РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПАТРОН ИЗОЛИРУЮЩЕГО ДЫХАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель принадлежит к устройствам защиты органов дыхания, в частности к изолирующим самоспасателям с химически связанным кислородом, применяемым в горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности.
Самоспасатели предназначены для экстренной кратковременной защиты органов дыхания в аварийных ситуациях, связанных с образованием непригодной для дыхания среды.
Как правило, самоспасатель включает герметический корпус со средствами для ношения самоспасателя (ремни, пряжки и другое), регенеративный патрон, размещенный в корпусе и заполненный регенеративным продуктом, пусковое устройство, соединенное с регенеративным патроном, средства, реализующие замкнутый цикл работы самоспасателя и выбранную схему движения газовой смеси (гофрированная трубка, соединяющая органы дыхания человека с самоспасателем, дыхательный мешок, система газовых каналов в регенеративном патроне). Для снижения температуры регенеративного продукта и равномерного ее распределения по объему регенеративного продукта, как правило, в полости регенеративного патрона в объеме регенеративного продукта устанавливают теплогазораспределитель.
В процессе регенерации газо-воздушной смеси в регенеративном продукте протекают экзотермические реакции с выделением значительного количества тепла. В результате в объеме регенеративного продукта возникают локальные зоны с высокой температурой, в которых возможно плавление компонентов регенеративного продукта. Возникновение таких зон ухудшает газодинамику прохождения газов через объем регенеративного продукта, уменьшает степень использования (отработки) регенеративного продукта. Газо-воздушная смесь, поступающая из регенеративного патрона к органам дыхания человека имеет высокую температуру. Горячая газо-воздушная смесь вносит дополнительную стрессовую нагрузку на пользователя, находящегося в аварийной ситуации, и может привести к отключению пользователя из аппарата. Для равномерного распределения температур в объеме регенеративного продукта, снижения температуры газо-воздушной смеси, поступающей к органам дыхания человека, в известных регенеративных патронах используют теплогазораспределители, которые предупреждают возникновение локальных зон с высокой температурой, обеспечивают равномерное распределение температур и отвод избыточной тепловой энергии за границы патрона.
Примером такого регенеративного патрона, который выбран в качестве аналога заявляемого решения, является регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, известный по патенту ФРГ на изобретение №2852240, МПК А62В 19/00, дата подачи заявки 02.12.1978.
Регенеративный патрон включает корпус овальной формы с крышкой и днищем, коаксиально установленную в корпусе обечайку с перфорированными участками, которые расположены на противоположных сторонах обечайки симметрично относительно малой оси поперечного сечения обечайки. Между внутренней поверхностью корпуса и перфорированными участками обечайки образованы зазоры серпообразной формы. В корпусе расположена центральная перфорированная трубка. В полости между трубкой и обечайкой размещен регенеративный продукт, который разделен на слои металлическими сетками, выполняющими функцию теплогазораспределителя. На сетках дополнительно установлены промежуточные элементы П-образного сечения, наличие которых вместе с сетками, способствует равномерному распределению температур по объему регенеративного продукта и отведению тепла экзотермических реакций, протекающих в объеме регенеративного продукта.
Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, включающий закрытую обечайку, регенеративный продукт, размещенный в полости обечайки, теплогазораспределитель, размещенный в объеме регенеративного продукта, патрубок вдоха-выдоха и патрубок дыхательного мешка, соединенные с полостью обечайки.
Наличие в объеме регенеративного продукта множества горизонтальных сеток с промежуточными элементами П-образного сечения усложняет изделие, увеличивает его массу. Необходимость послойной засыпки регенеративного продукта в патрон в процессе последовательной установки в нем горизонтальных сеток существенно повышает трудоемкость при сборке изделия.
В качестве прототипа выбран регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, известный по патенту Украины на полезную модель №8958, МПК А62В 19/02 А62В 7/08, дата подачи заявки 23.05.2005, в котором отсутствуют недостатки описанного выше аналога.
Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата выполнен в виде цилиндрической обечайки (корпуса) овальной формы в поперечном сечении, торцы которой перекрыты верхней и нижней торцевыми крышками. На верхней торцевой крышке размещены патрубок вдоха-выдоха для присоединения гофрированной трубки с лицевой частью, патрубок присоединения дыхательного мешка и пусковое устройство.
