Многоразовая маска для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов

Полезная модель относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания, более конкретно, к многоразовым маскам для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов и может найти применение в условиях временного заражения воздушной среды в учреждениях медицины, в сооружениях городской среды и местах большого скопления людей.
В рамках проводимой работы по борьбе с распространением коронавирусной инфекции Минздравом России, Минпромторгом России, Роспотребнадзором, Росстандартом и другими ведомствами даны рекомендации по применению гражданами средств индивидуальной защиты органов дыхания в общественных местах и общественном транспорте. Ношение защитных лицевых масок является обязательным или профилактическим мероприятием, которое помогает предотвратить массовое распространение инфекционных заболеваний, передающихся воздушным и воздушно-капельным путем. К числу таких средств, наряду с противогазами и фильтрующими респираторами, относятся медицинские, технические и прочие маски одноразового или многоразового использования. В качестве средства усиленной защиты органов дыхания от вирусов и бактерий, по рекомендациям Роспотребнадзора, допускается использование противоаэрозольных респираторов из изолирующих материалов со сменными фильтрами с эффективностью защиты: FFP1 - 80%; FFP2 - 94%; FFP3 - 99%. Преимущество респираторов перед фильтрующими полумасками заключается в возможности многократного использования лицевых частей, при этом заменяются только фильтры. Лицевые части респираторов и масок из изолирующих материалов могут обрабатываться дезинфицирующими растворами, а фильтры или изделия в целом подвергаются периодической термообработке.
Всемирная организация здравоохранения рекомендует в период пандемии использовать респираторы 2-й степени защиты, а респираторы 3-й степени защиты применять при прямом контакте с зараженным человеком. Промышленные индивидуальные средства фильтрации вдыхаемого воздуха подлежат обязательной оценке соответствия в форме сертификации требованиям безопасности средств индивидуальной защиты. Медицинские маски, обладающие достаточной фильтрующей способностью, рекомендованные Всемирной организацией здравоохранения для большинства случаев использования, также должны иметь регистрационное удостоверение соответствующего ведомства. Маски, которые не являются медицинскими изделиями или средствами индивидуальной защиты, не подлежат обязательной оценке соответствия, на них может быть оформлен добровольный сертификат соответствия. Для граждан, вне осуществления ими профессиональной деятельности, требования к видам применяемых масок не установлены и допускается индивидуальное использование человеком для фильтрации воздуха любых масок, в том числе медицинских, гигиенических, ватно-марлевых и других. В настоящее время из-за распространения коронавирусной инфекции COVID-19 в России наблюдается определенная нехватка эффективных средств индивидуальной защиты органов дыхания, соответственно ведутся работы по совершенствованию известных моделей, созданию и внедрению более эффективных видов масок и респираторов.
Известен противогазоаэрозольный универсальный респиратор длительного применения «Шанс», разработанный компанией ООО «НПК Пожхимзащита» и предназначенный для защиты органов дыхания человека от присутствующих в воздухе вредных газо- и парообразных веществ, мелкодисперсных аэрозолей различного происхождения, включающих вирусы и микробы. Органы дыхания в фильтрующем респираторе изолируются от окружающей среды полумаской, а вдыхаемый воздух очищается от аэрозолей в пакете фильтрующих материалов (см. Проект Издательского дома «MEDIA-PRO» Охрана труда и пожарная безопасность // БЛОГ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА 24.04.2020 «Новые средства защиты от вирусов и бактерий»; https://otpb.com.ru/news/novve-sredstva-zashchitv-ot-virusov-i-bakteriy).
Фильтры универсального респиратора длительного применения «Шанс» обеспечивают защиту по аэрозолю с эффективностью защиты FFP2, в том числе, от летучих органических веществ с невысокой температурой кипения. Универсальный респиратор длительного применения «Шанс» предлагается использовать многократно и после каждого использования выдерживать 2 часа в термошкафу при температуре 60-65°С. Респиратор «Шанс» можно использовать совместно с очками или с защитным экраном, предназначенным для защиты глаз, лица и органов дыхания от попадания брызг, воды и т.д. В состав респиратора длительного применения «Шанс» входят: эргономичная полумаска универсального размера, два сменных фильтра марки А1Р2, пластиковая каркасная накладка, система регулируемого оголовья и трехклапанная система. Время защитного действия противогазоаэрозольного респиратора длительного применения «Шанс» не менее 72 часов, температурный режим: от -20°С до +40°С, масса респиратора - 400 грамм.
