RU2795874C1

RU2795874C1 - Headgear for protecting the face from frostbite and heating the inhaled air at low temperatures

Info

Publication number: RU2795874C1
Application number: RU2022112452A
Authority: RU
Inventors: Евгений Эдуардович Львов
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2023-05-12

Abstract

FIELD: personal protective equipment.

SUBSTANCE: headgear is claimed for protecting the face from frostbite and heating the inhaled air at low temperatures, completely covering the head, forehead and lower part of the face and containing an inhaled air heating unit, which consists of a body with intake and exhaust valves, a plate heat exchanger and a frame for mounting the unit heating the inhaled air on the lower part of the face of the headgear, while the exhaust valve cover contains holes made in such a way that the flow of exhaled air is directed downwards, moreover, holes for draining condensate are made in the lower part of the body, and the plate heat exchanger contains inlet and outlet manifolds which allow to protect the upper respiratory tract in the cold season.

EFFECT: protection of the face from frostbite and heating the inhaled air at low temperatures.

7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты лица и органов дыхания от холода и может быть использовано для защиты человека от пониженных температур при работе или ином длительном нахождении на открытом воздухе или в любых условиях, характеризующихся пониженной температурой.The invention relates to personal protective equipment for the face and respiratory organs from the cold and can be used to protect a person from low temperatures during work or other prolonged exposure to the open air or in any conditions characterized by low temperatures.

Из уровня техники известна полумаска для защиты органов дыхания и лица от аномально низких температур, содержащая корпус с носовым пазом и выступающей наружу частью с центральным отверстием, отличающаяся тем, что корпус, выполненный из дерматологически безопасного пластика с малой теплопроводностью, по контуру прилегания к лицу имеет силиконовую прокладку, снаружи расположены два клапана вдоха и два клапана выдоха, один из которых имеет механизм запирания, внутри полумаска содержит перегородку, на которой расположены один клапан выдоха и два клапана вдоха, перегородка разделяет внутреннее пространство полумаски на малую и большую камеры, в большой камере расположены параллельно идущие изгибающиеся трубки, изготовленные из материала с большой теплопроводностью, с боковыми ребрами и внутренним рифлением, в нижней части малой камеры расположен резервуар сбора конденсата, имеющий крышку (патент РФ № 2687990 А 62 В 18/02, 7/10).From the prior art, a half mask is known for protecting the respiratory organs and the face from abnormally low temperatures, containing a body with a nasal groove and a protruding part with a central hole, characterized in that the body, made of dermatologically safe plastic with low thermal conductivity, along the contour of the fit to the face has silicone gasket, on the outside there are two inhalation valves and two exhalation valves, one of which has a locking mechanism, inside the half mask contains a partition on which one exhalation valve and two inhalation valves are located, the partition divides the interior of the half mask into small and large chambers, in a large chamber there are parallel bending tubes made of a material with high thermal conductivity, with side ribs and internal corrugation, in the lower part of the small chamber there is a condensate collection tank with a lid (RF patent No. 2687990 A 62 V 18/02, 7/10).

Недостатком данной полумаски является рассмотрение её отдельно от головного убора и других необходимых СИЗ, таких как, например, защитные очки, которые необходимы при работе в условиях низких температур, сложность и трудоёмкость изготовления теплообменных оребрённых снаружи трубок с внутренним рифлением, большое пневматическое сопротивление воздуха в изгибающихся теплообменных трубках. Также в патенте не упоминается о том, как производить стирку полумаски и дезинфекцию внутренних полостей полумаски.The disadvantage of this half mask is that it is considered separately from the headgear and other necessary PPE, such as, for example, goggles that are necessary when working at low temperatures, the complexity and laboriousness of manufacturing heat exchange tubes finned on the outside with internal corrugation, high pneumatic air resistance in bending heat exchange tubes. Also, the patent does not mention how to wash the half mask and disinfect the internal cavities of the half mask.

