Способ защиты органов дыхания и глаз от аэрозолей и защитное устройство для его осуществления



Способ защиты органов дыхания и глаз от аэрозолей и защитное устройство для его осуществления
Способ защиты органов дыхания и глаз от аэрозолей и защитное устройство для его осуществления
Способ защиты органов дыхания и глаз от аэрозолей и защитное устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2407567:

Осипов Олег Игоревич (RU)

Способ защиты органов дыхания и глаз от аэрозолей и защитное устройство для его осуществления относятся к средствам медицинской профилактики и предназначены для значительного снижения вероятности попадания вредного аэрозоля (бактерии, вирусы, аллергены в различной форме, в том числе в виде капель жидкости, а также разнообразные виды пыли) в организм при дыхании. Защитное устройство представляет собой носимый блок питания и насос, формирующий воздушные потоки в виде воздушной завесы перед входными отверстиями органов дыхания (ноздрями и ртом), при этом вектор скорости потоков параллелен плоскостям этих отверстий. Потоки имеют скорость (больше 10 м/сек), достаточную для захвата частиц аэрозоля, пытающихся проникнуть в дыхательные отверстия, и выноса их вместе с потоком в сторону от органов дыхания. Воздушные потоки формируются насосом непосредственно из окружающего воздуха с содержащимися в нем аэрозольными частицами, но за счет полученной скорости потоки удерживают внутри себя эти аэрозольные частицы, которые за счет инерции проходят мимо дыхательного отверстия. Обеспечивается снижение расхода энергии, габаритов и веса, а также устранение проблем с электробезопасностью и токсическим влиянием системы очистки воздуха на организм. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляемое изобретение относится к средствам гигиены и медицинской профилактики и предназначено для предотвращения попадания вредных аэрозолей (бактерий, вирусов, аллергенов в различной форме, в том числе в виде капель жидкости, а также разнообразных видов пыли) в органы дыхания, включая верхние дыхательные пути, а также в глаза и на кожу лица.

Уровень техники

Известно множество способов и устройств в виде различных видов противогазов для защиты органов дыхания (см., например, патент РФ №2030191 и патент США №4055173), включающих маску, герметично надеваемую на лицо, а также воздушные магистрали и насос для подачи чистого воздуха под маску для дыхания. Общим с заявляемым изобретением признаком является то, что устройство включает воздушные магистрали и насос для подачи воздуха. Однако в указанных устройствах обязательным элементом является герметичная маска, которая создает гигиенические проблемы и дискомфорт для пользователя, а именно: раздражение кожи лица и повышенное выделение пота в местах контакта с маской, ограничения по визуальному наблюдению окружающей обстановки и звуковым коммуникациям. Особенно ясно указанные недостатки проявляются при длительном (несколько часов) ношении такого устройства. Также пользователи, как правило, избегают ношения подобных устройств с маской по эстетическим причинам.

Известны также различные варианты защитного шлема (патент РФ №2022579, патенты США №3736927, 6250299), включающие прозрачный щиток, закрывающий лицо, а также фильтры для очистки воздуха, вентилятор с носимым источником питания и воздушные магистрали для подачи очищенного от аэрозолей воздуха под щиток в область лица. Общим с заявляемым изобретением признаком является то, что устройство включает воздушные магистрали и насос для подачи воздуха с носимым источником питания. К недостаткам указанного устройства относятся ограничение визуального обзора и звуковых коммуникаций за счет щитка, а также определенный дискомфорт для пользователя за счет заметных габаритов и веса. Шлем также нарушает эстетику внешнего вида пользователя, закрывая значительную часть прически и часть лица, и нарушает мимические коммуникации с другими людьми. Наличие защитного щитка также может приводить к конденсации влаги на его поверхности и потере прозрачности. Кроме того, устройство не исключает попадания аэрозолей в органы дыхания, т.к. конструкция воздушных магистралей не создает направленного потока воздуха в области ноздрей и рта и скорость движения воздуха в этой области мала из-за наличия лицевого стекла, что позволяет аэрозолям проникать в зону дыхания при вдохе.

Известны также технические решения (патент РФ №2070823 и европейская патентная заявка ЕР 0368916), включающие средства крепления устройства на голове, насос с носимым источником питания и фильтрами в качестве источника очищенного воздуха и воздушные магистрали для формирования воздушной завесы из очищенного от аэрозолей воздуха в области органов дыхания (ноздрей и рта). Общими с заявляемым изобретением признаками является то, что устройство включает насос для подачи воздуха с носимым источником питания и воздушные магистрали для формирования воздушной завесы, защищающей органы дыхания. К недостаткам указанного технического решения относятся необходимость предварительной очистки воздуха, из которого формируется воздушная завеса, что требует дополнительного расхода энергии и увеличивает стоимость, габариты и вес устройства. Повышенные вес и габариты устройства также уменьшают комфортность и удобство пользования устройством. Кроме того, пассивные системы очистки воздуха (фильтры) не обеспечивают полное удаление бактериальных и вирусных аэрозолей при длительной работе, а все известные активные средства биологической очистки (плазменный разряд, УФ-облучение, озонирование и т.п.) содержат высоковольтные элементы, что может снижать электробезопасность при индивидуальном ношении. Также все активные средства биологической очистки создают при своей работе вредные молекулы и радикалы, которые при вдыхании могут оказывать токсическое воздействие на организм.

