КАПЮШОН ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
RESPIRATORY PROTECTING HOOD

Настоящее изобретение относится к оборудованиюдля дыхания.
Более конкретно, изобретение относится к капюшону для защиты органов дыхания, включающему в себя эластичную оболочку, предназначенную для надевания на голову пользователя, и емкость для находящегося под давлением кислорода, содержащую калиброванное выпускное отверстие, открывающееся во внутренний объем эластичной оболочки, причем выпускное отверстие закрывается с помощью заглушки, установленной с возможностью удаления, или натягиваемой разрывной заглушки.
Этот тип устройства, который должен соответствовать стандарту TS0-C-116a, обычно используется на борту самолетов, когда атмосфера в кабине испорчена (разгерметизация, дым, химические вещества, и т.д.).
Это оборудование, также называемое капюшоном, должно, прежде всего, позволить летному экипажу решать проблемы, оказать экстренную помощь пассажирам и руководить потенциальной эвакуацией воздушного судна.
Технические характеристики таких устройств определяются в соответствии с типом использования (повреждения в полете, защита от высотной гипоксии, аварийной эвакуации на земле и т.д.).
Каждый из этих типов связан с соответствующим объемом работы, который пользователь должен быть в состоянии исполнить при использовании оборудования.
Поскольку количество кислорода, потребляемого пользователем, пропорционально развиваемым усилиям, необходимо, чтобы устройство могло обеспечить подачу пользователю достаточного количества кислорода для того, чтобы отвечать требованиям использования.
Капюшон может, в частности, предоставляться как для предотвращения гипоксии на высоте 40000 футов через две минуты после того, как был надет, так и затем, на последних минутах использования, подавая достаточное количество кислорода для того, чтобы сделать возможной эвакуацию.
Известное оборудование длядыхания в основном использует два типа источника кислорода:
2
3
- химический брикет (также называемый «химический генератор кислорода»), который производит кислород при горении (супероксида калия - KO, хлората натрия - NaClOи т.д.), или
- емкость для сжатого кислорода, связанная с калиброванным отверстием.
Первый тип делает возможной подачу кислорода с расходом, который увеличивается до тех пор, пока не достигнет относительно постоянного уровня, до того, как резко упадет в конце процесса горения.
Генераторы типа химического генератора кислорода, при правильном размере, могут представлять собой источник кислорода, который способен удовлетворить нужным требованиям, но это решение имеет большой недостаток: реакция горения химического источника кислорода является высоко экзотермической.
В результате температура наружной поверхности устройства может легко превысить 200°C и воспламенить любой горючий материал, находящийся в контакте с ним (несчастный случай уже произошел после случайной активации такого химического источника кислорода в транспортном контейнере, расположенном в грузовом отсеке самолета).
Этот тип устройства также имеет тот недостаток, что требуется определенное время для того, чтобы расход кислорода возрос после запуска. Это может повлечь за собой добавление дополнительной кислородной емкости для запуска. Наконец, эти устройства требуют фильтров для того, чтобы удалить примеси, порождаемые химической реакцией получения кислорода.
Второй тип (емкость с находящимся под давлением кислородом, связанная с калиброванным отверстием) обеспечивает расход кислорода, который экспоненциально убывает пропорционально изменению давления внутри емкости.
Капюшоны, используемые этим вторым типом, таким образом, как правило, содержат источник кислорода, который позволяет снабжать человека кислородом в течение 15 минут. Это оборудование также имеет средства для ограничения давления внутри капюшона (например, клапан сброса избыточного давления).
