RU2743249C1 - Photonic quantum mechanical (pqm) protective mask - Google Patents
Photonic quantum mechanical (pqm) protective mask Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743249C1 RU2743249C1 RU2020119717A RU2020119717A RU2743249C1 RU 2743249 C1 RU2743249 C1 RU 2743249C1 RU 2020119717 A RU2020119717 A RU 2020119717A RU 2020119717 A RU2020119717 A RU 2020119717A RU 2743249 C1 RU2743249 C1 RU 2743249C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mask
- chamber
- air
- bactericidal
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A41—WEARING APPAREL
- A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
- A41D13/00—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches
- A41D13/05—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches protecting only a particular body part
- A41D13/11—Protective face masks, e.g. for surgical use, or for use in foul atmospheres
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
- A62B18/00—Breathing masks or helmets, e.g. affording protection against chemical agents or for use at high altitudes or incorporating a pump or compressor for reducing the inhalation effort
- A62B18/02—Masks
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Respiratory Apparatuses And Protective Means (AREA)
- Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
- Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к защитным лицевым маскам и может быть использовано в качестве индивидуальной защиты носителя маски и окружающих людей от вирусной и бактериальной инфекции, передающейся воздушно-капельным путем.The invention relates to protective face masks and can be used as personal protection of the wearer of the mask and people around him from viral and bacterial infections transmitted by airborne droplets.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY
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.The main criterion for the effectiveness of the mask is considered to be reliable protection against viral and bacterial infections transmitted by airborne droplets. It is also important to ensure comfortable conditions of use - the lightness and convenience of the mask, ease of use. Existing masks only partially protect against direct ingestion of a bacterial infection into the body and are not intended to protect against viruses, since viruses can penetrate through microscopic holes.
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.Cloth or paper masks can protect for 2 hours until damp. Some of them provide for the impregnation of filters with antibacterial compounds (extracts of onions, garlic, and other components) and thus have a slight bactericidal effect that lasts for several hours. The use of these formulations is uncomfortable and can cause allergies or asthma attacks. As a rule, masks are disposable and require special disposal.
Известно множество технических решений, направленных на повышение эффективности традиционных марлевых и бумажных масок.Many technical solutions are known to improve the effectiveness of traditional gauze and paper masks.
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.For example, a medical mask (SU 1590071, A61F 13/12, 1990) containing a filtering layer made of special filtering material, which is subjected to an additional very complex treatment to improve filtering properties. The disadvantage of the mask is the high difficulty in manufacturing and maintaining its qualities.
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. Недостатком этого технического решения являются ограниченные функциональные возможности маски.Known medical mask (patent RU 2127619, IPC
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.Also known is a medical mask (patent RU 92336, IPC А62В 18/02, 03/20/2010) containing a filtering layer of filtering material and a gas filtering layer fixed on the filtering layer with the execution between the layers of small-sized cavities with gas filtering means placed in them, while in As a gas filtering agent, small-sized particles of activated carbon are used.
Недостатком этого технического решения также являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно не позволяет осуществить защиту от более широкого разнообразия патогенных микроорганизмов.The disadvantage of this technical solution is also relatively narrow functionality, since it does not allow protection against a wider variety of pathogenic microorganisms.
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.Also known are medical masks (for example, patent RU 137861, etc.), in which antimicrobial filtering layers or their systems of various configurations are coated with fine or nanoparticles of silver.
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:Their main disadvantage is still their low bactericidal efficiency (an indicator of a decrease in microbial contamination, equal to the ratio of the number of deaths to the number of those available before exposure), since:
- во-первых, спектр действия серебра не распространяется на все патогенные микроорганизмы;- firstly, the spectrum of action of silver does not apply to all pathogenic microorganisms;
- во-вторых, частицы серебра не могут губительно воздействовать на микроорганизмы дистанционно. Требуется контакт в течение определенного времени, разного для различных микроорганизмов.- secondly, silver particles cannot have a detrimental effect on microorganisms remotely. Contact is required for a certain time, different for different microorganisms.
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.From this position, inactivation of microorganisms by ultraviolet (UV) radiation is attractive. The most effective destructive effect is radiation with wavelengths of 240-270 nm, and the maximum efficiency falls on the range of 250-265 nm, where the peaks of the DNA and RNA bands of microorganisms are located.
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.Known individual mask according to patent No. 40847, in which the disinfecting element is made in the form of an ultraviolet light-emitting diode with a power supply, creating a radiation flow (constant or pulsating), inactivating viruses and bacteria in the air passing through for breathing.
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.A similar principle of disinfection of the inhaled air is used in the known means of personal protection against viral infection according to patent No. 2404816, in which the destruction of viruses is also carried out by ultraviolet radiation.
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).Without analyzing other disadvantages of the mentioned devices, in which the disinfection of inhaled air is carried out by UV radiation of LEDs, we immediately note that they are characterized by an extremely low bactericidal efficiency (less than 0.1).