Наиболее близким по решению технической задачи к настоящему изобретению является техническое решение (патент РФ №2255778), выбранное за прототип. Согласно прототипу предложен способ защиты органов дыхания с помощью потока предварительно очищенного (стерильного) газа для дыхания, направление оси которого совпадает с направлением касательной к воображаемой поверхности, образуемой кончиком носа, подбородком и челюстями, указанный поток создается с помощью насоса с носимым источником питания и фильтрами для очистки, а также воздушных магистралей. Общими с заявляемым изобретением признаками прототипа являются воздушные магистрали и насос с носимым источником питания, которые формируют поток воздуха в виде воздушной завесы перед выбранными участками лица, включая одновременно или по отдельности ноздри, рот, глаза. Однако согласно прототипу воздух для формирования воздушной завесы приходится подвергать предварительной очистке. Это требует дополнительного расхода энергии от носимого источника питания и увеличивает стоимость, габариты и вес устройства. Повышенные вес и габариты устройства также уменьшают комфортность и удобство пользования устройством. Кроме того, пассивные системы очистки воздуха (фильтры) не обеспечивают полное удаление бактериальных и вирусных аэрозолей при длительной работе, а все известные активные средства биологической очистки (плазменный разряд, УФ-облучение, озонирование и т.п.) содержат высоковольтные элементы, что снижает электробезопасность при индивидуальном ношении. Также все активные средства биологической очистки воздуха создают при своей работе активные молекулы (озон, радикалы, ионы), которые при вдыхании могут оказывать токсическое воздействие на организм.

Раскрытие изобретения

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, является общим для всей группы заявленных изобретений (способ защиты органов дыхания и защитное устройство для его осуществления) и состоит в существенном снижении расхода энергии, габаритов и веса, а также в устранении проблем с электробезопасностью и токсическим влиянием системы очистки воздуха на организм.

Предлагаемое изобретение имеет целью создание таких средств защиты органов дыхания от вредных аэрозольных частиц, которые бы позволили избежать контакта этих средств с кожей лица для достижения высокого гигиенического и эстетического эффекта при длительном ношении, не блокировали звуковой канал при разговоре, а также имели бы малые габариты, вес и потребление энергии для высокого уровня удобства и комфортности при использовании. Для решения поставленной задачи в известном техническом решении по патенту РФ №2255778 (прототип), заключающемся в том, что создают потоки воздуха в виде воздушной завесы перед защищаемыми участками лица, включая одновременно или по отдельности ноздри, рот, глаза, в отличие от прототипа создают указанные потоки из окружающего воздуха без предварительной очистки, направляют указанные потоки таким образом, чтобы линии тока не пересекали плоскости защищаемых участков лица и уносили аэрозольные частицы мимо этих участков, выбирают конфигурацию указанных потоков таким образом, чтобы любой вектор, проведенный из окружающего пространства через воздух в плоскость защищаемых участков лица, пересекался хотя бы одним из указанных потоков, а также выбирают такие скорость и поперечное сечение потока, чтобы ускорение, приобретаемое аэрозольными частицами, попадающими в поток из окружающего пространства, было достаточно для отклонения их от защищаемых участков лица.

Таким образом, если аэрозольная частица пытается влететь в дыхательное отверстие (ноздри, рот), то она будет вынуждена пересечь воздушный поток, сформированный в виде завесы перед дыхательным отверстием (ноздри, рот, глаза). При определенном соотношении между массой частицы, ее поперечным размером и скоростью потока, частица захватывается (отклоняется и ускоряется) потоком и дальше продолжает движение со скоростью этого потока прочь от защищаемого дыхательного отверстия.

В частном случае реализации предлагаемого изобретения можно направить указанные потоки вдоль линии губ в направлении от щек к носу.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения можно направить указанные потоки перпендикулярно линии рта сверху вниз.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения указанные потоки создают за счет нагнетания воздуха через воздушные магистрали с помощью компрессора с носимым источником питания.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения воздушные указанные потоки создают за счет откачки воздуха из области перед указанными участками лица через воздушные магистрали с помощью насоса с носимым источником питания.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения указанные воздушные магистрали прикрепляют к оправе очков.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения указанные воздушные магистрали крепят к заушной гарнитуре.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения указанные воздушные магистрали крепят на одежде.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения указанные воздушные магистрали крепят на головном уборе.

