УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ

Полезная модель относится к области спасательной техники, а именно, к средствам индивидуальной защиты органов дыхания, и может быть использована преимущественно в средствах, работающих на химически связанном кислороде.
Известен респиратор Р30 для защиты органов дыхания человека от воздействия непригодной для дыхания атмосферы при выполнении горноспасательных работ в шахтах, являющийся регенеративным дыхательным прибором с комбинированной подачей кислорода (Респиратор изолирующий регенеративный Р-30. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Донецк, 1994. - с 3-12). Известный респиратор содержит воздуховодную систему, включающую шланги вдоха и выдоха, соединительную коробку, регенеративный патрон, дыхательный мешок, холодильник и клапаны, а также кислородно-распределительную систему с кислородным баллоном, редуктором, легочным автоматом, аварийным клапаном и манометром. Выдыхаемый воздух, содержащий углекислый газ, через соединительную коробку, шланг выдоха, клапан выдоха и регенеративный патрон поступает в дыхательный мешок. Проходя через регенеративный патрон воздух очищается от углекислого газа и нагревается. В дыхательном мешке с помощью кислородоподающей системы происходит обогащение дыхательной смеси кислородом и при вдохе она через холодильник, клапан вдоха и соединительную коробку поступает в легкие человека.
К недостаткам известного респиратора следует отнести сложную в изготовлении и настройке кислородоподающую систему, включающую большое число узлов и деталей, а также обязательное наличие компрессорного оборудования для заполнения баллонов сжатым кислородом.
В последние годы в качестве источника кислорода в изолирующих самоспасателях и респираторах используют регенеративные патроны на основе кислородосодержащих соединений, например, надпероксида калия, сформированного в виде гранул, таблеток или блоков. Такие патроны сочетают в себе положительные свойства - выделяют кислород и поглощают диоксид углерода.
Известен респиратор РХ-90Т, предназначенный для защиты органов дыхания при проведении аварийно-спасательных работ в непригодной для жизнедеятельности атмосфере (Журнал «Безопасность труда в промышленности». - М., 2005, №8. - С.36-37).
Основными конструктивными элементами известного респиратора являются: корпус, шланги вдоха и выдоха, клапанная коробка, один или два регенеративных патрона с пусковым устройством, тройник-теплообменник и теплоотражатель (холодильник), дыхательный мешок. Принцип действия респиратора заключается в том, что при срабатывании пускового устройства происходит заполнение дыхательного мешка кислородом и при вдохе обогащенная смесь по шлангу вдоха поступает в легкие человека, а при выдохе дыхательная смесь по шлангу выдоха через тройник-теплообменник поступает в регенеративный патрон, где происходит поглощение углекислого газа и выделяется кислород. Далее обогащенная дыхательная смесь поступает в дыхательный мешок. При вдохе смесь по шлангу вдоха через соответствующий клапан поступает в легкие человека.
Недостатками известного респиратора являются:
небольшой срок защитного действия (120 минут);
низкая эффективность теплообмена через теплоотражающий щиток и тройник-теплообменник (не более 1-2°С).
Техническим результатом полезной модели является увеличение срока защитного действия устройства для индивидуальной защиты органов дыхания, повышение эффективности охлаждения дыхательной смеси и ее увлажнение.
Устройство для индивидуальной защиты органов дыхания содержит корпус, дыхательные шланги, образующие линии вдоха и выдоха, регенеративный патрон с пусковым устройством, холодильник и дыхательный мешок.
Отличием полезной модели является то, что устройство снабжено охлаждающим элементом, помещенным в холодильник и содержащим гранулы неорганических соединений, насыщенные водой, и водопоглощающим элементом, установленным в линии выдоха, при этом в качестве водопоглощающего элемента используют адсорбенты, пропускающие в выдыхаемой смеси 0,1-1,0 об.% водяного пара, а холодильник ограничен с обеих сторон съемными мембранами.
Отличием является также то, что в качестве водопоглощающего элемента используют окись алюминия или цеолит. Сущность полезной модели поясняется принципиальной схемой устройства, приведенной на фиг.
Устройство для индивидуальной защиты органов дыхания содержит корпус 1, в котором помещены регенеративные патроны (один или два) 2, один из которых снабжен пусковым устройством 3.
