СРЕДСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
RESPIRATORY PROTECTION EQUIPMENT

Настоящее изобретение относится к средствузащиты органов дыхания, обычно называемому капюшоном.
Более конкретно, изобретение относится к капюшону для защиты органов дыхания, включающему в себя эластичную оболочку, предназначенную для надевания на голову пользователя, и емкость для находящегося под давлением кислорода, содержащую выпускное отверстие, открывающееся во внутренний объем эластичной оболочки, причем выпускное отверстие закрывается с помощью заглушки, установленной с возможностью удаления или съема, или натягиваемой разрушающейся заглушки.
Этот тип устройства, который должен соответствовать стандарту TS0-C-116a, обычно используется на борту самолетов, когда атмосфера в кабине испорчена (разгерметизация, дым, химические вещества, и т.д.).
Эти капюшоны должны, прежде всего, позволить летному экипажу решать проблемы, оказать экстренную помощь пассажирам, и руководить потенциальной эвакуацией воздушного судна.
Технические характеристики таких устройств определяются в соответствии с типом использования (повреждения в полете, защита от высотной гипоксии, аварийной эвакуации на земле, и т.д.).
Необходимо, чтобы устройство могло обеспечить подачу пользователю достаточное количество кислорода для того, чтобы отвечать требованиям использования.
Капюшон может, в частности, предоставляться как для предотвращения гипоксии на высоте 40 000 футов через две минуты после того, как был надет, так и затем, на последних минутах использования, подавая достаточное количество кислорода для того, чтобы сделать возможной эвакуацию.
Известные средства защиты органов дыхания в основном используют два типа источника кислорода:
2
3
- химический брикет (также называемый «химический генератор кислорода»), который производит кислород при горении (супероксида калия - K0, хлората натрия - NaCl0и т.д.) или
- емкость для сжатого кислорода, связанную с калиброванным отверстием.
Первый тип делает возможной подачу кислорода с расходом, который увеличивается до тех пор, пока не достигнет относительно постоянного уровня, до того, как резко упадет в конце процесса горения.
Генераторы типа химического генератора кислорода, при правильном размере, могут представлять собой источник кислорода, который способен удовлетворить нужным требованиям, но это решение имеет большой недостаток: реакция горения химического источника кислорода является высоко экзотермической.
В результате температура наружной поверхности устройства может легко превысить 200°C и воспламенить любой горючий материал, находящийся в контакте с ним (несчастный случай уже произошел после случайной активации такого химического источника кислорода в транспортном контейнере, расположенном в грузовом отсеке самолета).
Этот тип устройства также имеет тот недостаток, что требуется определенное время для того, чтобы расход кислорода возрос после запуска. Это может повлечь за собой добавление дополнительной кислородной емкости для запуска. Наконец, эти устройства требуют фильтров для того, чтобы удалить примеси, порождаемые реакцией получения кислорода.
Второй тип (емкость с находящимся под давлением кислородом, связанная с калиброванным отверстием) обеспечивает расход кислорода, который экспоненциально убывает, пропорционально давлению внутри емкости.
Капюшоны, используемые этим вторым типом, таким образом, как правило, содержат источник кислорода, который позволяет снабжать человека кислородом в течение 15 минут. Это оборудование также имеет средства для ограничения давления внутри капюшона (например, клапан сброса избыточного давления).
Эта технология с использованием сжатого кислорода в герметичном контейнере, связанном с калиброванным отверстием, более безопасна. Тем не менее, для того, чтобы иметь возможность соответствовать определенным сценариям использования (значительное потребление кислорода в конце соответствующего использования, например, при аварийной эвакуации воздушного судна), контейнер должен иметь объем, который слишком велик для намеченного размера. Другое решение может состоять в том, чтобы обеспечить высокое начальное давление (свыше 250 бар). Это создает высокую начальный расход, например, более десяти нормальных литров в минуту (нл/мин), для того чтобы иметь возможность иметь достаточный расход в конце использования (например, больше чем 2 нл/мин на пятнадцатой минуте использования оборудования). Избыточный расход кислорода, хотя выгоден для обеспечения защиты от гипоксии, однако является сомнительным, если на борту воздушного судна есть огонь, потому что избыток кислорода будет выпускаться из оборудования через его клапан сброса избыточного давления и может питать пламя. Кроме того, это влечет за собой превышение номинальных размеров кислородного емкости и это является главным недостатком с точки зрения массы, размера и стоимости.