Также для решения поставленной задачи в известном техническом решении (прототипе), заключающемся в том, что в средстве защиты органов дыхания и глаз от аэрозольных частиц окружающего воздуха, включающем средства крепления указанного устройства относительно лица, а также, по крайней мере, один насос с носимым источником питания и соединенные с насосом воздушные магистрали, выполненные с возможностью формировать потоки воздуха в виде воздушной завесы перед защищаемыми участками лица, включая одновременно или по отдельности ноздри, рот, глаза, в отличие от прототипа насос выполнен с возможностью формировать указанные потоки непосредственно из окружающего воздуха, выходы воздушных магистралей направлены относительно лица таким образом, что линии тока воздушной завесы не пересекают плоскости входных отверстий защищаемых участков лица, при этом форма указанных потоков такова, что любой вектор, проведенный из окружающего пространства через воздух в плоскость входных отверстий защищаемых участков лица, пересекается хотя бы одним из указанных потоков, а поперечное сечение и скорость потоков с учетом производительности насоса выбраны так, что ускорение, приобретаемое аэрозольными частицами, попадающими в поток из окружающего пространства, достаточно для отклонения их от защищаемых участков лица.

В частном случае реализации предлагаемого изобретения в качестве насоса может использоваться вакуумное устройство для откачки воздуха.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения в качестве насоса может использоваться компрессор для нагнетания окружающего воздуха.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения в качестве компрессора используется осевой вентилятор.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения в качестве компрессора используется центробежный вентилятор.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения указанные воздушные магистрали расположены так, что направляют воздушные потоки вдоль линии губ в направлении от щек к носу.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения указанные воздушные магистрали расположены так, что направляют воздушные потоки перпендикулярно линии рта сверху вниз.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения в качестве средства крепления указанных воздушных магистралей используется оправа очков.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения в качестве средства крепления указанных воздушных магистралей используется заушная гарнитура.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения средства крепления указанных воздушных магистралей имеют средства фиксации на воротнике, одежде или головном уборе.

В другом частном случае реализации предлагаемого изобретения на указанных воздушных магистралях установлены один или несколько датчиков скорости движения воздуха для автоматического регулирования скорости потока воздушной завесы с целью гарантированного перехвата аэрозольных частиц при увеличении скорости набегающего извне воздуха.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 изображена схема, поясняющая принципы отклонения движущихся аэрозольных частиц воздушным потоком от центробежного вентилятора, для простоты носимый блок питания в виде батареи аккумуляторов на схеме не показан.

На Фиг.2 изображена схема устройства, закрепленного на голове человека и формирующего воздушную завесу параллельно линии губ для защиты ноздрей и рта человека от аэрозолей, с креплением на заушной гарнитуре (фронтальный вид), при этом блок питания находится в кармане одежды и на схеме не показан.

На Фиг.3 изображена схема устройства, закрепленного на голове человека и формирующего воздушную завесу перпендикулярно линии губ (фронтальный вид), блок питания находится в кармане одежды и на схеме не показан.

Осуществление изобретения

Известно, что воздействие на человека вредных аэрозольных частиц происходит при их вдыхании через ноздри и рот, в частности вирус гриппа и туберкулезная палочка переносятся воздушно-капельным путем от человека к человеку. Аэрозольные частицы, опасные при вдыхании, имеют размеры от 0,1 мкм и более (в аэрозоли меньшего размера не может разместиться бактерия или вирус) и находятся в воздухе во взвешенном состоянии, т.е. достаточно длительно совершают хаотическое броуновское движение до выпадения на землю. С другой стороны, аэрозольные частицы, имеющие размер 100 мкм и более, быстро выпадают из воздушной среды. Кроме того, аэрозольные частицы с размерами более 10 мкм не могут проникнуть в наиболее уязвимые нижние отделы легких, т.к. при движении по сильно изогнутой траектории через дыхательные пути (носоглотку, горло и трахеи) они с большой вероятностью будут оседать на их стенках, где вирулентное действие возбудителей болезни ниже. Также известно, что средняя скорость перемещения при броуновском движении аэрозольных частиц в неподвижном воздухе при нормальных условиях - 0,1 м/сек и менее, т.е. они практически стоят на месте, а человек входит в зону их нахождения и засасывает их при вдохе.

