СОСТАВ ПУСКОВОГО БРИКЕТА ДЛЯ ИЗОЛИРУЮЩЕГО ДЫХАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2025 года по МПК A62D9/00 

Изобретение относится к составам химических веществ, используемых в изолирующих дыхательных аппаратах на химически связанном кислороде.

В начальный период работы изолирующего дыхательного аппарата (ИДА) на химически связанном кислороде, пусковой брикет (ПБ), размещенный в патроне дыхательного аппарата, при запуске должен интенсифицировать начало протекания химических процессов в регенеративном продукте (РП) за счет повышения температуры в зоне реакции и обеспечить генерацию кислорода в начальный момент работы ИДА. С учетом физиологии дыхания человека пусковой брикет должен выделить за 40-60 сек не менее 6 нл кислорода (первый вдох человека). Запуск пускового брикета может инициироваться с помощью ампулы, содержащей водный раствор кислоты или соли, с помощью электронагрева, с помощью капсюльного пускателя и др. После этого примерно на второй минуте работы за счет химических процессов начинается выделение кислорода непосредственно регенеративным продуктом, размещенным в патроне ИДА, через который циркулирует регенерируемый воздух.

Пусковые брикеты для изолирующих дыхательных аппаратов должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- минимальная температура генерируемого кислорода;

- минимальные количества вредных веществ, образующихся в процессе генерирования кислорода;

- высокая стехиометрическая емкость по кислороду на единицу массы;

- высокая кинетика процесса выделения кислорода;

- неизменность химического состава пускового брикета на протяжении длительного времени хранения;

- минимальные объемные изменения в процессе эксплуатации.

Традиционно пусковые брикеты для изолирующих дыхательных аппаратов изготавливают путем механического смешения необходимых компонентов и последующего формования полученной шихты в брикеты различной формы, размещенные в патроне ИДА.

Известен состав пускового брикета ИДА [патент РФ №2802751, МПК А62Д 9/00, 2023 г.], состоящий из трех составов - пускового, переходного и основного. Пусковой состав в количестве 0,86÷2,39% весовых от массы брикета содержит порошкообразный цирконий в количестве 20÷30% весовых, перхлорат калия (KClO₄) в количестве 10÷20% весовых и хромат натрия или хромат калия (Na₂CrO₄ или K₂CrO₄) в количестве 50÷65% весовых. Переходный состав в количестве 1,99÷4,31% весовых от массы брикета содержит 2,0÷6,0% весовых аморфного бора, 60÷70% весовых оксида железа (Fe₂O₃), 25÷35% весовых оксида меди (CuO) и 1,5÷2,5% весовых хризотилового асбеста. Основной состав в количестве 94,83÷96,09% весовых от массы брикета содержит 4÷8% весовых порошкообразного циркония, 9÷20% весовых надпероксида натрия (NaO₂), 70÷85% весовых хлората натрия (NaClO₃) и 1,5÷2,5% весовых хризотилового асбеста.

Указанный пусковой брикет ИДА имеет ряд недостатков. Во-первых, довольно высокая температура генерируемого кислорода, что создает некомфортные условия для пользователя. Во-вторых, из-за наличия в основном составе надпероксида натрия при его эксплуатации в ИДА из-за протекающих в ПБ физико-химических процессов в дыхательный контур ИДА выделяется существенное количество щелочных аэрозолей, негативно влияющих на верхние дыхательные пути человека. И, кроме того, указанный пусковой брикет имеет недостаточно высокую скорость выделения кислорода.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик пускового брикета при его работе в патроне изолирующего дыхательного аппарата.

Задача решается тем, что пусковой брикет изолирующего дыхательного аппарата содержит пусковой состав в количестве 0,86÷2,39% весовых от массы брикета, содержащий порошкообразный цирконий в количестве 20÷30% весовых, перхлорат калия (KClO₄) в количестве 10÷20% весовых и хроматы натрия или калия (Na₂CrO₄ или K₂CrO₄) в количестве 50÷65% весовых, переходный состав в количестве 1,99÷4,31% весовых от массы брикета, содержащий 2,0÷6,0% весовых аморфного бора, 60÷70% весовых оксида железа (Fe₂O₃), 25÷35% весовых оксида меди (CuO) и 1,5÷2,5% весовых хризотилового асбеста, и основной состав, содержащий порошкообразный цирконий, хлорат натрия (NaClO₃) и 1,5÷2,5% весовых хризотилового асбеста. При этом основной состав в количестве 93,30÷97,15% весовых от массы брикета содержит оксид кобальта (Co₃O₄) в количестве 4,0÷8,0% весовых, порошкообразный цирконий в количестве 3,0÷6,0% весовых, а содержание хлората натрия составляет 83,5÷91,5% весовых.

