Респираторы и противогазы с механической очисткой воздуха (PAPR)

В начале 1990-х гг. в США, Западной Европе и Австралии на рынок средств индивидуальной защиты (СИЗ) стали поступать респираторы и противогазы с механической очисткой воздуха (powered air purifying respirators, PAPR). Их появление вызвано как технологическими достижениями, так общественными потребностями, не удовлетворенными в рамках традиционных подходов к фильтрации воздуха в СИЗ данного типа.

В основе технологических предпосылок создания PAPR находятся достижения в области конструирования малогабаритных бесшумных турбовентиляторов и источников электропитания к ним, позволяющие осуществлять длительную автономную прокачку воздуха через фильтрующее устройство без ощутимого для пользователя утяжеления конструкции в целом, а также параллельное развитие микроэлектронных и микромеханических устройств, оптимизирующих дыхательный режим в новом поколении СИЗ.

Среди общественных потребностей основной является повышение требований к безопасности СИЗ органов дыхания в целом, вызванное тем, что за почти столетний период их конструирования, так и не удалось создать универсальную маску, идеально прилегающую к лицу любого пользователя. Кроме того, весьма важным в конкурентной борьбе стало предложение обеспеченному потребителю респиратора с повышенной комфортностью, позволяющего ему длительное время находиться в опасной среде без ухудшения физического самочувствия. В качестве объективного фактора, способствующего появлению конкурентных преимуществ у PAPR перед традиционными фильтрующими респираторами и противогазами, можно считать вполне обоснованные ожидания террористических актов с применением ядерных, биологических и химических средств поражения.

В настоящее время респираторы данного типа по давлению, создаваемому в подмасочном пространстве, делятся на два типа: с отрицательным давлением (negative-pressure types) и с положительным давлением (positive-pressure type). Как правило они состоят из следующих конструктивных элементов: защитный капюшон или маска (полумаска для респиратора с положительным давлением); фильтрующий картридж или фильтр, предназначенные для очистки воздуха; портативный вентиляторный блок с аккумулятором. Фильтрующий картридж и вентиляторный блок обычно крепят на поясе пользователя.

В респираторах отрицательного давления фильтры или картриджи очистки воздуха подсоединены через воздухопроводящий шланг и клапан вдоха к плотно облегающей лицо маске. Отрицательное давление воздуха в подмасочном пространстве создается вентилятором, втягивающим загрязненный воздух через фильтр и выводящим его через специальное вытяжное приспособление, закрепленное на маске. Герметизация маски на лице пользователя достигается за счет отрицательного давления в подмасочном пространстве. Однако в процессе эксплуатации таких респираторов было обнаружено, что как и у респираторов традиционного типа, маска типа «negative-pressure» может разгерметизироваться при попадании волос или любых других посторонних объектов между ней и кожей пользователя. Тогда, благодаря отрицательному давлению в подмасочном пространстве, загрязненный воздух легко «находит» такие лазейки.

Респираторы с положительным давлением создают более надежную защиту пользователю благодаря тому, что отфильтрованный воздух нагнетается вентилятором в подмасочное пространство в количествах значительно превышающих потребности дыхания.

Стоимость респираторов и противогазов с механической очисткой воздуха, как правило, на порядок выше, чем обычных, и начинается с 450 долларов за единицу. Тем не менее в маркетинговой стратегии фирм, занимающихся разработкой и продажей СИЗ, они, благодаря своим очевидным преимуществам перед традиционными, занимают доминирующее место и обычно фигурируют на основных рекламных плакатах (рис. 1). Также PAPR широко представлены на рекламных постерах, посвященных действиям армейских спецподразделений, спасателей и полиции (рис. 2). На их фоне отечественные СИЗ органов дыхания выглядят архаичными и, видимо, утратят конкурентоспособность в ближайшем будущем даже в малоразвитых странах.

Знаковым событием в конкурентной экспансии нового поколения СИЗ стала выдача в марте 2004 г. Национальным институтом профессиональной безопасности и здоровья США (The National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH) двум американским компаниям первых свидетельств об сертификации PAPR. Были сертифицированы респиратор MSA Millenium APR (номер сертификата TC-14G-0270), разработанный Mine Safety Appliances Co. (MSA, Питтсбург); и респиратор 3M FR-M40 (номер сертификата TC-14G-0271), разработанный 3M Corp. (Maplewood, Миннесота). Эти сертификаты показывают, что респираторы были подвергнуты серьезным лабораторным испытаниям согласно критериям NIOSH марта 2003 г., и способны защитить человека в чрезвычайных обстоятельствах при содержании кислорода в атмосферном воздухе не ниже 19,5%, а их производители имеют право ставить на изделиях знак «Сертифицировано Национальным институтом профессиональной безопасности и здоровья США».

Однако анализ рекламной продукции фирм, разработчиков PAPR, не позволяет установить тонкие особенности их конструкции и создает ложное впечатление простоты их технического замысла и изготовления, что ограничивает наши возможности по планированию НИР и ОКР в данной области. Поэтому целью работы является выявление достигнутого уровня и тенденций в конструировании респираторов с механической очисткой воздуха.

Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи:

• выявлялись уже производимые для коммерческой продажи конструкции PAPR и их изготовители, изучались заявленные в рекламных проспектах технические характеристики изделий;
• выявлялись патенты основных разработчиков PAPR, проводился системный анализ заявленных ими технических решений; особое внимание уделялось выявлению чертежей и схем, иллюстрирующих особенности конструкции отдельных образцов;
• разрабатывались предложения по патентной политике в данной области.

Основное внимание уделено исследованию патентных описаний. Такой выбор источников информации обусловлен тем, что:

• подавляющее большинство новых научно-технических идей описано в патентной документации;
• в соответствии с международным юридическим статусом патентных документов они являются первыми опережающими публикациями;
• патентные документы охватывают все области науки и техники;
• патентный фонд всех основных стран классифицирован по единой для них международной классификацией изобретений;
• прогнозный потенциал патентных источников составляет 5–10 лет, т.е. средний срок действия патента.

Для подготовки данной работы использовались исключительно источники англоязычной технической литературы. Цифровая обработка изображений проводилась в графическом редакторе Photoshop 7.

Раздел 1. Коммерческие предложения PAPR

Компания 3M (США)

Выпускает респираторы, которые используются как PAPR, и которые можно преобразовать в такие респираторы, благодаря приспособлению, прикрепляемому к поясу (блок с вентилятором и фильтрующим картриджем) и специальному клапану на маске. На рис. 3 показаны модели респираторов 3М 6000 и 3М 6000 серии RRPAS с полнолицевой маской. Оба респиратора могут использоваться для защиты от промышленных и боевых ОВ.

