УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания человека от холода, а именно к устройствам для нагрева вдыхаемого воздуха в условиях пониженных температур.
Предлагаемое устройство будет полезно в период холодной погоды, при снегопадах и сильном ветре для создания наиболее благоприятных условий жизнедеятельности человека и обеспечения очистки вдыхаемого воздуха от снега.
Известно, что низкие температуры становятся опасными для жизни людей, при этом адаптация затрагивает практически все системы организма человека, а длительное воздействие холодной окружающей среды приводит к общим нарушениям в организме. Длительное охлаждение организма понижает сопротивляемость к инфекционным болезням. Особенно вредны резкие понижения температуры, к которым организм не всегда успевает приспособиться.
В настоящее время существует большое количество устройств для защиты органов дыхания в условиях пониженных температур, именуемых тепловыми масками. Такие маски нагревают вдыхаемый воздух без дополнительной энергии, используя тепло выдыхаемого человеком воздуха. Это осуществляется за счет какой-либо теплообменной регенерирующей тепло насадки, через которую попеременно проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух. Общим недостатком таких устройств является обмерзание регенерирующей насадки, низкая ее эффективность, наличие стягивающего крепления, вызывающего повышенное локальное давление на кожу лица, а также необходимость частой замены насадок при изменении температуры окружающей среды.
Известен элемент для обеспечения теплового баланса организма (варианты), описанный в одноименном патенте РФ №2266765 по Кл. A62B 18/02, A62B 7/10, з. 11.10.2004, оп. 11.10.2004. Данный элемент выполнен из множества слоев нитевидного влагостойкого материала, наложенных друг на друга и соединенных в единый корпус, пропитанный компаундом.
К недостатками данного изделия относится явление конденсации водяных паров при выдыхании человеком воздуха в корпусе данного элемента, которое может приводить к последующему замерзанию конденсата и, следовательно, к повышенному сопротивлению движения воздуха при дыхании человека. Также данное изделие имеет достаточно большие габаритные размеры и небольшой срок эксплуатации вследствие разрушения нитевидного материала при частых стирках и сушках.
Известно устройство для защиты органов дыхания от пониженных температур, описанное в одноименном патенте РФ №2170116 по Кл. A62B 18/00, з. 25.07.2000, оп. 25.07.2000. Устройство содержит корпус с отверстиями для вдоха и выдоха, а также снабжено магистралями выдыхаемого и вдыхаемого воздуха, разделенными теплопередающей стенкой и расположенными так, что корпус образован наружной стенкой магистрали выдыхаемого воздуха. Магистраль выдыхаемого воздуха и магистраль вдыхаемого воздуха снабжены обратными клапанами.
К недостаткам данного изделия относятся его большие размеры и сложность устройства клапанов, которые из-за оседания паров влаги могут примерзнуть и вызвать затруднение при дыхании человека. В данном устройстве каналы, по которым движется вдыхаемый и выдыхаемый воздух, расположены горизонтально, поэтому конденсирующаяся влага остается внутри, что создает неудобство для дыхания.
Известна маска для защиты органов дыхания от холода, описанная в одноименном патенте РФ №2045301 по Кл. A62B 18/00, A62B 9/00, з. 11.12.1992, оп. 10.10.1995. Маска имеет корпус, в котором выполнено отверстие для входа и выхода воздуха, а также теплообменник, который образует в корпусе камеру между ним и отверстием для вдоха и выдоха. К камере подсоединена полая насадка, выполненная из эластичного материала.
К недостаткам данной маски относятся ее большие размеры, неэстетичный вид, наличие выступающих частей, сковывающих движения человека в области шеи.
Известна маска для защиты органов дыхания и лица от холода, описанная в одноименном патенте РФ №2039582, кл. A62B 7/00, 18/02, заявл. 09.06.92, опублик. 20.07.95. 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 данного устройства является применение сетчатого аккумулирующего материала, что является малоэффективным для нагрева поступающего воздуха и способствует оседанию с течением времени паров влаги, что приводит к витанию капелек воды при частых и глубоких вдохах и выдохах. Такое витание вызывает чувство дискомфорта у человека и является нежелательным явлением. Кроме того, образующаяся влага, не отведенная из устройства, со временем замерзает, ухудшая его работу и создавая трудности для движения воздуха.
Прототипом выбрано устройство для защиты органов дыхания в условиях пониженных температур (РФ №118202, кл. A62B 18/02, заявл 06.03.2012, оп. 20.07.2012) содержащее лицевую маску, воздушный фильтр и регенеративную насадку, при этом насадка выполнена из вертикально ориентированных трубок, изготовленных из теплоемкого материала, соединенных между собою и зафиксированных в верхней их части на пластине и имеющих отверстия для движения воздуха. Насадка к лицевой маске присоединяется при помощи контактной ленты типа «крючок и петля».
Недостатком данного устройства -является конструкция насадки, включающая лишь один ряд трубок для дыхания только через рот, что значительно снижает эффективность насадки в виду меньшего количества переданного и воспринятого теплового потока; ограничивает область ее применения только для активных видов деятельности человека (затруднено дыхание через нос и нарушает общую аэродинамику при вдохе-выдохе человека. Кроме того, воздушный фильтр при интенсивной эксплуатации устройства с течением времени намокнет и создаст дополнительное сопротивление при дыхании.
Технической задачей настоящей полезной модели является повышение тепловой эффективности конструкции устройства, улучшение эксплуатационных характеристик, а также повышение удобства его использования.