К недостаткам известного устройства следует отнести сравнительно большую массу и сложность эксплуатации, связанные с целевым использованием респиратора для защиты органов дыхания человека от присутствующих в воздухе опасных мелкодисперсных аэрозолей и вредных газо- и парообразных органических веществ (бензин, бензол, керосин, ацетон, анилин, толуол, сероуглерод, спирты и эфиры и др.).
Из современного уровня техники по патентным фондам отдельных стран известно большое количество средств индивидуальной защиты органов дыхания, в том числе, в виде защитных масок, используемых в условиях стандартного дыхания человека, часть из которых рассмотрена ниже: патенты RU - 110937, 2040279, 2738682, 2750412, 2550329, 191517; патенты US - 6568392, 6484722, 6394090; CN - 210143884; ЕР - 1001830 и др.
Известна маска одноразовая медицинская, содержащая полотно, две встроенные гибкие вставки, верхняя - для лучшего прилегания маски с учетом индивидуальных особенностей носа и вторая центральная - для оптимальной фиксации формы самой маски, которая расположена по центру маски горизонтально. Центральная вставка позволяет придать и сохранить правильную форму воздушного кармана, препятствует соприкосновению маски с ротовой частью при вдохе, существенно снижает риск увлажнения маски и передачи инфекции. Маска имеет продольные складки на полотне в виде плиссировки из нескольких складок для лучшего облегания лица (см. патент RU 110937, опублик. 10.12. 2011 г.).
К недостаткам известного решения следует отнести выполнение маски одноразовой из материала Спанбонд, пропускающего воздух с затруднением дыхания пользователя. Кроме того, в процессе эксплуатации при вдохе и выдохе маска совершает движения, полотно которой жестко контактирует с кожным покровом в области носа, что приводит к его натиранию.
Известен аппарат для дыхания, содержащий единый канал вдоха-выдоха, образованный сообщающимися маской и дыхательным мешком, и заборник атмосферного воздуха с регулятором, отличающийся тем, что между маской и мешком установлены съемный фильтр с противовирусным и противобактериальными элементами и поглотитель углекислоты с присоединенными патрубками, при этом заборник выполнен в виде ряда основных сквозных отверстий в патрубках поглотителя, а регулятор в виде ряда пробок со сквозными отверстиями разного диаметра, установленных в основных отверстиях патрубка со стороны маски с возможностью их совместного либо поочередного перекрытия (см. патент RU №2040279, опублик. 25.07.1995 г.).
Известное техническое решение сравнительно сложно в использовании и имеет узкую область применения в медицине при проведении профилактических, лечебных и реабилитационных сеансов нормобарической гипокситерапии.
Известна маска защитная, относящаяся к медицинским устройствам, в частности, к индивидуальным средствам защиты дыхания человека. Маска защитная включает защитную основу, имеющую продольные складки и крепления по бокам. Две складки, направленные в одну сторону, зафиксированы боковыми швами, а на сгибе верхней складки основа с изнаночной стороны или с лицевой стороны имеет эластичную ленту с образованием продольной сборки, (см. патент RU №2738682, опублик. 15.12.2020 г.).
Недостатком известного технического решения является использование защитной маски лишь при особом режиме дыхания, используемом в условиях интенсивных физических нагрузок. Дыхание вдох - носом, выдох - ртом требуется при беге, физическом труде и другой жизнедеятельности в рамках режима повышенной готовности.
Известна полумаска, выполненная с носовым зажимом и крепежными лепестками, имеющими одинаковую боковую поверхность примерно 8-10 см°, расположенными на выступающих расширениях по боковым сторонам плоских участков закраин в форме прямоугольника, имеющего закругленные переходы на основной части полумаски, имеющей ленту крепления с одним узлом и возможностью преобразования при надевании в две ленты с целью обеспечения регулирования обхвата затылочной и макушечной части головы пользователя, контур основной части полумаски скреплен по линии обтюрации сварочным швом в виде штрих-линий, а шов, соединяющий две части заготовки, размещен в подбородочной зоне (см. патент RU №2550329, опублик. 10.05.2015 г.).
