RU173502U1 - Защитная медицинская маска - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к защитным медицинским маскам. Маска содержит корпус со средствами крепления на лице носителя маски, и бактерицидную камеру в передней лицевой части корпуса. Бактерицидная камера снабжена входным фильтром и источником ультрафиолетового (УФ) излучения, расположенным внутри камеры и соединенным с блоком электропитания. Источник УФ излучения выполнен в виде малогабаритной амальгамной газоразрядной лампы. Внутренняя поверхность бактерицидной камеры выполнена из материала, отражающего УФ излучение. Внутри камеры установлена перегородка из материала, прозрачного для УФ излучения. На выходе бактерицидной камеры установлен воздушный фильтр, выполненный из материала, поглощающего УФ излучение. Технический результат: повышение бактерицидной эффективности, снижение энергопотребления и упрощение конструкции защитной маски.

Description

Полезная модель относится к защитным лицевым маскам и может быть использована в качестве индивидуальной защиты носителя маски и окружающих от вирусной и бактериальной инфекции, передающейся воздушно-капельным путем.

Основным критерием эффективности маски считается надежная защита от вирусной и бактериальной инфекции, передающейся воздушно-капельным путем. Немаловажно при этом и обеспечение комфортных условий пользования - легкость и удобство маски, простота эксплуатации.

Существующие маски лишь частично защищают от прямого попадания бактериальной инфекции в организм и не предназначены для защиты от вирусов, поскольку вирусы способны проникать сквозь микроскопические отверстия.

Маски из ткани или бумаги могут защитить в течение 2 часов, пока не отсыреют.

Некоторые из них предусматривают пропитку фильтров антибактериальными составами (вытяжки лука, чеснока, и других компонентов) и таким образом обладают незначительным бактерицидным эффектом, сохраняющимся в течение нескольких часов. Пользование упомянутыми составами некомфортно и может вызвать аллергию или приступы астмы.

Как правило, маски одноразовые и требуют специальной утилизации.

Известно множество технических решений, направленных на повышение эффективности традиционных марлевых и бумажных масок.

Например, медицинская маска (SU 1590071, A61F 13/12, 1990), содержащая фильтровальную прослойку из специального фильтрующего материала, который подвергают дополнительной очень сложной обработке для улучшения фильтрующих свойств. Недостатком маски является высокая сложность в изготовлении и поддержании ее качеств.

Известна медицинская маска (патент RU 2127619, МПК А62В 18/02, 20.03.1999), содержащая фильтровальную прослойку из фильтрующего материала, пропитанного антисептическим средством, которое не противопоказано для слизистой оболочки, например октенисепт. Недостатком этого технического решения являются ограниченные функциональные возможности маски.

Известна также медицинская маска (патент RU 92336, МПК А62В 18/02, 20.03.2010), содержащая фильтровальную прослойку из фильтрующего материала и газофильтрующую прослойку, закрепленную на фильтровальной прослойке с выполнением между прослойками малоразмерных полостей с размещенными в них газофильтрующими средствами, при этом в качестве газофильтрующего средства используют мелкоразмерные частицы активированного угля.

Недостатком этого технического решения также являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно не позволяет осуществить защиту от более широкого разнообразия патогенных микроорганизмов.

Известны также медицинские маски (например, патент RU 137861 и др.), в которых антимикробные фильтрующие прослойки или их системы различной конфигурации покрыты мелкоразмерными или наночастицами серебра.

Основным недостатком их является все-таки их низкая бактерицидная эффективность (показатель снижения микробной обсемененности, равный отношению числа погибших к числу имевшихся до воздействия), так как:

- во-первых, спектр действия серебра не распространяется на все патогенные микроорганизмы;

- во-вторых, частицы серебра не могут губительно воздействовать на микроорганизмы дистанционно. Требуется контакт в течение определенного времени, разного для различных микроорганизмов.

С этой позиции привлекательным является инактивация микроорганизмов ультрафиолетовым (УФ) излучением, Наиболее эффективным губительным действием обладает излучение с длинами волн 240-270 нм, причем максимум эффективности приходится на диапазон 250-265 нм, где находятся пики полос ДНК и РНК микроорганизмов.