Очевидно, что наиболее опасно для человека с точки зрения возможной передачи заболевания пребывание в помещении, где могут присутствовать носители болезни, распространяющие вирусы и бактерии воздушно-капельным путем при чихании, кашле, разговоре, и где отсутствует значительное движение воздуха, которое могло бы уменьшать концентрацию вредного аэрозоля (отсутствие сквозняков). В условиях современной жизни люди большую часть времени находятся именно в помещении или внутри транспортных средств, где и происходит процесс перекрестного заражения во время эпидемий. При этом они вдыхают почти неподвижные в системе координат, связанной с помещением, взвешенные частицы, скорость которых относительно дыхательных отверстий (ноздри, рот) не будет превышать 1,5 м/сек (скорость ходьбы человека). Поэтому, если создать согласно предлагаемому изобретению потоки (воздушные завесы) параллельно поперечному сечению дыхательных отверстий с достаточной скоростью (например, 10 м/сек и более), то аэрозольная частица, попавшая в поток, будет захватываться (отклоняться и ускоряться) потоком. Дальше аэрозольная частица продолжит движение со скоростью потока, что воспрепятствует ее попаданию в органы дыхания. Отметим также, что скорость воздушного потока при вдохе на срезе ноздри в среднем не превышает 2 м/сек и резко падает по мере удаления от нее из-за увеличения поперечного сечения вдыхаемого потока. Поэтому вдох (как наиболее опасная фаза для проникновения аэрозоля) не изменяет заметным образом траектории движения воздушной завесы при ее скорости от 10 м/сек и более. При дыхании через открытый рот общее поперечное сечение воздухозабора еще больше, поэтому скорость вдыхаемого воздуха дополнительно уменьшается, а изменения траектории движения воздушной завесы при вдохе через рот еще меньше. Отметим также, что формирование воздушной завесы вокруг ноздрей и рта не нарушает условий для нормального дыхания. Это происходит за счет того, что молекулы воздуха имеют массу, много меньшую массы аэрозольных частиц, при этом основные молекулы воздуха (кислород, азот, углекислый газ), участвующие в дыхании, движутся со скоростями ~500 м/сек в режиме свободной диффузии и быстро выравнивают любые градиенты концентрации, обеспечивая свободное дыхание (газообмен) защищаемого человека. Таким образом, указанная воздушная завеса будет защищать органы дыхания от проникновения аэрозольных частиц снаружи через завесу, обеспечивая при этом свободное дыхание.

Одновременно если аэрозольная частица оказалась в потоке уже в момент его формирования (если мы исключим предварительную очистку воздуха, а указанная завеса образуется из окружающего воздуха с возможными аэрозолями), то частица ускоряется (увлекается) вместе с потоком завесы и приобретает его скорость и вектор движения параллельно входному сечению дыхательного отверстия, а значит, не сможет попасть в него. Такая система защиты органов дыхания (ноздри, рот) и глаз представляет собой респиратор с инерциальной газодинамической изоляцией и поэтому не требует устройства для предварительной очистки воздуха, из которого формируется завеса.

Для того чтобы определить условия формирования защитной воздушной завесы, рассмотрим сферическую каплю 1 на Фиг.1, двигающуюся со скоростью v0 поперек воздушного потока 2, имеющего скорость vп и ширину L. Воздушный поток создается компрессором 3 и воздушной магистралью 4, линии тока воздушной завесы показаны на Фиг.1 стрелками, исходящими из воздушной магистрали 4. Вход дыхательного отверстия (ноздря или рот) обозначен 5. Будем считать, что в момент попадания капли в поток поперечная составляющая ее скорости v=0. На каплю 1 действует сила аэродинамического сопротивления F со стороны обтекающего воздушного потока 2, равная

где ρ - плотность воздуха;

S - площадь поперечного сечения капли;

С - безразмерный коэффициент, равный для сферического тела 0,47;

vп - скорость потока.

Масса капли 1 равна 4/3·ρ0·π·R3, где ρ0 - плотность воды, R - радиус капли, а площадь поперечного сечения сферической капли равна π·R2. Ускорение, испытываемое каплей 1 в воздушном потоке, в зависимости от времени t равно

Решая уравнение (2) с учетом начальных условий v(0)=0, найдем, что поперечная скорость капли 1 меняется во времени при прохождении потока согласно

Из выражения (3) следует, что время t0,5, за которое капля 1 приобретет в поперечном направлении скорость, равную половине скорости потока vп,

Учитывая, что ρ/ρ0 ~ 1000, получим, что

где R выражен в мкм, a vп - в м/сек. Расстояние x(t), которое проходит капля 1 в поперечном направлении (вдоль потока), определяется при интегрировании выражения (3) по времени

Пример осуществления изобретения: пусть капля 1 размером 10 мкм пытается проникнуть через воздушную завесу 2, имеющую толщину 2 см и скорость потока 10 м/сек, тогда t0,5=0,005 сек. При движения капли через завесу со скоростью v0=2 м/сек (это соответствует очень быстрому движению человека в помещении порядка 7 км/час) время возможного пересечения воздушного потока каплей равно L/v0=0,01 сек. За это время, равное удвоенному t0,5, согласно уравнению (3) капля 1 наберет скорость в направлении вдоль потока, равную 6,6 м/сек, и согласно выражению (6) пройдет расстояние х(t)=5 см. Результирующая скорость Vpeз составит при этом порядка 7 м/сек, а направление ее вектора показано на Фиг.1. Таким образом, капля 1 пройдет мимо дыхательного отверстия 5 и не сможет в него попасть, т.е. будет отклонена воздушной завесой. Также рассмотрим другую каплю 1a, которая при выключенной воздушной завесе попала бы в дыхательное отверстие 5 (траектория показана пунктирной линией на Фиг.1), а под воздействием завесы пройдет мимо отверстия 5 по траектории, показанной сплошной линией.

