ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2005 года по МПК A62B18/02 

Изобретение относится к устройствам для поддержания жизнедеятельности человека в непригодной для дыхания газовой среде, в частности к изолирующим противогазам (ИП).

В состав каждого из известных ИП входит источник газообразного кислорода (О₂) и элементы сопряжения упомянутого источника с органами дыхания человека - воздуховод (шланг, патрубок) и дыхательная маска, охватывающая рот и нос или голову в целом, причем в шланговых ИП /1/ источником газообразного О₂ служит насос атмосферного воздуха с ручным и/или электромеханическим приводом; в ИП /2/ со сжатым воздухом - баллон с атмосферным воздухом под давлением в 150-300 Бар (атмосфер); в ИП /3/ с химически связанным кислородом - регенеративный патрон, где происходит взаимодействие выдыхаемого углекислого газа (CO₂) и водяного пара с надперекисями щелочных металлов (КО₂, NaO₂); в ИП /4/ с газонепроницаемым дыхательным мешком (эластичной газонепроницаемой оболочкой) - смесь атмосферного воздуха ограниченного объема с выдыхаемым газом, содержащим пониженное содержание О₂ и повышенное - СО₂.

ИП /4/, принимаемый за прототип к изобретению, имеет 3 варианта исполнения (далее ИП₁, ИП₂, ИП₃), каждый из которых в качестве основных составляющих содержит дыхательную маску, охватывающую рот и нос пользователя, расположенный ниже нее газонепроницаемый дыхательный мешок, заполняемый пригодным для дыхания воздухом при атмосферном давлении, и соединяющий их друг с другом воздуховод (патрубок) с верхним и нижним отверстиями и газораспределительными клапанами, о которых будет сказано ниже. Принцип действия ИП /4/ в каждом из вариантов тоже одинаков: в случаях, требующих защиты органов дыхания от непригодной для дыхания газовой среды в течение нескольких (скажем, 10) минут, маска закрепляется на лице, дыхательный мешок при атмосферном давлении заполняется пригодным для дыхания воздухом, связь его полости с внешней средой после этого прекращается, а с маской - сохраняется; дыхание осуществляется ртом (в ИП₃ - ртом и носом); кислород, необходимый для обеспечения жизнедеятельности пользователя, поступает под маску из дыхательного мешка через патрубок. Время защитного действия ИП /4/ определяется емкостью воздуха, “захватываемого” дыхательным мешком при подготовке к применению.

ИП₁ дополнительно характеризуется тем, что верхний торец патрубка выполнен с возможностью захвата его под маской губами и вывода верхнего отверстия в рот пользователя; в полости патрубка установлен клапан-1, рассчитанный на открытие доступа воздуха из мешка в рот пользователя при вдохе и на перекрытие сечения патрубка при выдохе; на стенке патрубка между клапаном-1 и верхним отверстием (маской) установлен клапан-2, рассчитанный на открытие/закрытие в фазах “выдоха в окружающую среду”/“вдоха из мешка”; маска снабжена зажимом для перекрытия полости носа; верхняя часть дыхательного мешка выполнена в виде манжеты с отверстием, плотно охватывающим нижнюю часть патрубка, а нижняя - в виде отбортованной кромки, образующей отверстие для захвата воздуха в мешок перед применением ИП₁; внутри названной кромки размещен шнур с выведенными наружу концами, обеспечивающими возможность плотной (вручную) стяжки отверстия до нуля для хранения захваченного в мешок воздуха.

ИП₂ отличается от ИП₁ тем, что верхний торец патрубка выполнен практически не выступающим во внутреннюю полость маски перед ртом пользователя; клапан-2, открывающийся при выдохе и закрывающийся при вдохе, установлен не на стенке патрубка, а в полости его, обеспечивая тем самым возможность выдоха газа в мешок.

ИП₃ отличается от ИП₁, ИП₂ тем, что зажим в маске для перекрытия полости носа отсутствует; дыхательный мешок содержит только раскрываемую и перекрываемую вручную отбортованную кромку со шнуром, которые используются как для захвата и удержания в мешке воздуха при подготовке к применению, так и для плотного соединения этого мешка с нижней частью патрубка для хранения захваченного воздуха.

Таким образом, еще одним важным и общим для всех вариантов ИП /4/ признаком является наличие в патрубке связи маски с дыхательным мешком газораспределительных клапанов, обеспечивающих возможность вдоха газа из мешка и выдоха в этот же мешок или в окружающую среду; другие упомянутые признаки ИП /4/, в том числе наличие манжет или отбортованных краев со шнурами для соединения мешка с патрубком или для захвата воздуха, можно считать несущественными (эти элементы могут быть и иными).