Респиратор 3М 6000 серии RRPAS относится к комфортным PAPR-системам положительного давления.

На рис. 4 показаны защитные системы положительного давления, не требующие от пользователя их подгонки по размеру. На рис. 5 показана система положительного давления 3М Type3, предназначенная для использования в промышленности.

The S.E.A. Group (Австралия)

Ведущий разработчик СИЗ органов дыхания положительного давления. Отдельные модели сертифицированы NIOSH. Среди них:

• TC-23C-2146 (большой фильтр — подсоединен к SE400 с полнолицевой маской)
• TC-23C-2158 (большой фильтр — подсоединен SE400 с полулицевой маской)
• TC-23C-2159 (маленький фильтр — подсоединен к SE400 с полнолицевой маской)
• TC-23C-2152 (маленький фильтр — подсоединен к SE400 с полулицевой маской)

Модель положительного давления SE400AT (рис. 6) имеет следующие технические характеристики. Материал: полиамид повышенной прочности, нет металлических деталей. Вес: большой фильтр — 370 г. Малый фильтр — 320 г. Диаметр: 109 мм (4.3"). Сопротивление дыханию (breathing resistance): At 30 l/min: <1.2 mbar; At 95 l/min: <4.0 mbar. Срок хранения — 10 лет в вакуумной упаковке.

SE400 имеет непрерывную систему самопроверки, которая немедленно сообщает пользователю о низком разряде батареи, о необходимости замены фильтров, внезапном снижении давления и о т.п. Световой сигнал предупреждения находится в пределах поля видимости пользователя, подается и громкий акустический аварийный сигнал. Респиратор в настоящее время используется пожарными, военными и спасателями во многих индустриальных странах (рис. 7).

Респиратор обеспечивает пользователя воздухом по нормам потока 400 л/мин, что означает, что пользователь может выполнять очень тяжелую работу, не теряя положительного давления в подмасочном пространстве. При прокачке 300 л/мин заряда батареи хватает на 4 часа. Двигателем нагнетателя управляет специальный процессор, который регулирует воздушный поток в зависимости от интенсивности дыхания пользователя.

Респиратор с батарейным питанием полностью автономен и не зависит от подачи воздуха из вне. Он имеет микрофон в лицевой части маски, который соединяется с маленьким, прикрепляющимся на нагрудном кармане, громкоговорителем (рис. 8).

SE400AT может быть легко модифицирован в респиратор отрицательного давления. Для этого к нему прилагается специальный набор картриджей и громкоговорящее устройство (рис. 9).

В табл. 1 приведены защитные характеристики SE400AT.

Таблица 1. Защитные характеристики SE 400AT

GEOMET Technologies, LLC (США)

Предлагает полную защитную систему для работы при опасности на уровне С1 (DTAPS Level C1 Coverall System with FR-2 PAPR). Система разработана по контракту с правительством США (рис. 10). Защищает от жидких и газообразных токсических веществ. Используемый для изготовления комбинезона материал Tychem LV обеспечивает более 12 часов защитного действия против химических поражающих агентов (GA, GB, GD, HD, L и VX). На рис. 11 показана аналогичная защитная система для медицинского персонала FR-3 PAPR.

Компания KOKEN (Япония)

Производитель 65% СИЗ, продаваемых на японском рынке. В ее рекламных проспектах респираторы положительного давления указываются в разделе «новая продукция».

Респираторы положительного давления KOKEN оснащены системой дыхательной синхронизации поступающего в подмасочное пространство воздуха (breath-synchronized air flow system — BSFS).

На рис. 12 приведены общая схема комплектации респиратора данного типа.

1. Система BSFS делает дыхание через респиратор схожим с естественным.
2. Сменная, удобная для кожи лица, маска.
3. Говорящее устройство нового типа.
4. Защелкивающиеся внутри изделия коннекторы.
5. Предпочтительной является полнолицевая маска.
6. Единая упаковка.
7. Необязательные предфильтр и фильтрующий чехол, удлиняющие жизненный цикл фильтра.
8. Небольшие и легкие батареи.
9. Высокоэффективный Alpha Ring-фильтр.
10. Трехсоставные головные ремни для прочного удержания полумаски на голове пользователя.

В табл. 2 приведены технические характеристики респиратора положительного давления. На рис. 13 показано исполнение респиратора в комплектации «полная маска».

Таблица 2. Технические характеристики респиратора положительного давления KOKEN

Компания Bullard (Германия)

Специализируется на оборудовании для клиник и лабораторий. Предлагает серию респираторов положительного давления, различающихся между собой комфортностью и пригодностью для работы в различных условиях (рис. 14–16).

Респиратор PA20 с фильтрующим блоком PA1 эффективен в течение 10 часов, с фильтрующим блоком PA2 — рассчитан на полных 6 часов работы. Фирма утверждает, что очистка воздуха в респираторах данной серии основана на новых революционных технологиях, предполагающих три стадии фильтрации. Применяемые фильтры задерживают частицы размером от 0.01 микрон, их эффективность — 99.9998%. Интегрированный монитор угарного газа (CO).

Серия PA30 использует 3 внешних фильтрующих картриджа и заменяемые NiMh-батареи, серия PA40 отличается маской повышенной комфортности и внешними картриджами с большей защитной способностью.

Chalon Chemical Industries LTD (Израиль)

Основана в 1968 г. Выпускает респираторы положительного давления для широкого круга пользователей: военных, спасателей, гражданских лиц, включая детей и младенцев. Из 9 рекламируемых изделий 7 относятся к респираторам положительного давления. Обращает на себя конструкция противогаза у ребенка. Это, по сути, обычный детский противогаз, оснащенный небольшим компрессором, помещенным в пластмассовую коробочку (рис. 17).

J. Blaschke Wehrtechnik GmbH (Австрия)

Рекламирует тяжелый защитный костюм с мощной системой положительного давления (рис. 18).

Таким образом, PAPR-изделия становятся лицом ведущих производителей СИЗ органов дыхания и кожи, свидетельством их причастности к высоким технологиям. Новые поколения СИЗ уже предусматривают возможность превращения их в PAPR. Одновременно происходит приспособление уже имеющихся фильтрующих средств к требованиям рынка PAPR, о чем свидетельствует рекламный постер Chalon Chemical Industries LTD (см. рис. 17).

