RU2330697C2 - Method of cooling respiratory gas mix in respiratory apparatus individual protection means - Google Patents
Method of cooling respiratory gas mix in respiratory apparatus individual protection means Download PDFInfo
- Publication number
- RU2330697C2 RU2330697C2 RU2006115904/12A RU2006115904A RU2330697C2 RU 2330697 C2 RU2330697 C2 RU 2330697C2 RU 2006115904/12 A RU2006115904/12 A RU 2006115904/12A RU 2006115904 A RU2006115904 A RU 2006115904A RU 2330697 C2 RU2330697 C2 RU 2330697C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- respiratory
- cooling
- refrigerant
- respiratory gas
- gas mix
- Prior art date
Links
Landscapes
- Respiratory Apparatuses And Protective Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области спасательной техники, а именно к средствам индивидуальной защиты органов дыхания, преимущественно маятникового типа, работающим на химически связанном кислороде.The invention relates to the field of rescue equipment, namely, personal protective equipment for respiratory organs, mainly the pendulum type, operating on chemically bound oxygen.
В последние годы как в Росси, так и в других странах в качестве источника кислорода в изолирующих самоспасателях и респираторах используют регенеративные продукты на основе порошкообразного надпероксида калия, сформированного в виде гранул, таблеток или блоков. Указанные продукты поглощают диоксид углерода и выделяют кислород, однако при регенерации происходят большие тепловыделения и сушка дыхательной смеси, так как пары воды также участвуют в химических реакциях. Это приводит к повышенной температуре ее на вдохе (до 65-75°С), снижению относительной влажности смеси (до 0%) и чрезмерному нагреву элементов конструкции самоспасателя (респиратора). При нормальном режиме работы за счет теплообмена со стенками дыхательных путей температура дыхательной газовой смеси (ДГС) может снизиться до 45-55°С, однако при тяжелых режимах температура может подниматься до 70-80°С, что может привести к перегреву организма и ожогу легких.In recent years, both in Russia and in other countries, regenerative products based on powdered potassium superoxide, formed in the form of granules, tablets or blocks, have been used as a source of oxygen in insulating self-rescuers and respirators. These products absorb carbon dioxide and emit oxygen, however, during regeneration, large heat releases and drying of the breathing mixture occur, since water vapor also participates in chemical reactions. This leads to an increased temperature during inspiration (up to 65-75 ° C), a decrease in the relative humidity of the mixture (up to 0%) and excessive heating of the self-rescuer (respirator) structural elements. In normal operation, due to heat exchange with the walls of the respiratory tract, the temperature of the respiratory gas mixture (DHA) can drop to 45-55 ° C, however, in severe conditions, the temperature can rise to 70-80 ° C, which can lead to overheating of the body and burns the lungs .
Известен способ охлаждения ДГС, заключающийся в том, что смесь при вдохе и выдохе пропускают через ленту их алюминиевого сплава. При начальной температуре ДГС 75°С и начальной температуре ленты 37°С при полном взаимном теплообмене по известному способу смесь охлаждается на 20-22°С. Недостатком известного способа в первую очередь является то, что газовая смесь имеет конечную относительную влажность, близкую к нулю, что резко снижает комфортность дыхания. Кроме того, эффективность охлаждения является недостаточной, особенно при тяжелых режимах дыхания, когда нагрев может достигнуть 60-65°С.A known method of cooling DGS, which consists in the fact that the mixture is inhaled and exhaled through an aluminum alloy tape. At the initial temperature of the DGS 75 ° C and the initial temperature of the tape 37 ° C with complete mutual heat exchange by the known method, the mixture is cooled to 20-22 ° C. The disadvantage of this method in the first place is that the gas mixture has a final relative humidity close to zero, which dramatically reduces the comfort of breathing. In addition, the cooling efficiency is insufficient, especially in severe respiration conditions, when heating can reach 60-65 ° C.