Изобретение относится к капюшону, использующему емкость для кислорода под давлением.
Одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить все или некоторые из указанных выше недостатков известного уровня техники.
Одна цель изобретения может, в частности, состоять в том, чтобы предложить капюшон, который делает возможным подачу относительно большого количества кислорода в начале использования (для предотвращения высотной гипоксии), в то же время делая возможной подачу достаточного количества кислорода в конце использования (после десяти или пятнадцати минут) для обеспечения эвакуации.
С этой целью, капюшон согласно изобретению, в других отношениях в соответствии с его общим определением, приведенным в преамбуле выше, по существу отличается тем, что емкость для кислорода под давлением содержит, выше по потоку от отверстия, проход для сжатого газа и иглу клапана, которая может двигаться в определенном направлении движения в указанном проходе, причем на иглу клапана действуют два противоположно направленных усилия в направлении движения, которые создаются соответственно, с одной стороны давлением газа в емкости и, с другой стороны, возвратным элементом, причем игла клапана имеет поперечное сечение определенного профиля, который может изменяться в направлении движения для того, чтобы изменять степень закрытия прохода в соответствии с его положением относительно прохода таким образом, чтобы регулировать расход газа, который может вытекать через проход к отверстию, в зависимости времени и в зависимости от давления газа в емкости.
Кроме того, некоторые варианты осуществления изобретения могут содержать один или несколько из следующих признаков:
- игла клапана имеет поперечное сечение определенного профиля в направлении движения для того, чтобы управлять расходом газа, который может вытекать через проход к отверстию в соответствии с заданной кривой в зависимости от времени и в зависимости от начального давления газа в емкости,
- игла клапана имеет поперечное сечение определенного профиля в направлении движения для того, чтобы управлять расходом газа, который может вытекать через проход к отверстию в зависимости от времени в соответствии с кривой, содержащей первый этап обеспечения первого расхода в диапазоне от 3 нл/мин до 8 нл/мин, когда давление в емкости находится между 250 бар и 100 бар, затем второй этап обеспечения второго расхода в диапазоне от 2 нл/мин до 5 нл/мин, когда давление в емкости находится между 100 бар и 30 бар,
- игла клапана имеет поперечное сечение определенного профиля в направлении движения для того, чтобы управлять расходом газа, который может вытекать из емкости через проход к отверстию в зависимости от времени в соответствии с кривой, имеющей по существу, постоянные следующие один за другим уровни, а это значит указать, что, для газа, первоначально хранящегося при начальном давлении между 250 бар и 100 бар в емкости, уровни отображают уменьшение расхода меньше, чем 1 нл/мин, причем указанные уровни, содержат первый уровень расхода в диапазоне от 3 до 6нл (нормальных литров) в минуту для отрезка времени между одной и пятью минутами после начала открытия калиброванного отверстия, и второй уровень расхода в диапазоне от 1,6 до 3нл в минуту для отрезка времени между 5 и 25 минутами после начала открытия калиброванного отверстия,
- проход формируется в перегородке, определяющей границы промежуточной камеры между калиброванным отверстием и остальной частью внутреннего объема емкости, причем указанная промежуточная камера оказывается помещенной под внешнее давление через калиброванное отверстие при открытии заглушки,
- игла клапана имеет конец, способный перемещаться в промежуточной камере, причем возвратный элемент заключен в промежуточной камере и прикладывает усилие к этому концу,
- игла клапана имеет поперечное сечение увеличивающегося диаметра,
- игла клапана имеет профиль увеличивающегося диаметра, который также имеет, по меньшей мере, одно звено постоянного диаметра,
- игла клапана содержит деформируемую непроницаемую для текучей среды капсулу, содержащую газ под определенным давлением, в частности высотомерную капсулу, указанная капсула давит, по меньшей мере, на одну стенку емкости и деформирует в соответствии с давлением в емкости так, чтобы вызвать определенное перемещение иглы клапана в направлении движения в зависимости от давления в емкости,
- эластичная оболочка является непроницаемой для текучей среды,
- кислородная емкость прикреплена к основанию эластичной оболочки,
- кислородная емкость имеет по существу трубчатую форму, в частности, С-образную, с тем, чтобы его можно было расположить вокруг шеи пользователя,
- основание эластичной оболочки образует гибкую диафрагму, приспособленную для посадки вокруг шеи пользователя,
2
- капюшон содержит устройство для поглощения C0, которое сообщается с внутренней частью оболочки,
2
- оболочка имеет отверстие, сквозь которое устанавливается устройство для поглощения CО
- капсула изготовлена, по меньшей мере, из одного из следующих материалов: стали, сплава меди или бронзы,
- игла клапана имеет такие размеры, что изменения давления в 350 бар в емкости приводят к поступательному движению иглы клапана в направлении на расстояние от 1 до 10 мм и предпочтительно между 1 и 4 мм.