Под торцевыми крышками установлены верхняя и нижняя перфорированные диафрагмы (перегородки), которые с торцевыми крышками образуют верхнюю и нижнюю полости. Верхняя полость соединена с патрубком вдоха-выдоха, нижняя полость - с патрубком дыхательного мешка через центральный канал, выполненный в виде трубки, расположенной вдоль продольной оси обечайки и соединенной в верхней части с патрубком дыхательного мешка, а в нижней части - с указанной нижней полостью. На верхней перфорированной диафрагме (перегородке) закреплен фильтрующий элемент. В обечайку (корпус), между верхней и нижней диафрагмами (перегородками) засыпан гранулированный регенеративный продукт (кислородсодержащее вещество).
В объеме регенеративного продукта размещен теплогазораспределитель в виде комплекта одинаковых фигурных элементов (например, комплект из четырех одинаковых элементов). Каждый из указанных элементов теплогазораспределителя выполнен в виде металлической полосы с прикрепленными к ней контактной сваркой разновеликими ребрами. Свободные концы полосы и ребер отогнуты таким образом, что образуют с обечайкой (корпусом) прямые углы. Детали элементов теплогазораспределителя выполнены из пружинистой стали, что обеспечивает плотный контакт отогнутых концов полосы и ребер с обечайкой (корпусом). Отогнутые концы ребер и полосы присоединены к обечайке (корпусу) контактной электросваркой. Поверхности деталей элементов теплогазораспределителя могут иметь медное гальваническое покрытие. Высота каждого элемента теплогазораспределителя выбирается в границах, которые позволяют расположить в контакте с плоскостями ребер и плосы в вертикальном направлении 2-3 гранулы регенеративного продукта. Указанные элементы теплогазораспределителя размещены в объеме регенеративного продукта последовательно и взаимно противоположно, то есть, парные элементы обращены в одну сторону относительно обечайки, а непарные - в противоположную сторону. Это исключает совпадение контуров соседних элементов теплогазораспределителя и появление длинных каналов между гранулами вещества и стенками полос и ребер, через которые могла бы протекать газо-воздушная смесь в обход регенеративного продукта.
При включении пользователя в дыхательный аппарат срабатывает пусковое устройство, происходит выделение брикетного газа, содержащего кислород и пары воды. Газ поступает в полость патрона, дыхательный мешок и через гофрированную трубку к органам дыхания человека. Количество газа, выделяемого брикетом, достаточно для того, чтобы пользователь аппаратом мог дышать в начальный период до активизации химических реакций в регенеративном продукте, в результате которых выделяется кислород в количестве, достаточном для дыхания человека в период защитного действия аппарата.
Химические реакции в регенеративном продукте протекают с выделением тепла. Элементы теплогазораспределителя способствуют равномерному прогреванию гранул регенеративного продукта и отводят часть тепла к обечайке и дальше в окружающую среду.
При выдохе газо-воздушная смесь поступает через патрубок вдоха-выдоха в верхнюю полость, через фильтр и верхнюю перфорированную диафрагму (перегородку) поступает в объем регенеративного продукта, где очищается от диоксида углерода и обогащается кислородом. Дальше, газо-воздушная смесь через нижнюю перфорированную диаграмму (перегородку) поступает в нижнюю полость патрона и через центральный канал - в полость дыхательного мешка.
При вдохе газо-воздушная смесь протекает в обратном направлении, то есть из дыхательного мешка через центральный канал поступает в нижнюю полость патрона, а затем через нижнюю перфорированную диафрагму в объем регенеративного продукта, где дополнительно очищается от диоксида углерода и обогащается кислородом, и, дальше, через верхнюю перфорированную диафрагму, фильтрующий элемент, верхнюю полость патрона, патрубок вдоха-выдоха и гофрированную трубку подается в дыхательные пути человека.
Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, включающий цилиндрическую обечайку, торцы которой перекрыты верхней и нижней торцевыми крышками, верхнюю и нижнюю перфорированные диафрагмы, расположенные под торцевыми крышками с возможностью образования верхней и нижней полостей патрона соответственно под верхней и нижней торцевыми крышками, патрубок вдоха-выдоха, патрубок дыхательного мешка, закрепленные на верхней торцевой крышке и соединенные с одной из указанных полостей патрона, регенеративный продукт, размещенный в обечайке в пространстве, ограниченном верхней и нижней перфорированными диафрагмами, теплогазораспределитель, размещенный в объеме регенеративного продукта, и выполненный в виде комплекта одинаковых фигурных элементов, установленных вдоль продольной оси обечайки взаимно противоположно без совпадения контуров соседних элементов, пусковое устройство, закрепленное на верхней торцевой крышке.
