Дополнения к системам костюма биологической защиты с улучшенной комфортностью. Вентиляция и выход
Первая моя статья
была встречена небольшой волной огульной критики и немого негодования. Последнее я не считаю конструктивным. Были возмущенные выкрики от специалистов занимающихся всю жизнь очковтирательством в какой-то близкой области. Так же было послание от Хорошего Человека (со слезами и укорами Родной Матери) отбросить все эти «фантазии» - (видимо ругательное слово) и... Хороший Человек решил серьезно поучить меня жить и твердо стоять ногой на Планете Земля, в чем сам видимо здорово преуспел. Где-то я уже все это читал. Впрочем, что бы показать, что это все-таки не «фантазии», я продолжаю.
Список оборудования скафандра
Система общей вентиляции данной СИЗ выполняет одну из базовых функций. Список задач тут следующий.
Система вентиляции приточного типа гонит воздух под скафандр, предварительно обеззараживая его от микробов и вирусов.
Вентиляционная система вытяжного типа удаляет воздух из скафандра так же обеззараживая его.
Идея состоит в том, что обе эти системы работают не каждая самостоятельно, а управляются непосредственно с дыханием. Это должно напоминать принцип работы акваланга. Приток воздуха включается дыханием ныряльщика. Ныряльщик делает вдох, мембрана реагирует на изменение давления, и начинает поступать воздух. Однако есть определенные отличия и дополнения. В предлагаемом здесь принципе работы дыхание включает не только приток, но и обратный отток воздуха. Следует добавить, что на минимальных оборотах сама циркуляция воздуха создаваемая приточной и вытяжной вентиляцией работает постоянно. Это слабая циркуляция воздуха для поддержания небольшого избыточного давления внутри, что бы предотвращать внешнее проникновение. При вдохе обороты приточного вентилятора увеличиваются и воздух начинает подаваться более интенсивно. При выдохе наоборот, обороты приточного вентилятора падают, а вытяжной вентилятор увеличивает мощность забирая лишний воздух.
Все вентиляторы вместе с моторами и системами обеззараживания должны быть расположены на съемном блоке и подключаются к системе вентиляции самого скафандра через специальные фланцы с клапанами. Эта система должна представлять из себя ходы доставляющие воздух в различные части скафандра или забирающие его оттуда. Эти ходы сделаны из той же ткани, что и сам скафандр и укреплены кольцами титановой проволоки.
Весь тканевый комплект - сам рабочий костюм и соединенная складная палатка, будет заменяемым или одноразовым.
Систему вентиляции и манжеты для замены перчаток предполагается изготавливать так же из титана. Это сделает данное оборудование легко дезинфицируемым и годным к многоразовому использованию.
Таким образом тканевая часть всего комплекта данной СИЗ является по сути дела одноразовой, другая титановая часть легко дезинфицируется.
Первая система вентиляции предназначена для наполнения воздуха и разворачивания палатки. В сам костюм при этом воздух не подается и он остается в свернутом состоянии. В данном случае так как надо просто развернуть палатку воздух подается постоянно и непрерывно. Вторая система уже подает необходимый воздух в костюм. Идет подача рабочего притока свежего воздуха под шлем и удаление выдоха. В этой системе режим прерывистый, регулируемый дыханием. Третья система подает воздух в рукава к манжетам для сброса грязных перчаток. Третья система может работать параллельно со второй. Но в большинстве случаев, очевидно шлем с головы снимается в первую очередь, и подача воздуха под него прекращаться. Персонал постепенно перебирается в палатку, которая уже достаточно накачивается из первой системы.
Кроме того возможно организовать четвертую систему просто охлаждаемый режим. Усиленная циркуляция воздуха во всем костюме в жарком помещении.
Для работы в холодном помещении следует предусмотреть подогрев поступающего под шлем воздуха во избежание переохлаждения и простуды.
Переключение между системами регулируется клапанами. Группа клапанов расположена позади вентиляторов в съемном блоке. Выходы с клапанов соединяются с фланцами и переходниками на ткани самого комплекта костюма и палатки. Откуда воздух уже поступает в собственные системы костюма по собственным трубкам той или иной системы.
Для надежности вентиляторы должны быть дублированы. На приток должны работать два вентилятора и на вытяжку так же два. При этом для комфортного дыхания должно быть достаточно работы одного вентилятора на вдох и одного на выдох. Удобнее всего здесь использовать двигатели от квадрокоптеров. При этом сами вентиляторы должны иметь собственную конструкцию и безопасные чехлы. Поскольку это все должно находиться во внешнем съемном блоке для лучшего обеззараживания в качестве материала лучше использовать титан. Микроконтроллер с системами управления моторами должен быть расположен в герметичном корпусе. Аналоговые входы микроконтроллера подключаются к нескольким датчикам атмосферного давления и другим датчикам (присутствия) встроенным в сам костюм под шлемом. Выходы микроконтроллера управляют работой моторов по той же схема как и квадрокоптерах.
Для обеззараживания воздуха возможно использовать фильтры со съемными картриджами. Эти фильтры могут иметь различную конструкцию, а картриджи различные уровни биозащиты. Уровни биологической защиты всего костюма так же могут быть усиленны. Этого можно достигнуть подключением других активных способов обеззараживания. Однако при этом следует соблюдать осторожность.
