RU2562033C2

RU2562033C2 - Personal breathing apparatus

Info

Publication number: RU2562033C2
Application number: RU2013125904/12A
Authority: RU
Inventors: Юрий Федорович Копытов; Сергей Владимирович Гудков; Сергей Борисович Путин; Леонид Эдуардович Козадаев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита")
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2015-09-10
Also published as: RU2013125904A

Abstract

FIELD: rescue facilities.

SUBSTANCE: invention relates to the field of rescue equipment, namely to personal respiratory protective equipment using chemical products. The personal breathing apparatus comprises a front part, the inhalation and exhalation valves, a cartridge with a regenerative product, a breathing bag, a filter cartridge, a device for controlling the operation of the apparatus. According to the invention, the filter cartridge connected to the outside through the check valve comprises a catalyst of deep oxidation of harmful gas impurities and is also connected to the breathing bag, on one side, and a valve of discharge of the mixture exhaled, on the other side, through the device for automatic controlling the operation of the apparatus.

EFFECT: increased time of protective action of the apparatus and/or reduction of the overall weight of the consumable regenerative product in the breathing apparatus.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области спасательной техники, а именно к средствам индивидуальной защиты органов дыхания, использующим химические продукты.The invention relates to the field of rescue equipment, and in particular to personal respiratory protection equipment using chemical products.

Основная проблема индивидуальных дыхательных аппаратов (респираторов) состоит в требовании минимальной массы (менее 8 кг) и большого времени защитного действия (более 4 часов). Требование минимальной массы дыхательного аппарата может быть не столь жесткое в отношении самоспасателей с малым временем работы (15-30 мин), приобретает особое значение и актуальность в отношении индивидуальных средств защиты с большим временем защитного действия (4-6 часов) в условиях тяжелой работы человека (респираторы для горноспасателей).The main problem of individual breathing apparatus (respirators) is the requirement of a minimum weight (less than 8 kg) and a long protective effect (more than 4 hours). The requirement for a minimum mass of the breathing apparatus may not be so stringent in relation to self-rescuers with a short working time (15-30 minutes), it acquires special significance and relevance in relation to personal protective equipment with a long protective action (4-6 hours) in conditions of hard work of a person (respirators for mine rescuers).

В настоящее время для защиты органов дыхания в зараженной атмосфере угольных шахт применяются аппараты изолирующего типа. Основная причина большой массы аппаратов изолирующего типа состоит в необходимости применения расходуемого регенеративного продукта. Время защитного действия такого аппарата прямо пропорционально массе регенеративного продукта.Currently, insulating apparatuses are used to protect respiratory organs in the infected atmosphere of coal mines. The main reason for the large mass of devices of the insulating type is the need to use a consumable regenerative product. The protective action time of such an apparatus is directly proportional to the mass of the regenerative product.

Вопросы дыхания в горноспасательном деле на сегодня решают в стране респиратор P-30 и респиратор PX-90.Respiratory issues in mining and rescue today are solved in the country by a P-30 respirator and a PX-90 respirator.

Известен регенеративный респиратор P-30 для горноспасателей (Диденко Н.С., Регенеративные респираторы для горноспасательных работ. М.: «Недра», 1984 г., с.156, Респиратор P-30). Респиратор включает патрон с поглотителем углекислого газа на основе гидроокиси кальция (продукт ХПИ). баллон с кислородом, дыхательный мешок и маску с клапанами вдоха и выдоха. Поглотитель работает по механизму хемосорбции в твердой фазе. Основным достоинством этого дыхательного аппарата является относительная простота его схемы.Known regenerative respirator P-30 for mine rescuers (Didenko NS, Regenerative respirators for mine rescue. M .: "Nedra", 1984, p.156, Respirator P-30). The respirator includes a cartridge with a carbon dioxide absorber based on calcium hydroxide (a KhPI product). oxygen cylinder, breathing bag and mask with inhalation and exhalation valves. The absorber works by the mechanism of chemisorption in the solid phase. The main advantage of this breathing apparatus is the relative simplicity of its circuit.

