Регенеративный респиратор с химически связанным кислородом

 

Использование: в средствах индивидуальной защиты органов дыхания человека от вредных веществ в горнодобывающей, нефтедобывающей, химической и других отраслях промышленности для улучшения эксплуатационных характеристик респиратора за счет повышения защитной эффективности при одновременном снижении температуры ранца. Респиратор содержит ранец 1, регенеративный патрон 2, мешок вдоха 3, мешок выдоха 4, лицевую часть 7. На патроне размещен диск 13 с двумя двуплечевыми рычагами в виде П-образных рамок и закрепленными на них пластинами. Пластины взаимодействуют с мешками, а к свободным концам рычагов прикреплены пружины растяжения. Диск 13 закреплен на патрубке выдоха с зазором относительно патрона 2. Фронтально зазору в ранце выполнена перфорация 21 и установлен обтекатель 22. 6 ил.

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания человека от вредных веществ, в частности к регенеративным респираторам с химически связанным кислородом, применяемым в горнодобывающих отраслях промышленности. Оно может быть использовано в газодобывающей, нефтедобывающей, химической и других отраслях промышленности, где требуется защита органов дыхания человека с помощью указанных аппаратов в неблагоприятных условиях, связанных с образованием непригодной для дыхания атмосферы.

Известен дыхательный аппарат (авт. св. СССР N 473507, А 62 В 7/08, 1975), содержащий ранец, лицевую часть (загубник с носовым зажимом) с клапаном входа и выхода, регенеративный патрон с кислородсодержащим веществом, мешок вдоха и мешок выдоха с клапаном избыточного давления.

Недостатком этого аппарата является неэкономичное расходование запаса кислорода, что снижает время его защитного действия. Это объясняется тем, что в результате течения в регенеративном патроне химической реакции поглощения диоксида углерода количество генерирующего кислорода превышает то, которое необходимо для дыхания. Избыток кислорода стравливается в атмосферу через клапан избыточного давления, в результате чего до 30% запаса кислорода не используется.

Этот недостаток устранен в регенеративном респираторе с химически связанным кислородом, который выбран в качестве прототипа (авт. св. СССР N 589609, А 62 В 7/08, 1978). Этот дыхательный аппарат содержит ранец, лицевую часть в виде загубника с носовым зажимом, клапаны входа и выхода, соединенные шлангами с мешками вдоха и выдоха, регенеративный патрон, клапан избыточного давления нажимного типа, установленный на стенке мешка выдоха, обращенной к стенке мешка вдоха. Клапан открывается только при наполнении обоих мешков, т. е. тогда, когда их стенки прижмутся друг к другу. Это уменьшает количество стравливаемого в атмосферу кислорода, благодаря чему время защитного действия аппарата увеличивается.

Дыхательный аппарат не во всех аварийных ситуациях обеспечивает требуемую эффективность защиты: если респираторщик ослабил контроль за качеством герметизации загубника или маски по полосе обтюрации или за правильным положением носового зажима, надежность изоляции органов дыхания (эффективность защиты) от вредных веществ уменьшится, т.к. в тот момент, когда в лицевой части на фазе вдоха создается вакуумметрическое давление, через неплотности происходит подсос окружающего воздуха в дыхательные пути человека и в воздуховодную систему респиратора. Таким образом респиратор по авт.св. N 598609 обладает неудовлетворительной характеристикой в связи с тем, что, во-первых, не обеспечивает одинаковую защитную эффективность в периоды фаз вдоха и выдоха, и, во-вторых, оказывает тепловое воздействие на спину респираторщика из-за нагрева ранца вследствие теплоизлучения регенеративного патрона.

На основании изложенного следует, что задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационной характеристики респиратора за счет повышения защитной эффективности при одновременном снижении температуры ранца.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном регенеративном респираторе, содержащем ранец, лицевую часть, клапаны вдоха и выдоха, соединенные шлангами соответственно с мешками вдоха и выдоха, сообщающимися с патрубками вдоха и выдоха регенеративного патрона, клапан избыточного давления нажимного типа с корпусом и подпружиненным штоком, размещенный на стенке мешка выдоха, обращенной к стенке мешка вдоха, обращенной к стенке мешка вдоха, согласно изобретению он снабжен размещенным на патрубке выдоха с зазором относительно торца патрона диском с двумя установленными с возможностью поворота двуплечими рычагами, одно плечо которых выполнено в виде П-образной рамки с закрепленной на ней пластиной, а другое плечо в виде свободных концов рамки, к которым прикреплены концы пружин растяжения, при этом пластина одного рычага с отверстием для корпуса клапана взаимодействует со стенкой мешка выдоха, а пластан другого дополнительного рычага со стенкой мешка вдоха, сами пластины соединены гибким элементом, длина которого не больше расстояния между стенками ранца, контур которого подобен контуру расположенного между диском и стенкой ранца мешка выдоха, а клапан размещен на мешке с возможностью взаимодействия его штока с пластиной дополнительного рычага в зоне зазора между диском и патроном, при том в верхней части фронтально указанному зазору выполнена перфорация и установлен обтекатель.