Выполнение элементов теплогазораспределителя в виде металлической полосы с прикрепленными к ней контактной сваркой ребрами усложняет технологию изготовления изделия, так как требует предварительного изготовления металлической полос и ребер с последующим их соединением контактной сваркой с образованием элементов теплогазораспределителя.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования регенеративного патрона изолирующего дыхательного аппарата, в котором за счет конструктивных особенностей, повышается технологичность изделия без снижения его эксплуатационных характеристик.
Поставленная задача решается тем, что в регенеративном патроне изолирующего дыхательного аппарата, включающем цилиндрическую обечайку, торцы которой перекрыты верхней и нижней торцевыми крышками, верхнюю и нижнюю перфорированные диафрагмы, расположенные под торцевыми крышками с возможностью образованием верхней и нижней полостей патрона соответственно под верхней и нижней торцевыми крышками, патрубок вдоха-выдоха, патрубок дыхательного мешка, закрепленные на верхней торцевой крышке и соединенные с одной из указанных полостей патрона, регенеративный продукт, размещенный в обечайке в пространстве, ограниченном верхней и нижней перфорированными диафрагмами, теплогазораспределитель, размещенный в объеме регенеративного продукта, и выполненный в виде комплекта одинаковых фигурных элементов, установленных вдоль продольной оси обечайки взаимно противоположно без совпадения контуров соседних элементов, пусковое устройство, закрепленное на верхней торцевой крышке, в соответствии с полезной моделью, каждый из фигурных элементов теплогазораспределителя выполнен из сплошной металлической полосы, выгнутой вдоль продольной оси в виде зигзага и установленной в обечайке с возможностью контакта вершин углов зигзага с обечайкой.
Указанные признаки являются существенными признаками полезной модели.
Вершины углов зигзага металлической полосы могут быть выполнены острыми или скругленными.
Целесообразно металлическую полосу соединить с обечайкой в вершинах углов зигзага контактной сваркой.
Ширину металлической полосы целесообразно выбрать по зависимости: A=(3-6)B, где: А - ширина металлической полосы, мм, В - размер гранул регенеративного продукта, мм.
Металлическую полосу целесообразно выполнить из упругой стали.
Металлическую полосу целесообразно выполнить с покрытием из теплопроводного металла.
Для очистки газо-воздушной смеси от аэрозолей целесообразно на верхней перфорированной диафрагме установить фильтрующий элемент.
Существенные признаки полезной модели находятся в причинно-следственной связи с достигаемым результатом.
Так, отличительные признаки полезной модели (каждый из фигурных элементов теплогазораспределителя выполнен из сплошной металлической полосы, выгнутой вдоль продольной оси в виде зигзага и установленной в обечайке с возможностью контакта вершин углов зигзага с обечайкой) в совокупности с существенными признаками, общими с прототипом, обеспечивают повышение технологичности изделия без снижения его эксплуатационных характеристик.
Это объясняется следующим.
Выполнение каждого из фигурных элементов теплогазораспределителя из сплошной металлической полосы, выгнутой вдоль продольной оси в виде зигзага, позволяет изготовлять указанные фигурные элементы за один технологический передел - штампованием сплошной металлической полосы с получением готовой детали - фигурного элемента теплогазораспределителя. В соответствии с прототипом изготовление фигурных элементов теплогазораспределителя требует штамповки отдельных деталей полосы и ребер со следующим их соединением сваркой в единую конструкцию - фигурный элемент теплогазораспределителя в виде полосы с разновеликими ребрами. То есть, заявляемое решение обеспечивает повышение технологичности изделия. При этом эксплуатационные характеристики регенеративного патрона не ухудшаются.
Скругленные вершины углов зигзага увеличивают площадь контакта металлической полосы, как элемента теплогазораспределителя, с обечайкой, что повышает эффективность теплопередачи от теплогазораспределителя к обечайке.
Соединение контактной сваркой металлической полосы с обечайкой в вершинах углов зигзага обеспечивает надежный тепловой контакт металлической полосы с обечайкой.
