ИЗОЛИРУЮЩИЙ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
SELF-CONTAINED BREATHING APPARATUS

Изобретение относится к индивидуальным изолирующим дыхательным аппаратам, обеспечивающим жизнедеятельность человека в атмосфере, не пригодной для дыхания. Данный аппарат может применяться горноспасателями для работы в шахтах.
Известен регенеративный респиратор РХ-90 на химически связанном кислороде (патент РФ №2119366 МПК А62В 7/08, 1997 г.). Этот аппарат содержит маску с фильтром, дыхательный мешок, патрон с регенеративным продуктом на основе надпероксида калия и патрубок, соединяющий маску с патроном. К недостаткам этого аппарата относятся относительно большая масса и большой объем переснаряжаемой части аппарата. В респираторе РХ-90Т непосредственно регулировать потребление кислорода невозможно. Выход кислорода и коэффициент дыхания запрограммированы составом хемосорбента. Процесс хемосорбции в респираторе РХ-90Т исключает также непосредственный контроль отработки продукта. Кроме того, респиратор РХ-90Т не допускает перерывов в работе.
Известен изолирующий респиратор Р-30 (авт.свид. СССР №171267, МПК A62b 7/00, 1963 г.; авт.свид. СССР №254334, кл. 61а, 29/01, МПК A62b 7/00, 1968 г.). Этот аппарат содержит баллон со сжатым до 200 атм кислородом, патрон с химическим поглотителем (ХПИ) диоксида углерода, дыхательный мешок и маску с клапанами вдоха и выдоха. К недостаткам респиратора относятся относительно большая общая масса и большая масса переснаряжаемой части аппарата. К числу других недостатков респиратора относится значительное тепловыделение при поглощении углекислого газа хемосорбентом ХПИ. Последний фактор особенно важен, так как горноспасателям, как правило, приходится работать при повышенных температурах среды (после пожара).
Респиратор Р-30 и респиратор РХ-90Т являются на сегодня основными аппаратами в вопросах дыхания в горноспасательном деле. Респиратор Р-30 наиболее близок по технической сущности к предлагаемому и потому выбран в качестве прототипа.
Задачей изобретения является создание изолирующего аппарата, имеющего меньший расход твердого поглотителя углекислого газа (хемосорбента) и меньший уровень тепловыделения при работе.
Задача решается изобретением, тем что изолирующий дыхательный аппарат, содержащий баллон со сжатым кислородом, патрон с химическим поглотителем углекислого газа, дыхательный мешок и маску с клапанами вдоха и выдоха, согласно изобретению дополнительно содержит абсорбер, использующий жидкий регенерируемый поглотитель углекислого газа.
Такое конструктивное выполнение аппарата позволяет снять большую часть нагрузки по удалению углекислого газа с твердого хемосорбента, значительно уменьшить его требуемое количество.
Далее, поскольку количество твердого поглотителя в патроне снижено, то соответственно снижается и количество выделяемого в процессе работы тепла. Последнее обстоятельство особенно важно, так как горноспасателям, как правило, приходится работать при повышенных температурах среды (после пожара). Например, для снижения температуры дыхательной смеси на 3-4 градуса на вдохе в аппарате Р-30 предусмотрено использование льда значительной массы (750 г на 1,5-2 часа работы).
Таким образом, любая возможность снижения тепловыделения в изолирующем аппарате для горноспасателей полезна.
Существенным признаком, отличающим данное изобретение, является дополнительное введение абсорбера, использующего жидкий регенерируемый поглотитель углекислого газа.
На чертеже показана схема изолирующего дыхательного аппарата.
Изолирующий дыхательный аппарат в качестве основных элементов содержит маску 1 с клапанами вдоха и выдоха, дыхательный мешок 2, патрон 3 с поглотителем углекислого газа, баллон 4 со сжатым кислородом и абсорбер 5. Маска 1 соединена через клапан вдоха и гофрированную трубку с дыхательным мешком 2 и через клапан выдоха и гофрированную трубку 6 с абсорбером 5. Патрон 3 с поглотителем углекислого газа (хемосорбентом) помещен в десорбционную часть 7 абсорбера (объем жидкого поглотителя углекислого газа). Абсорбер 5 включает абсорбционную часть 8, десорбционную часть 7, насос 9 для подъема жидкого абсорбента, трубку 10 для слива абсорбента и патрубок 11 для сброса десорбированного углекислого газа во внешнюю среду. Трубка 10 для слива абсорбента имеет обратный клапан 12. Во время вдоха клапан 12 открыт, во время выдоха клапан закрыт. Патрубок 11 также имеет обратный клапан 13. Во время вдоха клапан 13 закрыт, во время выдоха клапан открыт. На линии движения дыхательной смеси между абсорбером и патроном с хемосорбентом помещен обратный клапан 14, исключающий возможный перелив жидкости в патрон 3 в случае падения горноспасателя.