Такое выполнение регенеративного респиратора отличается высокой защитной эффективностью, не оказывает теплового воздействия на спину респираторщика, т. к. прилегающая к ней стенка ранца защищена от теплоизлучения регенеративного патрона мешком выдоха. Эксплуатационная характеристика респиратора значительно лучше той, которой обладает устройство, взятое в качестве прототипа.

Это объясняется тем, что наличие при работе респиратора в мешках вдоха и выдоха избыточного давления повышает защитную эффективность. Избыточное давление в мешке вдоха создается при воздействии на него дополнительного двуплечего рычага. К меньшим плечам двуплечих рычагов со стороны пружин приложено одинаковое по величине усилие. Соотношение плеч рычагов и площадь закрепленных на них пластин выбраны такими, чтобы в мешках вдоха и выдоха обеспечивалось мало изменяющееся по величине избыточное давление независимо от фаз дыхания; наличие между пластинами рычагов гибкого элемента с длиной, составляющей 60-80% расстояние между стенками ранца, обеспечивает наличие воздуха в мешках вдоха и выдоха в течение всего времени защитного действия респиратора, что также повышает эффективность; выполнение мешка выдоха с контуром, подобным контуру ранца, и размещение его между стенкой ранца, прилегающей к спине респираторщика, и диском, размещенным на патрубке выдоха регенеративного патрона, снижает теплопередачу от патрона к стенке ранца, и, следовательно, уменьшает температуру нагрева стенки; размещение диска на патрубке выдоха патрона с зазором относительно его торца, наличие в верхней части ранца в зоне этого зазора перфорации, прикрытой обтекателем, обеспечивает снижение температуры на поверхности патрона путем теплоотвода конвекционными потоками воздуха. Снижение температуры патрона в свою очередь снижает нагрев ранца при теплоизлучении патрона; размещение клапана избыточного давления в зоне зазора между диском и торцом патрона позволяет значительному количеству стравливаемому из мешка воздуха омывать регенеративный патрон, отводя тепло и, следовательно, снижая температуру его поверхности.

Таким образом указанное выполнение регенеративного респиратора отключается эксплуатационной характеристикой, улучшенной за счет повышения защитной эффективности при одновременном снижении температуры ранца.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема регенеративного респиратора; на фиг. 2 изображен вид А фиг.1; на фиг. 3 изображен мешок выдоха, продольный разрез; на фиг. 4 изображен вид Б фиг. 3;
на фиг. 5 изображена рычажная система респиратора, продольный разрез;
на фиг. 6 изображен вид В фиг. 5.

Регенеративный респиратор с химически связанным кислородом (фиг.1) содержит ранец 1, регенеративный патрон 2 с кислородсодержащим веществом (надпероксидом калия КО₂), мешок вдоха 3, мешок выдоха 4, соединенные посредством гофрированных шлангов 5 и 6 с лицевой частью 7. Лицевая часть 7 содержит загубник 8, носовой зажим 9, клапаны выдоха 10 и вдоха 11. Мешок выдоха 4 размещен между стенкой 12 ранца и диском 13, установленным на патрубке выдоха патрона 2. Контур мешка выдоха 4 подобен контуру ранца 1 (фиг.2, фиг. 3 и фиг. 4). Такое выполнение мешка позволяет не только увеличить его вместимость, но и защитить стенку 12 ранца от теплового воздействия патрона 2.

Рычажная система респиратора смонтирована на диске 13 (фиг.5), на котором закреплены с возможностью поворота два двуплечих рычага 14 и 15 в виде П-образных рамок с пластинами 16 и 17, контактирующими соответственно с мешком выдоха 4 и мешком вдоха 3. Пластина 16 (фиг.6) имеет отверстие под корпус клапана 18 избыточного давления нажимного типа. Клапан 18 избыточного давления размещен в зоне зазора между диском 13 и патроном 2 так, что подпружиненный шток клапана может взаимодействовать с пластиной 17 рычага 15. При нажатии пластины 17 на шток клапан 18 избыточного давления открывается. К свободным концам рамок рычагов прикреплены пружины растяжения 19. Пластины 16 и 17 соединены гибким элементом 20, например, в виде ленты из хлопчатобумажных или синтетических волокон. Длина Д элемента 20 (фиг.5) выбрана меньше расстояния Е (фиг.1) между стенками ранца. Это исключает полное сжатие рычагами 14 и 15 мешков вдоха 3 и выдоха 4, и тем самым обеспечивает наличие в них некоторого количества воздуха, необходимого для дыхания и поддержания химических реакций в регенеративном патроне. Наличие воздуха в мешке вдоха 3 и мешке выдоха 4 обеспечивает избыточное давление 20-30 мм вод. ст. и исключает тем самым подсос в лицевую часть на фазе вдоха вредных веществ из окружающей атмосферы.

