ГИПЕРБАРИЧЕСКАЯ, ОКСИГИНИРОВАННАЯ, ФУНКЦИОНАЛЬНО АДАПТИРОВАННАЯ (КЛИМАТИЧЕСКИ, СТЕРИЛЬНО ИЛИ КОМФОРТАБЕЛЬНО) СРЕДА, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ БИОДОСТУПНОСТИ КИСЛОРОДА ВОЗДУХА ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА И/ИЛИ ЖИВОТНЫХ В ЖИЛЫХ, ОФИСНЫХ ИЛИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ ПОСРЕДСТВОМ УВЕЛИЧЕНИЯ ЕГО ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ

Область техники к которой относится полезная модель.
Медицина, спорт, животноводство, быт, развлечения и т.д.
Уровень техники.
Наиболее близкими устройствами из технического мира нам известны декомпрессионные камеры (для подводных ныряльщиков) и гипербарические медицинские камеры. Но ни те, ни другие не предназначены для активной жизни и могут быть использованы только в узких медицинских рамках, чем принципиально отличаются от предлагаемой модели и по сути не являются ее аналогами.
Раскрытие полезной модели.
Гипербарическая, оксигинированная, функционально адаптированная (климатически, стерильно или комфортабельно) среда, создается в закрытых помещениях (мед. палатах, офисах, спортивных залах, квартирах и т.д.), предварительно герметизированных. Повышение атмосферного давления до двух (в некоторых случаях более) атмосфер и увеличение содержания в ней кислорода до 40% (в некоторых случаях более) обеспечит многократное увеличение парциального давления дыхательных газов (кислорода в частности). В подобной среде перенос кислорода к тканям происходит не только за счет гемоглобина, но и за счет насыщенной кислородом плазмы крови. Увеличение биодоступности кислорода способствует усилению обмена веществ в организме человека и животных. На подобном механизме построено лечебное воздействие гипербарической оксигинации в барокамерах. В подобных камерах дыхание чистым кислородом и чрезвычайно ограниченное помещение препятствует полноценной жизни человека (физической активности, комфорту, работе и т.д.). Кроме того, чистый кислород накладывает некоторые ограничения для определенных групп населения (имеются противопоказания - например, эпилепсия), и его использование чревато кислородными отравлениями. Природный же состав воздуха, обогащенный кислородом и сжатый до двух атмосфер, обеспечит более мягкое воздействие, но по природе тоже, что и кислородная атмосфера барокамеры. Длительное воздействие подобной среды окажет мощный оздоравливающий эффект на весь организм. Ускорение окислительно-восстановительных реакций в клетках обеспечивает повышенную выносливость, мышечный тонус, улучшение работы мозга, восстановление поврежденных тканей (костный переломы, растянутые связки, клеток печени, почек, сердца и поджелудочной железы). У здорового человека повышается работоспособность, обостряются чувствительность рецепторов, снижается потребность в сне и отдыхе. При таких хронических заболеваниях как астма, ишемическая болезнь сердца и т.п. гипербарическая среда защитит от приступов без специальных медикаментов, и обеспечит нормальную жизнь и трудоспособность некогда безнадежным инвалидам.
При помощи этой технологии можно привнести в быт обыкновенного человека (дома, на работе, в спортзале, в больнице, в школе) прелесть благотворного воздействия барокамеры.
Что можно ожидать от применения этой модели в различных отраслях науки и техники?
Возьмем для примера медицину. Конкретно, оборудуем операционную и палату интенсивной терапии. Какие преимущества это дает обслуживающему персоналу? В подобной атмосфере медики будут уставать значительно меньше обычного, мозг будет работать лучше, рефлексы обострятся, эффективность работы повысится. Для пациента? Биодоступность кислорода практически не привязанная к содержанию в крови гемоглобина будет способствовать выживанию тех, кто при прочих условиях погибал бы от гипоксии. Улучшение обмена веществ во всех случаях благотворно будет влиять, как на протекание операции, так и на последующее восстановление здоровья больного. Появится возможность использовать новые технологии, например, использование коллоидных растворов газированных чистым кислородом, внутривенным введением которых можно временно обеспечивать мозг кислородом, когда легкие не способны выполнять свою функцию, до подключения искусственного легкого.