Указанная зависимость ширины металлической полосы от размера гранул регенеративного продукта предотвращает образование длинных каналов между гранулами регенеративного продукта и плоскостями металлической полосы, что предупреждает протекание газо-воздушной смеси вдоль плоскостей металлических полос в обход регенеративного продукта.
Выполнение металлической полосы из упругой стали позволяет при сборке патрона устанавливать фигурные элементы теплогазораспределителя в обечайку в сжатом состоянии, которые при раскрытии в результате упругих свойств прижимаются вершинами углов зигзага к внутренней поверхности обечайки. Это упрощает сборку регенеративного патрона.
Выполнение металлической полосы с покрытием из теплопроводного металла повышает эффективность отведения тепла за границы патрона.
Ниже приводится подробное описание заявляемого регенеративного патрона изолирующего дыхательного аппарата со ссылками на чертежи, на которых показано:
Фиг.1 - Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, продольный разрез.
Фиг.2 - Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, разрез А-А на фиг.1, фигурный элемент теплогазораспределителя выполнен с острыми вершинами углов зигзага.
Фиг.3 - Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, разрез А-А на фиг.1, фигурный элемент теплогазораспределителя выполнен со скругленными вершинами углов зигзага.
Фиг.4 - Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, фигурный элемент теплогазораспределителя, вид сбоку.
Фиг.5 - Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, сечение Б-Б на фиг.4 для фигурного элемента теплогазораспределителя с острыми вершинами углов зигзага.
Фиг.6 - Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата, сечение Б-Б на фиг.4 для фигурного элемента теплогазораспределителя со скругленными вершинами углов зигзага.
Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата включает цилиндрическую обечайку 1, имеющую овальную форму в поперечном сечении. Торцы обечайки 1 перекрыты верхней 2 и нижней 3 торцевыми крышками. Под верхней 2 и нижней 3 торцевыми крышками установлены, соответственно, верхняя 4 и нижняя 5 перфорированные диафрагмы с возможностью образованием верхней 6 и нижней 7 полостей патрона. На верхней торцевой крышке 2 закреплены патрубок вдоха-выдоха 8, патрубок дыхательного мешка 9 и пусковое устройство 10. Патрубок вдоха-выдоха 8 соединен непосредственно с верхней 6 полостью патрона. Патрубок дыхательного мешка 9 соединен с нижней 7 полостью патрона через центральный канал 11, выполненный в виде трубки 12, установленной вдоль продольной оси 13 обечайки 1. Патрубок вдоха-выдоха 8 предназначен для присоединения гофрированной трубки с лицевой частью в виде загубника с носовым зажимом (не показаны). Патрубок дыхательного мешка 9 предназначен для присоединения дыхательного мешка (не показан). Пусковое устройство 10 в своем составе имеет пусковой брикет, ампулу с инициирующей жидкостью и механизм разрушения ампулы (не показаны). На верхней перфорированной диафрагме 4 закреплен фильтрующий элемент 14 для очистки газо-воздушной смеси от аэрозолей.
В обечайке 1 в пространстве, ограниченном верхней 4 и нижней 5 перфорированными диафрагмами, размещен гранулированный регенеративный продукт 15 с химически связанным кислородом. Нижняя перфорированная диафрагма 5, подпружинена со стороны нижней торцевой крышки 3 пружинами 16, что обеспечивает постоянное сжатие регенеративного продукта 15 и предупреждает образование раковин и полостей в объеме регенеративного продукта 15 при его усадке в процессе эксплуатации патрона, через которые возможно протекание газо-воздушной смеси в обход регенеративного продукта 15 (фиг.1-3).
В объеме регенеративного продукта 15 размещен теплогазораспределитель, выполненный в виде комплекта одинаковых фигурных элементов 17, последовательно установленных вдоль продольной оси 13 обечайки 1 взаимно противоположно без совпадения контуров соседних фигурных элементов 17. То есть каждый фигурный элемент 17 повернут вдоль его продольной оси на 180 градусов относительно соседних фигурных элементов 17, что исключает совпадение контуров соседних фигурных элементов 17. Каждый из фигурных элементов 17 теплогазораспределителя выполнен из сплошной металлической полосы 18, выгнутой вдоль продольной оси в виде зигзага и установленной в обечайке 1 с возможностью контакта вершинами 19 углов зигзага с обечайкой 1.