ИП₁, ИП₂ используются следующим образом. Дыхательный мешок из свернутого состояния разворачивается, маска закрепляется на лице, мешок через отверстие, образованное нижней отбортованной кромкой со шнуром, заполняется пригодным для дыхания воздухом, а затем это отверстие той же кромкой со шнуром вручную перекрывается. Вдохи воздуха из мешка в ИП₁ осуществляются через клапан 1, выдохи газа в окружающую среду - через клапан 2. Вдохи воздуха (а со временем - смеси воздуха с выдыхаемым газом) из мешка в ИП₂ осуществляются через клапан 1, выдохи газа в мешок - через клапан 2.

ИП₃ используется следующим образом. Маска закрепляется на лице, дыхательный мешок из свернутого состояния разворачивается, через отверстие, образованное отбортованной кромкой со шнуром, заполняется пригодным для дыхания воздухом, затем в это отверстие вводится нижняя часть патрубка и кромка со шнуром на ней вручную плотно стягивается. Дыхание в ИП₃ осуществляется так же, как в ИП₁, т.е. путем вдохов воздуха через клапан 1 и выдохов в окружающую среду через клапан 2.

К достоинствам дыхательного аппарата-прототипа /4/ по сравнению с ИП, действующими с иными источниками кислорода, можно отнести компактность в сборе при транспортировке и хранении, малый вес и пригодность к многократному применению без замены каких-либо элементов, а к недостаткам - повышенную сложность конструкции, обусловленную наличием газораспределительных клапанов в патрубке связи маски с дыхательным мешком.

Задачей изобретения является устранение названного недостатка прототипа и придание ему (прототипу) свойств дыхательного тренажера.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в существенном упрощении конструкции дыхательного аппарата-прототипа и в обеспечении, наряду с защитой от вредных веществ, возможности тренировки для развития эндогенного дыхания, используемого для оздоровления организма.

Указанный технический результат достигается тем, что в дыхательном аппарате, содержащем дыхательную маску и газонепроницаемый дыхательный мешок, заполняемый пригодным для дыхания воздухом при атмосферном давлении, маска и дыхательный мешок непосредственно соединены друг с другом; объем дыхательного мешка обеспечивает необходимое время для нормальной жизнедеятельности человека, адаптированного к эндогенному дыханию.

Эндогенным называется дыхание с пониженным потреблением кислорода атмосферного воздуха, восполняемым в организме за счет генерации молекул свободного кислорода клетками самого этого организма, в том числе - легкими: подобно тому, как это происходит, по-видимому, в организмах китов и дельфинов, способных длительное время находиться под водой. У людей такой тип дыхания развивается известными способами тренировки в гипоксически-гиперкапнических газовых средах, образуемых в результате смешения атмосферного воздуха и выдыхаемого газа с относительно малой концентрацией О₂ и высокой - СО₂. Доказано, например, 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%, /5/. При этом, согласно /5, 6/, эндогенное дыхание и дыхательная тренировка для его развития являются весьма эффективными способами оздоровления людей.

Принцип действия предложенного дыхательного аппарата поясним на примере чертежа, где обозначено: 1 - дыхательная маска, охватывающая рот и нос человека; 2 - газонепроницаемый дыхательный мешок, свободно ниспадающий перед грудью и животом человека; 3 - ремень крепления маски 1 на лицевой части головы человека; 4 - отбортованная кромка маски с вложенным шнуром 5 с выведенными наружу концами для подгонки длины линии плотного сопряжения ее с лицом человека. Дыхательная маска и дыхательный мешок соединены друг с другом непосредственно, так что длину воздуховода между ними (как и сопротивление дыханию его) можно считать в данном случае равными нулю. Иначе эту конструкцию аппарата можно назвать дыхательным мешком 2, упругогибкая верхняя часть которого образует маску 1 с элементами крепления 3-5. Стрелками показаны основные направления движения вдыхаемого/выдыхаемого газа. Элементы крепления дыхательного мешка к телу человека на чертеже не показаны и далее не упоминаются, но очевидно, что, ввиду малости веса, такой мешок может удерживаться в рабочем положении и без специальных элементов крепления, будучи просто подвешенным на маске.

Используется предложенный аппарат следующим образом. Дыхательный мешок 2, размер которого выбирается тем большим, чем менее адаптирован к эндогенному дыханию пользователь аппарата, из свернутого состояния разворачивается и при помощи подручных средств заполняется пригодным для дыхания воздухом: при наличии такого воздуха в помещении - через открытую часть маски 1 путем резкого ее вместе с мешком встряхивания, при наличии магистрали со сжатым воздухом - при помощи соответствующего крана, при наличии баллона со сжатым воздухом - при помощи шланга, подключаемого к вентилю (редуктору) баллона. Конкретный источник воздуха, которым при необходимости следует заполнять дыхательный мешок, заранее оговаривается инструкцией по эксплуатации предложенного аппарата в конкретных условиях применения. Изготовителем такого аппарата может быть предусмотрена, например, поставка его в комплекте с малогабаритными баллончиками со сжатым воздухом. Конечное давление в мешке устанавливается равным атмосферному. После заполнения дыхательного мешка воздухом до объема, не препятствующего перемещению человека, например, при эвакуации с места пожара, дыхательная маска 1 налагается на лицо и закрепляется на голове ремнем 3. Затем полость маски путем прижатия к лицу отбортованной кромки 4 уменьшением (с фиксацией) длины шнура 5 герметизируется. При наличии индивидуального дыхательного аппарата, подгонка необходимой длины шнура 5 выполняется заранее и время выполнения подготовительных операций сокращается. Дыхание в образованном таким образом замкнутом объеме “маска-мешок” осуществляется ртом и/или носом, как обычно, но имеет - при заданном времени защитного действия - особенности, обусловленные разной степенью адаптации пользователя аппаратом к эндогенному дыханию и, соответственно, разным объемом дыхательного мешка.

