RU2640273C2 - Heat exchanger of self-contained breathing apparatus - Google Patents

Heat exchanger of self-contained breathing apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2640273C2
RU2640273C2 RU2016106266A RU2016106266A RU2640273C2 RU 2640273 C2 RU2640273 C2 RU 2640273C2 RU 2016106266 A RU2016106266 A RU 2016106266A RU 2016106266 A RU2016106266 A RU 2016106266A RU 2640273 C2 RU2640273 C2 RU 2640273C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
heat
central tube
heat exchange
exchange device
Prior art date
Application number
RU2016106266A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016106266A (en
Inventor
Александр Викторович Щегольков
Алексей Викторович Щегольков
Николай Федорович Гладышев
Алексей Григорьевич Ткачев
Нариман Рустемович Меметов
Алексей Александрович Осипов
Алена Алексеевна Попова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ
Priority to RU2016106266A priority Critical patent/RU2640273C2/en
Publication of RU2016106266A publication Critical patent/RU2016106266A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2640273C2 publication Critical patent/RU2640273C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62BDEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B9/00Component parts for respiratory or breathing apparatus

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Respiratory Apparatuses And Protective Means (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: satisfaction of human life necessities.SUBSTANCE: invention relates to respiratory protection devices, in particular to constituent parts of self-contained self-rescuers with chemically bonded oxygen which are used for emergency short-term respiratory protection in emergency situations connected with the formation of environment unsuitable for breathing. The heat exchanger of the self-contained breathing apparatus comprising a housing with an inlet and an outlet nozzles for attaching to the unit of respiratory apparatus isolation and regenerative canister of the breathing apparatus, a gas-permeable heat-capacious material located in the cavity of the housing between the mentioned nozzles in which the gas-permeable heat-capacious material is made in the form of a cassette containing a central tube and fibrous substrate with a coolant applied on one or both sides, wherein the coolant is a mixture of solid high-molecular hydrocarbons of limit nature, modified by nanomaterial. The substrate can be wound on the central tube, provided with an expiratory valve, in a spiral and a nodeless net can be placed between the layers of the substrate, or it is can made in the form of corrugated ribbon, which corrugations are parallel to the generatrix. External corrugations are fixed on an additional shell, and the internal corrugations are attached to the central tube.EFFECT: increased efficiency of cooling the respiratory gas mixture by reducing the mass-dimensional characteristics and reducing the breathing resistance.8 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам защиты органов дыхания, в частности к составным частям изолирующих самоспасателей с химически связанным кислородом, которые применяются в горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности для экстренной кратковременной защиты органов дыхания в аварийных ситуациях, связанных с образованием непригодной для дыхания окружающей среды.The invention relates to respiratory protection devices, in particular to components of insulating self-rescuers with chemically bound oxygen, which are used in mining, chemical and other industries for emergency short-term respiratory protection in emergency situations associated with the formation of an environment unsuitable for breathing.

В процессе регенерации газовоздушной смеси (ГВС) в регенеративном патроне изолирующего дыхательного аппарата протекают экзотермические реакции с выделением значительного количества тепла. В результате газовоздушная смесь, поступающая из регенеративного патрона к органам дыхания человека, имеет повышенную температуру и обезвожена. Горячая ГВС вносит дополнительную стрессовую нагрузку на пользователя, находящегося в аварийной ситуации, и может привести к отключению пользователя от аппарата.During the regeneration of the gas-air mixture (DHW) in the regenerative cartridge of the insulating breathing apparatus, exothermic reactions occur with the release of a significant amount of heat. As a result, the gas-air mixture coming from the regenerative cartridge to the human respiratory system has an elevated temperature and is dehydrated. Hot water supply brings additional stress to the user in an emergency, and can lead to disconnection of the user from the device.

Для снижения температуры ГВС, поступающей к органам дыхания, используют теплообменные устройства, которые устанавливают в линии подачи ГВС от регенеративного патрона к органам дыхания человека. Как правило, такие устройства выполнены в виде полого корпуса с патрубками, в котором размещен теплообменный пакет. К патрубкам подключаются лицевая часть органов дыхания и регенеративный патрон дыхательного аппарата. Во время дыхания в теплообменном пакете происходит охлаждение и увлажнение вдыхаемой газовоздушной смеси.To reduce the temperature of the hot water supply to the respiratory system, heat exchangers are used that are installed in the hot water supply line from the regenerative cartridge to the human respiratory system. As a rule, such devices are made in the form of a hollow body with nozzles in which a heat transfer package is placed. The front part of the respiratory system and the regenerative cartridge of the breathing apparatus are connected to the nozzles. During breathing in the heat exchange package, the inhaled gas-air mixture is cooled and moistened.

