ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2004 года по МПК A62B7/08 

Изобретение относится к устройствам для поддержания жизни человека в непригодной для дыхания газовой среде или в воде, в частности к автономным изолирующим противогазам или аквалангам с источниками кислорода в виде баллонов со сжатым воздухом.

Весьма близким аналогом изобретения является спасательное дыхательное устройство, содержащее последовательно соединенные баллон со сжатым воздухом, редуктор давления и защитную маску, выполненную из мягкого прозрачного огнезащитного материала с мягким, эластичным, негерметичным уплотнением вокруг шейного отверстия (RU 2124375 C1, 10.01.1999). Особенностью его является рассчитываемый заранее постоянный ток воздуха через редуктор и продув подмасочного пространства с выходом через уплотнение вокруг шейного отверстия при некотором избыточном (относительно атмосферного) давлении, что в совокупности с эластичностью маски обеспечивает возможность свободного дыхания.

Достоинством этого устройства является простота конструкции, а недостатком - повышенный расход воздуха и относительно малое время защитного действия, что обусловлено использованием воздуха не только для дыхания, но и для “изоляции” подмасочного пространства от атмосферного.

Дыхательный аппарат (ДА), принимаемый за прототип к изобретению, содержит баллон со сжатым воздухом, редуктор давления, легочный автомат и дыхательную маску с клапаном выдоха (RU 2036673 C1, 09.06.1995). Редуктор имеет входную/выходную полости высокого/среднего давления, а между ними - элементы, обеспечивающие порционную подачу воздуха для дыхания в фазах вдоха (управляемый клапан с седлом, поршнем, пружиной, регулировочной гайкой и пр.). Входная полость редуктора через запорный вентиль соединена с баллоном, а выходная через шланг - с входной полостью легочного автомата. Последний содержит также выходную полость, смежную с входной, соединенную с полостью маски; легочный автомат закреплен непосредственно на маске. Стенка, разделяющая входную и выходную полости легочного автомата, снабжена клапаном, управляемым через толкатель подвижной мембраной, отделяющей выходную полость легочного автомата от окружающей среды.

Работает ДА следующим образом.

При открытии запорного вентиля воздух из баллона со сжатым воздухом поступает во входную полость редуктора, откуда передается в выходную ее полость до тех пор, пока давление в ней не сравняется с установочным (заданным пружиной поршня с регулировочной гайкой) и клапан не закроется. Клапан между входной и выходной полостями легочного автомата при этом закрыт. В фазе вдоха давление в полости маски и выходной полости легочного автомата уменьшается до величины ниже давления окружающей среды и мембрана перемещается, воздействуя через толкатель на клапан между входной и выходной полостями легочного автомата. Клапан этот открывается и воздух из входной полости легочного автомата поступает в выходную полость, в маску и далее - в легкие человека. Давление в выходной полости редуктора при этом уменьшается, становясь ниже установочного; поршень редуктора приходит в движение и держит связанный с ним клапан открытым до тех пор, пока давление в выходной полости вновь не сравняется с установочным. В фазе выдоха выдыхаемый газ через клапан выдоха поступает в окружающую среду. При этом в маске и в выходной полости легочного автомата создается давление, превышающее давление окружающей среды, мембрана между выходной полостью легочного автомата и окружающей средой возвращается в исходное положение и клапан между входной и выходной полостями легочного автомата закрывается. В последующих циклах “вдох-выдох” изложенный порядок действий ДА повторяется.

Достоинством ДА-прототипа является большое время защитного действия, а недостатком - сложность конструкции (в частности, редуктора и легочного автомата), а также большой вес и габариты баллона со сжатым воздухом.

Задачей изобретения является создание ДА с улучшенными по сравнению с прототипом эксплуатационными характеристиками.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в упрощении конструкции редуктора давления и легочного автомата, а также либо в существенном (предположительно многократном) уменьшении веса и габаритов баллона со сжатым воздухом при прежнем времени Т защитного действия, либо - при сохранении веса и габаритов баллона в соответствующем увеличении времени Т.

Указанный технический результат достигается тем, что дыхательный аппарат, содержащий соединенные последовательно баллон со сжатым воздухом, запорный вентиль, редуктор давления, дыхательную маску с клапаном выдоха и шланг, согласно изобретению, дополнительно содержит эластичную оболочку с возможностью в циклах “вдох - выдох” изменения объема, а редуктор давления выполнен с возможностью регулирования тока воздуха в соответствии с потребностью эндогенно-дышащего человека.

Маска и эластичная оболочка, выполненная в виде сильфона, конструктивно объединены, а регулятор тока воздуха выполнен в виде пневматического дросселя.

Отметим, что эндогенным называется дыхание с пониженным потреблением кислорода атмосферного воздуха за счет развития механизма выработки молекул кислорода непосредственно в легких человека. К такому же типу дыхания можно отнести дыхание в среде выдыхаемого газа с малой “подпиткой” атмосферным воздухом, т.е. в среде с относительно малой концентрацией кислорода и высокой - углекислого газа. Эндогенное дыхание и дыхательная тренировка для его развития известным способом являются весьма эффективными способами оздоровления людей (В.Ф. Фролов. Эндогенное дыхание - медицина третьего тысячилетия. - Изд. ООО “Динамика”, г. Новосибирск, 2001; RU 2123865 C1, 27.12.1998), поскольку “пробуждают” в организме человека механизм выработки молекул кислорода самими клетками этого организма подобно тому, как это происходит, по-видимому, в организмах китов и дельфинов, способных длительное время находиться под водой. Доказано, например, в RU 2123865, что после нескольких месяцев ежедневных кратковременных тренировок для развития эндогенного дыхания потребление кислорода атмосферного воздуха у людей в состоянии покоя уменьшается до 10-15% от средней нормы потребления нетренированного организма, а при умеренной ходьбе - до 7-10%. Таким образом, кажущееся на первый взгляд абсурдным предложение о создании дыхательного аппарата с дыханием выдыхаемым газом при малой “подпитке” атмосферным воздухом или газообразным кислородом имеет фундаментальное научное и практическое обоснование.