Сущность устройства заключается в том, что оно содержит лицевую маску и регенеративную насадку из теплоемкого материала, при этом насадка выполнена из материала, в котором сделаны не менее двух вертикально ориентированных рядов каналов.
Первый вариант маски предусматривает такую конструкцию насадки, когда вертикально ориентированные ряды каналов не соединяются друг с другом. Дальний от лицевой поверхности насадки ряд каналов сквозной вверху и внизу, а ближний ряд каналов внизу сквозной, а вверху герметично закрытый, но имеющий отверстия для горизонтального входа и выхода воздуха на лицевой поверхности насадки. При этом регенеративная насадка к лицевой маске присоединяется при помощи контактной ленты типа «крючок и петля».
Во втором варианте вертикальные каналы соединены между собой горизонтальными каналами, а насадка содержит коллектор для входа и выхода воздуха, который проходит лицевую маску насквозь и крепится к ней за счет выносных бортов, при этом ближний к лицевой поверхности насадки ряд каналов вверху и внизу герметично закрытый, но имеющий отверстия для горизонтального входа и выхода воздуха на лицевой поверхности насадки, а дальний ряд каналов вверху сквозной, внизу герметично закрытый и имеющий выход наружу в виде коллектора.
Регенеративная насадка может быть выполнена из однородного или разнородного теплоемкого материала, с вогнутой лицевой и выпуклой задней поверхностью. Может быть выполнена со скошенными вверху углами для снижения аэродинамического сопротивления при движении воздуха в верхней части насадки через дальний ряд каналов.
Отверстия на лицевой части регенеративной насадки могут быть выполнены либо в линейном, либо шахматном порядке, либо концентрически расходясь от центра; одинакового или разного диаметра в зависимости от удаления от центра поверхности. Более крупного диаметра могут быть центральные отверстия, самый минимальный диаметр - по краям насадки.
Действие устройства основано на рекуперации тепла воздуха при дыхании и не требует от человека каких-либо особых навыков. Температура воздуха в подмасочном пространстве повышается за счет собственного тепла выдыхаемого воздуха и нагрева входящего холодного воздуха при прохождении через регенерирующую насадку, ранее нагретую при цикле выдыхания. Предложенная маска удобна в работе, способствует улучшению условий труда.
Изобретение поясняется чертежами, где показаны:
на фиг. 1 - конструкция регенеративной насадки,
на фиг. 2 - схема устройства (вариант 1),
на фиг. 3 - схема устройства (вариант 2).
Устройство на фиг. 1 и 2 состоит из лицевой маски 1 и регенеративной насадки 2, выполненной из монолитного или композиционного теплоемкого материала, внутри которого выполнены не менее двух рядов вертикально ориентированных сквозных канала 3 для дыхания через нос и сквозных каналов 4 для дыхания через рот, таким образом, чтобы через имеющиеся отверстия 5 вдыхаемый и выдыхаемый человеком воздух проходит внутри этих каналов. Каналы не соединены друг с другом. Крепление регенеративной насадки 2 к маске 1 может осуществляться при помощи контактной ленты 6 типа «крючок и петля» (VELCRO), размещенной на выпуклой стороне насадки 2 в верхней ее части и на вогнутой ее стороне в нижней части. Вход и выход воздуха через лицевую маску осуществляется через прорезь с нижней ее части. Лицевая маска может быть выполнена из текстильного материала (ткани) в форме шарфа, полумаски или балаклавы.
Устройство по фиг. 1 и 3 отличается тем, что вертикальные каналы 3 и 4 соединены между собой горизонтальными каналами (показаны условно), а насадка 2 содержит коллектор 7 для входа и выхода воздуха, который проходит лицевую маску 1 насквозь и крепится к ней за счет выносных бортов, при этом ближний к лицевой поверхности насадки ряд каналов вверху и внизу герметично закрытый, но имеющий отверстия для горизонтального входа и выхода воздуха на лицевой поверхности насадки, а дальний ряд каналов вверху сквозной, внизу герметично закрытый и имеющий выход наружу в виде коллектора 7.
Устройство используют следующим образом. Перед применением обычно находится в сложенном (свернутом) состоянии. При использовании ее развертывают, проверяют наличие и крепление регенеративной насадки 2 на внутренней стороне лицевой маски 1, после чего надевают на лицо.
Устройство работает следующим образом. Выдыхаемый человеком воздух поступает внутрь вертикальных канала 3 и 4 через отверстия 5 и проходит по всей их длине на выход, при этом нагревая насадку до определенной температуры, после чего воздух выбрасывается в окружающую среду.
При вдохе воздух из окружающей среды поступает внутрь устройства, проходя через вертикальные каналы 3 и 4, в которых нагревается до определенной температуры, и отверстия 5, после чего попадает в дыхательные органы человека. Контактная лента 6 в первом варианте устройства позволяет не только зафиксировать регенеративную насадку 2 на текстильной маске 1, но и обеспечить быстрое разъединение маски и насадки для последующей очистки. Крепление насадки к маске за счет коллектора с выносными бортами 7 обеспечивает надежное крепление и быстрое разъединение маски и насадки без применения устройства контактной ленты 6.
Данное устройство проверено в рабочих условиях при температуре наружного воздуха равной -28…-35°C. Температура в подмасочном пространстве на выходе из регенерирующей насадки составляла +3…0°C соответственно. Таким образом, экспериментально определено, что предлагаемое устройство защищает органы дыхания в условиях пониженных температур и способствует улучшению условий жизнедеятельности человека.