ЭЛЕКТРОПРИВОДНОЙ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНЫЙ РЕСПИРАТОР, ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ К ДЫХАНИЮ
ELECTRIC-DRIVE AIR-PURIFYING BREATH-SENSITIVE RESPIRATOR

Настоящее изобретение относится к респиратору и, более конкретно, к электроприводному воздухоочистительному респиратору, чувствительному к дыханию.
В публикации WO 2004/093997 раскрывается дыхательный аппарат для облегчения дыхания людей в неблагоприятных внешних условиях, объединяющий так называемый автономный дыхательный аппарат (Self Contained Breathing Apparatus - SCBA) и электроприводной воздухоочистительный респиратор (Powered Air Purifying Respirator - PAPR).
В публикации WO 2005/055912 раскрывается PAPR, в котором электронная, пневматическая или оптоэлектронная система управления работой регулирует поток воздуха из вентилятора в маску для лица. Сигналы, генерируемые в данной системе, анализируются в процессоре. Процессор передает сигналы для включения/выключения вентилятора для увеличения/уменьшения потока воздуха из вентилятора.
В существующих PAPR вентилятор содержит вращающуюся крыльчатку, и поток воздуха регулируется посредством выключения/включения электродвигателя, который приводит в движение крыльчатку.
В существующих PAPR имеются также и другие недостатки. Один недостаток заключается в том, что эффективность таких вентиляторов довольно низкая, и поскольку имеется значительный перепад давления в воздушном канале и клапанах, вентилятор должен работать при давлении, значительно превышающем давление, требующееся в маске для лица. Следовательно, батарея электропитания будет довольно быстро истощаться, несмотря на возможность регулирования скорости вращения вентилятора.
Другой проблемой является производительность вентилятора. При нормальном дыхании поток воздуха, соответствующий примерно 60 л/мин или 120 л/мин, будет достаточным для поддержания положительного давления в маске для лица. Однако при затрудненном дыхании ежеминутно требуется объем воздуха, соответствующий потоку до 400 л/мин или выше. При управлении, соответствующем известному уровню техники, увеличение потока воздуха будет запаздывать, и потребуется слишком много времени, прежде чем поток увеличится, что повышает риск утечки вследствие отрицательного давления в маске для лица. Для обеспечения потока воздуха, равного 400 л/мин или выше, вентилятор должен иметь значительные размеры или он должен вращаться с очень высокой скоростью, что приводит к интенсивному износу и высокому уровню шума.
Другим недостатком существующих PAPR является низкая всасывающая способность, которая делает их непригодными для использования с химическими фильтрами, которые обладают значительно более высоким сопротивлением потоку по сравнению с фильтрами частиц.
Одной задачей изобретения является создание PAPR, который уменьшает или даже устраняет упомянутые недостатки.
Другой задачей данного изобретения является создание PAPR, который является долговечным и имеет более высокую общую эффективность.
Еще одной задачей изобретения является создание PAPR, в котором поток воздуха может регулироваться при использовании вентилятора, вращающегося с постоянной скоростью, и скорость вращения вентилятора не является настолько высокой, чтобы вызывать значительный износ и высокий уровень шума.
Эти и другие задачи данного изобретения достигаются при помощи устройства электроприводного воздухоочистительного респиратора (Powered Air Purifying Respirator - PAPR), чувствительного к дыханию, в соответствии с изобретением, обладающего признаками, изложенными в описывающей части пункта 1 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Таким образом, в соответствии с изобретением для подачи воздуха в маску для лица используется лопастный вентилятор. Лопастные вентиляторы имеют высокие характеристики напора и подсоса, а также многие другие предпочтительные характеристики, рассмотренные в описании.
В предпочтительном варианте осуществления для передачи мощности из электродвигателя, приводящего в движение лопастный ротор, используется синхронизирующий ременной привод (синхронный привод), который обладает рядом преимуществ. Данный привод создает очень мало шума. По сравнению с прецизионными зубчатыми колесами он значительно дешевле, а также обеспечивает привод очень высокой точности.
Кроме того, при использовании обходного регулятора для регулирования потока воздуха, для того чтобы обеспечить требуемое заданное положительное давление в маске для лица, можно непрерывно генерировать поток воздуха, соответствующий максимальному требуемому потоку воздуха, посредством установления соответствующей скорости вращения электродвигателя и последующего регулирования потока воздуха в маску для лица посредством рециркуляции очищенного воздуха из выпускного отверстия во впускное отверстие лопастного вентилятора. Другое преимущество заключается в том, что, несмотря на то, что вентилятор вращается с постоянной скоростью, фильтры не расходуются слишком быстро в результате создания чрезмерного количества очищенного воздуха.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения регулятором является регулятор с пневматическим управлением, соединенный с маской для лица посредством шланга, при этом активным элементом является диафрагма, смещаемая силой, соответствующей заданному положительному давлению в маске для лица. Когда давление в маске повышается, регулятор открывает обходной клапан, обеспечивая рециркуляцию части потока очищенного воздуха из выпускного отверстия во впускное отверстие вентилятора.
Другие преимущества и признаки данного изобретения будут очевидны из приведенного ниже подробного описания вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 изображен схематично вид, иллюстрирующий принцип работы PAPR в соответствии с изобретением,
на фиг.2 изображен вид в разрезе регулятора в PAPR, изображенном на фиг.1, и
на фиг.3 изображен синхронизирующий ременной привод лопастного вентилятора в PAPR, изображенном на фиг.1.
Изобретение будет описано ниже со ссылкой на вариант осуществления данного изобретения, проиллюстрированный на прилагаемых чертежах.
