RU2303472C1

RU2303472C1 - Method and breathing mask for gas medium cleaning in pressurized object

Info

Publication number: RU2303472C1
Application number: RU2005136618/12A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Григорьев (RU); Анатолий Иванович Григорьев; Игорь Алексеевич Смирнов (RU); Игорь Алексеевич Смирнов; Павел Эдуардович Солдатов (RU); Павел Эдуардович Солдатов; Борис Николаевич Павлов (RU); Борис Николаевич Павлов; Алексей Тимофеевич Логунов (RU); Алексей Тимофеевич Логунов
Original assignee: Государственный научный центр РФ-Институт медико-биологических проблем РАН
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-07-27
Also published as: RU2005136618A

Abstract

FIELD: respiratory protection equipment, particularly cleaning of gas medium in pressurized object.

SUBSTANCE: method involves replenishing breathable oxygen in pressurized object; passing inhalant gaseous medium from pressurized object through buffer space between absorber and face part of breathing mask in amount of 0.2-0.6 of inhalation volume taken on physiological grounds; absorbing carbon dioxide from inhalant gaseous flow with absorber in absorbing breathing mask cartridge and supplying cleaned gaseous medium to pressurized object. Breaching mask comprises face part and absorbing cartridge directly connected with each other or fastened one to another through hose. Exhalation valve is installed at absorbing cartridge outlet communicating with pressurized object. Inhalation valve is linked to buffer space between absorber and face part of breathing mask. Free space is arranged in absorbing cartridge over absorber level from the side of face part or hose connection. Free space volume is 100-300 cm³.

EFFECT: increased degree of gaseous medium cleaning, improved simplicity and structural reliability.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области защиты органов дыхания и может быть использовано для повышения эффективности очистки газовой среды в обитаемом гермообъекте.The invention relates to the field of respiratory protection and can be used to increase the efficiency of cleaning the gas medium in an inhabited hermetic object.

Из уровня техники известен способ очистки газовой среды в гермообъекте, включающий восполнение в гермообъекте расходуемого на дыхание кислорода, подачу на вдох газовой среды из гермообъекта, поглощение двуокиси углерода из выдыхаемого газового потока поглотителем в поглотительном патроне дыхательного аппарата и подачу очищенной газовой среды в гермообъект (ЕР 0171551 A3, А62В 18/10, 1986). При этом вдох газовой среды из гермообъекте происходит через клапан, размещенный непосредственно на дыхательной маске дыхательного аппарата, откуда через клапан выдоха выдыхаемый газовый поток направляется в поглотительный патрон, что не обеспечивает возможности использования физиологических особенностей организма для повышения эффективности очистки газовой среды в обитаемом гермообъекте.The prior art method of purification of a gaseous medium in a pressurized object, including replenishing oxygen consumed by the breath in the pressurized object, supplying a gaseous medium from the pressurized object to the inhalation, absorption of carbon dioxide from the exhaled gas stream by the absorber in the absorption cartridge of the breathing apparatus, and supplying the purified gas medium to the pressurized object (EP 0171551 A3, A62B 18/10, 1986). In this case, the gaseous medium is inhaled from the pressurized object through a valve placed directly on the breathing mask of the breathing apparatus, from where the exhaled gas stream is directed through the exhalation valve into the absorption cartridge, which does not allow the physiological characteristics of the body to be used to increase the efficiency of gas purification in the inhabited pressurized object.

Кроме того, известен дыхательный аппарат для очистки газовой среды в гермообъекте, содержащий лицевую часть и поглотительный патрон с поглотителем двуокиси углерода, которые соединены между собой непосредственно или шлангом, клапан вдоха и клапан выдоха (ЕР 0171551 A3, А62В 18/10, 1986). В данном устройстве клапаны вдоха и выдоха размещены непосредственно на лицевой части - дыхательной маске дыхательного аппарата, что практически исключает попадание выдыхаемой двуокиси углерода в поток вдыхаемой газовой среды, но не обеспечивает возможности использования физиологических особенностей организма для повышения эффективности очистки газовой среды в обитаемом гермообъекте.In addition, a breathing apparatus for cleaning a gaseous medium in a pressurized object is known, comprising a front part and an absorption cartridge with a carbon dioxide absorber, which are connected directly to each other or by a hose, an inspiration valve and an exhalation valve (EP 0171551 A3, A62B 18/10, 1986). In this device, the inspiratory and expiratory valves are located directly on the front part - the respiratory mask of the breathing apparatus, which virtually eliminates the ingress of exhaled carbon dioxide into the stream of the inhaled gas medium, but does not provide the possibility of using the physiological characteristics of the body to increase the efficiency of cleaning the gas medium in the inhabited hermetic object.