Известна также полезная модель «Индивидуальная фильтрующая маска с бактерицидной обработкой воздуха на излучающих полупроводниковых элементах» по патенту RU №94421, МПК A41D 13/11, опубл. 27.05.2010.Also known is a utility model "Individual filter mask with bactericidal air treatment on emitting semiconductor elements" according to RU patent No. 94421, IPC A41D 13/11, publ. May 27, 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.The mask body, made of rubber or plastic, covers a person's mouth and nose, and has a free volume around the mouth and nose. The housing has a circular opening in the front face, made in the form of a thin-walled cylindrical tube, into which an annular board with LEDs is inserted, the luminous flux of which is directed inward towards the opening. To protect against dust and smoke particles from the outside, the cylindrical pipe is provided with a thread, onto which the second pipe is screwed, the inner space of which is filled with filtering substances. In addition, there are mask options with additional LEDs emitting in the 620-680 nm and 820-890 nm regions and a multi-channel pulse switch that allows you to turn on / off various combinations of LEDs. There are options with a valve with electrical contacts that are triggered by inhalation and exhalation and, accordingly, turn on the LEDs each time it is activated.
В варианте технического решения предусмотрен также клапан, свободно пропускающий наружу при выдыхании облученный воздух. Устройство по патенту №94421 имеет следующие недостатки:In a variant of the technical solution, a valve is also provided that freely passes the irradiated air outside during exhalation. The device according to patent No. 94421 has the following disadvantages:
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) 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 большое количество светодиодов.1. Low bactericidal efficacy of the mask due to the impossibility of setting the number of LEDs in the mask, providing the volume dose of bactericidal radiation required for inactivation. For example, for inactivation with an efficiency of 0.999 of the influenza virus (the volumetric dose of which is 385 J / m 3 ), the LED is practically a point emitter and, without additional reflectors and diffusers, emits only in one direction, and the maximum radiation angle of UV LEDs is only 140 degrees. Therefore, to create a uniform flow of ultraviolet radiation of sufficient intensity, a large number of LEDs are required.
2. Другие недостатки относятся к конструкции маски, к выбору светодиодов и схеме их питания:2. Other disadvantages relate to the design of the mask, to the choice of LEDs and their power supply:
2.1. Расположение светодиодов по периметру круга не обеспечивает равномерной освещенности, а следовательно, и повсеместной внутри цилиндра инактивации вирусов, бактерий и других возбудителей инфекций.2.1. The arrangement of the LEDs around the perimeter of the circle does not provide uniform illumination, and, therefore, the ubiquitous inactivation of viruses, bacteria and other infectious agents inside the cylinder.
2.2. 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.2.2. Part of the radiation not absorbed by microorganisms (and this is approximately 99%, according to the assessment of the effective cross section of microorganisms at their usual concentrations during an influenza epidemic), is mostly absorbed by the chamber walls.
2.3. Применение двух труб с резьбой (для крепления платы со светодиодами и размещения фильтра) усложняет конструкцию маски и утяжеляет ее.2.3. The use of two threaded pipes (for attaching the LED board and placing the filter) complicates the design of the mask and makes it heavier.
Таким образом, недостатками маски-прототипа являются: низкая бактерицидная эффективность, большое энергопотребление, обусловленное низким КПД УФ-светодиодов диапазона 260 нм, сложность конструкции и высокая стоимость.Thus, the disadvantages of the prototype mask are: low bactericidal efficiency, high energy consumption due to the low efficiency of UV LEDs in the 260 nm range, design complexity and high cost.
Наиболее близкой к совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели является «Защитная медицинская маска», фильтрующая маска с бактерицидной обработкой воздуха УФ излучением по патенту RU №173502, МПК A41D 13/11, опубл. 2017.08.29.Closest to the set of essential features of the claimed utility model is "Protective medical mask", a filter mask with bactericidal air treatment with UV radiation according to RU patent No. 173502, IPC A41D 13/11, publ. 2017.08.29.
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, отличается 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.A protective medical mask containing a body with means of attachment to the face of the mask wearer and a germicidal chamber in the front face of the body, equipped with an input filter and an ultraviolet radiation source located inside the germicidal chamber and connected to a power supply unit, is characterized in that the ultraviolet radiation source is made in the form of a small-sized amalgam gas discharge lamp. In this case, the inner surface of the germicidal chamber is made of a material that reflects ultraviolet radiation, a partition made of a material transparent to ultraviolet radiation is installed inside the chamber, and an air filter made of a material that absorbs ultraviolet radiation is installed at the outlet of the germicidal chamber.
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.2. The mask according to
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.3. The mask according to
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.4. Mask according to
Недостатки:Disadvantages:
- Метод, который использует коротковолновый УФ излучение для уничтожения микроорганизмов путем разрушения нуклеиновых кислот и разрушения их ДНК, очень опасен для человека и используется, обычно, для дезинфекции закрытых помещений и может использоваться только в закрытых, изолированных от человека помещениях, например для их стерилизации (широко используется в Израиле).- A method that uses short-wave UV radiation to destroy microorganisms by destroying nucleic acids and destroying their DNA is very dangerous for humans and is usually used for disinfecting closed rooms and can only be used in closed, isolated from humans, for example, for sterilizing them ( widely used in Israel).
