КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПОДАЧИ/ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
COMBINED SYSTEM OF AIR DELIVERY AND AIR CLEANING

Настоящая заявка имеет преимущество и притязает на приоритет по заявке на патент США № 11/100,051, «Combined Air-Supplyiug/Air-Purifying System», поданной 6 апреля 2005 г., и по предварительной заявке на патент США № 60/560,401, «Combined Air-Supplied/Armored Air-Purifying System», поданной 6 апреля 2004 г., содержание которых целиком включено в настоящую заявку путем отсылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится, в общем, к дыхательным или респираторным устройствам и, в частности, к модульному комбинированному устройству подачи/очистки воздуха, который содержит автономный дыхательный аппарат и фильтрующий респиратор, которые можно использовать независимо или совместно один с другим.
Разнообразные устройства для обеспечения пригодного для дыхания воздуха в опасных окружающих средах широко известны. К двум особенно широко известным типам относится устройство фильтрации воздуха, в котором окружающий воздух фильтруется для очистки от вредных примесей, чтобы воздух мог стать безопасным для вдыхания пользователем, и автономное дыхательное устройство («SCBA»), в котором баллон высокого давления, содержащий запас пригодного для дыхания воздуха, переносится пользователем и используется при необходимости. Каждый из данных типов применялся несколько десятилетий.
Недавно устройства двух данных типов объединили для обеспечения большей эксплуатационной гибкости для пользователя. Комбинированный SCBA/фильтрующий респиратор может применяться бойцами гражданской обороны, спасателями, бригадами для работы с опасными материалами и вооруженными силами, чтобы обеспечить пользователям возможность увеличения времени пребывания в среде, которая загрязнена или может быть загрязнена материалами или химикатами, вредными для органов дыхания. SCBA обеспечивает защиту органов дыхания путем обеспечения пользователя подачей воздуха из баллона высокого давления. Фильтрующий респиратор использует фильтрующие коробки, которые отфильтровывают вредные материалы или химикаты из воздуха, подаваемого пользователю. Фильтрующий респиратор может иметь одну из следующих форм: либо устройства полностью отрицательного давления, либо устройства с нагнетателем. В фильтрующем респираторе полностью отрицательного давления пользователь должен втягивать воздух легкими через фильтрующие коробки. В устройстве с нагнетателем пользователь при втягивании воздуха через фильтрующие коробки получает поддержку от нагнетателя с электронным управлением, находящегося в потоке воздуха. Устройство с нагнетателем обычно называют в промышленности электроприводным воздухоочистительным респиратором («PAPR»).
Конфигурации современных респираторов обычно ограничены либо респиратором, применяемым для фильтрации воздуха, либо респиратором, который обеспечивает подачу воздуха с положительным давлением из баллона высокого давления. При обеспечении обоих видов защиты органов дыхания пользователь может находиться в зоне потенциального заражения или зоне заражения, которая не классифицирована как непосредственно опасная для жизни и здоровья («IDLH») при применении режима фильтрации воздуха для защиты органов дыхания. Затем, если пользователю необходимо войти в окружающую среду IDLH или если текущая окружающая среда становится IDLH, то пользователь может переключиться на респиратор SCBA и дышать воздухом, подаваемым из баллона высокого давления. И, наконец, пользователь может переключиться обратно в режим фильтрации воздуха после выхода из окружающей среды IDLH и поддерживать защиту органов дыхания на время выхода из данной окружающей среды и/или в течение процесса дезактивации. Важным фактором является обеспечение для пользователя возможности переключения туда и обратно между режимами дыхания без воздействия окружающей среды на пользователя.
Примерным сценарием использования данной конфигурации была бы операция бригады для работы с опасными материалами по очистке утечки опасного химического вещества внутри крупного здания. В месте утечки пользователи будут нуждаться в SCBA для защиты органов дыхания. Однако они должны пройти большое расстояние через здание к фактическому месту утечки. Во время данного перехода пользователь также нуждается в защите органов дыхания, хотя степень опасности для органов дыхания требует защиту фильтрацией воздуха. Если данный сценарий реализован пользователем, оснащенным только SCBA, то легко видно, что фактическое время пребывания на месте утечки сокращается, поскольку часть сжатого воздуха, использованного SCBA, потребляется на переход в здание и из него. Если пользователь оснащен комбинированным SCBA/фильтрующим респиратором, то переход в здание и из него может выполняться с использованием фильтрующего респиратора, а SCBA применяется только при необходимости на месте утечки. Таким образом, пользователь будет иметь возможность максимально увеличивать время выполнения своей задачи.
Другим примерным сценарием для применения данной конфигурации будет ее применение военными пожарными:
Каждый боец военной пожарной команды оснащен комбинированным SCBA/респиратором PAPR. SCBA применяется без PAPR во время обычных задач по пожаротушению.
В случае химической или биологической атаки каждый боец пожарной команды будет надевать маску и PAPR и носить данный комплект, пока боец находится в состоянии готовности, и по существу будет защищен от химического и биологического действия окружающей среды.
Если во время химической или биологической атаки и при одновременном ношении PAPR персонал вызывают на борьбу с пожаром, PAPR можно присоединять к SCBA и тогда можно носить комбинированный блок. Затем пользователь может при необходимости переключиться на SCBA для пожаротушения.
После выхода из зоны пожара, если пользователь подвергся загрязнению вследствие химической или биологической атаки, пользователь переключится на PAPR, затем снимет SCBA и отсоединит PAPR от SCBA. В течение данного цикла пользователь сохранял защиту своих органов дыхания и с этого момента подготовлен к прохождению цикла дезактивации.
Комбинацию двух типов респираторов нельзя считать новой идеей; однако способ их объединения, а также их конфигурации, описанные ниже, оригинальны и обладают новизной.
Другая проблема, касающаяся традиционных конструкций PAPR, состоит в том, что они просто обеспечивают поддержку дыхания пользователя и позволяют давлению под лицевой частью становиться отрицательным в случае интенсивного дыхания. К сожалению это часто вызывает утечку через уплотнение к лицу пользователя, таким образом подвергая пользователя воздействию внешней среды. Данный эффект можно предотвратить поддерживанием положительного давления внутри лицевой части маски пользователя. Однако чтобы PAPR снабжал пользователя притоком воздуха, достаточным для поддерживания положительного давления даже при высоких значениях интенсивности дыхания, необходимо создавать постоянный высокий приток. Испытания показали, что интенсивность дыхания при тяжелой работе может составлять порядка 100 литров в минуту (л/мин). Если принять для описания человеческого дыхания синусоидальную характеристическую кривую дыхания, тогда максимальные расходы воздуха превышают 300 л/мин. Это означает, что для того, чтобы PAPR поддерживал положительное давление, необходимо обеспечить в лицевую часть расход по меньшей мере 300 л/мин. Проблема, которая возникает в данных обстоятельствах, связана с выдохом пользователя. Во-первых, пользователь фактически нуждается в расходе не менее 300 л/мин только в течение короткого участка каждого дыхательного цикла; остальной воздух, подаваемый в лицевую часть, сбрасывается клапаном выдоха лицевой части. Это представляет воздух, который отфильтрован и не потреблен пользователем. Во-вторых, при данном потоке не менее 300 л/мин, поступающем в лицевую часть, аналогичные максимальные потоки имеют место, когда пользователь находится на участке выдоха дыхательного цикла, и это означает, что клапан выдоха должен допускать работу с максимальными потоками не менее 600 л/мин (подаваемый приток PAPR + поток выдоха пользователя). Для приспособления к потокам данной величины без развития высоких давлений на выдохе пользователя, требуются слишком большие клапаны выдоха. Следовательно, существует потребность в усовершенствованном техническом подходе к решению данной проблемы.
Еще одна проблема, связанная с традиционными конструкциями PAPR, состоит в том, что они не предназначены для ношения в окружающих условиях пожаров или иного воздействия высоких температур. Фильтрующие коробки, применяемые в обычных PAPR, имеют конструкцию, не рассчитанную, чтобы выдерживать пламя, высокую температуру или что-то подобное, так как до сих пор редко возникали подобные требования. Один недавний подход к защите фильтрующих коробок состоит в заключении каждой коробки в «чехол» для ее защиты, пока не потребуется воспользоваться коробкой. К сожалению подобная конструкция требует дополнительного этапа съема чехла, которая занимает много времени и является затруднительной. Кроме того, после съема чехлы необходимо безопасно носить или хранить, что хлопотно для пользователя. Кроме того, ни чехол, ни любое другое известное устройство не обеспечивает средства перекрывания доступа воздуха к фильтрующим коробкам для уравновешивания потока воздуха между фильтрующими коробками, когда применяют множество фильтрующих коробок, и, тем самым, обеспечения равномерного срабатывания фильтрующих коробок или для обеспечения в ином случае функций, доступных только при использовании кожуха для регулирования потока воздуха в фильтрующие коробки и из них.
