ИЗОЛИРУЮЩИЙ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
SELF-CONTAINED RESPIRATORY APPARATUS

Изобретение относится к индивидуальным изолирующим дыхательным аппаратам, обеспечивающим жизнедеятельность человека в атмосфере, непригодной для дыхания. Данный аппарат может применяться горноспасателями для работы в шахтах, а также подводниками при выходе из затонувшей подводной лодки методом свободного всплытия или выходе по буйрепу, и при выполнении легких водолазных работ.
Известен водолазный дыхательный аппарат для работа на неизменных глубинах (авт. свид. СССР №187553, Кл. 65в, 10, МПК А62b 7/00, 1966 г). Аппарат содержит патрон с регенеративным продуктом на основе надпероксида калия (O-3), патрон с химическим поглотителем (ХПИ) диоксида углерода, маску с клапанами вдоха и выдоха, дыхательный мешок и устройство регулирования необходимого объема дыхательной смеси. Конструктивное выполнение аппарата обеспечивает постоянный коэффициент регенерации и постоянное поступление кислорода в дыхательный мешок в объеме, равном объему поглощаемого водолазом кислорода. Однако этот аппарат имеет большую массу и значительный объем переснаряжаемой части аппарата.
Известен регенеративный патрон водолазного дыхательного аппарата (патент РФ №2114655, МПК А62b 19/02, 1995 г.). В этом патроне используется регенеративный продукт и химический поглотитель (ХПИ). Недостатком этого патрона является сложность переснаряжения, большие габариты и масса регенеративного продукта.
Вопросы дыхания в горноспасательном деле на сегодня решают в стране респиратор Р-30 и респиратор РХ-90Т.
Известен изолирующий респиратор Р-30 (авт.свид. СССР №171267, МПК А62b 7/00, 1963 г.; авт.свид. СССР №254334, Кл. 61а, 29/01, МПК А62b 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 масса и большой объем переснаряжаемой части аппарата. Другие главные недостатки этих аппаратов - сложная в изготовлении и настройке кислородоподающая система, включающая большое число узлов и деталей, а также обязательное наличие компрессорного оборудования для заполнения баллонов сжатым кислородом, в том числе для компенсации утечек кислорода при хранении.
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.
3
Известен изолирующий дыхательный аппарат (патент РФ №2254263, МПК В63C 11/24, 2004 г.). Этот аппарат содержит регенеративный патрон с регенеративным продуктом, маску с клапанами вдоха и выдоха, дыхательный мешок и устройство регулирования объема дыхательной смеси. Регенеративный патрон выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, сообщающихся между собой, при этом внутренний цилиндр содержит регенеративный продукт, выполненный в виде брикета из надперекиси щелочного металла или продукта на его основе с плотностью более 1,70 г/см, а внешний цилиндр содержит воду и устройство регулирования объема дыхательной смеси содержит связанный с внутренним цилиндром малый кислородный мешок, расположенный в дыхательном мешке.
К недостаткам этого аппарата относятся недостаточно высокая степень очистки дыхательной смеси от диоксида углерода вследствие малой поверхности контакта газа с жидкостью и недостаточной стабильности в работе вследствие постепенного накопления осадка карбоната и бикарбоната натрия непосредственно в зоне реакции жидкости с надпероксидом и периодического перегрева продуктов реакции. Кроме того, переснаряжение аппарата требует перерыва в работе.
Этот изолирующий дыхательный аппарат наиболее близок по технической сущности к предлагаемому и потому выбран в качестве прототипа.
Задачей изобретения является создание аппарата, имеющего более высокую степень очистки дыхательной смеси от диоксида углерода и обеспечивающего более стабильную работу аппарата во времени.
Задача решается изобретением, согласно которому в изолирующем дыхательном аппарате, содержащем регенеративный продукт, маску с клапанами вдоха и выдоха, дыхательный мешок и устройство регулирования объема дыхательной смеси, устройство регенерации дыхательной смеси аппарата имеет пространственно разделенные блоки генерации кислорода и поглощения диоксида углерода, которые функционально связаны между собой циркулирующим между ними раствором щелочи с помощью насоса, а блок поглощения диоксида углерода дополнительно имеет насадку и емкость для осадка карбоната и бикарбоната натрия.
Такое конструктивное выполнение аппарата позволяет повысить степень очистки дыхательной смеси от диоксида углерода. Это достигается за счет увеличения поверхности контакта дыхательной смеси с раствором щелочи с помощью насадки и использования повышенной концентрации щелочи в растворе в зоне контакта.
Стабильность в работе достигается за счет активной циркуляции раствора и выделения осадка карбоната и бикарбоната натрия в отдельной емкости. Поскольку осадок концентрируется в специальной емкости, он не мешает циркуляции жидкости, т.е. нормальной работе аппарата.
Далее, поскольку осадок карбоната и бикарбоната натрия концентрируется в специальной емкости, эта емкость по мере заполнения может быть легко заменена в процессе работы на пустую. Таким образом, упрощается переснаряжение аппарата и снижается его масса на массу осадка.
Существенными признаками, отличающими данное изобретение, являются следующие:
1. Устройство регенерации дыхательной смеси аппарата имеет пространственно разделенные блоки генерации кислорода и поглощения диоксида углерода, которые функционально связаны между собой циркулирующим между ними раствором щелочи.