Таким образом, предлагаемое устройство для защиты органов дыхания человека от аэрозолей предназначено для значительного снижения вероятности попадания вредного аэрозоля в организм в процессе дыхания и включает в себя переносной источник питания, насос и воздушные магистрали, формирующие воздушные потоки в виде воздушной завесы перед входными отверстиями органов дыхания (ноздрями и ртом). В качестве насосов могут быть использованы различные компрессоры, а также миниатюрные вакуумные насосы (в варианте аспирации аэрозолей). Можно также использовать выпускаемые промышленностью миниатюрные вентиляторы с вращающимися лопастями, в частности осевые (воздух ускоряется в направлении, параллельном оси вращения лопастей) и центробежные (воздух ускоряется в направлении, перпендикулярном оси вращения лопастей). Такие вентиляторы имеют постоянное напряжение питания 5-12 В и потребляемый ток ~0,1 А, при этом батарея аккумуляторов емкостью 3-5 А·час сможет обеспечить непрерывную работу защитного устройства в течение полного рабочего дня.

Согласно предлагаемому изобретению воздушные магистрали могут иметь различную конфигурацию, в частности может использоваться комбинация из одного или нескольких патрубков для защиты каждого из дыхательных отверстий и глаз (см. Фиг.2, при этом патрубки для защиты глаз не показаны для простоты понимания чертежа) или для защиты всех указанных участков лица сразу сразу (на Фиг.3). Известно, что если скорость воздушной завесы не будет превышать несколько десятков м/с, то при использовании гладких изнутри воздушных магистралей формируемый ими воздушный поток будет ламинарным. При этом поперечное сечение формируемого воздушного потока будет повторять форму выходного поперечного сечения воздушной магистрали, а по мере удаления от магистрали воздушный поток будет постепенно расширяться и замедляться. Таким образом, для создания воздушной завесы нужной формы (ширины и толщины) надо придать такую же форму выходному отверстию формирующей воздушной магистрали. Например, для защиты ноздрей и рта, как показано на Фиг.2, можно использовать воздушные магистрали, имеющие прямоугольное поперечное сечение со скругленными углами (для уменьшения возможной турбулентности в районе этих углов). Для варианта на Фиг.3 с учетом анатомических особенностей лица (выступающий нос) можно использовать воздушную магистраль, имеющую в поперечном сечении форму дуги окружности постоянной ширины (как защитный пластиковый щиток на шлеме хоккеистов).

Линии тока воздушной завесы показаны на Фиг.2 стрелками, исходящими из воздушных магистралей 4 и 4а, а на Фиг.3 - стрелками, исходящими из воздушной магистрали 7. Длина воздушных магистралей также может быть различной, но она должна быть достаточной для выравнивания неоднородностей воздушного потока, возникающих при работе насоса на его выходе. Длина магистралей также определяется из соображений удобного для человека расположения насосов, формирующих защитную завесу, но по возможности она должна быть минимальной для того, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление на участке от насоса до выходного сечения магистрали и сократить энергопотребление насоса. Магистрали должны иметь гладкий внутренний профиль и постепенное изменение поперечного сечения от входа, соединенного с насосом, до выхода для формирования ламинарного воздушного потока. В этом случае воздушный поток после выхода из магистрали будет максимально долго сохранять скорость и направление движения. Также магистрали могут иметь различную изогнутую форму для того, чтобы в зависимости от профиля лица конкретного человека вектор скорости воздушного потока, защищающего дыхательное отверстие, был направлен вдоль входной плоскости этого отверстия, при этом конфигурация воздушного потока в области дыхательного отверстия должна создавать воздушную завесу, т.е. любой вектор, проведенный из произвольной точки пространства перед лицом человека и пересекающий входную плоскость этого отверстия, должен также пересекаться указанным потоком. В этом случае если аэрозольная частица (частицы 1 и 1а на Фиг.1) пытается попасть в ноздрю (как указывает вектор), то она попадает в воздушный поток завесы, который движется в поперечном направлении и перехватывает ее. При определенном соотношении между массой частицы, ее поперечным размером и скоростью потока частица захватывается (отклоняется и ускоряется) потоком и дальше продолжает движение со скоростью этого потока прочь от защищаемого отверстия.

Корпус насосов, а также воздушных магистралей может выполняться из пластмассы для уменьшения веса, причем можно использовать пластмассу, прозрачную для видимого и мягкого ультрафиолетового излучения, что позволит обеспечить доступ солнечных лучей к коже лица.

