ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПАТРОН В КОМБИНИРОВАННОМ И ГАЗОЗАЩИТНОМ ИСПОЛНЕНИИ (ВАРИАНТЫ)
FILTER CARTRIDGE IN COMBINED AND SHIELDED CONFIGURATIONS (VERSIONS)

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) человека от паров и газов различной химической природы, а также от аэрозолей.
Известны фильтрующие патроны, используемые в противогазах, состоящие из одного (патент РФ №2103041, опубл. 27.01.98, бюл. №3, кл. А62В 23/02) или двух (патент РФ №1762948, опубл. 23.09.92, бюл. №35, кл. А62В 19/00) цилиндрических металлических корпусов с дном, резьбовой горловиной, противопылевым тампоном, противоаэрозольным фильтром, верхней и нижней ограничительными металлическими сетками, снабженными узлами крепления, и размещенной между ними шихтой, представляющей зерненый сорбент-поглотитель.
Недостатком этих фильтрующих патронов является сравнительно низкая коррозионная стойкость металлического корпуса к химически активным добавкам поглотителей и катализаторов, недостаточно высокая стойкость к пылевыдуванию при тряске и транспортировке фильтрующих патронов вследствие измельчения зерненых сорбентов, а также высокие величины массы и сопротивления на вдохе и ограничение поля зрения.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции является фильтрующий патрон, используемый в респираторах, включающий объемный корпус с внешним патрубком, шихту, сетку и противопылевые тампоны, размещенные во внутренней полости корпуса, крышку с отверстиями для поступления вредных веществ из воздуха. Патент РФ №2225730, публ. 20.03.2004, бюл. №8, кл. А62В 19/00.
В известной конструкции фильтрующего патрона корпус выполнен из полиэтилена и снабжен патрубком, расположенным под углом 90 градусов к плоскости днища корпуса. Во внутренней полости корпуса размещена шихта сорбента-поглотителя с закрепляющими ее верхней и нижней сетками и противопылевой тампон. Патрон имеет пластмассовую манжету.
Недостаток конструкции данного фильтрующего патрона заключается в использовании для закрепления шихты двух сеток - верхней и нижней из-за необходимости применения зерненого сорбента-поглотителя. Использование зерненого сорбента-поглотителя приводит к невысокой стойкости шихты к пылевыдуванию при тряске и транспортировке.
Фильтрующий патрон имеет недостаточно высокую механическую прочность вследствие использования полиэтилена. Таким образом, когда насыпная шихта находится под давлением, между двумя закрепляющими ее сетками с течением времени происходит необратимая деформация полиэтиленового корпуса патрона, что приводит к разуплотнению шихты с образованием пристеночных эффектов, снижающих время защитного действия патрона и увеличивающих вероятность проскока вредной примеси через шихту. Кроме того, конструкция фильтрующего патрона не позволяет при неизменных габаритах использовать его как в газозащитном, так и в комбинированном газопылезащитном исполнениях.
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в повышении эксплуатационных и эргономических характеристик фильтрующих патронов, которые могут быть использованы как в противогазе с полной лицевой маской, так и в респираторе с полумаской при обеспечении высокой защитной мощности.
Указанный технический результат достигается тем, что:
Вариант 1
Фильтрующий патрон, включающий объемный корпус с внешним патрубком, размещенные во внутренней полости корпуса шихту сорбента-поглотителя, сетку и противопылевой тампон в нижней части шихты, крышку с отверстиями для поступления вредных веществ из воздуха, содержит дополнительный противопылевой тампон в верхней части шихты, при этом шихта представляет собой блочно-монолитную структуру с внутренней пористостью, в которой частицы адсорбента выполнены неправильной формы и соединены связующим полимером между собой, с внутренними стенками корпуса и с противопылевыми тампонами, патрубок смещен в сторону узкой части фильтра и расположен под углом 75°-87° к плоскости днища корпуса для уменьшения габаритов выступающих вперед частей фильтра для улучшения обзора изнутри маски и более полной выработки шихты в отдаленной от патрубка зоне фильтра.
Вариант 2
Фильтрующий патрон, включающий объемный корпус с внешним патрубком, размещенные во внутренней полости корпуса шихту сорбента-поглотителя, сетку и противопылевой тампон в нижней части шихты, крышку с отверстиями для поступления вредных веществ из воздуха, содержит аэрозольный фильтр, выполненный в виде натянутой пластины из фильтрующего материала, установленный в верхней части шихты и закрепленный посредством зажатия периферийной части фильтра между бортами крышки и корпуса, и дополнительный противопылевой тампон в верхней части шихты, при этом шихта представляет собой блочно-монолитную структуру с внутренней пористостью, в которой частицы адсорбента выполнены неправильной формы и соединены связующим полимером между собой, с внутренними стенками корпуса и с противопылевыми тампонами, патрубок смещен в сторону узкой части фильтра и расположен под углом 75°-87° к плоскости днища корпуса для уменьшения габаритов выступающих вперед частей фильтра с целью улучшения обзора изнутри маски и более полной выработки шихты в отдаленной от патрубка зоне фильтра.
