SK9863Y1 - Ochranná polomaska s UV-C dezinfekciou vzduchu - Google Patents

Abstract

Ochranná polomaska s UV-C dezinfekciou vzduchu pozostáva z vonkajšieho krytu (1) a nosnej konštrukcie (2), na ktorej je v spodnej časti zasunutý v lineárnych vedeniach UV-C modul (11) s integrovanou prvou komorou s otvormi s labyrintovým usporiadaním. Pod UV-C modulom (11) je vložené puzdro (12) obsahujúce FPP2 filter (13). UV-C modul (11) obsahuje UV-C diódy (10) na dezinfekciu vdychovaného vzduchu napojené elektrickým obvodom (15) umiestneným v elastickom popruhu k batériovému boxu (14). Nosná konštrukcia (2) má na bočných stranách dva vnútorné ventily, ktoré pozostávajú z krytu (4) vnútorného ventilu, podstavy (5) vnútorného ventilu a gumenej membrány (6) vnútorného ventilu, na prúdenie vzduchu z medzipriestoru vytvoreného medzi UV-C modulom (11) a vnútornými ventilmi do druhej komory nachádzajúcej sa medzi vnútornými ventilmi a vonkajším ventilom umiestneným vpredu nosnej konštrukcie (2) v kryte (3) druhej komory. Vonkajší ventil tvorí podstava (9) vonkajšieho ventilu, kryt (7) vonkajšieho ventilu a gumená membrána (8) vonkajšieho ventilu.

Description

Oblasť techniky

Ochranná polomaska s UV-C dezinfekciou vzduchu patrí do oblasti osobných ochranných prostriedkov a zdravotných pomôcok. Technické riešenie z konštrukčného hľadiska spadá do strojárskeho priemyslu.

Doterajší stav techniky

Z doterajšieho stavu zdravotných technických pomôcok je známe, že po vypuknutí ochorení ťažkého akútneho respiračného syndrómu (SARS), prasacej chrípky (H1N1), vtáčej chrípky (H5N1) a iných, sa začal intenzívnejší výskum a vývoj ochranných zdravotníckych pomôcok proti patogénom, ktoré tieto ochorenia spôsobujú. Najznámejšie ochranné priedušné materiály sú známe pod skratkou FPP (filtering face-piece), čo v preklade znamená „filtračná maska“. Šírenia patogénov, predovšetkým baktérií a vírusov, sa spoločnosť najčastejšie zbavuje mechanickým dezinfikovaním. Ale za posledné dva roky (2020 až 2022) nastal veľký rozvoj osobných ochranných pomôcok (ďalej OOP). Súčasné jednorazové chirurgické rúška, respirátory, rôzne typy masiek a štítov fyzicky bránia patogénom vstúpiť do dýchacieho traktu. Svojou konštrukciou, ergonomickým vyhotovením a v neposlednom rade ekonomickou dostupnosťou prispievajú k zmierneniu respiračných ochorení v spoločnosti. V súčasnosti veľká časť používaných, predovšetkým látkových OOP poskytuje nedostatočnú ochranu proti baktériám a vírusom. Dokonca v látkových rúškach sa po opakovanom používaní hromadia baktérie, ktoré spôsobujú veľmi nepríjemné kožné ochorenia. Z praxe je známe, že niektoré ochranné masky ponúkané na trhu nedokážu odfiltrovať vírusy menšie ako 10 nm, resp. zabrániť tak vstupu patogénu do dýchacieho traktu. Častým dôvodom neúčinnosti takýchto masiek je taktiež nesprávna pozícia masky na tvári, čo spôsobuje prepúšťanie nefiltrovaného vzduchu do priestoru masky. Dôležitým poznatkom je, že väčšina spomínaných typov OOP sú na jednorazové použitie. Opakované použitie takýchto OPP sa neodporúča, keďže dezinfekcia takýchto OOP nie je technicky možná, respektíve realizovateľná. Jedným z často využívaných prvkov OOP sú taktiež tvárové štíty, ktoré poskytujú najväčšiu ochranu očiam, taktiež dávajú možnosť čítať mimiku tváre nositeľa. Samotné štíty nie sú vzduchotesne uzavreté a chránia proti patogénom len čiastočne. Na trhu sú dostupné aj účinnejšie OOP, takzvané poháňané respirátory, známe aj pod skratkou „PAPR“ (Powered Air Purifying Respirators - poháňané respirátory na čistenie vzduchu). Tieto respirátory využívajú na fúkanie vzduchu ventilátor a taktiež aj filtračné vložky na účinnejšiu ochranu proti patogénom. Konštrukciu samotnej masky tvorí vzduchotesná prilba s filtračným príslušenstvom, čo je spojené s množstvom prevádzkových, technických a ekonomických obmedzení (opatrnosť pri vykonávaní pohybov, hluk ventilátora, náklady na filtre a iné). V rámci zabránenia šírenia infekcie sa rozmohol trend dezinfekcie priestorov pomocou ultrafialového žiarenia (ďalej UV). Vznikol celý rad UV žiaričov schopných vyžarovať UV svetlo rôznych vlnových dĺžkach, ktoré nie sú pre človeka škodlivé a zároveň plnia funkciu dezinfekcie prostredia.