Изобретение направлено на создание технического решения, позволяющего использовать физиологические особенности организма членов экипажа гермообъекта, которые осуществляют дыхание через заявляемый дыхательный аппарат, для повышения эффективности очистки газовой среды в обитаемом гермообъектеThe invention is aimed at creating a technical solution that allows you to use the physiological characteristics of the body of the crew of the pressurized object, which breathe through the inventive breathing apparatus, to increase the efficiency of cleaning the gas environment in the inhabited pressurized object

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе очистки газовой среды в гермообъекте, включающем восполнение в гермообъекте расходуемого на дыхание кислорода, подачу на вдох газовой среды из гермообъекта, поглощение двуокиси углерода из выдыхаемого газового потока поглотителем в поглотительном патроне дыхательного аппарата и подачу очищенной газовой среды в гермообъект, согласно изобретению, подачу газовой среды на вдох производят через буферный объем между поглотителем и лицевой частью дыхательного аппарата, который, по физиологическим соображениям, составляет 0,2÷0,6 от объема вдоха в покое.The solution to this problem is provided by the fact that in the method of purification of a gaseous medium in a pressurized object, including replenishing oxygen consumed by the breath in the pressurized object, supplying a gaseous medium from the pressurized object to the inhalation, absorption of carbon dioxide from the exhaled gas stream by the absorber in the absorption cartridge of the breathing apparatus, and the supply of a purified gas medium in the pressurized object, according to the invention, the supply of a gas medium for inspiration is carried out through a buffer volume between the absorber and the front of the breathing apparatus, which for physiological reasons, it is 0.2 ÷ 0.6 of the volume of inspiration at rest.

Также для решения поставленной задачи в дыхательном аппарате для очистки газовой среды в гермообъекте, содержащем лицевую часть и поглотительный патрон с поглотителем двуокиси углерода, которые соединены между собой непосредственно или шлангом, клапан вдоха и клапан выдоха, клапан выдоха установлен на выходе из поглотительного патрона в гермообъект, а клапан вдоха подключен к буферному объему между поглотителем и лицевой частью дыхательного аппарата, при этом в поглотительном патроне над уровнем поглотителя со стороны подсоединения лицевой части или шланга выполнен свободный объем, составляющий 100÷300 см³.Also, to solve the problem in a breathing apparatus for cleaning the gaseous medium in a pressurized object containing a front part and an absorption cartridge with a carbon dioxide absorber, which are directly connected to each other or by a hose, an inspiration valve and an exhalation valve, an exhalation valve is installed at the outlet of the absorption cartridge into the pressurized object and the inspiratory valve is connected to the buffer volume between the absorber and the front of the breathing apparatus, while in the absorption cartridge above the level of the absorber from the connection side itsevoy portion or hose made free volume is 100 ÷ 300 cm ^3.

Наличие буферного объема между поглотителем и лицевой частью дыхательного аппарата, в котором при вдохе находится газовая среда после предыдущего выдоха с повышенным содержанием двуокиси углерода, обусловливает гиперкапническое воздействие на организм использующего дыхательный аппарат члена экипажа, что приводит к непроизвольному увеличению легочной вентиляции в два и более раза и соответственно к увеличению скорости поглощения двуокиси углерода поглотителем при выдохе и повышению эффективности очистки газовой среды в обитаемом гермообъекте. При этом размещение клапана выдоха на выходе из поглотительного патрона в гермообъект дополнительно увеличивает скорость поглощения двуокиси углерода поглотителем в поглотительном патроне.The presence of a buffer volume between the absorber and the front of the breathing apparatus, in which during inhalation there is a gas medium after the previous exhalation with a high content of carbon dioxide, causes a hypercapnic effect on the body of the crew member using the breathing apparatus, which leads to an involuntary increase in pulmonary ventilation by two or more times and, accordingly, to an increase in the rate of absorption of carbon dioxide by the absorber upon exhalation and to an increase in the efficiency of purification of the gaseous medium in the ermoobekte. In this case, the placement of the exhalation valve at the outlet of the absorption cartridge into the pressurized object further increases the rate of absorption of carbon dioxide by the absorber in the absorption cartridge.