Изобретение также может относиться к любому альтернативному способу или устройству, содержащему любое сочетание признаков указанных выше или ниже.
Другие особенности и преимущества будут очевидны из нижеследующего описания, которое дается со ссылками на чертежи, на которых:
- на Фиг. 1 изображен вид спереди и схематический вид, иллюстрирующий один пример капюшона согласно изобретению,
- Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение, изображающее деталь капюшона, показанного на Фиг. 1, иллюстрирующее первый вариант осуществления емкости для находящегося под давлением кислорода,
- Фиг. 3 и 4 представляют собой увеличенные виды поперечного сечения детали емкости, показанной на Фиг. 2, в двух рабочих конфигурациях соответственно,
- на Фиг. 5 приведен пример кривых расхода кислорода, который может подаваться через емкость в соответствии с Фиг. 2,
- на Фиг. 6 изображено поперечное сечение детали капюшона, показанного на Фиг. 1, иллюстрирующее второй вариант осуществления емкости для находящегося под давлением кислорода, причем две соответствующие половины поперечного сечения соответствуют двум рабочим конфигурациям,
- Фигуры с 7 по 9 представляют собой частичные и схематические виды, иллюстрирующие три альтернативных формы варианта осуществления иглы клапана, которую можно использовать в емкости по изобретению.
Капюшон, показанный на Фиг. 1, обычно содержит эластичную оболочку 2 (предпочтительно непроницаемую для текучей среды), предназначенную для надевания на голову пользователя. На передней поверхности оболочки 2 предусмотрен прозрачный смотровой щиток 13. Капюшон 1 также содержит емкость 3 с находящимся под давлением кислородом, расположенный, например, у основания оболочки 2.
Обычно основание эластичной оболочки 2 может содержать или формировать гибкую диафрагму, приспособленную для установки на шее пользователя для того, чтобы обеспечить герметичность.
2
2
Кроме того, обычно капюшон 1 может содержать устройство для поглощения CО (не показано), которое соединено с внутренней поверхностью оболочки 2, с тем, чтобы удалять CО2 из воздуха, выдыхаемого пользователем. Например, оболочка 2 может содержать отверстие, через которое устанавливается устройство для поглощения CО. Кроме того, может быть предусмотрено другое отверстие для клапана 14 сброса давления с тем, чтобы предотвращать избыточное давление в оболочке 2.
Как показано на Фиг. 1, кислородная емкость 3 может иметь в основном трубчатую форму, в частности, выполненную в виде C, чтобы ее можно было расположить вокруг шеи пользователя.
Как показано на Фиг. 2, емкость 3 содержит выпускное отверстие 4, открывающееся во внутренний объем эластичной оболочки 2 так, чтобы подавать чистый газообразный кислород или обогащенный кислородом газ пользователю. Емкость 3 содержит также, по меньшей мере, одно отверстие для наполнения (которое для простоты не показано).
Выпускное отверстие 4 обычно закрыто с помощью заглушки, установленной с возможностью удаления или съема, или натягиваемой разрушающейся заглушки и будет открываться только в случае использования.
Например, если заглушка 5 сломана/удалена, отверстие 4 обуславливает взаимодействие внешней среды с внутренним объемом емкости 3.
Согласно предпочтительному признаку, емкость 3 сжатого (чистого или преимущественно чистого) кислорода включает в себя, выше по потоку от заглушки 5, проход 6 для сжатого газа и иглу 7 клапана, которая может двигаться в определенном направлении А движения в указанном проходе 6. Предпочтительно, чтобы игла клапана 7 могла перемещаться поступательно в направлении A движения.