Existuje množstvo patentov a úžitkových vzorov zaoberajúcich sa problematikou osobných ochranných pomôcok (OOP) s využitím UV-C žiarenia. V súčasnosti v reálnom použití prevažujú stále masky založené na fyzickom zabránení vniknutia patogénu cez filtre. Vynález uvedený v patentovom dokumente US20210330851A1 sa týka masky s dlhou dráhou potrubia v tvare labyrintového usporiadania na sterilizáciu vdychovaného vzduchu pomocou zdroja UV-C žiarenia. Zdroj UV-C žiarenia sa nachádza v spodnej časti masky, priamo pod dlhým labyrintovým potrubím.

V patentovom dokumente US20220016297A1 je opísaná skladacia polomaska s UV-C systémom dezinfekcie vzduchu. Dezinfekčná tvárová polomaska je vybavená ultrafialovým (UV) germicídnym ožarovacím systémom na dezinfekciu vzduchu pomocou LED diód vyžarujúcich UV-C svetlo. Polomaska má po rozložení tvar kužeľovitého telesa s predným a zadným otvorom na každom konci. Cez predný koniec sa nasáva vzduch. Zadný koniec je prispôsobený na kontakt s tvárou užívateľa. Vnútri kónického telesa polomasky sa nachádza stredový tunel v tvare špirály umiestnený centrálne po celej dĺžke. Za fóliou z flexibilnými obvodmi je umiestnená reflexná vrstva rozptyľujúca UV svetlo. Súčasťou konštrukcie je aj riadiaci modul s procesorovou jednotkou, ovládačom LED a zdrojom energie.

V patentovom dokumente CZ35157U1 je opísaná tvárová maska, ktorej základ tvorí korpus v trojhrannom tvare na zakrytie úst a nosa, a môže byť vyrobená z prehľadného plastu. Vyznačuje sa tým, že pozostáva z dvojdielneho korpusu, pričom medzi hornou a dolnou časťou sa nachádza vdychový otvor a na boku masky sa nachádzajú dva výdychové otvory s pórovými ventilmi. Obe časti masky sú spojené jednoduchými zatvárateľnými zámkami. Poloha masky na tvári je zabezpečená štyrmi páskami fixujúcimi masku na temene hlavy. Na pravej strane masky sa nachádza uzatvárateľný otvor na prístup k akumulátoru, pričom elektronika je tvorená UV-C LED diódami, ktoré môžu emitovať žiarenie v rozsahu 200 až 275 nm. UV-C LED diódy sú umiestnené symetricky na plošných spojoch kruhového tvaru okolo výdychového a vdychového ventilu a sú prepojené napájacími káblami s akumulátorom, ktorý je vybavený ovládačom na aktiváciu/reaktiváciu.

V patentovom dokumente CZ35020U1 je opísaný respirátor na ochranu horných dýchacích ciest. Podstata technického riešenia spočíva v tom, že respirátor využíva dezinfekciu vdychovaného vzduchu pomocou UV žiarenia a zároveň využíva jeho nútené nasávanie z okolitej atmosféry do oblasti horných dýchacích ciest pomocou ventilátora umiestneného vnútri respirátora.

