СПАСАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО В.А.СТАРЦЕВА Российский патент 1997 года по МПК A61G10/02 

Изобретение относится к горному делу и удовлетворению жизненных потребностей человека и может быть использовано как спасательное устройство для защиты органов дыхания и организма в целом, находящегося в непригодной для дыхания среде.

Известны камеры-убежища (Горное дело. Энциклопедический справочник. Т. VI. М. Углетехиздат, 1959, с. 347-349).

Известно газозащитное устройство (авт. св. СССР N791977, кл. E 21 F 11/00, 1977).

Недостатком данных устройств является необходимость пополнения помещений, в которых находятся люди, свежим воздухом, при этом при длительном нахождении людей в изолированном пространстве наблюдаются утомляемость, головные боли, понижение умственной активности, связанные с отравлением организма людей антропотоксинами (аммиак, спирты, кетоны и др.).

Известно спасательное устройство, принятое за прототип (В.Г.Баранников, Н.Л.Чекина, В.А.Старцев. Гигиенические исследования воздушной среды изолированного пространства калийного рудника. В Межвузовском сб.научн.трудов Разработка соляных месторождений. Пермь: ППИ, 1983, с.115-119).

Данное спасательное устройство представляет собой изолированное пространство тупиковую горную выработку объемом 200 м³, пройденную комбайном по сильвинитовому пласту Красный II и отдаленную от примыкающих выработок двумя перемычками. Во время исследований в изолированном пространстве находилось 17 добровольцев испытуемых. Объем воздуха на каждого человека составлял 12 м³. Испытуемые находились в изолированном объеме воздуха 6 ч. Для анализа состояния воздушной среды и испытуемых были применены санитарно-химические, бактериологические и физиологические методы исследований.

Температура воздуха за 5 ч пребывания людей в изолированном пространстве соляной горной выработки повысилась в среднем на 0,4^o. Практически не изменилась относительная влажность 78-81% Содержание кислорода изменилось с 20,6 до 19,7% Отмечено небольшое увеличение содержания аммиака и полное поглощение кетонов (антропотоксины). За время нахождения испытателей в спасательном устройстве окисляемость воздуха (показатель загрязнения воздушной среды) практически не изменилась и составила 0,03 мг O₂/м³ при норме 5-6 мг O₂/м³.

Частота пульса и артериальное давление у испытуемых практически не изменились. Не было выявлено изменений и в показателях частоты дыхания.

Функциональных изменений со стороны сердечно-сосудистой и дыхательной систем в ходе эксперимента не обнаружено. Все испытуемые не высказывали жалоб на неприятные ощущения, запахи, духоту.

Таким образом, проведенные физико-гигиенические исследования свидетельствуют о действии в изолированной емкости (горной выработке), содержащей соляные ограждающие поверхности (элементы), физико-химических факторов, оказывающих нейрогуморальное воздействие на организм испытуемых и обеспечивающих их длительное активное жизнедеятельное состояние. К таким факторам относится образование в емкости соляных электрически заряженных кластеров ультрасубмикронных размеров, делающих насыщаемый ими воздух "живым", способным оказывать восстановительное и корректирующее действие на организм испытуемых (патент РФ N2012363, кл. A 61 G 10/020, БИ N 9, 1994). При этом, как показывают расчеты, потребление кислорода по сравнению с нормативным расходом уменьшилось в 1,42 раза.

Недостатком известного спасательного устройства, образованного в изолированной горной выработке, пройденной в соляных породах, является низкая насыщенность находящегося в выработке воздуха соляными электрически заряженными кластерами, за счет спонтанного их образования на поверхности соляных элементов, только за счет действия конвективных потоков воздушной среды устройства, при этом способность к образованию электрически заряженных соляных кластеров с течением времени снижается из-за покрытия поверхности соляных элементов сорбированной из воздушной среды влагой, выделяемой при дыхании испытуемыми.

Изобретение направлено на решение задачи по увеличению срока пребывания людей в изолированном пространстве при сохранении их нормального самочувствия.

Решение данной задачи опосредовано новым техническим результатом, заключающимся в интенсификации генерирования и подачи в зону дыхания людей, находящихся в изолированном пространстве, электрически заряженных соляных кластеров размерами 2,5•10^-4 6•10^-3 мкм, способных осаждаться в дыхательных путях организма, оказывать восстановительное и профилактическое действие, регулировать активность ферментов и скорость биохимических, обменных реакций в организме как за счет поступления непосредственно в кровяное русло жизненно необходимых (соляных) ионов K, Na, Mg, так и переноса электрического заряда.