Известно устройство для защиты органов дыхания от пониженных температур содержащее корпус с отверстиями для вдоха и выдоха, а также снабженное магистралью выдыхаемого воздуха и магистралью вдыхаемого воздуха, разделенными теплопередающей стенкой и расположенными так, что корпус образован наружной стенкой магистрали выдыхаемого воздуха. Магистраль выдыхаемого воздуха и магистраль вдыхаемого воздуха снабжены обратными клапанами. Длина и площадь поперечного сечения магистралей выбраны из условия обеспечения максимальной теплопередачи между магистралями через теплопередающую стенку. Устройство отличается простой, дешевой и надежной конструкцией и позволяет эффективно использовать тепловую энергию выдыхаемого воздуха. (патент РФ № 2170116 А62В 18/00).A device for protecting respiratory organs from low temperatures is known, comprising a housing with openings for inhalation and exhalation, and also equipped with an exhaled air line and an inhaled air line, separated by a heat transfer wall and located so that the body is formed by the outer wall of the exhaled air line. The exhaled air line and the inhaled air line are equipped with check valves. The length and cross-sectional area of the lines are chosen from the condition of ensuring maximum heat transfer between the lines through the heat transfer wall. The device has a simple, cheap and reliable design and allows efficient use of the thermal energy of the exhaled air. (RF patent No. 2170116 A62V 18/00).

Недостатком данного устройства также является то, что оно выполнено в виде полумаски и рассматривается отдельно от головного убора и других необходимых СИЗ, таких как, например, защитные очки, которые необходимы при работе в условиях низких температур. Также судя по пропорциям на эскизе, данное устройство довольно громоздкое и заполнено материалом, имеющим высокую теплоёмкость, что увеличивает вес устройства, а в патенте ничего не сказано о креплении этого устройства так, чтобы оно не мешало выполнять активную физическую работу. Также в патенте не упоминается о том, как производить дезинфекцию внутренних полостей полумаски.The disadvantage of this device is also that it is made in the form of a half mask and is considered separately from the headgear and other necessary PPE, such as, for example, goggles, which are necessary when working in low temperatures. Also, judging by the proportions in the sketch, this device is quite bulky and filled with a material having a high heat capacity, which increases the weight of the device, and nothing is said in the patent about fixing this device so that it does not interfere with active physical work. Also, the patent does not mention how to disinfect the internal cavities of the half mask.

Наиболее близким техническим решением является прибор независимого теплового комфорта организма человека, имеющий форму и размеры, повторяющие форму и соотношение размеров нижней части лица, и содержит секцию из имеющего на внутренней поверхности центральное отверстие для рабочего дыхания чехла из текстильного материала, не представляющего пневматического сопротивления потокам воздуха, в котором размещен вкладыш в виде внутренней секции из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов. Сетчатые элементы пропитаны затвердевающим компаундом и образуют теплообменную поверхность в виде изогнутого наружу переменным радиусом пакета толщиной от единиц до десятков миллиметров. (патент РФ 2342963 А62В 18/02, 7/10).The closest technical solution is a device for independent thermal comfort of the human body, having a shape and dimensions that repeat the shape and size ratio of the lower part of the face, and contains a section of a cover made of textile material that has a central opening on the inner surface for working breathing, which does not present pneumatic resistance to air flows , in which the liner is placed in the form of an inner section of several perforated or mesh elements superimposed on each other. Mesh elements are impregnated with a hardening compound and form a heat exchange surface in the form of a package with a thickness from units to tens of millimeters, bent outward with a variable radius. (RF patent 2342963 A62V 18/02, 7/10).

Недостатком данного прибора также является то, что оно выполнено в виде полумаски и рассматривается отдельно от головного убора и других необходимых СИЗ, таких как, например, защитные очки, которые необходимы при работе в условиях низких температур. В данном приборе не решён вопрос удаления конденсата, который будет образовываться на холодных слоях перфорированного или сетчатого материала из влаги, содержащейся в выдыхаемом воздухе. При сильном морозе такие слои могут обмерзать льдом и тем самым препятствовать дыханию. The disadvantage of this device is also that it is made in the form of a half mask and is considered separately from the headgear and other necessary PPE, such as, for example, goggles, which are necessary when working in low temperatures. This device does not solve the issue of removing condensate, which will form on the cold layers of perforated or mesh material from the moisture contained in the exhaled air. In severe frosts, such layers can freeze with ice and thereby impede breathing.

Техническая проблема заявленного изобретения заключается в снижении риска обморожения лица и головы и защиты верхних дыхательных путей при работе в особо суровых метеорологических условиях (климатические пояса «особый», IV, III) в холодное время года. The technical problem of the claimed invention is to reduce the risk of frostbite of the face and head and protect the upper respiratory tract when working in particularly severe weather conditions (climatic zones "special", IV, III) in the cold season.