Z dôvodu podráždenia pokožky, prípadne spôsobenia iných negatívnych zdravotných účinkov alebo ochorení vplyvom nepretržitého UV-C žiarenia je potrebné, aby zdroj UV-C svetla bol oddelený, respektíve izolovaný v malom priestore, kde nemá dosah na ľudské tkanivá. Aby bola dezinfekcia vdychovaného vzduchu účinná, tak sa musí vdychovaný vzduch na pár sekúnd zdržať (spomaliť) pri prechádzaní cez zdroj UV-C svetla. Taktiež je veľmi dôležité, aby mala UV-C maska zabudovaný vstupný filter pred komorou, kde sa nachádzajú LED diódy. Filter musí plniť dve dôležité funkcie, a to ochrana elektroniky pred prašnosťou a taktiež z hľadiska prevencie ide o ochranu používateľa pred kvapôčkami, v ktorých by sa mohli nachádzať väčšie množstvá choroboplodných zárodkov.

V niektorých uvedených technických riešeniach a vynálezoch pôvodcovia dostatočne neoddeľujú dezinfekčnú komoru od komory, kde sa dezinfikovaný vzduch dýcha. Počas ľudského výdychu vzniká veľké množstvo CO2, ktoré je potrebné z masky rýchlo odstrániť. Je nežiaduce, aby sa spotrebovaný vzduch vracal späť do dezinfekčného priestoru masky, a preto je nevyhnutné pracovať s takým technickým riešením, ktoré tento nedostatok odstraňuje. Z doterajšieho stavu ochranných polomasiek je známe, že zdroj jednosmerného napätia je vo väčšine prípadoch umiestnený na korpuse (v oblasti lícnej kosti). V tomto prípade váha batérií znižuje komfort pri nosení a taktiež dlhodobé používanie prispieva k stlačeniu tkaniva na tvári, čo môže viesť k vzniku nepríjemných dekubitov. Taktiež sú známe konštrukčné riešenia s externým napájaním zdrojom jednosmerného napätia pomocou USB kábla.

Podstata technického riešenia

Nedostatky doterajšieho stavu techniky odstraňuje predkladané technické riešenie ochrannej polomasky s UV-

-C dezinfekciou vzduchu, ktoré prináša efektívnejší spôsob dezinfekcie vdychovaného vzduchu UV-C svetlom ako štandardné jednorazové rúška, prípadne respirátory s triedou ochrany FPP. Podstata technického riešenia spočíva v dezinfekcii vdychovaného vzduchu pomocou zdroja UV-C svetla v priestore dezinfekčnej UV-C komory ochrannej polomasky.

Vnútorný priestor ochrannej polomasky tvoria dve samostatné komory, ktoré sú oddelené medzipriestorom na dočasné uskladnenie dezinfikovaného vzduchu. V prvej komore, ktorá je súčasťou UV-C modulu, sú integrované viaceré UV-C diódy pripojené pomocou nízkonapäťovej elektroinštalácie k batériovému boxu. Diódy ožarujú vzduch vstupujúci pri nádychu z vonkajšieho prostredia do spodnej časti polomasky cez FPP2 filter uložený v puzdre do UV-C modulu so spektrom vlnových dĺžok, ktoré sú charakteristické pre UV-C žiarenie. Dezinfikovaný vzduch je počas výstupu z prvej, teda dezinfekčnej UV-C komory spomalený pomocou otvorov s labyrintovým usporiadaním. Primárnym cieľom otvorov s labyrintovým usporiadaním je spomaliť prúdenie vzduchu v dezinfekčnej UV-C komore, a týmto spôsobom zvýšiť účinnosť dezinfekcie nasávaného vzduchu. Dezinfikovaný vzduch po prekonaní otvorov s labyrintovým usporiadaním prúdi do medzipriestoru, ktorý sa nachádza medzi prvou a druhou komorou. Prúdenie dezinfikovaného vzduchu z UV-C modulu do medzipriestoru a následne aj do druhej komory cez dva vnútorné ventily sa odohráva súbežne počas jedného nádychu. Vonkajší ventil pracuje na rovnakom princípe ako dva vnútorné ventily, len s rozdielnym smerom prúdenia vzduchu. Počas nádychu gumená membrána vonkajšieho ventilu uzatvorí prieduchy, a tak zamedzí prieniku vzduchu z okolia do priestoru druhej komory. Počas výdychu spotrebovaný vzduch vychádza cez vonkajší ventil do okolia. Počas výdychu tlak vydýchnutého vzduchu zatlačí na dve gumené membrány vnútorných ventilov, ktoré následne uzatvoria prieduchy vnútorných ventilov, a týmto spôsobom sa zabezpečí hermetické uzatvorenie medzi druhou komorou a medzipriestorom. Gumená membrána vonkajšieho ventilu počas nádychu efektívne zachytí prach, smog, alergény, baktérie a vírusy ešte pred vstupom do polomasky. Puzdro, vnútorné ventily a aj vonkajší ventil sú rozoberateľné, čo umožňuje výmenu FPP2 filtra, gumených membrán vnútorných ventilov a gumenú membránu vonkajšieho ventilu na účely opätovného použitia polomasky, ale efektívny čas dezinfikovania UVC svetlom je závislý od celkovej kapacity batérie, ktorá je umiestnená v batériovom boxe na zadnej strane hlavy a pomocou elastických popruhov spojená s vonkajším krytom polomasky. Ochranná UV-C polomaska je vybavená jednoduchým nízkonapäťovým elektrickým obvodom, ktorý prechádza z UV-C modulu cez elastický popruh priamo do batériového boxu. Tlačidlo na spustenie, respektíve vypnutie UV-C diód je umiestnené priamo v batériovom boxe.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obrázku č. 1 je zobrazený parametrický trojrozmerný model ľudskej hlavy s príkladom umiestnenia batériového boxu na zadnej strane hlavy a elektrického obvodu umiestneného v dolnom popruhu. Celkové rozmiestnenie jednotlivých dielov ochrannej polomasky znázorňuje bočný pohľad polomasky v reze na obrázka č. 2. Umiestnenie vnútorného a vonkajšieho ventilu v rozloženom stave je znázornené na obrázku č. 3. Obrázok č. 4 zobrazuje rozložený stav a detail na umiestnenie puzdra na FPP2 filter v UV-C module. Na obrázku č. 5 je znázornené prúdenie, respektíve cirkulácia vzduchu cez jednotlivé komory v ochrannej polomaske a umiestnenie UV-C diód.