СУЩНОСТЬ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Респиратор согласно изобретению использует PAPR с рядом специфических особенностей. Поскольку PAPR можно носить в обстановке борьбы с пожаром, он должен быть защищен от всех опасностей, возникающих в таких окружающих условиях. Важно, что фильтрующие коробки, которые использует PAPR для фильтрации воздуха, чувствительны к нагреву, пламени, воде и влажности. Поскольку все данные опасности могут присутствовать на месте пожара, защита фильтрующих коробок имеет огромное значение. PAPR респираторов согласно изобретению использует кожух, который полностью содержит фильтрующие коробки. Впускное отверстие в кожух обеспечивает извилистый путь для входа воздуха в кожух и, тем самым, предотвращает воздействие вышеупомянутых опасных факторов на фильтрующие коробки. В некоторых вариантах осуществления впускной канал может открываться и закрываться и, тем самым, обеспечивать дополнительную защиту. При наличии данного канала он может содержать крышку впуска, которой можно манипулировать вручную или с помощью электронных или пневматических элементов управления. При наличии или в отсутствие впускного канала кожух обеспечивает также дополнительное преимущество придания PAPR обтекаемой формы посредством закрывания различных выступов коробок, которые могут быть опасны с точки зрения причинения повреждения пожарникам.
Настоящее изобретение содержит комбинированную систему SCBA/PAPR. В широком смысле настоящее изобретение в соответствии с одним аспектом предлагает комбинированную дыхательную систему подачи/очистки воздуха, содержащую: наспинный каркас, содержащий первый узел крепления для присоединения к респиратору воздуха, баллон высокого давления, носимый на наспинном каркасе и содержащий воздух для дыхания под давлением, клапанный блок цилиндра, носимый на наспинном каркасе и присоединенный к выпускному отверстию баллона высокого давления, редуктор, носимый на наспинном каркасе и присоединенный к выпускному отверстию клапанного блока цилиндра, при этом баллон высокого давления, клапанный блок цилиндра и редуктор образуют автономный дыхательный аппарат; электроприводной воздухоочистительный респиратор, содержащий второй узел крепления для подсоединения к наспинному каркасу, и лицевую часть, сообщающуюся по газовому проходу как с редуктором, так и с электроприводным воздухоочистительным респиратором, при этом электроприводной воздухоочистительный респиратор выполнен с возможностью установки и ношения на наспинном каркасе посредством соединения наспинного каркаса с респиратором в первом и втором узлах крепления, соответственно.
В соответствии с особенностями данного аспекта респиратор с электроприводным воздухоочистительным респиратором и автономный дыхательный аппарат выполнены с возможностью независимого использования каждого от другого, при том что как электроприводной воздухоочистительный респиратор, так и автономный дыхательный аппарат установлены и переносятся на наспинном каркасе; электроприводной воздухоочистительный респиратор дополнительно выполнен с возможностью отделения от наспинного каркаса и применения независимо от автономного дыхательного аппарата; автономный дыхательный аппарат выполнен с возможностью применения независимо от электроприводного воздухоочистительного респиратора, когда электроприводной воздухоочистительный респиратор отделен от наспинного каркаса; электроприводной воздухоочистительный респиратор содержит комплект плечевых ремней, взаимно соединяющиеся части узла защелки расположены в первом и втором узлах крепления и, тем самым, облегчающие соединение наспинного каркаса и респиратора, наспинный каркас содержит пару стержней, которые направляют электроприводной воздухоочистительный респиратор в заданное место, причем электроприводной воздухоочистительный респиратор выполнен с возможностью отделения от наспинного каркаса без снятия баллона высокого давления с наспинного каркаса, электроприводной воздухоочистительный респиратор установлен под баллоном высокого давления и между баллоном высокого давления и наспинным каркасом, а также электроприводной воздухоочистительный респиратор и автономный дыхательный аппарат соединены с лицевой частью узлом шланга, при этом электроприводной воздухоочистительный респиратор соединен с лицевой частью первым узлом шланга, тогда как автономный дыхательный аппарат соединен с маской вторым узлом шланга.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ применения комбинированной дыхательной системы подачи/очистки воздуха, при котором: обеспечивают комбинированную дыхательную систему подачи/очистки воздуха, содержащую электроприводной воздухоочистительный респиратор, автономный дыхательный аппарат и лицевую часть; сначала подают пригодный для дыхания воздух пользователю через лицевую часть, через электроприводной воздухоочистительный респиратор; когда пользователь входит в окружающую среду, в которой внешним воздухом нельзя безопасно дышать через электроприводной воздухоочистительный респиратор, подают пригодный для дыхания воздух пользователю через лицевую часть, из автономного дыхательного аппарата, а не из электроприводного воздухоочистительного респиратора без прерывания притока пригодного для дыхания воздуха к пользователю; и, когда пользователь выходит из окружающей среды, в которой внешним воздухом нельзя безопасно дышать через электроприводной воздухоочистительный респиратор, снова подают пригодный для дыхания воздух пользователю через лицевую часть, через электроприводной воздухоочистительный респиратор, а не автономный дыхательный аппарат, без прерывания притока пригодного для дыхания воздуха к пользователю.
В соответствии с особенностями данного аспекта обеспечение комбинированной дыхательной системы подачи/очистки воздуха включает обеспечение комбинированной дыхательной системы подачи/очистки воздуха, содержащей электроприводной воздухоочистительный респиратор, который может быть легко отделен и отсоединен пользователем без применения специальных инструментов от автономного дыхательного аппарата; обеспечение электроприводного воздухоочистительного респиратора, включающее обеспечение фильтрующей коробки и нагнетателя, которые являются носимыми пользователем отдельно от лицевой части, но подсоединяются к лицевой части узлом шланга; обеспечение комбинированной дыхательной системы подачи/очистки воздуха включает обеспечение автономного дыхательного аппарата в состоянии, отдельном и отсоединенном от электроприводного воздухоочистительного респиратора, и способ включает также, перед подачей пригодного для дыхания воздуха пользователю из автономного дыхательного аппарата, а не от электроприводного воздухоочистительного респиратора, соединение автономного дыхательного аппарата с электроприводным воздухоочистительным респиратором без прерывания притока пригодного для дыхания воздуха к пользователю; при этом соединение автономного дыхательного аппарата с электроприводным воздухоочистительным респиратором заключается в том, что прикрепляют электроприводной воздухоочистительный респиратор к каркасу, несущему автономный дыхательный аппарат; причем автономный дыхательный аппарат содержит баллон высокого давления, носимый на каркасе, а соединение автономного дыхательного аппарата с электроприводным воздухоочистительным респиратором заключается в том, что прикрепляют электроприводной воздухоочистительный респиратор к каркасу, несущему автономный дыхательный аппарат, без снятия баллона высокого давления с каркаса, при этом соединение автономного дыхательного аппарата с электроприводным воздухоочистительным респиратором заключается в том, что присоединяют узел шланга, продолжающийся от автономного дыхательного аппарата, к лицевой части без прерывания притока пригодного для дыхания воздуха к пользователю; способ содержит также после выхода из окружающей среды, в которой внешним воздухом нельзя безопасно дышать через электроприводной воздухоочистительный респиратор и повторной подачи воздуха через электроприводной воздухоочистительный респиратор, а не автономный дыхательный аппарат, отделение электроприводного воздухоочистительного респиратора от автономного дыхательного аппарата и снятие автономного дыхательного аппарата, причем все выполняют без прерывания притока пригодного для дыхания воздуха к пользователю.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается комбинированная дыхательная система подачи/очистки воздуха, содержащая: автономный дыхательный аппарат, при этом автономный дыхательный аппарат содержит лицевую часть для подачи пригодного для дыхания воздуха из автономного дыхательного аппарата пользователю; электроприводной воздухоочистительный респиратор, причем электроприводной воздухоочистительный респиратор содержит по меньшей мере один фильтр и нагнетатель и имеет выпускное отверстие, присоединяемое узлом шланга к лицевой части; и управляющий интерфейс, который соединяет в рабочем положении автономный дыхательный аппарат с электроприводным воздухоочистительным респиратором.
В соответствии с особенностями данного аспекта автономный дыхательный аппарат и электроприводной воздухоочистительный респиратор содержат соответствующие монтажные узлы, выполненные с возможностью соединения между собой, что допускает закрепление электроприводного воздухоочистительного респиратора на автономном дыхательном аппарате во время применения пользователем; комбинированная дыхательная система подачи/очистки воздуха выполнена с возможностью обеспечения дыхания пользователя воздухом либо из автономного дыхательного аппарата, либо от электроприводного воздухоочистительного респиратора без снятия лицевой части; управляющий интерфейс содержит датчик, который распознает, приведен ли в действие автономный дыхательный аппарат; управляющий интерфейс содержит контроллер, который отключает электроприводной воздухоочистительный респиратор, когда установлено, что автономный дыхательный аппарат приведен в действие; управляющий интерфейс содержит защитный выключатель, который распознает, состыкован ли электроприводной воздухоочистительный респиратор с автономным дыхательным аппаратом; и управляющий интерфейс содержит контроллер, который предотвращает переключение комбинированной дыхательной системы подачи/очистки воздуха из первого режима работы, в котором воздух подается пользователю от электроприводного воздухоочистительного респиратора, во второй режим работы, в котором воздух подается пользователю из автономного дыхательного аппарата, если не установлено, что электроприводной воздухоочистительный респиратор состыкован с автономным дыхательным аппаратом.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается комбинированная дыхательная система подачи/очистки воздуха, содержащая: автономный дыхательный аппарат; электроприводной воздухоочистительный респиратор, датчик, который распознает, приведен ли в действие автономный дыхательный аппарат, и контроллер, соединенный с датчиком, который отключает электроприводной воздухоочистительный респиратор в ответ на показание от датчика, что автономный дыхательный аппарат приведен в действие.
