Индивидуальная фильтрующая маска с бактерицидной обработкой воздуха
INDIVIDUAL FILTERING MASK WITH BACTERICIDAL TREATMENT OF AIR

Изобретение относится к индивидуальным средствам защиты органов дыхания и зрения человека от вирусов и бактерий (от биологических материалов содержащих ДНК И РНК).
Абстрактные фильтровальные маски известны уже много лет и предназначены для защиты пользователей (в частном секторе, промышленности, торговле, службе спасения и т. д.) от опасных веществ (газов и частиц, твердых и жидких веществ). В целом, фильтры для защиты органов дыхания делятся на две основные категории, а именно фильтры для частиц и фильтры для газа. Кроме того, на рынке доступны так называемые комбинированные фильтры, которые должны обеспечивать защиту от газов и частиц. Срок службы фильтров для частиц зависит от загрязнения фильтрующего материала и продолжительности износа. В зависимости от предполагаемого использования и типа загрязнителя. Предлагаются различные типы масок с различными моделями фильтров для фильтрации вредных и / или опасных веществ из вдыхаемого воздуха, а именно респираторные маски с фильтрами частиц или фильтрующие частицы полумаски или полнолицевые маски.
Полумаски с фильтрацией частиц представляют собой маску и фильтр в одном, и, следовательно, после использования нельзя заменить сам фильтр, поэтому вся маска становится непригодной к дальнейшему использованию. Полумаски для фильтрации частиц в большей части состоят исключительно из фильтрующего материала, например нетканый материал, удерживаются на голове пользователя с помощью эластичных резиновых полос, могут быть сформированные по форме носа для лучшей адаптации к лицу. Все перечисленные респираторы и фильтры имеют то общее свойство, что они не обеспечивают эффективной защиты от микроорганизмов (бактерий, грибков и их спор, вирусов и т.д.). Оптимальный эффект фильтрации полумасок для фильтрации частиц будет исчерпан примерно через несколько часов, так как фильтрующий материал засоряется со временем и, следовательно, не обеспечивает адекватную защиту от вредного воздействия веществ.
Известна Фильтрующая маска для фильтрации частиц (патент AU2020100228, МПК A41D 13/1, оп. 2020-03-26), с ртутным светодиодом UVC, который может быть установлен как один светодиодный чип UVC и / или как единое целое из нескольких комбинированных светодиодов UVC чипы. По меньшей мере, один источник ультрафиолетового излучения с длиной волны в диапазоне уничтожения микробов от 100 до 280 нм наносят на наружную сторону корпуса маски для фильтрации частиц для предотвращения области лица (в частности, рта и / или носа) пользователя от угрозы ультрафиолетового излучения. По меньшей мере, один источник УФ - излучения предпочтительно расположен на и / или в, и / или вблизи, в интегрированном корпусе маски, на одном и / или нескольких дыхательных клапанах для ингаляции, и / или на, и / или в, и / или вблизи, в корпус маски встроен один и / или несколько дыхательных клапанов для выдоха. Источник питания, требуемый по меньшей мере одним UVC-светодиодом, обеспечивается по меньшей мере одним отдельным перезаряжаемым аккумулятором и / или отдельной батареей. Для этого источник питания соединяется, по крайней мере, с одним UVC-светодиодом с помощью соединительного кабеля -2- с соединительной розеткой, а также соединительной вилкой для включения / выключения с помощью встроенной кнопки питания. Предпочтительно по меньшей мере один отдельный перезаряжаемый аккумулятор и / или отдельную батарею несут в соответствующей сумке на теле пользователя (то есть ремне и т. д.). Корпус маски фильтра, который удерживается по меньшей мере, 2 частью эластичных полос к лицу и с помощью пластичного вспомогательного носа кронштейна и запечатана со всем круглым прикладным резиновым уплотнением на внешних краях, и который охватывает по меньшей мере, нос и / или рот пользователя, изготовлен из материала (например, силикон, резина / латекс и т.д.), который является непроницаемым для микроорганизмов, чтобы избежать проникновения бактерий, вирусов и грибков и их спор. Благодаря гладкому материалу (например, силикону, резине / латексу и т.д.) корпус маски точно прилегает к лицу пользователя и герметично закрывает нос и / или рот, обеспечивая пользователю хороший комфорт при ношении. Фильтрующая маска для частиц также может быть оснащена, по меньшей мере, одним и / или несколькими сменными фильтрующими элементами - состоящими из рамы и соответствующих нетканых материалов - которые расположены снаружи корпуса фильтрующей маски впереди и / или рядом с одним и / или несколькими впускными отверстиями одного и / или нескольких дыхательных клапанов для вдоха и / или перед и / или рядом с одним и / или несколькими выпускными отверстиями одного и / или нескольких дыхательных клапанов для выдоха - дополнительно защитить пользователя и / или окрестности от вредных / опасных микроорганизмов.
