Способ уничтожения вирусов в используемой для дыхания воздушной среде Российский патент 2023 года по МПК A61L9/00 B04C5/20 F24F1/328 

Изменившиеся условия в атмосфере при пандемии требуют защиты работающих от заражения коронавирусом, а в дальнейшем возможно и от других инфекций. Единственным не защищенным внутренним органом человека от внешней среды является орган дыхания. Создание коронавирусов и увеличение концентрации населения привело к возможному заражению населения, поэтому встал вопрос о защите органов дыхания от попадания коронавирусов извне на различных рабочих местах.

Цель изобретения. Защита органов дыхания от инфекций и обеспечение комфортных условий при дыхании.

Способ предназначен для подачи обеззараженного воздуха ответственным потребителям на стационарных рабочих местах, таким как врачи инфекционных отделений (в маски или в защитные костюмы), или в объемы, из которых поступает воздух на дыхание, а также руководителям управляющих центров (гражданских и военных) и работникам различных специальностей в условиях работы в среде с вирусами при пандемии, обеспечивая регулирование температуры и давление воздуха.

Сущностью изобретения является уничтожение и удаление погибших вирусов до подачи воздуха на дыхание за счет сжатия воздуха в компрессоре, где значительно повышается температура воздуха при его сжатии, центрифугирования вирусов в вихревой трубе в пристеночный слой с повышением температуры в отсепарированном потоке, измельчение и разрушение конструкции вирусов за счет центробежных сил и сил трения, регулирование температуры и давления подаваемого на дыхание воздуха в вихревой трубе и подача его на дыхание. Вирусы разрушаются (особенно их присоски), погибают при высокой температуре, поэтому на дыхание будет подаваться воздух при полном уничтожении и последующем удалении погибших вирусов с горячим потоком воздуха, если используется потребителем холодный воздух, а если используется потребителем горячий поток воздуха, то погибшие вирусы задерживаются фильтром, предотвращая попадание их в органы дыхания.

Известен способ защиты сварщика от продуктов сгорания металлов и прочих материалов за счет подачи стороннего свежего воздуха в зону дыхания под сварочную маску. При этом продукты горения при сварке вытесняются из-под маски и не попадают под маску и на дыхание. Способ реализуется в патенте Украины №19452 А «Маска захисна» от 25.12.2097 г.

Известен также кондиционер для сварщика по патенту Украины №19453 А При этом воздух в зоне дыхания не связан с продуктами горения, образующимися при сварке, которые также вытесняются из-под маски, и сварщик дышит охлажденным внешним чистым воздухом, забранным вне зоны сварки

Для индивидуальной защиты от вирусов используют защитные костюмы, которые периодически необходимо менять. Однако, костюм не защищает органы дыхания человека от вирусов.

Известен способ защиты органов дыхания и организма в целом путем вентиляции помещений [1]. Недостатком способа является не полная очистка воздуха помещения, а также то, что поступающий из атмосферы воздух так же содержит вирусы и полное исчезновение и уничтожение вирусов в помещении невозможно.

Для защиты от вирусов используют разнообразные фильтры. Известен способ защиты от вирусов путем установки фильтра перед поступлением воздуха на дыхание [2]. Недостатком способа является не полная очистка воздуха от инфекций и вирусов, накопление живых вирусов в фильтре и увеличение вероятности их проникновения через фильтр и заражение организма, а также необходимость периодической очистки фильтра или замены его. Уничтожение вирусов в фильтре не происходит.

Ниже изложено, как осуществляется предлагаемый способ.