Пусковой состав предназначен для запуска от луча пламени капсюля ударного типа (например, капсюля Жевело) и инициирования разложения переходного состава, который, в свою очередь, предназначен для инициирования запуска основного состава, генерирующего необходимый для пользователя кислород. Стоит отметить, что композиции пускового, переходного и основного составов подобраны таким образом, что отклонение хотя бы в одном из перечисленных выше соотношений ингредиентов приведет или к отказу в запуске ПБ, или к снижению кинетики процесса выделения кислорода и его количества. При нарушении указанных выше соотношений ингредиентов также возможно возникновение пожароопасной ситуации, которая обусловлена наличием в составах соединений, окисляющихся с большим экзотермическим эффектом.

Предлагаемый состав пускового брикета ИДА позволяет снизить температуру генерируемого кислорода за счет снижения в основном составе до 3,0÷6,0% весовых порошкообразного циркония, тепловой эффект горения которого в кислороде составляет 2,9 ккал/г.

Исключение из основного состава надпероксида натрия (крайне гигроскопичного и реакционноспособного соединения) приводит не только к снижению выделения в дыхательный контур ИДА количества щелочных аэрозолей, негативно влияющих на верхние дыхательные пути человека, но и позволяет существенно упростить технологический процесс приготовления ПБ в части требований к составу атмосферы рабочей зоны.

Увеличение скорости генерирования кислорода (а также снижение его температуры) обусловлено наличием в основном составе Co₃O₄, выступающего в качестве катализатора процесса термического разложения хлората натрия.

Необходимо отметить, что предложенный состав пускового брикета обеспечивает больший (по сравнению с прототипом) объем генерируемого кислорода на единицу массы брикета, т.к. в нем увеличено содержание хлората натрия (из всех компонентов имеет самое высокое количество кислорода в расчете на единицу массы), а создающиеся в объеме брикета условия обеспечивают более полное термическое разложение NaClO₃. Кроме того, требуется меньшее количество генерируемого ПБ кислорода для протекания реакции горения металлического циркония.

Таким образом, абсолютно уместно говорить об улучшении эксплуатационных характеристик пускового брикета и повышении безопасности человека, пользующегося ИДА.

Пусковой брикет для изолирующего дыхательного аппарата готовят обычным раздельным смешиванием в требуемых соотношениях компонентов пускового, переходного и основного состава в любом смесителе для сыпучих материалов с последующим формованием полученных шихт в брикеты различной конфигурации (цилиндр, параллелепипед и др.) в зависимости от конструкции патрона ИДА и условий его эксплуатации.

Примеры составов ПБ, заявляемых по изобретению, приведены в табл.1.

Испытания пусковых брикетов проводили по стандартной методике, принятой в технике при разработке и изготовлении изолирующих дыхательных аппаратов на химически связанном кислороде при температуре плюс 25°С, заключающейся в воздействии на пусковой брикет капсюля - воспламенителя, регистрации температуры генерируемого кислорода и количества выделяющихся в дыхательный контур щелочных аэрозолей, снятия кинетической кривой выделения кислорода и определения общего времени его выделения. Для сравнения с пусковыми брикетами различного состава по примерам 1-6 из табл. 1 в тех же условиях испытывался специально изготовленный пусковой брикет - аналог по химическому составу пусковому брикету по патенту РФ №2802751. Все пусковые брикеты имели одинаковую цилиндрическую форму и массу (23,8±1,3 г). Результаты испытаний представлены на чертеже и в табл. 2.

На чертеже представлены кинетические кривые выделения кислорода пусковыми брикетами при температуре плюс 25°С. Поскольку для всех пусковых брикетов, имеющих химический состав по примерам 1-6 из табл. 1, интервалы отклонения кинетических характеристик в условиях проведенных экспериментов не превышают 5% от среднего значения, на чертеже представлено среднее значение кинетики выделения кислорода (кривая 1).

Кривая 2 на чертеже характеризует кинетику выделения кислорода пусковым брикетом, изготовленным по патенту РФ №2802751.