Основным недостатком известной конструкции одноразовой полумаски является сравнительно узкая область использования и технологическая сложность серийного производства.
Известно устройство для обеззараживания воздуха от патогенных микроорганизмов, содержащее дезинфицирующую камеру, рекуперативный воздухо-воздушный теплообменник, трубопроводы, блок управления и контроля. Внутри дезинфицирующей камеры расположен нагреватель для нагрева воздуха до температуры 50-250°С, обеспечивающий термическую инактивацию патогенных микроорганизмов. Теплообменник включает первую и вторую полости. Вход дезинфицирующей камеры соединен через первую полость рекуперативного теплообменника и средство подачи воздуха с входным патрубком воздухозаборника окружающего воздуха. Выход дезинфицирующей камеры соединен через вторую полость рекуперативного теплообменника и управляемый регулятор давления и расхода воздуха с выходным патрубком подачи охлажденного обеззараженного воздуха в область, свободную от патогенных микроорганизмов. Блок управления и контроля устройства электрически соединен с блоком питания нагревателя, средством подачи воздуха, регулятором давления и расхода воздуха и блоком визуального отображения функциональных параметров устройства по данным измерений датчиков температуры, расхода и давления воздуха. Известное устройство может быть выполнено переносным для индивидуальной защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов с использованием многоразовых масок (см. патент RU №2750412, опублик. 28.06.2021 г.).
К недостаткам известного технического решения следует отнести сложность выполнения дезинфицирующей камеры и компактного низкотемпературного рекуперативного воздухо-воздушного теплообменника, что затрудняет создание удобного в эксплуатации средства индивидуальной защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов.
Наиболее близким техническим решением к предложенному, является многоразовая маска для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов, содержащая куполообразную лицевую часть с боковыми фиксаторами, блок принудительной вентиляции полости маски, заменяемые фильтрующие элементы с антибактериальными свойствами и блок управления (см. патент CN 210143884 U, МПК A41D 13/11, опублик. 17.03.2020 г. - прототип).
Особенностью известной многоразовой маски для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов, по данным фирмы разработчика Xiaomi, является выполнение маски куполообразной формы из высококачественной трехслойной микрофибры с антибактериальным вкладышем и средством фиксации маски на лице, на наружной поверхности маски расположен блок, внутри которого установлены управляемый ультратонкий вентилятор, встроенный литиево-ионный аккумулятор, четырехслойный фильтр для улавливания тонкодисперсных частиц и блок управления
По данным производителя маски-респиратора Xiaomi Purely время полной зарядки аккумулятора составляет около 4 часов для работы вентилятора в течение 4-8 часов. Вес такой маски составляет около 50 грамм, габариты изделия: 75×37×12,5 мм (см. Обзор Фирменного магазина xiacom по реализации техники Xiaomi в Москве (https://xiacom.ru/reviews/obzor-respiratora-xiaomi-purely/). В обзоре сообщаются основные параметры маски - респиратора, производимого в Китае компанией Xiaomi (https://www.mi.com/ru/about/). В ассортименте компании Xiaomi насчитывается несколько эффективных моделей респираторов, в том числе, модель маски - респиратора Xiaomi Purely Fresh Mask, предназначенных для защиты органов дыхания от дыма, смога и различных опасных микроорганизмов.
К недостаткам известного технического решения следует отнести сравнительно малые сроки использования непрочной лицевой части маски, повышенное содержание углекислого газа, вдыхаемого потребителем из полости маски вместе с порцией свежего воздуха, а также возможность проявления негативных последствий при использовании маски инфицированным потребителем. Гидравлическое сопротивление многослойного материала микрофибры и антибактериального вкладыша маски препятствует полному и своевременному удалению из полости маски углекислого газа, ухудшая состав вдыхаемой порции воздуха. Избыточное давление воздуха в полости маски, создаваемое средством для принудительной вентиляции, лишь частично устраняет указанный недостаток, а в случае использования маски инфицированным потребителем, выдыхаемый воздух, зараженный патогенными микроорганизмами или вирусами, может покидать пределы защитной маски сквозь имеющиеся не плотности или материал покрытия, усугубляя эпидемиологическую ситуацию. Кроме того, аккумулятор и вентилятор в известном респираторе монтируются непосредственно на лицевой поверхности маски, что утяжеляет ее конструкцию и создает неудобства при эксплуатации.
