ИЗОЛИРУЮЩИЙ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1996 года по МПК A62B7/08 A62B9/02 

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания человека от вредных веществ, в частности, к изолирующим дыхательным аппаратам (самоспасателям) с химически связанным кислородом, применяемым в горнодобывающих отраслях промышленности. Оно может быть использовано в химической и других отраслях промышленности, где требуется защита органов дыхания с помощью указанных аппаратов в неблагоприятных условиях, вызванных образованием непригодной для дыхания атмосферы.

Известен изолирующий дыхательный аппарат самоспасатель ОХУ Р60В фирмы "Дрегерверк АГ", ФРГ (ОХУ SP60B Self Contained Self-Rescuer, Operating Manual 1165.2e, 2nd Edition, May 1981), который содержит регенеративный патрон с патрубками вдоха и выдоха, пусковое устройство, смонтированное в патроне, дыхательный мешок с избыточным клапаном, клапанную коробку с патрубками, в которых установлены клапаны вдоха и выдоха, лицевую часть в виде загубника с носовым зажимом, гофрированные трубки, соединяющие лицевую часть с патрубками клапанной коробки и регенеративного патрона. Дыхательный мешок сообщен с патрубками вдоха патрона и патрубком клапанной коробки, в котором размещен клапан вдоха. В регенеративном патроне размещен противопылевой фильтр. В полости клапанной коробки размещен тепловлагообменник, выполненный в виде тампона из путанной проволоки. Избыточный клапан мешка снабжен обратным клапаном. Самоспасатель размещен в футляре, снабженном плечевым ремнем для ношения.

Схема движения воздуха в этом дыхательном аппарате круговая, т.е. при выдохе воздух проходит через загубник, трубку и клапанную коробку в регенеративный патрон с кислородсодрежащим веществом (надпероксид калия КО₂), где очищается от диоксида углерода и пополняется кислородом. Из патрона воздух поступает в дыхательный мешок, а из него при вдохе через клапанную коробку, трубку и загубник в дыхательные пути человека. Избыток кислорода стравливается из мешка через избыточный клапан в атмосферу.

Это устройство обладает следующими недостатками:
неэкономное расходование запаса химически связанного кислорода. Это связано с тем, что весь выдыхаемый воздух проходит через слой кислородсодержащего вещества, которое в этом случае генерирует кислород в количестве большем, чем необходимо для дыхания человека (см. Н.С.Диденко Регенеративные респираторы для горноспасательных работ, М. Недра, 1983 г. с. 124). Избыток кислорода стравливается в атмосферу через избыточный клапан. В связи с безвозвратной потерей некоторого количества из запаса химически связанного кислорода в патроне время защитного действия дыхательного аппарата уменьшается.

Значительно по величине (до 40 мм вод.ст.) сопротивление дыханию на фазе выдоха. При выдохе необходимо преодолеть сопротивление воздушному потоку клапана выдоха и сопротивление регенеративного патрона, находящегося под избыточным давлением (подпором) воздуха в дыхательном мешке. Величина этого подпора определяется настройкой избыточного клапана с одной стороны, а с другой величинами сопротивлений избыточного клапана и обратного клапана при стравливании воздуха из мешка в атмосферу.

На основании изложенного следует, что задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик дыхательного аппарата за счет снижения сопротивления дыханию и увеличения времени защитного действия.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном изолирующем дыхательном аппарате с химически связанным кислородом, содержащим регенеративный патрон с патрубками вдоха и выдоха, дыхательный мешок, избыточный клапан с подпружиненным штоком, клапанную коробку с патрубками и клапанами вдоха и выдоха, лицевую часть в виде загубника с носовым зажимом, гофрированные трубки, соединяющие лицевую часть с патрубком коробки, а противолежащий ему патрубок коробки, снабженный клапаном выдоха, с патрубком выдоха патрона и противопылевой фильтр, согласно изобретению, клапанная коробка выполнена с расположенными в виде прямого креста патрубками, при этом в одном боковом патрубке смонтирован избыточный клапан, а другой фронтально размещенный патрубок коробки с клапаном вдоха сообщен с прикрепленным к патрубку вдоха патрона мешком, стенка которого связана с подпружиненным штоком избыточного клапана гибкой тягой, пропущенной сквозь полый штырь, на котором размещен клапан вдоха в патрубке коробки. Противопылевой фильтр размещен в полости мешка на торцевой части патрубка клапанной коробки, снабженного пазами на части, входящий в полость мешка.

