Протигазова маска

Протигазова маска, що містить корпус з панорамним моноокуляром, обтюратор, систему кріплення на голові користувача, центральний вузол для приєднання фільтро-поглинаючої системи та дефлектора, а також пристрій для вживання рідини та рідкої їжі, які мають металізовані елементи, яка відрізняється тим, що з її внутрішньої сторони, по поверхні прилягання до голови та носоглотки, а також в місцях контакту металізованих елементів з маскою, прикріплені теплопровідні ділянки графітової гуми. Винахід відноситься до галузі екології, а саме до засобів індивідуального захисту органів дихання і шкіри і може бути використаний для захисту органів дихання людини, очей та поверхні обличчя від впливу отруйних, радіоактивних, сильнодіючих токсичних речовин та біологічних аерозолів під час роботи в умовах непридатної для дихання атмосфери, для захисту особового складу військ, цивільного населення, у тому числі дітей, від наслідків застосування зброї масового знищення, сильнодіючих о труйних речовин, а також у різних галузях народного господарства. Відомі протигазові маски ШМ-41М, ШМС, ШМГ, ШМ-ббМу, ШМБ [1, 2, 3, 4], що складаються із корпуса, окулярного вузла, клапанної коробки, обтікачів та системи кріплення на голові, можуть бути додатково обладнані підмасочником, обтюратором, переговорним пристроєм та системою прийому рідини. Відома протигазова маска МР-5, що складається із корпуса з панорамним візиром, обладнана пристроєм для вживання рідини і рідкої їжі, з внутрішньою півмаскою, обтюратором, системою кріп лення на голові, центральним вузлом для приєднання фільтро-поглинаючої системи та дефлектора, що забезпечує не запотівання панорамного візиру, розроблена фірмою MASKPOL® S.A. (Польща) [5]. Найбільш близьким до заявляє мого пристрою є протигазова маска [Деклараційний патент України на корисну модель №14827], що містить корпус з панорамним візиром, внутрішню півмаску, обтюратор, систему кріплення на голові, центральний вузол для приєднання фільтро-поглинаючої системи, дефектор, пристрій для вживлення рідини та рідкої їжі та герметичні ємності з еластичного матеріалу, що прикріплені по лінії обтюрації обличчя і носорогового трикутника. Недоліком відомої протигазової маски є значне часове обмеженнями безперервного у ній перебування. Настанови по застосуванню такого засобу у особливих умовах вимагають передбачати заходи щодо обмеження часу безперервного перебування або забезпечення періодичного безпечного відпочинку людей у спеціально обладнаних укриттях, де відсутній вплив небезпечних ре (19) UA (11) 84782 (13) C2 (21) a200701306 (22) 08.02.2007 (24) 25.11.2008 (46) 25.11.2008, Бюл.№ 22, 2008 р. (72) ГОЛОВКО ВОЛОДИ МИР МИКОЛАЙОВИЧ, U A, ПЕТРОПАВЛІВСЬКИЙ ЄВГЕН ІГОРЕВИЧ, UA, СЕЛІВЕРСТОВ АН АТОЛІЙ ЄВГЕНОВИЧ, UA, ТРЕТЯКОВА ЛАРИСА ДМИТРІВНА, U A (73) ГОЛОВКО ВОЛОДИ МИР МИКОЛАЙОВИЧ, U A, ПЕТРОПАВЛІВСЬКИЙ ЄВГЕН ІГОРЕВИЧ, UA, СЕЛІВЕРСТОВ АН АТОЛІЙ ЄВГЕНОВИЧ, UA, ТРЕТЯКОВА ЛАРИСА ДМИТРІВНА, U A (56) WO 0025615, 11.05.2000 US H1361, 04.10.1994 GB 2264646, 08.09.1993 RU 47752, 10.09.2005 RU 2301094, 10.02.2006 Богословский В.И. Строительная теплофизика. М.:Высшая школа, 1970. 