Известен способ охлаждения дыхательной смеси, заключающийся в том, что в закрытую металлическую емкость (холодильник) помещают хладагент - кристаллический двухзамещенный фосфорнокислый натрий с температурой плавления 34-36°С и вокруг этой емкости пропускают ДГС, нагретую в результате реакции регенерации (Изолирующий кислородный респиратор Р-12. Инструкция по эксплуатации. - Донецк, ЦНИЛ ГД, 1969. - С.34-37). Сущность известного способа заключается в том, что в холодильник заливают нагретый до +60°С однородный расплав хладагента в объеме 800-830 г и охлаждают холодильник, причем при температуре выше +34°С происходит плавление хладагента и в результате теплообмена через стенки ДГС в течение 1 ч охлаждается на 1-3°С. После перехода в расплав температура хладагента начинает расти и при +60°С он теряет охлаждающие свойства.A known method of cooling the respiratory mixture is that a refrigerant is placed in a closed metal container (refrigerator) —crystalline disubstituted sodium phosphate with a melting point of 34-36 ° C, and DHA heated as a result of the regeneration reaction is passed around this container (Insulating oxygen respirator P -12. Instruction manual. - Donetsk, Central Scientific Research Laboratory of State Duma, 1969. - S.34-37). The essence of the known method lies in the fact that a homogeneous melt of refrigerant heated to + 60 ° C is poured into the refrigerator in a volume of 800-830 g and the refrigerator is cooled, moreover, at a temperature above + 34 ° C, the refrigerant melts and as a result of heat exchange through the walls of the DGS during 1 h is cooled by 1-3 ° C. After the transition to the melt, the temperature of the refrigerant begins to increase and at + 60 ° C it loses its cooling properties.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
короткий срок действия (40-60 мин);short validity period (40-60 min);
невысокая охлаждающая способность (1-3°С);low cooling ability (1-3 ° C);
низкая относительная влажность ДГС.low relative humidity
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения дыхательной газовой смеси и увлажнение ее.The technical result of the invention is to increase the cooling efficiency of the respiratory gas mixture and its hydration.
Предложен способ охлаждения дыхательной газовой смеси в средствах индивидуальной защиты органов дыхания, работающих на химически связанном кислороде, включающий использование хладагента. Отличием предложенного способа является то, что дыхательную смесь пропускают при вдохе и выдохе непосредственно через хладагент, причем в качестве хладагента используют неорганические соли, способные образовывать при выдохе кристаллогидраты в результате взаимодействия с парами воды с последующим термическим разложением их при вдохе.A method for cooling a respiratory gas mixture in personal protective equipment of respiratory organs operating on chemically bound oxygen, including the use of a refrigerant, is proposed. The difference of the proposed method is that the respiratory mixture is passed during inhalation and exhalation directly through the refrigerant, and inorganic salts capable of forming crystalline hydrates as a result of interaction with water vapor with subsequent thermal decomposition during inhalation are used as the refrigerant.
Отличием является также то, что неорганические соли наносят на неорганический волокнистый материал.The difference is also that inorganic salts are applied to the inorganic fibrous material.
Другим отличием является то, что после нанесения на волокнистый материал хладагент обезвоживают.Another difference is that after application to the fibrous material, the refrigerant is dehydrated.
Таким образом, предлагаемый способ предусматривает в процессе дыхания периодическое образование и термическое разложение кристаллогидратов неорганических солей.Thus, the proposed method provides for the periodic formation and thermal decomposition of crystalline hydrates of inorganic salts during breathing.
Нанесение указанных солей на волокна из неорганического материала позволяет значительно снизить аэродинамическое сопротивление путей прохождения дыхательной смеси. В известных способах охлаждения ДГС пропускают через металлическую ленту или вокруг охлаждающего элемента, и охлаждение ее происходит за счет теплообмена между дыхательной смесью и металлическим корпусом холодильника. В предложенном способе ДГС пропускают непосредственно через хладагент, что позволит не только повысить эффективность охлаждения, но и использовать протекающие химические реакции с выделением паров воды для повышения ее относительной влажности.The application of these salts to fibers of inorganic material can significantly reduce the aerodynamic resistance of the pathways of the respiratory mixture. In known cooling methods, DHS are passed through a metal strip or around a cooling element, and its cooling occurs due to heat exchange between the respiratory mixture and the metal case of the refrigerator. In the proposed method, DHA is passed directly through the refrigerant, which will not only increase the cooling efficiency, but also use the ongoing chemical reactions with the release of water vapor to increase its relative humidity.