2. Аппарат содержит дополнительные элементы: насос, обеспечивающий циркуляцию раствора; насадку для увеличения поверхности контакта дыхательной смеси с раствором щелочи и емкость для сбора осадка карбоната и бикарбоната натрия.
На представленных чертежах показана конструкция предлагаемого изолирующего дыхательного аппарата: на фиг.1 показана общая схема изолирующего дыхательного аппарата; на фиг.2 отдельно показано устройство регенерации дыхательной смеси аппарата.
Изолирующий дыхательный аппарат (фиг.1) содержит маску 1 с клапанами вдоха и выдоха. Маска 1 соединена через клапан вдоха и шланг с дыхательным мешком 2 и через клапан выдоха и шланг с вентилятором 3. Устройство регенерации дыхательной смеси аппарата 4 включает блок поглощения диоксида углерода 5 и блок генерации кислорода 6. Блок генерации кислорода 6 соединен с дыхательным мешком 3 через устройство регулирования объема дыхательной смеси 7, включающее кислородный мешок 8 и клапан пуска кислорода. Блок генерации кислорода 6 и блок поглощения диоксида углерода 5 соединены шлангами, по которым циркулирует раствор щелочи с помощью перистальтического насоса 9.
На чертеже (фиг.2) отдельно показано устройство регенерации дыхательной смеси аппарата и более детально взаиморасположение элементов в блоке генерации кислорода 6 и блоке поглощения диоксида углерода 5. В блоке генерации кислорода 6, имеющем выход кислорода 10 и крышку, размещен регенеративный продукт 11 в форме брикета из надпероксида натрия. Низ генератора кислорода открыт для свободного доступа воды. Блок поглощения диоксида углерода 5 содержит насадку 12 и включает ввод крепкого раствора щелочи 13, вывод слабого раствора 14 с помощью насоса 9, ввод 15 и вывод 16 дыхательной смеси, а также сброс осадка карбоната и бикарбоната натрия в емкость 17. Насос 9 соединен с уровнем жидкости с помощью гибкого шланга и поплавка 18.
В схеме реализовано пространственное разделение процессов генерации кислорода и поглощения углекислого газа и введена циркуляция раствора щелочи.
Аппарат работает следующим образом. Перед использованием аппарат должен быть снаряжен. Для этого в емкость 17 заливается 250-300 мл воды, а в генератор кислорода 6 помещается регенеративный продукт 11 в форме брикета из надпероксида натрия (возможно использование зерна или таблеток).
Для включения аппарата в работу пользователь должен сделать выдох в объем аппарата для заполнения дыхательного мешка 2. Одновременно необходимо включить насос 9 и вентилятор 3. При этом вода начинает поступать к регенеративному продукту 11 и реагирует с надпероксидом натрия по реакции (1) с выделением кислорода и образованием раствора гидроокиси натрия
.
Выделяемый кислород заполняет кислородный мешок 8. По заполнении кислородного мешка 8 образовавшийся раствор щелочи вытесняется из объема генератора кислорода, реакция прекращается и раствор поступает через ввод 13 на насадку 12 блока поглощения диоксида углерода 5. При этом происходит поглощение диоксида углерода раствором щелочи по реакции (2) из объема дыхательной смеси:
Очищенная от диоксида углерода газовая смесь поступает в дыхательный мешок 2.
Клапаны вдоха и выдоха обеспечивают направление движения дыхательной смеси. Вентилятор 3 обеспечивает циркуляцию дыхательной смеси в аппарате.
При вдохе и нехватке кислорода, что автоматически фиксируется по недостатку объема газа на вдох, внешнее давление среды и сжатие мешка 2 приводит в действие устройство регулирования объема дыхательной смеси 7, и часть кислорода из кислородного мешка 8 подается на дыхание. Кислородный мешок 8 затем автоматически вновь заполняется кислородом за время вдоха и выдоха. При вдохе смесь из дыхательного мешка 2 через клапан вдоха поступает в маску 1. Далее дыхательный цикл повторяется.
Постепенно в блоке поглощения диоксида углерода 5 накапливается осадок карбоната и бикарбоната натрия, который осаждается в емкости 17. Слабый раствор щелочи с помощью гибкого шланга и поплавка 18 захватывается насосом 9 и вновь подается в генератор кислорода 6. Таким образом, обеспечивается циркуляция раствора жидкости в аппарате.
Для переснаряжения аппарата после окончания работы или полного растворения брикета 11 необходимо вставить новый регенеративный продукт в генератор кислорода и заменить наполненную осадком карбоната и бикарбоната натрия емкость 17 пустой.
Конструкция аппарата допускает также его переснаряжение в процессе работы. Операция вскрытия генератора кислорода и размещение нового брикета занимает не более 3-5 сек. При этом потеря объема кислорода составляет не более 1 л. Операция замены емкости с осадком на пустую занимает не более 10 сек. При этом никакого нарушения непрерывности процесса и потери объема дыхательной смеси не происходит.
Объем работ для обеспечения постоянной готовности аппарата минимален.
Вопрос контроля отработки продукта, например, по высоте работающего брикета или по количеству появившегося осадка карбоната и бикарбоната натрия не вызывает принципиальных затруднений. Возможны перерывы в работе.
Предложенное устройство расширяет функциональные возможности, снижает сопротивление дыханию, повышает надежность работы, упрощает сброс тепла реакций.