Эта технология с использованием сжатого кислорода в герметичном контейнере, связанном с калиброванным отверстием, более безопасна. Тем не менее, для того, чтобы иметь возможность соответствовать определенным сценариям использования (значительное потребление кислорода в конце соответствующего использования, например, при аварийной эвакуации воздушного судна), контейнер должен иметь объем, который слишком велик для намеченного размера. Другое решение может состоять в том, чтобы обеспечить высокое начальное давление (свыше 250 бар). Это создает высокий начальный расход, например более десяти нормальных литров в минуту (нл/мин), для того, чтобы иметь возможность иметь достаточный расход в конце использования (например, больше чем 2 нл/мин на пятнадцатой минуте использования оборудования). Избыточный расход кислорода, хотя выгоден для обеспечения защиты от гипоксии, однако является сомнительным, если на борту воздушного судна есть огонь, потому что избыток кислорода будет выпускаться из оборудования через его клапан сброса избыточного давления и может питать пламя. Кроме того, это влечет за собой превышение номинальных размеров емкости для кислорода и это является главным недостатком с точки зрения массы, размера и стоимости.
Изобретение относится к капюшону, использующему емкость для находящегося под давлением кислорода.
Одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить все или некоторые из указанных выше недостатков известного уровня техники.
Одна цель изобретения может, в частности, состоять в том, чтобы предложить капюшон, который делает возможным подачу относительно большого количества кислорода в начале использования (для предотвращения высотной гипоксии), в то же время, делая возможной подачу достаточного количества кислорода в конце использования (после десяти или пятнадцати минут) для обеспечения эвакуации.
С этой целью капюшон согласно изобретению, в других отношениях в соответствии с его общим определением, приведенным в преамбуле выше, по существу, отличается тем, что емкость с находящимся под давлением кислородом содержит два независимых отделения для хранения, из которых первое отделение сообщается с выпускным отверстием, а второе отделение изолировано от выпускного отверстия посредством непроницаемого для текучей среды разделяющего приспособления, снабженного элементом для открывания разделяющего приспособления, причем открывающий элемент может переключаться между первой конфигурацией, которая предотвращает сообщение по текучей среде между вторым отделением и выпускным отверстием, и второй конфигурацией, которая делает возможным сообщение по текучей среде между вторым отделением и выпускным отверстием, причем открывающий элемент чувствителен к разности давлений между вторым отделением и первым отделением и выполнен с возможностью автоматического переключения из первой во вторую конфигурацию, когда разность давлений между вторым отделением и первым отделением ниже определенного порога.
Кроме того, некоторые варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько из следующих признаков:
- непроницаемое для текучей среды разделяющее приспособление, оснащенное открывающим элементом, образует в емкости общую для двух отделений для хранения границу, причем при второй конфигурации второе отделение сообщается с первым отделением,
- открывающий элемент содержит непроницаемую для текучей среды разрушающуюся мембрану, обе поверхности которой сообщаются с первым и вторым отделениями соответственно, причем разрушающаяся мембрана выполнена с возможностью разрушаться при воздействии на нее разности давлений между 200 бар и 50 бар, и предпочтительно между 150 бар и 100 бар,
- разрушающаяся мембрана представляет собой непроницаемое для текучей среды разделяющее приспособление между первым и вторым отделениями,
- открывающий элемент содержит подвижную заслонку, принуждаемую возвратным элементом к положению закрытия прохода отверстия между первым и вторым отделениями, это закрытое положение представляет собой указанную первую конфигурацию,
- заслонка также подвергается воздействию усилия открывания прохода отверстия, каковое усилие создается давлением газа, хранящегося во втором отделении, когда давление во втором отделении превышает давление в первом отделении, причем заслонка перемещается в положение открытия, соответствующее второй конфигурации, когда разность давлений между вторым и первым отделениями больше определенного порога,
- эластичная оболочка является непроницаемой для текучей среды,
- емкость для кислорода прикреплена к основанию эластичной оболочки,
- емкость для кислорода имеет по существу трубчатую форму, в частности С-образную, для обеспечения возможности посадки вокруг шеи пользователя,
2
- капюшон содержит устройство для поглощения CО, которое сообщается с внутренней частью оболочки,
2
- оболочка имеет отверстие, сквозь которое устанавливается устройство для поглощения CО,
- каждое отделение имеет объем между 0,1 литра и 0,4 литра,
- перед открытием каждое отделение хранит количество обогащенного кислородом газа или чистого кислорода между 10 г и 80 г,
- калиброванное отверстие (4) имеет диаметр от 0,05 мм до 0,1 мм.