3 84782 човин. Згідно Методиці [7], безперервне перебування в протигазі в залежності від температури навколишнього середовища становить: від 0,3 години, при температурі рівній чи більшій 30°С; до 3 годин, при температурі рівній чи меншій 15°С, що значно обмежує можливості використання робочого потенціалу людини в складних умовах. Необхідність перебування у протигазі пов'язана з смертельно небезпечними навколишніми умовами - наявності отруйних, радіоактивних, сильнодіючих токсичних речовин та біологічних аерозолів, при цьому альтернатива відсутня. Перебування у цих умовах не передбачає припинення виконання поставлених бойових завдань, і як правило пов'язане з великим фізичним навантаженням, яке при даних обставинах значно посилюється, а перебування в засобах індивідуального захисту, куди відносяться протигази, призводе до додаткового теплового перегріву організму. Матеріал з якого виготовлена протигазова маска - гума [8], характеризується значенням тепло провідності ( l ) від 0.13 до 0.16Вт/(м С). Матеріали з показниками теплопровідності менше 0.2Вт/(м С) відносяться до категорії теплоізоляційних матеріалів. При цьому відведення тепла, у тому числі надлишкового, з підмасочного простору не проводиться. Голова людини становить до 14% площі поверхні шкіри. Маска у надітому стані, по експертній оцінці, екранує до 60% площі голови зменшуючи при цьому на такий же відсоток і безпосередньо тепловідведення. Самопочуття та працездатність людини в значній мірі залежать від фізіологічної системи терморегулювання організму, яка нормально функціонує при температурі 36.6°С Для підтримки постійної температури та забезпечення фізіологічних процесів організм людини безперервно виробляє тепло, яке виділяється в навколишнє середовище. Загальний тепловий (енергетичний) баланс людини [9] характеризується рівнянням: Qл ± QлКонв ± QлВипрм - QлВипаров- Q лРобота- QлФізіол± DQл = 0 де: Q л - теплопродукція організму (загальна кількість енергії яку виробляє організм людини), Вт; Q лКонв, Q лВипром, QлВипаров - складові теплообміну людини конвекцією, випроміненням поверхні тіла та витрати тепла на випаровування вологи, Вт; Q лРобота - теплопродукція (енергії) на механічну роботу, Вт; Q лФізіол - теплопродукція на фізіологічні процеси, Вт; DQл - надлишок (накопичення) чи недостача тепла в організмі, Вт. Тепловіддача організму суттєво збільшується при збільшенні фізичного навантаження, що виконує людина. Теплопродукція ( Q лРобота ) пов'язана з виконанням розумової або фізичної праці, становить, наприклад, ккал/год: знаходження стоячи у стані покою - 85, читання лекцій -170-270, робота коваля - 250-420, піднімання у гору - 670770, максимальна м'язова робота -1670. При цьому тяжкі умови праці оцінюються величиною більше 250ккал/год. Теплопродукція на фізіологічні процеси ( Q лФізіол ) не перевищують 10ккал/год, і як правило не враховується. З аналізу рівняння (1) видно, що основні три параметри терморегулювання організму, стосовно відведення тепла в навколишнє середовище Q лКонв, Q лВипром, QлВипаров - ізольовані від нього гумою протигазової маски. Якщо теплопродукція організму і втрати тепла не збалансовані, то в організмі проходе його накопичення ( DQл ) яке пов'язане з підвищенням температури, чи її дефіцитом. Тепловий стан людини у цих умовах не 4 (1) оптимальний, а умови в яких вона знаходиться є дискомфортними. Умови теплового напруження значно ускладнюють життєдіяльність організму людини особливо в жарку погоду. Система терморегулювання організму дозволяє в певних межах забезпечувати тепловий баланс, проте ці можливості вкрай обмежені. При любих умовах рекомендовано щоб кожна частина голови віддавала тепло випроміненням, а не поглинала його [9]. Доцільно також враховувати, що кількість небезпечних випадків різко збільшується при відхиленні температури від оптимальної на 3-5°С, що є суттєвою величиною при виконанні завдань у протигазах в умовах великих фізичних навантажень. З характеристик високих