УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗОЛИРУЮЩИЙ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ НА СЖАТОМ КИСЛОРОДЕ

Предлагаемая полезная модель относится к изолирующим дыхательным аппаратам на сжатом кислороде, которые предназначены для использования в непригодной для дыхания атмосфере. Конкретной областью применения является защита органов дыхания человека от вредного воздействия непригодной для дыхания атмосферы при выполнении горноспасательных и технических работ в угольных шахтах и карьерах.
Известен изолирующий дыхательный аппарат на сжатом кислороде модели Р-30 (Соболев Г.Г. «Горноспасательное дело», М., Недра, 1979, стр.51-53), содержащий лицевую часть, подключенную, с одной стороны, к линии вдоха, которая гидравлически связана через холодильник с дыхательным мешком и с кислородораспределительной системой, содержащей кислородный баллон с запорным вентилем, к которому присоединен кислородораспределительный узел, имеющий редуктор, легочный автомат, аварийный клапан и манометр, присоединенный к названному узлу через капилляр и перекрывной вентиль, и подключенную, с другой стороны, к линии выдоха, которая гидравлически подключена через регенеративный патрон с адсорбентом к дыхательному мешку, а также клапан вдоха, клапан выдоха и избыточный клапан.
Известная конструкция обладает рядом недостатков. Размещение избыточного клапана на регенеративном патроне приводит к тому, что через него отводится уже очищенная от углекислого газа смесь, то есть нерационально используется поглотительная способность адсорбента. Данное обстоятельство вызывает сокращение его срока службы. Клапаны
вдоха и выдоха удалены от органов дыхания, что обуславливает увеличение мертвого пространства внутри аппарата, а также вызывает обмерзание клапанов при работе в условиях отрицательных температур окружающей среды. Дыхательный контур аппарата не защищен от избыточного давления в случае нештатного заклинивания аварийного клапана. В этом случае при расходе кислорода 60-150 л/мин избыточный клапан срабатывает, но избыточное давление в дыхательном контуре все равно возрастает до 500 мм. водного столба, что может нанести баротравму легких, а также значительно превышает давление проверки респиратора на герметичность, которое составляет 80 мм. водного столба.
Задачей настоящей полезной модели является преодоление указанных недостатков прототипа и расширение функциональных возможностей изолирующего дыхательного аппарата на сжатом кислороде.
Техническим результатом изобретения является обеспечение функционирования аппарата в трех различных режимах, используемых в соответствии с ситуацией, возникающей в ходе спасательных работ. Кроме того, предлагаемая конструкция аппарата обеспечивает повышенный комфорт дыхания, что способствует более экономному расходованию кислорода, что в свою очередь увеличивает время его защитного действия.
Поставленная задача и заданный технический результат достигаются тем, что в изолирующем дыхательном аппарате на сжатом кислороде, содержащим лицевую часть, подключенную с одной стороны к линии вдоха, которая гидравлически связана через холодильник с дыхательным мешком и с кислородораспределительной системой, содержащей кислородный баллон с запорным вентилем, к которому присоединен кислородораспределительный узел, имеющий редуктор, легочный автомат, аварийный клапан и манометр, присоединенный к названному узлу через капилляр и перекрывной вентиль, и подключенную с другой стороны к линии выдоха, которая гидравлически подключена через регенеративный патрон с адсорбентом к дыхательному мешку, а также клапан вдоха, клапан выдоха и избыточный клапан, перед
лицевой частью между линией вдоха и линией выдоха размещена дыхательная коробка. На входе в линию вдоха размещен входной клапан, а на входе в линию выдоха размещен выходной клапан, названная коробка снабжена дополнительным избыточным клапаном выдоха, между дыхательным мешком и линией вдоха установлен мех, снабженный предохранительным избыточным клапаном с сигнальным устройством и ручным нажимным устройством, причем дыхательный мешок и мех гидравлически соединены через обратный клапан. В качестве лицевой части аппарата возможно применение панорамной маски или эндотрахеальной трубки. Применение того или иного устройства зависит от режима работы аппарата.
Схематически предлагаемая полезная модель изображена на фигуре.