И в первом и во втором вариантах в качестве материала корпуса, сетки и крышки используют композиции на основе полипропилена либо блок-сополимера полипропилена с высоким модулем упругости, обладающие высокой морозостойкостью и химической стойкостью.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция фильтрующего патрона и вид сверху (вариант 1), на фиг.2 представлена конструкция фильтрующего патрона и вид сверху (вариант 2).
Вариант 1 (фиг.1)
Фильтрующий патрон состоит из объемного корпуса 1 с внешним патрубком 2, размещенной в корпусе 1 шихты 3 сорбента-поглотителя с сеткой 4 в нижней части и противопылевыми тампонами 5 и 6 соответственно в верхней и нижней частях шихты, крышки 7 с отверстиями, открытыми для поступления вредных веществ из воздуха. Объемный корпус 1 может быть выполнен овальной формы.
Шихта 3 представляет блочно-монолитную структуру с внутренней пористостью, в которой частицы адсорбента выполнены неправильной формы и скреплены связующим полимером между собой, с внутренними стенками корпуса 1 и с противопылевыми тампонами 5 и 6. Патрубок 2 расположен под углом 75°-87° к плоскости днища корпуса 1 для уменьшения габаритов выступающих вперед частей фильтра с целью улучшения обзора изнутри маски и более полной выработки шихты в отдаленной от патрубка зоне фильтра.
В качестве материала корпуса 1, сетки 4 и крышки 7 фильтрующего патрона используют морозостойкий пластик - блок-сополимер полипропилена с высоким модулем упругости либо морозостойкие композиции полипропилена.
Вариант 2 (фиг.2)
Фильтрующий патрон состоит из объемного корпуса 8 с внешним патрубком 9, размещенной в корпусе 8 шихты 10 сорбента-поглотителя с сеткой 11 в нижней части и противопылевыми тампонами 12 и 13 соответственно в верхней и нижней частях шихты, крышки 14 с отверстиями, открытыми для поступления вредных веществ из воздуха. Объемный корпус 8 может быть выполнен овальной формы.
Шихта 10 представляет блочно-монолитную структуру с внутренней пористостью, в которой частицы адсорбента выполнены неправильной формы и скреплены связующим полимером между собой, с внутренними стенками корпуса 8 и с противопылевыми тампонами 12 и 13.
Патрубок 9 расположен под углом 75°-87° к плоскости днища корпуса 8 для уменьшения габаритов выступающих вперед частей фильтра с целью улучшения обзора изнутри маски и более полной выработки шихты в отдаленной от патрубка зоне фильтра.
Фильтрующий патрон содержит аэрозольный фильтр 15, выполненный в виде натянутой пластины из фильтрующего материала, который крепится путем зажатия периферийной части фильтра между бортами крышки и корпуса.
В качестве материала корпуса 8, сетки 11 и крышки 14 фильтрующего патрона используют морозостойкий пластик - блок-сополимер полипропилена с высоким модулем упругости либо морозостойкие композиции полипропилена.
Отличие предлагаемого фильтрующего патрона заключается в том, что его шихта 3 (вариант 1) и шихта 10 (вариант 2) имеет блочно-монолитную структуру, в которой частицы спаяны между собой и с внутренними стенками корпуса 1 (вариант 1) и корпуса 8 (вариант 2), с противопылевыми тампонами 5 и 6 (вариант 1) и противопылевыми тампонами 12 и 13 (вариант 2). Такая блочно-монолитная структура шихты в отличие от шихты зерненых адсорбентов (как, например, в прототипе) не позволяет перемещаться твердым частицам друг относительно друга при тряске и транспортировке и выделять пыль. Поэтому отпадает необходимость и целесообразность использования сетки в верхней части шихты.
Кроме того, данная структура имеет относительно рыхлую внутреннюю упаковку частиц адсорбента, связанных полимерным связующим, что в сочетании с углом расположения патрубка 2 (вариант 1) и патрубка 9 (вариант 2), присоединяемого к лицевой части СИЗОД, обеспечивает низкое сопротивление фильтрующего патрона.
Дополнительное отличие предлагаемого фильтрующего патрона заключается в том, что в качестве материала корпуса, сетки и крышки в конструкции и варианта 1 и варианта 2 фильтрующего патрона используют композиции на основе полипропилена либо блок-сополимера пропилена с высоким модулем упругости, обладающие высокой морозостойкостью и химической стойкостью. Модификация полипропилена и блок-сополимера пропилена путем введения в него стекловолокна, минеральных наполнителей и других модифицирующих добавок позволяет существенно изменить свойства базового материала, придать композициям:
- повышенную жесткость и прочность,
- повышенную стойкость материала к воздействию атмосферных факторов, высоких и низких температур.
