ПОРТАТИВНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ДЫХАНИЯ ПОД ВОДОЙ
PORTABLE BREATHER

Предлагаемое решение относится к водолазному оборудованию с подачей воздуха с поверхности воды и может быть использовано для дыхания водолаза под водой.
Аналогичные технические решения известны см. патент США №4674493, который содержит следующую совокупность существенных признаков:
- герметичный плавающий контейнер, имеющий надводное впускное отверстие и подводное выпускное отверстие;
- компрессор с электроприводом и аккумуляторную батарею, закрепленные во внутренней полости герметичного плавучего контейнера, при этом компрессор с электроприводом подсоединен своим выходом к подводному выпускному отверстию герметичного контейнера;
- резервуар, подсоединенный к подводному выпускному отверстию герметичного контейнера;
- шланг, подсоединенный своим входом к отверстию резервуара;
- дыхательный механизм, удерживаемый ртом водолаза, служащий для управления вдыхаемым и выдыхаемым газами, подсоединенный своим входом к выходу шланга.
Общими признаками предлагаемого решения и этого аналога являются:
- компрессор с электроприводом и аккумуляторная батарея;
- резервуар, подсоединенный к выходу компрессора;
- шланг, подсоединенный своим входом к отверстию резервуара;
- дыхательный механизм, удерживаемый ртом водолаза, служащий для управления вдыхаемыми и выдыхаемыми газами, подсоединенный своим входом к выходу шланга.
Этим аналогом не достигается технический результат, связанный с компактностью и малым весом аппарата.
Причиной невозможного получения указанного технического результата является то, что производительность компрессора с электроприводом постоянная и не зависит от количества потребляемого дыхательного газа водолазом в единицу времени, следовательно, производительность компрессора с электроприводом будет всегда максимальной для обеспечения дыхания при максимальной потребности дыхательного газа, но при минимальной потребности дыхательного газа эта производительность будет излишней, что приведет к перерасходу электрической энергии аккумуляторной батареи. Для компенсации излишнего расхода электрической энергии требуется большей емкости аккумуляторная батарея, что приводит к громоздкости аппарата и излишнему весу аппарата.
Известен также дыхательный аппарат см. патент США №5924416, который выбран в качестве прототипа и содержит следующую совокупность существенных признаков:
- плавучую надувную камеру;
- два контейнера, верхний и нижний, верхний закреплен на плавучей надувной камере, нижний прикреплен к верхнему контейнеру.
- два компрессора с электроприводом, закрепленные в нижнем контейнере и расположенные в воде;
- реле давления газов;
- аккумуляторную батарею, расположенную в верхнем контейнере, соединенную своими выводами с выводами двух компрессоров с электроприводом через выходные контакты реле давления газов;
- резервуар, подсоединенный к выходу компрессора;
- шланг, подсоединенный своим входом к отверстию резервуара;
- дыхательный механизм, удерживаемый ртом водолаза, служащий для управления вдыхаемыми и выдыхаемыми газами, подсоединенный своим входом к выходу шланга.
Общими признаками предлагаемого решения и прототипа являются:
- два компрессора с электроприводом;
- реле давления газов, подсоединенное своим входом к отверстию резервуара;
- аккумуляторная батарея, соединенная своими клеммами с выводами двух компрессоров с электроприводом через выходные контакты реле давления газов;
- резервуар, подсоединенный к выходу компрессора;
- шланг, подсоединенный своим входом к отверстию резервуара;
- дыхательный механизм, удерживаемый ртом водолаза, служащий для управления вдыхаемыми и выдыхаемым газами, подсоединенный своим входом к выходу шланга.
Этим аналогом не достигается технический результат, связанный с компактностью и малым весом аппарата.
