Тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата

Реферат: Тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата включає порожнистий корпус з патрубками приєднання лицевої частини та регенеративного патрона дихального апарата, пакет із газопроникного теплоємкого матеріалу, розміщений у порожнині корпуса між зазначеними патрубками. Пакет із газопроникного теплоємкого матеріалу виконаний із множини металевих сіток, які встановлені уздовж подовжньої осі корпусу з можливістю розділення порожнини корпусу на дві камери, одна з яких сполучена з патрубком лицевої частини, а друга з патрубком регенеративного патрона дихального апарата. UA 78608 U (12) UA 78608 U UA 78608 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв захисту органів дихання, зокрема до складових частин ізолюючих саморятувальників із хімічно зв'язаним киснем, які застосовують у гірничодобувній, хімічній та інших галузях промисловості для екстреного короткочасного захисту органів дихання в аварійних ситуаціях, пов'язаних з утворенням непридатного для дихання середовища. В процесі регенерації газоповітряної суміші в регенеративному патроні ізолюючого дихального апарата протікають екзотермічні реакції з виділенням значної кількості тепла. В результаті газоповітряна суміш, що надходить з регенеративного патрона до органів дихання людини має підвищену температуру та зневоднена. Гаряча, зневоднена газоповітряна суміш вносить додаткове стресове навантаження на користувача, що знаходиться в аварійній ситуації, і може призвести до виключення користувача з апарата. Для зниження температури газоповітряної суміші, що надходить до органів дихання, використовують тепловологообмінні пристрої, які встановлюють в лінії подачі газоповітряної суміші від регенеративного патрона до органів дихання людини. Як правило такі пристрої виконані в вигляді порожнистого корпусу з патрубками, в якому розміщено тепловологообмінний пакет. До патрубків підключаються лицева частина та регенеративний патрон дихального апарата. Під час дихання в тепловологообмінному пакеті відбувається охолодження та зволоження газоповітряної суміші, що вдихається. Прикладом (аналогом) таких пристроїв є тепловологообмінний пристрій дихального апарата з хімічно зв'язаним киснем, що відомий за авторським свідоцтвом СРСР № 1342514, МПК А62В9/00, А62В7/08, дата подання заявки 26.11.1984. Тепловологообмінний пристрій дихального апарата на хімічно зв'язаному кисні включає циліндричний корпус, патрубок для подачі вологого повітря, що видихається, патрубок для подачі сухого нагрітого регенерованого повітря і тепловологообмінний пакет, який складається з гідрофільних і гідрофобних шайб і встановлений в корпусі між повітророзподільними решітками, що підтискають зазначені шайби. Гідрофільні шайби виконані у вигляді плетених сіток з волокнистого матеріалу, імпрегнованого гігроскопічною речовиною (осушувачем), за яку можуть бути використані гігроскопічні солі, що утворюють при поглинанні водяної пари кристалогідрати, наприклад хлористий кальцій. Гідрофобні шайби виконані з нетканого об'ємного полотна. Повітророзподільні решітки виконані перфорованими і закріплені в корпусі на відстані одна від одної меншій, ніж висота пакета у вільному стані. Робота тепловологообмінного пристрою полягає в наступному. Газоповітряна суміш, що видихається, проходячи при видиху через пакет підсушується за рахунок сорбції вологи гігроскопічною речовиною шайб. У регенеративному патроні проходять екзотермічні реакції. З патрона у тепловологообмінний пристрій повітря надходить сухим і нагрітим до 70-90 °C. Проходячи через пакет у зворотному напрямі, газоповітряна суміш, що вдихається, зволожується та охолоджується за рахунок витрат частини тепла на випаровування вологи з шайб. Частина тепла витрачається на нагрівання пакета і корпусу, який випромінює тепло в навколишній простір. Загальними ознаками аналога та рішення, що заявляється, є: тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата, що включає порожнистий корпус з патрубками приєднання лицевої частини та регенеративного патрона дихального апарата, тепловологообмінний пакет із газопроникного матеріалу, що розміщений у порожнині корпуса між зазначеними патрубками. Використання в пакеті множини шайб, що виготовлені у вигляді плетених сіток з волокнистого матеріалу та з нетканого об'ємного полотна обмежує можливості зниження опору дихання, що пояснюється характеристиками