- Размещение амальгамной газоразрядной лампы, уровня излучения порядка 500-1000 Дж/м3)) внутри ограниченного объема маски, вблизи дыхательных путей человека, крайне опасно и несет в себе потенциальную опасность проявлением прямых и побочных эффектов.- Placing an amalgam gas-discharge lamp with a radiation level of the order of 500-1000 J / m 3 )) inside a limited volume of the mask, near the respiratory tract of a person, is extremely dangerous and carries a potential danger of direct and side effects.
- Проблематично осуществить эффективную защиту от побочных факторов воздействия мощного УФ излучения в малообъемных пространствах (учитывая зависимость коэффициента надежности системы от числа ее элементов).- It is problematic to implement effective protection against side factors of exposure to powerful UV radiation in low-volume spaces (taking into account the dependence of the system reliability factor on the number of its elements).
- УФ излучение (уровня излучения порядка 500-1000 Дж/м3) может очень быстро вызвать ожоги и привести к раку кожи.- UV radiation (radiation level of the order of 500-1000 J / m 3 ) can very quickly cause burns and lead to skin cancer.
- УФ излучение, не видно человеческому глазу, при 254 нм производит озон, который также может представлять опасность для здоровья человека.- UV radiation, not visible to the human eye, produces ozone at 254 nm, which can also pose a hazard to human health.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
Технический результат изобретения направлен на повышение бактерицидной эффективности, при одновременном повышении безопасности для носителя маски и окружающих людей, снижение энергопотребления и упрощение конструкции защитной маски.The technical result of the invention is aimed at increasing the bactericidal efficiency, while increasing the safety for the wearer of the mask and the surrounding people, reducing energy consumption and simplifying the design of the protective mask.
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является создание конструкции защитной маски, обеспечивающей комфортность, безопасность и надежную защиту носителя маски от болезнетворных микроорганизмов, передающихся воздушно-капельным путем, при одновременном упрощением ее конструкции и обеспечении приемлемых экономических показателей маски.The technical problem solved by the claimed invention is to create a protective mask design that provides comfort, safety and reliable protection of the mask wearer from pathogens transmitted by airborne droplets, while simplifying its design and ensuring acceptable economic performance of the mask.
Основой бактерицидного действия является разрушения клеток живого организма ультрафиолетовыми лучами в диапазоне длины волны 200-300 нм. Это явление используется для обеззараживания жидкостей, воздуха и газов от различных микроорганизмов, дрожжевых и плесенных грибков и вирусов (Фиг. 4, 5).The basis of the bactericidal action is the destruction of cells of a living organism by ultraviolet rays in the wavelength range of 200-300 nm. This phenomenon is used for the disinfection of liquids, air and gases from various microorganisms, yeast and mold fungi and viruses (Fig. 4, 5).
Метод, который использует коротковолновый диапазон УФ излучения, - для уничтожения микроорганизмов путем разрушения нуклеиновых кислот и разрушения их ДНК.A method that uses short-wavelength UV radiation to kill microorganisms by destroying nucleic acids and destroying their DNA.
Бактерицидное действие УФ излучения на микроорганизмы наблюдается в спектральном диапазоне 205-315 нм, но ДНК и РНК большинства бактерий и вирусов наиболее чувствительны к излучению с длиной волны 260-270 нм (Фиг. 6). Установлено, что вид кривых Sδk(λ) для разных видов патогенных микроорганизмов практически одинаков.The bactericidal effect of UV radiation on microorganisms is observed in the spectral range 205-315 nm, but the DNA and RNA of most bacteria and viruses are most sensitive to radiation with a wavelength of 260-270 nm (Fig. 6). It was found that the shape of the Sδk (λ) curves for different types of pathogenic microorganisms is practically the same.
Эффективность зависит от дозировки (мощность × время) и длины волны, такая же дозировка может быть достигнута при более низких уровнях облучения, если время экспозиции будет увеличено (Фиг. 7). Значение дозы необходимой для 10-кратного уменьшения No, зависит от вида микроорганизма, для многих бактерий доза равна 2-20 мДж/см2.The efficacy depends on the dosage (power x time) and wavelength, the same dosage can be achieved at lower irradiation levels if the exposure time is increased (Fig. 7). The value of the dose required for 10-fold reduction of N o, dependent on the kind of microorganism, for many bacterial dose is 2-20 mJ / cm 2.
Однако нет необходимости убивать патогенные микроорганизмы с помощью жесткого и мощного УФ излучения, что осуществляется для стерилизации зараженных медицинских помещений. Меньшее количество УФ излучения позволяет предотвратить их размножение и эта величина для многих случаев составляет порядка 100 мкДж/см2.However, there is no need to kill pathogens using the hard and powerful UV radiation, which is done to sterilize contaminated medical facilities. A smaller amount of UV radiation prevents their multiplication and this value for many cases is about 100 μJ / cm 2 .
