Маска для защиты органов дыхания человека от холода

Полезная модель относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания человека от воздействия низких температур окружающей среды и может быть использована, в частности, в условиях деятельности человека на Крайнем Севере при температуре окружающей среды ниже -20°С, например, при обслуживании буровых установок месторождений нефти и газа в зимних условиях. Маска для защиты органов дыхания человека от холода содержит два узла байонетного соединения с противопылевыми фильтрами. Новым является то, что маска дополнительно снабжена двумя сменными реакторами подогрева вдыхаемого воздуха, установленными на узлах байонетного соединения. Каждый ректор содержит камеру с крышкой, заполненную сухим реагентом. Стенки камер снабжены отверстиями, сообщающими камеру с окружающей средой, а на днище камер выполнены каналы для прохода воздуха к дыхательным путям человека. Предложенная маска обеспечивает терморегуляцию вдыхаемого из окружающей среды воздуха, отличается удобством в использовании. 1 з.п.ф., 3 илл.

Полезная модель относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания человека от воздействия низких температур окружающей среды и может быть использована, в частности, в условиях деятельности человека на Крайнем Севере при температуре окружающей среды ниже -20°С, например, при обслуживании буровых установок месторождений нефти и газа в зимних условиях.

Установлено что при температурах ниже -20°С у человека наступает так называемая «Полярная одышка», когда частота дыхания понижается и приводит к дискомфортности человека. Вдыхание холодного воздуха при температуре -30°С приводит к резкому возрастанию сопротивления на вдохе и затруднению дыхания [1].

Известны различные респираторы [2...4] с клапанами или без клапанов [5], содержащие маску или полумаску, противопылевые или противогазовые фильтрующие элементы. Используются они в загазованных или запыленных средах и эффективность их достаточно низка.

Известен дыхательный аппарат [6], содержащий маску, впускной и выпускной клапаны и теплообменник, выход которого связан посредством гибкого шланга с маской. Предназначен он для работы в условиях низких температур. Однако он отличается низкой эффективностью работы, так как нагрев воздуха в теплообменнике осуществляется выдыхаемым воздухом и не регулируется. Теплообменник размещается в кармане костюма или в сумке. А это создает неудобство работникам, обслуживающим, например, буровые установки.

Известна также тепловая маска [7, 8], для защиты органов дыхания от холода при работе на Крайнем Севере, обеспечивающая тепловую обработку (рекуперацию) вдыхаемого человеком воздуха. Это осуществляется за счет наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых оболочек, выполненных из теплоемкого материала с образованием теплообменной поверхности.

Однако известная маска не обеспечивает эффективный нагрев вдыхаемого воздуха за счет сетчатых оболочек, а увеличение числа их приводит к затруднению дыхания. Кроме того, маска не обеспечивает регуляцию

температуры вдыхаемого воздуха, а, следовательно, и регуляцию температуры организма человека.

Из известных наиболее близким по технической сущности является респиратор серии 6000 фирмы ЗМ [9], содержащий полумаску, два клапана вдоха и клапан выдоха, два узла байонетного крепления фильтров с обеих сторон лица.

Недостаток известного респиратора заключается в том, что он может быть использован только лишь в запыленных или загазованных средах и не может быть использован в условиях холода, например Севера с температурой окружающей среды значительно ниже -20°С.

Техническим эффектом предложенной полезной модели является расширение функциональных возможностей маски, то есть обеспечение защиты органов дыхания человека от холода при работе его в условиях Крайнего Севера с температурой окружающей среды до -60°С, а также обеспечение удобства и комфортности работы человека в этих условиях за счет регулирования температуры вдыхаемого воздуха.

Указанный технический эффект достигается тем, что маска для защиты органов дыхания человека от холода снабжена двумя сменными реакторами подогрева вдыхаемого воздуха, установленными на узлах байонетного соединения, каждый из которых содержит камеру с крышкой заполненную сухим реагентом, например, цеолитом, при этом стенки камер снабжены отверстиями, сообщающими камеру с окружающей средой, а на днище каждой камеры выполнены каналы для прохода воздуха из окружающей среды к дыхательным путям человека.