Так как необходимо обеспечить пространственную фиксацию предлагаемого защитного устройства относительно ноздрей и рта человека, то для крепления устройства можно использовать разнообразные варианты. Например, можно крепить предлагаемое защитное устройство на оправу очков или заушную гарнитуру, положение которых может быть достаточно жестко зафиксировано на голове. Также для удобства пользователя можно закрепить защитное устройство на головном уборе, налобной ленте или элементах одежды.

Также в защитном устройстве могут быть установлены один или несколько датчиков скорости движения воздуха для автоматического регулирования скорости потока воздушной завесы с целью гарантированного перехвата аэрозольных частиц при увеличении скорости встречного движения окружающего воздуха, а также для экономии заряда источника питания в случае, когда окружающий воздух практически неподвижен. В этом случае, например, могут использоваться известные конструкции из открытых воздушному потоку термисторов со стабилизированным подогревом в качестве датчиков скорости, а также микропроцессор для анализа данных с термистора и DC-DC конвертор для управления напряжением, подаваемым на двигатель насоса.

На Фиг.2 показан вариант защитного устройства, закрепленного на голове человека и формирующего воздушную завесу параллельно линии губ. Насосы 3 и 3а (в данном случае в качестве насоса используются центробежные вентиляторы) должны обладать габаритами, мощностью, объемной производительностью и выходным давлением, достаточными для создания воздушных потоков с необходимым сечением и скоростью, как объяснялось на Фиг.1 и при анализе соотношений (1-6). Насосы 3 и 3а плотно соединены с воздушными магистралями 4 и 4а, имеющими прямоугольное поперечное сечение для формирования защитной воздушной завесы требуемой ширины и толщины. Насосы 3 и 3а прикреплены к гарнитуре, имеющей заушины 6 и 6а, которые позволяют надежно зафиксировать устройство на голове пользователя. Воздушные магистрали 4 и 4а закреплены так, чтобы они не были направлены по оси навстречу друг другу (и тормозили друг друга в области встречи), а так, чтобы пересекались под некоторым углом друг к другу (например, 90°), при этом в области пересечения результирующий воздушный поток будет направлен в сторону, противоположную лицу, и будет отбрасывать захваченные аэрозольные частицы прочь. Анатомические особенности лица (овал в горизонтальном сечении) способствуют легкому выполнению этого условия. Насосы также подключены через кабель к источнику питания с тумблером для включения/выключения (не показаны на Фиг.2 для простоты), которые могут находиться в кармане одежды или в любом другом месте, удобном для пользователя.

Работа устройства происходит при засасывании насосами 3 и 3а окружающего воздуха (как показано стрелками на Фиг.2, направленными в круглое входное отверстие насосов), при этом предварительная очистка воздуха не является обязательной. С помощью формирующих воздушных магистралей 4 и 4а создаются защитные воздушные завесы в направлениях, показанных стрелками на Фиг.2, причем эти воздушные потоки отклоняют аэрозольные частицы, летящие в направлении входных отверстий ноздрей и рта. При этом воздушные магистрали 4 и 4а направлены относительно лица человека так, что воздушные потоки проходят мимо (не пресекают и не касаются плоскости) входных отверстий ноздрей и рта, что позволяет избежать попадания в дыхательные пути аэрозольных частиц, захваченных воздушным потоком при его формировании.

На Фиг.3 показан другой вариант защитного устройства, закрепленного на голове человека и формирующего воздушную завесу перпендикулярно линии губ. Насосы 3 и 3а с необходимыми параметрами (в данном случае также можно использовать центробежные вентиляторы постоянного тока) плотно соединены с воздушной магистралью 7, имеющей в поперечном сечении форму дуги окружности с шириной, достаточной для одновременной защиты глаз, ноздрей и рта (аналогично защитному пластиковому щитку хоккеистов), причем толщина и скорость формируемой при этом воздушной завесы должны быть достаточными для выполнения защитных функций, как показано в уравнениях 1-6. Ближе к выходному сечению поперечное сечение воздушной магистрали 7 также может иметь скругленные углы для уменьшения турбулентности формируемого воздушного потока. Насосы 3, 3а и магистраль 7 прикреплены к фиксирующей ленте или обручу 8, которые позволяют надежно зафиксировать устройство на голове пользователя или на головном уборе. Насосы также подключены через кабель к источнику питания с тумблером для включения/выключения (не показаны на Фиг.3 для простоты), которые могут находиться в кармане одежды или в любом другом месте, удобном для пользователя.