Техническим результатом предложенной полезной модели является устранение недостатков известных технических решений при защите органов дыхания от патогенных микроорганизмов, увеличение регламентируемых сроков использования маски, расширение области применения, снижение содержания патогенной микрофлоры и углекислого газа в полости многоразовой маски при дыхании, повышение удобства эксплуатации и эффективности использования маски в условиях значительного скопления людей.
Указанный технический результат достигается тем, что в многоразовой маске для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов, содержащей куполообразную лицевую часть с боковыми фиксаторами, заменяемые фильтрующие элементы с антибактериальными свойствами, блок принудительной вентиляции полости маски и блок управления, согласно полезной модели, блок принудительной вентиляции включает первый фильтрующий элемент с антибактериальными свойствами и повышенным гидравлическим сопротивлением, второй фильтрующий элемент для инактивации патогенных микроорганизмов дополнительным физическим воздействием, управляемый миниатюрный вентилятор, первый обратный клапан и встроенный блок управления режимами работы вентилятора с литиево-ионным аккумулятором; внутри маски в области впускного окна расположены датчики регистрации частоты дыхания потребителя, температуры, давления и влажности воздуха в полости маски, выходы указанных датчиков соединены через каналы связи с входами блока управления для контроля и визуального отображения функциональных параметров устройства в режиме реального времени и передачи сигналов от блока управления на вход питания второго фильтрующего элемента для инактивации патогенных микроорганизмов дополнительным физическим воздействием и привода миниатюрного вентилятора, выполненного с возможностью изменения расхода по сигналам от датчика регистрации частоты дыхания с учетом таблично нормируемых поправок на текущие значения температуры, давления, влажности воздуха и содержания кислорода в полости маски, причем лицевая часть маски выполнена из моющегося воздухонепроницаемого гибкого полимерного материала с возможностью крепления первого и второго съемных узлов для впуска и выпуска воздуха, первый съемный узел расположен в нижней части маски и соединен через патрубок или напрямую с выходом блока принудительной вентиляции, а второй съемный узел расположен на боковой стороне верхней части маски и содержит второй обратный клапан и третий фильтрующий элемент с антибактериальными свойствами и пониженным гидравлическим сопротивлением для выдыхаемого воздуха.
Кроме того, второй фильтрующий элемент для инактивации патогенных микроорганизмов дополнительным физическим воздействием может быть расположен в сужающейся части блока принудительной вентиляции и выполнен в виде источника лучистой энергии из группы: ультрафиолетовое, высокочастотное, электроразрядное, ионизирующее или ультразвуковое излучение.
Кроме того, второй фильтрующий элемент для инактивации патогенных микроорганизмов дополнительным физическим воздействием может быть выполнен в виде бактерицидного ультрафиолетового светодиодного светильника с длиной волны 275 нанометров.
Кроме того, второй фильтрующий элемент для инактивации патогенных микроорганизмов термическим воздействием при температуре 50-120°С может быть расположен в сужающейся части блока принудительной вентиляции и выполнен в виде электрического нагревателя, содержащего металлическую нить накаливания диаметром 0,01-0,1 мм, образующую линейную, сетчатую или спиральную структуру.
Кроме того, первый и третий фильтрующий элемент с антибактериальными свойствами могут быть выполнены из пористого тканого или нетканого материала, обеспечивающего функции стерилизации, дезинфекции и ингибирования патогенных микроорганизмов.
Кроме того, блок принудительной вентиляции может быть снабжен средством для визуального отображения функциональных параметров в режиме реального времени, выполненным в виде независимого удаленного или встроенного в корпус блока принудительной вентиляции дополнительного устройства для отображения текущих данных на жидкокристаллическом дисплее.
Кроме того, блок управления может содержать модуль встроенной памяти для хранения нормируемых и рассчитанных данных об уровне бактериологического загрязнения воздуха, их передачи на удаленные устройства, например, смартфон, для сравнения с объявленным уровнем загрязнения воздуха.
