ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК A62B18/00 

Изобретение относится к спасательной службе, в частности к области изолирующих средств.

Известны изолирующие дыхательные аппараты, содержащие колпак, источник кислорода и поглотитель диоксида углерода, описанные в патентных материалах реферативного журнала "Изобретения стран мира", в частности, в таких, как международная заявка 85/04334, кл. A 62 B 7/02, 1985 , заявка Японии 60-28510, кл. A 62 B - 7/08, 17/04, 1985 , патент США 4583535 кл. A 62 B 7/00, 1986 , заявка Франции 2559392, кл. A 62 B 7/00, 18/00, 1985 , заявка Великобритании 2209123, кл. A 62 B 7/00, 1989 .

Аппараты работают по принципу подачи кислорода на дыхание с использование различных видов источников кислорода (сжатый кислород, химически связанный кислород) и поглощения (удаления) выдыхаемого диоксида углерода в поглотителе CO₂ или в окружающую атмосферу.

Согласно описаний заявок на аппараты, отмечается сложность конструкции (наличие регуляторов подачи кислорода (воздуха)) резервуаров снижения давления, однократность применения (при использовании аппаратов на химически связанном кислороде) и повышенное содержание диоксида углерода на вдохе.

Наиболее приемлемым и близким аналогом дыхательного аппарата в конструктивном плане по отношению к аппарату, изложенному в настоящей заявке, считается образец, описанный в заявке Великобритании 2209123, так как он содержит большое количество общих существенных признаков с заявленным изобретением и включает в свой состав следующие элементы: колпак с герметизирующей пелериной, подмасочник и регенеративный патрон со слоем регенеративного продукта.

Из описания аналога можно предположить, что данный аппарат обладает низкими эксплуатационными свойствами за счет накопления в объеме колпака, выполняющего роль дыхательного мешка, повышенного содержания диоксида углерода и повышения температуры регенерируемого воздуха под колпаком.

Задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик дыхательного аппарата при изменении конструкции регенеративного патрона с использованием двухслойного колпака.

Поставленная задача достигается тем, что дыхательный аппарат на химически связанном кислороде, содержащий регенеративный патрон с взаимозаменяемым генератором кислорода и колпак с подмасочником, дополнительно объединяют два слоя изолирующей ткани с образованием подслойного пространства колпака, соединенного с корпусом регенеративного патрона, имеющего внутри слоя регенеративного продукта Б-2И и слой поглотителя диоксида углеродов ХПИ, снаряженных по форме развернутой поверхности.

Отличие предлагаемого технического решения от ближайшего аналога заключается в том, что колпак выполнен из двух слоев изолирующей ткани с образованием пространства между ними; регенеративный патрон дополнительно снабжен слоем поглотителя, сменным химическим генератором кислорода, двумя внутренними и внешними сетками, установленными с зазорами относительно друг друга и с возможностью движения воздуха через внешние сетки к органам дыхания, причем слой регенеративного продукта и слой поглотителя размещены между сетками, а сменный химический генератор кислорода размещен между внутренними сетками.

Такое конструктивное выполнение аппарата позволяет снизить влияние общего механического воздействия колпака на мягкие ткани головы, улучшить физиологию процесса дыхания при регенерации выдыхаемого воздуха, добиться возможности многократного запуска регенеративного патрона и экономичного использования относительно дорогостоящего регенеративного продукта Б-2И.

Ввиду отсутствия в описании заявки Великобритании N 2209123 значений показателей экспериментальной оценки ближайшего аналога, то для сравнения в качестве прототипа был взят изолирующий дыхательный аппарат ИП-4 (техническое описание и инструкция по эксплуатации N 4901), состоящий из шлема-маски регенеративного патрона и дыхательного мешка.

На чертеже представлен вариант предлагаемого аппарата с улучшенными эксплуатационными характеристиками, включающего: колпак с внешним (1) и внутренним (2) слоем изолирующей ткани, регенеративный патрон (3), генератор кислорода (10) с твердым источником кислорода (11).