Сущность предлагаемого способа поясняется примером и чертежом, где показана принципиальная схема его осуществления.The essence of the proposed method is illustrated by an example and a drawing, which shows a schematic diagram of its implementation.
При дыхании человека выдыхаемая дыхательная газовая смесь имеет температуру около 37°С и насыщена парами воды. Способ охлаждения основан на поглощении тепла и повышении влажности вдыхаемой газовой смеси за счет испарения воды, образующейся при разложении кристаллогидрата. В качестве хладагента принята неорганическая соль CaCl2. Указанную соль в виде покрытия 1 наносят на волокна 2, изготовленные из неорганического материала, например стекла, кварца, базальта, оксида алюминия и др., а затем обезвоживают. Это упрощает обслуживание средств защиты дыхания, т.к. безводная соль при длительном хранении не реагирует с регенеративным продуктом. Хладагент помещают в трубку 3 и ограничивают с помощью сеток 4 из нержавеющей стали. При выходе пары воды, содержащиеся в выдыхаемой смеси 5, взаимодействуют с неорганической солью и образуют кристаллогидрат:When a person breathes, the exhaled respiratory gas mixture has a temperature of about 37 ° C and is saturated with water vapor. The cooling method is based on the absorption of heat and increasing the humidity of the inhaled gas mixture due to the evaporation of water generated during the decomposition of crystalline hydrate. The inorganic salt CaCl 2 was adopted as the refrigerant. The specified salt in the form of a coating 1 is applied to fibers 2 made of inorganic material, for example glass, quartz, basalt, aluminum oxide, etc., and then dehydrated. This simplifies the maintenance of respiratory protective equipment, as anhydrous salt during prolonged storage does not react with the regenerative product. The refrigerant is placed in the tube 3 and limited by stainless steel nets 4. When the water vapor contained in the exhaled mixture 5 interacts with the inorganic salt and form a crystalline hydrate:
В процессе данной реакции дыхательная смесь частично освобождается от водяного пара и нагревается. Избыток тепла рассеивается в окружающую атмосферу при прохождении выдыхаемой смеси через все узлы спасательного средства. Остаток водяного пара принимает участие в химической операции регенерации дыхательной смеси.During this reaction, the respiratory mixture is partially freed from water vapor and heated. Excess heat is dissipated into the surrounding atmosphere as the exhaled mixture passes through all components of the rescue equipment. The remainder of the water vapor takes part in the chemical operation of the regeneration of the respiratory mixture.
Как указывалось выше, в настоящее время в качестве источника кислорода в изолирующих самоспасателях и респираторах используют надпероксид калия, при этом регенерация дыхательной смеси проходит по следующим химическим формулам:As mentioned above, at present, potassium superoxide is used as an oxygen source in insulating self-rescuers and respirators, while the regeneration of the respiratory mixture takes place according to the following chemical formulas:
2КO2+CO2=К2СО3+1,5O2;2CO 2 + CO 2 = K 2 CO 3 + 1,5O 2 ;
2КO2+Н2O=2КОН+1,5O2.2KO 2 + H 2 O = 2KOH + 1,5O 2 .
В процессе регенерации температура дыхательной смеси увеличивается до 50°С и выше, а относительная влажность уменьшается до нуля, т.е. использование такой дыхательной смеси может привести к перегреву организма и ожогу легких и образуются крайне неприятные дискомфортные условия по фактору «влажность».During the regeneration process, the temperature of the respiratory mixture increases to 50 ° C and higher, and the relative humidity decreases to zero, i.e. the use of such a breathing mixture can lead to overheating of the body and a burn of the lungs and extremely unpleasant uncomfortable conditions are formed on the basis of the “humidity” factor.