Кроме того, многоразовая маска может быть снабжена средствами для совместного использования с защитными очками или защитным экраном, предназначенными для защиты глаз и лица от попадания мелкодисперсных частиц и брызг, содержащих патогенные микроорганизмы.
В предложенной многоразовой маске для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов устраняются недостатки известных технических решений, в том числе, связанные с недостаточным сроком использования, повышенным содержанием углекислого газа в полости маски и негативными последствиями при использовании маски инфицированным потребителем. Технический результат снижения количества углекислого газа в маске достигается за счет пониженного гидравлического сопротивления для выдыхаемого воздуха третьего однослойного фильтрующего элемента по сравнению с гидравлическим сопротивлением первого многослойного фильтрующего элемента с антибактериальными свойствами на входе воздуха в маску. Разница гидравлических сопротивлений третьего и первого фильтрующих элементов может составлять до 10 и более раз. Вентиляция полости маски при этом способствует сокращению времени выпуска выдыхаемого воздуха с углекислым газом из полости маски по сравнению с временем подачи порций воздуха в период вдоха, соответственно, к снижению среднего содержания углекислого газа в полости маски. Технический результат дополнительного снижения содержания патогенной микрофлоры в полости маски достигается благодаря действию второго фильтрующего элемента для термической инактивации патогенных микроорганизмов при поступлении воздуха в полость маски. Избыточное давление воздуха в полости маски, создаваемое средством для принудительной вентиляции воздуха, также способствует реализации указанного технического результата, препятствуя неконтролируемому поступлению наружного воздуха через неплотное прилегание маски к лицу.
При этом расширяется область применения маски, повышается эффективность устройства и его эксплуатационные характеристики за счет применения стойких материалов лицевой части маски и обеззараживания вдыхаемого и выдыхаемого воздуха от возбудителей опасных вирусных и бактериальных инфекций. Одновременно достигается многократное увеличение срока службы лицевой части маски с учетом периодической замены первого и третьего фильтрующих элементов с антибактериальными свойствами.
В настоящее время проведены многочисленные исследования по влиянию физических факторов внешней среды на инактивацию микроорганизмов. Существуют различные формы лучистой энергии, характеризующиеся различными свойствами, силой и характером действия на жизнеспособность микроорганизмов. К ним можно отнести СВЧ-энергию, приводящую к изменению интенсивности деления клеток, действие ультрафиолетовых лучей, ионизирующей радиации и ультразвукового излучения, вызывающих инактивацию ферментов и коагуляцию белков. Перспективным видом инактивации микроорганизмов для предложенного технического решения следует считать применение используемых в медицине ультрафиолетовых светодиодов с длиной волны 275 нанометров, имеющих неоспоримые преимущества в использовании и энергопотреблении (см., например, Перетрухина И.В. «ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА МИКРООРГАНИЗМЫ», кафедра биологии, МГТУ, http://mstu.edu.ru/science/conferences/11ntk/materials/section16/section1625.html, а также
ГОСТ Р 56257-2014 «НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИКА ФАКТОРОВ ВНЕШНЕГО ПРИРОДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ»
https://docs.cntd.ru/document/1200118630)
Одним из наиболее эффективных способов обеззараживания воздушной среды в полости маски является термическая инактивация патогенных микроорганизмов в температурном интервале 50-120°С в рамках допустимых значений энергопотребления миниатюрного вентилятора и электрического нагревателя второго фильтрующего элемента. Для предложенного устройства с массой 50-100 грамм в качестве автономного источника питания допустимо использование литиево-ионного аккумулятора емкостью 1000 мА.ч и более, обеспечивающего работу вентилятора и нагревательного элемента для термической инактивации патогенных микроорганизмов в течение рабочего дня, что сравнимо с энергетическими показателями устройства по прототипу, но превышает его характеристики по эффективности применения и техническому результату.