Внутри колпака размещается подмасочник (14) с клапанами вдоха и выдоха, а также герметизирующая эластичная резиновая пелерина (13) и смотровое окно (15). Регенеративный патрон, в свою очередь, содержит слой поглотителя CO₂ ХПИ (4), заключенного между внутренней (6) и внешней (5) сетками, слой регенеративного продукта Б-2И (8), также заключенного между внутренней (9) и внешней (7) сетками. В свободное пространство между внутренними сетками (6,9) помещается генератор кислорода (10), внутри которого находится твердый источник кислорода (11) и слой поглотителя (гопкалита) (12) для очистки от примесей, образующихся при горении твердого источника кислорода.

Регенеративный патрон на верхней части имеет три отверстия: среднее - для подсоединения подмасочника (14) с клапаном выдоха; правое - для подсоединения подмасочника (14) с клапаном вдоха; левое - для подсоединения колпака.

Такое конструктивное выполнение аппарата позволяет улучшить ряд показателей эксплуатационных характеристик. Во-первых, наличие двуслойного колпака исключает непосредственный контакт нагретого регенерируемого кислорода с кожными покровами лица и головы, что позволяет на необходимом уровне поддерживать тепловое состояние человека.

Во-вторых, колпак по сравнению со шлемом-маской практически не оказывает механического воздействия на мягкие ткани головы, что создает более комфортные условия при эксплуатации аппарата.

Рассматривая конструкцию генеративного патрона (3), отмечаются следующие его положительные стороны: регенеративный патрон прост по конструктивному расположению узлов и деталей; достаточно унифицирован ,т.е. может изготавливаться на основе имеющейся технологии по выпуску регенеративных патронов РП-5М; позволяет развернуть поверхность слоев регенеративного продукта Б-2И и поглотителя CO₂ ХПИ, что способствует снижению сопротивления дыханию и температуры вдыхаемого воздуха.

Подсоединение к колпаку регенеративного патрона обеспечивает оптимальную схему дыхания: где слой регенеративного продукта Б-2И работает по маятниковой схеме дыхания (выдох-движение воздуха от внутренней сетки (9) к внешней (7), вдох, наоборот), что приводит к рациональной отработке регенеративного продукта и снижению роста содержания диоксида углерода на вдох, а слой поглощения CO₂ ХПИ работает по кривой схеме и только на вдохе, т.е. движение вдыхаемого воздуха проходит слой ХПИ от внутренней сетки (6) к внешней (5), при этом происходит дополнительно поглощение CO₂ из вдыхаемого воздуха и понижение температуры в слое ХПИ этого воздуха.

Многократность запуска регенеративного патрона в условиях частной обработки регенеративного продукта достигается постановкой и заменой на новый химического генератора кислорода (10) во внутрь патрона в пространство, образующееся между слоями продукта Б-2И и поглотителя ХПИ. Способность генерировать кислород при горении твердого источника кислорода в течение 12-15 л/мин с первых секунд запуска генератора позволяет отказаться от постановки пускового брикета для запуска патрона.

Кроме того, постановкой генератора во внутрь патрона решается вопрос безопасной эксплуатации аппарата, т.к. отпадает необходимость изолировать сильно разогревающуюся поверхность корпуса генератора (более 150^oC) приводящая к ожогам, а, напротив, сильный разогрев оказывает положительные влияния на процесс регенерации кислорода продуктом Б-2И (сокращается начальный период отработки продукта, создается необходимое тепловое состояние продукта для протекания химических реакций с выделением кислорода, необходимого для дыхания) и на прогрев поглотителя ХПИ (улучшается поглощающая способность при запуске патрона при низких температурах).

Выбор количества регенеративного продукта и поглотителя CO₂ проведен экспериментально при соблюдении следующих требований к работе аппарата:
время защитного действия при среднетяжелой нагрузке с легочной вентиляцией V = 45 л/мин должно составлять не менее 45 мин, содержание CO₂ на вдохе не более 2% об;
температура вдыхаемого воздуха не более 40^oC;
сопротивление дыханию не более 80 мм вод. ст.

Экспериментальные исследования аппарата показали, что масса генеративного продукта Б-2И должна быть не менее 700 г, поглотителя не менее 750 г. Сравнивая весовое содержание регенеративного продукта как наиболее дорогого в денежном выражении, в предлагаемом аппарате и ИДА ИП-4 (1150±50г) отмечается наиболее экономное использование продукта и удешевление аппарата в целом.

Кроме того, экспериментальная оценка прелагаемого аппарата показала, что практически по всем параметрам этот аппарат превосходит ИП-4.

Результаты испытаний серийного и экспериментального образцов дыхательных аппаратов приведены в таблице.