В соответствии с особенностями данного аспекта датчик является приводимым в действие давлением, при этом датчик содержит магнитный поршень, выполненный с возможностью перемещения под действием давления газа предварительно заданной величины в автономном дыхательном аппарате, контроллер содержит электромагнитный переключатель, и магнитный поршень магнитно взаимодействует с переключателем для запуска отключения электроприводного воздухоочистительного респиратора, датчик содержит датчик давления, выполненный с возможностью формирования сигнала, когда встречается предварительно заданное давление газа в автономном дыхательном аппарате, при этом сигнал, сформированный датчиком давления, принимается контроллером по электрическому соединению; и электроприводной воздухоочистительный респиратор содержит нагнетатель с электродвигателем, при этом контроллер отключает электроприводной воздухоочистительный респиратор электрическим отключением нагнетателя.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается комбинированная дыхательная система подачи/очистки воздуха, содержащая: автономный дыхательный аппарат; электроприводной воздухоочистительный респиратор, при этом электроприводной воздухоочистительный респиратор является отделимым от автономного дыхательного аппарата, защитный выключатель, который распознает, состыкован ли электроприводной воздухоочистительный респиратор с автономным дыхательным аппаратом, и контроллер, соединенный с защитным переключателем, который предотвращает переключение комбинированной дыхательной системы подачи/очистки воздуха из первого режима работы, в котором воздух подается пользователю от электроприводного воздухоочистительного респиратора, во второй режим работы, в котором воздух подается пользователю из автономного дыхательного аппарата, если защитный выключатель не указывает, что электроприводной воздухоочистительный респиратор состыкован с автономным дыхательным аппаратом.
В соответствии с особенностями данного аспекта, защитный выключатель распознает, исправно ли произведено соединение электроприводного воздухоочистительного респиратора с автономным дыхательным аппаратом в механически устойчивом состоянии, при этом защитный выключатель содержит магнитное герконовое реле, защитный выключатель формирует сигнал, который принимается контроллером, и электроприводной воздухоочистительный респиратор определяется исправно соединенным с автономным дыхательным аппаратом, если электроприводной воздухоочистительный респиратор установлен на автономный дыхательный аппарат и прикреплен к нему.
Дополнительные области применения настоящего изобретения очевидны из дальнейшего подробного описания. Следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, хотя и показывают предпочтительный вариант изобретения, предназначены только для иллюстрации и не предназначены для ограничения объема изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Дополнительные особенности, варианты осуществления и преимущества настоящего изобретения становятся очевидными из нижеследующего подробного описания, приведенного со ссылками на чертежи, на которых;
Фиг.1 - вид спереди в перспективе комбинированной дыхательной системы подачи/очистки воздуха в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - высокоуровневая принципиальная схема SCBA, показанного на фиг.1.
Фиг.3 - вид спереди несущего каркаса, показанного на фиг.1.
Фиг.4 - вид сбоку справа несущего каркаса, показанного на фиг.3.
Фиг.5 и 5A - виды в перспективе сверху спереди и снизу спереди, соответственно, системы, показанной на фиг.1, с изображением PAPR, отсоединенного от SCSA;
Фиг.6 и 6A - увеличенные виды в перспективе сверху спереди и снизу спереди, соответственно, PAPR, показанного на фиг.5 и 5A.
Фиг.7 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей PAPR, показанного на фиг.6.
Фиг.8 - вид спереди в перспективе альтернативной конфигурации PAPR, показанного на фиг.6, изображенного с подсоединенной к нему лицевой частью, показанной на фиг.1.
Фиг.9 - местный вид спереди в разрезе по линии 9-9 для PAPR, показанного на фиг.6.
Фиг.9A - вид сверху в разрезе по линии 9A-9A для PAPR, показанного на фиг.9.
Фиг.10 - вид спереди в перспективе лицевой части, показанной на фиг.1, изображенной с присоединенным к ней шлангом от SCBA.
Фиг.11 - вид спереди в перспективе лицевой части, показанной на фиг.10, изображенной с присоединенными к ней шлангами как от SCBA, так и от PAPR.
Фиг.12 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей шлангового разъемного соединителя, показанного на фиг.11.
Фиг.13 - вид спереди в разрезе по линии 9-9 для PAPR, показанного на фиг.6, с изображением потока воздуха через него.
Фиг.14 - вид в перспективе альтернативной комбинированной дыхательной системы подачи/очистки воздуха в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.15 - вид в перспективе комбинированной системы, показанной на фиг.14, с изображением PAPR, отделенного от SCBA.
Фиг.16 - вид спереди в перспективе PAPR, показанного на фиг.15, представленного со снятой крышкой.
Фиг.17 - вид сзади в перспективе PAPR, показанного на фиг.16, представленного со снятыми крышкой и впускным каналом.
Фиг.18 - схематичный вид сбоку PAPR, показанного на фиг.15, с изображением потока воздуха через него.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи, где одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые компоненты на нескольких видах. Нижеследующее описание предпочтительного(ых) варианта(ов) осуществления является лишь примерным по своему характеру и ни в коем случае не предполагает ограничения изобретения, области его применения или использования.
На фиг.1 представлен вид в перспективе комбинированной дыхательной системы 10 подачи/очистки воздуха в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Комбинированная система 10 содержит SCBA 20 и PAPR 40 в металлической оболочке, и тот и другой закрепленные на несущем каркасе 21, и лицевую часть или маску 18. Каждый из данных компонентов подробно описан далее.
2
На фиг.2 представлена высокоуровневая принципиальная схема SCBA 20, показанного на фиг.1. SCBA 20 содержит по меньшей мере один баллон 22 высокого давления, клапанный блок 24, редуктор 26, узел 30 шланга высокого давления для обеспечения соединения газовым проходом выпускного отверстия редуктора 26 с лицевой частью 18, редукционный блок второй ступени или регулятор 28 и по меньшей мере один электронный блок 34, показанный на фиг.1 и 5. Баллон 22 высокого давления, клапанный блок 24, редуктор 26 и один конец узла 30 шланга, - все опираются на каркас 21, который содержит также присоединительный узел для присоединения к нему PAPR 40. Баллон 22 высокого давления представляет собой цилиндр или резервуар под давлением, который обеспечивает подачу дыхательной смеси пользователю. В одном предпочтительном варианте изобретения резервуар 22 может быть такого типа, который первоначально содержит воздух под давлением около 316,4 кг/см (4500 фунт/кв. дюйм, изб.), или другой стандартной емкостью.
Редуктор 26 первой ступени сообщается по газовому проходу с клапанным блоком 24, который расположен на резервуаре 22. В показанном варианте осуществления редуктор 26 первой ступени соединен газовым проходом с клапанным блоком 24 при помощи дополнительного узла 31 шланга высокого давления. Однако специалистам в данной области техники должно быть очевидно из дальнейшего, что в альтернативном варианте редуктор 26 первой ступени можно соединять с клапанным блоком 24 непосредственно. В конкретном альтернативном варианте осуществления редуктор 26 первой ступени и клапанный блок 24 могут быть объединены в комбинированный быстроразъемный клапан с редуктором, например, такой, который описан в заявке на патент США № 10/884,784, принадлежащей общему владельцу, содержание которой полностью включено в настоящую заявку путем отсылки. Упомянутый комбинированный клапан с редуктором представлен на нижеописанных фиг.14 и 15.
Электронный блок 34, который также может опираться на каркас 21, может содержать встроенный блок питания и множество элементов управления и соединений для сопряжения с редуктором 26, PAPR 40, электрическими устройствами в или на лицевой части 18 и т.п. В частности, электронный блок 34 содержит контроллер, который определяет, работает ли SCBA 20 или PAPR 40 в любой данный момент времени. В особенности, электронный блок 34 может содержать пользовательский интерфейс для ручного приведения в действия одного или обоих SCBA 20 и PAPR 40 и/или средство для автоматического приведения в действия одного или обоих SCBA 20 и PAPR 40 в некоторых условиях. Блок 34 может быть связан с PAPR 40 электрическим, механическим и/или бесконтактным интерфейсом.