Кроме того, повышенное содержание кислорода способствует созданию суперстерильной атмосферы в помещении. Среда с повышенным содержанием кислорода губительна для анаэробов, что может найти применение в гнойной хирургии, например для лечения больных с газовой гангреной. Во многих случаях отпадет необходимость в применении антибиотиков, которые кроме положительного влияния на течение болезни еще имеют целый спектр разрушающего воздействия на организм в целом и при этом бывают не достаточно эффективными.
Оборудованная подобным образом родильная палата до минимума сократит количество детей рожденных с гипоксией, и опасность родовых кровотечений, при котором роженицы испытывают острое кислородное голодание вследствие резкого падения гемоглобина.
Кабинеты физиотерапии в разы увеличат эффективность своих мероприятий по реабилитации пациентов.
Спорт?
Спортивный зал повысит выносливость спортсменов, что увеличит эффективность тренировок. Мышечная масса будет расти лучше, связки крепнуть быстрее с меньшим утомлением от тренировки, с большим комфортом.
В учебных классах можно повысить успеваемость и интеллектуальное развитие учеников. В офисах можно достичь подобных эффектов и в разы повысить комфорт пребывания на рабочем месте, максимально снизив влияние гиподинамии.
Кроме того, среда подобных помещений остается динамической, и характеристики ее легко могут быть изменены без специальной подготовки. Можно повысить или понизить давление или содержание кислорода, можно добавить ароматы, климатические изменения (температура, влажность воздуха, движение воздушных потоков), испарения эфирных масел с целью общего оздоровления, добавить закись азота для обострения чувственности и т.п. И при этом всегда остается возможность немедленного проветривания помещения без разгерметизации. Этими средствами возможно создавать в помещениях любой микроклимат в любое время года (влажный морской бриз, бархатные тропики и т.п), например для элитных салонов или ресторанов.
Таким образом, основная задача предлагаемой модели среды обитания состоит в том, чтобы воздействовать на живые организмы дышащие кислородом воздуха по средствам увеличения парциального давления кислорода во вдыхаемой газовой смеси. При этом улучшается жизнедеятельность организмов на клеточном уровне, что и обуславливает столь широкий спектр эффектов-следствий (оздоровление, повышение комфортности, увеличение работоспособности и иных способностей). Воздействие равнозначно относится как к человеку, так и к животным.
Технический результат модели: создание и поддержание повышенного парциального давления кислорода дыхательной смеси в помещениях предназначенных для активной деятельности человека и/или животных.
Технический результат достигается двумя основными путями: повышением давления воздуха и увеличением количественного содержания кислорода в воздухе.
В связи с этим, технический результат будет достигаться уже при включении хотя бы одной составляющей. По закону Бойля-Мариотта (объем заданной массы газа обратно пропорционален его давлению), таким образом при двойном давлении даже обычного воздуха, объем (а значит и количество) кислорода поступающего в легкие с одним вдохом увеличится вдвое, что естественно отразится на скорости дифундирования его в кровь. Кроме того по закону Генри-Дальтона растворимость газов в жидкостях пропорциональна давлению газа.
При введении в смесь дополнительного количества кислорода, мы усиливаем технический результат за счет увеличения парциального давления кислорода в гипербарической смеси. Что по тому же закону Генри-Дальтона пропорционально увеличит количественное растворение именно кислорода в плазме крови.
Характерные признаки модели.
1. Конструктивные элементы.
1.1. Закрытое помещение.
1.2. Герметизирующие элементы (стеклопакеты, мастики, резины, клеи, герметики и т.п.)
1.3. Компрессоры для нагнетания воздуха и поддержания давления.
1.4. Кислородное оборудования (баллоны, редукторы, дозаторы, анализаторы содержания кислорода, автоматика).
1.5. Оборудование для очистки воздуха от вредных примесей, пыли, спор, бактерий, вредных газов (фильтры, поглотители углекислого и других вредных газов).
1.6. Средства контроля за атмосферой, (манометры, анализаторы газов, влагомеры, термодатчики).