Регенеративные патроны через тройник 4 соединены шлангом выдоха 5 с клапанной коробкой 6 и через патрубки 7 - с дыхательным мешком 8. Дыхательный мешок соединен шлангом вдоха 9 с клапанной коробкой 6. В шланге вдоха 9 встроен холодильник 10, на вдохе и выдохе которого установлены съемные мембраны 11, 12, назначение которых - герметизация холодильника при хранении и не рабочем положении респиратора. В холодильник помещен охлаждающий элемент, выполненный проницаемым для дыхательной смеси и содержащий гранулы неорганических соединений, насыщенные водой. В качестве охлаждающего элемента может использоваться, например, силикагель марок КСК-2 или КСК-2,5, содержащий в гранулах воду в адсорбированном состоянии. Связь воды с гранулами должна быть непрочной и нарушаться при изменении относительной влажности окружающей среды. Для охлаждения 1000 л кислорода на 10°С и его увлажнения
2
2
достаточно патрона, содержащего 3,9 г силикагеля марки КСК-2, в котором может находиться 4,6 г адсорбированной воды. В известных самоспасателях и респираторах охлаждение дыхательной смеси происходит за счет теплообмена через металлические стенки холодильника с окружающей средой или брикетом льда, при этом относительная влажность смеси может достигать 0%. Установка съемных мембран 11, 12 с обеих сторон холодильника необходима по той причине, что вода может принимать активное участие в химической реакции, проходящей в регенеративном патроне даже при нахождении респиратора в режиме хранения, что снижает срок его защитного действия. В линии выдоха (шланг 5) установлен водопоглощающий элемент 13, в качестве которого используют адсорбент, пропускающий в выдыхаемой смеси 0,1-1,0 об.% водяного пара. Данное условие связано с тем, что реакция между кислородосодержащим продуктом в регенерационном патроне и углекислым газом с выделением кислорода, как установлено исследованиями, может проходить при обязательном минимальном присутствии в дыхательной смеси воды в количестве 0,1-1,0 об. %. Указанным пределам соответствует температура регенерации адсорбента 100-300°С. В приведенном примере при температуре регенерации менее 100°С в смеси остается большое количество воды, которая затем вступает в реакцию с кислородосодержащим продуктом, что сокращает срок защитного действия. При температуре регенерации более 300°С адсорбент адсорбирует всю воду и «сухая» дыхательная смесь практически не вступает в реакцию с кислородосодержащим продуктом, т.е. поглощение СО с выделением О происходит очень медленно. Указанным условиям соответствуют, например, гранулы окиси алюминия (марка А), цеолита типа NaX, a также цеолита типа NaA, мелкопористого силикагеля и др.
Ниже приведено описание работы предложенного устройства для индивидуальной защиты органов дыхания. При включении пускового устройства 3 кислород из него заполняет дыхательный мешок 8 в объеме, достаточном для дыхания в период, пока не начнет выделяться кислород в регенеративных патронах. Одновременно снимаются с
холодильника мембраны 11, 12, которые могут быть связаны с пусковым устройством 3. При выдохе дыхательная смесь, содержащая углекислый газ и влагу, через клапанную коробку 6 поступает в шланг выдоха 5, а затем в водопоглощающий элемент 13, где происходит поглощение влаги до значений (0,1-1,0%), необходимых для осуществления реакции между надпероксидом калия и углекислым газом. Указанная реакция происходит с выделением кислорода:
2
2
2
3
2
2КO+СO=КСО+1,5СO.
В известных устройствах, где нет водопоглощающих элементов, один литр выдыхаемого воздуха при 37°С содержит 0,0438 г водяного пара. При прохождении через патрон с кислородосодержащим элементом он вступает в химическое взаимодействие с 0,346 г продукта по реакции
2
2
2
2КO+НО=2КОН+1,5O.
2
2
2
2
2
2
Из приведенных реакций видно, что одна молекула воды реагирует с таким же количеством КO, что и одна молекула СO. В выдыхаемом воздухе содержится 4 об.% СO и более 6 об.% НO, т.е. более половины кислородосодержащего продукта расходуется на ненужную реакцию связывания воды. Поглощения СO при этом не происходит, а выделяющийся кислород не используется, т.к. кислорода, выделившегося при первой реакции (с СO), достаточно для обогащения дыхательной смеси. Далее дыхательная смесь поступает в дыхательный мешок 8 и при вдохе поступает по шлангу 9 и через клапанную коробку в легкие человека. Необходимо отметить, что относительная влажность смеси, выходящей из дыхательного мешка, очень низкая (около 0%), что может создать при дыхании дискомфортные условия, связанные с «сушкой» организма. Для исключения этого в шланге вдоха 9 установлен холодильник 10 с охлаждающим элементом, выполненным в виде гранул неорганических соединений (например, силикагель марок КСК-2 или КСК-2,5), насыщенных водой. При непосредственном контакте дыхательной смеси с гранулами происходит увлажнение ее влагой, выделяющейся из гранул, до нормативных значений. Охлаждающий
элемент может иметь небольшой объем, т.к. гранулы силикагеля могут содержать до 119% адсорбированной воды от массы «сухих» гранул.
Предложенное устройство позволяет до двух раз увеличить срок защитного действия изолирующих средств защиты органов дыхания, работающих на химически связанном кислороде, и обеспечивает необходимое увлажнение дыхательной смеси.
По данному принципу могут работать не только устройства с круговой схемой дыхания (респираторы типа РХ-90Т и др.), но и устройства с маятниковой схемой дыхания (самоспасатели типа ШСС-Т и др.).