повітропроникності зазначених матеріалів. Крім того, низька теплоємність та теплопровідність шайб пакета знижує ефективність теплообмінного процесу в пакеті. Зазначених недоліків позбавлені тепловологообмінні пристрої дихальнх апаратів, в яких тепловологообмінні пакети виконані на основі металевих сіток, для яких характерні високі показники теплоємності, теплопровідності та повітропроникності. Як прототип вибрано тепловологообмінний пристрій дихального апарата з хімічно зв'язаним киснем, що відомий за патентом України на корисну модель № 16554, МПК А62В9/00, А62В7/08, дата подання заявки 16.02.2006. Тепловологообмінний пристрій включає порожнистий циліндричний корпус з патрубком для приєднання до регенеративного патрона та патрубком для приєднання до лицевої частини (загубника), перегородки, що відокремлюють зазначені патрубки від порожнини корпусу, а також 1 UA 78608 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 тампон (пакет), що розміщений в корпусі між зазначеними перегородками. Перегородки виконані у вигляді неплоских елементів з дротяних тканих сіток. Тампон може бути виконаний із дротяної об'ємної плетеної сітки. Тампон, вставлений у корпус, за рахунок своєї пружності щільно прилягає до внутрішньої поверхні корпуса та до зазначених перегородок. Тепловологообмінний пристрій працює наступним чином. При видиху газоповітряна суміш, що видихається, проходить через тампон, охолоджуючи та зволожуючи його. При вдиху нагріта та зневоднена в регенеративному патроні газоповітряна суміш, що вдихається, проходить через тампон у зворотному напрямку. При цьому газоповітряна суміш охолоджується та зволожується, витрачаючи тепло на нагрів тампону та на випаровування вологи. Загальними ознаками прототипу та рішення, що заявляється, є: тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата, що включає порожнистий корпус з патрубками приєднання лицевої частини та регенеративного патрона дихального апарата, пакет із газопроникного теплоємкого матеріалу, що розміщений у порожнині корпуса між зазначеними патрубками. Виконання пакета в вигляді дротяної об'ємної плетеної сітки, що заповнює всю порожнину корпуса та відокремлена від патрубків перегородками із металевої сітки має наступні недоліки. Газоповітряна суміш при такому виконанні проходить від одного патрубка до другого в основному через центральну зону об'ємної плетеної сітки. Наслідком такої особливості газодинаміки в корпусі є те, що периферійні ділянки об'ємної плетеної сітки практично не задіяні в процесі тепловологообміну ("мертві" зони), що знижує ефективність тепловологообміну. А це викликає необхідність збільшення об'єму плетеної сітки для забезпечення експлуатаційних характеристик пристрою, що, в свою чергу, збільшує опір диханню, погіршує масогабаритні показники пристрою. В основу корисної моделі поставлена задача поліпшення експлуатаційних характеристик тепловологообмінного пристрою ізолюючого дихального апарата за рахунок підвищення ефективності тепловологообміну та зниження опору диханню. Поставлена задача вирішується тим, що в тепловологообмінному пристрої ізолюючого дихального апарата, що включає порожнистий корпус з патрубками приєднання лицевої частини та регенеративного патрона дихального апарата, пакет із газопроникного теплоємкого матеріалу, що розміщений у порожнині корпуса між зазначеними патрубками, відповідно до корисної моделі, пакет із газопроникного теплоємкого матеріалу виконаний із множини металевих сіток, які встановлені уздовж подовжньої осі корпусу з можливістю розділення порожнини корпусу на дві камери, одна з яких сполучена з патрубком лицевої частини, а друга з патрубком регенеративного патрона дихального апарата. Зазначені ознаки являються суттєвими ознаками корисної моделі. Доцільно, але не обов'язково: - корпус виконати у вигляді циліндричного стакана, стінки якого виконано з місцевими стовщеннями у вигляді двох протилежних сегментів, на яких виконати подовжні відносно осі стакана протилежні пази, а металеві сітки встановити в зазначених пазах; - місцеві стовщення стінки стакана в вигляді протилежних сегментів виконати так, щоб вісь симетрії протилежних сегментів стала бісектрисою кута між центральними осями патрубків; - крайні металеві сітки вигнути в бік відповідних камер порожнини корпусу, а середні металеві сітки виконати плоскими; - металеві сітки виготовити із міді або сплавів міді з високою теплопровідністю та теплоємністю; - патрубки