Предложенный способ предусматривает охлаждение и увлажнение дыхательной смеси при вдохе. Вдыхаемая газовая смесь 6 проходит через трубку 3 во встречном направлении, при этом проходя через хладагент 1, содержащий кристаллогидраты, разлагает их с испарением воды по следующей химической реакции:The proposed method involves cooling and moisturizing the respiratory mixture during inhalation. The inhaled gas mixture 6 passes through the tube 3 in the opposite direction, while passing through the refrigerant 1 containing crystalline hydrates, it decomposes with the evaporation of water by the following chemical reaction:
CaCl2·6Н2O=CaCl2+6H2O.CaCl 2 · 6H 2 O = CaCl 2 + 6H 2 O.
В процессе данной реакции происходит значительное поглощение тепла и одновременно смесь увлажняется.During this reaction, significant heat absorption occurs and at the same time the mixture is moistened.
Одним из условий эффективности предложенного способа является то, чтобы волокнистый материал относился к неорганическому соединению, а нанесенная на него соль должна быть обезвожена, т.е. условием длительного хранения снаряженных средств должно быть отсутствие реакции с надпероксидом калия.One of the conditions for the effectiveness of the proposed method is that the fibrous material belongs to an inorganic compound, and the salt deposited on it must be dehydrated, i.e. The condition for long-term storage of equipped equipment should be the absence of a reaction with potassium superoxide.
При температуре 37°С парциальное давление водяного пара равно 47,12 мм рт.ст., что соответствует концентрации 0,0453 г/л. За один выдох в трубку поступает 1,75 л ДГС, содержащей 0,0793 г водяного пара или 0,0044 моля.At a temperature of 37 ° C, the partial pressure of water vapor is 47.12 mm Hg, which corresponds to a concentration of 0.0453 g / l. For one exhalation, 1.75 L of DHA containing 0.0793 g of water vapor or 0.0044 mol enters the tube.
Допускается, что вся вода сорбируется солью при выдохе и десорбируется при вдохе. Для расчетов принято, что в качестве хладагента используют CaCl2, а ДГС состоит из чистого кислорода. Теплоемкость кислорода принята 99,9 Дж/моль·К. При условии полной адсорбции и десорбции паров воды в каждом цикле «вдох-выдох» и теплоте разложения кристаллогидрата CaCl2 с испарением воды, равной 59,8 кДж/моль, количество поглощаемой энергии равно 0,263 кДж. При этом теоретически достигается охлаждение дыхательной смеси на 37°С с ее увлажнением. Для полной сорбции водяных паров в одном цикле «вдох-выдох» достаточно 0,08 г безводного CaCl2. Другие неорганические соли могут дать более значительное охлаждение.It is assumed that all water is sorbed by salt during exhalation and desorbed upon inhalation. For calculations, it was assumed that CaCl 2 was used as a refrigerant, and DHA consists of pure oxygen. The heat capacity of oxygen was taken to be 99.9 J / mol · K. Under the condition of complete adsorption and desorption of water vapor in each inhalation-exhalation cycle and the heat of decomposition of CaCl 2 crystalline hydrate with the evaporation of water equal to 59.8 kJ / mol, the amount of absorbed energy is 0.263 kJ. At the same time, cooling of the respiratory mixture by 37 ° С with its moistening is theoretically achieved. For complete sorption of water vapor in a single cycle "inhale-exhale" is enough 0.08 g of anhydrous CaCl 2 . Other inorganic salts may provide more significant cooling.
В таблице приведены характеристики некоторых кристаллогидратов, предлагаемых в качестве тепло- и влагообменных материалов.The table shows the characteristics of some crystalline hydrates offered as heat and moisture exchange materials.
Основные характеристики кристаллогидратовTable
The main characteristics of crystalline hydrates
Из данных таблицы следует, что в качестве теплопоглощающего материала кристаллогидраты солей более эффективны, чем вода. Один грамм испаряемой воды в кристаллогидрате может поглотить энергии в 2,25 раза больше, чем один грамм воды при простом испарении.From the table it follows that as a heat-absorbing material, crystalline hydrates of salts are more effective than water. One gram of evaporated water in crystalline hydrate can absorb 2.25 times more energy than one gram of water with simple evaporation.