К недостаткам известного технического решения можно отнести следующее:
1. Использование светодиодов - очень низкий КПД на длине волны 253.7 нм.
2. Высокая стоимость.
3. Дополнительный фильтр ухудшает прохождение воздуха.
4. Точное прилегание к лицу подразумевает индивидуальный заказ масок, что приводит к удорожанию производства.
5. Необходимо производство специального стабилизированного пластика, который способен блокировать УФ - излучение от облучения области лица и / или окружающей среды. (это еще один фактор увеличения стоимости).
Известна индивидуальная профилактическая маска для дезинфекции воздуха, поступающего при дыхании через нос из окружающей среды (патент РФ №40847, МПК A41D 13/11, оп. 10.10.2004 г.), содержащая излучатель для бактерицидной обработки воздуха, выполненный на полупроводниковых элементах, содержащий ультрафиолетовые светодиоды, средства для его крепления, блок электропитания и электрическую схему включения. Маска может быть частично использована для защиты от вирусов гриппа, поскольку содержит полупроводниковый ультрафиолетовый излучатель, свет которого пронизывает, попадающий в нос воздух.
Известное устройство имеет целый ряд недостатков.
1. Если у человека заложен нос, то применение маски нецелесообразно.
2. При быстрой ходьбе или активной нагрузке человек дополнительно дышит ртом, что открывает путь для попадания микроорганизмов в легкие.
3. Длительное облучение носовой полости излучателем может привести либо к поражению слизистой оболочки при жестком УФ излучении, либо к обезвоживанию и появлению отеков полости носа при мягком излучении.
4. Маска не защищает дыхательные органы человека от пыли и дыма.
5. Маска не защищает окружающую среду от вирусов, которые может выделять человек в маске, дыша ртом.
Известна Индивидуальная фильтрующая маска с бактерицидной обработкой воздуха на излучающих полупроводниковых элементах (патент RU94421 U1, МПК A41D 13/11, оп. 27.05.2010), содержащая светодиоды, средства для их крепления, блок электропитания и электрическую схему включения, маска содержит корпус, выполненный из резины или пластмассы, закрывающей рот и нос человека, захватывающей подбородок, и имеющий свободный объем около рта и носа, корпус в передней лицевой части имеет круглое отверстие, выполненное в виде тонкостенной цилиндрической трубы, в которую вставлена кольцевая плата со светодиодами, световой поток которых направлен внутрь, в сторону отверстия, с внешней стороны цилиндрическая труба снабжена резьбой, на которую навинчена вторая цилиндрическая труба, внутреннее пространство которой заполнено фильтровальными веществами, закрывающими входное отверстие. В состав бактерицидного излучателя введены светодиоды, излучающие в диапазоне 620-680 нм и 820-890 нм; маска снабжена клапаном с электрическим контактом, срабатывающим при вдыхании и выдыхании и каждый раз при срабатывании включающим светодиоды; электрическая схема снабжена импульсным многоканальным переключателем, включающим одновременно все световые приборы; электрическая схема снабжена импульсным многоканальным переключателем, каждый из контактов которого включает тот или иной тип светодиодов; маска снабжена клапаном, свободно пропускающим наружу при выдыхании облученный воздух.