При малой, начальной степени адаптации к эндогенному дыханию используется аппарат с мешком максимально большого объема (20-30 л) и углекислый газ, будучи тяжелее азота и кислорода, скапливается вначале преимущественно в нижней части мешка, а затем, со временем, растекается снизу вверх и концентрация СО₂ в маске постепенно увеличивается, а концентрация О₂ - уменьшается. В конечном счете наступает момент, когда пользователь аппаратом начинает чувствовать близость предела переносимости жизнедеятельности в указанных условиях, и время защитного действия (порядка 10-15 мин) аппарата заканчивается. Причем время это, хотя и не очень намного, все же больше того, какое было бы у пользователя, вообще не приступавшего к обучению эндогенному дыханию.

При полной адаптации к эндогенному дыханию может быть использован аппарат с мешком минимального объема, не меньшего, однако, дыхательного объема легких (например, в 1 л). Концентрация СО₂ в маске при этом почти сразу же достигает максимального значения, концентрация О₂ - минимального и в организме пользователя аппаратом начинается быстрая, самопроизвольная, выработанная предыдущими тренировками переадаптация к новым условиям дыхания, время пребывания в которых при отсутствии физической нагрузки (в режиме ожидания или спокойной ходьбы) может составить десятки минут: по результатам многократной самопроверки одного из авторов предложенного аппарата - до часа, с ощущением, что такой режим дыхания мог бы быть продолжен и далее.

При промежуточной степени адаптации к эндогенному дыханию пользователя аппаратом время защитного действия последнего соответствует, очевидно, неким промежуточным величинам относительно указанных.

Важно, что при систематическом, ежедневном повторении сеансов использования предложенного дыхательного аппарата с любым (но лучше, удобнее - небольшим) объемом дыхательного мешка и при постепенном наращивании времени пребывания в среде с повышенной концентрацией СО₂ и пониженной - O₂, человек приобретает постепенно все большую степень адаптации к эндогенному дыханию, тем самым укрепляя свою дыхательную, сердечно-сосудистую и иммунную системы, а в итоге - здоровье. Таким образом, предложенный аппарат может использоваться в качестве не только изолирующего противогаза, но и дыхательного тренажера.

ЛИТЕРАТУРА

1. Я.З.Бухман. Газоспасательное дело. - М., 1963.

2. Дыхательный аппарат. Описание изобретения RU 2036673 (А 62 В 7/02) с приоритетом от 08.04.93.

3. Респиратор с химически связанным кислородом. Описание изобретения SU 1789231 (А 62 В 7/08) с приоритетом от 04.09.90.

4. Портативный дыхательный аппарат. Описание изобретения к европатенту ЕР №0466960 A1 (A 62 B 7/00) с приоритетом от 19.07.90.

5. В.Ф.Фролов. Способ тренировки дыхательной системы. Описание изобретения RU 2123865 (А 61 М 16/00) с приоритетом от 12.01.98.

6. В.Ф.Фролов. Эндогенное дыхание - медицина третьего тысячелетия. - Изд. ООО “Динамика”, г.Новосибирск, 2001.

Предложенный дыхательный аппарат относится к устройствам для поддержания жизнедеятельности человека в непригодной для дыхания газовой среде. Содержит дыхательную маску и газонепроницаемый дыхательный мешок, заполняемый пригодным для дыхания воздухом при атмосферном давлении. Маска и дыхательный мешок непосредственно соединены друг с другом. Объем мешка обеспечивает необходимое время для нормальной жизнедеятельности человека, адаптированного к эндогенному дыханию. Данное техническое решение позволяет упростить конструкцию дыхательного аппарата, а также обеспечивает возможность тренировки и развития эндогенного дыхания. 1 ил.

Дыхательный аппарат, содержащий дыхательную маску и газонепроницаемый дыхательный мешок, заполняемый пригодным для дыхания воздухом при атмосферном давлении, отличающийся тем, что маска и дыхательный мешок непосредственно соединены друг с другом, объем мешка обеспечивает необходимое время для нормальной жизнедеятельности человека, адаптированного к эндогенному дыханию.