ИЗОЛИРУЮЩИЙ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2004 года по МПК A62B7/08 

Изобретение относится к изолирующим дыхательным аппаратам, в частности к изолирующим дыхательным аппаратам на химически связанном кислороде.

Известен дыхательный аппарат, содержащий патрон с регенеративным продуктом, одним концом посредством гибкого шланга соединенный с маской, а вторым - с дыхательным мешком. Так как при работе регенеративного патрона происходит его разогрев до температуры более 100^oС, то становится актуальной проблема охлаждения поверхности оболочки патрона и охлаждение отрегенерированного воздуха при вдохе. В таком изолирующем дыхательном аппарате (cм. патент ФРГ 3442882, 19.05.1987) на боковой поверхности патрона помещен охладитель. Пользователь выдыхает воздух через шланг в кольцевой зазор, образованный охладителем и оболочкой патрона. При этом воздух проходит в форкамеру и дыхательный мешок, а затем через продукт в дыхательный мешок.

Недостатком известного устройства является большой свободный объем и недостаточно эффективный отвод тепла от отрегенерированного воздуха, поступающего на вдох.

Известен также респиратор на химически связанном кислороде с возвратно-поступательным или циркуляционным процессом дыхания, содержащий патрон с химикалиями, выделяющими кислород, присоединенный к патрону дыхательный мешок с клапаном избыточного давления, теплообменник, заключенный в кожух, и дыхательный шланг с мундштуком. Патрон снабжен закрывающей его теплоизолирующей оболочкой, выполненной с ребрами на его внутренней поверхности, расположенными на расстоянии друг от друга по периметру оболочки, параллельно вертикальной или продольной оси и прилегающими к патрону. Кроме того, патрон с оболочкой расположен в дыхательном мешке в отверстии, выполненном на верхней торцовой его стороне, входное отверстие патрона расположено на уровне верхней торцовой стороны дыхательного мешка. Теплообменник расположен в теплоизолирующей оболочке над патроном и теплоизолирован от патрона, а оболочка выполнена заодно с дыхательным мешком (cм., например, патент СССР 1419506, 23.08.1988).

Недостатком такого устройства являются:
- недостаточная плотность упаковки - мала масса регенеративного продукта на единицу объема патрона из-за необходимости выполнения полостей в патроне - в нижней части для обоих вариантов и в верхней - для циркуляционного варианта;
- повышенная сложность конструкции патрона и его снаряжения регенеративным продуктом;
- относительно высокое сопротивление патрона при вдохе из-за необходимости очистки воздуха от аэрозолей, которые попадают во вдыхаемый воздух из регенеративного продукта. Суммарное сопротивление аэрозольного фильтра и теплообменника" сводят на нет выигрыш в сопротивлении, который достигается за счет создания полостей в продукте.

По совокупности общих признаков в качестве прототипа выбрано устройство по патенту СССР 1419506.

Задачей изобретения является повышение эффективности устройства за счет повышения плотности упаковки патрона, что повышает удобство пользования, упрощение конструкции патрона и его снаряжения регенеративным продуктом.

Поставленная задача достигается тем, что изолирующий дыхательный аппарат содержит патрон с размещенной внутри перфорированной оболочкой с пусковым брикетом и регенеративным продуктом, выделяющим кислород и поглощающим диоксид углерода, присоединенный к патрону дыхательный мешок с клапаном избыточного давления, теплообменник, заключенный в кожух, и дыхательный шланг с лицевой частью, причем теплообменник размещен в патроне и выполнен в виде кольцевой полости, закрепленной одним концом на перфорированной оболочке, и установлен с зазором относительно ее, в теплообменнике установлена прилегающая к его стенке сетка и заключен эвтектический расплав солей, в патроне последовательно по ходу выдыхаемого воздуха размещены загрузки регенеративных продуктов из надперекиси щелочного металла и гидроокиси, пусковой брикет выполнен в виде набора таблеток, заключенных в перфорированную оболочку, и установлен между элементами газораспределительного устройства, эвтектический расплав солей выполнен в виде капсул из ацетата натрия с модифицирующими добавками и с температурой плавления не выше 60^oС.