температурних параметрів України приведених на схемах 1-2 видно, що ця проблема для країни є актуальною, так як значну частину теплого періоду року температура 25°С і вище становить від 35 до 90 днів на рік (1025%), на 95% території держави, з ймовірністю 9498% [10, 11]. Відомо, що тепло переходить від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. Цей процес ефективний коли температура зовнішнього середовища менша від температури тіла. Відповідно [12] максимальна загальна кількість відведеного тепла становить 112.2ккал/год, тепловіддача організму людини, по різним джерелам, оцінюється, %: випроміненням від 43.8 до 59.1; конвекцією від 14.2 до 33.1; випаровуванням від 23.1 до 29.1. При цьому на першому місці стоїть випромінення яке може відводитись теплопровідними матеріалами. Розрахунки технічних результатів ефективності винаходу приведені нижче. Щільність теплового потоку розраховується рівнянням [8]: D Qл (1) q= S 2 де: q - щільність теплового потоку, Вт/м ; 5 84782 DQл - тепловиділення людини, що потребує відведення, Вт; S - площа ділянки гуми протигазу що щільно прилягає до обличчя, 0.03м 2; При обладнанні протигазу ділянками графітованої резини щільність відведеного теплового потоку розраховується рівнянням: l графіт (Т1 - Т 0 ) qграфіт = (3) dграфіт де: qграфіт - щільність відведення теплового потоку у протигазі обладнаного ділянками графітованої резини, Вт/м 2; l графіт - теплопровідність резини графітова 6 dграфіт - товщина ділянки графітованої рези ни, 0.002м, віддаленість ділянки графітованої резини, 0.05-0.07м; Т1 - температура тіла людини 36.6°С; Т0 - температура навколишнього середовища, від 15 до 30°С [7]. З урахуванням того, що тепловідведення проводиться з підмасочного простору протигаза при проведені розрахунків, для більшої достовірності ефекту тепловідведення та консерватизму обчислень, розрахунки проводились для максимально документально визначеного [12, 9] тепловиведення людини (Qл), без відокремлення теплопродукції людини що має відводитися конвекцією та випаровуванням. ної промисловим графітом марки РВ (що має пористість 10-30%) протигазу, 60Вт/(м С) [13]; Таблиця розрахунків тепловиділення людини Вид тепло виведення показники ккал/год Вт Частка, тепловиділення що припадає на відведення 14% площі голови, Вт Частка, що припадає на відведення 60% площі голови екранованою маскою, Вт Щільність відведення теплового потоку 2 qграфіт , Вт/м Максимальна загальна кількість Тяжкі умовідведеного тепла ви праці [9] [12] 112.2 250 130.15 290.0 Піднімання угор у [9] Максимальна м'язова роботи [9] 770 893.2 1670 1937.2 18.2 40.6 125.1 271.2 10,9 24,4 75,1 162,7 363.3 813.3 2503.3 5424.0 По результатам обчислень наведених у Таблиці видно, що найбільше значення щільності відведення теплового потоку ( qграфіт ) - максималь Теплопровідність протигазу при застосуванні графітованої резини збільшиться у 375 разів: l графіт : l гума = 60 : 0 .16 . Слід також врахувати, на м'язова робота 1670ккал/год, становлять 5424.0Вт/м 2. Щільність відведення теплового потоку при температурі 15°С з ділянки графітованої резини протигазу, буде становити (60/0.002*21.6) 648000Вт/м 2, протигазу в цілому з врахуванням віддаленості ділянок (60/0.05-0.07*21.6) від 18514 до 25920Вт/м 2, у таких умовах максимальне тепловиділення 5424Вт/м 2 буде повністю відводиться від поверхні голови. При температурі 30°С щільність відведення теплового потоку з ділянки графітованої резини протигазу, буде становити (60/0.002*6.6) 198000Вт/м 2, протигазу в цілому з врахуванням віддаленості ділянок (60/0.05-0.07 *6.6) 56577920Вт/м 2, при цьому також максимальне тепловиділення 5424Вт/м 2 буде повністю відводиться від поверхні голови. Як видно з проведених розрахунків повний тепловідвід максимального тепловиділення 5424Вт/м 2 повністю буде проходити навіть при мінімальних показниках випроміненням у 43.8% 5657Вт/м 2 . Це підтверджує доцільність та ефективність винаходу, так як при цьому зменшується ймовірність отримання максимального теплового перегріву або удару. що при збільшенні температури хоча і не суттєво але збільшується теплопровідність ділянок графітованої гуми. Збільшенню теплопровідності буде також сприяти значне потовиділення шкіри, яке буде сприяти безпосередньому покращенню умов тепловідведення та збільшенню площі контакту поверхні шкіри з теплопровідними ділянками графітованої гуми, шляхом її поверхневого зволоження. У наступному відведення надлишкового тепла від ділянок графітованої гуми провадиться до розташованих зовні металізованих, наприклад напиленням алюмінію радіаторів, які розсіюють (випромінюють) це тепло ззовні. Коефіцієнт теплопровідності алюмінію 210Вт/(м С) [13]. При температурі до 35°С щільність відведення теплового потоку з металізованих ділянок протигазу, з врахуванням їх віддаленості 0.05м, становить (210/0.05 *1.6) 6720Вт/м 2, при цьому максимальне тепловиділення людини 5424Вт/м 2 буде повністю відводиться з металізованих радіаторів протигазу. В основу винаходу, що заявляється, поставлене завдання удосконалення протигазової маски, в якій розміщення теплопровідної ділянки графітованої гуми в місцях щільного прилягання маски до поверхні голови і носоглотки забезпечує відведен ( ) 7 84782 ня тепла з поверхні голови до розташованих зовні протигазової маски металізованих покриттів які мають виконувати функцію радіатора, за рахунок чого досягається покращення ергономічних умов перебування у протигазовій масці. Поставлене завдання вирішується тим, що в протигазовій масці, що містить корпус з панорамним візиром, внутрішню півмаску, обтюратор, систему кріплення на голові, центральний вузол для приєднання фільтро-поглинаючої системи, дефлектор, пристрій для вживання рідини та рідкої їжі та герметичні ємності з еластичного матеріалу, що прикріплені по лінії обтюрації обличчя і носоротового трикутника, згідно з винаходом на внутрішню сторону маски закріплені смуги з теплопровідної графітової гуми які сполучені металізованими елементами. Доцільність впровадження протигазу обладнаного пристроєм відведення тепла також поясняється схемами [10, 11]: Схема.1. - Середнє число з днів температурою повітря 25°С році та вище. Рік; Схема.2. - Середня тривалість (год) температури повітря 25°С і вище. Рік. Новим у винаході, що заявляється, є те, що проводиться цілеспрямоване відведення тепла з поверхні голови (у тому числі від головного мозку) на випромінення до металізованих елементів, які знаходяться зовні протигазової маски, якими є: кріплення панорамного монокуляра, вузол переговорноного пристрою та сполучену з ним коробку фільтра-поглинаючої системи. Протигазова маска, обладнана пристроєм відведення тепла, схематично представлена на Фіг. 1 - вид спереду та Фіг. 2. - вид ззаду. Протигазова маска містить 1 - смуги графітованої гуми, щознаходиться з внутрішньої сторони маски, 2 - панорамний моноокуляр з кріпленням, 3 - вузол переговірного пристрою, 4 - штуцер кріплення протигазової коробки, 5-елементи кріплення на голові користувача, 6-пристрий для вживання рідкої їжи та рідини, 7-дефлектор. Протигазова маска працює наступним чином. При експлуатації людиною одягають протигазову