Принципиально дыхательный контур универсального изолирующего дыхательного аппарата на сжатом кислороде представляет собой замкнутую цепь из отдельных полых элементов, по которым циркулирует газовая смесь, поступающая на вдох и отводимая после выдоха человека. Для отвода и подвода воздуха к органам дыхания служит лицевая часть 1 в качестве которой возможно применение панорамной маски или эндотрахеальной трубки, которые (в зависимости от режима функционирования) подключат к дыхательной коробке 2. В названной коробке установлены впускной клапан (клапан вдоха) 3, выпускной клапан (выдоха) 4 и избыточный клапан выдоха 5. Через клапан выдоха 4 дыхательная коробка 2 сообщается с дыхательным шлангом выдоха 6, который вторым концом герметично соединяется с регенеративным патроном 7. Последний представляет собой полый металлический корпус с металлическими сетками на входе и выходе, заполненный адсорбентом 8, например известковым химпоглотителем углекислого газа (ХПИ). Выходное отверстие корпуса регенеративного патрона 7 гидравлически соединяется с дыхательным мешком 9, выполненным из эластичного материала, например резины, объемом около 5
литров. На выпускном штуцере дыхательного мешка размещен обратный клапан 10, который может быть грибкового типа. Через обратный клапан дыхательный мешок сообщается с дыхательным мехом 11, представляющим собой прямоугольной формы гофрированный корпус из эластичного материала. В растянутом состоянии объем меха составляет около 1,5 литров. Дыхательный мех сообщается через герметичное соединение с кислородораспределительной системой. На корпусе меха размещен избыточный клапан вдоха 12 с сигнальным устройством 13. Для изменения объема меха использовано ручное управляющее устройство 14. Через герметичное соединение мех подключен к газовой полости холодильника 15, имеющего внутренний корпус, заполняемый хладагентом, например льдом. Выпускной штуцер холодильника через гибкий шланг 16 и клапан вдоха 3 подключен к дыхательной коробке 2. Кислородораспределительная система состоит из кислородного баллона 17 с запорным вентилем 18, к которому подключен кислородораспределительный узел, имеющий редуктор 19, легочный автомат 20, аварийный клапан 21 и манометр 22. Последний подключен к баллону 17 через капиллярную трубку 23 и перекрывной вентиль 24.
Предлагаемый универсальный изолирующий дыхательный аппарат на сжатом кислороде может функционировать в трех режимах:
1. режиме самостоятельного дыхания;
2. режиме искусственной вентиляции легких (ИВЛ);
3. режиме вспомогательной вентиляции легких (ВВЛ).
1. При функционировании дыхательного аппарата в режиме самостоятельного дыхания в комплекте с аппаратом применяют панорамную маску, что обеспечивает герметичное соединение органов дыхания с дыхательным контуром аппарата. Активатором потока газа является дыхательная мускулатура человека. На вдохе в легких и дыхательных путях человека создается отрицательное давление. Градиент давления между
давлением в органах дыхания и давлением в полости дыхательной коробки 2 приводит к разрежению в полости названной коробки, что в свою очередь вызывает закрытие клапана 4 выдоха и открытие клапана 3 вдоха. Создается градиент давлений между полостью дыхательной коробки 2 и шлангом 16 вдоха, который герметично сообщается с полостью меха 11. В исходном положении полость меха заполнена порцией кислорода, который поступил из кислородораспределительной системы с кислородным баллоном 17 по каналу постоянной подачи. Данный объем газа меньше, чем требуется для нормального вдоха, поэтому в процессе вдоха в полости меха 11 создается разряжение. В результате разности давлений между давлением в мехе 11 и давлением в дыхательном мешке 9 открывается обратный клапан 10 и следующая порция газа поступает из дыхательного мешка 9 в мех 11. Последний в исходном положении был заполнен газом от предыдущего выдоха человека. При спокойном дыхании объема дыхательного мешка достаточно для полного вдоха человека. Если для полного вдоха не хватает порции газа, находящейся в объеме дыхательного мешка (при физической нагрузке выше средней степени тяжести), то в полости меха нарастает отрицательное давление. Возникшая разность