На фиг.3 и 4 представлены виды спереди и сбоку справа, соответственно, несущего каркаса 21, показанного на фиг.1. Хотя существует множество применимых различных каркасных конструкций, которые допускают ношение как SCBA 20, так и PAPR 40, каркас 21, показанный на фиг.3 и 4, особенно подходит для применения с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения, поскольку среди других причин каркас 21 позволяет отделять PAPR 40 и снимать с каркаса, как дополнительно описано ниже. В дополнение с другим традиционным элементам каркас 21 содержит проволочную секцию 23 для ношения резервуара 22. Ниша 25 за проволочной секцией 23 вмещает PAPR 40, как описано ниже.
На фиг.5 и 5A представлены виды в перспективе системы 10, показанной на фиг.1, с изображением PAPR 40, отсоединенного от SCBA 20, а на фиг.6 и 6A представлены увеличенные виды в перспективе PAPR 40, показанного на фиг.5 и 5A, и на фиг.7 представлен вид в перспективе с пространственным разделением деталей PAPR 40, показанного на фиг.6. PAPR 40 содержит корпус 42, по меньшей мере один коллектор 55, множество фильтров 45 в металлической оболочке, электродвигатель (не показанный), аккумулятор 64 для электродвигателя, нагнетатель 52 (схематически показанный на фиг.13), узел 70 шланга низкого давления 70 для обеспечения соединения газовым проходом выпускного отверстия PAPR 40 с лицевой частью 18 и контроллер (не показанный). Каждый из данных компонентов подробно описан ниже.
Основной корпусной частью PAPR 40 является корпус 42 PAPR, который закрывает электродвигатель (не показанный), нагнетатель 52 и по меньшей мере часть контроллера и обеспечивает опору для различных других компонентов. Корпус 42 PAPR обеспечивает основную конструкцию PAPR 40 и содержит по меньшей мере одно присоединительное отверстие 49, 51 для фильтрующих коробок 46, а также присоединительный узел для подсоединения PAPR 40 к каркасу 21, несущему SCBA 20. В настоящем описании термин «фильтрующая коробка» должен означать любое отдельное устройство, применяемое для абсорбции, фильтрации или обезвреживания взвешенных в воздухе ядовитых веществ, раздражающих веществ, аэрозолей или чего-то подобного, независимо от физической формы данного устройства. Конкретный тип фильтрующих коробок 46, подлежащих применению, будет зависеть от окружающей среды, в которой их следует применять, а также от широкого спектра других факторов, факторов, очевидных для специалистов со средним уровнем компетентности в данной области техники, но одной фильтрующей коробкой, подходящей для применения в по меньшей мере некоторых версиях исполнения PAPR 40 в соответствии с настоящим изобретением, является принудительный фильтр, выпускаемый компанией Scott Health & Safety of Monroe, North Carolina. Как показано, корпус 42 имеет T-образную форму для обеспечения достаточной площади поверхности, чтобы допускать установку нескольких фильтрующих коробок 46, но должно быть очевидно, что возможны также другие формы и конфигурации. Форму можно дополнительно видоизменять введением в конструкцию выемки 47 или других особенностей для создания возможности плотного прилегания корпуса 42 к резервуару 22 SCBA или другим компонентам SCBA 20 или несущему каркасу 21.
В конкретном варианте осуществления корпуса 42 PAPR, показанного на фиг.5 и других фигурах, обеспечены четыре присоединительные отверстия 49, 51, включая два верхних присоединительных отверстия 49 и два нижних присоединительных отверстия 51, каждое из которых ориентировано в переднем направлении в целях, которые станут очевидными из нижеследующего изложения. Однако будет также очевидно, что возможно также применение присоединительных отверстий 49, 51 в других количествах, местах расположения, комбинациях и с другими ориентациями, без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Каждое присоединительное отверстие 49, 51 имеет предпочтительно стандартный размер и содержит соединительный механизм, что позволяет присоединять к упомянутому отверстию различные приспособления. Одной конфигурацией присоединительного отверстия, подходящей для применения в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, является присоединительный патрубок DIN 40 мм, имеющий фитинг с внутренней резьбой для вмещения различных фильтрующих коробок, крышек, приемных устройств или чего-то подобного.
Каждое присоединительное отверстие 49, 51 можно использовать различными способами. Например, на фиг.8 представлен вид в перспективе альтернативной конфигурации PAPR 40, показанного на фиг.6, изображенного с присоединенной к нему лицевой частью 18, показанной на фиг.1. В данной конфигурации фильтрующие коробки 46 можно присоединять непосредственно как к верхним, так и нижним присоединительным отверстиям 49, 51 корпуса 42 PAPR. Таким образом использованы все четыре присоединительных отверстия 49, 51. Предполагается, что каждая фильтрующая коробка 46 содержит фитинг с внешней резьбой, предназначенный для соединения с фитингом с внутренней резьбой соответствующего присоединительного отверстия 49, 51. В данной конфигурации внешний воздух может втягиваться непосредственно через различные фильтрующие коробки 46 и в сам PAPR 40.
С другой стороны, в основном предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.5-7, к каждому из верхних присоединительных отверстий 49 прикреплен коллектор 55 при помощи впускной трубки 56, тогда как два нижних присоединительных отверстия 51 закрыты съемным колпаком 54. Каждая впускная трубка 56 содержит закрытый колпаком конец, открытый конец и стороны с крупными перфорациями или отверстиями в них. Внешние поверхности открытого конца снабжены резьбой, чтобы можно было соединять трубку 56 с одним из верхних присоединительных отверстий 49 корпуса 42. Вставкой трубки 56 через, в общем, цилиндрические отверстия в коллекторе 55 и вкручиванием резьбового конца трубки 56 в присоединительное отверстие 49 можно прикрепить коллектор 55 к корпусу 42 PAPR. Как подробно изложено ниже, каждый коллектор выполнен с возможностью закрепления на нем множества фильтрующих коробок 46. Данная схема расположения эффективно допускает присоединение по меньшей мере одной фильтрующей коробки 46 к каждому из верхних присоединительных отверстий 49 и, тем самым, обеспечивает ряд преимуществ, которые дополнительно поясняются ниже. Очевидно также, что в еще одной дополнительной альтернативной схеме расположения, некоторые из тех же преимуществ можно получить заменой каждого коллектора простым T-, Y-образным или другим переходником (не показанным), снабженным единственным фитингом с внешней резьбой и по меньшей мере двумя фитингами с внутренней резьбой, вследствие чего фитинг с внешней резьбой можно присоединять к любому из присоединительных отверстий 49, 51, а фильтрующую коробку 46 можно присоединять к каждому из различных фитингов с внутренней резьбой.
В дополнение к функциональной гибкости, обеспечиваемой различными присоединительными отверстиями 49, 51, оборудованными на корпусе 42 PAPR, возможность применения корпуса 42 PAPR в разных конфигурациях обеспечивает преимущество технологичности. В частности, можно изготавливать всего одну часть (корпус 42 PAPR), которая допускает применение пользователями различными способами. Корпус 42 PAPR может быть даже снабжен колпачками 54, постоянно закрепленными на любом из присоединительных отверстий 49, 51, для создания, тем самым, нескольких конфигураций без необходимости изготовления и содержания в запасе отличающейся части.
Как описано ниже, весь узел 40 может быть отделяемым от SCBA 20 и носимым пользователем на поясе на ремне 41, как показано на фиг.8, или на спине или на плечах с использованием простой обычной лямки или амуниции (не показанных) или любого другого подходящего устройства. Корпус 42 PAPR, который предпочтительно имеет конструкцию, получаемую литьем под давлением из армированного стекловолокном нейлонового материала, можно устанавливать с возможностью съема на несущем каркасе 21 путем стыковки их соответствующих присоединительных узлов.
Для указанной цели можно применить любое подходящее соединительное средство, но особенно полезное средство, возможно, лучше всего показано на фиг.5 и 6. Присоединительный узел 32 на несущем каркасе 21 содержит два открытых стержня 27, расположенных около края упомянутого каркаса, верхнюю скобу (не показанную) и нижнюю скобу 29, тогда как присоединительный узел корпуса 42 PAPR содержит верхнюю петлю (не показанную) и нижнюю защелку 48. Стержни 27 выполняют функцию направляющих для выставки корпуса 42 PAPR, а также помогают поддерживать корпус 42 PAPR после того, как он установлен. Нижняя скоба 29 каркаса 21 может содержать упорный выступ с вырезом для соединения с возможностью разъема с нижней защелкой 48 корпуса 42 PAPR. Верхняя скоба каркаса 21 выполнена с возможностью захвата верхней петли на корпусе 42 PAPR для предотвращения перемещения корпуса 42 PAPR от каркаса 21, а также действует как принудительный стопор для предотвращения корпуса 42 PAPR от перемещения вверх и от защелки 29 внизу каркаса 21.
Установка PAPR выполняется сдвигом верха PAPR под цилиндр 22 и по стержням 27, пока верхняя петля не приходит в контакт с верхней скобой каркаса 21. Затем низ корпуса 42 PAPR можно прижать к каркасу 21. Когда нижняя защелка 48 приходит в контакт и зацепление с нижней скобой 29, она автоматически фиксируется в заданном месте. Демонтаж PAPR 40 после этого можно выполнять открыванием защелки 48 и выполнением процесса установки в обратном порядке. Преимуществом здесь является то, что весь процесс установки и снятия может выполняться без отсоединения резервуара 22 или любого другого компонента SCBA 20 от каркаса 21 и не требует применения никаких специальных инструментов.