маску так, що смуги 1 графітованої гуми щільно приляганням до поверхні голови і носоглотки. У разі суттєвого тепловиділення людини пов'язаного з значним зовнішнім тепловим впливом при великому м'язовому навантаженні, проводиться відведення з поверхні голови надлишкового тепла людини до розташованих зовні рефлекторів які розсіюють (випромінюють) його ззовні. Таким чином, запропонована протигазова маска забезпечує можливість більш зручно і тривалий час виконувати покладені завдання, у тому числі пов'язаних з розумовою діяльністю, в складних умовах забрудненого середовища, при значному зовнішньому тепловому впливі та максимальному м'язовому навантаженні так як забезпечується високий ступінь відведення тепла від життєво важливих органів людини у тому числі головного мозку, що значно зменшить ризик отримання надлишкового теплового перегріву або уда 8 ру, у ході виконання завдань при великій зовнішній температурі та максимальний м'язових навантаженнях. Обладнання протигазової маски пристроєм відведення тепла істотно зменшить ризик втрати свідомості від теплового перегріву або удару, поліпшить комфортність перебування, суттєво збільшить час безперервного перебування в протигазі за рахунок зменшення температурного впливу на працездатність захищеної протигазом людини, особливо в умовах пов'язаних з значним зовнішнім тепловим впливом при максимальному м'язовому навантаженні та в цілому покращить ергономічність протигазової маски. Джерела інформації: 1. Защита от ор ужия массового поражения / Под ред. Мясникова В.В. - М.: Воен. изд., 1989. 398с. 2. Пам'ятка військовослужбовцю: Зброя масового ураження та захист від неї / Під заг. ред. Литвака В.М. - К.: Міністерство оборони України, 2003. - 88с 3. Новейшие средства защиты органов дыхания и кожи: (Все о противогазах, респираторах и защит, одежде) Учеб. пособие для подгот. рук. и команд, состава объектов пром-сти, сел. хоз-ва, орг., учреждений, учеб. заведений, бойцов формирований всех спец., преподавателей ОБЖ, учеб. - метод, центров и курсов ГО, рабочих, служащих и всего остального населения по тематике ГО и ЧС / В.В.Вознесенский, А.П.Зайцев. - М., 2000. - 77с: ил. - (Библиотечка журнала "Военные знания"). 4. Олонцев В.Ф. Российские промышленные противогазы и респираторы: Каталог - справочник / В.Ф. Олонцев, В.В. Олонцев. - Пермь; ГУ Пермский ЦНТИ, 2005. - 79с. 5. Головко В.М. Перспективні засоби індивідуального захисту шкіри та органів дихання // Військо України. - 2003. - №7-8. 6. Головко В.М., Селіверстов А. Є. Деклараційний патент на корисну модель (протигазова маска) від 15.5.2006 року №14828. 7. Методика оценки радиационной и химической обстановки по данным разведки гражданской обороны/Под ред. Максимова М.Т. - М.: Воен. изд., 1980. - 96с. 8. Теоретические основы теплотехники. Книга 2. Справочник./Под общей ред. Григорьева В.А. и Зорина В.М. - М.: Энергоатомиздат., 1988. - 560с. 9. Строительная теплофизика./ Богословский В.И. - М.: Высшая школа., 1970. - 96с. 10. Температура воздуха на Украине. Под ред. канд. геогр. наук В.Н. Бабиченко. Украинский региональный НИГМИ. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1987г. - 398с. 11. Клімат України. Под ред. В.М. Ліпіньского і др. - Київ, 2003. - 417с. 12. Лучистая энергия и ее гигиеническое значение. / Галанин Н.Ф. - Л.: Медицина, 1969. - 184с. 13. Теплотехнический справочник. Том 2./Под общей ред. Юренева В.Н. и Лебедева П.Д. - М.: ЭНЕРГИЯ., 1976. - 897с. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84782 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601