Как известно из опубликованных данных (см. ссылки на соответствующую библиографию в патенте RU №2750412) процесс инактивации вирусов в открытом пространстве заметно ускоряется при температурах выше 50°С. При температурах выше 80°С время, за которое концентрация вирусов SARS-CoV-1 и SARS-CoV-2 снижается на 3 порядка, составляет менее 1 мин, при дальнейшем повышении температуры до 120-250°С время инактивации вирусов в открытом пространстве может быть снижено вплоть до 0,1-1 сек. Время частичной инактивации патогенных микроорганизмов в замкнутом объеме маски может снижаться до долей секунды, прежде всего, в области нагревательного элемента второго фильтрующего элемента, а также за счет одновременного применения фильтрующих элементов с антибактериальными свойствами на входе и выходе из маски. Нижний предел температуры инактивации 50°С, заявленный в предложенном техническом решении является доказанным, тогда как верхний заявленный предел температуры инактивации 120°С и возможное повышение, в рамках предложенного технического решения, этой температуры до 250°С ограничены лишь энергетическими возможностями используемого литиево-ионного аккумулятора.
На фиг. 1 дано изображение многоразовой маски для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов,
на фиг. 2 показана блок-схема маски с выносным блоком принудительной вентиляции,
на фиг. 3 и фиг. 4 приведены варианты применения многоразовой маски.
Многоразовая маска (фиг. 1) для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов содержит куполообразную лицевую часть маски 1 с боковыми фиксаторами 2 и выносной блок принудительной вентиляции 3, соединенный с маской 1 через патрубок 4. Лицевая часть маски 1 выполнена из моющегося воздухонепроницаемого гибкого полимерного материала и снабжена окнами 5, 6 для впуска и выпуска воздуха. Окна 5, 6 выполнены с возможностью герметичного крепления в них первого и второго съемных узлов 7, 8 для быстрой замены находящихся в них фильтрующих элементов с антибактериальными свойствами. Первый съемный узел 7 для впуска воздуха расположен в нижней части маски 1 и соединен через патрубок 4 или напрямую с выходом блока принудительной вентиляции 3. Второй съемный узел 8 для выпуска воздуха из полости маски 1 расположен на боковой стороне верхней части маски 1 и содержит последовательно расположенные обратный клапан и фильтрующий элемент с антибактериальными свойствами. Задачей клапана выдоха маски, кроме предотвращения попадания в нее зараженного воздуха, является обеспечение большего комфорта пользователя за счет уменьшения сопротивления на выдохе, отвода углекислого газа, тепла и влаги из полости маски. Многоразовую маску можно подвергать дезинфекции (моющий раствор, сушильный шкаф…), а хранить маску требуется в сухом и проветриваемом месте. По указанным причинам непрерывное пребывание человека в предложенной маске в течение 4-8 часов практически не влияет на работоспособность и функциональное состояние организма пользователя. В отличие от одноразовых масок время защитного действия предложенной многоразовой маски значительно больше, поскольку после использования ресурса фильтрующих элементов возможна их замена на запасные. По периметру маски 1 полностью или частично расположена воздухонепроницаемая эластичная накладка 9 для плотного прилегания маски 1 к конфигурации лица. На лицевой стороне корпуса выносного блока принудительной вентиляции 3 размещены решетка 10 для забора воздуха из атмосферы и окно жидкокристаллического дисплея 11 для контроля и визуального отображения отдельных функциональных параметров устройства в режиме реального времени, например, частоты дыхания и расхода воздуха через блок принудительной вентиляции 3. На боковой стороне корпуса блока принудительной вентиляции 3 расположены кнопки управления и настройки отдельных режимов использования многоразовой маски 1.
На блок-схеме предложенной многоразовой маски (Фиг. 2) условно показаны ее составные части. В корпусе блока принудительной вентиляции 3, по ходу потока воздуха, последовательно расположены: первый четырехслойный фильтрующий элемент 12 с антибактериальными свойствами и второй фильтрующий элемент 13 для термической инактивации находящихся в воздухе патогенных микроорганизмов, снабженный проволочным электронагревателем с металлической нитью накаливания, обеспечивающей нагрев прилегающих слоев воздуха до температуры 50-120°С. После фильтрующих элементов 12, 13 расположены управляемый миниатюрный вентилятор 14 и первый обратный клапан 15 для предотвращения обратного движения воздуха к входу блока 3. Одновременно в корпусе блока принудительной вентиляции 3 размещены: встроенный блок управления 16, жидкокристаллический дисплей 11 и литиево-ионный аккумулятор 17. Второй съемный узел 8 для выпуска воздуха из полости маски 1 включает последовательно расположенные второй обратный клапан 18 и третий фильтрующий элемент 19 с антибактериальными свойствами и пониженным гидравлическим сопротивлением для выдыхаемого воздуха.