Причиной невозможного получения указанного технического результата является то, что поскольку компрессоры с электроприводом работают циклично, т.е. подключаются к аккумуляторной батарее контактами реле давления газов при снижении установленного минимального уровня давления газов и отключаются при превышении установленного максимального уровня давления газов, будет слишком частое повторение циклов при использовании резервуара малого объема (2-4 литра), это снизит срок службы реле давления газов и компрессоров с электроприводом. Для предотвращения этого потребуется резервуар объемом не менее нескольких десятков литров, что приводит к громоздкости аппарата и излишнему весу аппарата.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в портативном аппарате для дыхания под водой, содержащем: как минимум два компрессора с электроприводом, имеющих надводное впускное отверстие; резервуар, соединенный своим отверстием с выходом как минимум двух компрессоров с электроприводом; реле давления, контролирующее давление газов, соединенное своим входом с отверстием резервуара; аккумуляторную батарею, соединенную своими клеммами с выводами как минимум двух компрессоров с электроприводом через выходные контакты реле давления газов; шланг, соединенный своим входом с отверстием резервуара; дыхательный механизм, удерживаемый ртом водолаза, служащий для управления вдыхаемыми и выдыхаемыми газами, соединенный своим входом с выходом шланга, добавлено то, что аппарат содержит второе реле давления, соединенное своим входом с отверстием резервуара, соединяющее своими выходными контактами при свободном состоянии выводы как минимум двух компрессоров с электроприводом параллельно между собой, при сработанном состоянии соединяющее последовательно между собой выводы как минимум двух компрессоров с электроприводом.
Наличие второго реле давления газов, соединяющего своими выходными контактами при свободном состоянии выводы как минимум двух компрессоров с электроприводом параллельно между собой, при сработанном состоянии соединяющее последовательно между собой выводы как минимум двух компрессоров с электроприводом, позволяет уменьшить количество и величину пусковых токов компрессора с электроприводом, благодаря этому становится возможным сделать аппарат компактным и легким, используя резервуар компактного объема (2-4 литра).
Портативный аппарат для дыхания под водой поясняется нижеследующим описанием и графическим изображением.
Портативный аппарат для дыхания под водой содержит:
- первый компрессор с электроприводом - 1 с выводами - 2, 3, имеющий надводное впускное отверстие.
- второй компрессор с электроприводом - 4 с выводами - 5, 6, имеющий надводное впускное отверстие.
При этом суммарная производительность компрессоров с электроприводом - 1, 4 при питании их половиной номинального напряжения обеспечивает дыхательным газом водолаза на минимальной глубине погружения и минимальной физической активности;
- резервуар - 7 компактного объема (2-4 литра), соединенный с выходом сжатого газа компрессоров с электроприводом - 1, 4;
- первое реле давления - 8 газов, соединенное своим входом с резервуаром - 7, имеет выходной контакт с клеммой - 9 и клеммой - 10, соединенной с выводом - 2 первого компрессора с электроприводом - 1, при этом выходной контакт первого реле давления - 8 замкнут в свободном состоянии, разомкнут в сработанном состоянии;
- второе реле давления - 11 газов, содержащее:
- выходную клемму - 12, соединенную с выводом - 3 первого компрессора с электроприводом - 1;
- выходную клемму - 13, соединенную с клеммой - 10 первого реле давления - 8;
- выходную клемму - 14, соединенную с выводом - 6 второго компрессора с электроприводом - 4;
- выходную клемму - 15, соединенную с выводом - 5 второго компрессора с электроприводом - 4;
- датчик-реле - 16 давления газов, соединенный своим входом с резервуаром - 7, имеющий первый выходной контакт с клеммами - 17, 18, соединенными с выходными клеммами - 15, 13 соответственно второго реле давления - 11 и второй выходной контакт с клеммами - 19, 20, соединенными с выходными клеммами - 12, 14 второго реле давления - 11 соответственно, при этом первый и второй выходные контакты датчика-реле - 16 замкнуты в свободном состоянии, разомкнуты в сработанном состоянии;
- диод - 21, соединенный своим анодом с клеммой - 19 второго выходного контакта датчика-реле - 16, своим катодом соединенный с клеммой - 17 первого выходного контакта датчика-реле - 16;
- аккумуляторную батарею - 22, соединенную своей положительной клеммой с клеммой - 9 первого реле давления - 8, своей отрицательной клеммой соединенную с выходной клеммой - 14 второго реле давления - 11.