1. Способ защиты органов дыхания и глаз от аэрозольных частиц окружающего воздуха, заключающийся в том, что создают потоки воздуха в виде воздушной завесы перед защищаемыми участками лица, включая одновременно или по отдельности ноздри, рот, глаза, отличающийся тем, что создают указанные потоки из окружающего воздуха без предварительной очистки, направляют указанные потоки таким образом, чтобы линии тока не пересекали плоскости защищаемых участков лица и уносили аэрозольные частицы мимо этих участков, выбирают конфигурацию указанных потоков таким образом, чтобы любой вектор, проведенный из окружающего пространства через воздух в плоскость защищаемых участков лица, пересекался хотя бы одним из указанных потоков, а также выбирают такие скорость и поперечное сечение потока, чтобы ускорение, приобретаемое аэрозольными частицами, попадающими в поток из окружающего пространства, было достаточно для отклонения их от защищаемых участков лица.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что направляют указанные потоки вдоль линии губ в направлении от щек к носу.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что направляют указанные потоки перпендикулярно линии рта сверху вниз.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные потоки создают за счет нагнетания воздуха через воздушные магистрали с помощью компрессора с носимым источником питания.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные потоки создают за счет откачки воздуха из области перед указанными участками лица через воздушные магистрали с помощью насоса с носимым источником питания.

6. Способ по любому из пп.4-5, отличающийся тем, что указанные воздушные магистрали прикрепляют к оправе очков.

7. Способ по любому из пп.4-5, отличающийся тем, что указанные воздушные магистрали крепят к заушной гарнитуре.

8. Способ по любому из пп.4-5, отличающийся тем, что указанные воздушные магистрали крепят на одежде.

9. Способ по любому из пп.4-5, отличающийся тем, что указанные воздушные магистрали крепят на головном уборе.

10. Устройство для защиты органов дыхания и глаз от аэрозольных частиц окружающего воздуха, включающее средства крепления указанного устройства относительно лица, а также, по крайней мере, один насос с носимым источником питания и соединенные с насосом воздушные магистрали, выполненные с возможностью формировать потоки воздуха в виде воздушной завесы перед защищаемыми участками лица, включая одновременно или по отдельности ноздри, рот, глаза, отличающееся тем, что насос выполнен с возможностью формировать указанные потоки непосредственно из окружающего воздуха, выходы воздушных магистралей направлены относительно лица таким образом, что линии тока воздушной завесы не пересекают плоскости входных отверстий защищаемых участков лица, при этом форма указанных потоков такова, что любой вектор, проведенный из окружающего пространства через воздух в плоскость входных отверстий защищаемых участков лица, пересекается хотя бы одним из указанных потоков, а поперечное сечение и скорость потоков с учетом производительности насоса выбраны так, что ускорение, приобретаемое аэрозольными частицами, попадающими в поток из окружающего пространства, достаточно для отклонения их от защищаемых участков лица.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в качестве насоса используется вакуумное устройство для откачки воздуха.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в качестве насоса используется компрессор для нагнетания окружающего воздуха.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в качестве компрессора используется осевой вентилятор.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в качестве компрессора используется центробежный вентилятор.

15. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что указанные воздушные магистрали расположены так, что направляют воздушные потоки вдоль линии губ в направлении от щек к носу.

16. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что указанные воздушные магистрали расположены так, что направляют воздушные потоки перпендикулярно линии рта сверху вниз.

17. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что в качестве средства крепления указанных воздушных магистралей используется оправа очков.

18. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что в качестве средства крепления указанных воздушных магистралей используется заушная гарнитура.

19. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что средства крепления указанных воздушных магистралей имеют средства фиксации на воротнике одежды или головном уборе.

20. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что на указанных воздушных магистралях установлены один или несколько датчиков скорости движения воздуха для автоматического регулирования скорости потока воздушной завесы с целью гарантированного перехвата аэрозольных частиц при увеличении скорости набегающего извне воздуха.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вентиляции помещений и может быть использовано для предотвращения прорыва холодного воздуха и создания благоприятных санитарно-гигиенических условий в производственных помещениях или на отдельных рабочих местах.

Изобретение относится к технике кондиционирования воздуха и вентиляции, в частности к водовоздушным установкам для защиты от интенсивного облучения. .

Изобретение относится к воздушным завесам и может быть использовано для ограничения передачи тепла сквозь имеющийся в стене проем. .

Изобретение относится к области вентиляторостроения, в частности к конструкциям воздушных завес, и может быть использовано для защиты помещений от проникающего через технологические проемы воздуха, температурой или наличием примесей отличающегося от воздуха внутри помещения.

Изобретение относится к вентиляции и может быть использовано для создания благоприятных санитарно-гигиенических условий как в помещении в целом, так и на отдельных рабочих местах.

Изобретение относится к тепловым завесам с наружным воздухозабором и подогревом подаваемого воздуха. .

Изобретение относится к средствам активной коллективной защиты органов дыхания людей от ядовитых или отравляющих веществ. .

Изобретение относится к средствам активной коллективной защиты органов дыхания людей от аварийно химически опасных веществ (АХОВ). .

Изобретение относится к области отопления и, в частности, к применению воздушных потоков для экранирования, например воздушным завесам. .

Изобретение относится к устройствам для защиты органов дыхания от ядовитых и вредных в герметичных и полугерметичных помещениях. .

Изобретение относится к области средств индивидуальной защиты человека от ОМП и других поражающих факторов, в частности к устройствам для защиты глаз от токсичных химикатов (ТХ), сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ), биологических агентов (БА), высокоинтенсивных тепловых и оптических излучений (ВОИ).