Раздел 2. Альбом решений технических задач при конструировании PAPR

Судя по описанию к первому обнаруженному нами патенту на респиратор положительного давления (GB2032284, 25.09.1979), понимание того, что механическое нагнетание воздуха через фильтрующий элемент способно значительно облегчить использование СИЗ органов дыхания и кожи, существовало уже давно. Видимо предпринимались и попытки создания таких средств. Однако простое совмещение вентилятора с фильтрующим элементом не позволяло получить образец респиратора (противогаза), который бы по своим совокупным свойствам превосходил традиционные. Было установлено, что действительно, положительное давление в подмасочном пространстве делает такой респиратор более безопасным, но не надолго.

На пути совмещения вентилятора с фильтром стало следующее техническое препятствие. Объем дыхания человека сильно зависит от тяжести выполняемой им работы. Например, при обычной ходьбе человек потребляет 50 л/мин (частота дыхания 25 в мин, объем вдыхаемого воздуха 2 л), при интенсивной работе легочная вентиляция достигает 157 л/мин (максимальная величина). Следовательно, объем прокачиваемого через фильтр респиратора воздуха должен постоянно составлять не менее 160 л/мин. Однако оказалось, что фильтр при таком режиме функционирования быстро выходит из строя. Чтобы продлить его ресурс для фильтрации мелких частиц, необходимо было увеличить его емкость как минимум в 3 раза. Но без увеличения его массы это не представлялось тогда возможным. Фильтрующие картриджи, предназначенные для защиты от химических веществ, имели еще меньший ресурс, чем противопылевые. Кроме того, с увеличением емкости фильтра увеличивалось его сопротивление дыханию, что, в свою очередь, влекло за собой увеличение мощности вентилятора и блока питания.

Таким образом, для создания конкурентноспособных конструкций разработчикам PAPR необходимо было прежде всего научиться управлять потоком воздуха, проходящим через фильтр.

Техническая задача 1. Управление потоком воздуха, проходящим через фильтр

Использование механического датчика

Hilton Joseph R (GB2032284, 25.09.1979) первым решил эту задачу путем установки механического датчика, поддерживающего положительное давление в подмасочном пространстве. Сам же датчик мог по его замыслу иметь несколько принципов работы: 1) реагировать на увеличение давления в подмасочном пространстве на выдохе пользователя, если оно превысит определенную величину, и включать вентилятор (соответственно, выключать его, когда давление снизится); 2) поддерживать большее давление в подмасочном пространстве, чем в окружающей пользователя среде, установив заданный уровень его превышения над атмосферным, например, равным 15 мм водного столба.

На рис. 19 схема управления работой вентилятора показана следующим образом. Переключатель (1) закрыт во время вдоха, но он открывается движением диафрагмы на выдохе и включает через сопротивление (2) подачу тока на вентилятор (3) от электрической батареи (4). Излишек воздуха удаляется через клапан выдоха.

На рис. 20 показана работа респиратора высокого давления применительно к шлему AIRSTREAM («воздушный поток»). Шлем включает оболочку (11), которая на лицевой стороне закрыта прозрачным забралом (12) и герметизирующим уплотнителем (13). Нижний край забрала герметизирован отдельным уплотнителем (14). В кожухе шлема (15) установлен вентилятор (16), приводимый в движение электрическим мотором. Вентилятор тянет воздух через фильтр (17) в направлении подмасочного пространства. Воздух фильтруется еще и через фильтровальный мешок (18). В нижнем углу прозрачного забрала установлен клапан выдоха (19), над глазами пользователя установлен датчик давления (20). С электродвигателем он соединен с помощью специального провода (20’).

Дыхательный шлем, показанный на рис. 21, сходен со шлемом, показанным на рис. 20, за исключением того, что фильтры и двигатель с вентилятором помещены в специальный контейнер (21), закрепляемый на поясе пользователя, который связан гибким воздуховодом (22) с кожухом (15). Насос закачивает воздух в патроны фильтра (23) через входные отверстия (24), расположенные на контейнере (21).

Фильтрующие патроны сменные и могут периодически заменяться на новые. Двигатель включается кнопкой (25), затем он переходит под управление датчика (20). На рис. 22 показана комплектация дыхательного устройства, предназначенного для работы в атмосфере, содержащей токсические вещества. Вместо бумажных фильтров к контейнеру через резьбовые соединения (26) прикручиваются противогазные коробки (23А).

На рис. 23 показано дыхательное устройство на основе полнолицевой маски (31), включающей в себя «большое окно» (32) и клапан выдоха (33). Датчик (34) установлен не на маске, а в узле (35), который соединяет воздуховод с маской. Датчик (34) связан с электродвигателем (21) посредством проводов (36), проходящих внутри воздуховода (22).

На рис. 24 показана полулицевая маска (40) положительного давления, оснащенная клапаном выдоха (41), резьбовым входным отверстием, предназначенным для подсоединения воздуховода (42).

На рис. 25 и 26 показано дыхательное устройство, предназначенное для работы в очень токсичной воздушной среде. Оно включает внешнюю маску (50), закрывающую лицо пользователя; и внутреннюю маску (51), герметически охватывающую нос и рот пользователя. Внешняя маска обеспечена ремнями (52), посредством которых она закреплена на голове пользователя; и иллюминаторами (53). Внешняя маска снабжена клапаном выдоха (54), который связан также и с внутренней маской. Внутренняя маска оснащена односторонними клапанами вентилятора (55), которые открываются на вдох и закрываются во время выдоха. С внешней стороны маска имеет входное отверстие (56), к которому подсоединена фильтрующая коробка (57). Внутреннее впускное отверстие (56) подсоединено к перекрестной трубе, расположенной латеральнее и выше клапана вдоха (54) и поперек фронта внешней маски. Электрически запускаемый вентилятор (59) установлен в пределах воздуховода (58) и тянет воздух в маску через фильтрующую коробку (57). Через выход (60) он подает его в пространство между внутренней и внешней масками.

Во время вдоха фильтрованный воздух попадает во внутреннюю маску через клапан (55) и выдыхается через клапан выдоха (54). Во время выдоха клапан вдоха (55) закрыт, и давление определяется датчиком, расположенным во внутренней маске (61). Во время выдоха давление растет во внешней маске, во внутренней оно становится отрицательным. Это обеспечивает пользователю двойную защиту от агрессивной воздушной среды.