1.7. Климатическая система (кондиционеры, вентиляторы для движения атмосферы, обогреватели, увлажнители, осушители).
1.8. Усиленная противопожарная система, по причине повышенной опасности возгорания в оксигинированной среде.
1.9. Переходная камера с предварительной откачкой повышенного давления, с регулируемым временем прохождения через нее, во избежание развития кессонной болезни.
2. Связь между элементами предпочтительна централизованная, для более удобного и надежного обслуживания системы.
3. Форма выполнения связи между элементами должна рассматриваться в связи с целевым назначением конкретной модели.
4. Параметры, формы и расположения элементов подбираются непосредственно для конкретного помещения и целевого назначения этого помещения.
Краткое описание графической схемы.
1. Помещение шлюзовой камеры.
2. Вспомогательный компрессор для откачки избыточного давления из шлюзовой камеры.
3. Панель управления шлюзовой камеры.
4. Дверь в основное помещение.
5. Дверь помещения регенерации капаситетов (адсорберов углекислоты).
6. Дверь в шлюзовую камеру.
7. Помещение для регенерации капаситетов.
8. Устройство для размещения и вентилирования капаситетов.
9. Вентиляционная шахта.
10. Вентиляционный рассеиватель.
11. Основной компрессор.
12. Фильтр воздушный грубой очистки.
13. Фильтр воздушный тонкой очистки.
14. Кондиционер.
15. Кислородное оборудование.
16. Осушитель воздуха.
17. Обогреватель воздуха.
18. Шлюз для вентиляции.
19. Противопожарные точки.
20. Панель управление автоматикой.
21. 3она размещения оператора.
Осуществление полезной модели.
Описываемая далее конструкция модели может быть использована в производственном цеху, офисном помещении, спортивном зале, конференц-зале и т.п.
Осуществление проекта целесообразно разбить на 5 этапов.
1. Герметизация основного помещения.
2. Сооружение шлюзовой камеры и помещения для регенерации капаситетов.
3. Монтаж оборудования и отделочные работы.
4. Пуско-наладочные мероприятия.
5. Испытания.
1. Герметизацию основного помещения следует начинать с замены окон. Необходимо установить прочные не бьющиеся стеклопакеты, а большие площади сплошных стеклянных поверхностей лучше заменить на несколько меньших размеров, укрепляя их дополнительным количеством рамовых перемычек. Пакеты должны быть из армированного пленкой стекла, во избежание стремительной разгерметизации помещения в аварийной ситуации (землетрясение, удар в окно камнем и п.д.) Зазоры между окнами и стеной не следует задувать полиуретаном, а заполнить их силиконовыми герметиками с большими деформационными характеристикам, чтобы обеспечить идеальную герметичность во время температурных перепадов.
Нижние перекрытия из пористых материалов (бетон, железобетон) целесообразно покрыть значительным слоем 2-3 см амфотерными полужидкими мастиками на основе битума.
Для стен и потолков подойдут высыхающие мастики на основе сырой резины или силикона с максимально большой проникающей способностью в пористые материалы. Не следует применять мастики содержащие в составе формальдегид или иные отравляющие летучие вещества. До продолжения работ необходимо проследить за тщательным проветриванием помещения в продолжении всего времени технологического высыхания или отвердения смесей указанных в техническом описании.
На этом грубую герметизацию можно считать законченной. Дальнейшие мероприятия по герметизации будут осуществляться по необходимости во время монтажа оборудования и сооружения шлюзовой камеры.
2. Для шлюзовой камеры 1 можно отделить место как в основном помещении, так и за его пределами в непосредственной к нему близости. Наиболее простым видится для этой цели герметизация части коридора, отделенную предварительно металлопластиковой перегородкой с усиленными стеклопакетами.
Дверь 6 притягивается электромагнитами, которые препятствуют несанкционированному открыванию. Магниты отпускают дверь только при закрытой двери 4 и предварительно выровненном с внешним атмосферным давлением. Подобно, дверь 4 открывается только при закрытой двери 6 и выровненном с внутренним помещением давлением. На панели 3 можно отслеживать динамику изменения характеристик давления в шлюзовой камере и управлять работой дополнительного компрессора 2.
