Влаготеплообменное устройство дыхательного аппарата на химически связанном кислороде Советский патент 1987 года по МПК A62B9/00 A62B7/08 

1

Изобретение относится к деталям дыхательных аппаратов на химически связанном кислороде, а именно шахтных изолирующих самоспасателей, применяемых в горнорудной промышленности для защиты органов дыхания в не- благоприятных условиях,и может быть использовано также в химической и других отраслях промьшшенности, где требуется кратковременная защита органов дыхания человека с помощью указанных аппаратов.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства.

На фиг.1 изображен общий вид вла- готеплообменно го устройства,продольный разрез; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.З - решетка, общий вид.

Влаготеплообменное устройство дыхательного аппарата на химически связанном кислороде содержит цилиндрический корпус 1, патрубок 2 для подачи влажного выдыхаемоговоздуха, патрубок 3 для подачи сухого нагретого регенерированного воздуха и пакет 4, который состоит из гидрофиль13425142

,Тля шахтного самоспасателя со временем защитного действия 90 мин, регенеративный патрон которого снаряжен кислородосодержащим веществом

KOg массой 2,1

кг влаготеплообмен15

ное устройство содержит девять шайб диаметром 58 мм, из них четыре гидро- филь ные шайбы 5, каждая массой 0,4 г, 10 и пять гидрофоб.ных шайб 6, каждая массой 0,2 г. Высота пакета равна 13 мм. Аэродинамическое сопротивление пакета потоку воздуха 60 л/мин не превьшает 4 мм вод.ст.

Поджимающие воздухораспределительные решетки 7 закреплены в корпусе 1 на расстоянии одна от другой меньшем, чем высота пакета 4 в свободном состоянии. Они выполнены с перфорацией, сечение отверстий которой увеличивается к периферии решетки. Следовательно, аэродинамическое сопротивление отверстий к периферии уменьшает- ся. Желательно, чтобы закон изменения аэродинамического сопротивления от центра к периферии решетки был тем же, что и закон изменения скоростей воздушного потока в поперечном сечении круглой трубы, т.е. парабо20

25

ных 5 и гидрофобных 6 шайб и установ- 30 лическим. Это позволяет равномерно лен в корпусе 1 между поджимающими воздухораспределительными решетками 7.

Гидрофобные и гидрофильные шайбы изготовлены из волокнистых полимерных материалов, отличающихся весьма низкой теплопроводностью (0,02 - 0,8 ккал/м.ч.град).

Гидрофильные шайбы 5 вьшолнены в виде плетеных сеток из волокнистого материала, импрегнированного гигроскопическим веществом (осушителем).

В качестве гигроскопического вещества использованы гигроскопические

распределить поток воздуха по всем зонам пакета 4, т.е. улучшить условия обтекания воздушньп потоком волокна шайб и повысить эффективность 35 теплообмена -и сорбции десорбции вла ги. Исходные данные для выполнения такой решетки могут быть рассчитаны по формуле Стокса, исходя из конкре ного диаметра корпуса устройства, заданных расхода и напора воздуха.

Расположение воздухораспределяю- щих поджимающих решеток.7 на определенном расстоянии одна от другой позволяет обеспечить за счет предва

40

Расположение воздухораспределяю- щих поджимающих решеток.7 на определенном расстоянии одна от другой позволяет обеспечить за счет предваСОЛИ (CaCl, ZnBr, ZnClj, LiCl и

др.), образующие при поглощении водя- 45 рительного сжатия шайб пакета тесный

ных паров кристаллогидраты.

Шайбы 5 могут быть выполнены из волокна хлопка (марля) и импрегниро- ваны осушителем, например хлористым кальцием.

В качестве материала для этих шайб может быть использована бытовая хлопчатобумажная марля, имеющая линейную плотность 25-29 текс.

1Чайбы 6 вьшолнены из нетканого объемного полотна, например изготав- л1-гааемого из лавсановых и т.п. волокон. Такое полотно имеет линейную плотность 0,7-2 текс.

KOg массой 2,1

кг влаготеплообмен

ное устройство содержит девять шайб диаметром 58 мм, из них четыре гидро- филь ные шайбы 5, каждая массой 0,4 г, и пять гидрофоб.ных шайб 6, каждая массой 0,2 г. Высота пакета равна 13 мм. Аэродинамическое сопротивление пакета потоку воздуха 60 л/мин не превьшает 4 мм вод.ст.

Поджимающие воздухораспределительные решетки 7 закреплены в корпусе 1 на расстоянии одна от другой меньшем, чем высота пакета 4 в свободном состоянии. Они выполнены с перфорацией, сечение отверстий которой увеличивается к периферии решетки. Следовательно, аэродинамическое сопротивление отверстий к периферии уменьшает- ся. Желательно, чтобы закон изменения аэродинамического сопротивления от центра к периферии решетки был тем же, что и закон изменения скоростей воздушного потока в поперечном сечении круглой трубы, т.е. парабо

лическим. Это позволяет равномерно

распределить поток воздуха по всем зонам пакета 4, т.е. улучшить условия обтекания воздушньп потоком волокна шайб и повысить эффективность теплообмена -и сорбции десорбции влаги. Исходные данные для выполнения такой решетки могут быть рассчитаны по формуле Стокса, исходя из конкретного диаметра корпуса устройства, заданных расхода и напора воздуха.