давлений вызывает срабатывание легочного автомата 20 кислородораспределительной системы Названный автомат начинает подавать кислород в полость меха потоком 60-150 л/мин. Подача кислорода происходит до тех пор, пока разрежение в полости меха не снизится ниже уровня срабатывания легочного автомата. При этом прекращается подача кислорода по легочно-автоматическому каналу, и подача кислорода осуществляется только через дозирующее отверстие кислородораспределительной системы. В момент перехода от вдоха к выдоху происходит выравнивание давлений в органах дыхания и полости дыхательной коробки, что приводит к закрытию подпружиненного клапана 3 вдоха за счет эластичности пружины. Выдох начинается вместе с расслаблением дыхательной мускулатуры вдоха. Эластичность грудной клетки стремится уменьшить объем грудной клетки, а это повышает
давление в дыхательных путях. Создается градиент давлений между органами дыхания и дыхательной коробкой 2. Газовый поток выдоха направляется в полость дыхательной коробки 2. Повышение давления в дыхательной коробке открывает клапан выдоха 4, и газовый поток, преодолевая сопротивление дыхательного шланга 6 и слоя адсорбента 8, например известкового химпоглотителя, заполняющего регенеративный патрон 7, устремляется в дыхательный мешок 9, который в исходном состоянии был частично заполнен (или был практически пуст - при тяжелой физической нагрузке). Если весь объем выдоха, поступающего в дыхательный мешок не велик, то давление между дыхательным мешком и органами дыхания постепенно выравнивается. Если в процессе выдоха объем выдоха достаточно велик, то давление в линии выдоха увеличивается до избыточного. Одновременно в полости дыхательной коробки 2 начинает также нарастать избыточное давление. При достижении уровня давления, превышающего давление срабатывания избыточного клапана 5, последний открывается, и избыточный объем выдыхаемого газа сбрасывается в атмосферу. Таким образом, в атмосферу сбрасывается порция выдыхаемого газа, обогащенная углекислым газом. В прототипе эта порция (по объему массе) сбрасывается уже после ее очистки в регенеративном патроне, т.е. расходуется очищенный от углекислоты газ, который мог бы быть использован для дыхания человека.
Далее цикл «вдох-выдох» повторяется.
2. При функционировании дыхательного аппарата в режиме искусственной вентиляции легких (ИВЛ) избыточный клапан выдоха 5 перекрывают заглушкой. Аппарат применяется в комбинации с эндотрахеальной трубкой. Активатором потока служит механическое сдавливание или растяжение меха 11 с помощью ручного управляющего устройства 14. Перед растягиванием меха необходимо убедиться в герметичности дыхательного контура: штуцер дыхательной коробки подсоединен через переходник к эндотрахеальной трубке, манжетка на эндотрахеальной трубке раздута. При
растяжении меха 11 в его объеме создается разрежение (клапан вдоха перекрыт); появляется разница давления между полостью меха 11 и полостью дыхательного мешка 9, открывается обратный клапан 10, и поток газа устремляется в полость меха 11. Если объема газа в дыхательном мешке 9 достаточно для заполнения меха 11, то на пике растяжения меха, совпадающего по фазе с пиком выдоха, давление по обе стороны обратного клапана выравнивается (перепад давлений равен 0). Если при растяжении меха объема дыхательного мешка 13 не хватило для заполнения меха 15, в последнем появляется нарастающее отрицательное давление, при достижении давления срабатывания легочного автомата 20, последний срабатывает, и в полость меха поступает кислород из кислородораспределительной системы 16 и кислородного баллона 17 по каналу легочно-автоматической подачи потоком 60-150 л/мин до тех пор, пока не заполнится объем меха или будет прекращено его растяжение. При растяжении меха происходит одновременный активный выдох из органов дыхания за счет градиента давления между давлением в органах дыхания и в линии выдоха аппарата. Растягивать мех нужно плавно, учитывая сопротивление дыхательных путей. При форсированном растяжении меха в нем быстро достигается разрежение, при котором срабатывает легочный автомат; такой режим ИВЛ приведет к перерасходу кислорода и сокращению продолжительности ИВЛ.