Использование потенциометра

Заявлено тем же Hilton Joseph R в США (US4430995, 24.05.1982). Устройство работает следующим образом (рис. 27, 28 и 29). Вентилятор (1) приводится в движение электрическим током от батареи (2) посредством включателя (3), запускающего электродвигатель (4). Вентиляторный блок имеет два входа (6) с резьбовыми соединениями (7), к которым прикручиваются фильтрующие элементы. Посредством выходного адаптера (9) вентиляторный блок прикручивается к узлу (10), который снабжен запирающим или односторонним клапаном (12). Сам узел является частью расположенного выше дыхательного меха (13), способного расширяться и сжиматься за счет движения складчатого контура (14). Одна стена меха (15) смонтирована на опоре (16), другая (17) усилена металлической или пластмассовой пластиной (18), на которую давит плечо (19). Плечо имеет опору в своем нижнем конце (20) и смещается посредством кольцевой пружины (21), которая создает опоре противоположное расширению меха направление. Потенциометр (22) включен в цепь питания двигателя вентилятора, которая состоит из источника питания и переключателя. Он варьирует величину подаваемого на двигатель тока и тем самым управляет воздушным потоком. Когда меха раздуваются, работа двигателя замедляется, когда воздух выкачивается из мехов, работа двигателя ускоряется.

Меха имеют альтернативные выходы (23, 24) для подключения гибкого воздуховода (25), присоединяемого к полнолицевой маске (26) с внутренней маской (27) и обеспечивают подачу фильтрованного воздуха в подмасочное пространство. Клапаны выдоха имеют относительно небольшое сопротивление — приблизительно 128 паскаль. Плечо (19), приводимое в движение пружиной, создает давление на меха, которые, в свою очередь, создают положительное давление в подмасочном пространстве, равное или меньшее сопротивлению клапана выдоха (29). Насос работает с усилием, достаточным для раздувания мехов против силы, создаваемой пружиной, но только до тех пор, пока не будет преодолено сопротивление клапана выдоха (29) лицевой маски. Таким образом, когда пользователь не испытывает тяжелой физической нагрузки, после максимального раздутия мехов вентилятор отключается микропереключателем. Как только снижение давления в мехах станет ниже максимального, микропереключатель будет закрыт, и заполнение мехов будет контролироваться через потенциометр (22).

Использование клапанов вдоха и выдоха

Компания RACAL SAFETY LTD (EP0094757, 13.05.1982) создала респиратор, у которого воздух затягивается вентилятором через фильтрующий картридж и подается пользователю через небольшой вход в лицевой части маски. Там же установлен однонаправленный клапан, открывающийся во время выдоха пользователя и позволяющий воздуху выйти наружу, когда разница между величинами давления в маске и снаружи ее станет больше заранее установленного. Пружина выходного клапана отрегулирована таким образом, чтобы он был плотно закрытым во время вдоха пользователя, но открывался при давлении в подмасочном пространстве, равном 600 паскаль. Вентилятор прокачивает через фильтр от 200 до 0 л/мин, в зависимости от потребности пользователя в воздухе и от сопротивления воздушному потоку, оказываемому фильтром.

На рис. 30 показан внешний вид респиратора, на рис. 31 — принципиальная схема его работы.

Респиратор включает полнолицевую маску (1), плотно прилегающую к лицу пользователя и закрывающую его рот и нос; клапан выдоха (2), входное отверстие (3) для воздушного шланга (4), подающего в подмасочное пространство профильтрованный с помощью фильтрующего блока (5) воздух. Фильтрующий блок крепится на поясе пользователя, но может крепиться и на лицевой части маски. Он состоит из специального кожуха и размещенных в нем центробежного вентилятора с электродвигателем, батареи питания. Также он содержит специальный выход (8) для подсоединения воздуховода (4) и три входных отверстия (10) для подсоединения фильтрующих патронов или фильтров (11). Неиспользуемые входные отверстия могут быть закрыты заглушками (12). Двигатель связан кабелем (27) с блоком питания (6) и запускается от включателя/регулятора мощности (7). Батарея может быть установлена в фильтрующем блоке (5). Полная лицевая маска (1) содержит внутреннюю маску (15), плотно охватывающую рот и нос пользователя, на которой установлены один или несколько входных однонаправленных клапанов (16).

Режим работы вентилятора установлен таким образом, чтобы во время выдоха давление в пределах подмасочного пространства росло до превышения его давления в воздуховоде (4), тогда клапан (13) закрывается, и это становится причиной постепенного наращивания давления в воздуховоде (4), которое, в свою очередь, значительно снижает интенсивность работы вентилятора или прекращает ее совсем, в результате сокращается или прекращается втягивание воздуха через фильтры. При закрытом клапане вдоха (13) открывается клапан выдоха (2), тогда давление в подмасочном пространстве вновь падает и клапан вдоха открывается, вентилятор активируется и начинает нагнетать фильтрованный воздух в подмасочное пространство. Такой режим работы PAPR позволяет экономить до 80% ресурса картриджей. На рис. 32 и 33 показано предпочтительное выполнение дыхательных клапанов респиратора данного типа. Клапан (13) является створчатым (flap valve), содержащим гибкий диск (20), который герметизирует поверхность (21) вокруг входного клапана (3). Поднятие диска над этой поверхностью (21) позволяет воздуху пройти в подмасочное пространство, когда давление воздуха в подмасочном пространстве будет ниже, чем в воздуховоде (4).

Клапан выдоха (2) представляет собой створчатый клапан, включающий негнущийся (жесткий) диск (22), который установлен против наружной поверхности клапана (23) и обрамляет ее, открывая или закрывая выход. Закрытие клапана происходит снаружи, в результате прижатия диска спиральной пружиной (14) к поверхности вокруг выходного отверстия. Воздух выходит из клапана через отверстие (24), сообщающееся с герметизируемым отверстием (23) и ствол (28) центробежного вентилятора (29), нагнетающего воздух в воздуховод через отверстие (8). К вентилятору воздух поступает через три входа (10), каждый из которых может быть оснащен фильтрующим картриджем (11). Свободные закрываются заглушками (12). Когда давление в подмасочном пространстве достигает 600 паскаль, вентилятор достигает максимума производительности — 200 л/мин, и тогда клапан (13) открывается.

Техническая задача 2. Уменьшение размеров и массы конструкции

Респираторы положительного давления с вентиляционным модулем оказались заметно тяжелее традиционных. Наибольшую составляющую этого увеличения массы давали двигатель и аккумуляторная батарея. На пути уменьшения мощности двигателя, а соответственно, уменьшения как его массы, так и источника электропитания, стояла необходимость прокачки больших объемов воздуха через узкий воздуховод длиной около метра, где, в основном, и происходило падение давления фильтрованного воздуха. Кроме того, в определенных условиях дорогостоящие угольные фильтры таких респираторов забивались крупной пылью еще до исчерпания своих ресурсов по емкости для токсических веществ.