Технический результат заключается в обеспечении возможности интегрировать или применять совместно в комплексном средстве индивидуальной защиты защитные очки и защитную каску при упрощении производства.The technical result consists in providing the possibility of integrating or using together in a complex personal protective equipment goggles and a protective helmet while simplifying production.

Указанный технический результат достигается в головном уборе для защиты лица от обморожения и подогрева вдыхаемого воздуха в условиях пониженных температур полностью закрывающий голову, лоб и нижнюю часть лица и содержащий блок подогрева вдыхаемого воздуха, который состоит из корпуса с выполненными клапанами вдоха и выдоха, пластинчатого теплообменника и рамки для крепления блока подогрева вдыхаемого воздуха на лицевой части головного убора, при этом клапан выдоха выполнен на передней части указанного корпуса и открывается при выдохе, а закрывается при вдохе, а на задней части корпуса – расположен клапан вдоха, который открывается при вдохе и закрывается при выдохе, при этом крышка клапана выдоха содержит отверстия выполненные таким образом, чтобы поток выдыхаемого воздуха был направлен вниз, причем в нижней части корпуса выполнены отверстия для слива конденсата, образующегося при охлаждении выдыхаемого воздуха, а теплообменник содержит впускной и выпускной коллекторы, образованные посредством соединения деталей указанного пластинчатого теплообменника между собой. The specified technical result is achieved in a headgear for protecting the face from frostbite and heating the inhaled air at low temperatures, completely covering the head, forehead and lower part of the face and containing an inhaled air heating unit, which consists of a body with inhalation and exhalation valves, a plate heat exchanger and frames for mounting the inhaled air heating unit on the front of the headgear, while the exhalation valve is made on the front of the said body and opens when exhaling and closes when inhaling, and on the back of the body there is an inhalation valve that opens when inhaling and closes when exhalation, while the cover of the exhalation valve contains holes designed so that the flow of exhaled air is directed downwards, and in the lower part of the body there are holes for draining condensate formed during cooling of the exhaled air, and the heat exchanger contains inlet and outlet manifolds formed by connecting parts said plate heat exchanger to each other.

Головной убор изготовлен из пластика или других полимерных материалов или неорганических материаловThe headgear is made of plastic or other polymer materials or inorganic materials

Лицевая часть головного убора выполнена из материала с нулевой воздухопроницаемостью для вывода, выдыхаемого только через блок подогрева вдыхаемого воздуха, тем самым предотвращая образование ледяной корки на внешней стороне лицевой части головного убора. The front part of the headgear is made of zero air permeability material for the exhalation only through the inhalation air heating unit, thereby preventing the formation of an ice crust on the outside of the front part of the headgear.

Головной убор изготовлен в виде подшлемника или шапки с пелериной, закрывающей шею и плечи.The headdress is made in the form of a balaclava or cap with a cape covering the neck and shoulders.

Головной убор содержит с защитные очки и защитную каску. The headgear contains goggles and a protective helmet.

На головном уборе выполнены крепления для крепления защитных очков и защитной каски или конструктивные элементы, помогающие удерживать защитные очки и защитную каску. Mounts are made on the headgear for attaching goggles and a protective helmet or structural elements to help hold goggles and a protective helmet.

Блок подогрева вдыхаемого воздуха выполнен с возможностью снятия для промывки и дезинфекции головного убора и блока подогрева.The inhaled air heating block is designed to be removed for washing and disinfection of the headgear and the heating block.

Лицевая часть головного убора частично или полностью снимается.The front part of the headgear is partially or completely removed.

Лицевая часть с блоком подогрева вдыхаемого воздуха, выполнена с возможностью самостоятельного использования.The front part with a heating block for the inhaled air is made with the possibility of independent use.

