УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам для защиты органов дыхания, предназначенным для использования в непригодной для дыхания атмосфере, к которым предъявляются требования по управлению временем защиты и повышенные требования к комфортности и массогабаритным характеристикам.
Известен изолирующий дыхательный аппарат на химически связанном кислороде (патент РФ RU 2168339 C1, МПК 7 А62В 7/08, 2006 г.).
Этот аппарат состоит из воздуховодной и кислородоподающей систем, включающих в себя клапанную коробку 1 с загубником 15, дыхательные шланги 3 и 13, дыхательные клапаны 2 и 14, холодильник (теплообменник) 4, дыхательный мешок 6 с клапаном избыточного давления 7, воздуховод 9 со встроенным клапаном 10. Кислородоподающая система аппарата состоит из патрона 11 с пусковым устройством 12, патрона 5, блока дополнительной подачи кислорода 8, фиг.1. Аппарат обеспечивает возможность увеличения времени защитного действия за счет замены регенеративных патронов в загазованной зоне без выключения из аппарата.
Недостаткам данного аппарата является невозможность регулирования подачи кислорода и, как следствие, изменения времени защитного действия (ВЗД). Выход кислорода и коэффициент дыхания запрограммированы составом хемосорбента.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками полезной модели (ПМ), являются: лицевая часть, гофрированная трубка, пусковое устройство с ампулой, тепловлагообменник, регенеративный патрон, дыхательный мешок, клапан избыточного давления.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является отсутствие управления сопротивлением тепловлагообменника.
Известно также автоматическое переключающее устройство для подачи дыхательной смеси в пневмосистемы средства индивидуальной защиты (патент РФ RU 2279299, МПК А62В 7/02, A62B 9/02, 2006 г.), содержащий в своем составе дыхательный аппарат с легочным автоматом и переключатель (автоматическое коммутирующее устройство), для подключения легочного автомата средства индивидуальной защиты попеременно к резервному или к внешнему источникам дыхательной смеси, фиг.2-4.
Автоматическое переключающее устройство содержит корпус 1, в основной цилиндрической полости которого установлен золотник 2, имеющий уплотнительные кольца 3, 4 и 5. Основная полость разделена золотником на полости А, Б и Г. На корпусе 1 закреплены штуцер 6 (разъем) для подключения внешнего источника сжатого воздуха (дыхательной смеси), штуцер 7 и штуцер 9 для подключения легочного автомата, через который осуществляется дыхание потребителя. Устройство снабжено двумя обратными клапанами 10 и 11, установленными в корпусе 1, расположенными перпендикулярно золотнику 2, а в корпусе выполнена дополнительная полость В, соединенная посредством обоих обратных клапанов 10 и 11 с полостями А и/или Б, и/или Г основной полости. При этом клапан 10 расположен в зоне закрепления штуцера 6 с возможностью перекрытия канала 12 подачи воздуха к легочному автомату от внешнего источника сжатого воздуха, а клапан 11 - в зоне закрепления штуцера 7 для подключения легочного автомата с возможностью перекрытия канала 13 подачи воздуха к легочному автомату от резервного источника. На корпусе 1 закреплен свисток 14, предупреждающий пользователя о расходовании дыхательной смеси из резервного источника. Золотник 2 поджат пружиной 15 к упору в глухом участке 16 основной цилиндрической полости корпуса 1, при этом расположенный участок 17 этой полости постоянно соединен с атмосферой каналом 18. Устройство снабжено штуцерами 19 системы вентиляции. Если подача дыхательной смеси осуществляется от резервного источника, то штуцер 6 должен быть закрыт уплотнительным колпачком 20.
Недостаткам этого аппарата является автоматическая регулировка только аппаратов баллонного типа со сжатым (сжиженным) воздухом или кислородом, так как его автоматическая работа осуществляется под давлением дыхательной смеси.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками ПМ, являются: лицевая часть, гофрированная трубка, клапан избыточного давления, автомат для подключения легочного автомата с возможностью перекрытия канала подачи воздуха к легочному автомату.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является отсутствие управления работой подачи воздуха по заданной программе. Происходит только переключение источников воздуха (или-или).
Наиболее близким к заявленному техническому решению полезной модели является устройство: самоспасатель изолирующий СПИ-20, Россия, изготавливаемый по ТУ ВТ 8-104.000. (Режим доступа свободный: http://www.roshimzaschita.ru/modules.php? name= Content&pa=showpage&pid=19).