В конструкции варианта 2 дополнительное отличие фильтрующего патрона заключается в том, что для защиты от аэрозолей и пыли без конструкционных изменений дополнительно используют аэрозольный фильтр 15, выполненный в виде натянутой пластины из фильтрующего материала, который крепится путем зажатия его периферийной части между бортами крышки 14 и корпуса 8.
Блочно-монолитная структура шихты с внутренней пористостью достигается путем формования при повышенной температуре (термоформовании) мелких частиц адсорбента неправильной формы с полимерным полиолефиновым связующим (например, полиэтиленом) совместно с противопылевыми тампонами на основе полиолефинов (например, полипропилена) в корпусе из пластика полиолефинового ряда (например, минералонаполненный блок-сополимер пропилена). Это обеспечивает, с одной стороны, высокую адгезионную прочность связующего компонента с частицами сорбента и с внутренними стенками фильтрующего патрона, а с другой стороны, пористость за счет образующейся при термоформовании сравнительно рыхлой внутренней упаковки частиц сорбента в блочной шихте. Использование для термоформования сорбента мелких частиц с размером менее 1 мм, рыхлоупакованных между собой, позволяет увеличить кинетику поглощения, обеспечить хорошую диффузию газов и паров в структуру шихты и высокие защитные характеристики фильтрующего патрона.
Применяемые материалы для изготовления корпуса отличаются устойчивостью к низким температурам, высоким модулем упругости, высокой химической стойкостью, стабильными свойствами во влажной среде, стойкостью к воздействию атмосферных факторов.
Используемый для защиты от аэрозольных частиц аэрозольный фильтр, выполненный в виде натянутой пластины из фильтрующего материала с низким коэффициентом проницаемости по тест-веществам, легко вырубается по контуру, повторяющему контур крышки фильтрующего патрона, и устанавливается в нем путем зажатия между бортами крышки и корпуса.
Фильтрующий патрон функционирует следующим образом:
Вариант 1
Внешним патрубком 2 с помощью байонетного присоединения фильтрующий патрон присоединяют к клапанному узлу вдоха лицевой панорамной маски. Загрязненная вредными примесями воздушная смесь из атмосферы поступает через верхнюю часть крышки 7 с отверстиями, проходит через блочную шихту 3, степень очистки в которой составляет 100% в течение определенного времени. Величина времени (динамическая активность) зависит от исходной концентрации вредной примеси, ее объемного расхода и сорбционной способности шихты, которая определяется высотой слоя шихты, микропористой структурой и химической активностью сорбента, а также внутренней пористостью блочно-монолитной структуры.
Полностью очищенный воздух через патрубок 2 фильтрующего патрона и клапаны вдоха поступает в подмасочное пространство лицевой части и далее через клапаны вдоха подмасочника в дыхательные пути и в легочную часть пользователя.
Вариант 2
Внешним патрубком 9 с помощью байонетного присоединения фильтрующий патрон присоединяют к клапанному узлу вдоха лицевой панорамной маски. Загрязненная вредными примесями воздушная смесь из атмосферы поступает через верхнюю часть крышки 14 с отверстиями, в отличие от конструкции фильтрующего патрона по варианту 1 воздушная смесь проходит сквозь аэрозольный фильтр 15, на котором происходит осаждение аэрозольных частиц со степенью очистки более 99,99%. Конструкция фильтрующего патрона по варианту 2 обеспечивает предварительное очищение воздушной смеси благодаря аэрозольному клапану 15.
Далее воздушная смесь проходит через блочную шихту 10, степень очистки в которой составляет 100% в течение определенного времени. Величина времени (динамическая активность) зависит от исходной концентрации вредной примеси, ее объемного расхода и сорбционной способности шихты, которая определяется высотой слоя шихты, микропористой структурой и химической активностью сорбента, а также внутренней пористостью блочно-монолитной структуры.
Полностью очищенный воздух через патрубок 9 фильтрующего патрона и клапаны вдоха поступает в подмасочное пространство лицевой части и далее через клапаны вдоха подмасочника в дыхательные пути и в легочную часть пользователя.
Предлагаемый фильтрующий патрон обладает повышенными эксплуатационными и эргономическими характеристиками, так как обеспечивает отсутствие пылевыдувания при тряске, транспортировке и эксплуатации, низкое сопротивление дыханию, низкую массу как в газозащитном, так и газопылезащитном исполнениях, коррозионную устойчивость, повышенную жесткость и прочность, повышенную стойкость материала к воздействию высоких и низких температур, возможность увеличения сроков хранения без изменения качественных характеристик, высокие защитные показатели при снаряжении шихты различными поглотителями.
Испытания показали, что фильтрующие патроны соответствуют ГОСТ Р 12.4.193-99, удобны при хранении и в эксплуатации и обладают заявленными высокими эргономическими и защитными характеристиками.
Планируется производство предлагаемого фильтрующего патрона с высотой шихты 18 и 30 мм различных марок.