Изолирующая дыхательная система

 

Изобретение относится к изолирующим дыхательным системам гермообъектов и может быть использовано в качестве средства защиты органов дыхания подводников при нормальном и повышенном давлении. Изолирующая дыхательная система содержит дыхательный мешок с клапаном избыточного давления и легочным автоматом, трубопровод, баллоны-хранители кислорода и газовой смеси, модули индивидуального дыхания, побудитель расхода, фильтр-кассету для удаления вредных веществ, газораспределитель, автоматический газоанализатор кислорода с первичным преобразователем, электромагнитный клапан подачи кислорода. Дыхательный мешок соединен трубопроводом с побудителем расхода, фильтр-кассетой для удаления вредных веществ и газораспределителем в рециркуляционный контур. Первичный преобразователь связан через автоматический регулятор с электромагнитным клапаном подачи кислорода. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к изолирующим дыхательным системам гермообъектов и может быть использовано в качестве средства защиты органов дыхания подводников в аварийных отсеках подводной лодки и людей в загазованных герметичных помещениях при нормальном и повышенном давлении, а также при декомпрессии водолазов в аварийных случаях после спуска на глубины до 60 м.

Известна изолирующая дыхательная система, состоящая из защитного колпака с уплотнителем, клапанов вдоха и выдоха, дыхательного мешка (герметичной емкости), внутри которого находится электровентилятор и регенеративный патрон. Электродвигатель вентилятора питается от малогабаритной аккумуляторной батареи [1] Выдыхаемый пользователем воздух через клапан выдоха попадает в дыхательный мешок, откуда электровентилятором направляется в регенеративный патрон с химическим продуктом (например, перекисью калия или натрия). Последний в присутствии влаги способен реагировать с выдыхаемым диоксидом углерода, что сопровождается выделением кислорода в воздух для дыхания.

Недостатком этого изобретения является небольшое время работы (около 6 ч) дыхательного аппарата за счет ограниченного запаса химического продукта и емкости аккумуляторной батареи. Кроме того, данная дыхательная система может быть использована для дыхания в герметичных помещениях только при атмосферном давлении.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой системе по технической сущности и достигаемому результату является изолирующая дыхательная система, состоящая из дыхательного мешка с клапаном избыточного давления и легочным автоматом, трубопровода, баллонов-хранителей кислорода и газовой смеси, модуля индивидуального дыхания, состоящего из полумаски, клапанной коробки, трубок вдоха и выдоха, поглотительного патрона [2] Работа этой системы осуществляется следующим образом.

При выходе газовая смесь через клапан выдоха по гофрированной трубке попадает в поглотительный патрон с химическим веществом, где происходит поглощение выдыхаемого диоксида углерода и обогащение газовой смеси кислородом, далее газовая смесь поступает в дыхательный мешок. При вдохе газовая смесь из дыхательного мешка по гофрированной трубке через клапан вдоха поступает спасаемому. Кроме того, газовая смесь в систему дыхания аппарата подается непрерывно от стационарной системы баллонов-хранителей через редуктор, обеспечивая тем самым поддержание в дыхательном мешке заданный состав кислорода. При недостатке газовой смеси на вдох или при повышении давления в отсеке (камере) подача газовой смеси в дыхательный мешок осуществляется легочным автоматом. Избыток газовой смеси из дыхательного мешка вытравливается клапаном избыточного давления в окружающую среду.

Недостатком такой системы является ее низкая эффективность вследствие большого расхода дыхательной газовой среды из-за непрерывной ее подачи и малая продолжительность работы не более (6 ч), а также громоздкость системы. Кроме того, эта система не обеспечивает очистку дыхательной газовой смеси от вредных веществ метаболического характера.

Технической задачей изобретения является увеличение эффективности и продолжительности работы системы за счет экономичного расходования кислорода и дыхательной газовой среды.

Это достигается тем, что изолирующая дыхательная система, содержащая дыхательный мешок с клапаном избыточного давления и легочным автоматом, трубопровод, баллоны-хранители кислорода и газовой смеси, модуль индивидуального дыхания, состоящий из полумаски, клапанной коробки, трубок вдоха и выдоха, поглотительного патрона, дополнительно содержит побудитель расхода, фильтр-кассету для удаления вредных веществ и газораспределитель, при этом дыхательный мешок соединен трубопроводом с побудителем расхода, фильтром-кассетой для удаления вредных веществ и газораспределителем в рециркуляционный контур, система также содержит автоматический газоанализатор кислорода с первичным преобразователем, расположенным в дыхательном мешке, причем первичный преобразователь связан через автоматический регулятор с электромагнитным клапаном подачи кислорода. Кроме того, трубопровод подачи кислорода и газовой смеси подключен к рециркуляционному контуру после фильтр-кассеты для удаления вредных веществ перед газораспределителем. Модуль индивидуального дыхания подключен к дыхательному мешку и снабжен бактериальным фильтром.