Размещение теплообменника в патроне и выполнение его в виде кольцевой полости, закрепленной одним концом на перфорированной оболочке и установленной с зазором относительно ее, обеспечивает достижение достаточно комфортных условий дыхания: при вдохе отрегенерированный воздух проходит через слой регенеративного продукта, температура которого достигает более 100^oС. Горячий воздух омывает поверхность теплообменника сначала изнутри, а затем снаружи. При этом часть тепла поглощается теплообменником, а вторая часть отводится через наружную стенку патрона. За счет этого температура вдыхаемого воздуха снижается до уровня ниже 60^oС, выше которого человек испытывает дискомфорт. При выдохе воздух имеет температуру около 37^oС, поэтому он отбирает тепло у теплообменника. Так как выдыхаемый воздух имеет влажность около 100%, то теплоемкость выдыхаемого воздуха выше теплоемкости сухого вдыхаемого. Это позволяет поддерживать температуру вдыхаемого воздуха на достаточно комфортном уровне. В процессе отработки регенеративного продукта температура внутри патрона будет повышаться за счет накопления тепла и может превысить предельные допускаемые значения. Для предотвращения перегрева выше допустимого предела в полости теплообменника помещено теплоаккумулирующее вещество, которое способно аккумулировать тепло за счет фазовых превращений: отбирать тепло у вдыхаемого воздуха за счет расплавления и подогревать воздух при выдохе, охлаждаясь за счет кристаллизации теплоаккумулирующего вещества. Такое выполнение конструкции теплообменника обеспечивает отведение тепла от вдыхаемого воздуха без значительного увеличения сопротивления при вдохе и выдохе и увеличения сложности конструкции. Это обеспечивает повышение эффективности устройства за счет повышения плотности упаковки патрона и повышения удобства пользования.

Установка в теплообменнике прилегающей к его стенкам сетки и использование в качестве теплоаккумулирующего вещества эвтектического расплава солей позволяет использовать теплоемкость материала оболочки теплообменника, а также теплоту фазовых превращений загрузки, которая при вдохе при достижении температуры плавления может расплавляться, поглощая тепло, количество которого соизмеримо с величиной теплоты плавления загрузки теплообменника. Так как в твердом виде загрузка занимает меньше места, чем расплав, то при выдохе за счет капиллярных сил загрузка распределяется в зазоре между оболочкой и сеткой, т.е. практически на всей поверхности теплообменника, что обеспечивает повышение эффективности его работы. Таким образом достигается повышение эффективности устройства и удобство пользования.

Размещение в патроне последовательно по ходу выдыхаемого воздуха загрузок регенеративных продуктов из надперекиси щелочного металла и гидроокиси обеспечивает снижение тепловыделения в процессе регенерации воздуха при увеличении поглощающей способности по СО₂ . Недостатком гидроокиси является способность обводняться при контакте с выдыхаемым воздухом. При этом возрастает сопротивление патрона, что затрудняет дыхание. При последовательном размещении загрузок регенеративных продуктов из надперекиси щелочного металла и гидроокиси такое обводнение не происходит из-за поглощения паров воды загрузкой из надперекиси щелочного металла. Это обеспечивает повышение эффективности устройства за счет снижения тепловыделения патрона при повышении его поглощающей способности по углекислоте.

Выполнение пускового брикета в виде набора таблеток, заключенных в перфорированную оболочку, и установка его между элементами газораспределительного устройства обеспечивают упрощение технологии изготовления пускового брикета и его установки в патрон. Одновременно снижается сопротивление потоку кислорода, который кратчайшим путем направляется в дыхательный мешок через газораспределительное устройство при минимальном давлении. Это обеспечивает повышение удобства пользования устройством, упрощение конструкции патрона и его снаряжения.