Известна сепарация радиоактивных частиц при обогащении урана в центрифугах, вращающихся со скоростью около 100000 оборотов в минуту. В вихревой трубе при диаметре 0,05 м скорость на срезе сопла составляет 330 м в секунду, что дает 2200 оборотов в секунду или 132000 оборотов в минуту, т.е. такого же порядка, как и в центрифуге. Размер вируса составляет порядка 100 нм. В одном нм укладывается 10 атомов водорода, т.е. масса вируса будет составлять порядка 1000 масс атома водорода, т.е. в 4 раза больше атома урана -235. Следовательно, на вирус будут действовать такие же силы, как и при центрифугировании урана, разделяющего уран -235 и уран 238, разделить которые при почти одинаковой массе неимоверно труднее, чем вирус от воздуха. Плотность вируса на много выше плотности окружающего его воздуха и на него поэтому действуют значительные центробежные силы и его легко возможно переместить в пристеночную зону вихревой трубы горячего потока, где он должен разрушаться, погибать при высокой температуре горячего потока и удаляться от потока, идущего к потребителю. Вихревые трубы широко используются для измельчения твердых частиц и получения нано частиц. Вирусы, как и флуктуирующие объемы высокой плотности и высокой температуры, легко перемещаются под действием центробежных сил в пристеночный слой вихревой трубы. Вирусы по плотности соизмеримы с плотностью жидкости, что в сотни раз выше плотности воздуха, поэтому испытывают при этом значительные действия сил инерции. При этом, перемещение вирусов в пристеночный слой сопровождается автоколебания отдельных флуктуирующих объемов повышенной плотности и повышенной температуры, создающих горячий пристеночный слой. Вирусы испытывают при вращении и колебаниях значительные ускорения, как и при измельчении твердых частиц, и - разрушаются, особенно их присоски. При этом перемещающиеся флуктуирующие объемы имеют температуру, значительно превышающую температуру горячего потока в целом, что и позволяет уничтожать вирусы под действием температуры, сил инерции и сил трения.

Для защиты от вирусов в помещении или в воздухе, поступающем на дыхание, предлагается предварительно сжимать воздух в компрессоре, а затем после теплообменника - направлять в вихревую трубу, где имеют место автоколебания и происходит при этом разделение воздуха на холодную и горячую составляющую, в которой продолжается уничтожение вирусов за счет высокой температуры и интенсивного колебательного процесса, приводящего к измельчению любых частиц, в том числе и вирусов в горячей части пристеночного слоя вихревой трубы, а далее - одна из составляющих используется для подачи в помещение или на дыхание или на охлаждение костюма, если он используется, а вторая составляющая - с погибшими вирусами и иными включениями - выбрасывается вне пространства потребления - в атмосферу.

Достоинством предлагаемого способа защиты от вирусов является полное уничтожение и удаление вирусов в используемой воздушной среде до потребителя и регулирование температуры и давления воздуха, направляемого потребителю. При отсутствии в помещении источников заражения при защите только от вирусов в атмосфере отпадает необходимость использования защитных костюмов. Применение предлагаемого способа позволяет не только защищать от вирусов человека или воздуха в помещении, но и создавать необходимые комфортные условия по температуре потребителю воздуха, а при необходимости - и по давлению, обеспечивая избыточность его и принудительное проникновение в органы дыхания или помещение, что увеличивает поступление в них кислорода в связи с увеличением плотности воздуха.

Изменившиеся условия в атмосфере в связи с появлением в ней инфекции потребуют защиты органов дыхания работников различных профессий при восстановлении производства.

Предлагаемый способ полезен не только при охлаждении, но и при необходимости нагрева объекта с точки зрения энергосбережения, как тепловой насос, вбрасывая в систему дополнительную энергию от низко потенциального (холодного) наружного воздуха и выбрасывая охлажденный в вихревой трубе воздух, температура которого ниже температуры наружного воздуха, заменяя тем самым кондиционер, в котором многократно циркулирует воздух в объеме помещения с вирусами, многократно увеличивающего вероятность заражения пропорционально циркуляции воздуха, а предлагаемый способ подает потребителю свежий наружный воздух без циркуляции, прошедший через компрессор и вихревую трубу с горячим потоком, уничтожившем вирусы. Для сбора погибших вирусов перед потребителем следует устанавливать фильтр - отстойник.

На фиг. 1 показано устройство вихревой трубки. Она состоит из тангенциального сопла - 1, подающего воздух в вихревую трубу цилиндрической или конической формы, где воздух закручивается и разделяется по радиусу на холодный и горячий потоки - 3; диафрагмы - 4 с центральным отверстием, через которое выходит охлажденный поток воздуха, и дросселя 2, регулирующего температуру и количество охлажденного воздуха. Через дроссель выходит поток нагретого воздуха с погибшими вирусами. Температура и давление холодного или горячего потока воздуха регулируется дросселем - 2. По мере прикрытия дросселя температура горячего потока будет возрастать. В зависимости от климатических условий (зима, лето) потребитель подключается к холодному (Фиг. 2) или горячему (Фиг. 3) потоку и регулирует дросселем температуру холодного (или горячего) потока воздуха.