Однако респиратор имеет большую массу (11,5 кг), связанную с большой массой и объемом расходуемых продуктов. Другие недостатки этих аппаратов - сложная в изготовлении и настройке кислородподающая система, включающая большое число узлов и деталей, а также обязательное наличие компрессорного оборудования для заполнения баллонов сжатым кислородом, в том числе для компенсации утечек кислорода при хранении.However, the respirator has a large mass (11.5 kg) associated with the large mass and volume of consumable products. Other disadvantages of these devices are the oxygen supply system, which is difficult to manufacture and configure, including a large number of units and parts, as well as the mandatory availability of compressor equipment for filling cylinders with compressed oxygen, including to compensate for oxygen leaks during storage.

Известен регенеративный респиратор PX-90 на химически связанном кислороде (патент РФ №2119366 МПК A62B 7/08, 1997 г.). Этот аппарат содержит маску с фильтром, дыхательный мешок, патрон с регенеративным продуктом на основе надпероксида калия и патрубок, соединяющий маску с патроном.Known regenerative respirator PX-90 chemically bound oxygen (RF patent No. 2119366 IPC A62B 7/08, 1997). This apparatus contains a mask with a filter, a breathing bag, a cartridge with a regenerative product based on potassium superoxide and a pipe connecting the mask to the cartridge.

К недостаткам этого аппарата (12 кг) относятся также относительно большая масса (6,3 кг на 4 часа работы) и большой объем переснаряжаемой части аппарата. Требуется наличие пускового брикета для запуска аппарата в работу. Кроме того, в респираторе PX-90 непосредственно регулировать потребление кислорода невозможно. Выход кислорода и коэффициент дыхания запрограммированы составом хемосорбента. Респиратор PX-90 не допускает перерывов в работе.The disadvantages of this apparatus (12 kg) also include a relatively large mass (6.3 kg for 4 hours of operation) and a large volume of the reloadable part of the apparatus. Requires the presence of a starting briquette to start the device into operation. In addition, it is not possible to directly control oxygen consumption in the PX-90 respirator. The oxygen output and respiratory rate are programmed by the composition of the chemisorbent. The PX-90 respirator does not allow interruptions in work.

Этот изолирующий дыхательный аппарат наиболее близок по технической сущности к предлагаемому и потому выбран в качестве прототипа.This isolating breathing apparatus is the closest in technical essence to the proposed one and is therefore selected as a prototype.

Задачей изобретения является увеличение времени защитного действия аппарата и/или снижение общей массы расходуемого регенеративного продукта в дыхательном аппарате.The objective of the invention is to increase the time of the protective action of the apparatus and / or reduce the total mass of the spent regenerative product in the breathing apparatus.

Задача решается применением дыхательного аппарата, содержащего патрон с регенеративным продуктом, отличающегося тем, что он дополнительно содержит фильтрующий патрон с катализатором глубокого окисления вредных газовых примесей и устройство автоматического управления работой аппарата.The problem is solved by the use of a breathing apparatus containing a cartridge with a regenerative product, characterized in that it further comprises a filter cartridge with a catalyst for the deep oxidation of harmful gas impurities and a device for automatically controlling the operation of the device.

На практике не всегда степень заражения воздуха требует полной изоляции от среды. Допустимо, по крайней мере, для части воздуха производить его очистку фильтрацией. В качестве горючих вредных примесей окружающая среда после пожара в угольных шахтах и карьерах содержит окись углерода, не полностью окисленные соединения азота, серы, метан и соединения органического происхождения. Не всегда, но часто зараженный воздух может быть очищен пропусканием его через каталитический фильтр для глубокого доокисления с последующим поглощением газовых окислов регенеративным продуктом щелочного характера (например, надпероксидом калия или натрия). Основное достоинство каталитического фильтра состоит в том, что он не содержит расходуемой массы продукта и таким образом его работа не связана напрямую со временем защитного действия. В качестве основы каталитического фильтра, как правило, используются окислы палладия или платины.In practice, the degree of air contamination does not always require complete isolation from the environment. It is permissible, at least for part of the air, to purify it by filtration. As a combustible impurity, the environment after a fire in coal mines and quarries contains carbon monoxide, not fully oxidized compounds of nitrogen, sulfur, methane and compounds of organic origin. Not always, but often contaminated air can be cleaned by passing it through a catalytic filter for deep oxidation, followed by absorption of gas oxides by an alkaline regenerative product (for example, potassium or sodium superoxide). The main advantage of the catalytic filter is that it does not contain a consumable mass of the product and thus its operation is not directly related to the time of the protective action. As a basis of the catalytic filter, as a rule, oxides of palladium or platinum are used.