Герметизированное помещение 7, где проходит регенерация адсорберов углекислого газа, можно сооружать подобным же образом. Двери 5, также снабженные электромагнитными замками, открываются только при закрытых дверях 6 и 4 и уравненном давлении в помещениях 1 и 7.
3. Монтаж оборудования стоит осуществлять естественным путем, стараясь минимально загромождать им помещение.
Например, капаситетную вентиляцию можно расположить под деревянным половым настилом. В углублениях 8 устанавливается втягивающие вентиляторы, а над ними располагаются сменные кассеты, сверху прикрываются эстетичными решетками. Втягиваемый вентилятором воздух будет проходить через очистительную кассету и подаваться по вентиляционному ходу 9 под навесной потолок в рассеиватель 10. Основной компрессор 11 и кислородная система 15 располагаются снаружи помещения. Фильтры 12 и 13 могут сочетаться с компрессором. Некоторые фирмы предоставляют возможность установки их интегрировано с компрессором.
Кондиционер 14 лучше расположить ниже подвесного потолка, для его лучшего функционирования. Подобно осушитель 16 и обогреватель 17 лучше не прятать.
Штуцеры пожарной системы 19 естественно выводятся в потолок. Коммуникации подводятся к пульту управления 20 в зоне 21 для оператора. Испытание оборудования можно проводить до отделочных работ, и повторить их после.
4. Пуско-наладочные работы необходимо проводить с инженером, который был ответственен за разработку и установку автоматики. Даже при условии идеального функционировании автоматики, должно быть предусмотрено ручное управление, на случай аварийной ситуации.
5. До введения в эксплуатацию модель должна пройти испытания максимальными нагрузками (много людей в помещении, максимальное время работы капаситетов, скорость проветривания при аварийной ситуации и т.д.).
Принцип работы модели.
Первая заправка начинается с подачи воздуха посредствам винтового компрессора 11. Для помещения порядка 100 кубометров целесообразно использовать компрессор средней мощности, накачивающий 3-5 кубов в минуту. Агрегат настроен таким образом, чтобы качать воздух до тех пор, пока давление в помещении ни поднимется до двух атмосфер, потом наполняет ресивер, чтобы покрывать незначительные утечки без работы самого агрегата и отключается.
Затем подключается кислородный комплекс. Поднимается содержание кислорода до 35-40%. Во время работы комплекса должны включаться вентиляторы капаситетов для интенсивного перемешивания атмосферы и удаления из него излишек углекислого газа, закаченных с улицы. При достижении оптимального содержания кислорода, кислородный комплекс прекращает свою работу. Все это возможно проделать вручную, руководствуясь показаниями приборов (газоанализаторов). Но можно постараться автоматизировать, чтобы облегчить задачу оператору, или вовсе исключить человеческий фактор.
В результате будет израсходовано килограммов 20 кислорода и потрачено 30-40 минут времени. Давление вероятно превысит две атмосферы процентов на 15, что быстро выровнится за счет неизбежных потерь от утечек. Как только давление будет опускаться ниже заданного, компрессор будет его подкачивать. Как только содержание кислорода будет падать ниже 35%, кислородный комплекс будет включаться и подкачивать до 40%.
Система очистки от углекислого газа и примесей включается когда работает кислородный комплекс или когда содержание углекислого газа превышает 0,3%.
В процессе жизнедеятельности человек выделяет в атмосферу углекислый газ в среднем 20-30 литров в час (при интенсивных нагрузках гораздо больше). При подборе капаситетов следует учитывать их емкость под предполагаемое количество человекочасов, чтобы избегать аварийного проветривания в присутствии людей. Хотя это не опасно, но в зависимости от погодных условий снаружи, внутренний климат помещения может временно изменяться в температурном режиме. Кроме того произойдет выветривание всего лишнего кислорода, что тоже снизит комфортабельность помещения на некоторое время. Влажность тоже может в некоторых пределах повыситься. Поэтому капаситеты нужно подбирать так, чтобы всегда можно было их поменять без того, чтобы создавать людям дискомфорт, и чтобы их ресурс неожиданно не заканчивался, например, во время важного совещания. Заполненные капаситеты вынимаются и выносятся в комнату для регенерации, а на их место устанавливаются дополнительные. О их заполнении можно судить по повышению углекислоты в помещении.