На фиг.1 PAPR, т.е. электроприводной воздухоочистительный респиратор, проиллюстрирован схематично и в целом обозначен ссылочной позицией 1. Шланг 2, снабженный продувочным клапаном 4, соединяет PAPR с маской 3 для лица. Воздух всасывается в PAPR, по меньшей мере, через один фильтр 5. PAPR может содержать больше одного выпускного отверстия, посредством чего он может также соединяться, например, с костюмом химзащиты для создания в нем положительного давления для предотвращения утечки.
В соответствии с изобретением поток воздуха создается при помощи лопастного вентилятора 6, содержащего лопастные роторы 7, 8, работающие в корпусе 9 вентилятора. Каждый ротор может содержать две лопасти, как проиллюстрировано, но может также содержать три или четыре лопасти. Лопастный вентилятор приводится в движение электродвигателем с питанием от аккумуляторной батареи, который для упрощения не показан на чертеже. Лопастный вентилятор работает с постоянной скоростью, при этом поток воздуха регулируется при помощи регулятора 10 давления, установленного в обходном канале 11, соединяющем выпускное отверстие 12 вентилятора с его впускным отверстием 13. Направление потока воздуха показано стрелками в воздушных каналах.
Одной задачей PAPR является создание положительного давления в маске для лица с целью предотвращения утечки в маску. Регулятор соединяется с маской для лица для регулирования давления в маске, так что оно поддерживается по существу на уровне заданного положительного давления. Управление регулятором может осуществляться несколькими способами, например электрическим, электронным, оптоэлектронным, а также пневматическим способом, в результате чего устройство получается простым и отказоустойчивым. В предпочтительном варианте осуществления изобретения используется регулятор с пневматическим управлением, который будет описан более подробно со ссылкой на фиг.2.
Продувочный клапан 4 предназначен для обеспечения вентиляции PAPR перед подачей потока воздуха в маску для лица. Если фильтр находился под воздействием горячей среды, то могут выделяться токсичные вещества. Продувочный клапан 4 может иметь три положения, одно положение, в котором поток воздуха выпускается в атмосферу, второе положение, в котором поток воздуха направляется в маску для лица, и третье положение, в котором канал для перемещения воздуха полностью перекрывается, когда устройство используется совместно с SCBA.
На фиг.2 изображен вид в разрезе регулятора 10. Клапан 14 перекрывает отверстие 15 для клапана в обходном канале. Клапан 14 содержит периферийную часть 15 и центральную часть, поддерживающую ось 16 клапана, и содержит сквозные отверстия, расположенные между ними. Клапан 14 перемещается в нижнем отверстии цилиндрического фланца 17 корпуса регулятора. Верхний конец упомянутого цилиндрического фланца закрыт диафрагмой 18, которая смещается относительно отверстия упомянутого цилиндрического фланца при помощи цилиндрической винтовой пружины 19 или эквивалентного средства. Усилие смещения витка пружины соответствует требуемому положительному давлению в маске для лица. Диафрагма открывается с одной стороны для давления окружающего воздуха, когда регулятор работает относительно внешнего давления.
При пневматическом управлении шланг 20, диаметр которого меньше диаметра воздушного канала для очищенного воздуха, соединяет внутреннюю часть маски для лица с внутренней частью 21 регулятора под диафрагмой. Когда положительное давление превышает усилие смещения витка 19 пружины, диафрагма поднимается и, следовательно, поднимается клапан, обеспечивая прохождение большего или меньшего потока воздуха в обходной канал 11.
Если допустима небольшая утечка между периферийным элементом клапана и цилиндрическим фланцем, в котором перемещается клапан, то практически отсутствует трение между движущимися частями и износ. Поскольку клапан выполнен со сквозными отверстиями, он уравновешен, и единственным усилием, которое требуется преодолевать, является усилие цилиндрической винтовой пружины.
В другом варианте осуществления клапана регулятора, не проиллюстрированном на чертеже, для уплотнения отверстия для клапана в обходном канале используется кольцо из гибкого материала, например силикона, имеющее U-образное поперечное сечение.
Лопастный вентилятор является по сути менее шумным по сравнению с вентиляторами с крыльчаткой. Кроме того, он является более эффективным и, следовательно, при одинаковом потоке воздуха скорость вращения у него меньше, чем у вентилятора с крыльчаткой.
На фиг.3 схематично изображен синхронизирующий ременной привод 22, называемый также синхронным приводом. Каждый лопастный ротор 7, 8 соединен с соответствующим шкивом 23, 24. Синхронизирующий ремень 25, предпочтительно содержащий зубцы на обеих сторонах (на чертеже не проиллюстрированы), размещается вокруг шкивов для вращения их в противоположных направлениях. Синхронизирующий ремень приводится в движение электродвигателем, приводной шкив 26 которого показан. Предпочтительно, как показано на чертеже, синхронизирующий ремень также протянут через шкив 27, так что синхронизирующий ремень опирается по существу на одно и то же количество шкивов 23, 24. Помимо того, что синхронизирующий ременной привод является бесшумным, он еще и очень точный, обладает малым весом, и к тому же замена ремня и последующая установка лопастных роторов является простой. Можно, конечно, использовать зубчатую передачу, однако для этого потребуются зубчатые колеса с фрезерованными с высокой точностью зубьями, которые увеличивают стоимость, а также и шум.
Хотя это не проиллюстрировано на чертежах, параллельно с регулятором и лопастным вентилятором должен быть установлен запорный клапан на случай отказа электропитания. В этом случае пользователь имеет возможность всасывать воздух через фильтр посредством дыхания.