Известно, что 20% теплообмена организма человека происходит в дыхательных путях [1]. Терморегулирование вдыхаемой смеси при критических температурах позволяет поддерживать тепловой баланс организма человека в пределах 36...37°С.

В предложенном техническом решении путем подогрева вдыхаемого воздуха в двух сменных реакторах обеспечивается защита органов дыхания от холода и создается возможность влияния на работу системы терморегуляции органов человека. Каждый реактор выделяет тепло при экзотермической химической реакции цеолита при адсорбции влаги выдыхаемого воздуха и чем чаще дыхание, тем больше выделяется тепла реактором. Каналы, выполненные на днище каждой камеры, образуют развитую теплообменную поверхность, обтекаемую вдыхаемым из внешней среды воздухом, подогревая его. При этом

нет необходимости в использовании дополнительных клапанов вдоха и выдоха, затрудняющих дыхание.

И, таким образом, путем изменения температуры вдыхаемого воздуха при формировании реакции организма на холодное воздействие обеспечивается состояние температурного баланса организма человека.

Предложенная совокупность существенных признаков является новой, обеспечивает достижение нового технического результата.

Следовательно она соответствует критериям патентоспособности полезной модели: «новизна», «технический результат», «промышленная применимость».

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где схематично изображены:

На фиг.1 - внешний вид маски с реакторами.

На фиг.2 - вид реактора сбоку.

На фиг.3 - камера реактора без крышки.

На фиг.4 - результаты полигонных испытаний маски, термограмма вдоха для температуры окружающей среды -20°С

Маска (или полумаска) 1 (фиг.1-3) содержит два узла байонетного соединения 2, на которых установлены два сменных реактора 3. Каждый реактор 3 содержит камеру 4 (фиг.2) с крышкой 5. Стенки камеры 4 содержат отверстия 6, сообщающие камеру с окружающей средой, а на днище камер выполнены каналы 7 для прохода воздуха из окружающей среды к дыхательным путям человека. Обе камеры заполнены активным веществом цеолитом 8, вступающим в химическую реакцию с влагой. На днище камер 4 выполнены отверстия 9 для прохода выдыхаемого воздуха. С внешней стороны днища камер 4 установлены фильтры 10.

Ось симметрии реакторов (фиг.1) развернута относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось симметрии маски, на угол =30...60°, что обеспечивает удобство работы.

В комплект маски входит шарф, облегающий лицо и шею (на фиг. не показано) и 2 или 4 пары реакторов для замены израсходованных.

Корпус реакторов выполнен из термостойкого пластика, выдерживающего температуру от -70°С до +120°С, при сушке цеолита при температуре не более +120°С, или из алюминиевого сплава при сушке цеолита при температуре +200°С.

Используют маску следующим образом.

Два реактора 3 устанавливают на узлах байонетного соединения на маске 1 (или полумаске), надевают маску на лицо и обвязывают шарфом вокруг шеи с целью ее утепления (реакторы 3 можно закрепить на маске как до ее надевания на лицо, так и не снимая с лица).

При выдыхании воздуха через отверстия 9 цеолит, поглощая влагу выдыхаемого воздуха, вступает в химическую реакцию с влагой в камерах 4 реакторов 3 с выделением тепла, нагревая стенки ребер каналов 7, подогревая проходящий по каналам 7 воздух.

Вдыхание холодного воздуха из внешней окружающей среды через отверстия 6 с температурой ниже -25°С не приводит к возбуждению химической реакции в камере 4 с цеолитом, так как при указанной температуре влажность воздуха крайне низкая и воздух практически сухой.

Когда химическая реакция прекратится, то есть цеолит будет полностью насыщен влагой, тогда выделение тепла прекращается и следует заменить пару реакторов 3, а использованные просушивают в камере без пламени при температуре +100°С в течение 2 часов или в СВЧ печи в течение 10...15 минут. Фильтры 10 при вдыхании нагретого воздуха задерживают мелкие фракции твердых частиц из окружающей среды.

Таким образом, предложенная маска позволяет защитить органы дыхания человека от воздействия низких температур, например, при обслуживании на Крайнем Севере месторождений нефти и газа, обеспечивает удобство в эксплуатации.