Использование предлагаемого способа позволит повысить эффективность охлаждения ДГС на 25-37°С и обеспечить увлажнение ее до создания комфортных условий для дыхания. Способ упрощает обслуживание средств защиты дыхательных путей и обеспечивает возможность длительного хранения их в снаряжаемом состоянии.Using the proposed method will improve the cooling efficiency of DHA by 25-37 ° C and provide hydration to create comfortable conditions for breathing. The method simplifies the maintenance of respiratory tract protection and provides the possibility of long-term storage in running condition.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006115904/12A RU2330697C2 (en) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Method of cooling respiratory gas mix in respiratory apparatus individual protection means |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006115904/12A RU2330697C2 (en) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Method of cooling respiratory gas mix in respiratory apparatus individual protection means |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006115904A RU2006115904A (en) | 2008-05-20 |
RU2330697C2 true RU2330697C2 (en) | 2008-08-10 |
Family
ID=39746539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006115904/12A RU2330697C2 (en) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Method of cooling respiratory gas mix in respiratory apparatus individual protection means |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2330697C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2614028C1 (en) * | 2015-12-14 | 2017-03-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Method for cooling respiratory gas mixture in respiratory individual protective equipment |
RU2679388C1 (en) * | 2017-09-08 | 2019-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" | Method for producing heat-absorbing material |
RU2735507C1 (en) * | 2019-12-20 | 2020-11-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) | Individual respiratory burns protection device |
-
2006
- 2006-05-10 RU RU2006115904/12A patent/RU2330697C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2614028C1 (en) * | 2015-12-14 | 2017-03-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Method for cooling respiratory gas mixture in respiratory individual protective equipment |
RU2679388C1 (en) * | 2017-09-08 | 2019-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" | Method for producing heat-absorbing material |
RU2735507C1 (en) * | 2019-12-20 | 2020-11-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) | Individual respiratory burns protection device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006115904A (en) | 2008-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5992413A (en) | Heat and moisture exchanger and generator | |
US10807042B2 (en) | Moisture swing carbon dioxide enrichment process | |
US3229681A (en) | Warming suit | |
US4005708A (en) | Apparatus for endothermal absorption of carbon dioxide | |
US4039620A (en) | Endothermal carbon dioxide absorption | |
RU2330697C2 (en) | Method of cooling respiratory gas mix in respiratory apparatus individual protection means | |
US4491130A (en) | Emergency respirator | |
US3906945A (en) | Endothermal carbon dioxide absorption | |
US20160262466A1 (en) | Air permeable mask | |
CN102671318A (en) | Chemical oxygen-making respirator for normal temperature phase change material refrigeration | |
WO2012018870A1 (en) | Co2 sorbent composition with o2 co-generation | |
US4635629A (en) | Breathing apparatus | |
KR101492026B1 (en) | Carbon dioxide absorbent | |
RU61139U1 (en) | DEVICE FOR COOLING A RESPIRATORY GAS MIXTURE IN THE MEANS OF INDIVIDUAL PROTECTION OF RESPIRATORY BODIES | |
US20040029730A1 (en) | Carbon dioxide absorbent formulations | |
Derevshchikov et al. | Patterns of CO 2 absorption by a calciferous sorbent in a flow adsorber | |
RU52336U1 (en) | DEVICE FOR INDIVIDUAL PROTECTION OF RESPIRATORY BODIES | |
JP4689417B2 (en) | Carbon dioxide absorbent | |
CN202554768U (en) | Refrigerant chemical oxygen respirator of room temperature phase-change material | |
RU2508925C2 (en) | Self-contained breathing apparatus | |
US2389309A (en) | Process for regenerating exhaled air | |
DE2410684A1 (en) | Closed circuit breathing appts. - with regenerating cartridge containing oxygen liberating material consumed without forming alkaline vapours | |
RU51509U1 (en) | REFRIGERATOR FOR INDIVIDUAL PROTECTION OF RESPIRATORY BODIES | |
RU2303472C1 (en) | Method and breathing mask for gas medium cleaning in pressurized object | |
WO2015041509A1 (en) | Universal filter element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080511 |