На фиг.9 представлен вид в разрезе PAPR 40, показанного на фиг.6, по линии 9-9, и на фиг.9A представлен вид сверху в разрезе PAPR, показанного на фиг.9, взятый по линии 9A-9A. Как показано, в основном, на фиг.6, 7, 9 и 9A, PAPR 40 содержит два коллектора 55 и четыре фильтра 45 в металлической оболочке, при этом по два фильтра 45 в металлической оболочке присоединены к каждому коллектору 55. Каждый фильтр 45 в металлической оболочке содержит фильтрующую коробку 46 и крышку 53 фильтра. Вместе крышки 53 фильтра и коллекторы 55 образуют кожухи 43, лучше всего показанные на фиг.9, которые защищают фильтрующие коробки 46 от нагревания, пламени, высокой влажности или влажной окружающей среды, в дополнение к защите коробок 46 от непосредственных механических ударов. В настоящей заявке под термином «кожух» следует понимать любую конструкцию или комбинацию конструкций, образующую одно непрерывное закрытое внутреннее пространство, разделенное или нет на отдельные отсеки внутри данного кожуха, то есть по существу отделенное от внешней среды конструкциями, но доступное через по меньшей мере одно общее впускное отверстие. Каждая крышка 53 фильтра может присоединяться защелками 59, на петлях или другим средством для надежной фиксации упомянутой крышки к корпусу 42 PAPR. Каждая крышка 53 содержит также уплотнение для места соединения между крышкой 53 и коллектором 55, чтобы гарантировать изоляцию PAPR 40 от внешней среды. Предпочтительный вариант осуществления каждой крышки 53 фильтра имеет конструкцию, получаемую литьем под давлением из армированного стекловолокном нейлонового материала.
Каждый коллектор 55 содержит по меньшей мере одно впускное отверстие 57, верхнюю и нижнюю пластины 61 и две муфты 65 с внутренней резьбой для вмещения фильтрующих коробок 46. Предпочтительный вариант осуществления каждого коллектора 55 имеет конструкцию, получаемую литьем по давлением из армированного стекловолокном нейлонового материала. Каждое впускное отверстие 57 обеспечивает путь внешнему воздуху для прохода из внешней среды в корпус коллектора 55. Данные впускные отверстия 57, использование которых возможно только при окружении фильтрующих коробок 46 кожухами, например, такими, которые описаны и изображены в настоящей заявке, допускают применение ряда выгодных характерных возможностей, некоторые из которых описаны ниже. Например, хотя и не показано, каждое впускное отверстие 57 может при желании содержать клапан или что-то подобное для обеспечения возможности закрытия впускного отверстия 57, когда PAPR 40 не применяется. Другие преимущества описаны ниже.
Как лучше всего видно из фиг.9A, воздух проходит из впускных отверстий 57 к перфорациям 63 в верхней и нижней пластинах 61. Затем, как показано на фиг.9, воздух проходит через перфорации 63 в пространство между внешними поверхностями стенок фильтрующих коробок 46 и внутренними поверхностями стенок крышек 53 фильтров. После того как воздух достигает впускных областей соответствующих фильтров 46, он проходит через фильтры 46 и выходит в центральную сборную камеру коллектора 55. И, наконец, воздух проходит через отверстия в сторонах впускной трубки 56 и протекает через верхние присоединительные отверстия 49 самого корпуса 42 PAPR.
Дополнительная преимущественная особенность показана на фиг.9. Широко известно, что, если PAPR 40 носят в обычно окружающей среде, в которой используют воду или другие жидкости в качестве составной части средств для тушения пожара или чего-то подобного, PAPR 40 и другие части системы 10 с большой вероятностью должны подвергаться воздействию брызг или иначе приходить в контакт с упомянутыми жидкостями. Аналогично водяные пары часто присутствуют во влажных средах, например, таких, в которые могут попадать типичные пользователи PAPR или SCBA. В результате воздушные фильтры, используемые в данных средах, могут закупориваться, повреждаться или терять другие рабочие характеристики под воздействием воды и других текучих сред как в жидкой, так и в парообразной форме, взаимодействующих с фильтрами.
Для сведения к минимуму или предотвращения данных вредных эффектов, вокруг периферии каждой перфорации 63 в верхней и нижней пластинах 61 расположена приподнятая кромка 69, обычно называемая далее «порогом для жидкости». Каждый порог 69 для жидкости расположен так, что продолжается вертикально во внутреннюю область коллектора 55. Назначением порогов 69 для жидкости является предотвращение слива воды и других жидкостей, которые могут собираться вблизи впускных отверстий 57 коллекторов 55, через перфорации 63 в верхней и нижней пластинах 61. Когда коллектор 55 ориентирован, как показано на фиг.9, один порог 69 для жидкости продолжается вверх от нижней из двух пластин 61. Вода и другие жидкости, попадающие во впускные отверстия 57, обычно собираются в камере между впускными отверстиями 57 и перфорациями 63. Аналогично водяные пары, попадающие во впускные отверстия, начинают конденсироваться в той же камере. Сила тяжести обычно вынуждает все эти текучие среды наполнять низ камеры. Однако порог 69 для жидкости фактически поднимает вход в перфорации 63 выше пола камеры, который в данной показанной ориентации образован нижней пластиной 61. Поскольку вход в перфорации 63 находится благодаря этому фактически выше постоянного уровня жидкостей в камере, то собранные жидкости, тем самым, улавливаются, что не дает им как-либо попадать в фильтрующие коробки 46 и вызывать их повреждение.
Второй порог 69 для жидкости, который продолжается вниз от верхней из двух пластин 61, предусмотрен по меньшей мере по двум причинам. Хотя в ориентации, показанной на фиг.9, данный верхний порог 69 для жидкостей служит описанной цели не впрямую, следует понимать, что пожарные и другой персонал, который может применять PAPR, включая PAPR 40 в соответствии с настоящим изобретением, могут смещать свои PAPR в положения с различными ориентациями, когда они двигаются ползком, карабкаются и иначе маневрируют сами и своим оборудованием на месте чрезвычайного происшествия. В по меньшей мере некоторых из данных ориентаций, присутствует вероятность такого изменения ориентации PAPR 40, при котором порог 69 для жидкости, показанный в верхнем положении на фиг.9, оказывается ниже, чем другой порог 69 для жидкости, и в данном случае порог 69 для жидкости должен обладать такими же возможностями, которые описаны выше. Кроме того, благодаря симметричному исполнению коллектора 55 коллектор 55 можно устанавливать без учета того, который из порогов 69 для жидкости является верхним и который является нижним.
Следует также отметить, что при расположении перфораций 63 на некотором расстоянии от стенок коллектора 55 слив жидкостей, собираемых внизу камеры, в перфорации 63 в верхней пластине 61, при неожиданном перевороте корпуса 42 PAPR и, следовательно, коллектора 55, является маловероятным. Вместо этого собираемые жидкости, вероятнее всего, должны стекать к одной из стенок и затем вдоль стенки перед сбором на противоположной пластине 61, которая с этого момента стала полом камеры. В данной ситуации будет предотвращаться протекание жидкости в перфорации 61 противоположным порогом 69 для жидкостей.
Посредством эффективного заключения двух фильтрующих коробок 46 в одном отсеке или кожухе 43 с ограниченном числом впускных отверстий 57 обеспечивается более высокая однородность процесса фильтрации и улучшенный контроль над распределением внешнего воздуха по фильтрам 46. Коллектор 55 действует как накопитель, и симметричная схема расположения фильтрующих коробок 46 и воздушного тракта, применяемая для распределения в них воздуха, обеспечивает одинаковую интенсивность потока воздуха в каждую фильтрующую коробку 46. Данная конструкция допускает также включение в нее порогов 69 для жидкости, чтобы не допускать просачивание воды и других жидкостей в сами фильтрующие коробки 46, как описано выше.
Нагнетатель 52 расположен на пути сообщения газовым проходом между кожухами 43 фильтров и лицевой частью 18 и предпочтительно встроен между выпуском коллекторов 55 и впускным концом узла 70 шланга PAPR. Нагнетатель 52 выполняет функцию вытягивания воздуха из кожухов 43 фильтров через коробки 46, затем через коллекторы 55 в корпус 42 PAPR и впускное отверстие нагнетателя 52 и, наконец, функцию нагнетания воздуха через узел 70 шланга во внутреннее пространство под лицевой частью 18. Нагнетатель 52 может представлять собой электронно-управляемый центробежный вентилятор с приводом от электродвигателя.
