Холодильник для средств 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. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности охлаждения дыхательной газовой смеси и ее влагосодержания путем непосредственного тепло- и влагообмена между смесью и охлаждающим элементом. Холодильник для средств индивидуальной защиты органов дыхания, работающих преимущественно на химически связанном кислороде, содержит корпус с патрубками 9, 10 для подвода и отвода дыхательной газовой смеси и охлаждающий элемент. Сущность полезной модели заключается в том, что охлаждающий элемент установлен между указанными патрубками и выполнен проницаемым для газовой смеси, при этом он изготовлен из гранул неорганических соединений, насыщенных водой. Охлаждающий элемент может быть изготовлен из силикагеля марки КСК-2 или КСК-2,5. Конструкция холодильника может иметь значительно меньшие габариты и массу, чем при традиционном исполнении.
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.
В последние годы во многих странах в качестве источника кислорода в изолирующих самоспасателях и респираторах используют регенеративные патроны на основе надпероксида калия, сформированного в виде гранул, таблеток или блоков. Такие патроны сочетают в себе положительные свойства - выделяют кислород и поглощают диоксид углерода, но обладают рядом недостатков, основными из которых являются большое тепловыделение при реакции регенерации и сушка дыхательных путей вследствие низкой относительной влажности (до 0%) обогащенной дыхательной смеси, т.к. вода участвует в реакции выделения кислорода. Основным способом снижения температуры дыхательной смеси при этом является теплообмен между металлическими стенками каналов движения смеси в самоспасателе (респираторе) и окружающей средой (Капелюшников Г.И., Колосюк В.П., Боброва Л.С. Приборы и защитные средства по технике безопасности. - М.: Недра, 1991. - С.183-186). За счет теплообмена с окружающей средой возможно снизить температуру дыхательной газовой среды на вдохе до 45-55°С при нормальном режиме работы, однако при тяжелых режимах температура может подниматься до 70-80°С, что может привести к перегреву организма и ожогу легких.
Известен респиратор РЗО для защиты органов дыхания человека от воздействия непригодной для дыхания атмосферы при выполнении горноспасательных работ в шахтах, являющийся регенеративным дыхательным прибором с комбинированной подачей в дыхательную систему
кислорода. 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 (Аппараты, приборы и оборудование горноспасательной службы / Каталог: ЦНИЭИуголь. - М., 1981. - С.6-9). Холодильник установлен в линии вдоха, имеет цилиндрическую форму и изготовлен из нержавеющей стали. Входной патрубок холодильника соединен с дыхательным мешком и легочным автоматом, а выходной патрубок соединен со шлангом вдоха. При работе в условиях нормальной температуры окружающей среды дыхательная смесь проходит через холодильник и за счет теплообмена с окружающей средой через стенки холодильника температура вдыхаемого воздуха снижается на 1°С. При повышенной температуре окружающей среды в холодильник устанавливают охлаждающий элемент - помещенный в металлическую обойму брикет водяного или углекислотного льда. При массе брикета 800 г охлаждающее действие холодильника составляет два часа, а максимальный охлаждающий эффект составляет +8°С.
К недостаткам известного холодильного устройства следует отнести:
невозможность использования его в приборах, работающих на химически связанном кислороде, где относительная влажность дыхательной смеси может достигать 0%;
большая масса охлаждающего элемента;
низкая эффективность теплообмена через стенки холодильника или обоймы с брикетом льда.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности охлаждения дыхательной газовой смеси и ее относительной влажности путем непосредственного тепло- и влагообмена между дыхательной смесью и охлаждающим элементом.
Холодильник для средств индивидуальной защиты предназначен в основном для использования в приборах, работающих на химически связанном кислороде, а также может использоваться при необходимости и в приборах с комбинированной подачей в дыхательную систему кислорода. Холодильник встраивают в дыхательный шланг, и он содержит корпус с патрубками подвода и отвода дыхательной газовой смеси, в котором размещен охлаждающий элемент.
Отличием является то, что охлаждающий элемент помещен между патрубками подвода и отвода дыхательной газовой смеси, обогащенной кислородом, и выполнен проницаемым для газовой смеси, при этом он выполнен из гранул неорганических соединений, насыщенных водой.
Отличием является также то, что в качестве охлаждающего элемента используют гранулы, изготовленные из силикагеля марок КСК-2 или КСК-2,5.