В верхней части ранца (фиг.1) выполнена перфорация 21, размещенная в зоне зазора между диском 13 и торцом патрона 2. Перфорация 21 закрыта обтекателем 22, установленным с зазором между ним и стенкой ранца 1. Такое конструктивное выполнение аппарата не только обеспечивает свободный выход конвекционных потоков воздуха из ранца 1, но и защищает внутреннюю полость ранца от попадания капельной влаги при пользовании респиратором в горных выработках.

Регенеративный респиратор работает следующим образом.

При угрозе отравления человек, работающий по ликвидации аварии, надевает лицевую часть 7 аппарата, т.е. берет в рот загубник 8 и устанавливает носовой зажим 9. Выдыхаемый воздух через клапан 10 по шлангу 6 поступает в мешок 4, а из него в патрон 2, где происходят химические реакции, в результате которых кислородсодержащее вещество поглощает влагу и диоксид углерода из выдыхаемого воздуха и выделяет кислород. Обогащенная кислородом воздушная смесь из патрона 2 поступает в мешок 3, а из него по шлангу 5 поступает лицевую часть при вдохе.

Химические реакции идут с выделением тепла, в результате чего регенеративный патрон 2 и размещенные возле патрона элементы респиратора нагреваются.

При химических реакциях кислородсодержащее вещество патрона 2 выделяет кислорода больше, чем требуется для дыхания человека. В результате этого мешки вдоха 3 и выдоха 4 наполняются воздухом, раздуваются и воздействуют на пластины 16 и 17 двуплечих рычагов 14 и 15, сближая их навстречу друг другу. Пружины 19 при том растягиваются. При наполнении мешков 3 и 4 воздухом наступает момент, когда сблизились настолько, что пластина 17 нажимает на шток клапана 18 избыточного давления и клапан открывается, стравливая в атмосферу выдыхаемый воздух, содержащий влагу и диоксид углерода. Количество влаги, участвующей в реакции, определяется количеством выдыхаемого воздуха, поступающего в патрон 2 из мешка 4. Регулируя количество поступающего в патрон выдыхаемого воздуха, можно увеличить сорбционную емкость кислородсодержащего вещества по диоксиду углерода и уменьшить избыточное выделение кислорода. При уменьшении выделения кислорода мешок 3 наполняется меньше, под воздействием усилия растянутых пружин 19 рычаги 14 и 15, поворачиваясь относительно опор, расходятся, оставаясь прижатыми пластинами 16 и 17 к мешкам с определенным усилием, обеспечивающим избыточное давление воздуха в мешках как при вдохе, так и при выдохе.

Вокруг нагретого патрона 2 возникают конвекционные воздушные потоки, которые способствуют отводу тепла от патрона 2 и, следовательно, его охлаждению. Охлаждению патрона способствует также стравливаемый из мешка выдоха 4 влажный воздух, поступающий в зазор между диском 13 и патроном 2. Тепло патрона 2 расходуется на испарение влаги выдыхаемого воздуха.

Воздушные потоки из ранца 1 выходит наружу через перфорацию 21.

В результате принятых конструктивных решений респиратора температура на поверхности ранца 1 не является непереносимой для человека, одетого в спецодежду из хлопчатобумажной ткани.

Формула изобретения

Регенеративный респиратор с химически связанным кислородом, содержащий ранец, лицевую часть, клапаны вдоха и выдоха, соединенные шлангами соответственно с мешками вдоха и выдоха, сообщающимися с патрубками вдоха и выдоха регенеративного патрона, клапан избыточного давления нажимного типа с корпусом и подпружиненным штоком, размещенный на стенке мешка выдоха, обращенной к стенке мешка вдоха, отличающийся тем, что он снабжен размещенным на патрубке выдоха с зазором относительно торца патрона диском с двумя установленными с возможностью поворота двуплечими рычагами, одно плечо которых выполнено в виде П-образной рамки с закрепленной на ней пластиной, а другое плечо в виде свободных концов рамки, к которым прикреплены концы пружин растяжения, при этом пластина одного рычага с отверстием для корпуса клапана взаимодействует со стенкой мешка выдоха, а пластина другого дополнительного рычага со стенкой мешка вдоха, сами пластины соединены гибким элементом, длина которого не больше расстояния между стенками ранца, контур которого подобен контуру расположенного между диском и стенкой ранца мешка выдоха, а клапан размещен на мешке с возможностью взаимодействия его штока с пластиной дополнительного рычага в зоне зазора между диском и патроном, при этом в верхней части ранца фронтально указанному зазору выполнена перфорация и установлен обтекатель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6