Суть изобретения рассмотрим на примере ДА по прилагаемому чертежу, где обозначено: 1 - баллон со сжатым воздухом; 2 - запорный вентиль; 3 - редуктор давления с пневматическим дросселем регулируемого расхода воздуха; 4 - шланг; 5 - дыхательная маска со смотровым окном 6, полостью 7 для лицевой части головы (не показана) и клапаном 8 выдоха, открывающимся при давлении в полости маски, превышающем давление в окружающей среде на малую величину ΔР; 9 - сильфон со свободно изменяемым объемом не менее дыхательного объема V_д легких; элементы 1, 2, 3, 4, 5 соединены последовательно, а 5, 9 - конструктивно объединены.

Обеспечение жизнедеятельности в непригодной для дыхания газовой среде осуществляется следующим образом.

Открывается вентиль 2. Воздух из баллона 1 поступает в редуктор 3, а из него через шланг 4 с достаточно большим расходом передается в маску 5. После наложения маски 5 на лицо осуществляется первый вдох чистого воздуха “подпитки” из баллона 1. Давление в полости 7 маски и сильфона 9 при этом сначала несколько понижается, а затем, под конец цикла вдоха повышается на ΔР, что приводит к увеличению объема сильфона до максимально возможного и выходу избыточной части воздуха “подпитки” в атмосферу через клапан 8. Первый выдох не приводит к изменению давления в полости маски и сильфона. Избыточная часть смеси выдыхаемого газа с воздухом “подпитки” выходит через клапан 8. При первоначально устанавливаемом достаточно большом расходе воздуха “подпитки” аналогичное происходит и в последующих циклах “вдох - выдох”; подвижный торец сильфона 9 остается практически неподвижным; режим дыхания по сути оказывается близким к режиму дыхания в устройстве по прототипу. Однако после снижения редуктором 3 расхода воздуха “подпитки” до величины, существенно меньшей той, которая необходима для дыхания нетренированному (неадаптированному к эндогенному дыханию) человеку, но достаточной для поддержания жизнедеятельности эндогенно-дышащего человека, подвижный торец сильфона 9 приводится в возвратно-поступательное движение. Действительно, теперь при вдохе в легкие поступает главным образом уже выдыхаемый газ, доля вдыхаемого воздуха “подпитки” становится относительно малой и давление в подмасочном пространстве и сильфоне стремится уменьшиться. Под действием возникающего малого перепада давления между внутренней и внешней сторонами подвижного торца сильфона этот торец начинает перемещаться так, что объем сильфона уменьшается практически на величину V_д. В фазе выдоха, наоборот, давление в подмасочном пространстве и сильфоне увеличивается, подвижный торец сильфона сдвигается в обратном направлении и объем сильфона практически на величину V_д увеличивается; избыточное количество смеси выдыхаемого газа и воздуха “подпитки” из подмасочного пространства выходит через клапан 8. Аналогичное происходит и в последующих циклах “вдох - выдох”.

Обеспечение жизнедеятельности при работе под водой осуществляется следующим образом.

Вначале для адаптации к новым условиям дыхания повторяются все действия, необходимые для обеспечения жизнедеятельности при работе в непригодной для дыхания газовой среде. Затем, перед погружением в воду, редуктором 3 устанавливается повышенный расход воздуха из баллона 1; режим дыхания вновь оказывается близким к режиму дыхания в устройстве по прототипу. Под водой, по мере роста ее давления с погружением в глубину, в связи с поджатием извне клапана 8 происходит наращивание давления под маской и в организме человека в целом. После достижения заданной глубины с соблюдением известных аквалангистам правил и выравнивания давлений в воде и в организме (с разницей в ΔР) расход воздуха “подпитки” при помощи редуктора 3 постепенно уменьшается и, наконец, устанавливается приблизительно равным тому же значению, как при работе в непригодной для дыхания газовой среде. При этом все, что сказано, было относительно работы ДА в газовой среде, остается справедливым применительно к работе ДА и в воде. Подъем с глубины на поверхность тоже осуществляется с соблюдением известных аквалангистам правил. Расход воздуха “подпитки” при этом может оставаться на прежнем (низком) уровне, а может быть и несколько увеличен, в зависимости от самочувствия в период декомпрессии.

Устройство предназначено для поддержания жизни человека в непригодной для дыхания среде. Дыхательный аппарат содержит баллон со сжатым воздухом, запорный вентиль, редуктор давления, дыхательную маску с клапаном выдоха и шланг, эластичную оболочку с возможностью в циклах “вдох-выдох” изменения объема. Редуктор давления выполнен с возможностью регулирования тока воздуха в соответствии с потребностью эндогенно-дышащего человека. Аппарат отличается расширенными эксплуатационными возможностями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Дыхательный аппарат, содержащий баллон со сжатым воздухом, запорный вентиль, редуктор давления, дыхательную маску с клапаном выдоха и шланг, отличающийся тем, что дополнительно содержит эластичную оболочку с возможностью в циклах “вдох-выдох” изменения объема, а редуктор давления выполнен с возможностью регулирования тока воздуха в соответствии с потребностью эндогенно-дышащего человека.2. Дыхательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что маска и эластичная оболочка, выполненная в виде сильфона, конструктивно объединены, а регулятор тока воздуха выполнен в виде пневматического дросселя.