К недостаткам известного технического решения можно отнести:
1. Использование светодиодов - очень низкий КПД.
2. Высокая стоимость.
3. Дополнительный фильтр ухудшает прохождение воздуха.
4. Свободно висящие провода, по которым подается питание к светодиодам, мешают и могут быть легко порваны.
5. Излучение в диапазоне 620-680 нм и 820-890 нм. не оказывает бактерицидного действия, соответственно не уничтожает РНК и ДНК вирусов;
6. Клапан свободно пропускающий воздух из маски способствует возможному распространению вируса;
7. Во время смены фильтра человек беззащитен.
Более близкой по технической сущности и, принятой за прототип, является Защитная медицинская маска (RU173502U1, МПК A41D 13/11, оп. 2017-08-29), содержащая корпус со средствами крепления на лице носителя маски, и бактерицидную камеру в передней лицевой части корпуса, снабженную входным фильтром и источником ультрафиолетового излучения, расположенным внутри бактерицидной камеры и соединенным с блоком электропитания, источник ультрафиолетового излучения выполнен в виде малогабаритной амальгамной газоразрядной лампы, при этом внутренняя поверхность бактерицидной камеры выполнена из материала, отражающего ультрафиолетовое излучение, внутри камеры установлена перегородка из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, а на выходе бактерицидной камеры установлен воздушный фильтр, выполненный из материала, поглощающего ультрафиолетовое излучение.
Недостатком этого технического решения являются:
1. Изобретение выполнено в виде респиратора, не обеспечивает полную защиту (например глаз).
2. На входе в бактерицидную камеру находиться фильтр, который ухудшает прохождение воздуха.
3. Провода идущие от УФ-лампы к блоку электропитания мешают и могут быть порваны.
4. Нет возможности без прекращения работы маски заменить аккумулятор. Не предусмотрена непрерывность работы устройства.
5. Бактерицидная камера находится в передней части корпуса маски, что добавляет несбалансированную нагрузку на позвонки шейного отдела позвоночника. Соответственно, долгое ношение, а также сложные и точные работы не возможны.
6. Корпус маски охватывающий нос, рот и нижнюю часть подбородка носителя маски выступает вперед, что ухудшает обзор.
Задача изобретения заключается в создании фильтрующей полнолицевой маски с бактерицидным излучателем, которая может найти широкое применение в качестве индивидуальной защиты от различных инфекции, передаваемых воздушно-капельным путем, в том числе от различных форм гриппа, а также короновирусной инфекции.
Технический результат от применения изобретения заключается в препятствии заражению носителя маски, а также препятствию заражения лиц находящихся вокруг носителя маски за счет того, что модуль бактерицидной обработки воздуха предотвращает попадание из внешней среды вируса, бактерий или иного биологического материала содержащего ДНК или РНК в органы дыхания и зрения, а также предотвращает попадания во внешнюю среду вирусов, бактерий или иных биологических материалов оказавшихся в выдыхаемом воздухе.
Это достигается за счет того, что в индивидуальной фильтрующей маске с бактерицидной обработкой воздуха, содержащей корпус со средствами крепления на голове носителя маски, модуль бактерицидной обработки воздуха, снабженный источником ультрафиолетового излучения, расположенным внутри модуля бактерицидной обработки воздуха и соединенным с блоком электропитания, при этом источник ультрафиолетового излучения выполнен в виде газоразрядной лампы, согласно изобретению,корпус маски выполнен в форме, закрывающей рот, нос и глаза человека, из прозрачного материала, модуль бактерицидной обработки воздуха установлен сверху и не ограничивает обзор, при этом маска снабжена аккумуляторами, клапанами, срабатывающими при вдыхании и расположенными с внутренней стороны маски, клапаном, при выдыхании пропускающим наружу обработанный воздух, при этом модуль бактерицидной обработки воздуха включает газоразрядную ультрафиолетовую бактерицидную лампу в светоотражающей трубке, преобразователь питания лампы, систему непрерывного энергопитания с возможностью смены аккумулятора, устройство управления, сигнализирующее устройство о заканчивающемся заряде, электрическую схему включения, внешнюю телеметрию. При этом в модуле бактерицидной обработки воздуха может быть установлена как одна, так и две газоразрядных ультрафиолетовых бактерицидных лампы с длиной волны 253,7 нанометра. При этом модуль бактерицидной обработки может быть съемным и/или несъемным.