Изобретение также может относиться к любому альтернативному способу или устройству, содержащему любое сочетание признаков, указанных выше или ниже.
Другие особенности и преимущества изобретения станут понятными из ознакомления с последующим описанием, представленным с отсылками на фигуры.
- на Фиг. 1 изображен вид спереди и схематический вид, иллюстрирующий один пример капюшона согласно изобретению,
- на Фиг. 2 схематично и частично представлена деталь капюшона, показанного на Фиг.1, показывающая первый вариант осуществления емкости для находящегося под давлением кислорода,
- на Фиг. 3 показаны сравнительные примеры кривых расхода подаваемого кислорода как функции времени емкостей в соответствии с Фиг. 2, и емкостью в соответствии с предшествующим уровнем техники,
- на Фиг. 4 схематично и частично представлена деталь капюшона, показанного на Фиг.1, показывающая второй возможный вариант осуществления емкости для находящегося под давлением кислорода,
- на Фиг. 5 представлен пример кривых расхода подаваемого емкостью кислорода, показанной на Фиг. 4, как функции времени.
Капюшон, показанный на Фиг. 1, обычно содержит эластичную оболочку 2 (предпочтительно непроницаемую для текучей среды), предназначенную для надевания на голову пользователя. На передней поверхности оболочки 2 предусмотрен прозрачный смотровой щиток 13. Капюшон 1 также содержит емкость 3 для находящегося под давлением кислорода, расположенную, например, у основания оболочки 2.
Обычно основание эластичной оболочки 2 может содержать или формировать гибкую диафрагму, приспособленную для установки на шее пользователя для того, чтобы обеспечить герметичность в этой точке.
2
2
2
Кроме того, обычно капюшон 1 может содержать устройство для поглощения CО, которое соединено с внутренней поверхностью оболочки 2, с тем, чтобы удалять CО из воздуха, выдыхаемого пользователем. Например, оболочка 2 может содержать отверстие, через которое устанавливается устройство для поглощения CО. Кроме того, может быть предусмотрено другое отверстие для клапана 14 сброса давления с тем, чтобы предотвращать избыточное давление в оболочке 2.
Как показано на Фиг. 1, емкость 3 для кислорода может иметь в основном трубчатую форму, в частности, выполненную в виде C, чтобы ее можно было расположить вокруг шеи пользователя.
Как показано на Фиг. 2, емкость 3 содержит выпускное отверстие 4, закрытое непроницаемой для текучей среды заглушкой 5 и открывающееся во внутренний объем эластичной оболочки 2 так, чтобы подавать чистый газообразный кислород или обогащенный кислородом газ пользователю. Емкость 3 содержит также, по меньшей мере, одно отверстие для наполнения. Для простоты, отверстие или отверстия для наполнения не изображено или не изображены.
Выпускное отверстие 4 обычно закрыто с помощью заглушки, установленной с возможностью удаления или съема, или натягиваемой разрывной заглушки и будет открываться только в случае использования.
Согласно предпочтительному отличительному признаку, емкость 3 с находящимся под давлением кислородом содержит два независимых и отличных отделения 6, 7 для хранения. Первое отделение 6 сообщается с калиброванным выпускным отверстием 4, а второе отделение 7 вначале изолировано от выпускного отверстия 4 с помощью непроницаемого для текучей среды разделяющего приспособления, снабженного элементом 8 для автоматического открытия отделения.
Это означает, что при приведении в действие капюшона 1 (когда заглушка 5 калиброванного отверстия 4 открыта) только первое отделение 6 с находящимся под давлением кислородом будет опорожняться.