- шланг - 23, соединенный своим входом с резервуаром - 7;
- дыхательный механизм - 24, удерживаемый ртом водолаза, служащий для управления вдыхаемыми и выдыхаемыми газами, соединенный своим входом с выходом шланга - 23;
- днище - 25 для закрепления на нем оборудования, указанного выше;
- надувную камеру - 26, выполненную в виде тора, для поддержания на плаву днища - 25 с оборудованием.
В качестве первого и второго компрессоров с электроприводом - 1, 4 может быть использован поршневой компрессор с электроприводом постоянного тока с номинальным напряжением 12 В и производительностью 40-60 л/мин.
В качестве первого реле давления - 8 и датчика-реле - 16 давления газов может быть использовано реле давления газов «Кондор» MDR 1/11 с механической кнопкой вкл/выкл (производства компании «Condor-Werke» Германия).
В качестве аккумуляторной батареи - 22 может быть использована аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 12 В и емкостью не менее 24 А*ч.
В качестве дыхательного механизма - 24 может быть использован легочный автомат от аппарата воздушно-дыхательного АВМ-12 (производства компании ОАО «Кампо» Россия).
В качестве диода - 21 может быть использован полупроводниковый диод на номинальный ток 50 А и обратное напряжение 30 В.
Портативный аппарат для дыхания под водой работает следующим образом.
В начальный момент времени при давлении в резервуаре - 7 меньшем давления срабатывания первого реле давления - 8 и второго реле давления - 11 газов, контакт первого реле давления - 8 и контакты датчика-реле - 16 давления газов находятся в свободном состоянии и замкнуты. Первый компрессор с электроприводом - 1 получает питание от аккумуляторной батареи - 22, ток проходит от положительной клеммы аккумуляторной батареи - 22 через: контакт с клеммами - 9, 10 первого реле давления - 8, электропривод - 1 первого компрессора с выводами - 2, 3, клеммы - 12, 14 и второй контакт с клеммами - 19, 20 датчика-реле - 16 давления газов второго реле давления - 11 к отрицательной клемме аккумуляторной батареи - 22. Второй компрессор с электроприводом - 4 получает питание от аккумуляторной батареи - 22, ток проходит от положительной клеммы аккумуляторной батареи - 22 через: контакт с клеммами - 9, 10 первого реле давления - 8, клеммы - 13, 15 и первый контакт с клеммами - 17, 18 датчика-реле - 16 давления газов второго реле давления - 11, электропривод - 4 второго компрессора с выводами - 5, 6 к отрицательной клемме аккумуляторной батареи - 22. Первый и второй компрессор с электроприводом - 1, 4 получают питание, равное полному напряжению аккумуляторной батареи - 22, т.е. их выводы будут соединены параллельно между собой.
Дыхательный газ поступает в надводное впускное отверстие компрессоров с электроприводом - 1, 4 и накапливается в резервуаре - 7. Из резервуара - 7 газ поступает по шлангу - 23 в дыхательный механизм - 24, удерживаемый ртом водолаза.
