УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПОГЛОЩАЮЩАЯ КОРОБКА ДЛЯ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ

Предложенная полезная модель относится к комплексным устройствам для защиты органов дыхания в чрезвычайных ситуациях от содержащихся в воздухе аэрозолей радиоактивных, вредных веществ и паров, токсических веществ и может быть использовано в противогазах, самоспасателях.
Уровень данной области техники характеризует фильтрующе-поглощающая коробка российского производства марки М по ГОСТ 12.4.122-83, многослойная шихта которой содержит поглотитель-купрамит (активный уголь, пропитанный раствором медного купороса), осушитель-карбогель и катализатор-гопкалит (смесь окислов меди и марганца), разделенные металлическими сетками.
Эта коробка обеспечивает защиту от оксида углерода, органических паров, аммиака, кислых газов, арсина, фосфина, а также паров ртути.
Недостатком описанной коробки, имеющей большие габариты: высоту 200 мм и диаметр 100 мм, является высокое сопротивление дыханию, что ограничивает практическое использование.
Отмеченный недостаток устранен в малогабаритной фильтрующе-поглощающей коробке газо-, дымозащитного комплекта, описанного в патенте RU 2206351 C1, A62B 23/02, 2003 г., которая содержит цилиндрический корпус с горловиной для подсоединения к противогазу и дно с заборным отверстием, где установлен аэрозольный фильтр, и функциональные слои шихты, представляющие собой: поглотитель-осушитель на угольной основе с добавлением хлорида кальция и гопкалит, влажность которых не превышает 1%.
Массовое соотношение слоев шихты составляет 1:(1,3-1,8) соответственно.
Два слоя шихты разделены сеткой (металлической или канвой силикатированной).
Размещение осушителя-поглотителя на угольной основе с добавкой хлорида кальция перед гопкалитом необходимо для осушки воздуха, чтобы сохранить функциональность гопкалита марки ГФГ.
Воздух, содержащий вредные вещества, проходя через аэрозольный фильтр, очищается от твердой фазы аэрозолей (пыли, дыма, влаги).
Достоинством описанной коробки является обеспечение установленного уровня защиты по монооксиду углерода в течение относительно непродолжительного времени (30 минут пребывания в замкнутом объеме).
2
Низкое влагосодержание шихты позволяет увеличить время защитного действия по оксиду углерода в 2-3 раза, сравнительно с действующими аналогами, так как гопкалит при поглощении влаги теряет свои функциональные свойства по окислению до CO.
Недостатком этой малогабаритной коробки является узкоцелевая направленность, в основном для нейтрализации монооксида углерода на пожаре, и непригодностью для очистки вдыхаемого воздуха от токсичных и отравляющих химических веществ и паров.
Более совершенной является универсальная поглощающая коробка к средствам индивидуальной защиты органов дыхания, шихта которой выполнена трехслойной, по патенту RU 2111028 C1, A62B 23/02, 1998 г., которая по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенной.
Известная коробка включает цилиндрический корпус с горловиной для подсоединения к противогазу, заполненного функциональными слоями шихты, разделенными металлическими сетками или активной угольной тканью для выравнивания фронта обрабатываемого газа, и дно, оснащенное воздухозаборным отверстием.
Недостатком известной коробки является относительно непродолжительное действие из-за ограниченного объема катализатора и отсутствие специального средства сепарации твердой фазы аэрозолей, что резко снижает поливалентность поглощающей коробки, сужая ее технологические возможности применения.
Кроме того, насыпной (не уплотненный) материал шихты свободно с зазорами примыкает к стенкам корпуса, что не препятствует проскокам необработанного воздуха по причине так называемого пристеночного эффекта, что ограничивает использование известной коробки в условиях чрезвычайных ситуаций с вредными и токсическими веществами и парами.
Технической задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение эффективности очистки вдыхаемого воздуха от более широкой номенклатуры вредных и токсичных веществ и паров.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной универсальной поглощающей коробке для средств индивидуальной защиты органов дыхания, содержащей цилиндрический корпус с выходной горловиной и дно с воздухозабором, при этом внутри корпуса последовательно размещены функциональные слои шихты на основе активного угля с функциональными добавками, разделенные сетками и противопыльными тампонами, по предложению авторов, корпус выполнен ступенчатым, на нижний уступ которого опирается конгруэнтное дно с воздухозабором в форме газораспределительной решетки, несущее аэрозольный фильтр, сообщающийся через ресивер с установленным на ступени корпуса слоем комплексного поглотителя, выполненного на основе активного угля из скорлупы кокосового ореха, пропитанного оксидами и молибдатами цинка и меди, сульфанатами цинка и/или меди и оксидом молибдена, при этом в структуре комплексного поглотителя функциональные добавки содержатся в следующем соотношении (мас.%): 5-8 в пересчете на цинк оксида и молибдата цинка, 6-10 в пересчете на медь оксида и молибдата меди, 2-4 в пересчете на цинк и/или медь сульфатов цинка и/или меди и 1-4 оксида молибдена, а на верхнем уступе под сеткой крышки последовательно расположены слои поглотителя-осушителя и гопкалита в массовом соотношении слоев шихты комплексный поглотитель:поглотитель-осушитель:гопкалит как (2,5-3):(1,5-2):1, причем поглотитель-осушитель выполнен на основе активного угля из скорлупы кокосового ореха, пропитанного раствором галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов, преимущественно хлоридом кальция в количестве 18-20 мас.%, хлоридом лития в количестве 10-12 мас.% или их смесями.