Как видно из представленных табличных и графических данных, составы пусковых брикетов, полученных по изобретению, имеют более низкую температуру генерируемого кислорода и выделяют в дыхательный контур в процессе эксплуатации существенно меньшее количество щелочных аэрозолей, чем пусковой брикет, имеющий состав по патенту РФ №2802751.

Кроме того, составы пусковых брикетов, полученных по изобретению, обладают лучшими кинетическими параметрами генерирования кислорода при работе в патроне изолирующего дыхательного аппарата (время полного разложения не превышает 49 сек) и выделяют большее количество кислорода на единицу массы пускового брикета, чем пусковой брикет, имеющий состав по патенту РФ №2802751.

Температура и количество выделяемого кислорода на единицу массы пускового брикета в процессе его эксплуатации и кинетика данного процесса являются одними из основных эксплуатационных показателей пускового брикета для ИДА. Снижение температуры генерируемого кислорода, увеличение его количества на единицу массы ПБ в процессе эксплуатации, повышение кинетики данного процесса, а также снижение количества щелочных аэрозолей в дыхательном контуре ИДА не только создает более безопасные и комфортные условия для пользователя, но и существенно увеличивает круг лиц, имеющих возможность пользоваться изолирующими дыхательными аппаратами (дети, люди, страдающие легочными заболеваниями и др.).

Исключение из основного состава пускового брикета надпероксида натрия (крайне гигроскопичного и реакционноспособного соединения) позволяет существенно упростить технологический процесс приготовления ПБ в части требований к составу атмосферы в воздухе рабочей зоны, что является несомненным преимуществом.

Улучшение эксплуатационных характеристик пускового брикета (по сравнению с пусковым брикетом по патенту РФ №2802751) достигается за счет того, что пусковой брикет изолирующего дыхательного аппарата содержит пусковой состав, переходный состав и основной состав при указанных выше соотношениях компонентов.

Изобретение относится к составам химических веществ, используемых в изолирующих дыхательных аппаратах на химически связанном кислороде. Пусковой брикет изолирующего дыхательного аппарата содержит пусковой состав - 0,86-2,39% весовых, переходный состав - 1,99-4,31% весовых и основной состав - 93,30-97,15% весовых от массы брикета. Пусковой состав содержит порошкообразный цирконий в количестве 20-30% весовых, перхлорат калия (KClO₄) в количестве 10-20% весовых и хроматы натрия или калия (Na₂CrO₄ или K₂ClO₄) в количестве 50-65% весовых. Переходный состав содержит 2,0-6,0% весовых аморфного бора, 60-70% весовых оксида железа Fe₂O₃, 25-35% весовых оксида меди (CuO) и 1,5-2,5% весовых хризотилового асбеста. Основной состав содержит 3,0÷6,0% весовых порошкообразного циркония, 4,0÷8,0% весовых оксида кобальта Co₃O₄, 83,5÷91,5% весовых хлората натрия (NaClO₃) и 1,5÷2,5% весовых хризотилового асбеста. Пусковой состав предназначен для запуска от луча пламени капсюля ударного типа, например, капсюля Жевело и инициирования разложения переходного состава, который, в свою очередь, предназначен для инициирования запуска основного состава, генерирующего необходимый для пользователя кислород. Пусковой брикет имеет высокие эксплуатационные характеристики при его работе в патроне изолирующего дыхательного аппарата. 1 ил., 2 табл.

Состав пускового брикета для изолирующих дыхательных аппаратов, содержащий пусковой состав в количестве 0,86÷2,39% весовых от массы брикета, в который входят порошкообразный цирконий в количестве 20÷30% весовых, перхлорат калия (KClO₄) в количестве 10÷20% весовых и хроматы натрия или калия (Na₂CrO₄ или K₂CrO₄) в количестве 50÷65% весовых, переходный состав в количестве 1,99÷4,31% весовых от массы брикета, в который входят 2,0÷6,0% весовых аморфного бора, 60÷70% весовых оксида железа Fe₂O₃, 25÷35% весовых оксида меди (CuO) и 1,5÷2,5% весовых хризотилового асбеста, и основной состав, в который входят порошкообразный цирконий, хлорат натрия (NaClO₃) и 1,5÷2,5% весовых хризотилового асбеста, отличающийся тем, что основной состав в количестве 93,30÷97,15% весовых от массы брикета содержит оксид кобальта Co₃O₄ в количестве 4,0÷8,0% весовых, порошкообразный цирконий в количестве 3,0÷6,0% весовых и хлорат натрия в количестве 83,5÷91,5% весовых.