розташувати під кутом 115-125° між їх центральними осями і виконати овальними в поперечному перерізі з орієнтацією більших осей овалів паралельно подовжній осі корпусу. Суттєві ознаки корисної моделі знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з результатом, що досягається. Так відмітні ознаки корисної моделі (пакет із газопроникного теплоємкого матеріалу виконаний із множини металевих сіток, які встановлені уздовж подовжньої осі корпусу з можливістю розділення порожнини корпусу на дві камери, одна з яких сполучена з патрубком лицевої частини, а друга - з патрубком регенеративного патрона дихального апарата) в сукупності з суттєвими ознаками, спільними з прототипом, забезпечують підвищення ефективності тепловологообміну та зниження опору диханню. Пояснюється це наступним. При виконанні пакета із множини металевих сіток, які встановлені уздовж подовжньої осі корпусу з можливістю розділення порожнини корпусу на дві камери, одна з яких сполучена з 2 UA 78608 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 патрубком лицевої частини, а друга - з патрубком регенеративного патрона дихального апарата, газодинаміка в корпусі має наступні особливості. Газоповітряна суміш через один із патрубків надходить в одну із камер корпуса, заповнює камеру, рівномірно розподіленим потоком проходить через всю поверхню металевих сіток, рівномірно надходить в другу камеру, заповнює її, і далі надходить до другого патрубка. Наявність в корпусі двох камер, розділених металевими сітками та з'єднаних з відповідними патрубками виключає можливість утворення "мертвих" зон, не задіяних в процесі тепловологообміну. Газоповітряна суміш проходить по всьому перерізу металевих сіток. Вся поверхня металевих сіток знаходиться в активній зоні, що підвищує ефективність тепловологообміну. Підвищення ефективності тепловологообміну дозволяє забезпечити експлуатаційні характеристики пристрою при зменшеному об'ємі активної зони, в якій розміщені металеві сітки, та зменшити кількість металевих сіток, що в свою чергу, зменшує опір диханню. Крім того, упоряджене розташування множини металевих сіток в корпусі характеризуються підвищеною газопроникністю в порівнянні з об'ємною плетеною сіткою, яка заповнює порожнину корпуса, що також зменшує опір диханню. Виконання стінок корпусу з місцевими стовщеннями у вигляді двох протилежних сегментів з подовжніми протилежними пазами, в яких встановлені металеві сітки забезпечує надійну фіксацію металевих сіток в корпусі та підвищує технологічність виробу, так як наявність стовщень у вигляді двох протилежних сегментів дозволяє використовувати однотипні металеві сітки (з однаковими геометричними розмірами); Розташування протилежних сегментів так, що вісь симетрії протилежних сегментів є бісектрисою кута між центральними осями патрубків забезпечує утворення в порожнині корпуса двох симетричних камер, які з'єднані з відповідними патрубками, що поліпшує газодинаміку в корпусі та знижує опір диханню. Вигин крайніх металевих сіток в бік відповідних камер порожнини корпусу підвищує ефективність тепловологообміну; Виготовлення металевих сіток із міді або сплавів міді з високою теплопровідністю та теплоємністю підвищує ефективність охолодження газоповітряної суміші; Розташування патрубків під кутом 115-125° між їх центральними осями і виконання їх овальними в поперечному перерізі з орієнтацією більших осей овалів паралельно подовжній осі корпусу забезпечує рівномірний розподіл потоків газоповітряної суміші при вдиху або видиху по всьому прохідному перерізу пакета, зменшення опору диханню, а також ергономічність пристрою у складі дихального апарата. Суть корисної моделі пояснюють креслення. Фіг. 1 - Тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата, загальний вигляд. Фіг. 2 - Тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата, розріз А-А на фіг. 1. Фіг. 3 - Тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата, вид Б на фіг. 1, без кришки, без металевих сіток. Фіг. 4 - Тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата, виносний елемент В на фіг. 3, поперечний розріз. Фіг. 5 - Тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата, вид Б на фіг. 1, без кришки, з встановленими металевими сітками. Фіг. 6 - Тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата, розріз Г-Г на фіг. 5. Теплообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата включає порожнистий корпус 1 з кришкою 