УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СМЕСИ ИЗОЛИРУЮЩЕГО АППАРАТА Российский патент 2014 года по МПК A62B7/08 

Изобретение относится к области спасательной техники, а именно к средствам индивидуальной защиты органов дыхания, использующим химические продукты.

Поскольку во всех средствах индивидуальной защиты органов дыхания (самоспасателях и респираторах) используются тепловыделяющие продукты, то при работе генерируемая дыхательная смесь постепенно разогревается (свыше 50°С). Требование снижения температуры на вдохе может быть не столь жесткое в отношении самоспасателей с малым временем работы (15-30 мин), но приобретает особое значение и актуальность в отношении средств защиты с большим временем защитного действия (4-6 час) в условиях тяжелой работы (респираторы). Кроме того, работа в шахте часто проводится в условиях повышенных температур, поэтому все известные способы регенерации дыхательной смеси связаны с тем или иным средством ее охлаждения.

Известны способ и устройство охлаждения дыхательной смеси (авт.св. SU 451262, A62b 7/10, 1972), заключающиеся в том, что смесь при вдохе и выдохе пропускают через свернутую ленту алюминиевого сплава. Назначение ленты состоит в возможной конденсации части выдыхаемой влаги и ее испарении, а следовательно, и охлаждении смеси при вдохе. Недостатком известного устройства, первую очередь, является низкая эффективность охлаждения (на 1-2 градуса), особенно при тяжелых режимах дыхания, когда нагрев может достигать 60-65°С.

Известны способ и устройство охлаждения дыхательной смеси (патент РФ 2330697, A62B 7/08, 2006), заключающийся в том, что дыхательную газовую смесь пропускают при вдохе и выдохе непосредственно через хладагент. В качестве последнего используют неорганические соли, способные образовывать при выдохе кристаллогидраты в результате взаимодействия с парами воды с последующим термическим разложением их при вдохе. Обеспечиваются повышение эффективности охлаждения дыхательной газовой смеси и ее увлажнение. Недостатком известного способа является то, что указанный эффект проявляется только в начале работы защитного средства. Затем происходит повышенный разогрев кристаллогидрата и его активность в отношении уже поглощения влаги при выдохе постепенно падает. В результате этого происходит уже последующий разогрев и поступающего на дыхание воздуха (до 60°С). Этот способ пригоден для средств маятникового типа с малым временем защитного действия (15-20 мин), но для респираторов с длительным временем работы (до 4-6 час) он не пригоден.

Общим недостатком подобных средств охлаждения дыхательной смеси является то, что они в принципе носят пассивный характер воздействия, не используют дополнительных активных источников холода, что и лишает их значительной эффективности (охлаждающий эффект равен 2-3 градуса). Таким образом, температура дыхательной смеси на вдохе всегда сохраняется повышенной (45-60°С).

Известны способ и устройство для охлаждения дыхательной смеси (Диденко Н.С. Регенеративные респираторы для горноспасательных работ, М., «Недра», 1984 г., стр.156-159; или Изолирующий кислородный респиратор Р-30. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Р3О.00.000 ТО. - Донецк, 1984. стр.21), заключающийся в том, что дыхательную газовую смесь пропускают через холодильник с брикетом водяного льда. Масса льда в холодильнике составляет 0,75 кг. Масса холодильника со льдом составляет 1,55 кг. Охлаждающий эффект холодильника при температуре окружающей среды 40°С равен 6-8 градусов в течение 1,5-2 ч.

Недостатком известного устройства для охлаждения дыхательной смеси является относительно короткий срок действия и необходимость в значительной расходуемой массе водяного льда, который приходится переносить в термосах.

Известны охлаждающие устройства, имеющие большие габариты или связанные со значительным потреблением электроэнергии (охлаждение в вихревой трубе, термоэлектрическое охлаждение). Однако для охлаждения дыхательной смеси в условиях хронического дефицита электроэнергии они не могут быть использованы.

Наиболее экономичными с точки зрения потребляемой энергии являются холодильные устройства компрессионного типа. Однако эти устройства достаточно массивны и габаритны за счет имеющегося в их схеме компрессора.

Задачей изобретения является исключение использования электроэнергии в холодильном устройстве компрессионного типа с последующей возможностью его применения для охлаждения дыхательной смеси изолирующего аппарата.

Задача решается тем, что в качестве источника холода для дыхательной смеси используется холодильное устройство компрессионного типа, у которого компрессирующий элемент (компрессор) устройства выполнен в форме эластичных камер, расположенных под подошвой обуви, а в качестве источника механической энергии устройства используется энергия ступни человека.

Для циркуляции хладагента по замкнутому контуру устройства охлаждения используется компрессирующий элемент (компрессор). Принцип работы компрессирующего элемента заключается в том, что человек, одетый в специально приспособленную обувь, при ходьбе, опираясь то на одну, то на другую ногу, поочередно сжимает и отпускает эластичные камеры, расположенные под подошвами. Это приводит к противофазным импульсам давления хладагента в камерах, его сжатию, что в конечном итоге обеспечивает циркуляцию хладагента по холодильному контуру.

Такое конструктивное выполнение устройства для охлаждения дыхательной смеси позволяет исключить традиционный компрессор из схемы холодильного устройства, и, таким образом, радикально снизить массу, уменьшить габариты и исключить использование электроэнергии в холодильном устройстве.

Форма выполнения компрессирующего элемента является основным существенным и отличительным признаком предлагаемого изобретения.