Совмещение маски и вентиляционного блока

Hilton Joseph R, как усовершенствование своего же изобретения (GB2032284, 25.09.1979), разработал маску, предназначенную для непосредственного монтажа вентиляционного модуля и вентиляционный модуль (pump module) для такой маски (EP0164946, 06.06.1984). Маска включает адаптор для подсоединения модуля. Сам же модуль может быть смонтирован на маске в двух вариантах:

1. между фильтрующим картриджем и маской;
2. снаружи картриджа.

Конструкция респиратора показана на рис. 34–38.

Респиратор включает традиционную лицевую маску (1), включающую наружную маску (2), внутреннюю маску, закрывающую рот и нос пользователя (4) и ремни фиксации (3а). Наружная маска имеет иллюминаторы (3b), вход для подачи воздуха во внутреннюю маску (5), клапан выдоха (6). Сообщение между внутренней и внешней маской осуществляется через одно или более отверстий (7).

Клапан выдоха (6) представляет собой однонаправленный клапан (8), который открывается против давления, создаваемого пружиной. Он может открыться только тогда, когда в подмасочном пространстве будет достигнуто заранее определенное относительное положительное давление. Каждое отверстие, сообщающее пространство внутренней маски с подмасочным пространством внешней (7), также оснащено однонаправленным клапаном (9), позволяющим воздуху перемещаться из внутренней маски во внешнюю. Впускное отверстие (5) может быть оснащено одноходовым клапаном (10), позволяющему воздуху переходить во внутреннюю маску, но исключающему возможность обратного тока.

Впускное отверстие (5) открывается на левой боковой поверхности лицевой маски. Наружная маска может быть снабжена впускными отверстиями как на ее правой, так и левой стороне, что удобно для использования правшами и левшами. Впускное отверстие может быть сделано в центре маски, как показано на рис. 9 и 11. Впускное отверстие (5) имеет радиальный фланец (11), на котором установлен клапан (10) и уплотнение (12), являющееся упором и снабженный резьбой колпак (13).

Вентиляционный модуль (14) подсоединен непосредственно к лицевой маске. Он включает цилиндрический корпус (15), например, отлитый из пластического материала, имеющий соосный вход (coaxial inlet) и выходные отверстия (16, 17). Выходное отверстие (17) имеет резьбовой колпак (18) для резьбовых соединений и кожух (13) впускного отверстия лицевой маски, конец которого находится против прокладки (12), когда корпус (15) полностью прикручен к маске.

Входное отверстие (16) имеет конфигурацию, сходную с входным отверстием (5) лицевой маски с радиальным фланцем (19), герметизируемым прокладкой (20) и резьбовым колпаком (21).

Корпус (15) установлен аксиально вентилятору (22), который присоединяется непосредственно к валу (23) электромотора (24). Мотор находится в собственном корпусе (25) и крепится посредством пластин (26) в промежуточном корпусе (27). Тот поддерживается внутри корпуса (15) резиновыми блоками (28). Батареи находятся в корпусе (29) и соединяются кабелем (30) с мотором (24). Циркуляцию тока в пределах корпуса (29) можно запускать включателем (31), предназначенным для контроля мощности тока, подаваемого на мотор. Фильтрующий картридж (33–38) присоединяется к входному отверстию (16) вентиляционного модуля. Вентиляционный модуль может быть одет на фильтрующий картридж посредством специального, плотно одевающегося колпака (40). Устройство может быть оснащено специальным датчиком, позволяющим регулировать скорость воздушного потока в зависимости от физической нагрузки пользователя.

Оптимизация совмещения маски и вентиляционного блока

Тайваньский инженер HO TIEN LU (US6435184, 01.09.2000) предложил конструкцию респиратора с максимально сокращенным расстоянием между фильтрующим картриджем и входным клапаном лицевой маски. Он также значительно уменьшил возможность вывода из строя фильтрующего картриджа, установив на него снаружи плотно прикручивающийся фильтр грубой очистки воздуха (рис. 39–42).

Чашеобразная лицевая полумаска (1) имеет герметизирующую подушечку из резинового мягкого материала (12), идущую вдоль всего периметра маски (11). Верхняя часть маски имеет вход (13) для движения воздуха через пространство (131). Кольцевой фильтр изготовлен на основе активированного угля (4) и помещен в фильтрующий картридж (32), к нему тесно, резьбовым соединением, притянут корпус фильтра грубой очистки (5). Выдыхательный клапан (14) установлен в нижней части маски. Контрольная мембрана (15) расположена на фронтальной стороне маски и максимально приближена к лицу пользователя. С правой и с левой наружных сторон маски имеются крепежные приспособления (16), предназначенные для плотного ее прижатия к лицу пользователя с помощью ремешков (17). Воздух из отверстия (14) выходит через пространство (22).

На схемах также показаны: гнездо для угольного фильтра (31); кольцевой формы чехол для угольного фильтра (32); электродвигатель (27); батареи (24); гнездо для подзарядки батарей (27); переключатель тока (28–29); отверстие для вентилятора (33); вентилятор (34); фильтр-слой (фильтр грубой очистки воздуха), сделанный из грубоволокнистой бумаги (51); защитная крышка (52); фланец (53).

Исключение маски из PAPR

Лицевая маска нужна не для всех задач, связанных с индивидуальным потреблением отфильтрованного воздуха. Она будет только мешать пользователю при работе в нетоксичной среде (например, содержащей аллергены). Пропущенный через различные фильтры воздух может подаваться исключительно с целью повышения комфортности жизни пользователя, а не с целью защиты его от отравляющих веществ. В частности воздух может подаваться стерильным, содержать ароматизаторы, иметь определенную влажность и др. Пользователь может предпочесть легкую личную систему фильтрации воздуха, незаметную для окружающих его лиц и не препятствующую нормальным его действиям, например, разговору, приему пищи, воды и др.

Для исключения маски из PAPR, предназначенных для работы в нетоксичной среде, американец Piesinger Gregory Hubert (US2001050079, 23.05.2001) предложил подавать отфильтрованный воздух непосредственно в ноздри пользователя по малозаметной системе узких трубок, внешне напоминающих основание оправы для очков. Для того чтобы процесс подачи воздуха пользователю не обнаруживал себя шумом, он применил так называемый распределенный насос (distributed pump), состоящий из множества небольших компрессорных трубочек (compression tubes), чтобы из них сформировать малозаметный вентиляционный блок, который можно носить вокруг пояса, не привлекая к себе внимания. Модульное построение системы позволяет пользователю выбирать ее конфигурацию в зависимости от своих потребностей (очищать воздух различными фильтрующими модулями, стерилизовать его в ультрафиолетовом модуле, проводить кондиционирование воздуха используя увлажняющий модуль и термоэлектрическое охлаждение, добавлять ароматизаторы и т.п.). Насос, фильтры, батареи и другие модули устанавливаются на широком тонком поясе, который одевается вокруг талии под одеждой.

