполненный с возможностью размещения кислородного баллончика и фильтрующего блока, корпус снабжен трубками для назального применения и соединенными с ними, по крайней мере, двумя воздушными каналами, соединенными между собой посредством обратного клапана, при этом один из каналов соединен с кислородным баллончиком и снабжен регулятором давления, второй - с внешней средой и выполнен проходящим через фильтрующий блок. Устройство может быть снабжено загубником и дополнительным фильтрующим элементом, размещенным с внешней стороны корпуса в зоне размещения загубника с возможностью формирования дополнительного канала для вдыхаемого воздуха из окружающей среды через ротовую полость. Фильтрующий блок выполнен из нановолокнистого материала и/или содержит активированный уголь. Корпус выполнен с возможностью быстрой замены фильтрующего блока и кислородного баллончика. К устройству может быть приложен комплект фильтрующих блоков и кислородных баллончиков. Фильтрующий блок имеет цилиндрическую форму, установлен в корпусе параллельно кислородному баллончику и имеет незначительный выступ за пределы корпуса со стороны его торцевой поверхности. Дополнительный фильтрующий элемент может быть размещен в отдельном кожухе.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено заявляемое устройство - вид спереди, фиг.2 - вид сбоку. Позициями на чертежах обозначены: 1 - корпус, 2 - регулятор давления, 3 - баллон с кислородом, 4 - сменный картридж с фильтрующим элементом (блок фильтрующих элементов или фильтрующий блок), 5 - обратный клапан, 6 - дыхательные трубки для назального применения, 7 - загубник для дыхания через ротовую полость, 8 - клапан (кнопка) кислородного баллона, 9 - дополнительный фильтрующий элемент.
2
Заявляемое устройство представляет собой корпус 1, например, в виде прямоугольного параллелепипеда, выполненный из пластика или металла, в полости которого размещены каналы для прохода вдыхаемого воздуха, соединенные со сменным кислородным баллоном 3 с одной стороны и сменным фильтрующим блоком 4 (сменными картриджами с фильтрующими элементами) с другой стороны. Корпус 1 снабжен дыхательными трубками 6 для назального применения. Корпус также может быть снабжен загубником 7, обеспечивающим выдыхание через ротовую полость при использовании кислородного баллона и вдыхание воздуха из окружающей среды при использовании фильтрующего блока 4 и/или дополнительного фильтрующего элемента 9, подключенных к каналам для прохода вдыхаемого воздуха. Дыхательные трубки 6 имеют форму внешней поверхности, обеспечивающую удобство размещения в носовой полости человека, с одной стороны, а также плотное прилегание к стенкам носовых пазух и удобство в процессе эксплуатации, с другой стороны. В полости корпуса 1 сформированы каналы для прохода воздуха во время вдоха (вдыхаемого). В корпусе могут быть сформированы дополнительные каналы для прохода воздуха во время выдоха (выдыхаемого), соединенные с дыхательными трубками 6 также через обратный клапан. Каналы в корпусе могут быть организованы введением продольных и/или поперечных перегородок или размещением трубчатых элементов или другими технологическими методами. В одном из вариантов исполнения устройства один из каналов соединен с кислородным баллоном 3, а другой канал проходит через блок фильтрующих элементов 4 (сменный картридж). Выходы каналов через обратный клапан 5 соединены с дыхательными трубками для назального применения. Обратный клапан 5 снабжен механизмом его переключения из режима использования канала от кислородного баллона в режим использования канала со сменными картриджами. Обратный клапан может быть выполнен с возможностью автоматического переключения режимов, необходимого, например, в случае, когда заканчивается кислород в баллоне. При этом баллон 3 размещен в полости корпуса и снабжен клапаном (кнопкой) 8 выпуска сжатого воздуха, расположенным с внешней стороны корпуса, что обеспечивает нажатием кнопки 8 дозированное поступление кислорода в случае возникновения такой необходимости. Устройство снабжено также регулятором давления 2, который, например, посредством изменения диаметра отверстия канала обеспечивает поступление воздушной смеси из кислородного баллона в дыхательные трубки под атмосферным давлением. Для размещения баллона корпус имеет соответствующий отсек с фиксирующими (например, пружинными) элементами, обеспечивающими возможность быстрого извлечения использованного баллона и установки нового. Блок фильтрующих элементов 4 включает, по крайней мере, один картридж с фильтрующим элементом, расположенным в корпусе также в соответствующем отсеке с возможностью его быстрого извлечения (после окончания срока службы или его загрязнения) для установки нового картриджа. На фиг.1, 2 представлено устройство, в котором использован фильтрующий блок из двух сменных картриджей. Картридж может представлять собой цилиндрический корпус, выполненный проницаемым для прохода воздуха, заполненный фильтрующим элементом. В качестве фильтрующего элемента может быть использован любой материал, обладающий фильтрующими (поглощающими) свойствами по отношению к двуокиси азота (углекислого газа), например нановолокнистый материал или материал, выполненный по патенту на изобретение №1135485. В частности, в качестве фильтрующего элемента может быть использован фильтр из хемосорбционных материалов с поверхностной плотностью 100-200 г/м или фильтр, содержащий активированный уголь. Продолжительность защитного действия фильтрующих элементов тем меньше, чем выше концентрация токсичных веществ в окружающей среде. При размещении картриджей по всей длине канала увеличивается площадь соприкосновения вдыхаемого воздуха с фильтрующим материалом, тем самым обеспечивая более эффективное очищение поступающего потока воздуха.