На фиг. 10 представлен вид спереди в перспективе лицевой части 18, показанной на фиг.1, изображенной с присоединенным к ней узлом 30 шланга SCBA. Лицевая часть 18 воздухонепроницаемо закрывает нос и рот пользователя и предпочтительно закрывает глаза пользователя прозрачным щитком 19 для наружного наблюдения. Узел 30 шланга SCBA вставлен между редуктором 26 и лицевой частью 18 через регулятор 28 второй ступени в SCBA 20. Данный дыхательный регулятор 28, который предпочтительно расположен на лицевой части 18, содержит регуляторную камеру (не показанную), сообщающуюся газовым проходом с узлом 30 шланга. Регулятор 28 второй ступени может быть любым из ряда регуляторов традиционного или нового типа, включая регуляторы легочно-автоматического действия или регуляторы подачи под избыточным давлением. В одном варианте осуществления предпочтительным среди прочих причин, из-за его способности к адаптации к современным изделиям, регулятор 28 остается на своем месте на лицевой части 18 независимо от того, используют ли или нет SCBA 20. Когда SCBA 20 не используют, присоединительное отверстие однонаправленного действия на выдох на данном регуляторе 28 продолжает служить как место выпуска выдыхаемого воздуха, когда пользователь дышит воздухом, подаваемым от PAPR 40. Кроме того, сторона лицевой части 18 оборудована фитингом 72, выполняющим функцию места подсоединения изогнутого шланга 74 PAPR, который присоединяет PAPR 40 к лицевой части 18. Предпочтительно фитинг 72 представляет собой фитинг с установкой поворотом на 90 градусов для обеспечения удобства подсоединения, но специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники будут очевидны фитинги других типов, например, стандартный вворачиваемый 40-мм соединитель.
На фиг.11 представлен вид спереди в перспективе лицевой части 18, показанной на фиг.10, изображенной с присоединенными к ней узлами 30, 70 шлангов как от SCBA, так и от PAPR. Узел 70 шланга PAPR содержит изогнутый шланг 74 низкого давления и шланговый разъемный соединитель 80. В предпочтительном варианте осуществления изогнутый шланг 74 выполнен из полимера на основе бутилкаучука, выбранного из-за химической стойкости и высоких характеристик сопротивления нагреву и пламени.
На фиг.12 представлен вид в перспективе с пространственным разделением деталей шлангового разъемного соединителя 80, показанного на фиг.11. Разъемный соединитель 80 содержит клапан 82 одностороннего действия и датчик 84 давления. При открытом клапане 82 датчик 84 давления измеряет подмасочное давление. Когда пользователь выдыхает, давление под маской повышается. Датчик 84 распознает данное повышение и перекрывает клапан 82 для предотвращения входа выдыхаемого воздуха обратно в шланг 74 PAPR. При работе электродвигателя с постоянной скоростью поступающий воздух, который отфильтрован в PAPR 40, затем останавливается в нагнетателе 52. Когда пользователь снова вдыхает, давление под маской снижается, и клапан 82 открывается и, тем самым, дает пользователю возможность еще раз вдохнуть воздух из PAPR 40. Данный процесс повторяется с каждым вдохом, который делает пользователь.
В другом варианте осуществления (не показанном) датчик 84 может в качестве альтернативы применяться для регулирования параметров работы электродвигателя, нагнетателя 52 или их обоих, чтобы обеспечивать аналогичную функцию. Например, когда давление повышается, вентилятор нагнетателя можно останавливать, и когда давление снижается, вентилятор нагнетателя можно снова запускать.
Шланговый разъемный соединитель 80 также предпочтительно содержит по меньшей мере два визуальных индикатора состояния 86, которыми могут быть LED (светодиоды) или что-то подобное. Первый LED 86 обеспечивает визуальную индикацию относительно того, действует или нет PAPR 40 (т.е., если LED 86 высвечивается, то в текущий момент на PAPR 40 подается питание). Второй LED 86 обеспечивает визуальную индикацию относительно того, находится ли или нет PAPR 40 в аварийном состоянии. Например, второй LED 86 может высвечиваться, если аккумулятор 64 PAPR имеет слабый уровень заряда, если поток воздуха, выходящий из нагнетателя 52, ниже предварительно заданного порога или если имеют место некоторые другие аварийные или исключительные состояния. Для выполнения каждой из упомянутых функций могут быть предусмотрены соответствующие схемы, и следует понимать, что конкретные аварийные состояния можно дополнительно различать визуально при применении дополнительных LED, визуальных индикаторов с несколькими состояниями и т.п.
Работа PAPR 40 регулируется контроллером, который содержит пользовательский интерфейс и электромонтажный узел для электродвигателя. Пользовательский интерфейс предпочтительно расположен в отдельном блоке, который можно переносить в месте, удобном для наблюдения и манипулирования пользователем, например, на подвесном пульте управления, выполненным с возможностью подвешивания на плече пользователя и на его груди. Пользовательский интерфейс содержит простой двухпозиционный переключатель 71 для ручного приведения в действие и отключения PAPR 40, а также индикатор состояния аккумулятора. Для удобства применения и удобства соединения аккумулятор 64 для электродвигателя предпочтительно расположен вблизи пользовательского интерфейса и также переносится на подвесном пульте управления.
На фиг.13 представлено схематическое изображение PAPR 40, показанного на фиг.5, с изображением потока воздуха через него. Как пояснялось ранее, внешний воздух входит в PAPR 40 через впускные отверстия 57 и движется внутри фильтров 45 в металлической оболочке к впускам соответствующих фильтрующих коробок 46. Воздух из каждой пары фильтрующих коробок 46 собирается в центральной сборной камере для каждого коллектора 55 и направляется в сам корпус 42 PAPR. В корпусе 42 PAPR воздух из соответствующих коллекторов направляется через нагнетатель 52 и из него через выпускное отверстие 67, соединяющее с изогнутым шлангом 70.
Так как SCBA 20 и PAPR 40 можно легко соединять или разделять с использованием средства, показанного на фиг.5 (или любого подходящего альтернативного средства), пользователь может выбирать, какой тип защиты органов дыхания необходим, так что PAPR 40 можно применять без SCBA 20, SCBA 20 можно применять без FAPR 40 или оба аппарата 20, 40 можно применять совместно один с другим простым подсоединением или съемом PAPR 40 с SCBA 20 при необходимости. На выбор пользователя, он может начать использовать PAPR 40 и затем при необходимости подсоединить PAPR 40 к SCBA 20 и тогда селективно переключать туда и обратно между SCBA 20 и PAPR 40 согласно требованиям ситуации. Так как лицевая часть 18 применяется каждым аппаратом 20, 40 для питания пользователя воздухом, пользователь может держать лицевую часть 18 на ее месте на своем лице и никогда не подвергается непосредственному воздействию внешнего воздуха, даже при переключении туда и обратно между PAPR 40 и SCBA 20. Данная возможность соединения и разделения двух дыхательных систем 20, 40, при непрерывной поддержке защиты органов дыхания снабжает пользователя более широкими возможностями выбора во время работы в зараженной окружающей среде.
В одном примере типичного рабочего сценария пользователь носит только PAPR 40 с использованием плечевой лямки или поясного ремня 41, описанных ранее. Таким образом, корпус 42 PAPR, фильтрующие коробки 46 и нагнетатель 52 переносятся на спине пользователя, на его боку и т.п., при этом данные компоненты физически отделены от лицевой части 18, но соединены с ней посредством узла 10 шланга. Пользователь может применять PAPR 40 или не применять для дыхания в зависимости от окружающей среды, с которой он сталкивается или ожидает столкнуться. Например, солдат, предполагающий возможную атаку с использованием ядовитого вещества, присутствующего в воздухе, или подобного, может носить PAPR 40 без его применения без необходимости или, если данная атака неминуема, пользователь может носить и применять PAPR 40 до начала атаки. Соответствующие сценарии можно предположить для пожарных, а также для другого персонала. PAPR 40 дает пользователю возможность дышать фильтрованным воздухом в окружающих средах, в которых воздух по другим причинам является непригодным для дыхания, при этом тип фильтрующих коробок 46, применяемых в PAPR 40, зависит от типа ядовитого вещества, раздражающих аэрозолей и т.п., которые ожидаются или присутствуют.
Однако в некоторых ситуациях воздух, отфильтрованный PAPR 40, может оказаться более небезопасным для дыхания по множеству разных причин. Тогда может возникнуть необходимость переключения из режима применения PAPR на применение SCBA. В предположении, что имеет место вышеописанная ситуация, когда пользователь носит только PAPR 40, пользователь сначала находит соответствующий SCBA 20 такого типа, который описан в настоящей заявке. Без прерывания притока к пользователю воздуха, пригодного для дыхания, пользователь может снять PAPR 40 со своей спины, плеча или пояса, установить и закрепить PAPR 40
на несущем каркасе 21 и затем надеть всю систему 10 для ее ношения на спине. В любое время в ходе данного процесса пользователь может переключиться из режима применения PAPR на применение SCBA, причем без прерывания притока воздуха, пригодного для дыхания. Аналогично, как только становится безопасно дышать фильтруемым воздухом, и воздух, подаваемый из SCBA 20, больше не требуется или израсходован, пользователь может снять систему 10 со спины, снять PAPR 40 с несущего каркаса 21, снять SCBA 20 и снова надеть PAPR 40 и снова без прерывания притока воздуха, пригодного для дыхания.