2
При достижении давления около 3,0 кг/см первый и второй контакты с клеммами 17, 18 и клеммами 19, 20 датчика-реле - 16 давления газов срабатывают и размыкаются. Первый и второй компрессор с электроприводом - 1, 4 получают питание от аккумуляторной батареи - 22, ток проходит от положительной клеммы аккумуляторной батареи - 22 через: контакт с клеммами - 9, 10 первого реле давления - 8, электропривод - 1 первого компрессора с выводами - 2, 3, клеммы - 19, 17 контактов датчика-реле - 16, диод - 21, клеммы - 12, 14, 15 второго реле давления - 11, электропривод - 4 второго компрессора с выводами - 5, 6 к отрицательной клемме аккумуляторной батареи - 22. На выводах первого и второго компрессоров с электроприводом - 1, 4 будет напряжение, равное половине напряжения аккумуляторной батареи - 22, т.е. их выводы будут соединены последовательно между собой, соответственно общая их производительность снизится более чем в два раза.
2
При отсутствии расхода газа на дыхание и достижении давления 4,0-5,0 кг/см срабатывает первое реле давления - 8 газов, его контакт с клеммами - 9, 10 размыкается, отключается первый и второй компрессор с электроприводом - 1,4.
2
При расходе воздуха на дыхание и снижении давления в резервуаре - 7 до уровня около 3,0-3,5 кг/см, контакт первого реле давления - 8 газов возвращается в свободное состояние и замыкается. На выводах первого и второго компрессоров с электроприводом - 1, 4 будет напряжение, равное половине напряжения аккумуляторной батареи - 22, т.е. их выводы будут соединены последовательно между собой, как указано выше.
2
При дальнейшем снижении давления в резервуаре - 7 до уровня около 1,5-2,0 кг/см, первый и второй контакты датчика-реле - 16 давления газов возвращаются в свободное состояние и замыкаются. Первый компрессор с электроприводом - 1 получает питание от аккумуляторной батареи - 22, ток проходит от положительной клеммы аккумуляторной батареи - 22 через: контакт с клеммами - 9, 10 первого реле давления - 8, электропривод - 1 первого компрессора с выводами - 2, 3, клеммы - 12, 14 и второй контакт с клеммами - 19, 20 датчика-реле - 16 давления газов второго реле давления - 11 к отрицательной клемме аккумуляторной батареи - 22. Второй компрессор с электроприводом - 4 получает питание от аккумуляторной батареи - 22, ток проходит от положительной клеммы аккумуляторной батареи - 22 через: контакт с клеммами - 9, 10 первого реле давления - 8, клеммы - 13, 15 и первый контакт с клеммами - 17, 18 датчика-реле - 16 давления газов второго реле давления - 11, электропривод - 4 второго компрессора с выводами - 5, 6 к отрицательной клемме аккумуляторной батареи - 22. Первый и второй компрессор с электроприводом - 1, 4 получают питание, равное полному напряжению аккумуляторной батареи - 22, т.е. их выводы будут соединены параллельно между собой.
Пусковой ток первого и второго компрессоров с электроприводом - 1, 4 будет меньше по сравнению с пусковым током прототипа за счет того, что напряжение на их выводах увеличивается с половины номинального напряжения аккумуляторной батареи - 22 (последовательное соединение выводов компрессоров с электроприводом - 1, 4) до номинального (параллельное соединение выводов компрессоров с электроприводом - 1, 4), а не с нуля до номинального напряжения, как у прототипа. Время до следующего срабатывания/возврата второго реле давления - 11 газов будет больше, чем у прототипа, так как дыхательный газ будет поступать из накопленного в резервуаре - 7 и компрессоров с электроприводом - 1, 4, получающих питание, равное половине напряжения аккумуляторной батареи - 22, у прототипа будет поступать только из резервуара, что позволяет уменьшить частоту циклов срабатывания второго реле давления - 11 газов.
Далее процесс будет повторяться заново, как указано выше.
Диод - 21 позволяет обойтись без разомкнутого в свободном состоянии выходного контакта датчика-реле - 16 давления газов.
Таким образом, предлагаемое техническое решение, позволяет уменьшить пусковые токи компрессоров с электроприводом, уменьшить частоту циклов срабатывания реле давления, благодаря этому становится возможным сделать аппарат компактным и легким, используя резервуар меньшего объема, в чем и заключается технический результат.