Известна индивидуальная маска по патенту №40847, в которой обеззараживающий элемент выполнен в виде ультрафиолетового светодиода с блоком питания, создающего поток излучения (постоянного или пульсирующего), инактивирующего вирусы и бактерии в проходящем для дыхания воздухе.

Подобный принцип обеззараживания вдыхаемого воздуха использован и в известном средстве индивидуальной защиты от вирусной инфекции по патенту №2404816, в котором уничтожение вирусов также осуществляется ультрафиолетовым излучением.

Не анализируя другие недостатки упомянутых устройств, в которых обеззараживание вдыхаемого воздуха осуществляется УФ-излучением светодиодов, сразу отметим, что они характеризуются чрезвычайно низкой бактерицидной эффективностью (менее 0,1).

Наиболее близкой к совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели является «Индивидуальная фильтрующая маска с бактерицидной обработкой воздуха на излучающих полупроводниковых элементах» по патенту RU №94421, МПК A41D 13/11, опубл. 27.05.2010.

Корпус маски, выполненный из резины или пластмассы, закрывает рот и нос человека, и имеет свободный объем около рта и носа. Корпус имеет в передней лицевой части круглое отверстие, выполненное в виде тонкостенной цилиндрической трубы, в которую вставлена кольцевая плата со светодиодами, световой поток которых направлен внутрь в сторону отверстия. Для защиты от частиц пыли и дыма с внешней стороны цилиндрическая труба снабжена резьбой, на которую навинчена вторая труба, внутреннее пространство которой заполнено фильтровальными веществами.

Кроме того, предусмотрены варианты маски с дополнительными светодиодами, излучающими в области 620-680 нм и 820-890 нм и импульсным многоканальным переключателем, позволяющим включать-выключать различные комбинации светодиодов. Есть варианты с клапаном с электрическими контактами, срабатывающим при вдыхании и выдыхании и, соответственно, каждый раз при срабатывании включающим светодиоды.

В варианте технического решения предусмотрен также клапан, свободно пропускающий наружу при выдыхании облученный воздух.

Устройство по патенту №94421 имеет недостатки, из которых самые серьезные связаны с использованием в качестве источника бактерицидного излучения УФ-светодиодов:

1. Низкая бактерицидная эффективность маски из-за невозможности установить в маске количество светодиодов, обеспечивающих необходимую для инактивации объемную дозу бактерицидного излучения. Например, для инактивации с эффективностью 0,999 вируса гриппа (объемная доза которого составляет 385 Дж/м³), необходимое количество светодиодов составляет 640 шт. (самые мощные на сегодняшний день светодиоды с максимумом излучения 265 нм имеют мощность излучения 150 микроватт).

Еще раз подчеркнем, что максимум излучения названных светодиодов приходится лишь на 265 нм и при этом полуширина полосы излучения ультрафиолетовых светодиодов составляет в среднем 10-12 нм. Таким образом, значительная часть в спектре излучения выходит за границы самого эффективного (в бактерицидном аспекте) участка с длиной волны 260 нм и светодиодов понадобится примерно на 20% больше.

К тому же светодиод является практически точечным излучателем и без дополнительных отражателей и рассеивателей излучает только в одну сторону, причем максимальный угол излучения у УФ-светодиодов составляет всего 140 градусов. Поэтому для создания равномерного потока ультрафиолетового излучения достаточной интенсивности потребуется еще большее количество светодиодов.

В итоге необходимо около 800 шт.

2. Потребляемый только светодиодами ток составит 24А и с учетом потерь на ограничительном резисторе для работы маски в течение 2 часов понадобится автомобильный аккумулятор, что неприемлемо для носимой маски.

3. Более 90% потребляемой светодиодом электрической энергии выделяется в виде тепла в кристаллах светодиодов. Это тепло (около 160 Вт) должно отводиться из внутреннего пространства маски. Это значительно усложняет конструкцию маски.

4. Размещение такого количества светодиодов внутри ограниченного объема маски проблематично, а монтаж сложен и малонадежен (учитывая зависимость коэффициента надежности системы от числа ее элементов).