Расположение воздухораспределяю- щих поджимающих решеток.7 на определенном расстоянии одна от другой позволяет обеспечить за счет предва

контакт волокон шайб 5 и 6. В связи с тем, что импрегнированные гигроскопическим веществом волокна шайб из плетеных сеток непосредственно при50 легают к волокнам шайб из нетканого объемного материала большей пористости (т.е. меньшей линейной плотности), образующийся на них при поглощении влаги слой раствора имеет возмож55 ность легко перетекать на волокна гидрофобных шайб и не перекрьтает . поры между волокнами. Аэродинамическое сопротивление пакета шайб не увеличивается, что позволяет струям воздушного потока свободно проникать по порам между волокнами материала, взаимодействуя со всей импрегнированной осушителем поверхностью шайб.

Размещение на торцах пакета гидрофобных шайб 6, прилегающих к поджимающим воздухораспределительным решеткам 7, обеспечивает возможность перетекания раствора кристаллогидрата на волокна соседней шайбы независимо от положения (горизонтального, вертикального, наклонного) влаготеплообменно- го устройства при использовании дыхательного аппарата. Это исключает закупорку пор раствором, в связи с чем условия взаимодействия струй проходящего воздуха с осушителем не ухудшаются.

Выполнение шайб 6 из объемного нетканого полотна, изготовленного из волокнистого полимерного материала, характеризующегося низкой теплопроводностью (теплоемкостью), обеспечивает хороший теплообмен между проходя- 5 на соседних гидрофобных шайб 6. Это

щим в течение долей секунды воздухом и волокнами шайб, имеющих развитую поверхность. Так как теплопроводность материала шайб низкая, нагревание (охлаждение) их волокон не отличается инерционностью. То обстоятельство, что волокна нигде не нагреваются до температуры, при которой прекращается физическая сорбция влаги, способствует охлаждению воздуха за счет использования тепла на испарение сорбированной влаги.

В дыхательном аппарате влагооб- менное устройство размещается между лицевой частью, например загубником и регенеративным патроном, заполненным кислородсодержащим веществом. С патроном и загубником влаготеплооб- менное устройство сообщается с по

мощью дыхательных шлангов. Патрон сое-45 ту использования защитной мощности динен с дыхательным мешком.дыхательного аппарата вдыхает слегРабота влаготеплообменного устрой- ка нагретый воздух, ства в дыхательном аппарате на химически связанном кислороде заключается в, следзтощем.

Вьщыхаемьш воздух содержит углекислый газ, имеет относительную влажность 94-98% и температуру 36,0 Влаготеплообменное устройство обе 50 спечивает дыхательному {innapaTy следующие эксплуатационные х рактерис- тики: температуру вдыхаемого воздуха

о/

37,0°С. Проходя при выдохе через пакет 4, воздух подсушивается за счет

не более 45 С, относительную влажность не менее 60%, сопротивление 55 вдоху не более 4 мм вод.ст.

сорбции влаги гигроскопическим ве- щесТВом шайб 5. Часть влаги конденсируется на волокнах шайб 6.

, В регенеративном патроне под воздействием углекислого газа, влаги и тепла вьщыхаемого воздуха проходят экзотермические реакции восстановления, протекающие с поглощением угле0 кислого газа и выделением нагретого водорода. Из патрона во влаготепло- обменное устройство по патрубку 3 воздух поступает сухим и нагретым до 70-90 0. Проходя через пакет 4 в об5 ратном направлении, вьщыхаемый воздух увлажняется за счет затрат некоторого количества тепла на испарение влаги с волокна шайб 6 и 5. Часть тепла из патрона воздуха расходуется на на0 гревание пакета 4 и корпуса 1, излучающего тепло в окружающее пространство. На поверхности шайб 5 по мере поглощения водяных паров образуется слой раствора, перетекающий на волок0

предотвращает закупорку пор в шайбах

5и повьш1ение аэродинамического сопротивления пакета 4. В связи с этим элементарные струи выдыхаемого воз0 духа свободно проходят по порам шайб

6и 5, и эффективность действия (осушки) воздуха не ухудшается.

Показателем эффективности работы влаготеплообменного устройства дыхательного аппарата является низкая температура вдыхаемого воздуха и отсутствие сухости в дыхательных путях. Температура вдьгеаемого воздуха в устройстве изменяется от 30°С в начале времени защитного действия аппарата до в конце времени защитного действия, т.е. включившийся в аппарат человек сначала вдыхает более холодный воздух, чем выдыхает, а к момен5

ка нагретый воздух,

Влаготеплообменное устройство обе- 50 спечивает дыхательному {innapaTy следующие эксплуатационные х рактерис- тики: температуру вдыхаемого воздуха

о/

не более 45 С, относительную влажность не менее 60%, сопротивление 55 вдоху не более 4 мм вод.ст.

567

Фиг.Ъ

Редактор В.Данко

Составитель Н.Улыпина

Техред Л.Сердюкова Корректор И.Эрдейи

Заказ 4541/4Тираж 429Подписное

. .ВНШШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4