Внутри маски 1 в области впускного окна 5 расположены четыре датчика (обозначены одной позицией 20) для регистрации частоты дыхания потребителя, температуры, давления и влажности воздуха в полости маски 1. Выходы указанных датчиков соединены, через проводные каналы связи, с соответствующими входами блока управления 16 для контроля функциональных параметров устройства в режиме реального времени и передачи управляющих сигналов от блока 16 на входы электрического нагревателя второго фильтрующего элемента 13 для термической инактивации патогенных микроорганизмов, привода миниатюрного вентилятора 14 и жидкокристаллического дисплея 11 для визуального отображения упомянутых функциональных параметров устройства в режиме реального времени.
Источник нагрева второго фильтрующего элемента 13 для термической инактивации патогенных микроорганизмов может быть выполнен в виде электрического нагревателя цилиндрической или иной формы, содержащего металлическую нить накаливания из тугоплавкого материала диаметром 0,01-0,1 мм, образующую линейную, сетчатую или спиральную структуру. На фиг. 2 показана нить накаливания в виде двухслойной сетки. Первый и третий фильтрующий элементы 12,19 с антибактериальными свойствами могут быть выполнены из пористого тканого или нетканого материала, обеспечивающего функции стерилизации, дезинфекции и ингибирования патогенных микроорганизмов, например, путем пропитки материала серебросодержащим веществом. Из уровня техники известны антивирусные свойства тонкодисперсных частиц (прикрепленных к основе фильтрующих элементов) из группы веществ на основе соединений платины, палладия, серебра, меди, в том числе, их йодидов (см. например патент RU №2549065, опублик. 10.11.2013). Блок принудительной вентиляции 3 может быть снабжен средствами для визуального отображения функциональных параметров устройства в режиме реального времени, выполненными в виде независимого удаленного или встроенного в корпус блока принудительной вентиляции дополнительного устройства для отображения текущих данных на жидкокристаллическом дисплее 11. Блок управления 16 может содержать модуль встроенной памяти для хранения нормируемых и рассчитанных данных об уровне бактериологического загрязнения воздуха, их передачи на удаленные устройства, например, смартфон, для сравнения с объявленным уровнем загрязнения воздуха. Многоразовая маска 1 может быть также снабжена дополнительными средствами для совместного использования с защитными очками или защитным экраном, предназначенными для защиты глаз и лица от попадания мелкодисперсных частиц и брызг, содержащих патогенные микроорганизмы.
Предложенная многоразовая маска для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов функционирует следующим образом.
Многоразовую маску 1 для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов надевают на лицевую часть, обеспечивая удобство и плотность прилегания мягкой воздухонепроницаемой накладки 9 к поверхности лица, создавая необходимое натяжение боковых фиксаторов 2. Внешняя поверхность многоразовой маски 1 из гибкого полимерного материала снабжена окнами 5, 6 с возможностью герметичного крепления в них первого и второго съемных узлов 7, 8 для быстрой замены находящихся в них фильтрующих элементов с антибактериальными свойствами с целью дезинфекционной обработки маски 1 соответствующими средствами до следующего допустимого периода эксплуатации. Указанную замену фильтрующих элементов можно осуществлять без удаления или после удаления съемных узлов 7, 8 с поверхности маски 1, например, путем их последующего ввинчивания или за счет упругой фиксаци в окнах 5, 6 маски 1. Первый съемный узел 7 для впуска воздуха в нижней части маски 1 может быть соединен с выходом блока принудительной вентиляции 3 напрямую или через патрубок 4, как это показано на Фиг. 1 и Фиг. 3.