Таким образом, необходимая доза УФ излучения для обеспечения индивидуальной эффективной бактерицидной защиты людей в обычных бытовых условиях составляет порядка 100 мкДж/см2.Thus, the required dose of UV radiation to ensure individual effective bactericidal protection of people in normal household conditions is about 100 μJ / cm 2 .
Это обстоятельство позволяет значительно упростить построение бытовых защитных масок для населения, сделать их более безопасными и комфортными для людей, не снижая их эффективности, при одновременном снижении их стоимости.This circumstance makes it possible to significantly simplify the construction of household protective masks for the population, to make them safer and more comfortable for people, without reducing their effectiveness, while reducing their cost.
Выше приведенное обстоятельство позволяет обратить более серьезное внимание на малогабаритные УФ светодиоды в качестве источников УФ излучения.The above circumstance allows us to pay more serious attention to small-sized UV LEDs as sources of UV radiation.
УФ светодиоды наряду со своими классическими «собратьями» активно завоевывают ниши, где не так давно еще применялись люминесцентные либо же газоразрядные ультрафиолетовые лампы.UV LEDs, along with their classic "brothers", are actively conquering niches, where not so long ago fluorescent or gas-discharge ultraviolet lamps were used.
В работе ультрафиолетового светодиода заложен принцип, согласно которому происходит излучение света при прохождении через полупроводниковый переход постоянного тока фиксированной величины. Для создания именно ультрафиолетового излучения используются такие присадки как: арсенид галлия алюминия, нитрид галлия, нитрид алюминия и т.д. В результате этого получаются светодиоды со спектром излучения, находящиеся в диапазоне от 100 до 400 нм (ближняя часть УФ - диапазона) (Фиг. 8).In the operation of an ultraviolet LED, the principle is laid, according to which light is emitted when a constant current of a fixed value passes through a semiconductor junction. To create just ultraviolet radiation, additives such as gallium aluminum arsenide, gallium nitride, aluminum nitride, etc. are used. As a result, LEDs are obtained with a radiation spectrum ranging from 100 to 400 nm (near part of the UV range) (Fig. 8).
Дозы излучения УФ-С светодиода, необходимые для инактивации вирусов и предотвращения их размножения, на порядки ниже, чем требуется для уничтожения вирусов и бактерий, что делает стоимость светодиодных УФ-установок для обеззараживания коммерчески жизнеспособной.The doses of UV-C LED radiation required to inactivate viruses and prevent their multiplication are orders of magnitude lower than those required to kill viruses and bacteria, which makes the cost of LED UV disinfection units commercially viable.
УФ светодиоды обладают высокими жизненными и эксплуатационными характеристиками. Отличаются высокой надежностью и длительным сроком службы и делятся по спектральным областям излучения на классы:UV LEDs have high life and performance characteristics. They are distinguished by high reliability and long service life and are divided into classes according to spectral regions of radiation:
- А. Диапазон составляет 365-415 нм;- A. The range is 365-415 nm;
- B. 280-365 нм;- B. 280-365 nm;
- C. 200-280 нм.- C. 200-280 nm.
Наиболее эффективными для обеззараживания воды и стерилизации воздуха считаются УФ-светодиоды-С диапазона (200-280 нм). Основное применение светодиодов данного диапазона - ультрафиолетовое обеззараживание воды, стерилизация воздуха, а также удаление неприятных запахов.The most effective for water disinfection and air sterilization are UV-C-range (200-280 nm) LEDs. The main application of LEDs in this range is ultraviolet water disinfection, air sterilization, and removal of unpleasant odors.
Так для примера, Seoul Viosys и Sensor Electronic Technology, Inc. (SETi) объявили, что им удалось добиться стерилизации области, заряженной коронавирусом (COVID-19) на 99.9% за 30 секунд. Испытания проводились в исследовательской группе Корейского университета с использованием полупроводниковой технологии Violeds, которая используется в серийном производстве УФ светодиодов.For example, Seoul Viosys and Sensor Electronic Technology, Inc. (SETi) announced that they were able to sterilize the area charged with coronavirus (COVID-19) by 99.9% in 30 seconds. The tests were carried out in a research group at Korea University using Violeds semiconductor technology, which is used in the mass production of UV LEDs.
Также серийно выпускаются УФ светодиоды для UVC диапазона (200-280 нм) (Азимут Фотоникс).Also serially produced UV LEDs for UVC range (200-280 nm) (Azimuth Photonics).
