МАСКА ДЛЯ ДЫХАНИЯ
RESPIRATION MASK

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты организма человека в целом и органов дыхания для создания условий комфорта 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 при температуре окружающей среды от -64°С до +125°С и выше. Маска может использоваться в горно-добывающей, химической, строительной промышленности, на железной дороге, а также в армии, в МЧС и т.п.
Известна маска для защиты органов дыхания от холода, описанная в п. РФ №2167689 по 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 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, ленточные элементы из теплоемкого материала, например металла, а также ленточные элементы крепления маски.
К недостаткам маски относится 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, описанная в одноименном патенте РФ №2039582 по кл. А62В 7/00, 18/02, з. 09.06.92, оп. 20.07.95.
Известная маска содержит 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.
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». Кроме того, она не очень удобна в эксплуатации из-за того, что крепление к лицу производится на верхней части головы и за шею.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является элемент для обеспечения теплового баланса организма, описанный в одноименном патенте РФ №2266765 по кл. А62В 18/02, 7/10, з. 11.10.04, оп. 27.12.05. и выбранный в качестве прототипа.
Известный прибор содержит имеющий форму и размеры, повторяющие форму и соотношение размеров нижней части лица, и имеющий 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. Его трудно использовать при нахождении человека в опасной для жизни среде, например в шахте, в пустыне, на большом холоде.
Задачей заявляемого прибора является расширение его эксплуатационных возможностей.
Поставленная задача решается тем, что в маске для дыхания, содержащей корпус с отверстием для дыхания через рот, выполненный из тонкого слоя нитевидного влагостойкого материала, не представляющего сопротивления потокам воздуха, и содержащий 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 снабженной ленточками из тесьмы для закрепления на голове человека, согласно изобретению 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.
Выполнение вкладыша маски из чередующихся функциональных слоев - турбулентных, разгонных и мембранных - изготовленных из разных материалов, обеспечивает следующий эффект. Крайние в маске турбулентные слои, выполненные из электризующегося синтепона, за счет достаточно рыхлой и ворсистой структуры ткани обеспечивают перемешивание воздуха, электризацию в них молекул воздуха и воды и оседание на них вдыхаемой с воздухом влаги в виде нанослоев, что обеспечивает взаимодействие электростатического потока воздуха с нанослоем воды, которая делится на электростатические кластеры, обладающие уникальными свойствами, вплоть до появления свойств твердого тела при смене динамического давления потока воздуха. Примыкающие к ним изнутри следующие турбулентные слои из марли, пропитанной водой, обеспечивают частичное окисление в них воды и восстановление углекислого газа и других неорганических оксидов. Мембранные слои за счет выполнения их из марли, пропитанной компаундом, создают ламинарные потоки, где происходит «мембранное» деление образовавшихся в результате электризации дипольных молекул с преимуществом прохождения кислорода и образование наноканалов, имеющих конусную форму за счет формы маски - расширения от внутренней поверхности к внешней и за счет изменения плотности компаунда по высоте слоя. В разгонных слоях, выполненных также из электризующегося материала, происходит более сильная электризация молекул, создавшихся при движении потока воздуха в ламинарных слоях мембранных слоев, ускорение движения отдельных заряженных молекул и дипольных моментов. В итоге в маске происходит мембранное деление вдыхаемых потоков газа с преимуществом прохождения кислорода и формирование на стенках каналов нанослоев воды, формирующих комплексные соединения с углеродом, которые при участии молекул азота моделируют фотосинтез и поступление кислорода в органы дыхания в более сложных условиях эксплуатации. Алгоритм чередования слоев маски, рассчитанный по аналогии со структурой дыхательной системы человека, позволяет создавать изолирующие маски, в которых человеку для дыхания в ограниченном замкнутом объеме достаточно до 2-х литров воздуха, включая до 500 мл выдыхаемого воздуха и 1500 мл воздуха для компенсации рефлекторного вдоха дыхательного центра.
Технический результат - очистка воздуха и обогащение его кислородом.
Заявляемая маска обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение вкладыша из нескольких расположенных последовательно, считая от наружного слоя, чередующихся функциональных слоев: первого турбулентного, второго турбулентного, первого мембранного, первого разгонного, второго мембранного, третьего турбулентного слоя, второго разгонного слоя, второго мембранного, четвертого и пятого турбулентных слоев, выполнение первого и пятого турбулентных слоев из ткани типа «синтепон», второго - четвертого турбулентных слоев из марли, пропитанной водой, мембранных слоев - из марли, пропитанной компаундом, разгонных слоев - из электризующегося материала типа синтетического трикотажа, а также использование в качестве компаунда водного раствора сахара и крахмала с изменением его плотности по высоте слоя, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю не известны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемая маска для дыхания может найти широкое применение в качестве индивидуального средства защиты в горно-добывающей (в шахтах), в химической, строительной (на стройках) промышленности, в армии, в МЧС, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг.1 - внешний вид маски со стороны отверстия для дыхания;
- фиг.2 - вид маски в поперечном горизонтальном разрезе.