Человек (горноспасатель), сознательно вступающий в опасную зону, всегда имеет некоторое определенное (если не самое точное) представление о состоянии атмосферы зоны (степени ее зараженности). В соответствии с этим представлением он, таким образом, заранее комплектует свой аппарат из соответствующих блоков.A person (rescuer) who consciously enters the danger zone always has some definite (if not the most accurate) idea of the state of the atmosphere of the zone (the degree of its infection). In accordance with this view, he, therefore, pre-packs his device from the corresponding blocks.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый дыхательный аппарат в зависимости от степени загрязненности атмосферы работает в режиме фильтрации, режиме изоляции или в смешанном режиме (первый отличительный признак), естественно, что смена режимов работы аппарата по необходимости происходит автоматически (второй отличительный признак). В совокупности перечисленных выше отличительных признаков выражается сущность изобретения.The essence of the invention lies in the fact that the proposed breathing apparatus, depending on the degree of pollution of the atmosphere, operates in filtration mode, isolation mode or in mixed mode (the first distinguishing feature), it is natural that the change of the operating modes of the apparatus occurs automatically if necessary (second distinguishing feature). In the totality of the above distinguishing features, the essence of the invention is expressed.

Использование такого аппарата позволяет значительно увеличить его время защитного действия или при необходимости уменьшить массу используемого регенеративного продукта и, как следствие, массу всего аппарата.The use of such an apparatus allows one to significantly increase its protective action time or, if necessary, reduce the mass of the regenerative product used and, as a result, the mass of the entire apparatus.

На практике становится крайне важным иметь объем предварительной информации и последующий мониторинг состояния атмосферы опасной зоны, так как приходится осуществлять индивидуальную сборку гибридного респиратора для конкретной ситуации. Аналогично тому, как наложенная смазка лыж аккумулирует информацию о погоде и качестве снега, так индивидуальная сборка гибридного респиратора перед входом должна аккумулировать имеющуюся информацию о состоянии атмосферы опасной зоны. В результате мы оптимизируем работу изделия в отношении времени защитного действия.In practice, it becomes extremely important to have a volume of preliminary information and subsequent monitoring of the atmosphere in the hazardous area, since it is necessary to individually assemble a hybrid respirator for a specific situation. Just as the applied ski grease accumulates weather and snow quality information, the individual assembly of the hybrid respirator in front of the entrance should accumulate the available information about the atmosphere in the hazardous area. As a result, we optimize the operation of the product in relation to the time of protective action.

Общая схема дыхательного аппарата показана на чертеже (фиг.1).The general scheme of the breathing apparatus is shown in the drawing (Fig. 1).

Аппарат включает изолирующую и фильтрующую части. Изолирующая часть аппарата содержит патрон 1 с регенеративным продуктом и дыхательный мешок 2. Фильтрующая часть аппарата содержит патрон 3 с катализатором 4 и регенеративным продуктом 5, а также регулятор 6 сброса выдыхаемого воздуха. В процессе работы величина сброса выдоха автоматически регулируется устройством управления работой аппарата. Лицевая часть аппарата 7 с клапанной коробкой объединяет изолирующую и фильтрующую части. Обратные клапаны 8 и 9 определяют направление воздушного потока при работе аппарата в режиме изоляции, а обратные клапаны 8, 10 и 11 определяют направление воздушного потока при работе в режиме фильтрации.The apparatus includes an insulating and filtering part. The insulating part of the apparatus contains a cartridge 1 with a regenerative product and a breathing bag 2. The filtering part of the apparatus contains a cartridge 3 with a catalyst 4 and a regenerative product 5, as well as an exhaled air release regulator 6. During operation, the amount of expiration is automatically adjusted by the device control device. The front part of the apparatus 7 with the valve box combines the insulating and filtering parts. Non-return valves 8 and 9 determine the direction of the air flow during operation of the apparatus in isolation mode, and non-return valves 8, 10 and 11 determine the direction of the air flow during operation in filtration mode.