Для искусственного вдоха нужно надавить ручным управляющим устройством 14 на мех 11, что приводит к нарастанию давления в его полости, обратный клапан 10 закрывается. Газ, преодолевая сопротивление шланга вдоха 16 и эластичность пружины клапана 3 вдоха, открывает названный клапан. Клапан 4 выдоха при этом закрывается и весь газовый поток, преодолевая сопротивление верхних дыхательных путей, направляется в органы дыхания человека. Срабатывание сигнального устройства 13 избыточного клапана 12 вдоха, расположенного под ручным управляющим устройством 14, свидетельствует о достижении в линии вдоха
аппарата давления, которого достаточно для обеспечения адекватного вдоха. Тем не менее, надавливание на мех нужно выполнять плавно; форсированное надавливание приводит к быстрому достижению в линии вдоха давления срабатывания избыточного клапана 12, даже при неполном вдохе. В момент перехода от вдоха к выдоху давление в органах дыхания и линии вдоха аппарата выравнивается, перекрывается клапан 3 вдоха, а в результате эластичности грудной клетки уменьшается ее объем, в дыхательных путях создается положительное давление, активирующее пассивный выдох через клапан 4 выдоха, шланг 6 выдоха, регенеративный патрон 7 в полость дыхательного мешка 9. Далее следует активная фаза выдоха за счет растяжения меха. Затем дыхательный цикл повторяется.
3. При функционировании дыхательного аппарата в режиме вспомогательной вентиляции легких (ВВЛ), аппарат применяется в комбинации с панорамной маской, избыточный клапан 5 выдоха не заглушен. При этом режиме существуют два активатора потока: дыхательная мускулатура пострадавшего и механическое воздействие на ручку 14 меха 11. Суть вспомогательной вентиляции легких заключается в увеличении глубины ослабленного самостоятельного дыхания за счет подпора газовым потоком. Чем слабее самостоятельное дыхание, тем больше происходит его замещение внешним потоком газа. Нагнетание газа в дыхательные пути производится синхронно с самостоятельным вдохом пострадавшего. Внешний поток уменьшает сопротивление вдоху и снижает энергетические затраты пострадавшего на дыхание. При нагнетании газа в дыхательной коробке 2 увеличивается давление выше порога срабатывания избыточного клапана 5 выдоха, поэтому в момент нагнетания выходное отверстие избыточного клапана (просвет) перекрывают пальцем. При прекращении нагнетания, между фазами вдоха и выдоха, в дыхательной коробке давление выравнивается, закрывается клапан вдоха, открывается линия выдоха. Пассивный выдох по фазе совпадает с активным растяжением меха, что снижает сопротивление выдоху и сокращает его продолжительность.
Пальцевое перекрывание просвета выходного отверстия избыточного клапана прекращают одновременно с растяжением меха. Избыточный газ сбрасывается через избыточный клапан 5. Дыхательный цикл повторяется.
Следует учитывать, что панорамная маска при разрежении в дыхательном контуре прилипает к лицу, при этом герметичность соединения с органами дыхания сохраняется, а при форсированном нагнетании в подмасочном пространстве создается положительное давление, которое способствует отлипанию маски, и возможна разгерметизация дыхательного контура. Поэтому, нагнетания следует проводить синхронно с самостоятельным вдохом, не применяя форсированный вдох. Нарастание сопротивления на входе и разгерметизация дыхательного контура в месте прилегания маски к лицу указывает на непроходимость дыхательных путей, неэффективность вспомогательной вентиляции и необходимость перевода дыхания пострадавшего с режима ВВЛ на режим ИВЛ через эндотрахеальную трубку.
Таким образом, конструкция предлагаемого дыхательного аппарата значительно расширяет возможности данного класса устройств в области проведения спасательных работ, обеспечивая спасение человека, находящегося как в сознании, так и в бессознательном состоянии.
В конструкции аппарата применены типовые решения клапанных узлов, нагнетательных устройств и воздуховодов, что обеспечивает его промышленную применимость.