Для управления режимами работы блока принудительной вентиляции 3 на боковой стороне его корпуса расположены кнопки управления и настройки, с помощью которых возможно подобрать режимы многоразовой маски 1 для случаев использования, например, при интенсивной физической нагрузке или использования в зимнее время путем изменения расхода воздуха через вентилятор 14 или изменения температуры электрического нагревателя фильтрующего элемента 13 для термической инактивации патогенных микроорганизмов. В корпусе блока принудительной вентиляции 3 размещено большинство составных частей предложенной полезной модели: первый четырехслойный фильтрующий элемент 12 с антибактериальными свойствами, второй фильтрующий элемент 13 для термической инактивации патогенных микроорганизмов, управляемый вентилятор 14, первый обратный клапан 15, встроенный блок управления 16, жидкокристаллический дисплей 11 и литиево-ионный аккумулятор 17. В некоторых случаях целесообразно соединять блок 3 с нижней частью маски 1 напрямую или через патрубок 4.
Датчики 20 для регистрации частоты дыхания потребителя, температуры, давления и влажности воздуха в полости маски 1, соединенные через проводные каналы связи с соответствующими входами блока управления 16 обеспечивают текущий контроль функциональных параметров устройства и передачу управляющих сигналов от блока 16 на входы электрического нагревателя второго фильтрующего элемента 13 для термической инактивации патогенных микроорганизмов и' привода миниатюрного вентилятора 14 и жидкокристаллического дисплея 11 для визуального отображения отдельных из упомянутых функциональных параметров устройства в режиме реального времени. При этом вентилятор 14 выполнен с возможностью изменения расхода по сигналам от датчика регистрации частоты дыхания с учетом таблично нормируемых поправок на текущие значения температуры, давления, влажности воздуха и содержания кислорода в воздухе. Указанные значения поправок запрограммированы в микроконтроллере блока управления 16 для своевременного изменения расхода блока принудительной вентиляции 3 в соответствии с изменяемыми характеристиками дыхания потребителя. Так в фазе выдоха расход воздуха через вентилятор 14 целесообразно циклически повышать для очистки полости маски от избыточного количества углекислого газа, а при повышенных физических нагрузках обеспечить лучшее снабжение потребителя кислородом.
При работах, связанных с опасными вирусными и бактериальными инфекциями, многоразовая маска может быть выполнена с использованием литиево-ионного аккумулятора емкостью 1000 мА.ч и более, обеспечивая работу вентилятора и нагревательного элемента для термической инактивации патогенных микроорганизмов в течение 4-8 часов. В основе расчетных значений потребляемой мощности электрического нагревателя и миниатюрного вентилятора многоразовой маски находятся данные о давлении, расходе воздуха, гидравлическом сопротивлении и температуре термической инактивации конкретных разновидностей патогенных микроорганизмов в обеззараживаемом воздухе. Задачи проектирования, изготовления и эксплуатации предложенной многоразовой маски для массового потребления связаны не только с серьезными капитальными затратами, но и учетом последних исследований по эффективной защите потребителей многоразовых масок от конкретных видов патогенных микроорганизмов, являющихся возбудителями вирусных и бактериальных инфекций.
В соответствии с изобретательским замыслом, достижение технического результата полезной модели обеспечивается указанным выполнением узлов и элементов многоразовой маски в их взаимосвязи и распространяется на различные модификации исполнения предложенного устройства в рамках заданных условий их функционирования. Эффективность использования предложенной многоразовой маски для защиты органов дыхания от патогенных микроорганизмов связана с достигаемым техническим результатом: увеличением регламентируемых сроков использования маски, расширением области применения, снижением содержания патогенной микрофлоры и углекислого газа в полости многоразовой маски при дыхании, повышением удобства эксплуатации и эффективности использования маски в условиях значительного скопления людей.
Предложенная маска длительного применения обеспечивает комплексную защиту человека от вирусов и бактерий и предназначена для решения задач по предотвращению развития пандемии. Данное средство индивидуальной защиты необходимо применять в местах массового пребывания людей, в том числе, в больницах, магазинах и объектах социально культурного назначения, при проведении массовых мероприятий и на объектах инфраструктуры: метро, аэропорты, железнодорожные вокзалы и транспортно-пересадочные узлы. Персональная многоразовая маска, выполненная в соответствии с полезной моделью, может быть использована и в случаях общения с персоналом общественных учреждений (врачи, учителя, продавцы, работники пассажирского транспорта), а также для предотвращения распространения заболевания внутри коллектива лиц, которые проживают или временно находятся в одном помещении, в том числе, для обеззараживания воздуха, выдыхаемого больными людьми в медицинских учреждениях.