Дыхательный мешок выполнен эластичным, а его объем рассчитывается по формуле V=n˙Vr, где n число модулей индивидуального дыхания; Vr объем газовой среды для дыхания одного человека.

Эффективность изолирующей дыхательной системы, складывающаяся из продолжительности работы системы и качества дыхательной газовой среды, достигается за счет экономичного расхода запасов кислорода при его автоматической подаче от сигнала первичного преобразователя парциального давления кислорода и очистки дыхательной газовой среды в фильтр-кассете рециркуляционного контура и в бактериальных фильтрах, установленных в каждом модуле индивидуального дыхания.

Изолирующая дыхательная система показана на чертеже.

Система состоит из дыхательного мешка 1 с клапаном 2 избыточного давления, трубопровода 3, побудителя 4 расхода, фильтра-кассеты 5 для удаления вредных веществ, газораспределителя 6, легочного автомата 7 и автоматического газоанализатора 8 кислорода с первичным преобразователем 9, установленным в дыхательном мешке. Дыхательный мешок 1, трубопровод 3, побудитель 4 расхода, фильтр-кассета 5 и газораспределитель 6 образуют рециркуляционный контур, который связан с баллоном-хранителем 10 газовой смеси с запорным клапаном 11 и баллоном-хранителем 12 кислорода с электромагнитным клапаном 13. К дыхательному мешку присоединены модули индивидуального дыхания. Каждый модуль индивидуального дыхания состоит из гофрированной трубки 14 вдоха, клапанной коробки 15, полумаски 16, гофрированной трубки 17 выдоха, поглотительного патрона 18 и бактериального фильтра 19.

Газораспределитель 6 представляет собой металлокерамическую мембрану в виде полого цилиндра, один конец которого изготовлен из газонепроницаемого материала, а второй подсоединен к выходному патрубку фильтр-кассеты 5. Подача кислорода и газовой смеси осуществляется по трубопроводу 20, через штуцер 21 трубопровода 3 рециркуляционного контура после фильтр-кассеты 5 перед газораспределителем 6.

Количество кислорода для обогащения газовой смеси для дыхания спасаемых определяется из расчета 25-28 л С₂/ч на одного человека. При этом парциальное давление кислорода в дыхательном мешке должно поддерживаться в пределах 0,2-0,3 кгс/см² и контролироваться газоанализатором 9.

Дыхательный мешок 1 служит резервуаром газовой среды для дыхания спасаемых и представляет собой емкость из эластичной прорезиненной ткани. Объем дыхательного мешка 1 рассчитывается по формуле V=n˙Vr, где n число модулей индивидуального дыхания; Vr объем газовой смеси для дыхания одного человека (6-8 л).

Работа изолирующей дыхательной системы осуществляется следующим образом.

Каждый спасаемый, используя модуль индивидуального дыхания, подключается к системе. При этом дыхание осуществляется через полумаску 16 и клапанную коробку 15. При выдохе газовая среда по гофрированной трубке выдоха 17 поступает в поглотительный патрон 18 с химическим продуктом, где происходит поглощение диоксида углерода (при зарядке патрона химическим поглотителем СО₂) или поглощение диоксида углерода с одновременным выделением кислорода (при зарядке патрона регенеративным продуктом) и далее через бактериальный фильтр 19 направляется в дыхательный мешок 1. При вдохе газовая среда из дыхательного мешка 1 по гофрированной трубке вдоха 14 поступает к клапанной коробке 15 и на вход спасаемому.

Заполнение системы газовой средой осуществляется при нормальном или повышенном давлении (до 6 кгс/см²) вручную или легочным автоматом 7 из баллона-хранителя газовой смеси 10 через запорный клапан 11. Автоматический процесс подачи газовой смеси в дыхательный мешок 1 из баллона-хранителя 10 легочным автоматом 7 обеспечивается также при недостатке газовой среды на вдох или при повышении внешнего давления в герметичном помещении. В момент подключения спасаемых на дыхание из системы включается побудитель расхода 4 и вводится в работу рециркуляционный контур вентиляции и очистки дыхательной газовой среды. При этом газовая среда из дыхательного мешка 1 по трубопроводу 3 поступает на входной патрубок вентилятора 4 (побудитель расхода) и далее после очистки от вредных веществ в фильтр-кассете 5 через металлокерамический газораспределитель 6 возвращается в дыхательный мешок 1.