Аппарат работает следующим образом. При запуске аппарата приводится в действие пусковое устройство генератора кислорода (10), при этом выделяемый при горении твердым источником кислород поступает в изолирующую систему (регенеративный патрон (3), подмасочник (14), пространство, образуемое внешним (1) и внутренним (2) слоями изолирующей ткани колпака), при включении потребителя в аппарат (надевание колпака на голову с герметизацией его по шее человека, подтягивание подмасочника к лицу) он с той или иной объемной скоростью расходует поступающий в изолирующую систему кислород, что соответствует физиологической потребности в кислороде при данной физической нагрузке. Вдыхаемый потребителем CO₂ и пары воды поглощаются в слое регенеративного продукта Б-2И (8) и обеспечивают разработку регенеративного продукта с выделением кислорода за счет протекания химических реакций взаимодействия CO₂ и паров воды с супероксидными соединениями щелочных металлов, составляющих основу регенеративного продукта. Проскоковые концентрации CO₂, которые появляются за слоем продукта (8) на вдохе, поглощаются слоем поглотителя (4). Данный принцип регенерации и поглощения возможен при наличии подмасочника (14) с клапанами вдоха и выдоха. При этом на фазе выдоха воздух после открытия клапана выдоха и закрытия клапана вдоха подмасочника (14) движется вдоль внутренней сетки (9), ограничивающей слой продукта Б-2И, через слой продукта (8) по направлению к внешней сетке (7) в пространство между внешней (1) и внутренней (2) поверхности изолирующей ткани колпака. На фазе вдоха клапан выдоха подмасочника (14) закрывается, а клапан вдоха открывается, а вдыхаемый воздух из колпака движется в обратном направлении через слой продукта Б-2И (8) по направлению к внутренней сетке (6), ограничивающей слой поглотителя CO₂, через слой поглотителя CO₂(4) и внешнюю сетку (5) к органам дыхания потребителя. При осуществлении многократного запуска патрона заменяется отработанный генератор (10) на новый.

Таким образом, наличие в конструкции аппарата двуслойного колпака, регенеративного патрона с развернутой поверхностью слоев регенеративного продукта и поглотителя CO₂, генератора кислорода с твердым источником кислорода, расположенного внутри патрона при последующей замене его на новый, позволяет обеспечить многократный запуск патрона с одновременным снижением температуры вдыхаемого воздуха с 50 до 38^oC при сохранении сопротивления дыханию в течение всего времени работы регенеративного патрона на уровне 50-70 мм вод. ст. снизить массу снаряжаемого регенеративного продукта с 1150 до 700 г и общее механическое воздействие на мягкие ткани головы, что в конечном итоге влияет на улучшение экспериментальных характеристик аппарата в целом, его надежность и безопасность при эксплуатации.

Аппарат может быть использован в спасательной службе как средство индивидуальной защиты органов дыхания. Колпак аппарата выполнен из двух слоев изолирующей ткани с образованием пространства между ними. Внутри колпака размещается подмасочник, а также герметизирующая пелерина. Регенеративный патрон снабжен слоем регенеративного продукта, слоем поглотителя, сменным химическим генератором кислорода, двумя внутренними и внешними сетками, установленными с зазорами относительно друг друга и с возможностью движения воздуха через внешние сетки к органам дыхания. Слой регенеративного продукта и слой поглотителя размещены между сетками. Сменный химический генератор кислорода размещен между внутренними сетками. Такое конструктивное выполнение аппарата позволяет улучшить физиологию процесса дыхания при регенерации выдыхаемого воздуха, добиться возможности многократного запуска регенеративного патрона и экономно использовать регенеративный продукт. 1 ил., 1 табл.

Дыхательный аппарат, включающий колпак с герметизирующей пелериной, подмасочник и регенеративный патрон со слоем регенеративного продукта, отличающийся тем, что колпак выполнен из двух слоев изолирующей ткани с образованием пространства между ними, регенеративный патрон дополнительно снабжен слоем поглотителя, сменным химическим генератором кислорода, двумя внутренними и внешними сетками, установленными с зазорами относительно друг друга и с возможностью движения воздуха через внешние сетки к органам дыхания, причем слой регенеративного продукта и слой поглотителя размещены между сетками, а сменный химический генератор кислорода размещен между внутренними сетками.