Открывающий элемент 8 может переключаться между первой конфигурацией, которая предотвращает сообщение по текучей среде между вторым отделением 7 и выпускным отверстием 4 (в начале активации), и второй конфигурацией, которая делает возможным сообщение по текучей среде между вторым отделением 7 и выпускным отверстием 4 (когда давление в первом отделении 6 снизилось до определенного уровня).
Поэтому открывающий элемент чувствителен к разности давлений между вторым отделением 7 и первым отделением 6 и выполнен с возможностью автоматического переключения из первой во вторую конфигурацию, когда разность давлений между вторым отделением 7 и первым отделением 6 ниже определенного порога. В примере, показанном на Фиг. 2, открывающий элемент состоит из непроницаемой для текучей среды разрушающейся мембраны 8, обе поверхности которой сообщаются с первым 6 и вторым 7 отделениями соответственно. Разрушающаяся мембрана 8 выполнена обычным способом для того, чтобы разрушаться при воздействии на нее разности давлений между 200 бар и 50 бар и предпочтительно между 150 бар и 100 бар.
Без каких бы то ни было ограничений, разрушающаяся мембрана 8 может, например, быть разрушающимся куполообразным диском или диском с просечками (чтобы исключить риск фрагментации) и выполнена из материала, совместимого с кислородом, например, нержавеющей стали (например, разрушающаяся мембрана продается под названием «Fike POLY-SD»).
Как показано на Фиг. 2, разрушающаяся мембрана 8 может формировать непроницаемое для текучей среды разделяющее приспособление, которое определяет границы и разделяет два отделения 6, 7. После того как диск 8 разрушен, второе отделение 7 и первое отделение 6 сообщаются и образуют единый объем для сжатого газа, оставшегося в емкости 3.
Как детально описано ниже, эта конструкция позволяет подавать газ с большим расходом в начале использования капюшона 1, в то же время, делая возможным подачу с достаточным расходом в конце использования (например, после 10 до 15 минут).
Относительно большой расход в начале использования позволит заполнить герметичный объем, образованный оболочкой 2, и образует собой запас кислорода, прежде чем подаваемый расход быстро уменьшится. Пользователь сможет дышать кислородом, образованным этим запасом, в течение нескольких минут, даже если подаваемый расход станет относительно низким. После этого разрушение мембраны вызовет дальнейшее увеличение расхода, а значит и пополнение запаса кислорода, которого будет достаточно для завершения периода использования (например, пятнадцати минут).
-Bt
На Фиг. 3 сплошной линией показана убывающая кривая, указывающая расход Q газа на выходе из калиброванного отверстия 4 в нормальных литрах (нл, а именно в количестве литров в минуту в определенных условиях температуры и давления, T=0°C P=1 атм) как функции времени (в секундах) согласно предшествующему уровню техники. То, как видоизменяется подаваемый расход Q в нормальных литрах в минуту, может быть смоделировано в виде экспоненциальной формулы типа Q(t)=Ae, в которой A и B являются константами, являющимися функциями диаметра калиброванного отверстия, объема емкости, количества и природы газа, а также его температуры.
Этот пример соответствует, например, следующим условиям: объему емкости 0,26 л, количеству чистого кислорода 58 г и калиброванному отверстию с диаметром, равным 0,06 мм.
Следует отметить, что, хотя расход подаваемого кислорода является удовлетворительным в течение первых нескольких минут, после приблизительно десяти минут расход подаваемого кислорода падает ниже 2нл в минуту.
Кривые с треугольниками обозначают изменение расхода Q, подаваемого на выпуск калиброванного отверстия 4, в соответствии с первым примером емкости 3 по Фиг. 2. Емкость 3 с двумя отделениями 6, 7 содержит, например, то же количество газа, как и раньше, но разделенного между двумя отделениями, и калиброванное отверстие 4 имеет тот же диаметр (0,06 мм).