Самоспасатель СПИ-20 (фиг.5) состоит из колпака 1 с полумаской 2, теплообменника (тепловлагообменника) 3, гофрированной трубки 4, предназначенной для защиты органов дыхания, глаз и головы от окружающей среды и направления выдыхаемой смеси, пускового устройства с ампулой 5 для приведения в действие пускового брикета, который под действием раствора ампулы начинает выделять кислород и тепло, регенеративного патрона 6, предназначенного для поглощения выдыхаемого диоксида углерода и влаги и выделения необходимого для дыхания кислорода, дыхательного мешка 7, клапана избыточного давления 8.
В СПИ-20 использован теплообменник (тепловлагообменник) для охлаждения дыхательной смеси, при котором газовоздушную смесь (ГВС) при вдохе и выдохе пропускают через гофрированную ленту их алюминиевого сплава. При начальной температуре газовоздушной смеси 75°С и начальной температуре ленты 37°С, при полном взаимном теплообмене по известному способу, ГВС охлаждается на 20-22°С.
Недостатками данного технического решения, являются отсутствие управления временем защиты и, дыхательная смесь имеет конечную относительную влажность близкую к нулю, что снижает комфортность дыхания. Кроме того, эффективность охлаждения является недостаточной, особенно при высокой внешней температуре и тяжелых режимах дыхания, когда нагрев в конце работы может достигать более 60°С, таблица 1.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками ПМ, являются: колпак, полумаска, гофрированная трубка, пусковое устройство с ампулой, тепловлагообменник, регенеративный патрон, дыхательный мешок, клапан избыточного давления.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является невозможность управления временем защиты, что определяется отсутствием автоматического регулирующего устройства, (переключателя) для изменения потока ГВС, проходящего через тепловлагообменник и повышенная температура на вдохе при работе устройства защиты на химически связанном кислороде.
В настоящее время отсутствует возможность управления режимами химической реакции уже запущенного регенеративного патрона. (Изолирующие дыхательные аппараты и основы их проектирования: учебное пособие /С.В. Гудков, С.И. Дворецкий, С.Б. Путин, В.П. Таров. - М.: Машиностроение, 2008. - С.13). (Режим доступа свободный: http://window.edu.ru/resource /798/64798/files/tarov.pdf).
Задача решаемая ПМ заключается в разработке устройства, обладающего свойством управления временем гарантированной защиты человека, за счет изменения гидравлического сопротивления ГВС в тепловлагообменнике по заданной программе и одновременного повышения комфортности за счет снижения температуры на вдохе.
Технический результат достигается тем, что заявленная ПМ устройства защиты органов дыхания на химически связанном кислороде, содержащая систему регенерации воздуха в виде регенеративного патрона с пусковым устройством, соединенного с лицевой частью, содержащей полумаску и колпак, характеризующаяся тем, что в ней совокупно применен двойной тепловлагообменник, распределяющий ГВС параллельно.
Кроме того, предложено устройство для защиты органов дыхания отличающееся тем, что в двойном тепловлагообменнике один работает непрерывно и не регулируется, для обеспечения безопасности дыхания, а регулирование ГВС проводят во втором тепловлагообменнике.
Кроме того, предложено устройство для защиты органов дыхания отличающееся тем, что регулирование (открытие и закрытие площади сечения ГВС) проводят по заданной в бортовой информационно-управляющей системе (БИУС) программе.
Кроме того, предложено устройство для защиты органов дыхания отличающееся тем, что в регулирующем элементе используют микродвигатель постоянного тока.
Кроме того, предложено устройство для защиты органов дыхания отличающееся тем, что скорость вращения микродвигателя постоянного тока регулируется блоком управления микродвигателя постоянного тока, изменяют напряжение.
Кроме того, предложено устройство для защиты органов дыхания отличающееся тем, что блок управления микродвигателя включают автоматически в работу после получения результатов от БИУС, подтверждающих необходимость его использования.
Кроме того, предложено устройство для защиты органов дыхания отличающееся тем, что блок управления микродвигателя и тепловлагообменник размещены в общем корпусе.