Отличительная особенность заявляемого технического решения:
модуль бактерицидной обработки воздуха предотвращает попадания во внешнюю среду вирусов, бактерий или иных биологических материалов оказавшихся в выдыхаемом воздухе;
применены газоразрядные ультрафиолетовые бактерицидные лампы с длиной волны 253,7 нанометра, то есть активно разрушающие ДНК и РНК;
предлагаемая маска не ограничивает обзор и обеспечивает защиту глаз, так как спереди находится только прозрачная лицевая часть маски;
предлагаемая маска за счет системы нагнетания воздуха, которая может быть установлена, может работать при неплотном прилегании;
предлагаемая маска с установленным модулем бактерицидной обработки воздуха не только обеспечивает безопасность самого носителя от внешних воздействий, но и обработанный воздух на выходе будет безопасен для окружающих.
Заявленное устройство иллюстрируется фигурами.
На фиг. 1 - представлена маска общий вид сбоку.
На фиг.2 - то же, модуль бактерицидной обработки воздуха.
На фиг. 3 - то же, схема расположения лампы в трубке.
Позиции обозначают: корпус маски 1; прозрачная лицевая часть маски 2; крепления маски 3; модуль бактерицидной обработки воздуха 4; мембрана передачи голоса 5; парный клапан вдоха 6; клапан выдоха 16 (не показан); бактерицидная лампа 7; трубка с отражающим покрытием 8; солнечная батарея 9; преобразователь питания лампы 10; аккумулятор 11; устройство контроля заряда и управления 12; выключатель 13; звуковой сигнализатор 14; внешняя телеметрия 15.
Устройство выполнено в виде полнолицевой маски с прорезиненным или силиконовым корпусом 1, с прозрачной лицевой частью маски 2, креплениями 3, мембраной передачи голоса 5, с модулем бактерицидной обработки воздуха 4, включающим бактерицидную лампу 7, трубку с отражающим покрытием 8, преобразователь питания лампы 10, аккумулятор 11, устройство контроля заряда и управления 12, выключатель 13, сигнализирующее устройство о заканчивающемся заряде 14. Солнечная батарея 9 может не использоваться. Внешняя телеметрия 15 (возможность отправлять информацию на телефон или на сервера контроля) может не использоваться.
Полнолицевая маска благодаря креплениям, обеспечивает плотное прилегание маски к лицу. Это не является критичным, но является желательным. Сверху находится модуль бактерицидной обработки воздуха, внутри модуля бактерицидной обработки воздуха находится трубка (может быть из различных материалов) с отражающим покрытием, внутри трубки расположена бактерицидная лампа. Входящий воздух проходит через данную трубку с расположенной внутри газоразрядной ультрафиолетовой бактерицидной лампой, тем самым обеспечивая наилучший эффект разрушения структур ДНК и РНК.
Варианты изготовления модуля бактерицидной обработки воздуха могут быть различны. Самый оптимальный вариант - это использование одной бактерицидной лампы в одной трубке с отражающим покрытием. Обрабатывается как входящий, так и выходящий воздух.
Возможен другой вариант: в модуле бактерицидной обработки воздуха - две бактерицидные лампы в двух светоотражающих трубках, одна для обработки входящего воздуха, другая для обработки выходящего воздуха (на рисунках не показано).