На рис. 43 показан способ и устройство для незаметной доставки воздуха в носовые ходы пользователя. Полая дужка для глаз (10) доставляет отфильтрованный воздух в носовые ходы (12) пользователя посредством тонких трубок (приблизительно 1/16 дюйма), которые направляют интенсивный поток воздуха из полых оправ очков. В дужки и оправу очков вставлены металлические трубки (16, 17).

На рис. 44 показано это устройство сзади. Воздуховоды (22) расположены свободно, таким образом, чтобы они не мешали свободным движениям головы пользователя. Воздуховод (20) имеет немного больший диаметр, чем воздуховод (22), так он скрыт под одеждой.

На рисунках 45–47 показан распределенный насос. Рис. 45 показывает конструкцию одной компрессионной трубочки.

Содержащий двухвалентное железо магнитный поршень (ferrous metal piston) (32) вставлен в трубу (30), вокруг трубы расположена проводная катушка (34). При включении напряжения возникает магнитное поле, которое вынуждает к движению поршень (32). Магнитное поле усиливается, если используется несколько катушек (35, 36, и 37). Насос управляется с помощью специальной электронной схемы. Провода уложены параллельно в виде ленты (40), слева направо (рис. 46).

Рис. 47 иллюстрирует, каким образом ряды труб сжатия (30) связаны вместе, чтобы формировать распределенный насос. Воздух собирается воздушными брандспойтами (50, 52, 54, 56). Шум и вибрация при работе такого насоса минимальны, потому что поршни в смежных трубах сжатия двигаются в противоположные направления, которые заставят силы импульса поршня в смежных трубах гасить друг друга.

Рис. 48 иллюстрирует конструкцию пояса (60) с системой фильтрации воздуха в ее самой простой конфигурации. Его ширина — несколько дюймов, толщина менее половины дюйма. Пояс имеет застежки (62), батареи (64), предфильтр (66), насос (67), HEPA-фильтр (68), блок управления (65).

Рис. 49 показывает несколько стандартных модулей фильтров.

Для сохранения заряда батареи предусмотрена система регуляции потока воздуха, состоящая из датчика потока, датчика давления, регулятора потока и электронной схемы управления.

Техническая задача 3. Оптимизация PAPR к условиям окружающей среды

Задача решается путем быстрой смены фильтрующих картриджей и модулей PAPR в зависимости от той реальной ситуации, в которой приходится работать пользователю. Для решения данной технической задачи 3M INNOVATIVE PROPERTIES CO (US6575165, 03.08.2000) предложила использовать в конструкциях PAPR для крепления дыхательных картриджей только байонеточные соединения и ввела средства контроля за правильностью их сцепления. На рис. 50–56 наглядно показано устройства такого респиратора.

На рис. 50–52 показаны два фильтрующих картриджа (22), присоединенные к корпусу респиратора (14), если необходимо для конкретных работ увеличить их количество, то конструкция респиратора позволяет подсоединить больше картриджей. Но в своем предпочтительном исполнении респиратор включает два входа для воздуха (24), расположенных на противоположных фронтальных сторонах маски и предназначенных для герметичного байонеточного крепления фильтрующих картриджей к маске. Байонеточные защелки имеются как на поверхности маски, так и фильтров (40 и 50).

Каждый фильтрующий картридж (22) имеет в корпусе респиратора фильтрующую нишу (43), расположенную на его нижней поверхности (44). Корпус имеет коннектор (32) для дыхательной трубы, индикатор детектора (36), электрический включатель типа «нажимная кнопка» (36). Коннектор воздуховода (32) может быть использован для подачи воздуха из внешней системы высокого давления. Система детектирования правильности сцепления сообщает пользователю, какие подсоединения были выполнены правильно, а какие нет. Существует несколько способов определить, правильно ли вставлен фильтрующий картридж (22) в коннектор для воздуховода (24). Например, поверхность маски и поверхность коннектора могут содержать по паре электрических контактов. Когда фильтрующий картридж (22) и коннектор (14) не соединены плотно, контакта между ними не будет, электрическая цепь будет открыта и пользователь получит сигнал, говорящий ему, что респиратор не готов к работе.

Техническая задача 4. Определение непригодности фильтра и других узлов респиратора для дальнейшей эксплуатации

Серьезной проблемой этого типа респираторов является определение того момента, когда фильтр уже не может использоваться далее. Множество «end-of-service-life»-индикаторов было предложено с начала 1980-х гг., но ни один не получил распространения. Главная трудность в их применении состояла в том, что для определения пригодности фильтров они использовали несколько несвязанных между собой критериев, типа «соотношение контаминирующих веществ в атмосферном воздухе», «влажность» и «сопротивление дыханию пользователя», которые очень трудно сопоставить между собой. Регуляция воздушного потока таким образом, чтобы его движение через фильтрующий картридж имитировало дыхание человека, сделало определение ресурса фильтрующего картриджа еще более затруднительным.

Для решения этой технической задачи компания SAFETY EQUIP AU PTY LTD (Австрия) предложила проводить определение суммарного количества воздуха, прошедшего через картридж, а также оснастить каждый такой респиратор электронным считывающим аппаратом, в котором бы эти и другие данные собирались для последующего анализа (US5950621, 22.03.1996).

На рис. 57 показана схема предложенного устройства (1). Респиратор включает вентиляционный модуль (2), лицевую маску (3), закрывающую нос и рот пользователя, плотно облегающую его лицо по контуру. Вентиляционный модуль и маска соединены гибким воздуховодным шлангом (4). Клапан вдоха (5) позиционирован в точке, где гибкий воздуховод пристыкован к лицевой маске. Клапан (5) регулирует доставку воздуха в подмасочное пространство в соответствии с потребностями пользователя. Фильтр (6) установлен перед входным отверстием вентиляционного модуля (2), оснащенного центробежным вентилятором (7). Перезаряжающаяся батарея (9) обеспечивает электрическое питание респиратора в целом. В дополнение к электропитанию двигателя (8) батарея (9) снабжает электрическим током счетчик потока воздуха (10), расположенный в пределах воздуховода (4); первый сенсор давления (12), установленный в маске (3); второй сенсор давления (12), расположенный позади воздушного фильтра; третий сенсор давления, расположенный на выходе вентилятора (13); лампочку сигнализации об опасности (14), расположенную в маске (3); и звуковой сигнализатор (15), расположенный в вентиляционном блоке (2). В вентиляционном блоке (2) также установлен электронный накопитель данных (16), который собирает информацию, поступающую с электродвигателя, батареи, воздушного счетчика, сенсоров давления. Логика данного процесса заключается в оценке в режиме реального времени объема воздуха, прошедшего через фильтр (6), и интерпретации этих данных в зависимости от продолжительности эксплуатации респиратора (отдельных его узлов). Эта информация может быть использована для подачи светового и звукового сигналов (15, 16) о приближающемся исчерпании фильтром своего ресурса. Электронный блок (16) также контролирует состояние батареи (9) и подает звуковой и световой сигнал о необходимости ее подзарядки.