На чертеже представлен общий вид дыхательного аппарата.The drawing shows a General view of the breathing apparatus.

Дыхательный аппарат для очистки газовой среды в гермообъекте 1 содержит лицевую часть 2 и поглотительный патрон 3 с поглотителем 4 двуокиси углерода из числа известных, например, на основе окиси (оксида) лития или цеолиты типа NaX, CaA и др., которые соединены между собой непосредственно (на чертеже не показано) или шлангом 5, клапан 6 выдоха, установленный на выходе из поглотительного патрона 3 в гермообъект 1, и клапан 7 вдоха, который подключен к буферному объему, образованному между поглотителем 4 и лицевой частью 2 дыхательного аппарата и состоящему из объема шланга 5 и свободного объема над поглотителем 4 в поглотительном патроне 3.A breathing apparatus for cleaning the gaseous medium in a pressure chamber 1 contains a front part 2 and an absorption cartridge 3 with a carbon dioxide absorber 4 from among those known, for example, based on lithium oxide (oxide) or zeolites such as NaX, CaA, etc., which are directly connected to each other (not shown in the drawing) or hose 5, the exhalation valve 6, installed at the outlet of the absorption cartridge 3 into the sealing object 1, and the inspiration valve 7, which is connected to the buffer volume formed between the absorber 4 and the front part 2 of the breathing apparatus and consisting him from the volume of the hose 5 and the free volume above the absorber 4 in the absorption cartridge 3.

Буферный объем определен экспериментальным путем и составляет 0,2÷0,6 от объема вдоха по физиологическим соображениям. При этом установлено, что если буферный объем составляет менее 0,2 от объема вдоха по физиологическим соображениям, то не происходит существенного увеличения концентрации двуокиси углерода на вдохе и слабое гиперкапническое воздействие на организм использующего дыхательный аппарат члена экипажа не приводит к существенному (заметному) увеличению объемной скорости самопроизвольной легочной вентиляции, а при увеличении буферного объема больше, чем в 0,6 раза от объема вдоха по физиологическим соображениям, концентрация двуокиси углерода превышает 3,5%, что может вызывать такие нежелательные явления как головная боль, учащение частоты сердечных сокращений и повышение артериального давления (без снижения работоспособности).The buffer volume is determined experimentally and is 0.2 ÷ 0.6 of the inspiratory volume for physiological reasons. It was found that if the buffer volume is less than 0.2 of the inspiratory volume for physiological reasons, then there is no significant increase in the concentration of carbon dioxide in the inspiration and a weak hypercapnic effect on the body of the crew member using the breathing apparatus does not lead to a significant (noticeable) increase in the volume the rate of spontaneous pulmonary ventilation, and with an increase in the buffer volume more than 0.6 times the inspiratory volume for physiological reasons, the concentration of carbon dioxide exceeds 3.5%, which can cause such undesirable effects as headache, increased heart rate and increased blood pressure (without reducing performance).

При выполнении дыхательного аппарата без шланга 5 буферный объем определяется свободным объемом в поглотительном патроне 3 над уровнем поглотителя 4 со стороны подсоединения лицевой части 2, который составляет 100÷300 см³.When performing a breathing apparatus without a hose 5, the buffer volume is determined by the free volume in the absorption cartridge 3 above the level of the absorber 4 from the side of the front part 2, which is 100–300 cm ³ .