Príklady uskutočnenia

Ochranná polomaska s UV-C dezinfekciou vzduchu pozostáva z vonkajšieho krytu 1 a nosnej konštrukcie 2, do ktorej je v spodnej časti zasunutý v dvoch lineárnych vedeniach dezinfekčný UV-C modul 11. UV-C modul 11 zaisťuje polohu rozoberateľného puzdra 12, ktoré je vložené do výrezu na puzdro 12 v spodnej časti nosnej konštrukcie 2 pod UV-C modulom 11.

Vnútorný priestor polomasky tvoria dve samostatné komory a medzipriestor nachádzajúci sa medzi týmito komorami. Počas nádychu sa v polomaske vytvára podtlak, ktorý nasáva vzduch cez FPP2 filter 13 umiestnený v puzdre 12 do prvej komory nachádzajúcej sa v UV-C module 11 s otvormi s labyrintovým usporiadaním. Labyrintové usporiadanie otvorov primárne spomaľuje prúdenie filtrovaného vzduchu v prvej komore. Dezinfekciu vdychovaného vzduchu zabezpečuje súbor UV-C diód 10, ktoré sú umiestnené v priestore dezinfekčného UV-C modulu 11. Za labyrintovými otvormi sa nachádza medzipriestor, do ktorého sa dezinfikovaný vzduch dostáva vytvoreným podtlakom počas nádychu. Taktiež súbežne s nádychom dochádza k prestupu dezinfikovaného vzduchu z medzipriestoru do druhej komory cez dva vnútorné ventily nachádzajúce sa na bočných stranách polomasky, pričom každý vnútorný ventil tvorí odnímateľný kryt 4 vnútorného ventilu a podstava 5 vnútorného ventilu, medzi ktorými je umiestnená vymeniteľná gumená membrána 6 vnútorného ventilu zabezpečujúca plynulé prúdenie dezinfikovaného vzduchu iba jedným smerom, teda bráni prechodu vzduchu z druhej komory do medzipriestoru. Z druhej komory, ktorú tvorí priestor medzi vnútornými ventilmi a vonkajším ventilom, sa vzduch počas výdychu dostáva von cez rozoberateľný vonkajší ventil umiestnený v kryte 3 druhej komory na prednej časti polomasky. Vonkajší ventil pozostáva z podstavy 9 vonkajšieho ventilu, do ktorej je vložená vymeniteľná gumená membrána 8 vonkajšieho ventilu uzatvorená odnímateľným krytom 7 vonkajšieho ventilu. Podstava 9 vonkajšieho ventilu je mechanicky nalisovaná v kryte 3 druhej komory.