Использование ультрафиолета для обеззараживания воздуха имеет ряд проблем. Нет точно доказанной эффективности использования ультрафиолета. Более жесткое излучение может быть опасно для организма. Жесткий ультрафиолет вырабатывает озон, который при длительном вдыхании оказывает вредное воздействие на эритроциты. То же самое можно сказать об источниках озона другого принципа действия.
Возможно эффект дадут самые простые решения. Например располагать трубку забора воздуха желательно позади и выше головы. Это конечно может вызвать некоторую реакцию своим сходством с костюмом для ныряния, но чем выше и дальше от больного, тем немого чище воздух.
Так же как существует отложенный спрос на определенные продукты, так должен существовать и отложенный спрос на инновации. Одежда, которая сама автоматически застегивается, после того как человек одел ее, давно уже описана во многих фантастических произведениях хороших и не очень. Несмотря на то что подобная функция достаточно востребована (учитывая такую человеческую черту как абсолютную лень), изготовители одежды не спешат идти на встречу желанию, точнее полному отсутствию желания пошевелить лишний раз даже пальцем. И на самых высоких подиумах самой высокой моды, где представляется то, что никто никогда носить не будет, что бы платье само закрывалось и застегивалось без малейшего участия рук, это как бы не в текущем тренде. Ну я такого не видел.
Однако в случае защитной одежды такая возможность имеет решающее значение. Многие исследователи вируса Эболы пострадали именно тогда, когда пытались выбраться из своих защитных костюмов. Понятно, что именно когда человек снимает с себя такой комбинезон, очень трудно избежать того, что бы не коснуться каких-то внешних частей. На конкурсе Ebola Grand Challenge организованном U.S. Agency for International Development в 2014 году победу одержала команда CBID университета Джона Хопкинса. Они представили костюм специальным образом расстегивающийся сзади головы таким образом, что бы затем можно было безопасно из него выбраться.
Впрочем этот костюм так же расстегивался вручную. Проблема была кажется в себестоимости, цена СИЗ на должна была особо превышать $12- 14 или 1000 рублей. Однако тут следует очевидно сделать поправку на время эксплуатации. Вероятно срок эксплуатации одного такого костюма не может значительно превышать 3 часа. В предлагаемом мной здесь СИЗ можно комфортно продержаться 12 часов и даже отстоять суточную смену. Таким образом цену такого СИЗ можно смело умножать на четыре и даже на восемь. В эту стоимость вполне могут войти электро-механические застежки.
Преимущество этих устройств в первую очередь в том, что их нет необходимости касаться руками одежды с внешней стороны. Но кроме того, есть и определенные удобства в тех случаях, когда одежду надо застегивать в неудобных для рук местах например на спине.
Итак на чем следует остановиться в выборе?
Можно создать с нуля какие-то оригинальные электромеханические застежки, но у этого направления разработки есть недостаток. Это отсутствие в случае чего «аварийного выхода». То есть, если откажет данный механизм, насколько возможно будет снять одежду вручную? Сразу же вспоминается классическая история с полярниками, которые не могли открыть палатку, так как молния обледенела. Впрочем молния с тех пор значительно эволюционировала. Кажется этот механизм тут наиболее идеально подходит для подключения электропривода.
Двигателями для ползунка молнии могут служить актуаторы. В основе актуаторов лежит способность пьезо-керамических структур менять свой размер под воздействием элктрического тока. Актуаторы очень мощные механизмы они используются например в клапанах автомобильных двигателей, где способны создавать давление 500 атмосфер. Это так же крошечные механизмы используемые в MEMS (микроэлектромеханические системы).
Когда мы застегиваем молнию рукой, мы тянем с довольно большим усилием, преодолевая сопротивление складок и трение ткани и собирая зубчики молнии так же преодолевая сильное трение. Это похоже на езду в некоем экипаже без подшипников и даже без колес. Пьезоэлектрический механизм ползунка наверно должен работать более экономно. Перемещение будет не плавным, а шаговым. Движение и сама работа здесь будет разделена. Это будет чем-то напоминать работу ножниц, где ножницы вначале перемещается захватывая часть ткани, которую надо разрезать и затем на следующей фазе ножницы останавливаются и начинают резать ткань. В пьезоэлектрическом ползунок должны работать две группы актуаторов. Одна группа перемещает весь механизм. Ползунок молнии наползает на участок захватывая зубчики, которые надо объединить или разъединить. Затем ползунок останавливается и другая группа актуаторов раздвигает или собирает зубчики молнии.
Электрическое питание тут можно осуществлять через контактные линии проложенные в складках или нахлестах ткани. Эти складки или нахлесты будут так же использоваться для дополнительной герметичности. Преимущество электромеханической системы тут еще и в том, что это будет работать целиком внутри.
С обратной стороны, или на другом конце застегнутой молнии находится обычный ручной ползунок. В случае если электроника откажет, молнию можно будет открыть рукой. Кажется довольно легко и привычно представить две застежки на молнии в противоположных направлениях - обычная ручная и пьезоэлектрическая.
Очевидно что обычной ручной застежкой пользоваться будет быстрее и привычней, но в случае когда следует соблюдать безопасность, следует использовать пьезоэлектрический механизм.