Дыхательный аппарат работает следующим образом.The breathing apparatus operates as follows.

При запуске в работу винтовой регулятор 6 сброса выдоха открыт полностью. При вдохе воздух среды через обратный клапан 11 поступает в патрон 3 на слой катализатора 4. При наличии в воздухе вредных примесей на катализаторе 4 происходит их полное окисление до окислов и воды. Затем эти окислы, в том числе и углекислый газ, поглощаются слоем регенеративного продукта 5 и очищенный воздух поступает в дыхательный мешок 2 и далее через обратный клапан 8 в лицевую часть 7 на дыхание. При выдохе воздух сбрасывается во внешнюю среду через обратный клапан 10 и регулятор сброса 6. Содержание в воздухе вредных примесей незначительно (однако требующее включения человека в аппарат) и расход регенеративного продукта относительно мал. Таким образом, дыхательный аппарат работает в режиме фильтрации. В режиме полной изоляции воздух при выдохе проходит через клапан 9 и наполняет дыхательный мешок 2. При вдохе воздух из дыхательного мешка поступает через клапан 8. При работе аппарата в смешанном режиме сбрасывается только часть выдыхаемого воздуха, другая его часть поступает через клапан 9 на регенеративный патрон 1 в дыхательный мешок 2. Уменьшение общей массы регенеративного продукта осуществляется за счет уменьшения массы продукта в патроне 1.When you start the work of the screw regulator 6 reset the expiration is fully open. When inhaling, the air of the medium through the check valve 11 enters the cartridge 3 on the catalyst layer 4. If there are harmful impurities in the air on the catalyst 4, they are completely oxidized to oxides and water. Then these oxides, including carbon dioxide, are absorbed by the layer of regenerative product 5 and the purified air enters the breathing bag 2 and then through the check valve 8 into the front part 7 for breathing. When exhaling, air is discharged into the external environment through a check valve 10 and a discharge regulator 6. The content of harmful impurities in the air is negligible (however, requiring the inclusion of a person in the apparatus) and the consumption of the regenerative product is relatively small. Thus, the breathing apparatus operates in filtering mode. In full isolation mode, when exhaling, air passes through valve 9 and fills the breathing bag 2. When inhaling, air from the breathing bag enters through valve 8. When the device is in mixed mode, only part of the exhaled air is discharged, the other part enters through the valve 9 to the regenerative cartridge 1 in the breathing bag 2. The decrease in the total mass of the regenerative product is carried out by reducing the mass of the product in the cartridge 1.

В случае высокого содержания в воздухе вредных примесей реакция окисления и поглощения идет с повышенным тепловыделением, приводящим в действие устройство автоматического управления работой аппарата.In the case of a high content of harmful impurities in the air, the oxidation and absorption reaction proceeds with increased heat generation, which drives the device to automatically control the operation of the device.

На чертеже (фиг.2) показана схема устройства автоматического управления работой аппарата. Направление сброса выдыхаемого воздуха показано стрелкой 1. Величина сброса регулируется движением запирающей части 2 устройства. В патроне 3 фильтрующей части аппарата размещена ампула 4 с жидкостью. Меньшая часть этой жидкости находится в изменяемом (гофрированном) объеме 5. Объемы соединены трубкой 6. Винтовой регулятор 7 служит для дополнительного периодического регулирования сброса по ходу работы аппарата. Ампула 4 выполнена из жесткого материала (металла), а изменяемый объем 5 выполнен из эластичного гофрированного материала, обеспечивающего изменение длины и запирающее действие в процессе работы.In the drawing (figure 2) shows a diagram of a device for automatically controlling the operation of the apparatus. The direction of discharge of exhaled air is shown by arrow 1. The amount of discharge is regulated by the movement of the locking part 2 of the device. In the cartridge 3 of the filtering part of the apparatus is placed an ampoule 4 with a liquid. A smaller part of this fluid is in a variable (corrugated) volume 5. The volumes are connected by a tube 6. The screw regulator 7 serves for additional periodic regulation of the discharge during operation of the apparatus. The ampoule 4 is made of hard material (metal), and the variable volume 5 is made of elastic corrugated material, providing a change in length and a locking effect during operation.