При разделении и соединении SCBA 20 и PAPR 40 часто важно, чтобы пользователь располагал только одним респиратором, действующим в любой данный момент времени. Это предотвращает выработку резервуара 22 SCBA без необходимости, если требуется только PAPR 40, а также исключает случайное применение PAPR 40, когда требуются возможности SCBA 20. Чтобы в любой данный момент времени действовал только один респиратор, система 10 предпочтительно использует средство для координации работы PAPR 40 с работой SCBA 20. Когда PAPR 40 не присоединен к SCBA 20, то работа PAPR 40 аналогична работе типичного PAPR.
С другой стороны, когда PAPR 40 присоединен к SCBA 20, PAPR 40 находится под управлением электронного блока 34 SCBA 20. Если пользователь выбрал применение PAPR 40 для дыхания, то SCBA 20 не ограничивает работу PAPR 40. Однако если пользователь предпочел переключиться на SCBA 20 для защиты органов дыхания, то в предпочтительном варианте обеспечены средства для гарантированной безопасной, эффективной и интегрированной работы PAPR 40 в сочетании с SCBA 20. Во-первых, в предпочтительном варианте обеспечен защитный выключатель для гарантии, что PAPR 40 правильно подсоединен к SCBA 20. Одним способом решения указанной задачи является механический выключатель (не показанный), указывающий, что корпус 42 PAPR подстыкован правильно (установлен или присоединен в механически устойчивом состоянии) в заданном месте на несущем каркасе 21 для SCBA 20. Одним типом переключателя, пригодного для применения в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, является магнитное герконовое реле. В предпочтительном варианте переключение пользователем источников воздуха от PAPR 40 на SCBA 20 должно блокироваться, если выходной сигнал данного выключателя показывает, что PAPR 40 не соединен с SCBA 20.
Если PAPR 40 правильно состыкован с SCBA 20, то можно использовать дополнительный механизм управления, который предпочтительно представляет собой автоматический механический или электрический датчик, для выключения нагнетателя 52 PAPR. Один подходящий датчик предполагает применение бесконтактного магнитного поршня (не показанного) в составе электронного блока 34 SCBA. При наличии данного датчика открывание клапанного блока 24 цилиндра для подачи питания в SCBA 20 вынуждает поршень перемещаться под давлением цилиндра. Поршень установлен так, что при перемещении взаимодействует с магнитным переключателем в PAPR 40 и, тем самым, выключает нагнетатель 52 PAPR. В альтернативном датчике датчик давления (не показанный) может воспринимать повышенное давление, созданное в системе подачи воздуха в SCBA 20, когда открыт полный или частично наполненный резервуар 22 SCBA. Выходной сигнал датчика давления может приниматься электронным блоком 34 SCBA 20 и затем перенаправляться в нагнетатель 52 PAPR и, тем самым, выключать его. Разумеется, если PAPR 40 не был правильно состыкован с SCBA 20, то вышеописанный защитный выключатель не допускает отключения PAPR 40 в пользу SCBA 20.
Если затем пользователь предпочитает переключиться обратно на PAPR 40 для защиты органов дыхания, электронный блок 34 автоматически включает нагнетатель 52 PAPR. Если обеспечен датчик давления, описанный в предыдущем параграфе, то электронный блок 34 может также запускать данную функцию автоматически, когда резервуар 22 SCBA полностью или почти полностью выработан. Запуск данной функции возможен, когда датчик давления распознает, что давление в системе подачи воздуха в SCBA 20 упало ниже предварительного заданного порога и, тем самым, указывает, что либо пользователь перекрыл клапанный блок 24 цилиндра и, тем самым, выключил отключил SCBA 20, либо в резервуаре 22 израсходован воздух.
И, наконец, отделение PAPR 40 от SCBA 20 возвращает PAPR 40 обратно в режим работы типичного PAPR 40. В частности, отделение PAPR 40 от SCBA 20 отключает вышеописанный защитный выключатель и, тем самым, выдает сигнал в PAPR 40, что SCBA 20 отсутствует, и автоматически приводит PAPR 40 в действие до ручного отключения пользователем.
На фиг.14 представлен вид в перспективе альтернативной комбинированной дыхательной системы 110 подачи/очистки воздуха в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Как и в вышеописанном первом предпочтительном варианте осуществления альтернативная комбинированная дыхательная система 110 содержит SCBA 120 и PAPR 140 в металлической оболочке, оба опирающиеся на несущий каркас 121, и маску или лицевую часть 18. Как и вышеописанный SCBA 20, SCBA 120, показанный на фиг.14, содержит по меньшей мере один резервуар 22, клапанный блок 24, редуктор 126, узел 30 шланга высокого давления для обеспечения соединения газовым проходом выпускного отверстия редуктора 126 с лицевой частью 18, редукционный блок второй ступени или регулятор 28, блок питания 116 и по меньшей мере один электронный блок 134.
Лицевая часть 18 и большинство компонентов SCBA 120 аналогичны соответствующим компонентам, описанным выше в связи с первым предпочтительным вариантом осуществления. Однако, как пояснялось выше, SCBA 120 может использовать альтернативный редуктор 126, например, комбинированный быстроразъемный клапан с редуктором, предложенный в заявке на патент США № 10/884,784, принадлежащей общему владельцу. Кроме того, выбор применения подобного комбинированного редуктора 126 предпочтительно сопряжен с применением усовершенствованного электронного блока 134, например, блока, также описанного в заявке на патент США № 10/884,784. Подобный электронный блок 134 может содержать множество элементов управления и соединений для сопряжения с редуктором 26, PAPR 140, электрическими устройствами в или на лицевой части 18 и т.п. и предпочтительно содержит контроллер, который определяет, который из SCBA 20 или PAPR 140 действует в любой данный момент времени. Однако следует понимать, что применение упомянутых альтернативных редуктора 126 и электронного блока 134 является дополнительной возможностью.
Однако кроме альтернативного редуктора 126 и электронного блока 134, PAPR 140 в металлической оболочке и несущий каркас 121 альтернативной комбинированной дыхательной системы 110 подачи/очистки воздуха содержат альтернативные возможности, по меньшей мере некоторые из которых подробно описаны ниже. Фиг.15 предлагает вид в перспективе комбинированной системы 110, показанной на фиг.14, с изображением PAPR 140, отделенного от SCBA 120. На фиг.16 представлен вид спереди в перспективе PAPR 140, показанного на фиг.15, при снятой крышке 154. PAPR 140 содержит корпус 142, корпус 150 электродвигателя, крышку 154, впускной канал 156, множество фильтрующих коробок 46, нагнетатель 152 и изогнутый шланг 70 для соединения выпускного отверстия PAPR 140 с лицевой частью 18. Каждый из данных компонентов подробно описан ниже. Как поясняется далее, весь узел 140 может быть отделяемым от SCBA 20 и носимым пользователем на его спине, на обычных плечевых ремнях (не показанных) или с помощью любого другого подходящего устройства.
Основной корпусной частью PAPR 140 является корпус 142 PAPR, который обеспечивает опору для различных других компонентов и дополнительно содержит тубус 164 аккумулятора и крышку 168 аккумулятора для вмещения аккумуляторов (не показанных), используемых для питания нагнетателя 152. Корпус 142 PAPR содержит монтажные узлы (не показанные) для фильтрующих коробок 46, узел 148 крепления для соединения PAPR 140 с SCBA 120 и обеспечивает несущую конструкцию PAPR 140.
Корпус 142 PAPR, который предпочтительно имеет конструкцию, получаемую литьем под давлением из армированного стекловолокном нейлонового материала, можно устанавливать с возможностью съема на несущем каркасе 121 путем стыковки его узла 143 крепления с соответствующим узлом 132 крепления на несущем каркасе 121. Узел 132 крепления на несущем каркасе 121 выполнен, в частности, с возможностью облегчения его соединения. Для указанной цели можно применить любое подходящее соединительное средство, но особенно полезное средство, возможно, лучше всего показано на фиг.15. Узел 132 крепления на несущем каркасе 121 содержит вертикальную ось с узким концом, продолжающимся из широкого участка заплечика на его верхнем конце, и уступ на его нижнем конце. Узел 148 крепления на PAPR 140 содержит прорезь, выполненную с возможностью посадки на верхний конец оси на несущем каркасе 121, и петлю, выполненную с возможностью установки в уступ на несущем каркасе 121. Когда прорезь установлена на верхний наконечник, корпус 142 PAPR опирается на заплечики вертикальной оси и уступ, но PAPR 140 можно легко снять подъемом корпуса 142 до освобождения прорези из верхнего наконечника узла 132 крепления несущего каркаса.