5. Цена УФ-светодиодов именно диапазона 260 нм весьма высока и даже для безвыводных конструкций составляет порядка тысячи рублей за штуку.

Другие недостатки относятся к конструкции маски, к выбору светодиодов и схеме их питания:

1. Расположение светодиодов по периметру круга не обеспечивает равномерной освещенности, а следовательно, и повсеместной внутри цилиндра инактивации вирусов, бактерий и других возбудителей инфекций.

2. Часть излучения, не поглощенная микроорганизмами (а это - ориентировочно около 99%, по оценке эффективного сечения микроорганизмов при обычных концентрациях их в период эпидемии гриппа), большей частью поглощается стенками камеры.

3. Применение двух труб с резьбами (для крепления платы со светодиодами и размещения фильтра) усложняет конструкцию маски и утяжеляет ее.

4. Уменьшение напряжения питания по мере использования маски приводит к уменьшению тока через светодиоды и, соответственно, энергии излучения их. Это уменьшает эффективность обеззараживания и создает угрозу инфицирования носителя маски и окружающих.

5. При снижении напряжения питания до значения, меньшего, чем падение напряжения на светодиоде, то есть когда светодиоды вообще не излучают, пользователь не знает об этом и подвергает опасности заражения себя и окружающих.

6. Время непрерывной работы маски между сменой батареи или перезарядкой аккумулятора сокращается примерно на 25-40% из-за потерь электрической энергии при питании светодиодов через ограничительный резистор.

Таким образом, недостатками маски-прототипа являются: низкая бактерицидная эффективность, большое энергопотребление, обусловленное низким КПД УФ-светодиодов диапазона 260 нм, сложность конструкции и высокая стоимость.

Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание конструкции защитной маски, обеспечивающей объемную дозу инактивирующего излучения порядка 500-1000 Дж/м³, обеспечивающую надежную защиту носителя маски и окружающих от болезнетворных микроорганизмов, передающихся воздушно-капельным путем, при одновременном обеспечении приемлемых экономических показателей маски.

Техническим результатом полезной модели является повышение бактерицидной эффективности, снижение энергопотребления и упрощение конструкции защитной маски.

Указанный технический результат достигается тем, что в защитной медицинской маске, содержащей корпус со средствами крепления на лице носителя маски и бактерицидную камеру в передней лицевой части корпуса, снабженную входным фильтром и источником ультрафиолетового излучения, расположенным внутри бактерицидной камеры и соединенным с блоком электропитания, согласно полезной модели источник ультрафиолетового излучения выполнен в виде малогабаритной амальгамной газоразрядной лампы, при этом внутренняя поверхность бактерицидной камеры выполнена из материала, отражающего ультрафиолетовое излучение, внутри камеры установлена перегородка из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, а на выходе бактерицидной камеры установлен воздушный фильтр, выполненный из материала, поглощающего ультрафиолетовое излучение.

Кроме того, бактерицидная камера выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, перегородка установлена со стороны его нижней грани параллельно лампе, а воздушный фильтр установлен на задней грани параллелепипеда.

При этом лампа установлена на расстоянии, равном 2/3 высоты параллелепипеда от его нижней грани, а перегородка установлена на расстоянии, равном 1/3 высоты параллелепипеда от его нижней грани.

Бактерицидная камера может быть также выполнена в виде цилиндра, вдоль оси которого установлена лампа, причем перегородка выполнена состоящей из двух соосно установленных обечаек, закрепленных на противоположных основаниях камеры, каждая из которых выполнена из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения.

Технический результат полезной модели заключается в том, что:

- малогабаритная амальгамная газоразрядная лампа с максимумом излучения на длине волны 253,7 нм (в дальнейшем для краткости «УФ-лампа» или просто «лампа») обеспечивает объемную дозу инактивирующего излучения порядка более 1000 Дж/м³, позволяющую надежно защитить носителя маски и окружающих от всех видов болезнетворных микроорганизмов, передающихся воздушно-капельным путем;

- обеспечивается режим обеззараживания микроорганизмов, не зависящий от состояния напряжения источника питания, вплоть до снижения его значения до 1,5 В. В прототипе по мере снижения напряжения питания батареи уменьшается ток через светодиоды и, соответственно, уменьшается бактерицидная эффективность маски;