Начиная с того же начального значения расхода (около 4,5 нл/сек), как и раньше, расход сперва уменьшается по кривой экспоненциального типа. Эта первая кривая, которая немного ниже кривой, соответствующей предшествующему уровню техники, соответствует опорожнению первого отделения 6 емкости. Когда давление в первом отделении 6 достигает определенного низкого порогового значения, мембрана 8 разрушается (приблизительно при t=600 секунд на Фиг. 3). Перепад давления на двух поверхностях мембраны 8 собственно и приводит к ее разрушению, результатом чего является расположение двух отделений 6, 7 так, что они сообщаются.
Второе отделение 7 будет подавать дополнительное количество газа, что приводит к резкому увеличению давления, испытываемому калиброванным отверстием 4 и, следовательно, расходу газа, подаваемого емкостью 3. Расход газа будет уменьшаться снова (см. например, вторую экспоненциально убывающую кривую на Фиг. 3).
Две кривые с кружками иллюстрируют другой пример опорожнения емкости 3 из двух отделений в соответствии с Фиг. 2 путем изменения рабочих параметров таким образом, чтобы сдвинуть момент, в который разрушается мембрана 8.
В частности, путем изменения, прежде всего, значений объемов отделений 6, 7, количеств газа, содержащихся в них, и основных параметров разрушающейся мембраны можно сместить момент, в который мембрана 8 разрушается, и изменить значения кривых расхода, как требуется. Таким образом, например, для периода времени опорожнения, длящегося в общей сложности 15 минут, если первое отделение 6 составляет две трети от общего объема емкости, а второе отделение 7 составляет оставшуюся треть, разрушение мембраны 8 будет происходить приблизительно через две трети прохождения 15-минутного периода опорожнения (а именно, приблизительно на 10-й минуте после открытия отверстия 4).
Конечно, соотносящиеся объемы не единственный параметр, который влияет на момент разрушения мембраны 8. В частности, этот момент разрушения также зависит, прежде всего, от основных параметров мембраны 8, от начальных уровней давления в отделениях (например, можно заполнить два отделения с различными начальными давлениями).
Одна конфигурация, которая позволяет получить расходы по кривой, обозначенной треугольниками, может быть следующей: два отделения одинакового объема (0,1251), оба первоначально при уровне давления кислорода в 160 бар, мембрана, которая разрушается, когда перепад давления достигает 140 бар и калиброванное отверстие (диафрагма) с диаметром 0,06 мм.
Одна конфигурация, которая позволяет получить кривую, отмеченную кружками, может быть следующей: два отделения с одинаковым объемом 0,1251 при начальном давлении 160 бар и разрушающаяся мембрана 8, которая разрушается, когда перепад давления достигает 120 бар.
Как видно из кривых, предложенная архитектура позволяет сделать подачу кислорода более гибкой в течение срока использования оборудования без существенного увеличения стоимости или массы запаса или значительного ухудшения надежности всего (разрушающиеся мембраны, поскольку они используются в качестве элементов безопасности, надежны).
То, как видоизменяется уровень кислорода в капюшоне 1 как функция расхода, подаваемого емкостью 2, может быть вычислено с использованием модели.
Предложенная архитектура с двумя (или даже тремя или более) отделениями, активируемыми поочередно, позволяет генерировать начальный расход, которого достаточно, чтобы заполнить внутренний объем капюшона 1 в течение нескольких минут и таким образом создать достаточный запас кислорода до тех пор, пока мембрана не разрушится. В частности, для того же начального давления в первом отделении 6 начальный расход газа будет таким же для контейнера с только одним отделением.
Это расход газа из первого отделения 6 будет уменьшаться достаточно быстро (так как первое отделение, в относительном выражении, меньше, чем единая емкость в соответствии с предшествующим уровнем техники). Это позволит ограничить количество кислорода, выпускаемого через клапан сброса избыточного давления. Разрушение мембраны 8 будет происходить в определенный момент, когда количество кислорода в капюшоне достигнет относительно низкого значения, которое должно быть определено. Это позволит увеличить количество кислорода в капюшоне в конце использования, за счет ограничения сброса газовой смеси с высоким содержанием кислорода наружу в начале использования. Это дает возможность оптимизировать подачу кислорода по времени.