Для эффективной очистки газовой среды в гермообъекте 1 и обеспечения работоспособности членов экипажа экспериментально определено, что объем поглотителя должен составлять не менее 0,001 от объема гермообъекта 1.In order to effectively clean the gas medium in the pressurized object 1 and to ensure the working capacity of the crew members it was experimentally determined that the absorber volume should be at least 0.001 of the volume of the pressurized object 1.

Изобретение реализуется следующим образом.The invention is implemented as follows.

При нахождении в обитаемом гермообъекте 1 члены экипажа осуществляют дыхание газовой смесью, преимущественно воздухом, с использованием дыхательного аппарата, в котором выдыхаемый газовый поток очищается от двуокиси углерода, а восполнение в гермообъекте 1 расходуемого на дыхание кислорода производится из любого известного источника, например из кислородного баллона (на чертеже не показано). При этом вдыхаемая газовая смесь поступает из гермообъекта 1 через клапан 7 вдоха в буферный объем, в котором находится газовая смесь (воздух) после предыдущего выдоха с повышенной концентрацией (более 3,5%) двуокиси углерода, обогащенная двуокисью углерода газовая смесь по шлангу 5 направляется к лицевой части 2 (маске или мундштуку) и далее к органам дыхания. Выдыхаемый газовый поток поступает в буферный объем, проходит через слой поглотителя 4 поглотительного патрона 3, где происходит поглощение двуокиси углерода, и очищенная газовая смесь через клапан 6 выдоха поступает в гермообъект 1. В результате гиперкапнического воздействия повышенной концентрации двуокиси углерода на организм использующего дыхательный аппарат члена экипажа происходит непроизвольное увеличение объемной скорости легочной вентиляции, что обусловливает увеличение скорости поглощения двуокиси углерода поглотителем 4 и соответственно повышает эффективность очистки газовой среды в гермообъекте 1.When in an inhabited gas-tight object 1, crew members breathe in a gas mixture, mainly air, using a breathing apparatus in which the exhaled gas stream is purified from carbon dioxide, and the oxygen in the gas-tight object 1 is replenished from any known source, for example, from an oxygen cylinder (not shown in the drawing). In this case, the inhaled gas mixture enters from the pressurized object 1 through the inspiration valve 7 into the buffer volume, in which the gas mixture (air) is located after the previous exhalation with an increased concentration (more than 3.5%) of carbon dioxide, the carbon dioxide enriched gas mixture is sent through the hose 5 to the front part 2 (mask or mouthpiece) and further to the respiratory system. The exhaled gas stream enters the buffer volume, passes through the absorber layer 4 of the absorption cartridge 3, where carbon dioxide is absorbed, and the purified gas mixture enters the hermetic object 1 through the exhalation valve 6. As a result of the hypercapnic effect of the increased carbon dioxide concentration on the body, the member using the breathing apparatus the crew there is an involuntary increase in the volumetric rate of pulmonary ventilation, which leads to an increase in the rate of absorption of carbon dioxide by the absorber 4 and, accordingly, increases the efficiency of cleaning the gas medium in the pressure object 1.

Claims

1. A method of purifying a gaseous medium in a pressurized object, comprising replenishing oxygen used for breathing in the pressurized object, supplying a gaseous medium from the pressurized object to the inhalation, absorbing carbon dioxide from the exhaled gas stream by the absorber in the absorption cartridge of the breathing apparatus, and supplying the purified gas medium to the pressurized object, characterized in that the gas medium is supplied for inspiration through the buffer volume between the absorber and the front of the breathing apparatus, which is 0.2–0.6 inspiratory volumes according to physiological considerations excitement.

2. A breathing apparatus for cleaning the gaseous medium in a pressurized object, comprising a front part and an absorbing cartridge with a carbon dioxide absorber, which are directly connected to each other or by a hose, an inspiratory valve and an exhalation valve, characterized in that the exhalation valve is installed at the outlet of the absorbing cartridge into the pressurized object , while the inspiratory valve is connected to the buffer volume between the absorber and the front of the breathing apparatus, and in the absorption cartridge above the level of the absorber from the side of the front part or Lang made free volume is 100 ÷ 300 cm ^3.