Заявленное изобретение поясняется на графических материалах, где The claimed invention is illustrated on graphic materials, where

фиг.1 - принцип работы блока вдыхаемого воздуха;figure 1 - the principle of operation of the block of inhaled air;

фиг. 2 – общий вид головного убора для защиты лица от обморожения и подогрева вдыхаемого воздуха в условиях пониженных температур с закрепленным на лицевой части блоком вдыхаемого воздуха;fig. 2 - general view of a headgear for protecting the face from frostbite and heating the inhaled air at low temperatures with an inhaled air block fixed on the front;

фиг.3 - конструкция пластинчатого теплообменника; figure 3 - design of a plate heat exchanger;

фиг. 4 – схема сборки пластинчатого теплообменника;fig. 4 - assembly scheme of the plate heat exchanger;

фиг. 5 - схема нагрева холодного воздуха;fig. 5 - scheme for heating cold air;

фиг.6 – схема вывода выдыхаемого воздуха.Fig.6 - diagram of the output of exhaled air.

Вопрос улучшения условий труда при работе в особо суровых метеорологических условиях (климатические пояса «особый», IV, III) в холодное время года в настоящее время стоит очень остро. Ряд нормативных документов РФ предписывают обеспечивать работников средствами индивидуальной защиты (СИЗ) от холода, такими как утеплённая одежда, нательное бельё, обувь, СИЗ рук. The issue of improving working conditions when working in particularly harsh meteorological conditions (climatic zones "special", IV, III) in the cold season is currently very acute. A number of regulatory documents of the Russian Federation prescribe to provide employees with personal protective equipment (PPE) from the cold, such as insulated clothing, underwear, shoes, hand PPE.

Однако до настоящего момента нет обязательного применения средств защиты лица и верхних дыхательных путей.However, to date, there is no mandatory use of face and upper respiratory tract protection.

Заявленное изобретение состоит из головного убора с необходимой степенью теплозащиты, полностью закрывающего голову, лоб и нижнюю часть лица и из блока подогрева вдыхаемого воздуха. The claimed invention consists of a headgear with the required degree of thermal protection, completely covering the head, forehead and lower part of the face, and of a heating unit for inhaled air.

Головной убор утеплённый и состоит из полимерных материалов. На головном уборе могут быть предусмотрены места для крепления защитных очков – чтобы защитить глаза и область вокруг глаз от ветра и холодного воздуха, и защитной каски. The headgear is insulated and consists of polymeric materials. On the headgear, places can be provided for attaching goggles - to protect the eyes and the area around the eyes from wind and cold air, and a protective helmet.

Для защиты нижней части лица и носа от обморожения используется композитный полимерный материал с нулевой воздухопроницаемостью. To protect the lower part of the face and nose from frostbite, a composite polymer material with zero air permeability is used.

На данный материал крепится блок подогрева вдыхаемого воздуха (фиг. 1). Блок подогрева состоит из следующих частей: корпус, пластинчатый теплообменник, клапаны вдоха и выдоха, рамка для крепления. A block for heating the inhaled air is attached to this material (Fig. 1). The heating block consists of the following parts: housing, plate heat exchanger, inhalation and exhalation valves, mounting frame.

На передней части корпуса находится клапан выдоха, который открывается при выдохе и закрывается при вдохе, а на задней части корпуса находится клапан вдоха, который открывается при вдохе и закрывается при выдохе. On the front of the body is an exhalation valve that opens when you exhale and closes when you inhale, and on the back of the body is an inhalation valve that opens when you inhale and closes when you exhale.

Данная система работы клапанов обеспечивает правильное движение воздуха, необходимый нагрев выдыхаемого воздуха и не дают смешиваться вдыхаемому и выдыхаемому воздуху тем самым позволяют пользователю дышать необеднённым кислородом воздухом. This system of valves ensures the correct movement of air, the necessary heating of the exhaled air and does not allow mixing of the inhaled and exhaled air, thereby allowing the user to breathe air that is not depleted in oxygen.

На крышке клапана выдоха отверстия расположены таким образом, чтобы поток выдыхаемого воздуха был направлен вниз, чтобы предотвратить осаждение конденсата на внешней поверхности очков, если они надеты (фиг. 2). В нижней части корпуса имеются отверстия для слива конденсата, образующегося при охлаждении выдыхаемого воздуха. On the cover of the exhalation valve, the holes are located so that the flow of exhaled air is directed downwards to prevent condensation on the outer surface of the glasses if they are worn (Fig. 2). In the lower part of the case there are holes for draining the condensate formed when the exhaled air is cooled.