На фиг.1 схематически показана конструкция предлагаемого устройства.

Устройство для охлаждения дыхательной смеси изолирующего аппарата включает дроссель 1, испаритель 2, расположенный на линии парообразования 3, конденсаторы 4, расположенные на линии конденсации 5, и эластичные камеры 6 с обратными клапанами, расположенные на подошвах обуви 7. Дыхательная смесь из респиратора 8 поступает в испаритель 2 и после охлаждения - на лицевую часть 9 респиратора. По замкнутому контуру охлаждающего устройства циркулирует хладагент.

Устройство работает следующим образом. Сжатие пара (повышение давления) хладагента в эластичной камере 6 путем давления на нее массы человека с переносимым грузом (70+20) кг нагревает пар и переводит его из линии парообразования 3 в линию конденсации 5. В линии конденсации пар охлаждается и конденсируется в конденсаторе 4. Тепло сбрасывается в окружающую среду (40-50°С). При открытом дросселе 1 сконденсированная жидкость переводится из линии конденсации 5 в линию парообразования 3 с низким давлением. Образующийся при этом пар хладагента потребляет тепло дыхательной смеси. Далее пар вновь всасывается в камеру 6 компрессирующего элемента, и цикл повторяется.

На фиг.2 и 3 представлен пример выполнения компрессирующего элемента.

Компрессирующий элемент содержит камеры 1, 2 и 3 последовательного уплотнения пара хладагента. Камера 1 крепится на ноге человека, а камеры 2 и 3 крепятся на подошвах обуви 4. Камеры выполнены из гофрированного материала. Они разделены шлангами, имеющими обратные клапаны 5, 6, 7 и 8, обеспечивающими однонаправленность потока пара хладагента. Направление потока в компрессирующем элементе показано стрелками 9, 10, 11 и 12. Для дистанционной передачи усилия служат тросы 13 и 14 (аналог велосипедного тормозного троса).

Компрессирующий элемент работает следующим образом. При сжатии камеры 2 (фиг.2) (начальный объем 173 см³, площадь 86 см², исходная высота всех камер 2 см, начальное давление 0,24 атм) стопой человека (масса человека 70 кг с грузом 15-20 кг) пар хладагента переводится в камеру 3 при конечном давлении 0,48 атм. На камеру 2 в сторону сжатия также действует атмосферное давление. При этом при передаче механического усилия с помощью троса 13 происходит заполнение камеры 1 (начальный объем 343 см³, площадь 173 см², давление 0,12 атм) паром хладагента из линии испарения. Механическое усилие с помощью троса 14 также способствует заполнению камеры 3 паром хладагента до давления 0,48-0,50 атм.

При переводе ноги в завершающую стадию (фиг.3) человек производит давление на камеру 3 (начальный объем 86 см, площадь 43 см², начальное давление 0,48-0,50 атм) и переводит (сбрасывает) сжатый до давления 1,7 атм пар в линию конденсации. При этом одновременно происходит заполнение камеры 2 паром из камеры 1. Для заполнения камеры 2 до давления 0,24 атм достаточно атмосферного давления (0,88 атм) на поверхность камеры 1 и механического усилия троса 13 и 14.

Для охлаждения дыхательной смеси идущего человека требуется 6-12 Вт холода. С учетом потерь требуемая холодопроизводительность устройства составляет примерно 24-27 Вт при температуре внешней среды 40-50°С. В качестве хладагента в устройстве используется метанол. Циркулирующее по контуру количество метанола составляет 184 г/ч. Давление в испарителе составляет 0,12 атм, давление в конденсаторе 1,6-1,7 атм. При скорости движения 2,5 км/ч теоретическая холодопроизводительность устройства составляет 61 Вт. Средняя температура пара хладагента в испарителе 22-26°С. Температура конденсации пара - 82°С. Холодильный коэффициент -4,7. Общая теплоотдающая поверхность конденсатора примерно 420 см². Теплоотдающая поверхность испарителя примерно 500 см.

Охлаждающий эффект охлаждающего устройства при температуре окружающей среды 40°С равен примерно 6-9°С в течение всего времени работы устройства. Общая расчетная масса устройства составляет примерно 1,2-2,5 кг (существенно зависит от применяемых материалов).

Предлагаемое устройство может применяться в комплекте с любым регенеративным респиратором.

Изобретение относится к области спасательной техники, а именно к средствам индивидуальной защиты органов дыхания, использующим химические продукты, конкретнее к холодильному устройству компрессионного типа для охлаждения дыхательной смеси изолирующего аппарата. В качестве источника холода для дыхательной смеси используется холодильное устройство компрессионного типа, у которого компрессирующий элемент (компрессор) устройства выполнен в форме эластичных камер, расположенных под подошвой обуви, а в качестве источника механической энергии устройства используется энергия ступни человека. Такое конструктивное выполнение устройства для охлаждения дыхательной смеси позволяет исключить традиционный компрессор из схемы холодильного устройства и, таким образом, радикально снизить массу, уменьшить габариты и исключить использование электроэнергии в холодильном устройстве. 3 ил.

Устройство для охлаждения дыхательной смеси изолирующего аппарата, работающее как холодильное устройство компрессионного типа, отличающееся тем, что компрессирующий элемент устройства выполнен в форме эластичных камер, расположенных под подошвой обуви, а в качестве источника механической энергии устройства используется энергия ступни человека.