Суть действия устройства (фиг.2) состоит в объемном расширении жидкости с температурой и последующем преобразовании этого расширения в увеличение длины изменяемого гофрированного объема, выполненного из гибкого материала. В качестве жидкости используется толуол (возможно применение воды или глицерина). Коэффициент объемного расширения толуола составляет 10,8·10^-4 К^-1 _. The essence of the device (Fig.2) is the volume expansion of the liquid with temperature and the subsequent conversion of this expansion into an increase in the length of the variable corrugated volume made of flexible material. Toluene is used as a liquid (water or glycerol may be used). The volume expansion coefficient of toluene is 10.8 · 10 ^-4 K ^-1 _.

Устройство автоматического управления работой аппарата работает следующим образом. С повышением температуры (большое содержание горючих примесей) в патроне 3 происходит нагрев и расширение жидкости в ампуле 4. Поскольку объем ампулы ограничен ее жесткостью, создаваемое давление в ампуле 4 передается через трубку 6 на изменяемый объем 5. В результате гофрированный объем увеличивается в длине и с помощью запора 2 уменьшает площадь проходного сечения выхода газа. В этом случае часть выдыхаемого воздуха перетекает через обратный клапан 9 (фиг.1). Работа аппарата в этом случае происходит в смешанном режиме. При сильном разогреве фильтрующего патрона 3 и ампулы 4 происходит полное закрытие выхода и работа аппарата автоматически переходит в режим полной изоляции.The automatic control device operation is as follows. With increasing temperature (a large content of combustible impurities) in the cartridge 3, the fluid heats up and expands in the ampoule 4. Since the volume of the ampoule is limited by its stiffness, the pressure created in the ampoule 4 is transmitted through the tube 6 to a variable volume 5. As a result, the corrugated volume increases in length and with the help of constipation 2 reduces the area of the gas outlet cross section. In this case, part of the exhaled air flows through the check valve 9 (figure 1). The operation of the device in this case occurs in mixed mode. With a strong heating of the filter cartridge 3 and ampoule 4, the output is completely closed and the device automatically switches to full isolation mode.

Практически большую часть времени дыхательный аппарат работает в смешанном режиме или режиме фильтрации, когда расход регенеративного продукта резко уменьшен. Таким образом, как следствие, значительно увеличивается общее время защитного действия.Almost the majority of the time, the breathing apparatus operates in a mixed mode or a filtration mode, when the flow rate of the regenerative product is sharply reduced. Thus, as a result, the total time of the protective action is significantly increased.

Специальное пусковое устройство для приведения (запуска) аппарата в действие не требуется, так как человек вступает в зараженную (рабочую) зону уже подготовленным (включенным в работу аппарата).A special starting device for bringing the device into operation is not required, since a person enters the infected (working) zone already prepared (included in the device).

Таким образом, решаются все поставленные выше задачи.Thus, all the above tasks are solved.

Работоспособность дыхательного аппарата и устройства автоматического управления работой аппарата доказана экспериментально.The performance of the breathing apparatus and the device for automatically controlling the operation of the apparatus is proved experimentally.

Claims

An individual breathing apparatus containing a front part, inspiratory and expiratory valves, a cartridge with a regenerative product, a breathing bag, a filter cartridge, a device for controlling the operation of the device, characterized in that the filter cartridge connected to the external environment through a non-return valve contains a catalyst for the deep oxidation of harmful gas impurities and is also connected to the breathing bag, on the one hand, and the valve for releasing the exhaled mixture, on the other hand, through the device for automatically controlling the operation of the apparatus.