3
2
3
Альтернативно, для усиления эффективности функционирования по бензолу, сернистому водороду и сернистому ангидриду (когда для открытых пространств не актуальна защита от монооксида углерода), в коробке на верхнем уступе под сеткой крышки вместо слоев поглотителя-осушителя и гопкалита размещен слой наполнителя, выполненного на основе активного угля из скорлупы кокосового ореха, пропитанного соединением меди Cu(NH)CO и карбонатом калия, масса которого адекватна массе слоя комплексного поглотителя.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили повышение эффективности комплексной очистки воздуха для дыхания и улучшение служебных характеристик назначения коробки: универсальность действия по защите от органических газов и паров с температурой кипения выше 65°C (группа A), неорганических газов и паров (группа B), кислых газов и паров (группа E), аммиака и его органических производных (группа K), сероводорода и его смеси (группа KD), монооксида углерода и сепарировать твердую фазу аэрозолей (дыма, пыли, тумана).
Выполнение корпуса изнутри ступенчатым практически исключает пристеночные потоки, которые тормозятся и останавливаются при разворотах на уступах ступени, в результате чего распределенные газы проникают через слой шихты, чем предотвращаются проскоки необработанных газов вдоль корпуса коробки.
Оснащение коробки ресивером под шихтой, в котором аккумулируется избыток вдыхаемого воздуха и где демпфируются скачки уплотнения, происходит перемешивание и выравнивание давления, позволяет использовать дополнительный аэрозольный фильтр и слой катализатора в 1,5-2,5 раза выше без увеличения нагрузки дыхания. При этом повышается контактная поверхность газопроницаемого катализатора, что улучшает качество обработки и увеличивает срок службы слоя и коробки в целом.
Использование фильтрующего слоя шихты в виде поглотителя ABEK позволило выполнить слой поглотителя-осушителя на основе активного угля из химически обработанного кокосового ореха для целевого поглощения сероводорода и его смеси, чем расширить технологические возможности противогазовой коробки по более эффективной и разнообразной очистке вдыхаемого воздуха.
Выполнение воздухозаборника в форме газораспределительной решетки формирует многоструйный ламинарный поток по всей развитой поверхности аэрозольного фильтра с пониженной динамической и фильтрационной нагрузкой, что повышает эффективность сепарации твердых включений и способствует улучшению последующей обработки газов воздушной среды.
Оптимизация массового соотношения функциональных слоев шихты из активного угля с функциональными добавками, а именно высоты слоев комбинированного поглотителя, поглотителя-осушителя и гопкалита, в диапазоне (2,5-3):(1,5-2):1 проводилась по математической модели планирования эксперимента и подтверждается испытаниями опытных образцов, обеспечивших максимальную степень очистки воздуха в противогазовой коробке предложенной конструкции.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в полезной модели техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративное назначение и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков формулы.
На чертеже схематично изображены:
на фиг.1 - предложенная противогазовая поглощающая коробка;
на фиг.2 - то же, вариант исполнения.
Стенка цилиндрического корпуса 1 имеет изнутри ступенчатую форму, образованную двумя уступами 2 и 3, нижним и верхним соответственно.
На нижний уступ 2, где уложена газораспределительная решетка 4, покрытая противопылевым тампоном 5, упирается кассета 6, дно которой выполнено в виде газораспределительной решетки 4 (воздухозаборника), несущей противоаэрозольный фильтр 7, закрытый сверху аналогичной решеткой 4 таким образом, что над ней сформирован свободный объем - ресивер 8.
На ступени корпуса 1, между уступами 2 и 3, помещен слой 9 высотой 2,3 см активного угля из скорлупы кокосового ореха, пропитанного химическим раствором (с последующей термообработкой) в составе, мас.%: 5-8 в пересчете на цинк оксида и молибдата цинка, 6-10 в пересчете на медь оксида и молибдата меди, 2-4 в пересчете на цинк и/или медь сульфатов цинка и/или меди, 1-4 оксида молибдена.
Слой 9 покрыт сверху сеткой 10, расположенной на верхнем уступе 3 корпуса 1.