1
2
1
1
3
2
2
4
5
1
5
2
4
Заявляемая маска для дыхания (фиг.1 и 2) содержит корпус 1 с отверстием 2 для дыхания через рот, выполненный из тонкого слоя нитевидного влагостойкого материала, не представляющего сопротивления потокам воздуха, и вкладыш 3 из сетчатых элементов толщиной от единиц до десятков микрон, образующих теплообменную поверхность в виде изогнутого наружу переменным радиусом пакета толщиной от единиц до десятков миллиметров. Маска снабжена ленточками 4 из тесьмы для закрепления на голове человека. При этом радиус изгиба и площадь внешней поверхности больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности с образованием расширяющихся микроканалов теплообменной поверхности. Вкладыш 3 состоит из нескольких расположенных последовательно (считая от наружной поверхности) следующих чередующихся функциональных слоев: первого турбулентного слоя 5, второго турбулентного слоя 5, мембранного слоя 6, первого разгонного слоя 7, третьего турбулентного слоя 5, второго мембранного слоя 6, второго разгонного слоя 7, четвертого турбулентного слоя 5 и пятого (внутреннего) турбулентного слоя 5. При этом наружный турбулентный слой 5 и внутренний турбулентный слой 5 выполнены из ткани типа «синтепон», турбулентные слои 5-5 - из марли, пропитанной водой, мембранные слои 6 - из марли, пропитанной компаундом 8, разгонные слои 7 - из электризующегося материала типа синтетического трикотажа, а в качестве компаунда 8 использован водный раствор из сахара и крахмала, причем плотность компаунда изменяется по высоте слоя.
Заявляемая маска для дыхания работает следующим образом.
1
2
1
1
1
1
3
2
2
4
5
При вдыхании воздуха через отверстие 2 в корпусе 1 маски в турбулентном слое 5, принимающем поток воздуха, благодаря выполнению его из синтетического ворсистого материала происходит перемешивание воздуха и электризация молекул воздуха и воды. Во втором турбулентном слое 5, выполненном из марли, пропитанной компаундом, происходит оседание микроскопических частиц части влаги на этом слое, образующей нанослой, и электростатический после первого слоя 5 поток воздуха взаимодействует с этим нанослоем. В мембранном слое 6 создаются ламинарные потоки и происходит из-за разной проницаемости компонентов воздуха (кислород, азот, водород в составе воды, углекислый газ и возможные примеси) деление ламинарного потока на дипольные молекулы - кислород и другие составляющие компоненты воздуха. На стенках этого слоя оказывается вода и углекислый газ, образующие комплексные соединения следующих кислот: ортоугольной, метаугольной, надугольной и моноугольной, а по краям укладывается слой воды в 2-3 молекулы. В этом слое между молекулами газов образуются наносвязи. В следующем разгонном слое 7, выполненном также из электризующегося материала, происходит усиленная электризация молекул, создавшихся при движении ламинарных потоков в предшествующем мембранном слое 6, ускорение заряженных отдельных молекул и их дальнейшее перемещение в третий турбулентный слой 5, где происходит дальнейшее перемешивание потока и продолжается окисление молекул воды с выделением кислорода. Далее поток воздуха проходит во второй мембранный слой 6, где происходит дальнейшее разделение потока воздуха на имеющий большую скорость кислород, а также химические реакции присутствующих газов и нанослоев воды, в результате чего формируются комплексные соединения с углекислым газом, которые при участии молекул азота моделируют процесс, аналогичный протекающему при фотосинтезе с образованием молекул кислорода и азотисто-водородных соединений. В следующем разгонном слое 7 снова происходит ускорение потока воздуха, переносящего уже, в основном, кислород в следующий турбулентный слой 5, где происходит дальнейшее перемешивание потока и заканчивается окисление недоокисленных молекул воды с выделением кислорода. Затем поток воздуха с большим количеством кислорода проходит в пятый турбулентный слой 5, где происходит нейтрализация диполей и поступление его (потока воздуха с большим количеством кислорода) в органы дыхания человека.
Аналогичным образом при выдохе через маску происходит фактическое очищение выдыхаемого потока воздуха и насыщение его кислородом.
В сравнении с прототипом заявляемая маска для дыхания имеет более широкие эксплуатационные возможности.