Изобретение относится к приспособлениям для защиты ротовой полости и губ пользователя от вредных воздействий, в частности от инфекций при интимных контактах. Изобретение обеспечивает надежную защиту партнеров от возможных взаимных передач инфекций при контактах. Для этого в предлагаемом устройстве, содержащем средство установки в рабочее положение и защитную оболочку из полимерного материала в форме тела вращения в виде кармана с глухим концом, средство установки выполнено в виде двухсторонней капы с каналом между ее половинами, захватываемыми зубами и губами пользователя, которая охватывает открытый конец кармана оболочки. Кроме того, оболочка выполнена эластичной и тонкостенной и может иметь коническую форму. Кроме того, капа снабжена, манжетой, прикрывающей поверхность губ пользователя. 3 з.п. ф-лы. 1 ил.

Способ контроля изменений интегрального состава газовой среды относится к области электрических измерений и может быть использован в составе аналитическо-измерительных комплексов непрерывного контроля за параметрами атмосферы в замкнутых пространствах, в шахтах и тоннелях, а также в системах автоматического управления технологическими процессами, системах непрерывного экологического мониторинга и метеорологии. Преимущество данного способа измерения, по сравнению с другими способами измерения заключается в защищённости датчиков от пыли, влаги, паров, малом времени измерения и возможности проведения контроля изменений интегрального состава газовой среды на протяжённых трассах и в больших объёмах рабочих пространств. Эти свойства предполагаемого изобретения особенно важны для применения в угольных шахтах, на производствах с токсичной и вредной средой, а также на пожароопасных и взрывоопасных производствах, где газы, пыль и пары неравномерно распределены по объёму рабочего пространства. Новым в способе контроля изменений интегрального состава газовой среды является применение единственного микроволнового канала связи, для проведения фазовых измерений и синхронизации высокочастотных высокодобротных кварцевых опорных генераторов, с целью снижения затрат на проектирование и производство оборудования и оптимизации радиотракта. При контроле изменений интегрального состава газовой среды микроволновый сигнал, модулированный по амплитуде низкочастотным синхронизирующим сигналом, излучают в измерительный канал. Далее микроволновый сигнал принимают ретранслятором и усиливают, затем из него выделяют низкочастотный синхронизирующий сигнал, который используют для синхронизации местного опорного генератора при помощи системы фазовой автоподстройки частоты. Затем в микроволновый сигнал вносят монотонно нарастающий фазовый сдвиг в микроволновом управляемом фазовращателе, после чего микроволновый сигнал излучают обратно. Из принятого микроволнового сигнала, после гомодинного преобразования частоты, выделяют низкочастотную информационную составляющую. По разности фаз, измеренной между низкочастотным опорным и информационным сигналами, определяют изменения относительной диэлектрической проницаемости среды, а следовательно и изменения интегрального состава газовой среды.

Одной из главнейших задач обеспечения безопасности работ в угледобывающих шахтах является контроль содержания в рудничной атмосфере опасных газов и смесей, среди которых наибольшую угрозу представляют метан и угольная пыль. Предлагаемый способ относится к области электрических измерений и может применяться для контроля изменения состава интегральной газовой среды в угледобывающих шахтах, в системах контроля отработанных газов, которые выделяются вследствие промышленной деятельности человека, либо в аналогичных комплексных системах, где крайне важна задача мониторинга концентрации вторичных взрыво- и пожароопасных продуктов производства. Контроль изменений интегрального состава газовой среды основан на измерении изменений набега фаз микроволнового сигнала при его многократном распространении по замкнутой волноводной структуре, через которую также пропускают воздух их окружающей среды. Путем регулировки как общей длины волноводной структуры, выступающей в качестве измерительной трассы, так и частоты настройки полосового низкочастотного фильтра, выделяющего информационный низкочастотный сигнал, можно получить различную чувствительность системы в целом. По предложенному способу она является варьируемым параметром. Это позволяет проводить общую калибровку относительно определенного типа контролируемого вещества с известным значением его диэлектрической проницаемости, например, горючих, взрывоопасных и/или токсичных газов. За счет использования волноводной структуры, внутри которой циркулирует поток воздуха из окружающего пространства, необходимость применения дополнительных ретрансляторов, удаленных от измерительного блока, полностью исключается. Точность измерений изменений интегрального состава воздуха, функционирующей по предложенному способу, высока, и в общем случае она будет прямо пропорциональна числу циклов прохождений микроволновых колебания внутри волноводной структуры известной длины. Система, построенная и функционирующая по предложенному методу, представляет собой законченный функциональный блок, необходимость в пространственном разнесении элементов системы при этом отсутствует, и, в отличие от недолговечных термохимических, дорогостоящих оптических, каталитических и других газоанализаторов, невосприимчива к пыли и загрязнениям.
Наверх