Корпус 150 электродвигателя может быть отдельной секцией PAPR 140 или может быть встроен в корпус 142 PAPR. Корпус 150 электродвигателя вмещает и фиксирует нагнетатель 152 и обеспечивает путь для прохода фильтрованного воздуха из корпуса 142 PAPR во впускное отверстие нагнетателя 152. Если корпус 150 электродвигателя является отдельным от корпуса 142 PAPR, то корпус 150 электродвигателя может также предусматривать способ для его крепления к корпусу 142 PAPR. Предпочтительный вариант осуществления корпуса 150 электродвигателя представляет собой конструкцию, получаемую литьем под давлением из армированного стекловолокном нейлонового материала.
Крышка 154 PAPR присоединяется к корпусу 142 PAPR. Крышка 154 PAPR и корпус 142 PAPR совместно образуют кожух, который защищает фильтрующие коробки 46 от нагревания, пламени, высокой влажности или мокрой окружающей среды, в дополнение к защите коробок 46 от непосредственных механических ударов. Крышку 154 PAPR можно присоединять защелками, на петлях или другим средством надежной фиксации упомянутой крышки к корпусу 142 PAPR. Крышка 154 PAPR содержит также уплотнение для места соединения между крышкой 154 PAPR и корпусом 142 PAPR, чтобы гарантировать изоляцию PAPR 140 от внешней среды. Предпочтительный вариант осуществления крышки 154 PAPR имеет конструкцию, получаемую литьем под давлением из армированного стекловолокном нейлонового материала.
На фиг.17 представлен вид сзади в перспективе PAPR 140, показанного на фиг.16, представленного с крышкой 154 и снятым впускным каналом 156. Впускной канал 156 обеспечивает путь прохода внешнего воздуха от впускного отверстия 157 в кожух 143 PAPR. Впускной канал 156 содержит клапан 158, который обеспечивает возможность закрывания впускного отверстия 157, когда PAPR 140 не используют. Клапан 158 может представлять собой простую крышку впускного отверстия, например, показанную крышку, конструкцию в виде пробки или предусматривать более сложный способ пневматической или электронной крышки под управлением от электроники PAPR или SCBA. Кроме того, PAPR 140 в соответствии с изобретением может быть, при желании, дополнительно оснащен префильтром 162 на впускном канале 156 в PAPR 140 для предотвращения преждевременного закупоривания фильтрующих коробок 46 частицами, которые могут присутствовать в воздухе. Предпочтительный вариант осуществления впускного канала 156 имеет конструкцию, получаемую литьем под давлением из армированного стекловолокном нейлонового материала. Предпочтительный вариант осуществления клапана 158 имеет конструкцию, формованную из бутилкаучука.
Впускной канал 156 сообщается газовым проходом с кожухом 143 через по меньшей мере одно отверстие 166 канала. Предпочтительно все коробки 46 расположены в одном отсеке в кожухе, чтобы способствовать более высокой однородности процесса фильтрации и лучше регулировать распределение внешнего воздуха в коробки. Внешний воздух втягивается во впускной канал 156 через впускное отверстие 157 и проходит в кожух 143 через отверстия 166 канала. Предпочтительно обеспечено множество отверстий 166 канала различных размеров, чтобы уравновешивать объем воздуха, протекающего в разные коробки 46 и через них. Этого можно добиться применением относительно небольшого отверстия 166 канала вблизи впускного отверстия 157 и применением отверстий 166 канала, постепенно увеличивающихся по мере увеличения расстояния от впускного отверстия 157. Как частично показано на фиг.17, множество отверстий 166 предпочтительно содержит два полукруглых отверстия, относительные размеры которых изменяются путем измерения их соответствующих радиусов. Впускной канал 156 может быть удлинен или иначе изменен в размере, чтобы направлять входящий воздух в каждое из отверстий 166 канала. Таким образом, кожух 143 стремиться действовать как накопитель, и размер и расположение отверстий 166 канала обеспечивает, чтобы каждая из фильтрующих коробок 46 получала одинаковый по величине поток воздуха.
Нагнетатель 152 расположен на пути сообщения газовым проходом между кожухом 143 PAPR и лицевой частью 18 и предпочтительно встроен между выпуском кожуха 143 PAPR и впускным концом шланга 70 PAPR. Нагнетатель 152 выполняет функцию вытягивания воздуха из кожуха 143 PAPR через коробки 46 и его нагнетания по шлангу 70 во внутреннее пространство под лицевой частью 18. Нагнетатель 152 может представлять собой электронно-управляемый центробежный вентилятор.
На фиг.18 представлен схематичный вид сбоку PAPR 140, показанного на фиг.15, с изображением потока воздуха через него. Как описано выше, желательно, чтобы PAPR 140 в соответствии с изобретением имел конструкцию, в которой пользователь снабжается достаточно интенсивным потоком воздуха, чтобы всегда поддерживать избыточное давление под лицевой частью 18 пользователя. Данный PAPR 140 использует новую возможность для решения обеих упомянутых проблем. PAPR 140 в соответствии с изобретением подает не менее 300 л/мин согласно вышеописанному требованию, но использует перепускной клапан 160 в корпусе 142 PAPR для решения проблемы высоких давлений на выдохе. Перепускной клапан 160 представляет собой поджатый клапан сброса давления, расположенный в проходе для воздуха между нагнетателем 152 PAPR и лицевой частью 18. Клапан 160 поджат так, чтобы открываться, только когда давление в проходе для воздуха между нагнетателем 152 и лицевой частью 18 превышает 3,8 см вод.ст., и расположен в корпусе 142 PAPR таким образом, чтобы сбрасывать избыточный воздушный поток в кожух 143 PAPR.
В данной конфигурации и в принятии синусоидальной формы кривой дыхания пользователю доставляется не менее, чем 300 л/мин на участке вдоха кривой дыхания, что поддерживает избыточное давление под лицевой частью 18. На участке выдоха кривой дыхания давление под лицевой частью 18 будет повышаться с оказанием противодавления на нагнетатель 152 и перепускной клапан 160. Когда данное давление превышает 3,8 см вод.ст., перепускной клапан 160 открывается и, тем самым, сбрасывает давление под лицевой частью 18 и не допускает слишком сильного повышения давления на выдохе для пользователя (намного ниже 8,9 см вод.ст.). Дополнительно преимущество перепускного клапана 160 состоит в том, что избыточный поток PAPR 140 сбрасывается в кожух 143 PAPR. Благодаря сбросу данного фильтрованного воздуха в кожух 143 PAPR внешний воздух, поступающий в кожух, разбавляется и относительная концентрация загрязняющих веществ снижается. Данная сниженная концентрация в воздухе продлевает срок службы фильтрующих коробок 46 и позволяет пользователю дольше находиться в зараженной окружающей среде.
Как в первой комбинированной системе 10, лицевая часть 18 в альтернативной комбинированной системе 110 воздухонепроницаемо закрывает нос и рот пользователя и предпочтительно закрывает глаза пользователя прозрачным щитком 19 для наружного наблюдения. Узел 30 шланга SCBA вставлен между редуктором 26 и лицевой частью 18 через регулятор 28 второй ступени в SCBA 120. Как описано выше, по конструкции и принципу действия данный дыхательный регулятор 28 аналогичен регулятору, требующемуся в комбинированной системе 10, показанной на фиг.1. Кроме того, лицевая часть 18 сбоку предпочтительно снабжена 40-мм резьбовым соединением. Тем самым, обеспечивается разъем для присоединения изогнутого шланга 70, которым PAPR 140 присоединяется к лицевой части 18.
Как в первом предпочтительном варианте осуществления, SCBA 120 и PAPR 140 можно легко соединять или разделять с использованием средства, показанного на фиг.15, или любого подходящего альтернативного средства. Следовательно, пользователь снова может выбирать, какой тип защиты органов дыхания необходим, так что PAPR 140 можно применять без SCBA 120, SCBA 120 можно применять без PAPR 140 или оба аппарата 120, 140 можно применять совместно простым подсоединением или съемом PAPR 140 с SCBA 120 при необходимости. Совместная работа SCBA 120 с альтернативным PAPR 140 аналогична работе SCBA 120 с PAFR 40 в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления.
На основании вышеизложенной информации специалистам в данной области техники несложно понять, что настоящее изобретение допускает широкое использование и применение. Из настоящего изобретения и его вышеприведенного описания станет очевидно или будет логично предложено множество вариантов осуществления и усовершенствований настоящего изобретения, отличающихся от тех, которые конкретно описаны в настоящей заявке, в также множество вариантов, модификаций и эквивалентных схем, не выходящих за пределы сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, хотя настоящее изобретение подробно описано в настоящей заявке применительно к предпочтительному варианту осуществления, следует понимать, что данное описание является всего лишь пояснительным примером настоящего изобретения и составлено только с целью полного и эффективного раскрытия изобретения. Вышеприведенное раскрытие не следует интерпретировать как ограничение настоящего изобретения или иначе исключение любых подобных вариантов осуществления, усовершенствований, вариантов, модификаций или эквивалентных схем, при этом настоящее изобретение ограничено только прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами. Хотя в настоящем описании применяются конкретные термины, они использованы исключительно в общем и описательном смысле и не с целью ограничения.