УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ В СРЕДСТВАХ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ

Полезная модель относится к области спасательной техники, а именно к средствам индивидуальной защиты органов дыхания, работающим на химически связанном кислороде, и может быть использована, например, в конструкции самоспасателей для подземных работ.
Изолирующие самоспасатели представляют собой устройства, состоящие из источника кислорода и средства поглощения выделяемого диоксида углерода, эластичной емкости для сбора газовоздушной смеси и приспособления для присоединения дыхательных путей пользователя к самоспасателю. Регенеративные патроны, используемые в самоспасателях, обладают рядом недостатков, основными из которых являются большое тепловыделение при реакциях регенерации и сушка дыхательной смеси, т.к. пары воды также участвуют в химических реакциях. Это приводит к резкому снижению относительной влажности дыхательной газовой смеси (ДГС), к повышенной температуре ее на вдохе и чрезмерному нагреву элементов конструкции самоспасателя.
Известно устройство для охлаждения ДГС, выполненное в виде металлического вкладыша, установленного на выходе из регенеративного патрона, внутри которого помещают брикет водяного льда (Капелюшников Г.И. и др. Приборы и защитные средства по технике безопасности. Справочник. - М.: Недра, 1991. - С.203). За счет низкой температуры брикета льда осуществляется охлаждение вкладыша и в результате теплообмена со стенками происходит охлаждение обтекающего его потока ДГС.
Основным недостатком известного устройства является то, что оно не защищает дыхательные пути от сушки ДГС при прохождении ее через регенеративный патрон. Кроме того, охлаждающее действие
данного устройства не превышает двух часов при максимальном охлаждающем эффекте не более 8°С. К недостаткам следует также отнести ограниченную область применения известного устройства, т.к. брикет льда невозможно хранить длительное время при температуре выше 0°С.
Известно устройство для охлаждения ДГС, применяемое в последнее время в конструкции самоспасателя для подземных работ ШСС-Т (Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Тамбов. Регистр ИСО 9000, Издательско-полиграфический Центр, 2002 г. - С.2-6). Устройство для охлаждения ДГС выполнено в виде углового вкладыша, устанавливаемого в месте соединения гофрированной трубки с загубником, внутри которого помещена лента из алюминиевого сплава. При массе ленты 6,2 г, начальной температуре ДГС 75°С, начальной температуре вкладыша 37°С и полном взаимном теплообмене известное устройство обеспечивает охлаждение дыхательной смеси на 20-21°С.
Основным недостатком известного устройства является то, что газовая смесь при поступлении в дыхательные пути имеет относительную влажность, близкую к нулю, что создает крайне неприятные дискомфортные условия по данному фактору.
Техническим результатом полезной модели является увлажнение дыхательной газовой смеси и повышение эффективности охлаждения ее.
Предложено устройство для охлаждения дыхательной газовой смеси в средствах индивидуальной защиты органов дыхания, работающих на химически связанном кислороде, включающее вкладыш, установленный на пути движения дыхательной смеси, внутри которого помещен хладагент.
Отличием предложенного устройства является то, что в качестве хладагента используют неорганические соли, способные образовывать кристаллогидраты, нанесенные на волокна.
Другим отличием является то, что в качестве неорганических солей используют соли кальция и магния, индивидуальные и смешанные соли трехвалентного железа, алюминия, редкоземельных элементов и др.
Отличием является также то, что используют неорганические волокна, изготовленные, например, из стекла, кварца, базальта, оксида алюминия и др.
Вкладыш может быть снабжен удерживающими сетками, размещенными с обеих сторон хладагента.
Предлагаемое устройство позволяет снизить температуру ДГС на 25-27°С, повысить ее влажность и упростить обслуживание средств индивидуальной защиты органов дыхания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. показано предлагаемое устройство.
Устройство для охлаждения дыхательной газовой смеси содержит угловой вкладыш 1, который устанавливают на выходе гофрированной трубки 2 и на нем крепят загубник 3. Внутри вкладыша установлены две удерживающие сетки 4 и 5, между которыми помещены волокна 6, обработанные неорганической солью, способной образовывать кристаллогидраты. Удерживающие сетки могут быть изготовлены из нержавеющей стали, а в качестве неорганических солей могут быть использованы соли кальция и магния, индивидуальные и смешанные соли трехвалентного железа, алюминия, редкоземельных элементов, щелочных металлов и др.
Неорганические соли, способные образовывать кристаллогидраты, наносят на волокна 6, которые изготавливают из неорганических материалов, например, из стекла, кварца, базальта, оксида алюминия и др. Ограничение выбора только неорганическими материалами связано главным образом с возможностью химической реакции между содержимым регенеративного патрона и органическим материалом.
Ниже приведено описание работы устройства. Выдыхаемая человеком газовая смесь имеет температуру около 37°С и насыщена парами
2
воды. При ее поступлении в устройство для охлаждения газовая смесь проходит через волокна 6, обладающие небольшим аэродинамическим сопротивлением, при этом пары воды взаимодействуют с неорганической солью, например CaCl, и образуют кристаллогидрат по следующей химической реакции:
2
2
2
2
CaCl+6HO(пары)=CaCl·6HO.
В результате образования кристаллогидрата выдыхаемая газовая смесь частично освобождается от водяного пара и нагревается. Избыток тепла рассеивается в окружающую атмосферу при прохождении дыхательной смеси через узлы спасательного средства. Как в России, так и в других странах, в качестве источника кислорода в изолирующих самоспасателях и респираторах используют регенеративные продукты на основе надпероксида калия, сформированного в виде гранул, таблеток, блоков. Регенерация ДГС происходит в соответствии со следующими химическими реакциями:
2
2
2
3
2
2KO+CO=KCO+1,5O;
2
2
2
2KO+HO=2KOH+1,5O.
После регенерации дыхательная смесь имеет практически нулевую влажность, при этом ее температура увеличивается до 50°С и выше, что может привести к перегреву организма и ожогу легких.
При вдохе газовая смесь проходит через вкладыш 1 во встречном направлении и разлагает кристаллогидрат с испарением воды по следующей формуле:
2
2
2
2
CaCl·6HO=СаCl+6HO(пары).
В результате этой реакции происходит значительное поглощение тепла, т.е. снижается на 25-27°С температура дыхательной газовой смеси, поступающей в дыхательные пути, и происходит ее увлажнение.
Обязательным условием эффективной работы устройства является то, чтобы волокна должны быть из неорганического материала (стекло, кварц, базальт и т.д.), и нанесенная на них соль для образования кристаллогидратов должна быть обезвожена. От последнего условия
зависит длительность хранения снаряженного спасательного средства.
4
2
2
4
2
Для полной сорбции водяных паров в одном цикле «вдох - выдох» теоретически достаточно 0,08 г безводного хлорида кальция. Подобные опыты были проведены и с такими неорганическими солями, как соли магния, индивидуальные и смешанные соли трехвалентного железа, алюминия, редкоземельных элементов и др. Испытания показали, что некоторые из указанных солей могут дать более значительное охлаждение (Zr(SO)·4HO; MgSO·HO и др.).
Предлагаемое устройство позволяет снизить температуру ДГС до безопасных параметров, повысить влажность и упростить обслуживание средств защиты органов дыхания.