Кроме того, предложено устройство для защиты органов дыхания отличающееся тем, что в информационно-управляющую систему встроен звуковой сигнализатор, предупреждающий о работе микродвигателя и завершении его работы.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует причинно - следственная связь. Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом показано в таблице 2.
Из таблицы 2 видно, что использование новых связей: автоматического управления, ранее не применяемых в этих устройствах, обеспечивает дополнительную защиту человека, по крайней мере, на 5% и повышения комфортности за счет снижения температуры на вдохе при использовании второго управляемого тепловлагообменника.
Следовательно, благодаря использованию автоматического управления обеспечивается управление временем защиты человека, за счет изменения гидравлического сопротивления тепловлагообменника ГВС по заданной программе, а также, дополнительно, повышение комфортности дыхания за счет использования второго управляемого тепловлагообменника.
2
1
2
На фиг.6 показана диаграмма сравнения статистических значений температуры и времени защитного действия в зависимости от используемых режимов дыхания. Видно, что в результате работы время работы устройства увеличивается (среднее ВЗД больше, чем ВЗД на 5 мин., а температура снижается, при R, на 5°С). Это расширяет функциональные возможности человека в экстремальной ситуации и повышает комфорт при использовании данного устройства защиты.
Техническое решение позволяет увеличить время гарантированной защиты, за счет дополнительного использования второго тепловлагообменника с автоматическим управлением и повысить комфортность за счет снижения температуры на вдохе при его автоматическом управлении.
Различные конструктивные варианты исполнений устройства защиты органов дыхания и применение бортовой информационно-управляющей системы (БИУС) устройства зашиты позволяют использовать разнообразные типы конструкций, в том числе и инновационные разработки.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию «новизна».
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в производстве различных модификаций устройств для защиты органов дыхания с получением технического результата, заключающегося в автоматическом управление временем защиты человека, за счет изменения гидравлического сопротивления тепловлагообменника ГВС по заданной программе с одновременным повышение комфортности за счет снижения температуры на вдохе, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию «промышленная применимость».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где на фиг.7. изображена принципиальная схема действия предложенного устройства. На представленных чертежах изображены:
на фиг.1 изолирующий дыхательный аппарат на химически связанном кислороде;
на фиг.2-4 автоматическое переключающее устройство для подачи дыхательной смеси в пневмосистемы средства индивидуальной защиты;
на фиг.5 показан самоспасатель СПИ-20;
на фиг.6 приведена диаграмма сравнения статистических значений температуры и времени защитного действия;
на фиг.7 изображена принципиальная схема действия предложенного устройства;
в таблице 1 приведены изменения средних значений параметров дыхания в устройстве для защиты органов дыхания при использовании ПМ;
в таблице 2 показана причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом;
Перечень позиций, указанных на фиг.7
1 колпак;
2 полумаска;
3 тепловлагообменник не регулируемый;
4 тепловлагообменник регулируемый;
5 гофрированная трубка;
6 датчик для управляющего воздействия на микродвигатель;
7 микродвигатель;
8 пусковое устройство;
9 пусковая ампула;
10 регенеративный патрон;
11 дыхательный мешок;
12 клапан избыточного давления;
13 дисплей;
14 информационно-управляющая система;
15 база знаний;
16 звуковой сигнализатор.
Предложенное устройство для защиты органов дыхания содержит колпак 1 с полумаской 2, предназначенные для защиты органов дыхания, глаз и головы от окружающей среды и направления выдыхаемой смеси, тепловлагообменник не регулируемый 3, тепловлагообменник регулируемый 4, гофрированную трубку 5. Для управления временем защиты человека, за счет изменения гидравлического сопротивления тепловлагообменника ГВС по заданной программе, применен датчик 6 для управляющего воздействия на микродвигатель 7. Пусковое устройство 8 приводит в действие пусковую ампулу 9, под действием раствора которой начинает выделяться кислород и тепло в начале работы регенеративного патрона 10, предназначенного для поглощения выдыхаемого диоксида углерода и влаги и выделения необходимого для дыхания кислорода, соединенные с дыхательным мешком 11. Для сбрасывания избыточного объема дыхательной смеси в мешке имеется клапан избыточного давления 12. На дисплее 13 отображается визуальная информация по работе информационно-управляющей системы 14, имеющей базу знаний 15 и звуковой сигнализатор 16.
Описанным выше устройством пользуются следующим образом.