Выполнение эвтектического расплава солей в виде капсул из ацетата натрия с модифицирующими добавками и с температурой плавления не выше 60^oС обеспечивает длительное сохранение работоспособности патрона при всех возможных температурах хранения. При сборке патрона термостатирующее вещество в виде капсул из ацетата натрия с модифицирующими добавками помещается в герметичной кольцевой полости, однако при выполнении сборочных операций путем пайки или сварки оболочки расплав препятствует созданию необходимой герметичности. Применение капсулирования теплоаккумулирующего материала обеспечивает проведение этой операции. Таким образом, обеспечивается упрощение сборки. Другим полезным свойством капсулированного материала является возможность отказа от применения коррозионно-стойкого материала, т.к. непосредственный контакт с оболочкой герметичной полости осуществляется через капсулирующую оболочку. Это упрощает конструкцию патрона и его снаряжение.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - общий вид изолирующего дыхательного аппарата; на фиг.2 - регенеративный патрон в разрезе; на фиг. 3 - регенеративный патрон, вид сверху; на фиг. 4 - сечение по А-А; на фиг.5 показан вид по стрелке Б, на фиг.6 показано сечение теплообменника, выноска I.

Изолирующий дыхательный аппарат состоит из регенеративного патрона 1, к нижней части патрона герметично подсоединен дыхательный мешок 2, а к верхнему патрубку 3 - узел изоляции органов дыхания в виде соединенных между собой гофрированного шланга 4 и лицевой маски 5, вместо лицевой маски может использоваться защитный капюшон либо загубник. Патрон 1 содержит пусковое устройство 6 и пусковой брикет 7, выполненный в виде набора таблеток, заключенных в перфорированную оболочку 8, и установленный между элементами газораспределительного устройства 9. Пусковое устройство 6 содержит пусковой механизм 10 и герметичную ампулу 11 с инициирующей жидкостью. Перфорированная оболочка 8 в нижней части снабжена лапками 12. Патрон 1 содержит наружный корпус 13, внутри которого установлена перфорированная оболочка 14, которые снизу закрыты крышкой 15 с отверстием 16. К отверстию 16 примыкают закрепленные на перфорированной оболочке 14 внутренняя перфорированная трубка 17 и наружная перфорированная трубка 18. Наружный корпус 13 и крышка 15 герметично соединены между собой замком 19. Полость, ограниченная перфорированной оболочкой 14 и крышкой 15, заполнена регенеративным продуктом 20, например гранулированной надперекисью калия. Пространство между внутренней перфорированной трубкой 17 и наружной перфорированной трубкой 18 заполнено регенеративным продуктом 21, например гидроокисью натрия. На внешней поверхности наружной перфорированной трубки 18 установлены также газораспределительные устройства 9 в виде перфорированных вставок, образующих с трубой замкнутую полость и развернутых относительно друг друга. Боковая поверхность перфорированной оболочки 14 снабжена аэрозольным фильтром 22 в виде намотанной на нее ленты из фильтрующего материала, плотно охватывающего перфорированную часть оболочки 14. Между аэрозольным фильтром 22 и наружным корпусом 13 установлен закрепленный на перфорированной оболочке 14 теплообменник 23, выполненный в виде кольцевой герметичной полости, прикрепленной одним концом к перфорированной оболочке 14 так, что между ним и аэрозольным фильтром с одной стороны и корпусом 13 с другой стороны образованы полости для обтекания теплообменника вдыхаемым и выдыхаемым воздухом. В теплообменнике 22 установлена прилегающая к его стенке сетка 24 и помещен эвтектический расплав солей 25, выполненный в виде капсул из ацетата натрия с модифицирующими добавками и с температурой плавления не выше 60^oС.