Существенные признаки заявленного технического решения:
ограничительные наличие емкости, ограниченной газопроницаемой оболочкой с люком, содержащей соляные элементы;
отличительные устройство дополнительно содержит размещенные в емкости перфорированную перегородку и воздухопровод, при этом соляные элементы выполнены в виде объема из кускового материала, разделенного перфорированной перегородкой на верхнюю и нижнюю части, один конец воздухопровода размещен в свободной части емкости, а другой конец размещен в нижней части объема соляных элементов; кроме того, оболочка емкости снабжена гофрированными вставками из гибкого, газонепроницаемого материала; воздухопровод снабжен загубником и клапаном выдоха; емкость через трубчатый переходник, закрепленный в отверстии, образованном в газонепроницаемой оболочке под соляными элементами, соединена с дополнительной емкостью, ограниченной газонепроницаемой оболочкой через соединительное окно в этой оболочке, при этом трубчатый переходник перекрыт дополнительной перфорированной перегородкой, через которую пропущен воздухопроводный патрубок, соединенный верхним концом с концом воздухопровода, размещенным в нижней части объема соляных элементов; оболочка дополнительной емкости снабжена воздухопроводным патрубком, содержащим ниппель, а дополнительная емкость содержит соляные элементы; устройство дополнительно снабжено подставкой; оболочки емкостей выполнены из гигиенического, гибкого, светопроницаемого материала.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и техническим результатом заключается в том, что при дополнительном размещении в емкости спасательного устройства перфорированной перегородки и воздухопровода, выполнении соляных элементов в виде объема из кускового соляного материала, разделенного перфорированной перегородкой на верхнюю и нижнюю части, а также при размещении одного конца воздухопровода в свободной части емкости, а другого в нижней части объема соляных элементов сначала обеспечивается очистка выдыхаемого воздуха от капельно-жидкой влаги, антропотоксинов, затем насыщение соляными ионами.

Снабжение оболочки емкости гофрированными вставками из гибкого газонепроницаемого материала обеспечивает постоянство давления в свободной части емкости как при входе, так и при выходе, исключает повышение сопротивления вдоху (выдоху), стабилизирует уровень насыщения вдыхаемой воздушной смеси соляными кластерами. Обеспечение воздухопровода устройства загубником уменьшает утомляемость спасаемого при удержании воздухопровода во рту, снижению утомляемости способствует применение клапана выдоха отпадает необходимость в самоконтроле за порядком исполнения выдоха (через рот и воздухопровод) и вдоха через нос из свободной чести емкости устройства. Соединение емкости устройства с дополнительной емкостью через трубчатый переходник, закрепленный в отверстии, образованном в газонепроницаемой оболочке под соляными элементами, и перекрытие трубчатого переходника дополнительной перфорированной перегородкой, через которую пропущен воздухопроводный патрубок, соединенный верхним концом с концом воздухопровода, размещенным в нижней части объема соляных элементов, позволяет иметь дополнительный запас кислорода, при этом увеличение размеров спасательного устройства не отражается на качестве подготовки дыхательной смеси, протекающей в основной емкости, с прежней интенсивностью кластерообразования и насыщения ими вдыхаемой воздушной смеси.

Снабжение оболочки дополнительной емкости воздушным патрубком, содержащим ниппель, позволяет произвести качественную профилактическую замену воздуха в спасательном устройстве и выпустить влагу, скопившуюся в устройстве. Наличие соляных элементов в дополнительной емкости способствует осушению выдыхаемого воздуха и увеличению срока службы нижней части объема соляных элементов, размещенных в основной емкости устройства. Снабжение устройства каркасом подставкой позволяет изготавливать устройство из облегченных материалов при сохранении стабильности исходных форм спасательного устройства. Выполнение оболочек емкостей из гигиенического, гибкого, светопроницаемого материала уменьшает массу спасательного устройства и снижает психическую нагрузку на спасаемое лицо, находящееся в изолированном пространстве.

На чертеже представлена схема спасательного устройства.