Климатические условия поддерживает в помещении кондиционер и обогреватель в роли которого может выступать и теплый пол.
Надо помнить и о том, что человек в среднем выделяет в атмосферу 50 гр. влаги в час в виде пара. Поэтому, когда влажность в помещении поднимется выше заданной оператором (скажем 60%), подключится осушитель воздуха 16.
Для того, чтобы войти в рабочее помещение, нужно снаружи или изнутри включить компрессор 2 для выравнивания атмосферного давления внутри шлюзовой камеры и снаружи. Когда давление в камере достигнет 1 атмосферы, входной замок 6 отключится и можно будет войти в камеру. Затем замок закрывается, открывается кран из внутреннего помещения и давление выравнивается до 2 атмосфер. Дверь 4 открывается и можно проходить внутрь. При этом, неизбежна будет некоторая потеря избыточного кислорода в шлюзовой камере, когда будет открыта дверь 6. Но она столь незначительна, что ею можно пренебречь.
Аварийное проветривание происходит следующим образом. Если уровень углекислого газа дошел до отметки в 1%, шлюз 18 открывается и начинает интенсивно стравливать внутреннее давление наружу. Его пропускная способность должна быть несколько ниже (2-3 куба в минуту), чем возможность основного компрессора 11 докачивать воздух. Как только давление в помещении начинает падать, компрессор включается на поддержание давления и идет циркуляторное проветривание как в проточном озере. В течении 1-1,5 часов атмосфера в помещении заместится на 90%. Как только шлюз 18 закрыт, давление падать перестает, компрессор отключается. Включается кислородный комплекс, по необходимости кондиционер, обогреватель, осушитель и обязательно капаситеты.
Для обеспечения безопасности, на случай аварийного отключения электричества, необходимо иметь дополнительный источник питания для компрессора 2, чтобы люди могли беспрепятственно покинуть помещение.
Более дешевый, облегченный вариант подобной модели - относительно герметизированное помещение накачивается двойным давлением внешней атмосферы и используется при постоянном циркуляторном проветривании через вентиляционный шлюз 18. При этом отпадает возможность использования кислородного комплекса, что снижает технический результат. Кроме того, подобное использование модели сильно привязано к условиям окружающей среды. Проветривание практически сведет к нолю использование кондиционера, отопления, осушителя воздуха. Но при этом можно обойтись без использования капаситетов, что существенно удешевит оборудование, и упростит обслуживание.
Сущностью полезной модели является совокупность нескольких технических комплексов, обеспечивающих ее технический результат.
1. Основной (на схеме 11) и вспомогательный (2) компрессоры, вентиляционный шлюз (18). Предназначены для поддержания оптимального давления воздуха внутри помещения и его проветривания.
2. Оборудование для очистки воздуха - Вентиляторы и капаситеты (8), фильтры воздушные (12 и 13). Предназначены для очищения воздуха от вредных веществ (газов, пыли).
3. Кислородный комплекс (15) включающий в себя кислородные баллоны, редукторы, дозаторы и электронику оперативно реагирующую на показания анализирующий атмосферу приборов. Предназначен для поддержания заданного процента кислорода в атмосфере помещения.
4. Средства контроля за атмосферой (20 и 3) - газоанализаторы, манометры, термодатчики, влагомеры, датчики отравляющих веществ. Необходимы для выявления недостатков в атмосфере помещения и подачи сигналов для оператора или рабочего комплекса.
5. Климатическая система - кондиционер (14), осушитель воздуха (16), обогреватель (17). Предназначены для поддержания оптимальной, заданной температуры и влажности воздуха.
6. Конструктивные элементы - вентиляционный шахты (9, 10), переходная камера (1), помещение для регенерации капаситетов (7). Выступают в роли дополнительных необходимых элементов, для поддержания стабильной работы всей системы.