Стационарно устройство для защиты органов дыхания находится в сложенном состоянии, в герметичной упаковке. При угрозе пожара вскрывают внешнюю упаковку, извлекают пакет с рабочей частью.
Вскрывают вторую упаковку самого устройства в указанном месте и вынимают рабочую часть, расправляют колпак, глубоко вдыхают, затаив дыхание и быстро надевают колпак на голову так, чтобы полумаска закрыла нос и рот, нажимают до упора на металлический колпачок ампулы, делают выдох и продолжают дыхание, следя за представляемыми на индикаторе информационно-управляющей системы, включаемой одновременно с запуском пусковой ампулы, возможные варианты защиты из экспертной системы базы знаний и анализируют их. При наступлении времени задаваемой информационно-управляющей системой автоматически включается микродвигатель, автоматически устанавливающий необходимое сечение воздуховода в регулируемом тепловлагообменнике. Цифровой таймер информационно-управляющей системы дополнительно предупреждает заранее о завершении и окончании работы устройства для защиты органов дыхания. После выхода из зоны пожара устройство снимают. Таким образом, обеспечивается работа устройства для защиты органов дыхания.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
1. Повышение среднего времени защиты с 40 мин. до 42 мин. (5%) без увеличения массы кислородосодержащего продукта.
2. Одновременное среднее снижение температуры на вдохе при автоматическом изменении общей площади тепловлагообменника с 45°С до 40°С (более 10%).
3. Цифровая индикация времени информационно-управляющей системы обеспечивает точность окончания работы регенеративного патрона и соответственно большую индивидуальную безопасность.
4. Снижение удельных эксплуатационных расходов.
Предлагаемое устройство обеспечивает управление временем гарантированной защиты человека, имеет высокую цифровую точность измерения, благодаря информационно-управляющей системе на основе наноструктуры, а так же обеспечивает снижение температуры на вдохе человека при его использовании.
Таблица 1
Изменение средних значений параметров дыхания в Устройстве для защиты органов дыхания при использовании Полезной модели
Дыхательные режимы*
Температура, °С
Изменение температуры при изменении площади тепловлагообменника
Среднее ВЗД<sub>1</sub> и ВЗД<sub>2</sub>, мин.
T<sub>1</sub>
Т<sub>2</sub>
Т<sub>3</sub>
R<sub>1</sub>-станд.
R<sub>2</sub>-измен.
R<sub>1</sub>, стандарт
изм. R<sub>2</sub>
Режим 2
45
-
-
45
40
40
42
Режим 5
-
65
-
65С
60
20
21
Режим 10
-
-
70
70
65
10
11
* Гудков С. В. Изолирующие дыхательные аппараты и основы их проектирования: учебное пособие/ С. В. Гудков, С.И. Дворецкий, С.Б. Путин, В.П. Таров. - М.: Машиностроение, 2008. - 188 с.(табл.5).
Таблица 2
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом
Виды технического результата и их размерность
Показатели фактические или расчетные
Объяснение за счет чего (отличительный признак и/или их совокупность) стало возможным улучшение показателей предложенного объекта по сравнению с аналогом
аналоги
заявляемого объекта
Автоматическое управление временем защиты человека, за счет изменения гидравлического сопротивления тепловлагообменника ГВС по заданной программе, мин.
Автоматизация без изменения ВЗД
Автоматизация работы с увеличением ВЗД на 5%, табл.1.
1. Наилучший режим устанавливают автоматическим управлением. Открытие и закрытие площади сечения проводят с помощью микродвигателя постоянного тока.
2. Введена бортовая информационно-управляющая система (БИУС) устройства зашиты, которая управляет микродвигателем и используется для автоматизации управления по заданным программам.
3. Блок управления микродвигателя включается автоматически в работу после получения результатов от БИУС, подтверждающих необходимость его использования.
Повышение комфортности за счет снижения температуры на вдохе, С
Отсутствует
Снижение температуры на 5°С, табл.1.
1. Для снижения температуры на вдохе, используют два тепловлагообменника, причем один из них работает непрерывно и не регулируется - для обеспечения безопасности дыхания, а регулирование температуры ГВС проводят во втором тепловлагообменнике. 2. Для повышения комфортности в БИУС встроен звуковой сигнализатор, предупреждающий о работе микродвигателя и завершении его работы.