Третий вариант - это расположение двух бактерицидных ламп последовательно в одной светоотражающей трубке. Для обеспечения дублирования системы и высокой надежности, например для операционной (на рисунках не показано).
Маска содержит активную систему обработки биологических материалов, содержащих ДНК и РНК, например, газоразрядную ультрафиолетовую бактерицидную лампу с длиной волны 253,7 нанометра, то есть активно разрушающую ДНК и РНК.
Маска может содержать систему нагнетания воздуха. При установке этой системы маска не требует идеального плотного прилегания к лицу, минимально ограничивает обзор, обеспечивает защиту глаз и может быть эффективна при неплотном прилегании.
Данная маска обеспечивает безопасность самого носителя от внешних воздействий. Выдыхаемый воздух, проходя через модуль бактерицидной обработки воздуха, так же становится безопасен для окружающих.
Аккумулятор 11 является источником питания модуля бактерицидной обработки воздуха (ламп), энергия которого поступает в преобразователь питания ламп 10, а через него в газоразрядную ультрафиолетовую бактерицидную лампу. Система непрерывного энергопитания с возможностью смены аккумулятора реализуется за счет возможности установить новый заряженный аккумулятор, а уже потом вынуть разряженный. Данная смена аккумуляторов позволяет не только продлить время работы модуля бактерицидной обработки воздуха, но и сделать ее непрерывной.
Для южных солнечных регионов маска может быть совмещена с кепкой с солнечными батареями 9, энергия которых, если не полностью сможет обеспечить модуль бактерицидной обработки воздуха необходимой энергией для работы, то как минимум будет снижать энергопотребление аккумулятора, что позволит экономить заряд.
Внешняя телеметрия 15 - это возможность отправлять информацию на телефон или на сервера контроля. Это используется для централизованного сбора информации с масок об их состоянии. Может использоваться в медицинских учреждениях. Например, с помощью телеметрии можно сразу увидеть - у всех ли сотрудников работают маски?
Для увеличения обзора в маске модуль бактерицидной обработки воздуха располагается сверху. Верхнее расположение которого не только не мешает обзору, маска не перетягивает голову вперед, нет дополнительной не сбалансированной нагрузки на шейные позвонки человека, что позволяет осуществлять тонкую точную работу в течении длительного времени (например работа в операционной), находясь в данной маске. Передняя лицевая прозрачная часть маски обеспечивает хороший обзор. Маска, может содержать какой либо уплотнитель, например, силикон - в результате уплотнитель обеспечивает лучшее прилегание маски. Однако при использовании системы нагнетания воздуха не обязательно плотное прилегание маски.
Представляемая конструкция может иметь широкое применение, она может быть использована в медицине и в иных случаях где требуется обрабатывать не только вдыхаемый воздух, но и выдыхаемый воздух (например, операционная).
Описание работы устройства.
1. Надеть маску на лицо
2. Затянуть крепления маски
3. Включить устройство.
4. Воздух при вдыхании попадает в трубку с отражающим покрытием, проходит внутри этой трубки, через газоразрядную ультрафиолетовую бактерицидную лампу. Излучение этой лампы длинной волны 253,7 нм эффективно уничтожает ДНК и РНК вирусов и бактерий, которые находятся в воздухе, дальше обработанный воздух поступает в маску, затем через клапаны на внутренней части маски его вдыхает человек.
5. Направление воздуха определяется системой клапанов в маске.
6. При выдыхании воздуха, воздух выходит через клапан, попадает в модуль бактерицидной обработки воздуха и затем в окружающий воздух. Выходит воздух уже обработанный от вирусов и бактерий. Тем самым больной человек не создает опасности для окружающих.
7. Для замены аккумулятора, необходимо: услышав звуковой сигнал, открыть отсек с аккумуляторами и вставить новый аккумулятор. Затем уже достать разряженный аккумулятор. Это делается из соображений полной непрерывности работы модуля бактерицидной обработки воздуха, для исключения заражения во время смены аккумулятора, чтобы человек не дышал не обработанным воздухом.