Такое выполнение дыхательного аппарата отличается улучшенной эксплуатационной характеристикой за счет снижения сопротивления дыханию на фазе выдоха; увеличения времени защитного действия за счет экономного расходования запаса кислорода в патроне.

Это обеспечивается следующим образом:
размещение противопылевого фильтра в полости мешка на торцевой части патрубка клапанной коробки, снабженной продольными пазами, позволяет снизить приблизительно в 2 раза сопротивление выдоху. Известно, что сопротивление на выдохе переносится человеком труднее, чем сопротивление на вдохе (см. В.В. Ходот, Горноспасательное дело, М. Углетехиздат, 1961, с. 206). В связи с тем, что номинальная величина сопротивления дыханию на фазе вдоха (22-30 мм вод. ст.) значительно меньше сопротивления дыханию на фазе выдоха (40-75 мм вод. ст. ), некоторое увеличение сопротивления (на 5-10 мм вод.ст.) на фазе вдоха за счет указанного размещения противопылевого фильтра в полости мешка не вызывает расстройства дыхания пользователя аппаратом;
размещение избыточного клапана в полости коробки, сообщающейся с полостью лицевой части, ограниченной клапанами вдоха и выдоха, позволяет управлять течением химических реакций в патроне. Так, если количество генерируемого кислорода превышает легочную вентиляцию, т.е. количество кислорода, необходимое для дыхания, мешок наполняется и открывает избыточный клапан. Вследствие этого часть выдыхаемого воздуха, содержащего необходимые для течения химических реакций в патроне компоненты пары воды и диоксид углерода, стравливается в атмосферу, причем в количестве тем большем, чем больше открыт избыточный клапан, т.е. чем больше наполнен мешок кислородом. Уменьшение количества воды и диоксида углерода, участвующих в реакциях, снижает количество выделяющегося кислорода. Если при дыхании расход кислорода будет превышать количество выделяющегося кислорода и на дыхание будет расходоваться кислород, содержащийся в мешке, избыточный клапан при уменьшении мешка закроется и весь выдыхаемый воздух снова начнет поступать в патрон, в результате чего количество генерируемого патроном кислорода снова возрастает. Устройство автоматически поддерживает равновесие между количеством генерируемого кислорода и количеством кислорода, расходуемым для дыхания. В связи с экономным расходованием кислорода в предлагаемом дыхательном аппарате масса кислородсодержащего вещества в патроне может быть уменьшена в сравнении с дыхательным аппаратом с таким же временем защитного действия, но без рассмотренного технического решения. Уменьшение массы вещества в регенеративном патроне позволяет уменьшить габаритные размеры и массу самоспасателя, что особенно важно, если учесть установленный на шахтах режим ежедневного ношения самоспасателя в течение рабочей смены.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен изолирующий дыхательный аппарат; на фиг.2 изображен дыхательный аппарат со снятой крышкой, продольный разрез; на фиг.3 изображена клапанная коробка, продольный разрез; на фиг. 4 изображен вариант выполнения клапанной коробки, продольный разрез.

Изолирующий дыхательный аппарат с химически связанным кислородом (фиг.1 и фиг.2) содержит регенеративный патрон 1, размещенный внутри корпуса 2 футляр на резиновых амортизаторах 3 и 4. На верхнем торце патрона 1 размещено пусковое устройство 5 и патрубки вдоха 6 и выдоха 7, к которым прикреплены дыхательный мешок 8 из прорезиненной ткани и гофрированная трубка 9, присоединенная к клапанной коробке 10. К коробке 10 с помощью гофрированной трубки 11 присоединена лицевая часть 12, содержащая загубник 13 и носовой зажим 14. Загубник 13 и носовой зажим 14 размещены на тепловлагообменнике 15, корпус которого заполнен гидрофильным волокнистым материалом.