Ультрафиолетовые светодиоды серии UVC для диапазона 200-280 нм используются главным образом в промышленных применениях. УФ светодиоды компании LG Innotek доступны для заказа в виде голого чипа или в корпусе для поверхностного монтажа. Более короткие длины волны излучения в настоящее время разрабатываются и будут введены в ассортимент в ближайшее время.Ultraviolet LEDs UVC series for 200-280nm range are mainly used in industrial applications. LG Innotek UV LEDs are available to order as a bare chip or in a surface mount package. Shorter emission wavelengths are currently under development and will be introduced to the range shortly.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯCARRYING OUT THE INVENTION
Указанный технический результат достигается тем, что защитная медицинская маска 1, содержащая корпус со средствами крепления на лице носителя маски и бактерицидную камеру, внутренняя поверхность которой выполнена из материала, отражающего ультрафиолетовое излучение, снабжена защитным фильтром 7, выполненным из материала, поглощающего ультрафиолетовое излучение, и источником ультрафиолетового излучения 11, расположенным внутри бактерицидной камеры и соединенным с источником питания 5 электропроводящими каналами 6, при этом источник ультрафиолетового излучения 11 выполнен в виде малогабаритного УФ-С светодиода, а бактерицидная камера 9 выполнена в виде сфероидальной замкнутой полости с эквивалентным радиусом R, поверхность которой N>1, воздушными каналами 10 диаметром d<R, при этом защитный фильтр бактерицидной камеры 7 выполнен в виде сфероидальной оболочки и установлен так, чтобы его внутренняя поверхность плотно облегала внешнюю поверхность бактерицидной камеры 9, а саму бактерицидную камеру 9 герметично устанавливают в корпус защитной маски 1 так, чтобы между внешней поверхностью бактерицидной камеры 9 и внутренней части оболочки корпуса маски образовалась полость - воздушная камера 8 для свободного доступа воздуха внутрь маски. При этом на выходе воздушной камеры 8 устанавливают дополнительный воздушный фильтр 13 не пропускающий озон в открытую полость маски и входной воздушный клапан 14.The specified technical result is achieved in that a protective
Кроме того, на лицевую часть корпуса маски устанавливают световой индикатор наличия вирусов 4, вторую бактерицидную камеру 16, выполненную аналогично первой 9, с выходным воздушным клапаном 19 и сфероидальной защитный фильтр 15 в виде оболочки установленной на внешней поверхности второй бактерицидной камеры 16. А саму бактерицидную камеру 16 устанавливают фотоэлектрический детектор 17, для измерения уровня излучения, вызванного свечением вирусов под воздействием УФ излучения на длине волны λлв>λуф, при этом УФ-С источник излучения 18, фотоэлектрический детектор 17 и световой индикатор 4 соединены с блоком электропитания 5, где λуф. - длина волны исходного ультрафиолетового излучения, λлв - длина волны излучения, вызванного свечением вирусов под воздействием УФ излучения.In addition, a light indicator of the presence of
Сущность настоящего изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен общий вид защитной маски, где:The essence of the present invention is illustrated by graphical materials, where Fig. 1 shows a general view of a protective mask, where:
1 - защитная маска,1 - protective mask,
2 - входные шлюзы маски,2 - input gateways of the mask,
3 - выходной шлюз маски,3 - mask output gateway,
4 - световой индикатор наличия вирусов,4 - a light indicator of the presence of viruses,
5 - источник питания,5 - power source,
6 - электропроводящие каналы;6 - electrically conductive channels;
на фиг. 2 представлена схема построения входного шлюза 2, защитной маски для поступления в маску внешнего воздуха, где:in fig. 2 shows a diagram of the construction of an
1 - элемент защитной маски,1 - element of a protective mask,
7 - защитный фильтр,7 - protective filter,
8 - воздушная камера,8 - air chamber,
9 - бактерицидная камера,9 - bactericidal chamber,
10 - воздушные каналы бактерицидной камеры,10 - air channels of the germicidal chamber,
11 - УФ-источник излучения,11 - UV radiation source,
12 - крепежные элементы бактерицидной камеры,12 - fasteners of the germicidal chamber,
13 - воздушный фильтр (антиозоновый),13 - air filter (anti-ozone),
14 - входной воздушный клапан;14 - inlet air valve;
на фиг. 3 представлен вариант схемы входного шлюза маски 3 маски для выдоха из маски воздуха, где:in fig. 3 shows a variant of the scheme of the entrance gateway of the
1 - элемент защитной маски,1 - element of a protective mask,
15 - защитный фильтр,15 - protective filter,
16 - вторая бактерицидная камера,16 - the second bactericidal chamber,
17 - фотоэлектрические детекторы наличия флюоресцирующих, под действием УФ-излучения вирусов,17 - photoelectric detectors of the presence of fluorescent viruses under the influence of UV radiation,
18 - второй УФ - источник излучения,18 - second UV - radiation source,
19 - выходной воздушный клапан,19 - outlet air valve,
20 - воздушная камера, выходного шлюза маски 3.20 - air chamber,
Суть предлагаемого технического решения заключается в создании защитной медицинской маски 1, которая содержит корпус с лицевой частью, охватывающей нос, рот и нижнюю часть подбородка носителя маски (на чертеже не показано). Корпус выполнен из эластичного материала (например, марли, резины, силикона или эластичной пластмассы и др.). Он удерживается на лице с помощью ремня, имеющего крепление с фиксатором (на фиг. 1 не показано).The essence of the proposed technical solution is to create a protective