- повышается защитная эффективность маски, так как введение световой и звуковой сигнализации при погасании лампы предотвращает заражение инфекцией носителя маски и окружающих;

- значительно (более чем в 200 раз) снижается расход питания и, соответственно, увеличивается длительность непрерывной работы маски;

- обеспечивается возможность применения низковольтных источников питания (с напряжением больше 1,5 В), что позволяет использовать малогабаритные аккумуляторы большой емкости. В прототипе можно применять источники питания только с напряжением, большим, чем прямое напряжение светодиода. Например, для светодиода с прямым напряжением 6,5 В (типичное для УФ-светодиодов) нельзя использовать батарею (аккумулятор) напряжением 6,3 В;

- обеспечивается возможность полного использования ресурса источника питания. В прототипе при снижении напряжения батареи ниже прямого напряжения светодиода он гаснет, несмотря на то, что ресурс батареи далеко не исчерпан.

Полезная модель, охарактеризованная указанной выше совокупностью существенных признаков, на дату подачи заявки не известна в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия «новизна».

Полезная модель может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств и соответствует требованиям критерия «промышленная применимость».

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен общий вид защитной маски; на фиг. 2 и 3 - выносной элемент А на фиг. 1, вариант выполнения бактерицидной камеры соответственно в виде прямоугольного параллелепипеда (фиг. 2) и цилиндра (фиг. 3).

Защитная медицинская маска содержит корпус 1 с лицевой частью, охватывающей нос, рот и нижнюю часть подбородка носителя маски (на чертеже не показано). Корпус выполнен из резины, силикона или эластичной пластмассы. Он удерживается на лице с помощью ремня, имеющего крепление с фиксатором.

В передней лицевой части корпуса смонтирована бактерицидная камера 2, внутри которой расположен источник УФ-излучения - малогабаритная бактерицидная амальгамная лампа 3. Максимум излучения лампы (и около 90% всей излучаемой энергии) приходится на длину волны 253,7 нм. При потребляемой мощности 2 Вт общая мощность ее излучения составляет около 1,2 Вт, а мощность бактерицидного излучения составляет около 1 Вт. Этой мощности излучения достаточно для инактивации в бактерицидной камере маски, например, вируса гриппа и других вирусов и бактерий с эффективностью 0,999. Напряжение зажигания и горения лампы составляют соответственно 32 и 20 В, что исключает поражение электрическим током.

Внутренняя поверхность 4 бактерицидной камеры 2 имеет покрытие, отражающее УФ-излучение. В случае выполнения корпуса камеры из металла функцию отражающего покрытия может выполнять полированная внутренняя поверхность камеры. За счет многократного отражения от стенок камеры повышается эффективность использования излучения, а следовательно, и бактерицидная эффективность маски.

Бактерицидная камера снабжена входным фильтром 5, механически задерживающим часть болезнетворных микроорганизмов, и выходным воздушным фильтром 6, выполненным из материала, не пропускающего УФ-излучение, чтобы не допустить попадание излучения лампы на пользователя маски (таким свойством обладает большинство тонковолокнистых фильтрующих материалов, использующихся для средств индивидуальной защиты органов дыхания).

Внутри бактерицидной камеры установлена перегородка 7, выполненная из материала, прозрачного для УФ-излучения (например, из увиолевого или кварцевого стекла, фтористого лития).

В варианте, показанном на фиг. 2, бактерицидная камера 2 выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, перегородка 7 установлена со стороны его нижней грани параллельно лампе, а фильтр 6 установлен на задней грани параллелепипеда. Ширина перегородки равна ширине камеры, а длина составляет около 2/3 длины параллелепипеда. В предпочтительном варианте исполнения лампа 3 установлена на расстоянии, равном 2/3 высоты параллелепипеда от его нижней грани, а перегородка 7 - на расстоянии, равном 1/3 высоты параллелепипеда от его нижней грани.