2, патрубком 3 приєднання лицевої частини (не показана), патрубком 4 приєднання регенеративного патрона (не показаний) та тепловологообмінний пакет 5 із газопроникного теплоємкого матеріалу, що розміщений у порожнині корпуса1 між зазначеними патрубками 3, 4. Пакет 5 виконаний із множини металевих сіток 6 які встановлені уздовж подовжньої осі корпусу 1 з можливістю розділення порожнини корпусу 1 на дві камери 7, 8. Камера 7 сполучена з патрубком 3 лицевої частини, а камера 8 - з патрубком 4 регенеративного патрона дихального апарата. Корпус 1 виконаний у вигляді циліндричного стакана, стінки якого виконані з місцевими стовщеннями у вигляді двох протилежних сегментів 9, 10, в яких виконані подовжні відносно осі стакана протилежні пази 11, а металеві сітки 6 встановлені в зазначених пазах 11. Патрубки 3, 4 розташовані під кутом а = 115-125° між їх центральними осями і виконані овальними в поперечному перерізі з орієнтацією більших осей овалів паралельно поздовжній осі корпусу 1. Вісь симетрії 12 протилежних сегментів 10, 11 є бісектрисою кута а між центральними осями патрубків 3, 4. 3 UA 78608 U 5 10 15 20 Крайні металеві сітки 6 вигнуті в бік відповідних камер 7, 8 порожнини корпусу 1 за рахунок їх розпирання при установці в обичайку 1. Середні металеві сітки 6 плоскі. Металеві сітки 6 виконані із міді або сплавів міді. При застосуванні дихального апарата за призначенням тепловологообмінний пристрій працює наступним чином. При видиху газоповітряна суміш, що має відносну вологість до 100 % і температуру 37 °C, із лицевої частини (не показана) через патрубок 3 надходить у камеру 7, далі рівномірно розподіленим потоком проходить через тепловологообмінний пакет 5, надходить у камеру 8, і далі через патрубок 4 надходить до регенеративного патрона (не показаний). При цьому металеві сітки 6 тепловологообмінного пакета 5 охолоджуються та затримують частину вологи газоповітряної суміші, що видихається. При вдиху нагріта до 70-90 °C та зневоднена в регенеративному патроні газоповітряна суміш через патрубок 4 надходить у камеру 8, далі рівномірно розподіленим потоком проходить через тепловологообмінний пакет 5, надходить у камеру 7, і далі через патрубок 3 надходить до лицевої частини (загубника). В тепловологообмінному пакеті 5 відбуваються охолодження та зволоження газоповітряної суміші, що вдихається. При цьому металеві сітки 6 нагріваються, відбираючи тепло від газоповітряної суміші, та віддають вологу, яка була ними затримана при видиху. Описаний процес тепловологообміну постійно повторюється при користуванні дихальним апаратом. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Тепловологообмінний пристрій ізолюючого дихального апарата, що включає порожнистий корпус з патрубками приєднання лицевої частини та регенеративного патрона дихального апарата, пакет із газопроникного теплоємкого матеріалу, що розміщений у порожнині корпуса між зазначеними патрубками, який відрізняється тим, що пакет із газопроникного теплоємкого матеріалу виконаний із множини металевих сіток, які встановлені уздовж подовжньої осі корпусу з можливістю розділення порожнини корпусу на дві камери, одна з яких сполучена з патрубком лицевої частини, а друга - з патрубком регенеративного патрона дихального апарата. 2. Тепловологообмінний пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що корпус виконаний у вигляді циліндричного стакана, стінки якого виконані з місцевими стовщеннями у вигляді двох протилежних сегментів, на яких виконані подовжні відносно осі стакана протилежні пази, а металеві сітки встановлені в зазначених пазах. 3. Тепловологообмінний пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що вісь симетрії протилежних сегментів є бісектрисою кута між центральними осями патрубків. 4. Тепловологообмінний пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що крайні металеві сітки пакета вигнуті у бік відповідних камер порожнини корпусу, а середні металеві сітки виконані плоскими. 5. Тепловологообмінний пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що металеві сітки виготовлені із міді або сплавів міді. 6. Тепловологообмінний пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що патрубки розташовані під кутом 115-125° між їх центральними осями і виконані овальними в поперечному перерізі з орієнтацією більших осей овалів паралельно поздовжній осі корпусу. 4 UA 78608 U 5 UA 78608 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6