Клапанная коробка 10 (фиг.3) выполнена с четырьмя патрубками, размещенными в виде прямого креста. К верхнему патрубку коробки 10 присоединена трубка 11, сообщающая полость коробки с полостью тепловлагообменника 15 и загубника 13, а противолежащий патрубок коробки 10, в котором размещен клапан выдоха 16, сообщен с патрубком выдоха 7 патрона 1 посредством трубки 9. На боковом патрубке коробки 10 закреплен мешок 8, а внутри патрубка размещен клапан вдоха 17. В полости мешка 8 у торца этого патрубка коробки размещен противопылевой фильтр 18. В другом патрубке коробки 10 фронтально клапану вдоха 17 размещен избыточный клапан 19, подпружиненный шток которого соединен со стенкой мешка 8 гибкой тягой 20, пропущенной сквозь полый штырь 21. На штыре 21 размещен клапан вдоха 17 так, чтобы обеспечивалось его центрирование и прилегание к седлу патрубка коробки 10. Аналогично установлен клапан выдоха 16. Клапан 19 снабжен обратным клапаном 22.

Регенеративный патрон 1 снабжен кислородсодержащим веществом 23 на основе надпероксида калия (КО₂).

Лицевая часть 12 снабжена также очками 24 и оголовьем 25.

До использования по назначению левая часть 12, мешок 8, клапанная коробка 10 и патрубки 9 и 11 уложены под крышкой 26 футляра, которая крепится к корпусу 2 с помощью быстровскрываемого замка (не показан). На корпусе 2 размещен теплоизолятор 27 и закреплен плечевой ремень 28.

Часть патрубка коробки 10, входящая в полость мешка 8, снабжена продольными пазами 29 (фиг.3).

Как следует из описания дыхательного аппарата, благодаря наличию клапанной коробки 10 с клапанами выдоха 16 и вдоха 17 в нем осуществлена круговая схема движения воздуха при дыхании.

На фиг.4 показана простая по конструкции клапанная коробка для дыхательного аппарата с маятниковой схемой движения воздуха. В аппарате с такой схемой движения воздуха при дыхании клапаны вдоха и выдоха отсутствуют, а противопылевой фильтр установлен в полости регенеративного патрона, сообщенной посредством гофрированной трубки с лицевой частью. Упрощение конструкции клапанной коробки снижает затраты на ее производство, и, следовательно, упрощает обслуживание аппарата и снижает его стоимость. Однако такой аппарат создает большее по величине сопротивление дыханию как на фазе выдоха, так и на фазе вдоха.

Изолирующий дыхательный аппарат работает следующим образом.

При угрозе отравления горнорабочий вскрывает футляр дыхательного аппарата, отделяя крышку 26 от корпуса 2 и извлекает лицевую часть 12. При этом срабатывает пусковое устройство 5, обеспечивающее пользователя аппаратом кислородом для дыхания в начальный период, т.е. до тех пор, пока под воздействием диоксида углерода и влаги выдыхаемого воздуха в кислородсодержащем веществе 23 регенеративного патрона 1 начнутся экзотермические реакции восстановления, в результате которых выделяется кислород и поглощается диоксид углерода. Выделяющийся при срабатывании пускового устройства кислород и кислород, генерируемый кислородсодержащим веществом 23, заполняет полости патрона 1, мешка 8 и трубки 9.

После извлечения лицевой части 12 пользователь аппаратом берет загубник 13 в рот, устанавливает носовой зажим 14, надевает очки 24 и оголовье 25, помогающее удерживать зубами загубник 13 с тепловлагообменником 15.