Вершины 19 углов зигзага могут быть острыми или скругленными (фиг.4-6). Скругленные вершины 19 углов зигзага увеличивают площадь контакта металлической полосы 18, как элемента теплогазораспределителя, с обечайкой 1, что повышает эффективность теплопередачи от теплогазораспределителя к обечайке 1 и дальше за границы патрона. Металлическая полоса 18 соединена с обечайкой 1 контактной сваркой 20 в вершинах 19 углов зигзага, что обеспечивает надежный тепловой контакт металлической полосы 18 с обечайкой 1. Ширина металлической полосы 18 выбрана по зависимости: A=(3-6)B, где: A - ширина металлической полосы 18, мм, B - размер гранул регенеративного продукта, мм Указанная зависимость обеспечивает уменьшение длины каналов между гранулами регенеративного продукта 15 и плоскостями металлической полосы 18 и предупреждает протекание газо-воздушной смеси вдоль плоскостей металлической полосы 18 в обход регенеративного продукта 15. Металлическая полоса 18 выполнена из упругой стали, что позволяет при сборнике патрона устанавливать металлические полосы 18 в обечайку 1 в сжатом состоянии, которые при раскрытии в результате упругих свойств плотно прижимаются вершинами 19 углов зигзага к внутренней поверхности обечайки 1. Металлическая полоса 18 может иметь покрытие из теплопроводного металла, например гальваническое покрытие из меди.
Регенеративный патрон в составе изолирующего дыхательного аппарата работает следующим образом.
Во время выдоха газо-воздушная смесь с большим содержанием диоксида углерода через патрубок вдоха-выдоха 8 поступает в верхнюю полость 6, проходит через фильтр 14, верхнюю перфорированную диафрагму 4 и поступает в объем регенеративного продукта 15, в котором протекают реакции поглощения диоксида углерода и выделения кислорода. Фигурные элементы 17 теплогазораспределителя способствуют равномерному распределению тепла в объеме регенеративного продукта 15, предупреждают возникновение локальных высокотемпературных зон, отводят тепло к обечайке 1 и дальше в окружающую среду. Дальше газо-воздушная смесь проходит через нижнюю перфорированную диафрагму 5 и поступает в нижнюю полость 7. Из нижней полости 7 газо-воздушная смесь через центральный канал 11 поступает к патрубку 9 дыхательного мешка.
Во время вдоха газо-воздушная смесь, в которой уже прошли реакции регенерации, поступает из дыхательного мешка в обратном направлении, то есть в направлении «патрубок дыхательного мешка 9 - центральный канал 11 - нижняя полость 7 - нижняя перфорированная диафрагма 5 - объем регенеративного продукта 15 - верхняя перфорированная диафрагма 4 - фильтр 14 - верхняя полость 6 - патрубок вдоха-выдоха 8».
При этом газо-воздущная смесь дополнительно поддается регенерации в объеме регенеративного продукта 15.
Таким образом, в регенеративном патроне реализована «маятниковая» схема движения газо-воздушной смеси, в которой за один цикл «вдох-выдох» газо-воздушная смесь два раза проходит через объем регенеративного продукта 15, что повышает степень регенерации газо-воздушной смеси при тех же характеристиках регенеративного патрона.
Сборку регенеративного патрона выполняют следующим образом.
В верхнюю торцевую крышку 2 устанавливают верхнюю перфорированную диафрагму 4 и фильтр 14 с элементами их крепления. Закрепляют трубку 12, образующую центральный канал 11. Крышку 2 соединяют с обечайкой 1 контактной сваркой. В обечайку 1 последовательно устанавливают фигурные элементы 17. Фигурные элементы 17 устанавливают взаимно противоположно без совпадения контуров соседних фигурных элементов 17. То есть каждый фигурный элемент 17 поворачивают вдоль его продольной оси на 180 градусов относительно соседнего фигурного элемента 17, что исключает совпадение контуров соседних фигурных элементов 17. Фигурные элементы 17 соединяют с обечайкой 1 контактной сваркой 20 в вершинах 19 углов зигзага. Далее, в полость обечайки 1 засыпают регенеративный продукт 15 и уплотняют его на вибраторе. В обечайке 1 размещают нижнюю перфорированную диафрагму 5, устанавливают нижнюю торцевую крышку 3, сжимая пружины 16, и соединяют нижнюю торцевую крышку 3 с обечайкой 1 контактной сваркой. Регенеративный патрон готов к использованию.
Конструктивное выполнение заявляемого регенеративного патрона повышает технологичность изделия без снижения его эксплуатационных характеристик.