Работа предложенного устройства основана на поглощении тепла и повышении влажности дыхательной газовой смеси при непосредственном контакте смеси с гранулами за счет испарения из них воды. Вода в гранулах может находиться в адсорбированном состоянии, в капиллярах гранул, в виде кристаллогидратов и т.д., т.е. связь воды с гранулами должна быть непрочной и нарушаться при изменении относительной влажности окружающей среды. Гранулы могут быть изготовлены из таких неорганических соединений, как цеолит, силикагель, окислы металлов и др.
Расчеты показывают, что для охлаждения 1000 л кислорода на 10°С и его увлажнения достаточно патрона объемом 5 см3 с 3,9 г силикагеля марки КСК-2, в котором находится при относительной влажности 100% 4,6 г адсорбированной воды.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена принципиальная схема респиратора с предлагаемым холодильником, а на фиг.2 - общий вид холодильника.
Респиратор содержит шланги вдоха 1 и выдоха 2 с соединительной коробкой 3. Через тройник 4 шланг выдоха соединен с патронами 5 и 6, наполненные кислородосодержащим продуктом, например надпероксидом калия, который очищает выдыхаемую смесь от СО 2 и одновременно обогащает ее кислородом. Патроны 5 и б соединены с дыхательным мешком 7. Холодильник 8 встроен в линию вдоха и его корпус соединен через патрубок 9 подвода дыхательной смеси с дыхательным мешком 7, а через патрубок 10 отвода дыхательной смеси - со шлангом вдоха 1. В корпусе холодильника между указанными патрубками с помощью ограничительных решеток 11 помещен охлаждающий элемент из гранул 12 неорганических соединений, насыщенных водой.
В качестве охлаждающего элемента могут быть использованы гранулы силикагеля марок КСК-2 или КСК-2,5, насыщенные водой при относительной влажности 100%.
Гранулы силикагеля могут содержать до 119% адсорбированной воды от веса гранул, т.е. при весе гранул 3,9 г они могут содержать 4,6 г воды. В нерабочем состоянии для ограничения контакта силикагеля с окружающей средой торцы холодильника должны быть закрыты герметичными крышками 13.
Ниже описан принцип действия респиратора. При приведении в действие тяги (не показана) включается пусковое устройство 14 и удаляются герметичные крышки с холодильника 8. Из брикета пускового устройства выделяется кислород, который заполняет дыхательный мешок 7 и обеспечивает дыхание человека в период разработки патронов 5 и 6 с кислородосодержащим продуктом (2 мин). Выдыхаемая смесь по шлангу выдоха 2 и тройнику 4 поступает в патроны 5 и 6, где происходит химическая реакция между СО2 и водой, содержащимися в выдыхаемой смеси, и надпероксидом калия, в результате чего выделяется кислород, который обогащает дыхательную газовую смесь, при этом содержание влаги в ней резко уменьшается, а температура повышается. При вдохе обогащенная кислородом, теплая и «сухая» газовая смесь поступает из дыхательного мешка 7 через патрубок 9 в холодильник 8 и
проходит через слой насыщенных водой гранул 12 силикагеля. За счет непосредственного контакта смеси с гранулами происходит испарение адсорбированной в них воды, при этом влажность газовой смеси увеличивается, а температура снижается. Расчеты показывают, что эффективность охлаждения составляет более 10°С, а относительная влажность достигает 100%. Дыхательная газовая смесь с такими параметрами через патрубок 10 поступает из холодильника 8 в шланг вдоха 1 и далее в дыхательные пути.
В приборах защиты органов дыхания с маятниковой схемой дыхания, например в шахтных самоспасателях типа ШСС-Т, газовая смесь проходит через холодильник как при выдохе, так и при вдохе, при этом при выдохе происходит дополнительное насыщение силикагеля влагой, содержащейся в выдыхаемой смеси. В этом случае срок охлаждающего действия холодильника и влагосодержание дыхательной смеси увеличиваются.
Конструкция холодильника позволяет повысить эффективность охлаждения и увлажнение дыхательной газовой смеси за счет непосредственного тепло- и влагообмена ее с охлаждающим агентом.
Кроме того, холодильник может иметь значительно меньшие габариты и массу, чем при традиционном исполнении.
1. Холодильник для средств индивидуальной защиты органов дыхания, работающих преимущественно на химически связанном кислороде, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода газовой смеси, в котором размещен охлаждающий элемент, отличающийся тем, что охлаждающий элемент помещен между патрубками подвода и отвода газовой смеси, обогащенной кислородом, и выполнен проницаемым для газовой смеси, при этом он изготовлен из гранул неорганических соединений, насыщенных водой.
2. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающего элемента используют гранулы, изготовленные из силикагеля марки КСК-2 или КСК-2,5.