В варианте, представленном на фиг. 3, бактерицидная камера 2 выполнена в виде цилиндра, вдоль оси которого установлена лампа 3, причем перегородка выполнена состоящей из двух соосно установленных обечаек 7, закрепленных на противоположных основаниях камеры, при этом обечайки выполнены из материала, прозрачного для УФ-излучения. Данная геометрия бактерицидной камеры позволяет увеличить площадь расположенного по периметру основания цилиндра входного фильтра 5, который быстро забивается пылью, частицами дыма, каплями и т.п.

Перегородки 7 увеличивают время прохождения вдыхаемого воздуха через камеру 2 и тем самым повышают бактерицидную дозу излучения, равную произведению потока бактерицидного излучения на время облучения.

УФ-лампа 3 электрически соединена с блоком электропитания 8, закрепленным, например, на затылочной части корпуса маски, с помощью ремня 9.

Блок электропитания 8 съемный и состоит из источника постоянного напряжения (батарея или аккумулятор) и известной схемы питания газоразрядных ламп на повышенной частоте, оснащенной схемой сигнализации при отсутствии тока через лампу (см., например, журнал «Радио», 2000 г., №4, с. 55, Кобец В. «Регулируемый преобразователь напряжения для ЛДС»).

Используют маску следующим образом.

Первоначально вставляют штекеры соединительного кабеля в разъемы на бактерицидной камере 2 и в блоке электропитания 8, включают блок электропитания и по наличию люминесцирующего свечения в сигнальном окне маски (не показано) убеждаются в работоспособности маски. Затем выключают питание, надевают маску на лицо и закрепляют ее на лице с помощью элементов крепления (не показано), так чтобы бактерицидная камера оказалась в области расположения органов дыхания - носо-ротовой области.

Затем включают питание. При включении питания лампа начинает испускать ультрафиолетовое излучение длиной волны 253,7 нм, которое, как известно, инактивирует вирусы и бактерии.

Вдыхаемый воздух проходит через фильтр 5, на котором задерживаются капли влаги и частицы пыли, дыма и т.п. и через бактерицидную камеру, где ультрафиолетовое излучение лампы инактивирует имеющиеся в проходящем воздухе вирусы и бактерии.

В бактерицидной камере 2 проходящий воздух огибает перегородки 7, которые увеличивают продолжительность облучения, что способствует повышению бактерицидной эффективности маски. При этом многократное отражение излучения от стенок камеры также способствует увеличению бактерицидной эффективности маски. Далее, воздух втягивается носом или ртом в легкие через фильтр 6, назначением которого является предотвращение попадания ультрафиолетового излучения на части тела, находящиеся под маской. При выдохе воздух из легких проделывает обратный путь через бактерицидную камеру 2, и выдыхаемый воздух будет также обеззаражен.

Claims (4)

1. Защитная медицинская маска, содержащая корпус со средствами крепления на лице носителя маски, и бактерицидную камеру в передней лицевой части корпуса, снабженную входным фильтром и источником ультрафиолетового излучения, расположенным внутри бактерицидной камеры и соединенным с блоком электропитания, отличающаяся тем, что источник ультрафиолетового излучения выполнен в виде малогабаритной амальгамной газоразрядной лампы, при этом внутренняя поверхность бактерицидной камеры выполнена из материала, отражающего ультрафиолетовое излучение, внутри камеры установлена перегородка из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, а на выходе бактерицидной камеры установлен воздушный фильтр, выполненный из материала, поглощающего ультрафиолетовое излучение.

2. Маска по п. 1, отличающаяся тем, что бактерицидная камера выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, перегородка установлена со стороны его нижней грани параллельно лампе, а воздушный фильтр установлен на задней грани параллелепипеда.

3. Маска по п. 2, отличающаяся тем, что лампа установлена на расстоянии, равном 2/3 высоты параллелепипеда от его нижней грани, а перегородка установлена на расстоянии, равном 1/3 высоты параллелепипеда от его нижней грани.

4. Маска по п. 1, отличающаяся тем, что бактерицидная камера выполнена в виде цилиндра, вдоль оси которого установлена лампа, причем перегородка выполнена состоящей из двух соосно установленных обечаек, закрепленных на противоположных основаниях камеры, каждая из которых выполнена из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения.

Images