Как можно видеть на примере, показанном на фигурах с 2 по 4, проход 6 может быть сформирован в перегородке 16, определяющей границы промежуточной камеры 31 между выпускным отверстием 4 и остальной частью внутреннего объема емкости 3. Эта разделительная перегородка 16 может прикрепляться к корпусу, вставленному в один конец емкости 3. Этот корпус может включать в себя разрывную заглушку 5. Объем промежуточной камеры 31 равен, например, от одной десятой до одной пятидесятой общего объема емкости 3.
Игла 7 клапана может взаимодействовать с уплотнением 9, расположенным в области прохода 6.
На иглу 7 клапана действуют два противоположно направленных усилия движения в направлении A, они генерируются соответственно с одной стороны давлением газа в емкости 3 и с другой стороны возвратным элементом 8.
Например, давление газа в емкости 3 толкает иглу 7 клапана в сторону выпускного отверстия 4, в то время как возвратный элемент 8 (например, пружины сжатия) толкает иглу 7 клапана в обратном направлении. Игла 7 клапана может таким образом включать в себя конец 17, способный двигаться в промежуточной камере 31, к которой конец пружины 8 прикладывает свое усилие.
Игла 7 клапана имеет поперечное сечение определенного профиля 10, который может меняться в направлении A движения для того, чтобы изменять степень закрытия прохода в соответствии с его положением относительно прохода 6. Этот профиль 10, который может иметь продольные канавки в направлении A движения, выполнен с возможностью регулирования расхода газа, который может вытекать через проход 6 к выпускному отверстию 4, которое открывается, если удаляется заглушка 5.
Таким образом, игла 7 клапана имеет поперечное сечение определенного профиля в направлении A движения для того, чтобы управлять расходом газа, который может вытекать через проход 6 к калиброванному отверстию 4 в соответствии с заданной кривой в зависимости от времени и в зависимости от начального давления в емкости 3.
Например, игла 7 клапана имеет поперечное сечение определенного профиля 10 в направлении A движения, которое определяется таким образом, чтобы управлять расходом газа, который может вытекать, в зависимости от времени в соответствии с кривой, содержащей первый этап обеспечения первого расхода в диапазоне от 3 нл/мин до 8 нл/мин, (нл=нормальный литр), когда давление в емкости находится между 250 бар и 100 бар, затем второй этап обеспечения второго расхода в диапазоне от 2 нл/мин до 5 нл/мин, когда давление в емкости 3 находится между 100 бар и 30 бар.
Когда заглушка 5 находится в месте, емкость 3 содержит сжатый газ, в том числе в промежуточной камере 31 (см. Фиг. 3).
Если заглушка 5 сломана, отверстие 4 ставит промежуточную камеру 31 в гидравлическое сообщение с внешней средой. Промежуточная камера 31 и, следовательно, пружина 8, в таком случае оказываются под внешним давлением. Газ вытекает при управляемом расходе через проход, образованный между профилем 10 иглы 7 клапана и границей прохода 6. Игла 7 клапана перемещается под давлением в емкости (это усилие преобладает над усилием пружины 8, которая оказывается сжатой, см. Фиг. 4).
Поскольку давление газа в емкости 3 уменьшается, пружина 8 вновь перемещает иглу 7 клапана против давления газа (влево на Фиг. 4). В зависимости от выбранного профиля 10, для которого была механически обработана игла 7 клапана, выпускаемый расход может претерпевать изменения различными заданными образами.
Такой пример изменения расхода газа, подаваемого в нормальных литрах (нл), что означает в литрах газа в определенных условиях температуры T=0°C и давления P=1 атм) как функции времени (в секундах) указывается первой кривой с крестиками на Фиг. 5.
Эта первая кривая получается при использовании иглы 7 клапана, которая имеет поперечное сечение определенного профиля в направлении A движения. Эта кривая создает по существу, постоянные следующие один за другим уровни, а это значит указать, что для газа, первоначально хранящегося при определенном начальном давлении в емкости 3, расход, делающий возможным вытекание через выпускное отверстие 4, имеет первую по существу, постоянную величину, приблизительно определяемую первым значением (например, 3,2 нл за минуту в течение приблизительно 6 минут). Затем этот расход последовательно уменьшается до достижения по существу постоянного второго уровня при определенной величине около 2 нл/мин (в течение приблизительно 25 минут).