8. После того как человек приходит в чистое помещение, он может выключить и снять маску.
Как обрабатывается воздух: в трубке с отражающим покрытием находится лампа (фиг.3), воздух проходит через эту трубку, излучение ультрафиолетовой бактерицидной лампы длинной волны 253,7 нанометра эффективно уничтожает ДНК и РНК вирусов и бактерий, находящихся в воздухе. Принцип пригоден и для входящего воздуха и для выходящего воздуха. Направление воздуха определяется системой клапанов в маске.
Применение:
Данная маска будет эффективна в применении в общественном транспорте, в общественных местах, на улице, в помещениях, для медицинских работников, в больницах и т.д. Ориентирована она на борьбу с инфекциями, распространяемыми воздушно - капельным путем, в частности можно говорить и о короновирусной инфекции. В связи с тем, что используется излучение ультрафиолетовой бактерицидной лампы без выделения озона, узко-спектральное - данная система не будет оказывать негативного влияния на органы дыхания человека, а также засорять окружающую среду озоном, атомарным кислородом и оксидами азота.
Предлагаемое устройство является активным в отличие от пассивных систем, содержащих фильтрующие элементы, которые необходимо заменять, обслуживать.
Эти известные системы имеют следующие недостатки:
1. Необходимость частого обслуживания;
2. Не отслеживается момент исчерпания ресурса защитного фильтра.
В нашем изобретении при критическом уменьшении заряда аккумулятора, к примеру, может выводится звуковой сигнал, тем самым явно напоминая человеку, что нужно достать новый запасной аккумулятор и произвести замену.
3. Конструкции известных технических решений требуют обязательно полного прилегания маски в отличие от нашего устройства. Модуль бактерицидной обработки воздуха может работать с нагнетанием воздуха и без нагнетания воздуха.
4. Пассивные системы в принципе (противогазы и др.) лишены фильтрации выходящего воздуха. Выходящий воздух в этих системах никогда не фильтровался и выходил необработанный. В современных условиях повысился уровень важности бактерицидной обработки не только вдыхаемого, но и выдыхаемого воздуха. Особенно важно это в условиях пандемии и широком распространении вирусов, передающихся воздушно-капельным путем.
5. Невозможно определить ресурс фильтра, так как использование этого фильтра нелинейно. То есть, момент, когда фильтр снижает эффективность фильтрации поймать очень сложно. Различные материалы содержат в себе активные химические элементы, но их там ограниченное количество, неизвестно когда они перестанут нормально функционировать.
К примеру, человек вышел в маске и подышал выхлопом машины - этот выхлоп вступил в реакцию - практически все элементы фильтра маски исчерпали свои полезные вещества достаточно быстро. Необходимо менять фильтр. Скорость исчерпания ресурса не линейная, т.к. нельзя обеспечить линейную скорость.
6. Фильтры одноразовые, загрязняют окружающую среду и требуют специальных средств для их уничтожения/переработки. Так как являются биологическими отходами, требующими специальных методов уничтожения.
7. В момент замены фильтра человек полностью беззащитен. В нашем изобретении предусмотрена система непрерывного энергопитания с возможностью смены аккумулятора, которая реализуется за счет возможности установить новый заряженный аккумулятор, а уже потом вынуть разряженный. После звукового сигнала о критическом снижении заряда работающего аккумулятора нужно открыть отсек и вставить новый аккумулятор. Вставив новый аккумулятор можно вынимать старый, чтобы обеспечить беспрерывную работу модуля бактерицидной обработки воздуха.
8. В современном мире существуют молекулярные фильтры работающие с избыточным давлением, иначе говоря, которые способны пропускать только молекулы газа без вирусов или других биологических веществ, содержащих ДНК и РНК. Фильтрация через них возможна, но надо нагнетать воздух под большим давлением, что невозможно осуществить на индивидуальной маске.