Спасательное устройство состоит из емкости 1, огражденной газонепроницаемой оболочкой 2, выполненной из гигиенического светопроницаемого материала, с гофрированными вставками 3 из гибкого, газонепроницаемого материала, люком 4 и соединительным отверстием 5, содержащей перфорированную перегородку 6, воздухопровод 7, верхнюю 8 и нижнюю 9 части объема соляных элементов, загубник 10, клапан выдоха 11 и дополнительной емкости 12, ограниченной газонепроницаемой оболочкой 13, выполненной из гигиенического светопроницаемого материала, с соединительным отверстием 14 и воздухопроводящим патрубком 15 с ниппелем 16, содержащей соляные элементы 17, трубчатого переходника 18 с дополнительной перегородкой 19 и воздухопроводным патрубком 20, подставки 21. Люк 4 в оболочке 2 выполнен в виде манжеты из эластичного газонепроницаемого гигиенического материала. Верхняя 8 и нижняя 9 части объема соляных элементов выполнены из кускового соляного материала и разделены перфорированной перегородкой 6. Один конец воздухопровода 7 размещен в свободной части емкости 1, а другой в нижней 9 части объема соляных элементов. Загубник 10 и клапан выдоха 11 установлены на воздухопроводе 7. Трубчатый переходник 18 закреплен в отверстии 5 в оболочке 2 и отверстии 14 в оболочке 13 и перекрыт дополнительной перфорированной перегородкой 19, через которую пропущен воздухопроводный патрубок 20. Воздухопроводный патрубок 20 верхним концом соединен с концом воздухопровода 7, размещенным в нижней части 9 объема соляных элементов.

Спасательное устройство работает следующим образом.

При возникновении ситуации, угрожающей органам дыхания, человек, например горнорабочий, через люк 4, выполненный в виде гофрированной манжеты, головой проникает в емкость 1 и захватывает ртом конец воздухопровода 7 с загубником 10. Гофрированная манжета люка 4 размещается на шее горнорабочего, изолируя внутренний объем спасательного устройства от окружающей среды. С этого момента начинается процесс дыхания горнорабочего в изолированном пространстве: вдох - через нос, выдох через рот и воздухопровод 7.

При этом выдыхаемый воздух, пройдя через загубник 10, воздухопровод 7 с клапаном выдоха 11 и воздухопроводный патрубок 20, поступает в емкость 12, где смешивается с находящимся в ней воздухом, частично осушается и очищается от антропотоксинов с помощью соляных элементов 17, расположенных в емкости 12. Образовавшаяся воздушная смесь, пройдя через трубчатый переходник 18, отверстия в перфорированной перегородке 19, нижнюю 9 и верхнюю 8 части объема соляных элементов, с перфорированной перегородкой 6, выходит в емкость 1. При этом гофрированная вставка 3 раздувается, увеличивая объем емкости 1. Проходя через нижнюю 9 часть объема соляных элементов, воздушная смесь доосушивается, очищается от антропотоксинов и аллергенов, а проходя через верхнюю 8 часть объема соляных элементов, способствует образованию соляных электрически заряженных кластеров субмикронных размеров и насыщается ими. При вдохе насыщенная соляными ионами воздушная смесь поступает в органы дыхания горнорабочего. Объем емкости 1 за счет забора воздуха для дыхания и "схлопывания" гофрированных вставок 3 уменьшается на величину вдоха, принимая исходные размеры. Процесс дыхания в изолированном пространстве спасательного устройства продолжается до истечения расчетного срока действия спасательного устройства. Эксплуатация спасательного устройства возобновляется после выпуска из емкости 12 через воздухопроводящий патрубок 15 образовавшегося соляного раствора, размещения в ней новой порции соляных элементов 17 и продувки емкости 12 и емкости 1 устройства с помощью воздуходувки (на чертеже не показана) через ниппель 16 и воздухопроводящий патрубок 15 свежим воздухом.

Пример конкретного выполнения. Спасательное устройство представляет собой емкость (поз.1), ограниченную жесткой металлической оболочкой (поз.2) в виде опрокинутого усеченного конуса (высота 260 мм, диаметры оснований 260 и 190 мм) с дном и гофрированной вставкой (поз.3) в виде цилиндрообразной оболочки из полиэтиленовой пленки, один конец которой герметично соединен с оболочкой (поз.2), а другой оставлен открытым. В нижней части оболочки (поз. 2) размещен объем (0,00209 м³) кусковой сильвинитовой горной породы размерами 15.30 мм. Сильвинитовая горная порода это природная смесь минералов галита (NaCl) и сильвина (KCl). С помощью перфорированной перегородки (поз.6) объем сильвинитовой горной породы разделен на две части: верхнюю (поз.8) и нижнюю (поз. 9). Перегородка (поз.6) перфорирована с образованием отверстий диаметром 2 мм, с частотой 4 отверстия на 100 мм². Через перфорированную перегородку (поз. 6) пропущен гофрированный шланг (поз.7) диаметром 30 мм и длиной 0,7 м. При этом нижний конец шланга находится у дна емкости (поз.1), в нижней (поз.9) части объема сильвинитовой горной породы, а верхний в свободной части емкости (поз.1).

Испытатель вставляет голову в свободный конец вставки (поз.3), на который предварительно надето эластичное кольцо, зажимает во рту свободный конец шланга (поз.7), проверяет герметичность размещения свободного конца гофрированной вставки (поз.3) на шее и приступает к дыханию в изолированном пространстве спасательного устройства: выдох через рот и гофрированный шланг (поз. 7), вдох носом, из свободного объема емкости (поз.1), объем которого составляет 0,009 м³.