В одном из вариантов исполнения устройство может быть снабжено загубником 7, обеспечивающим подачу воздуха для дыхания через рот, соединенным с одним из каналов, расположенным в корпусе. Устройство может быть снабжено дополнительными фильтрующими элементами 9, расположенными, например, в защитном кожухе со стороны внешней поверхности корпуса 1 в зоне размещения загубника 7 с возможностью формирования автономного канала для прохода вдыхаемого воздуха через ротовую полость.
Устройство работает следующим образом. В нерабочем положении устройство может быть расположено (закреплено) в специально изготовленных для него карманах верхней спецодежды спасателей или пожарных, откуда его легко можно извлечь при возникновении аварийной ситуации. Кроме того, устройство можно просто держать в кармане верхней рабочей одежды пожарного. Наиболее удобным, с точки зрения эксплуатации устройства, является его размещение в кармане нагрудной части костюма. При этом рекомендуется использование на спецодежде дополнительных карманов для резервных кислородных баллонов (баллонов со сжатым воздухом или воздушной смесью), которые могут располагаться, например, на рукаве спецодежды. При возникновении нештатной ситуации, требующей защиты дыхания, например в условиях пожара, пользователь может быстро применить заявленное средство. При этом в случае, если концентрация вредных веществ в окружающей среде такая, что достаточно использования только фильтрующего блока, пользователь может не приводить в действие кнопку кислородного баллона. При вдохе воздух, проходя через фильтрующий блок, поступает через дыхательные трубки в носовую полость, а через загубник - в ротовую полость пользователя. Выдох осуществляется через ротовую полость. В случае повышенных концентраций вредных веществ, когда действие фильтра становится недостаточным, пользователь может использовать смесь из кислородного баллона. При полном истощении запаса воздуха в баллоне пользователь (например, пожарный), оказавшийся в этот момент внутри горящего сооружения, может произвести быструю замену пустого баллона на новый из резервной партии, расположенной на рукаве спецодежды. Работа устройства с использованием баллона на сжатом воздухе основана на принципе пульсирующей подачи воздуха для дыхания (только на вдох) по открытой схеме, т.е с выдохом в окружающую среду. При этом исключается перемешивание выдыхаемого воздуха с вдыхаемым или повторное его использование.
Процесс фильтрации вдыхаемого воздуха происходит в сменных картриджах с фильтрующим элементом. Кроме того, фильтрующий элемент поглощает бактерии и частицы. В результате, на вдохе получается очищенная, насыщенная кислородом прохладная и сухая дыхательная смесь.
В процессе эксплуатации может производиться замена фильтрующих элементов по мере их загрязнения. Частота смены фильтрующих элементов зависит от условий эксплуатации и определяется пользователем.
Был изготовлен образец заявляемого устройства, корпус которого был выполнен из пластика, имел габариты 150 мм × 250 мм × 35 мм и вес около 800 г. Устройство было укомплектовано кислородным баллоном с диаметром 11 мм, двумя сменными цилиндрическими фильтрующими картриджами диаметром 20 мм, заполненными угольным фильтрующим материалом. Картриджи и баллон были расположены в корпусе параллельно друг другу с выступающими торцевыми частями за пределы одной из боковых поверхностей корпуса. Изготовленное устройство соответствовало требованиям, приведенным в ГОСТ Р 22.9.09-2005 "Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Средства индивидуальной защиты населения в чрезвычайных ситуациях. Самоспасатели фильтрующие. Общие технические требования", ГОСТ Р 12.4.195-99 "Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Классификация" и НПБ 169-98 "Техника пожарная. Самоспасатели изолирующие для защиты органов дыхания и зрения людей при эвакуации из помещений во время пожара. Общие технические требования и методы испытаний".
Заявляемое техническое решение характеризовалось высокими эксплуатационными свойствами, не затрудняло дыхание человека, обеспечивая надежную защиту дыхательных путей от вредных и токсических веществ в чрезвычайных ситуациях.
Таким образом, заявляемое устройство может использоваться для защиты органов дыхания от воздействия любых вредных веществ независимо от их состава и концентрации и для обеспечения пользователя воздухом в условиях недостатка кислорода или непригодной для дыхания окружающей среды при эвакуации людей из помещения во время пожара, аварии с выбросом ОХВ, оказании помощи пострадавшим. Кроме того, предлагаемое портативное устройство защиты органов дыхания является более простым, безопасным, не требует специального обслуживания, позволяет использовать его длительное время при повседневном ношении, характеризуется комфортом при эксплуатации. Кроме того, при производстве устройства не требуется больших материальных затрат.