И, кроме того, поскольку частота дыхания человека зависит от теплообмена его организма и влияет на степень поглощения влаги цеолитом при выдохе, то предложенная маска с помощью реакторов позволяет обеспечить терморегуляцию вдыхаемого воздуха.

В связи с этим маска может быть использована и в медицине для людей, страдающих легочными и сердечными заболеваниями.

Результаты полигонных испытаний маски для защиты органов дыхания человека от холода подтвердили технический эффект (фиг.4).

В реакторы, выполненные из полиамида, засыпали цеолит, с максимальной насыпной плотностью для данного материала. Внешний воздух проходил через цеолит и далее через установленные противопылевые фильтры внутрь полумаски.

Аналогично заполнялись реакторы, выполненные из алюминиевого сплава Д-16Т. В реакторы устанавливались противопылевые фильтры.

Испытания проводились при температуре окружающей среды равной -10°С; -15°С; -20°С.

Температура выдыхаемого воздуха 29...30°С.

Длительность испытаний от 30 мин до 60 минут.

На графике представлена динамика изменения температуры внутри полумаски.

В первой серии испытаний применялось нагревание цеолита до температуры 34°С реакторы и маска утеплялись. Температура окружающей среды -10°С. Через пять минут наблюдается повышение температуры до 36°С в связи с экзотермичностью реакции связывания паров воды в выдыхаемом воздухе цеолитом. Через 30 минут температура вдыхаемого воздуха доходит до 29°С и только через 60 минут до 26°С.

Во второй серии без термоизоляции и предварительного нагрева цеолита при температуре окружающей среды -10°С наблюдается такая же динамика, как и в первой серии. То есть, через пять минут наблюдается повышение температуры до 35°С и далее вдыхаемый воздух нагревается через 30 минут до 25°С.

В третьей серии испытаний при внешней температуре -15°С осуществляли измерение температуры вдыхаемого воздуха при спокойной ходьбе и при совершении работы. Если при спокойной ходьбе динамика аналогична предыдущим сериям испытаний, то во время совершения работы и изменения активности дыхания, - динамика изменения температуры вдыхаемого воздуха следует за интенсивностью дыхания, при чем температура не спускается ниже 24°С, даже через 60 мин. испытаний.

В четвертой серии (Фиг.4.) испытания проводились при температуре окружающей среды -20°С. Температура вдыхаемого воздуха не опускалась ниже 24°С даже через 30 мин. При этом испытуемый совершал движение размеренным шагом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ:

1. Кондрор И.С. «Очерки по физиологии и гигиене человека на Крайнем севере». М., 1968, с.278.

2. Патент РФ №2072244, кл. А62В 7/10, пуб. 1997 г. «Респиратор»

3. Патент РФ №1824200, кл. А62В 18/02, пуб. 1993 г. «Респиратор»

4. Патент РФ №2090225, кл. А62В 18/02, пуб. 1997 г. «Респиратор для индивидуальной защиты человека от вредных веществ».

5. Патент РФ №2068282, кл. А62В 7/00, пуб. 1997 г. «Бесклапанный пылезащитный респиратор»

6. Авт. св. 1022716, кл. А62В 7/12, пуб. 1985 г. «Дыхательный аппарат»

7. Патент Финляндии №49241, кл. А62В 7/00, пуб. 1975 г. Тепловая маска «Euac».

8. Патент РФ №2039582, кл. А62В 7/00, пуб. 1995 г. «Маска для защиты органов дыхания и лица от холода».

9. Респиратор серии 6000 - полумаска компании ЗМ с байонетным креплением Е №141 или Е №143, - техническое описание, Бизнес-центр «Меридиан» ЗМ, Москва (прототип).

Маска для защиты органов дыхания человека от холода, содержащая два узла байонетного соединения с противопылевыми фильтрами, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена двумя сменными реакторами подогрева вдыхаемого воздуха, установленными на узлах байонетного соединения, каждый из которых содержит камеру с крышкой, заполненную сухим реагентом, например, цеолитом, при этом стенки камер снабжены отверстиями, сообщающими камеру с окружающей средой, а на днище каждой камеры выполнены каналы для прохода воздуха из окружающей среды к дыхательным путям человека.