В передней лицевой части корпуса смонтирован входной шлюз маски 2, в который вмонтирована бактерицидная камера 9, внутрь которой установлен УФ-источник излучения 11, например светодиодов для UVC диапазона (200-280 нм). Пространственная мощность излучения УФ-источника устанавливается из условия предотвращения размножения большинства вирусов (>100 мкДж/см2) и определяется необходимым объемом бактерицидной камеры маски 9.In the front face of the body, the entrance gateway of the
Бактерицидная камера 9 выполнена в виде сфероидальной полости, внешняя поверхность которой покрыта защитной оболочкой защитного фильтра 7, а внутренняя поверхность бактерицидной камеры 9, имеет покрытие, отражающее УФ-излучение. На сфероидальной поверхности бактерицидной камеры 9 воздушные каналы 10 (воздушные каналы бактерицидной камеры), для прохождения внешнего воздуха. Количество и диаметр отверстий выбирается из требований свободного прохождения воздуха в полость бактерицидной камеры 9 и возможности эффективной очистки проходящих воздушных потоков УФ излучением. 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 УФ-излучения для бактерицидной обработки воздушного пространства внутри бактерицидной камеры 9.The
Бактерицидная камера 9 снабжена защитным фильтром 7, выполненным в виде сфероидальной оболочки из материала, защищающего попадания вирусов внутрь маски и не пропускающего УФ-излучение на кожный покров пользователя маски (таким свойством обладает большинство тонковолокнистых фильтрующих материалов, использующихся для средств индивидуальной защиты органов дыхания). Защитный фильтр 15 установлен с внешней стороны сфероидальной бактерицидной камеры 9 для механической фильтрации воздуха и задерживания части болезнетворных микроорганизмов. Бактерицидная камера 9 герметично устанавливается внутрь защитного корпуса воздушной камеры 8, так, чтобы верхняя часть сфероидальной бактерицидной камеры 9 имела доступ к открытому воздушному пространству, а между нижней внешней поверхностью сфероидальной бактерицидной камеры 9 и защитным корпусом маски образовывалась полость, воздушная камера 8, по которой воздушный поток через отверстия в бактерицидной камере 9 через защитный фильтр 7 и входной воздушный клапан 14, пропускающий внутрь маски.The
При этом для очистки воздух от озона, который может появляться при воздействии УФ-С источника на воздушную среду внутри воздушной камеры 8, устанавливают антиозоновый воздушный фильтр 13.At the same time, to clean the air from ozone, which can appear when the UV-C source acts on the air inside the
Следует подчеркнуть, что при выбранном маломощном уровне излучения УФ-С светодиода (<100 мкДж/см2) озон не должен появляться, однако для повышения безопасности маски, этот фильтр будет исполнять страховочную функцию.It should be emphasized that at the selected low-power UV-C LED radiation level (<100 μJ / cm 2 ), ozone should not appear, however, to increase the safety of the mask, this filter will perform a safety function.
Верхняя часть сфероидного корпуса бактерицидной камеры 9 плотно прижимается к верхней части защитного корпуса воздушной камеры 8, образуя герметичную полость, воздух в которую может попасть только через отверстия в бактерицидной камеры 9. Такая конструкция позволяет обеспечить как эффективную механическую, так и квантово-фотонную очистку воздушной среды. Следует отметить, что в конструкции защитной маски использован эффект предотвращения размножение вирусов, (не прибегая к эффекту жесткой бактерицидной стерилизации), что позволяет значительно повысить безопасность использования маски, повысить эффективность очистки воздушной среды, упростить и удешевить производство защитных масок.The upper part of the spheroidal housing of the
На фиг. 3 представлен вариант схемы входного шлюза маски 3 (маски для выдоха воздуха), где:FIG. 3 shows a variant of the scheme of the entrance gateway of mask 3 (mask for exhalation of air), where:
16 - вторая бактерицидная камера,16 - the second bactericidal chamber,
17 - фотоэлектрические детекторы наличия флюоресцирующих, под действием УФ излучения вирусов и 18 - второй УФ-источник излучения.17 - photoelectric detectors of the presence of fluorescent viruses under the influence of UV radiation and 18 - the second UV radiation source.
Вторая бактерицидная камера 16 выполнена аналогично первой 9 в виде сфероидальной полости с отверстиями, защищенной внешним воздушным фильтром 15.The second
В отличие от первой бактерицидной камеры 9, в нее встроены второй УФ-источник излучения 18, выходной воздушный клапан 19, бок фотоэлектрической индикации - фотоэлектрические детекторы 17 наличия флюоресцирующего излучения, вызванного свечением вирусов под воздействием УФ излучения на длине волны λлв>λу. При этом УФ-С диоды, фотоэлектрический детектор и светодиодный индикатор соединены с источником питания 5 через электропроводящие каналы 6. Этот сигнал будет подаваться на световой индикатор 4 (световой сигнал наличия вирусов), по горению которого можно судить об опасности носителя маски для окружающих.In contrast to the first
Второй УФ-С источник излучения 18 электрически соединен с источником питания 5, закрепленным, например, на затылочной части корпуса маски 1, с помощью ремня. Блок электропитания 5 съемный, состоит из источника постоянного напряжения (батарея или аккумулятор) и построен по известной схеме питания.The second UV-
Используют маску следующим образом.The mask is used as follows.