На Фиг. 5, видимое как непрерывная линия, изображает другую, более теоретическую кривую расхода, к которой можно аппроксимировать с помощью устройства согласно изобретению. Эта кривая содержит короткий первый уровень (длительностью приблизительно от 1 до 2 минут) при относительно высоком расходе (например, около 5,2 нл в минуту) с последующим уменьшением расхода вплоть до второго уровня (например, приблизительно 1,8 нл в минуту в течение приблизительно 35 минут) перед уменьшением.
Таким образом, путем выбора профиля поперечного сечения иглы 7 клапана можно определить общую форму кривой, указывающий расход газа из емкости 3. Это означает, что опорожнение газовой емкости 2 может быть выполнено в соответствии с требованиями пользователя в зависимости от обстоятельств или типа использования капюшона 1 (высокий начальный расход для экстренного вмешательства, а затем стабилизация расхода в течение экстренной посадки и высокий расход в течение этапа эвакуации).
Как показано на Фиг. 6, игла 7 клапана может содержать деформируемую непроницаемую для текучей среды капсулу 27, содержащую газ под определенным давлением, в частности высотомерную капсулу. Высотомерная капсула 27 (также называемая барометрическим высотомером) может быть изготовлена из нержавеющей стали, стали или любого другого подходящего материала. Эта капсула 27 образует герметичный объем, содержащий газ при постоянном давлении (как правило, давлении, близком к вакууму, например между 0,1 бар и 1 бар) в течение всего срока службы. Газ, содержащийся в капсуле 27, является, например, воздухом.
Когда давление в емкости 3 высокое (например, 150 бар), капсула 27 сжимается (см. верхнюю часть Фиг. 6). Напротив, так как давление в емкости 3 уменьшается, объем емкости увеличивается. Это увеличение объема капсулы через противодействие перемещает иглу 7 клапана в положение с более широким отверстием (см. нижнюю часть Фиг. 6, и наоборот.
В частности, изменение объема капсулы 27 перемещает иглу 7 клапана по отношению к корпусу емкости 1 и приводит к тому, что расстояние между иглой 7 клапана и проходом 6 меняется в направлении A движения. Расход, таким образом, варьируется посредством варьирования открытого поперечного сечения в проходе.
Такие механизмы используются в пневмомеханических механических регуляторах подачи кислорода для того, чтобы выполнить функцию барометрического высотомера. Они также используются в автомобильной промышленности, чтобы уменьшить потребление во время фазы торможения.
В зависимости от профиля иглы 7 клапана могут быть получены различные типы профиля расхода.
На Фиг. 7 схематично представлена игла 7 клапана, чье поперечное сечение может изменяться, и имеет несколько различных уровней 77 постоянного диаметра. Такой профиль позволяет получить изменения поперечного сечения в проходе между тремя постоянными поперечными сечениями прохода.
На Фиг. 8 представлен профиль иглы 7 клапана, имеющего поперечное сечение с линейно увеличивающимся диаметром. Это может сделать возможным получение поперечного сечение прохода, которое может изменяться в зависимости от положения по отношению к проходу 6.
На Фиг. 9 представлен профиль иглы 7 клапана, содержащий диаметр, который увеличивается до уровня постоянного диаметра. Такой профиль позволяет получить поперечное сечение прохода, которое может изменяться в зависимости от положения в направлении A движения с последующим постоянным поперечным сечением прохода.
Конечно, можно представлять себе другие профили (поперечное сечение с нелинейно изменяющимся диаметром и т.д.).
Варианты осуществления, показанные на Фиг. 2 и 6 могут содержать одно отверстие для наполнения (предпочтительно отличное от калиброванного выпускного отверстия 4 и противолежащее ему).
Эти варианты осуществления, приведенные в качестве примера, позволяют управлять расходом, подаваемым в оболочку 2 капюшона с большим разнообразием размеров.
Кроме того, мобильной игле 7 клапана не нужно долго двигаться в направлении A движения; несколько миллиметров (например, от 1 до 4 мм) может быть достаточно, чтобы управлять расходом в течение от 15 до 30 минут, например, для всех типов (от 1 до 4) использования капюшона 1.