Всего проведено три опыта. Продолжительность нахождения испытателя в изолированном пространстве устройства составила: 4 мин, 5 мин и 7 мин. Температура окружающего воздуха составляла 24^oC. Во время эксперимента ассистент замерял частоту дыхания и пульса испытателя. Во всех экспериментах самочувствие испытателя было хорошее. Частота дыхания находилась в пределах 23 30 в минуту, перед экспериментом 21.25. Систематического увеличения частоты дыхания не установлено. Частота пульса 60.65 ударов в минуту, что соответствовало частоте до и после эксперимента. После 5 мин пребывания испытателя в спасательном устройстве появлялся пот. Прозрачность гофрированной вставки (поз.3) благоприятствовала лучшему психическому состоянию испытателя, его ориентированию в окружающей среде.

Считают (Sevitt, см. Вредные вещества в промышленности. Л. Химия, 1977, с. 15), что пороговая концентрация O₂ во вдыхаемом воздухе, например при кислородной терапии, должна быть в пределах 25-40% По данным К.П.Бутейко (Учитесь.дышать. Собеседник, N42, 1984) воздух, которым мы дышим, содержит углекислого газа в 200 раз меньше, а кислорода в 10 раз больше, чем надо (т. е. нужно 2% кислорода в воздушной среде вместо 20-21%). Вместе с тем отмечается (Горное дело. Энциклопедический справочник. Т. 6. М. Углетехиздат, 1959, с.11), что в условиях подземных работ при понижении содержания кислорода до 17% появляется одышка, серцебиение; падение концентрации кислорода ниже 12% смертельно опасно.

В эксперименте испытатель сохранял активное жизнеспособное состояние до 7 мин (эксперимент прекращен до наступления симптомов ухудшения состояния испытателя), когда по нормативным данным воздухопотребления кислорода в устройстве уже не должно быть. Таким образом, в результате насыщения вдыхаемого воздуха соляными электрически заряженными кластерами и физиологического изменения в связи с этим режима воздухопотребления испытателя время нормального, без болезненных ощущений, пребывания в изолированном пространстве спасательного устройства увеличивается (в соизмеримых объемах) по крайней мере в 7 раз по сравнению с обычным изолированным пространством, а по сравнению с прототипом не менее чем на одну треть.

Использование: изобретение может быть использовано в горном деле и для удовлетворения жизненных потребностей человека в качестве спасательного устройства. Сущность изобретения: устройство содержит размещенные в емкости перфорированную перегородку и воздуховод. При этом соляные элементы выполнены в виде объема из кускового соляного материала, разделенного перфорированной перегородкой на верхнюю и нижнюю части. Один конец воздухопровода размещен в свободной части емкости, а другой - в нижней части объема соляных элементов. Оболочка емкости снабжена гофрированными вставками из газонепроницаемого материала. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Спасательное устройство, состоящее из емкости, ограниченной газонепроницаемой оболочкой с люком, содержащей соляные элементы, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит размещенные в емкости перфорированную перегородку и воздухопровод, при этом соляные элементы выполнены в виде объема из кускового соляного материала, разделенного перфорированной перегородкой на верхнюю и нижнюю части, один конец воздухопровода размещен в свободной части емкости, а другой конец размещен в нижней части объема соляных элементов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оболочка емкости снабжена гофрированными вставками из гибкого, газонепроницаемого материала. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что воздухопровод снабжен загубником и клапаном выдоха. 4. Устройство по любому из пп. 1 3, отличающееся тем, что емкость через трубчатый переходник, закрепленный в отверстии, образованном в газонепроницаемой оболочке под соляными элементами, соединена с дополнительной емкостью, ограниченной герметичной оболочкой, через соединительное окно в этой оболочке, при этом трубчатый переходник перекрыт дополнительной перфорированной перегородкой, через которую пропущен воздухопроводный патрубок, соединенный верхним концом с концом воздухопровода, размещенным в нижней части объема соляных элементов. 5. Устройство по любому из пп. 1 4, отличающееся тем, что оболочка дополнительной емкости снабжена воздухопроводным патрубком, содержащим нипель. 6. Устройство по любому из пп. 1 5, отличающееся тем, что дополнительная емкость содержит соляные элементы. 7. Устройство по любому из пп. 1 6, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено подставкой. 8. Устройство по любому из пп. 1 7, отличающееся тем, что оболочки емкостей выполнены из гигиенического гибкого светопроницаемого материала.