Первоначально убеждаются в работоспособности маски.Initially, make sure that the mask is working.
После чего 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.Then put on the mask on the face and fix it on the face using fastening elements (not shown), so that the bactericidal chamber is in the area of the respiratory organs - the nasal-oral region.
Затем включают питание. При включении питания УФ-С светодиод начинает испускать ультрафиолетовое излучение, которое, как известно, инактивирует вирусы и бактерии.Then turn on the power. When the UV-C power is turned on, the LED starts to emit ultraviolet radiation, which is known to inactivate viruses and bacteria.
Вдыхаемый воздух проходит через защитный фильтр 7, на котором задерживаются капли влаги и частицы пыли, дыма и т.п., и через воздушные каналы 10 поступает в бактерицидную камеру 9, где ультрафиолетовое излучение УФ-С источник излучения 11 инактивирует имеющиеся в проходящем воздухе вирусы и бактерии.The inhaled air passes through a
В бактерицидной камере 9 воздух проходит через воздушные каналы 10, которые увеличивают продолжительность его облучения, что способствует повышению бактерицидной эффективности маски, и еще раз через воздушные каналы 10 нижней полости, бактерицидную камеру 9, защитный фильтр 7, прилегающий к этим отверстиям, попадает в воздушную камеру 8. Защитный фильтр 7 и воздушная камера 8 предотвращают попадание ультрафиолетового излучения на лицевую части тела. При этом многократное отражение излучения от зеркальных стенок бактерицидной камеры 9 способствует увеличению бактерицидной эффективности маски. Далее воздух втягивается носом или ртом в легкие через антиозоновый воздушный фильтр 13 и входной воздушный клапан 14, назначением которых является предотвращение попадания озона (если он вдруг появится) под маску.In the
При выдохе воздух из легких через выходной воздушный клапан 19 и воздушную камеру 20 выходного шлюза маски 3 направляется во вторую бактерицидную камеру 16 (аналогичную первой бактерицидной камеры 9), воздушный фильтр 15 и отверстия нижней полости вторую бактерицидную камеру 16. Далее загрязненный вирусами воздушный поток облучается вторым УФ-источником излучения 18 и через отверстия в верхней части, вторую бактерицидную камеру 16 и воздушный фильтр 15 выпускается во внешнюю среду. При этом снижается количественно объем вирусов, выбрасываемых во внешнюю среду, и осуществляется их инактивация, что особенно важно при использовании маски в общественных местах в период пандемии. Дополнительно во вторую бактерицидную камеру 16 устанавливается фотоэлектрические детекторы наличия флюоресцирующих (под действием УФ излучения) вирусов 17.When you exhale, air from the lungs through the
По уровню выбрасываемых вирусов в выдыхаемом воздухе (определяется уровнем их свечения под действием УФ излучения) будет на поверхности защитной маски 1 загораться световой индикатор 4 наличия вирусов, по которому можно судить о состоянии здоровья самого носителя маски и его опасности для окружающих.According to the level of emitted viruses in the exhaled air (determined by the level of their glow under the influence of UV radiation), the
Принципиально возможно объединить функции входного 2 и выходного шлюзов маски 1, создав в бактерицидной камере две зоны, работающие на вход и выход с последовательно попеременно подключаемым воздушным клапаном (на рис. не показано). Но такое техническое решение усложнит конструкцию бактерицидной камеры входного шлюза, но нисколько не снижает достоинства и суть предлагаемого технического решения.In principle, it is possible to combine the functions of
Таким образом, при использовании предлагаемого технического решения:Thus, when using the proposed technical solution:
- повышается защитная эффективность маски для носителя маски и окружающих;- increases the protective effectiveness of the mask for the wearer of the mask and others;
- появляется возможность оперативно выявлять потенциальных носителей вируса световой сигнализацией, предупреждающей окружающих о заражение инфекцией носителя маски,- it becomes possible to quickly identify potential carriers of the virus with light alarms, warning others about infection of the mask carrier,
- делает маску более комфортной и безопасной при значительном увеличении длительности ее непрерывной работы,- makes the mask more comfortable and safe with a significant increase in the duration of its continuous operation,
- обеспечивается возможность применения безопасных для человека низковольтных УФ-источников,- it is possible to use low-voltage UV sources that are safe for humans,
- обеспечивается возможность полного использования ресурса источника питания,- it is possible to fully use the resource of the power source
- обеспечивает легкую замену расходных элементов защитной маски.- Provides easy replacement of consumable parts of the protective mask.
Особенно следует подчеркнуть, что использование нового фотонного квантово-механического метода очистки воздушной среды в критически близкой зоне дыхательных путей человека позволяет создать новый класс защитных средств (фотонных), что особенно важно в периоды мировой пандемии или при вирусно-бактериологическом терроризме.It should be especially emphasized that the use of a new photonic quantum-mechanical method for purifying the air in the critically close zone of the human respiratory tract makes it possible to create a new class of protective equipment (photonic), which is especially important during periods of a global pandemic or during viral and bacteriological terrorism.