Данные, накопленные электронным блоком (17), периодически переносятся в базу данных на компьютере (18) и используются для дальнейшего анализа.

Удаленная компьютерная система необходима не только для работы с данными, полученными счетчиком потока воздуха, но и для обработки данных других сигнализаторов об опасности. Системный администратор вводит идентификационный код каждого компонента, из которого собран респиратор. Информация может быть помечена штриховыми кодами на каждом компоненте респиратора. Так же можно ежедневно или когда потребуется вводить информацию об угрозах, находящихся во внешней среде в тот период, когда пользователь применял респиратор. Это содержащиеся в воздухе контаминанты, степень его контаминации, влажность и температура. Затем накопленную информацию можно использовать для прогнозирования пригодности отдельных узлов респиратора (датчиков, двигателя, вентилятора, фильтра и др.) для дальнейшего использования, но уже с помощью алгоритмов компьютера и исходя из эксплуатационного ресурса каждого узла.

Техническая задача 5. Калибровка счетчиков воздушного потока PAPR

Постановка столь частной технической задачи говорит о том, что в развитии фильтрующих PAPR достигнут предел. На настоящее время уже достаточно хорошо отработана конструкция СИЗ данного типа и происходит процесс их мелких усовершенствований и доработок. Однако без измерительных процедур данного типа в глазах потребителя PAPR будет выглядеть устаревшим.

Cook Dave (US) и Bennett Mike R (US) предложили способ и устройство для калибрования воздушного потока в PAPR (US 2003019494, 20.02.2001). Респиратор (10) обычно поставляющий одно и то же количество воздуха вне зависимости от входящих в его комплектацию элементов. Он включает комплект фильтров (22), присоединенных к вентиляционному блоку (14) через специальное соединение (24) и воздуховод (26). Вентилятор (13) включает электродвигатель (16), приводящий в действие турбину (17), которая прокачивает воздух через фильтровальную коробку (22) и доставляет его по воздуховоду (20) пользователю (12). Ток на электродвигатель (16) вентилятора (17) подается от батареи (18) через контроллер (19), который регулирует его подачу в зависимости от контрольного сигнала, поступающего с микропроцессора (46), интегрированного в контроллер (19) (рис. 58).

Метод калибровки воздушного потока заключается в постоянном контроле отдельных точек на соответствие правильному протоколу калибровки посредством простого триггирования микропроцессора контроллером. Простым триггером может быть переключатель, который контролируется микропроцессором. Когда триггер инициирован, микропроцессор загружается и обеспечивает логику операций цикла калибровки. Процесс калибровки осуществляется до тех пор, пока второй триггер не завершит его и не установит контрольную (установочную) точку. На рис. 59 иллюстрирован процесс калибровки вентилятора.

Устройство измерения величины воздушного потока (42) пристыковано к выходу вентилятора (32) и непосредственно наблюдается оператором (44) во время процесса калибровки. Измерительный инструмент может принадлежать к устройствам самого разного назначения. На данном рисунке представлен измеритель потока шарового типа (ball-in-tube type flow). Для начала цикла калибровки переключатель (36) нажимается и удерживается до сигнала микропроцессора (46) о том, что сигнал им был понят как первый запуск («первый триггер», «first trigger»), который инициирует цикл калибровки. Немедленно после этого процессор инструктирует контроллер на установку электродвигателю вентилятора первой (основной) скорости (приблизительно 110 л/мин). О начале калибровки свидетельствует постоянное мигание сигнальных лампочек. При продолжении активации переключателя (36) электромотор вентилятора автоматически ускоряется посредством команд контроллера, задаваемых ему микропроцессором. Во время калибрационного цикла оператор оставляет переключатель (36) активированным и в это время он наблюдает за индикатором потока воздуха (42). Оператор отжимает переключатель, когда определение завершено, т.е. когда достигнута заданная величина воздушного потока (set motor speed to base line — приблизительно 110 л/мин). Микропроцессор воспринимает это отжатие кнопки как «второй триггер» («second trigger») цикла калибровки — оно является для него «захватом установочной точки» (capture set point). Эта точка характеризуется для микропроцессора величинами тока (I) и вольтажа (V), подаваемых на электродвигатель (16), и определенными датчиком (49). Микропроцессор потом завершает сам калибрационный цикл и сигнализирует об этом звуковым сигналом. Логика этого процесса также показана на рис. 60.

Техническая задача 6. Фильтрация воздуха на выдохе пользователя PAPR

Необходимость в СИЗ данного типа появилась в начале 1990-х гг., когда пандемия СПИДа породила миллионы больных с ослабленной иммунной системой. Кроме ВИЧ-инфицированных в больничных стационарах стали скапливаться большие количества пациентов с глубоким поражением иммунной системы другой этиологии. Среди них онкологические больные после лучевой терапии и лечения цитостатиками; больные сывороточными гепатитами; лица, перенесшие операции по поводу трансплантации органов; престарелые и др. Для работы с таким контингентом медицинскому персоналу потребовались СИЗ не только защищающие их от возможного заражения, но и гарантирующие больным безопасность от микроорганизмов, выделяемых медицинскими работниками при дыхании. Традиционные маски не обеспечивали такой защиты, так как быстро пропитывались влагой выдыхаемого воздуха и становились проницаемыми для микроорганизмов в обе стороны фильтра.