Пластинчатый теплообменник представляет собой деталь с полыми рёбрами, которая нагревается выдыхаемым воздухом при прохождении его через полости в рёбрах. Холодный воздух попадает в теплообменник через отверстие снизу. Проходя вдоль полых рёбер воздух нагревается в течении одного вдоха, т.е. примерно 2-4 сек., и через клапан вдоха попадает в пространство под лицевой частью головного убора. Выдыхаемый воздух через полые рёбра выходит через клапан выдоха, находящийся на крышке корпуса.The plate heat exchanger is a piece with hollow fins that is heated by exhaled air as it passes through the cavities in the fins. Cold air enters the heat exchanger through an opening at the bottom. Passing along the hollow ribs, the air heats up during one breath, i.e. about 2-4 seconds, and through the inhalation valve enters the space under the front of the headgear. Exhaled air exits through the hollow ribs through the exhalation valve located on the housing cover.

Описание работы блока подогрева вдыхаемого воздуха.Description of the operation of the inhaled air heating unit.

Пластинчатый теплообменник состоит из трёх деталей, схемы которых показаны, на фиг. 3, соединенные между собой. The plate heat exchanger consists of three parts, the diagrams of which are shown in Fig. 3 interconnected.

Детали соединяются между собой как показано на фиг. 4. Между деталями 1 и 2 образуется впускной коллектор. Окружающий воздух входит во впускной коллектор через отверстие снизу и проходя между полых рёбер выпускного коллектора нагревается как показано на фиг. 5. Выпускной коллектор образовывается полостями рёбер детали 1 и пространством между деталями 2 и 3. Выдыхаемый воздух проходит через полые рёбра детали 1, нагревает их и попадает в камеру, образованную деталями 2 и 3, где нагревает деталь 2, а затем выходит через выходное отверстие в детали 3, как показано на фиг. 6.The parts are interconnected as shown in Fig. 4. An intake manifold is formed between parts 1 and 2. Ambient air enters the intake manifold through an opening at the bottom and passes between the hollow fins of the exhaust manifold and is heated as shown in Fig. 5. The exhaust manifold is formed by the cavities of the ribs of part 1 and the space between parts 2 and 3. The exhaled air passes through the hollow ribs of part 1, heats them up and enters the chamber formed by parts 2 and 3, where it heats up part 2, and then exits through the outlet in part 3, as shown in Fig. 6.

Предложенное устройство, использовано в качестве средства индивидуальной защиты в условиях риска обморожения лица и головы и защиты верхних дыхательных путей при работе в особо суровых метеорологических условиях: климатические пояса «особый», IV, III, в холодное время года.The proposed device is used as a means of personal protection in conditions of risk of frostbite of the face and head and protection of the upper respiratory tract when working in particularly harsh meteorological conditions: climatic zones "special", IV, III, in the cold season.

Claims

1. A headgear for protecting the face from frostbite and heating the inhaled air at low temperatures, completely covering the head, forehead and lower part of the face and containing an inhaled air heating unit, which consists of a body with inhalation and exhalation valves, a plate heat exchanger and a frame for fixing the inhaled air heating unit on the lower part of the face of the headgear, while the exhalation valve is made on the front part of the specified body and opens when exhaling and closes when inhaling, and on the back of the body there is an inhalation valve that opens when inhaling and closes when exhaling, at the same time, the exhalation valve cover contains holes made in such a way that the flow of exhaled air is directed downwards, and in the lower part of the body there are holes for draining condensate formed during cooling of the exhaled air, and the plate heat exchanger contains inlet and outlet manifolds, while the lower part the face of the headgear is made with the possibility of removal.

2. Headgear according to claim. 1, characterized in that the headgear is made of plastic or polymeric materials, or inorganic materials.

3. The headgear according to claim 1, characterized in that its lower part of the face is made of a material with zero air permeability for the output exhaled only through the inhaled air heating unit, thereby preventing the formation of an ice crust on the outer side of the lower part of the face of the headgear.

4. A headdress according to claim 1, characterized in that the headdress is made in the form of a balaclava or a cap with a cape covering the neck and shoulders.

5. Headgear according to claim 1, characterized in that it contains goggles and a protective helmet.

6. A headgear according to claim. 1, characterized in that there are fasteners for attaching goggles and a protective helmet or helping to hold goggles and a protective helmet.

7. A headgear according to claim 1, characterized in that the inhaled air heating unit can be removed for washing and disinfecting the headgear and the heating unit.