На фиг. 2 показана схема подключения потребителя к обеззараженному холодному потоку воздуха. Воздух из атмосферы поступает в компрессор 5, где сжимается и повышается его температура до 100 и более градусов, при которой вирусы погибают, поступает в теплообменник 6, где он имеет возможность (при необходимости) охлаждаться окружающим воздухом, после чего поступает в вихревую трубу 7 и разделяется на охлажденный и нагретый потоки, в котором вирусы подвергаются дополнительному воздействию высокой температуры и выбрасываются вне зоны потребления.

Охлажденный поток проходит через фильтр - отделитель 8, где осаждаются случайно попавшие погибшие вирусы и другие посторонние включения, а далее воздух поступает потребителю 9, после которого выбрасывается в атмосферу. Использование вихревой трубы позволяет сепарировать вирусы в подогретый поток, выбросить их вне зоны дыхания и регулировать температуру холодного потока воздуха.

На фиг. 3 показана схема подключения потребителя к обеззараженному нагретому потоку воздуха в зимнее время Воздух из атмосферы поступает в компрессор 10, где он сжимается, повышается его температура и при высокой температуре порядка 100-200°С уничтожаются вирусы, а затем поступает в вихревую трубу 11, где он разделяется на охлажденный и нагретый потоки, в котором вирусы дополнительно подвергаются воздействию высокой температуры, измельчению во вращающемся потоке и погибают, а затем по трубопроводу 12 поступают в теплообменник 13, где воздух охлаждается окружающей средой и поступает в фильтр - отстойник 14 и далее - потребителю 15, после которого использованный воздух выбрасывается в атмосферу. С ростом давления на выходе из компрессора (степени сжатия) растет температура воздуха и повышается эффективность уничтожения вирусов в компрессоре. Установка вихревой трубы дополнительно повышает температуру подогретого потока, что дополнительно повышает эффективность уничтожения вирусов или позволяет понизить степень сжатия воздуха в компрессоре, что уменьшит его мощность.

Такой способ необходим для потребителей, нуждающихся в стерильно чистом воздух с регулируемой температурой и давлением.

Использованные источники:

1. Литвинова, Н.А. Вентиляция и качество воздуха в зданиях городской среды: монография / Н.А. Литвинова. - Москва: ИНФРА-М, 2020. - 175 с. - (Научная мысль). - www.dx.doi.org/10.12737/monography_5bbb658d447208.82023948. - ISBN 978-5-16-106440-5. - Текст: электронный. - URL: https://new.znanium.com/catalog/product/1045622 (дата обращения: 24.05.2020) 2. Новиков, В.К. Индивидуальные и коллективные средства защиты человека [Электронный ресурс]: Учебное пособие / В.К. Новиков. - Москва: МГАВТ, 2013. - 268 с. - Текст: электронный. - URL: https://new.znanium.com/catalog/product/447697 (дата обращения: 24.05.2020).

Изобретение относится к области медицины, а именно к методам дезинфекции, и может быть использовано для уничтожения вирусов в используемой для дыхания воздушной среде. Воздух из атмосферы подают в компрессор, сжимают и повышают его температуру до 100 и более градусов. После чего воздух подают в теплообменник и далее в вихревую трубу цилиндрической или конической формы, которая состоит из тангенциального сопла для подачи воздуха в вихревую трубу, диафрагмы и дросселя, выполненного с возможностью регулирования температуры и количества охлажденного воздуха. Способ обеспечивает защиту человека от вирусов за счет нагревания воздуха и подачи его в вихревую трубу. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ уничтожения вирусов в используемой для дыхания воздушной среде, заключающийся в том, что воздух из атмосферы подают в компрессор, сжимают и повышают его температуру до 100 и более градусов, после чего воздух подают в теплообменник и далее в вихревую трубу цилиндрической или конической формы, которая состоит из тангенциального сопла для подачи воздуха в вихревую трубу, диафрагмы и дросселя, выполненного с возможностью регулирования температуры и количества охлажденного воздуха.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в зависимости от климатических условий температуру потока воздуха, направляемого потребителю, регулируют дросселем.