В решении предшествующего уровня техники подаваемый расход газа заполняет внутренний объем капюшона в первые несколько минут использования (между двумя и тремя минутами), и после этого избыток кислорода, впущенный в оборудование, в значительной степени, будет выпущен через клапан сброса и, следовательно, не будет использоваться. Структура, описанная в настоящем документе выше, позволяет избежать недостатков решения предшествующего уровня техники посредством лучшего учета количества подаваемого кислорода.
Такая емкость 3 может быть изготовлена из двух труб одинакового диаметра, одна из которых имеет концевое соединение, снабженное калиброванным отверстием 4 и заливной горловиной, а другое отделение 7 может также содержать отверстие для наполнения (которое для простоты не изображено).
Конечно, во время заполнения двух отделений 6, 7 необходимо, чтобы перепад давления между двумя отделениями 6, 7 был ниже уровня, вызывающего разрушение мембраны 8.
Для предотвращения перемещений фрагментов разрушенной мембраны 8 (в частности, из-за риска возникновения пожара) емкость 3 может быть снабжена фильтром на стороне калиброванного отверстия 4.
На Фиг. 4 представлена альтернативная форма варианта осуществления изобретения, в которой емкость 3 с находящимся под давлением газом не имеет разрушающейся мембраны 8 между двумя отделениями 6, 1, но имеет подвижную заслонку 9, которая может двигаться по отношению к проходу отверстия 11. Элементы, идентичные тем, которые описаны прежде, обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Как показано, отверстие 15 для наполнения может предоставляться на втором отделении 7.
Это означает, что элемент для открывания двух отделений 6, 7 содержит подвижную заслонку 9, принуждаемую возвратным элементом 10 (таким, как пружина) к положению закрытия отверстия 11 в проходе между первым 6 и вторым 7 отделениями.
Кроме того, заслонка 9 также подвергается воздействию усилия открывания прохода отверстия 11, когда давление во втором отделении 7 превышает давление в первом отделении 6. Когда этот перепад давления между двумя отделениями 6, 7 достаточно большой (выше определенного порога), усилие открывания превысит усилие закрытия, прикладываемое пружиной 10.
На Фиг. 5 представлен пример кривой расхода Q на выходе из калиброванного отверстия 4 как функции времени для такой структуры.
Первоначально после открытия калиброванного отверстия 4 первое отделение 6 опорожняется одно, так как заслонка 9 находится в закрытом положении. Расход уменьшается по экспоненциальной кривой (период A на Фиг. 5).
После этого заслонка 9 может начать колебаться, открыто/закрыто, потому что достигается равновесие между противоположно направленными усилиями закрытия (пружина) и открытия (перепад давления на заслонке 9). Расход при колебаниях остается относительно постоянным (период B на Фиг. 5).
Затем, из-за падения давления в первом отделении 7, заслонка 9, наконец, открывается, так как усилие открывания, созданное перепадом давления на заслонке 9, превышает усилие закрытия пружины 10. Давление внутри второго отделения 7 уменьшается, смещая точку равновесия. Расход газа, выходящего из калиброванного выпускного отверстия 4, уменьшается, осциллируя (период C на Фиг. 5).
Наконец, давление во втором отделении 7 становится слишком низким, чтобы противодействовать усилию закрытия пружины 10. Заслонка 9 остается в закрытом положении и расход газа из первого отделения 6 уменьшается, например, экспоненциально (период D на Фиг. 5).
Эта архитектура может сделать возможным создание относительно постоянного расхода газа в течение определенного периода (период B на Фиг. 5).
Однако это решение имеет большой недостаток в том, что во втором отделении 7 задерживается небольшое количество кислорода. Однако, чем меньше жесткость пружины 10 заслонки 9, тем меньше будет это задержанное количество. Кроме того, чем меньше жесткость пружины 10, тем продолжительнее будут этапы B и C.