Над сеткой 10 сформированы последовательно слой 11 высотой 1,5 см поглотителя-осушителя и слой 12 высотой 0,8 см гопкалита (активного угля с добавкой смеси оксидов меди и марганца), покрытого сеткой 10 с противопыльным тампоном 5, прижатым крышкой 13 с резьбовой горловиной 14 для подсоединения с противогазом.
Слой 11 выполнен на основе активного угля из скорлупы кокосового ореха, пропитанного раствором галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов, преимущественно хлоридом кальция в количестве 18-20 мас.%, хлоридом лития в количестве 10-12 мас.% или их смесями.
Таким образом, высота трех функциональных слоев 9, 11 и 12 шихты на основе активного угля имеет соотношение 2,9:1,9:1, что соответствует оптимизированному соотношению по формуле (2,5-3):(1,5-2):1.
3
2
3
По варианту исполнения (фиг.2) шихта содержит два адекватной массы слоя 9 и 15: комбинированного поглотителя ABEK и наполнителя, выполненного на основе активного угля из скорлупы кокосового ореха, пропитанного соединением меди Cu(NH)CO и карбонатом калия, в результате чего обеспечивается параметр эффективности (вероятность защиты) по бензолу, сернистому водороду и сернистому ангидриду соизмеримым с его значениями для тестовых веществ ABEK.
Функционирует поглощающая противогазовая коробка следующим образом.
При вдохе воздух через решетку 4 донной кассеты 6 поступает равномерным распределенным потоком вовнутрь коробки через фильтр 7, где задерживается твердая фаза аэрозолей.
Далее воздух поступает в ресивер 8, где происходит его расширение, перемешивание и выравнивание давления.
В объем адсорбционного слоя 9 воздух из ресивера 8 поступает через решетку 4 и противопыльный тампон 5 при заметном демпфировании усилия дыхательных органов.
На уступе 2 пристеночный поток воздуха останавливается и разворачивается поперек основного потока, образуя газодинамическое сопротивление - тромб, который блокирует возможные проскоки необработанного воздуха вдоль стенки корпуса 1.
В слое 9 повышенного объема происходит нейтрализация основного ряда вредных и токсических веществ и паров групп A, B, E, K.
Далее очищенный воздух через сетку 10 поступает в насыпной слой 11 активного угля, где сорбируются сероводород и его смеси.
В слое 12 гопкалита осуществляется химическое доокисление монооксида углерода до диоксида углерода, после чего полностью очищенный воздух через сетку 10 и тампон 5, задерживающий остатки мелких твердых частиц и влаги, поступает через горловину 14 крышки 13 в магистраль противогаза, в подмасочный объем на вдох пригодного для дыхания воздух.
Альтернативно по варианту исполнения шихты вдыхаемый воздух, пройдя слой 11, поступает в слой 15 (фиг.2), где адсорбируются бензол, сернистый водород и сернистый ангидрид.
При этом на уступе 3 происходит расширение воздушного пристеночного потока и его торможение, что образует газодинамическую пробку, исключающую проскоки вдоль стенки корпуса 1 необработанного газа.
Предложенная универсальная фильтрующе-поглощающая коробка для средств индивидуальной защиты органов дыхания характеризуется повышенной динамической активностью, которая обеспечивает максимальную вероятность комплексной защиты в зоне химического заражения, что иллюстрируется средними параметрами результатов опытной проверки эффективности функционирования предложенной коробки.
Испытания предложенной конструкции поглощающей коробки показали, что она соответствует требованиям ГОСТ P 12.4.1093-99 «ССБТ Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Фильтры противогазовые и комбинированные. Общие технические условия».
Характерные показатели назначения, достигнутые при испытании опытных образцов коробок по полезной модели, сведены в таблицу.
Таблица.
Значения основных параметров функционирования коробки.
Показатели
Тестовое вещество
монооксид углерода
хлор
аммиак
бензол
водород сернистый
сернистый ангидрид
водород цианистый
Время защитного действия, мин. (не менее)
45
35
45
35
80
70
50
Концентрация, мг/л
6,2
0,09
3,5
1,0
1,4
2,7
2,0
Вероятность защиты
0,95
0,96
0,96
0,59
0,93
0,94
0,99
Коробка по полезной модели предназначена для использования военными и гражданскими лицами, пригодна для дыхания детей, что делает ее незаменимой на нынешнем этапе технического развития противогазовых средств в районах природных и техногенных аварий и катастроф.
Результаты сравнительных испытаний опытных образцов предложенной коробки с известными аналогами позволяют рекомендовать универсальную конструкцию по эффективной очистке воздуха для дыхания в противогазе для серийной поставки заказчикам.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по газоочистке, показал, что она неизвестна, а с учетом возможности практического изготовления поглощающей коробки на действующем производстве серийно, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.