При выдохе воздух, пройдя через загубник 13 и тепловлагообменник 15, по трубке 11 поступает в полость клапанной коробки 10. В начальный период использования дыхательного аппарата (когда весь генерируемый веществом 23 кислород используется для дыхания и избытка его нет) избыточный клапан 19 закрыт и выдыхаемый воздух через клапан выдоха 16 поступает в полость трубки 9 и далее в регенеративный патрон 1, где очищается от диоксида углерода и пополняется кислородом. Очищенный и обогащенный кислородом воздух из патрона 1 поступает в мешок 8, наполняет его тем больше, чем больше кислорода генерирует вещество 23 в патроне 1. Из мешка 8 при вдохе воздух поступает через противопылевой фильтр 18, пазы 29 патрубка коробки 10 и клапан вдоха 17 в полость коробки 10, а далее по трубке 11 к тепловлагообменнику 15 и загубнику 13 в дыхательные пути человека. Если в результате химических реакций в патроне 1 мешок 8 наполнится кислородом настолько, что гибкая тяга 20, воздействуя на подпружиненный шток избыточного клапана 19, откроет его, значительная часть выдыхаемого воздуха из полости коробки 11 стравится в атмосферу, пройдя через избыточный и обратный клапаны 22. Часть выдыхаемого воздуха, пройдя через клапан 16 в полость трубки 9, попадает в патрон 1, где вступит в реакцию с кислородсодержащим веществом 23. Поскольку при этом уменьшается количество диоксида углерода и влаги, количество генерируемого вещества 23 кислорода также уменьшается. В те периоды работы аппарата, когда расход кислорода для дыхания повышает количество генерируемого кислорода, запас его в мешке 8 уменьшается, усилие натяжения гибкой тяги 20 уменьшается и под воздействием подпружиненного штока избыточный клапан 19 закрывается. В связи с этим весь выдыхаемый воздух поступает к кислородсодержащему веществу 23, количество генерируемого кислорода увеличивается, а запас кислорода для дыхания в мешке 8 восстанавливается.

Воздух, поступающий из мешка 8 для дыхания в результате экзотермического течения химических реакций в патроне 1, оказывается сухим и нагретым. Он охлаждается и увлажняется в тепловлагообменнике 15 за счет затрат тепла на испарение влаги, сорбированной наполнителем тепловлагообменника 15. Испарившаяся вода увлажняет вдыхаемый воздух.

При выдохе часть влаги выдыхаемого воздуха вновь сорбируется волокнистым материалом наполнителя тепловлагообменника 15. В качестве наполнителя целесообразно использовать анидное (капроновое) волокно в виде тампона, заполняющего полость корпуса тепловлагообменника 15. ЫЫЫ2

Использование: в средствах индивидуальной защиты органов дыхания человека от вредных веществ в горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности для улучшения эксплуатационных характеристик дыхательного аппарата за счет снижения сопротивления дыханию и увеличения времени защитного действия. Сущность изобретения: изолирующий дыхательный аппарат содержит регенеративный патрон, дыхательный мешок 8, избыточный клапан 19 с подпружиненным штоком, клапанную коробку 10, теплообменник, лицевую часть в виде загубника с носовым зажимом, гофрированные трубки 9, 11. Клапанная коробка 10 выполнена с расположенными в виде прямого креста патрубками, в которых размещены клапаны вдоха 17 и выдоха 16. К верхнему патрубку коробки присоединена лицевая часть при помощи трубки 11, противоположный патрубок с клапаном выдоха 16 соединен трубкой 9 с патрубком выдоха 7 патрона. Боковой патрубок с клапаном вдоха 17 соединен с дыхательным мешком 8, прикрепленным к патрону. Стенка мешка 8 связана гибкой тягой 20 с подпружиненным штоком избыточного клапана 19, пропущенной сквозь полый штырь 21, на котором размещен клапан вдоха 17. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Изолирующий дыхательный аппарат с химически связанным кислородом, содержащий регенеративный патрон с патрубками вдоха и выхода, дыхательный мешок, избыточный клапан с подпружиненным штоком, клапанную коробку с патрубками и клапанами вдоха и выдоха, лицевую часть в виде загубника с носовым зажимом, гофрированные трубки, соединяющие лицевую часть с патрубком коробки, а противолежащий ему патрубок коробки, снабженный клапаном выдоха, с патрубком выдоха патрона, и противопылевой фильтр, отличающийся тем, что клапанная коробка выполнена с расположенными в виде прямого креста патрубками, при этом в одном боковом патрубке смонтирован избыточный клапан, а другой фронтально размещенный патрубок коробки с клапаном вдоха сообщен с прикрепленным к патрубку вдоха патрона мешком, стенка которого связана с подпружиненным штоком избыточного клапана гибкой тягой, пропущенной сквозь полый штырь, на котором размещен клапан вдоха в патрубке коробки. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что противопылевой фильтр размещен в полости мешка на торцевой части патрубка клапанной коробки, снабженного пазами на части, входящей в полость мешка.