Изобретение, охарактеризованное указанной выше совокупностью существенных признаков, на дату подачи заявки не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия «новизна».An invention characterized by the above set of essential features is not known in the Russian Federation or abroad as of the filing date of the application and meets the requirements of the “novelty” criterion.
Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств.The invention can be implemented industrially using known technical means.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119717A RU2743249C1 (en) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Photonic quantum mechanical (pqm) protective mask |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119717A RU2743249C1 (en) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Photonic quantum mechanical (pqm) protective mask |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2743249C1 true RU2743249C1 (en) | 2021-02-16 |
Family
ID=74666159
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020119717A RU2743249C1 (en) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Photonic quantum mechanical (pqm) protective mask |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2743249C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022246530A1 (en) * | 2021-05-24 | 2022-12-01 | Максим Александрович АВТОНЕНКО | Ultraviolet sterilizer |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005055820A1 (en) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Rensselaer Polytechnic Institute | An apparatus and method for accommodative stimulation of an eye and simultaneous ipsilateral accommodative imaging |
RU173502U1 (en) * | 2017-03-22 | 2017-08-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Нижегородский институт прикладных технологий" | PROTECTIVE MEDICAL MASK |
CN107467749A (en) * | 2017-09-29 | 2017-12-15 | 常州市隆圣石墨烯科技有限公司 | A kind of mouth mask |
US20170361133A1 (en) * | 2014-12-04 | 2017-12-21 | Resmed Limited | Wearable device for delivering air |
CN109069885A (en) * | 2015-12-29 | 2018-12-21 | 韩佳贤 | Utilize the harmful substance isolation-type health-care gauze mask of air curtain |
-
2020
- 2020-06-08 RU RU2020119717A patent/RU2743249C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005055820A1 (en) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Rensselaer Polytechnic Institute | An apparatus and method for accommodative stimulation of an eye and simultaneous ipsilateral accommodative imaging |
US20170361133A1 (en) * | 2014-12-04 | 2017-12-21 | Resmed Limited | Wearable device for delivering air |
CN109069885A (en) * | 2015-12-29 | 2018-12-21 | 韩佳贤 | Utilize the harmful substance isolation-type health-care gauze mask of air curtain |
RU173502U1 (en) * | 2017-03-22 | 2017-08-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Нижегородский институт прикладных технологий" | PROTECTIVE MEDICAL MASK |
CN107467749A (en) * | 2017-09-29 | 2017-12-15 | 常州市隆圣石墨烯科技有限公司 | A kind of mouth mask |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022246530A1 (en) * | 2021-05-24 | 2022-12-01 | Максим Александрович АВТОНЕНКО | Ultraviolet sterilizer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU173502U1 (en) | PROTECTIVE MEDICAL MASK | |
US11617905B2 (en) | Ultraviolet light disinfecting face shield system | |
US10905790B1 (en) | SARS-CoV-2 combination air purifier and decontamination and bioburden reduction system for surgical masks/respirators | |
RU2729629C1 (en) | Individual filtering mask with bactericidal treatment of air | |
RU94421U1 (en) | INDIVIDUAL FILTERING MASK WITH BACTERICIDAL AIR TREATMENT ON RADIATING SEMICONDUCTOR ELEMENTS | |
KR20230002485A (en) | Antibacterial, Disinfection Chamber Respirator Face Mask/Shield | |
US11452793B1 (en) | Ultraviolet disinfecting cartridge system | |
CN111248534A (en) | Continuous sterilization mask | |
JP6846726B1 (en) | Air sterilizer for masks by ultraviolet irradiation, masks using it, and full face masks | |
RU2746515C1 (en) | Face mask with ultraviolet decontaminating agent | |
RU2743249C1 (en) | Photonic quantum mechanical (pqm) protective mask | |
US20230131785A1 (en) | Disinfecting systems for a respirator and respirator comprising disinfecting systems | |
RU203427U1 (en) | RESPIRATORY MASK WITH A STAND-ALONE IRRADIATOR | |
US20210330851A1 (en) | Face mask with enhanced uv-c sterilization flow path and low resistance to inhalation | |
WO2021214355A1 (en) | Germicidal filtering facemask | |
CN112056651A (en) | Ultraviolet disinfecting and killing mask | |
NO20200374A1 (en) | Far Ultraviolet Light (Far-UVC) Anti-viral, Germicidal protective respirator mask. | |
US20210393842A1 (en) | Face mash | |
EP4126257B1 (en) | Ultraviolet decontaminating mask | |
CN212814404U (en) | Gauze mask | |
RU2769221C1 (en) | Individual reusable protective mask with uv air exposure | |
WO2022015139A1 (en) | Solar-powered face mask with uv light | |
US20220105227A1 (en) | Dual chamber ultra-violet led device for use with face masks to disinfect end-user's inhaled and exhaled air | |
RU2749123C1 (en) | Protective mask with bactericidal air treatment | |
CN214386195U (en) | Photocatalytic respirator |