Подача газовой смеси из баллона-хранителя 10 и кислорода из баллона-хранителя 12 с рециркуляционный контур производится через штуцер 21, установленный на трубопроводе 3 после фильтр-кассеты 5. Металлокерамический газораспределитель 6 обеспечивает равномерное распределение очищенной от вредных веществ и обогащенной кислородом газовой среды в объеме дыхательного мешка 1 без образования застойных зон. Парциальное давление кислорода в дыхательной газовой среде контролируется непрерывно и автоматически анализатором 8, первичный преобразователь 9 которого расположен в дыхательном мешке 1. Подача кислорода в рециркуляционный контур осуществляется из баллона-хранителя кислорода 12 вручную или автоматически регулятором с электромагнитным клапаном 13 по сигналу от первичного преобразователя 9 газоанализатора 8.

В случае декомпрессии избыточное давление из дыхательного мешка 1 сбрасывается через клапан избыточного давления 2.

В качестве химического вещества поглотительного патрона 18 может использоваться химический поглотитель известковый ХII-И или химический поглотитель известково-калиевый ХП-ИК, масса которого в каждом патроне 1,8-2,0 кг.

В качестве бактериального фильтра 19 может использоваться фильтр с тканью Петрянова.

В качестве побудителя 4 расхода электровентилятор (27 В, 10 м³/ч) с электродвигателем постоянного тока марки ДБ60-60-4.

В качестве фильтр-кассеты для удаления вредных веществ 5 фильтр-кассета ФБК-25.

В качестве автоматического газоанализатора 8 кислорода может использоваться барокамерный измеритель кислорода стационарный "БИКС" (5Б2.840.362ТУ).

В качестве баллонов-хранителей 10 и 12 газов использовались стандартные баллоны (V=40 л, Р=150-200 атм), а в качестве газовой смеси воздух.

Объем дыхательного мешка для 10 человек (10 модулей индивидуального дыхания) при расходе газовой среды Vr= 8 л для дыхания 1 человека будет составлять 80 л: V=n˙Vr=10˙8=80 (л).

При этом система обеспечивает жизнедеятельность 10 человек в течение 12-18 ч при средней скорости выделения одним человеком 20-23 л СО₂/ч.

Таким образом, предлагаемая система по своим техническим параметрам в 1,5-2 раза превышает существующие аварийные устройства, обладает высокой надежностью и безопасностью при эксплуатации и обеспечивает пребывание группы людей в загазованном герметичном помещении как при нормальном, так и при повышенном (до 6 кгс/см²) давлении. Достоверность достижения цели подтверждается простотой конструкции системы и возможностью ее реализации с использованием существующего комплектующего оборудования с высокой надежностью.

Система по состоянию на 1992 год находится на стадии разработки макетного образца.

Формула изобретения

1. ИЗОЛИРУЮЩАЯ ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая дыхательный мешок с клапаном избыточного давления и легочным автоматом, трубопровод, баллоны-хранители кислорода и газовой смеси с трубопроводами, модуль индивидуального дыхания, состоящий из полумаски, клапанной коробки, трубок вдоха и выдоха, поглотительного патрона, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена побудителем расхода, фильтром-кассетой для удаления вредных веществ и газораспределителем, при этом дыхательный мешок соединен трубопроводом с побудителем расхода, фильтром-кассетой для удаления вредных веществ и газораспределителем в рециркуляционный контур, а также система снабжена автоматическим газоанализатором кислорода с первичным преобразователем, расположенным в дыхательном мешке, причем первичный преобразователь связан через автоматический регулятор с электромагнитным клапаном подачи кислорода.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод подачи кислорода и газовой смеси подключен к рециркуляционному контуру после фильтры-кассеты для удаления вредных веществ перед газораспределителем.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что индивидуальный дыхательных модуль подключен к дыхательному мешку и снабжен бактериальным фильтром.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дыхательный мешок выполнен эластичным, а его объем V рассчитывается по формуле V n · V_r где n число модулей индивидуального дыхания;
V_r объем газовой среды для дыхания одного человека.