Аппарат работает следующим образом.
Включение в аппарат и работа аппарата в начальный период ничем не отличаются от работы респиратора Р-30. Перед включением в работу горноспасатель (пользователь) делает выдох в дыхательный мешок 2 или включением (открытием вентиля) баллона 4 наполняет дыхательный мешок. Одновременно или через 2-3 мин включается в работу насос 9 для заполнения жидким поглотителем десорбционной части 7 абсорбера 5. При хранении аппарата весь жидкий поглотитель находится в нижней части абсорбера. Постепенно (примерно в течение 4-7 мин) патрон с поглотителем (хемосорбентом) разогревается, разогревает до температуры 100-110°С (температура десорбции жидкого поглотителя) жидкий поглотитель углекислого газа и, таким образом, приводит в рабочее состояние абсорбер 5. После этого первоначальная нагрузка на твердый поглотитель в патроне 3 ослабевает (снижается содержание углекислого газа в поступающей дыхательной смеси), и работа изолирующего аппарата постепенно переходит в стационарный режим. Работа изолирующего аппарата в части поглощения углекислого газа достаточно устойчива, так как обладает отрицательной обратной связью. Направление движения дыхательной смеси на схеме показано стрелками.
При выдохе давление дыхательной смеси в аппарате больше атмосферного. При этом обратный клапан 12 автоматически закрывается, но обратный клапан 13 открыт для сброса десорбированного углекислого газа.
При вдохе давление дыхательной смеси в аппарате меньше атмосферного. При этом клапан 12 автоматически открывается и происходит обратный слив отдесорбированной жидкости в объем абсорбера, но при этом исключено обратное поступление углекислого газа. Клапан 13 при вдохе закрыт для предотвращения возможного поступления воздуха внешней среды. Клапаны конструктивно просты и срабатывают автоматически.
В качестве жидкого поглотителя углекислого газа может быть использован 15-30%-ный водный раствор моноэтанолэтилендиамина (МЭЭДА). Динамическая емкость МЭЭДА по углекислому газу составляет 30-40 л/кг. Температура регенерации поглотителя 100-105°С. Для циркуляции жидкого поглотителя примерно 75 г/мин требуется насос мощностью не более 4 Вт.
В изложенной постановке твердый хемосорбент выполняет две задачи. Первая состоит в разрешении пускового периода (вывода системы на стационарный режим). Вторая задача заключается в производстве тепла для регенерации жидкого абсорбента.
Пример 1. В качестве жидкого поглотителя углекислого газа использован 30%-ный водный раствор МЭЭДА. В качестве твердого поглотителя углекислого газа (хемосорбента) использован традиционный химический поглотитель известковый (ХПИ). Для нормальной работы изолирующего аппарата в течение 4,5 часов требуется 0,90 кг ХПИ (для сравнения в респираторе Р-30 содержится 2,15 кг ХПИ), то есть в 2,3 раза расход ХПИ меньше. Общая масса изолирующего аппарата остается примерно одинаковой, так как вводимая масса абсорбера примерно компенсируется выигрышем массы ХПИ (1,25 кг). Соответственно, общее тепловыделение при работе аппарата также в 2,3 раза меньше (вместо 78 ккал/ч составит 33 ккал/ч). Доля поглощенного углекислого газа, приходящаяся на жидкий поглотитель, составляет 65%, а доля, приходящаяся на хемосорбент (ХПИ), составляет 35%.
Поскольку большое тепловыделение хемосорбента данным изобретением превращается в его достоинство, то вместо ХПИ могут быть использованы регенеративные продукты на основе надпероксида натрия или калия.
2
Пример 2. В качестве жидкого поглотителя углекислого газа использован 30%-ный водный раствор МЭЭДА. В качестве твердого поглотителя углекислого газа (хемосорбента) использован надпероксид натрия (NaO). Для нормальной работы изолирующего аппарата в течение 4,5 часов требуется 0,35 кг надпероксида натрия, то есть в 6 раз меньше расхода ХПИ в респираторе Р-30. Общее тепловыделение при работе аппарата в 2,9 раза меньше. Кроме того, надпероксид натрия дополнительно выделяет до 24% требуемого кислорода. Доля поглощенного углекислого газа, приходящаяся на жидкий поглотитель, составляет 80%, а доля, приходящаяся на надпероксид натрия, составляет 20%.
Абсорбер (жидкий поглотитель) работает при более высокой концентрации углекислого газа в дыхательной смеси (1,5-4%), а патрон (хемосорбент) - при более низкой концентрации (0,1-2%).
Таким образом, решаются все поставленные выше задачи.