Вентилятор «на выход»

Американская компания KIMBERLY CLARK CO. (US6257235, 28.5.1999) предложила установить вентилятор не «на вход», а «на выход» в рамках очень простого для использования потребителем респиратора (рис. 61). Фильтрующее основание (16) респиратора (10) может включать верхнюю панель (22) трапецообразного типа. Верхняя панель (22) и нижняя панель (20) могут иметь одинаковую конфигурацию и быть соединенными вдоль третьих сторон. Четвертая, не склеенная сторона верхней панели (20) составляет верхний угол (24) такой маски и располагается поперек носа и щек пользователя (12). Подобным же образом четвертая, не склеенная сторона нижней панели (22) образует нижний угол (26) маски. Маска удерживается на голове пользователя с помощью эластичных ремешков (28 и 30). На маску закрепляется вентилятор (14) в пластиковом корпусе (15). Обычно это типовой куллер компьютерного hard drive. Вентилятор может быть заменяемым и использоваться многократно. В предпочтительном исполнении вентилятор (14) присоединяется к нижней части маски (22). Он работает на всасывание воздуха из маски в пределах ее внутреннего объема, способствуя комфорту дыхания пользователя. Последний может переключать режимы работы вентилятора, выбирая между принудительным удалением воздуха из подмасочного пространства и, наоборот, нагнетая его туда. В варианте, показанном на рисунке технического решения, вентилятор закреплен на респираторе скотчем (34). Однако его можно закрепить с помощью застежек и крючков, поместить в специальный кармашек. Вентилятор может сам иметь воздушный фильтр (17) и подавать уже отфильтрованный воздух, либо выводить его, предварительно фильтруя. Часть маски (10), соединенной с вентилятором, может быть из другого материала, чем остальная часть фильтра (16).

На рис. 62 вентилятор (14) присоединен к маске через контроллер (36). Он может запускаться on/off-переключателем (38), устройство (40) контролирует скорость работы вентилятора, а переключатель (42) выбирает направление прокачки воздуха.

Фильтр «на выход»

Компания 3M INNOVATIVE PROPERTIES CO (US6250299, 28.05.1999) предложила PAPR, исключающий возможность как инфицирования медицинского работника бактериальным аэрозолем, каплями крови и тканевых жидкостей, так и передачу возбудителей инфекции от врача к больному (рис. 63).

Защитная система (20), включающая прочный защитный экран из прозрачного поликарбоната (22), подсоединенный к изгибаемой опорной раме лопатовидной формы из пластика на основе полиолефинов (24), аккуратно пригоняемой к голове пользователя. Защитный экран, будучи опущенным вниз, образует дыхательную зону, куда поступает воздух (стрелками показано направление воздушного потока) из генератора воздушного потока (36). Воздух затягивается через входное отверстие (41) и выводится через выходное (39). После активизации вентилятора скорость воздушного потока устанавливается 50 л/мин, однако оптимальной является скорость равной от 70 до 220 л/мин. Наиболее подходящим генератором воздушного потока является электродвигатель модели W-2949 motor/blower (Minnesota Mining & Manufacturing Company, St. Paul, Minn., известной как «3M»). Фильтр, представленный на рис. 63, изготовлен в виде мешка из гибкого многослойного материала и имеет наружный защитный слой из холста (38). Однако могут использоваться и другие типы фильтров, в зависимости от цели применения PAPR. Источник тока (40) находится в пределах фильтра. Контроль за работой вентилятора осуществляется с помощью реостата. Подмасочное пространство имеет (или может иметь, когда это необходимо) герметизирующий фильтр «на выход» (50), закрывающий пространство между щитком и лицом пользователя. Его назначение — фильтрование воздуха, выдыхаемого пользователем. В качестве фильтра используется материал TYVEK компании DuPont или другие нетканые материалы.

Заключение

Технический уровень современного респиратора с механической очисткой воздуха очень высок. Он включает, как минимум, систему управления дыханием, позволяющую приблизить работу вентилятора к нормальному синусоидному дыханию человека, учитывающему интенсивность его работы. У респираторов более высокого класса появляется большое количество датчиков разного назначения, управляемых микропроцессором. В совокупности они делают эксплуатацию такого СИЗ более эффективной и надежной. Современные PAPR оснащены средствами связи и громкоговорящими устройствами. Уже практически ни одна фирма, продающая СИЗ, не обходится в своей рекламной продукции без демонстрации PAPR. Судя по патентной активности фирм-разработчиков, в ближайшие годы на рынке СИЗ будут востребованы респираторы данного типа, предназначенные для использования в больницах, специализирующихся на лечении пациентов с ослабленной иммунной системой, а также очень дорогие («навороченные») модели, предназначенные для VIP-пользователя. Отмечается отчетливая тенденция к уменьшению габаритов PAPR, вплоть до устранения из их конструкции защитной маски. Однако анализ динамики патентования PAPR и, в особенности, объема патентных притязаний, показывает, что эти средства уже прошли пик своего развития.

Если первые запатентованные технические решения носили принципиальный характер, например, управление потоком воздуха позволяло получать реально работающие конструкции PAPR, то усовершенствования, патентуемые с середины 1990-х гг., относятся к «расширению применения технологии по горизонтали». Т.е. они представляют собой примеры решения частных технических задач. Принципиальные технические решения имеют возраст, превышающий срок действия защищающих их патентов. Это обстоятельство не только позволяет разрабатывать и производить отечественные PAPR, но и вызывает обоснованное недоумение при виде рекламных проспектов отечественных производителей СИЗ.

В тоже время существует одна принципиальная и нерешенная до сих пор техническая задача, решение которой может определить «второе дыхание» PAPR. В настоящее время такие респираторы не могут работать в атмосфере с низким содержанием кислорода. Однако конструктивно в них заложена возможность использования не только вентилятора, но и компрессора, т.е. вентилятора несколько большей мощности. Технической задачей, которую необходимо решить при создании нового поколения PAPR, должно стать обогащение кислородом воздушной смеси, поступающей в подмасочное пространство. Данная техническая задача может быть решена путем использования эффекта адсорбции молекулярных решеток. Его суть в следующем: молекулы кислорода меньше молекул азота, кислород беспрепятственно проходит через решетку, в то время как азот полностью поглощается молекулярной решеткой. Таким образом, на выходном отверстии фильтра пользователь получает воздух, обогащенный кислородом. В настоящее время уже существуют установки, работающие по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции с использованием воздуха давлением выше атмосферного на стадии адсорбции, и сбросом давления до атмосферного на стадии десорбции. При прохождении воздуха через один из двух попеременно работающих адсорберов, заполненных синтетическим цеолитом, происходит адсорбция азота на цеолитах и при этом газовая среда обогащается кислородом. При насыщении цеолита азотом воздух направляется в другой адсорбер, в отработанном адсорбере давление снижается до атмосферного и он продувается частью продукционного кислорода, при этом из цеолита удаляется адсорбированный азот и свойства цеолита восстанавливаются.

Приложение 1. Патентная активность по респираторам с механической очисткой воздуха

• Противогазы