При необходимости использования изолирующего дыхательного аппарата пользователь включает пусковое устройство 6, для чего нажатием на кнопку пускового механизма 10 разгерметизовывает ампулу 11 с инициирующей жидкостью, при ее контакте с пусковым брикетом 7 происходит начальное выделение кислорода, одна часть которого через перфорированную оболочку 8, регенеративный продукт 20, перфорацию газораспределительного устройства 9, перфорацию трубок 17 и 18, регенеративный продукт 21 через отверстие 16 крышки 15 поступает в дыхательный мешок 2, а вторая часть через перфорацию оболочки 8, регенеративный продукт 20, перфорацию оболочки 14 и аэрозольный фильтр 22, проходя вдоль поверхности теплообменника 23 сначала вдоль внутренней поверхности в зазоре между теплообменником 23 и аэрозольным фильтром 22, а затем между внешней поверхностью теплообменника 23 и внутренней поверхностью наружного корпуса 13 патрона 1, через верхний патрубок 3, гофрированный шланг 4 в лицевую маску 5.

При дыхании пользователя выдыхаемый воздух из лицевой маски 5 по гофрированному шлангу 4 и через верхний патрубок 3 поступает в зазор между корпусом 13 и теплообменником 23, а затем между ним и аэрозольным фильтром 22, охлаждая тем самым теплообменник 23 до температуры немного выше температуры выдыхаемого пользователем воздуха. Затем воздух проходит через аэрозольный фильтр 22 и через регенеративные продукты 20 и 21, химически взаимодействуя с которым выдыхаемый воздух освобождается от углекислого газа, и через отверстие 16 поступает в дыхательный мешок 2.

При вдохе движение воздуха осуществляется в обратном направлении, при этом происходит его повторная очистка от углекислоты и аэрозолей, которые задерживаются на аэрозольном фильтре 22, и за счет контакта со стенками теплообменника 23 снижается температура вдыхаемого воздуха.

Предложенное техническое решение позволяет уменьшить сопротивление воздушному потоку, повысить качество очистки воздуха, снизить температуру воздуха после его регенерации.

Устройство относится к изолирующим дыхательным аппаратам. Изолирующий дыхательный аппарат содержит патрон с размещенной внутри перфорированной оболочкой с пусковым брикетом и регенеративным продуктом, выделяющим кислород и поглощающим диоксид углерода, присоединенный к патрону дыхательный мешок с клапаном избыточного давления, теплообменник, заключенный в кожух, дыхательный шланг с лицевой частью и газораспределительное устройство. Теплообменник размещен в патроне и выполнен в виде кольцевой полости, закрепленной одним концом на перфорированной оболочке, и установлен с зазором относительно ее. В теплообменнике установлена прилегающая к его стенке сетка и заключен эвтектический расплав солей. Аппарат отличается повышенной эффективностью работы. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Изолирующий дыхательный аппарат, содержащий патрон с размещенной внутри перфорированной оболочкой с пусковым брикетом и регенеративным продуктом, выделяющим кислород и поглощающим диоксид углерода, присоединенный к патрону дыхательный мешок с клапаном избыточного давления, теплообменник, заключенный в кожух, и дыхательный шланг с лицевой частью, отличающийся тем, что дополнительно содержит газораспределительное устройство, теплообменник размещен в патроне и выполнен в виде кольцевой полости, закрепленной одним концом на перфорированной оболочке, и установлен с зазором относительно нее, в теплообменнике установлена прилегающая к его стенке сетка и заключен эвтектический расплав солей.2. Изолирующий дыхательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в патроне последовательно по ходу выдыхаемого воздуха размещены загрузки регенеративных продуктов из надперекиси щелочного металла и гидроокиси.3. Изолирующий дыхательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что пусковой брикет выполнен в виде набора таблеток, заключенных в перфорированную оболочку, и установлен между элементами газораспределительного устройства.4. Изолирующий дыхательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что эвтектический расплав солей выполнен в виде капсул из ацетата натрия с модифицирующими добавками и с температурой плавления не выше 60°С.