UV-C diódy 10 sú pripojené prostredníctvom jednoduchého nízkonapäťového elektrického obvodu 15 k batérii umiestnenej v batériovom boxe 14 na zadnej strane hlavy. Elektrický obvod 15 je vedený vnútri jedného elastického popruhu. Batériový box 14 je elastickými popruhmi spojený s vonkajším krytom 1. Tlačidlo na spustenie, respektíve vypnutie UV-C diód 10 je umiestnené priamo v batériovom boxe 14.

Priemyselná využiteľnosť

Ochranná polomaska s UV-C dezinfekciou vzduchu je využiteľná ako zdravotnícka pomôcka, ktorá je zameraná na výrazné zlepšenie ochrany zdravia horných dýchacích ciest dezinfikovaním vdychovaného vzduchu UV-C svetlom, čo predstavuje pre jednotlivca a v konečnom dôsledku aj kolektív lepšiu ochranu a prevenciu pred respiračnými chorobami spôsobenými baktériami a vírusmi. Využitie je možné uplatniť prevažne v zdravotníckych, verejných objektoch a všade tam, kde dochádza k vysokej koncentrácii ľudí s respiračným ochorením. Taktiež využitie nájde v protichemických jednotkách, v armáde a hasičskom zbore. Ochrannú polomasku je možné použiť na aktívnu ochranu zdravia jednotlivca, ako aj na pasívnu ochranu ľudí, čím sa zabráni rozširovaniu vírusov a baktérií.

Zoznam vzťahových značiek

- Vonkajší kryt

- Nosná konštrukcia

- Kryt druhej komory

- Kryt vnútorného ventilu

- Podstava vnútorného ventilu

- Gumená membrána vnútorného ventilu

- Kryt vonkajšieho ventilu

- Gumená membrána vonkajšieho ventilu

- Podstava vonkajšieho ventilu

- UV-C diódy

- UV-C modul

- Puzdro

- FPP2 filter

- Batériový box

- Elektrický obvod

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Ochranná polomaska s UV-C dezinfekciou vzduchu, vyznačujúca sa tým, že pozostáva z vonkajšieho krytu (1) a nosnej konštrukcie (2), na ktorej je v spodnej časti zasunutý v lineárnych vedeniach UV-C modul (11) s integrovanou prvou komorou s otvormi s labyrintovým usporiadaním, pričom pod UV-C modulom (11) je vo výreze v nosnej konštrukcii (2) vložené rozoberateľné puzdro (12), v ktorom je umiestnený FPP2 filter (13), pričom v priestore UV-C modulu (11) sa nachádzajú UV-C diódy (10) na dezinfekciu vdychovaného vzduchu napojené elektrickým obvodom (15) umiestneným v elastickom popruhu k batériovému boxu (14), v ktorom sa nachádza tlačidlo na spustenie UV-C diód (10); na nosnej konštrukcii (2) sú na bočných stranách umiestnené dva vnútorné ventily, pričom každý pozostáva z odnímateľného krytu (4) vnútorného ventilu a podstavy (5) vnútorného ventilu, medzi ktorými je umiestnená gumená membrána (6) vnútorného ventilu na plynulé prúdenie dezinfikovaného vzduchu z medzipriestoru vytvoreného medzi UV-C modulom (11) a vnútornými ventilmi do druhej komory nachádzajúcej sa medzi vnútornými ventilmi a vonkajším ventilom; na nosnej konštrukcii (2) je na prednej strane umiestnený kryt (3) druhej komory a vonkajší ventil pozostávajúci z podstavy (9) vonkajšieho ventilu prikrytej odnímateľným krytom (7) vonkajšieho ventilu, medzi ktoré je vložená gumená membrána (8) vonkajšieho ventilu, pričom podstava (9) vonkajšieho ventilu je mechanicky nalisovaná v kryte (3) druhej komory.
2. 2. Ochranná polomaska s UV-C dezinfekciou vzduchu podľa nároku 1, v y z n ačujúca sa tým, že gumená membrána (6) vnútorného ventilu, gumená membrána (8) vonkajšieho ventilu a FPP2 filter (13) sú vymeniteľné.