Примером (аналогом) таких устройств является теплообменное устройство дыхательного аппарата с химически связанным кислородом (авт. св. СССР №1342514, МПК А62В 9/00, А62В 7/08, 1984). Теплообменное устройство дыхательного аппарата на химически связанном кислороде включает цилиндрический корпус, патрубок для подачи выдыхаемой ГВС, патрубок для подачи нагретой регенерированной ГВС и теплообменный пакет, состоящий из гидрофильных и гидрофобных шайб и установленный в корпусе между воздухораспределительными решетками, которые поджимают указанные шайбы. Гидрофильные шайбы выполнены в виде плетеных деток из волокнистого материала, импрегнированного гигроскопическим веществом (осушителем), в качестве которого могут быть использованы гигроскопические соли, которые образуют при поглощении водяного пара кристаллогидраты, например хлористый кальций. Гидрофобные шайбы выполнены из объемного нетканого полотна. Воздухораспределительные решетки выполнены перфорированными и закреплены в корпусе на расстоянии одна от другой меньше, чем высота пакета в свободном состоянии.An example (analogue) of such devices is a heat exchanger of a breathing apparatus with chemically bound oxygen (ed. St. USSR No. 1342514, IPC А62В 9/00, А62В 7/08, 1984). The heat exchange device of a chemically bound oxygen breathing apparatus includes a cylindrical body, a pipe for supplying exhaled hot water, a pipe for supplying heated regenerated hot water, and a heat transfer package consisting of hydrophilic and hydrophobic washers and installed in the housing between the air distribution grilles that compress the said washers. The hydrophilic washers are made in the form of wicker children made of fibrous material impregnated with a hygroscopic substance (desiccant), which can be used hygroscopic salts, which form crystalline hydrates, for example, calcium chloride, during the absorption of water vapor. Hydrophobic washers are made of bulk non-woven fabric. The air distribution grilles are perforated and fixed in the housing at a distance from one another less than the height of the package in a free state.

Работа такого теплообменного устройства заключается в следующем.The operation of such a heat exchange device is as follows.

Выдыхаемая ГВС, проходя при выдохе через пакет, подсушивается за счет сорбции влаги гигроскопическим веществом шайб. В регенеративном патроне проходят экзотермические реакции. Из патрона в теплообменное устройство ГВС поступает сухим и нагретым до 70-90°С. Проходя через пакет в обратном направлении, вдыхаемая газовоздушная смесь увлажняется и охлаждается за счет расхода части тепла на испарение влаги из шайб. Часть тепла тратится на нагревание пакета и корпуса, который излучает тепло в окружающее пространство.The exhaled DHW, passing through the packet upon exhalation, is dried by sorption of moisture by the hygroscopic substance of the washers. The regenerative cartridge undergoes exothermic reactions. From the cartridge, the DHW heat exchanger enters dry and heated to 70-90 ° C. Passing through the bag in the opposite direction, the inhaled air-gas mixture is moistened and cooled due to the consumption of part of the heat to evaporate moisture from the washers. Part of the heat is spent on heating the package and the casing, which radiates heat into the surrounding space.

Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: теплообменное устройство изолирующего дыхательного аппарата, включающее корпус с входным и выходным патрубками для присоединения к узлу изоляции органов дыхания и регенеративному патрону дыхательного аппарата, газопроницаемый теплоемкий материал, размещенный в полости корпуса между указанными патрубкамиCommon features of the analogue and the claimed solution are: a heat exchanger of an insulating breathing apparatus, comprising a housing with inlet and outlet nozzles for connecting to the respiratory apparatus isolation unit and the regenerative cartridge of the breathing apparatus, a gas-permeable heat-absorbing material placed in the cavity of the body between these nozzles

Использование в пакете множества шайб, которые изготовлены в виде плетеных сеток из волокнистого материала и из объемного нетканого полотна, повышает сопротивления дыханию, что объясняется характеристиками воздухопроницаемости указанных материалов. Кроме того, низкая теплоемкость и теплопроводность шайб пакета снижает эффективность теплообменного процесса в пакете.The use of a plurality of washers in the bag, which are made in the form of woven nets of fibrous material and of a bulk non-woven fabric, increases breathing resistance, which is explained by the air permeability characteristics of these materials. In addition, the low heat capacity and thermal conductivity of the package washers reduces the efficiency of the heat transfer process in the package.

Указанные недостатки частично устранены в выбранном в качестве прототипа тепловлагообменном устройстве дыхательного аппарата с химически связанным кислородом (патент РФ на полезную модель №135518, МПК А62В 7/08, 2013). В теплообменном устройстве изолирующего дыхательного аппарата, включающем полый корпус с патрубками присоединения лицевой части органов дыхания и регенеративного патрона дыхательного аппарата, пакет из газопроницаемого теплоемкого материала, размещенный в полости корпуса между указанными патрубками, пакет из газопроницаемого теплоемкого материала выполнен из множества металлических сеток, установленных вдоль продольной оси корпуса с возможностью разделения полости корпуса на две камеры, одна из которых соединена с патрубком лицевой части органов дыхания, а другая с патрубком регенеративного патрона дыхательного аппарата.These shortcomings were partially eliminated in the heat-moisture exchange device of a breathing apparatus with chemically bound oxygen selected as a prototype (RF patent for utility model No. 135518, IPC АВВ 7/08, 2013). In a heat-exchange device of an insulating breathing apparatus, including a hollow body with pipes connecting the front of the respiratory system and a regenerative cartridge of the breathing apparatus, a bag of gas-permeable heat-absorbing material placed in the cavity of the body between the pipes, a bag of gas-permeable heat-resistant material is made of many metal grids installed along the longitudinal axis of the housing with the possibility of dividing the cavity of the housing into two chambers, one of which is connected to the face pipe howling of the respiratory system, and the other with the nozzle of the regenerative cartridge of the respiratory apparatus.

Теплообменное устройство работает следующим образом. При выдохе выдыхаемая ГВС проходит через тампон, охлаждая и увлажняя его. При вдохе нагретая и обезвоженная в регенеративном патроне газовоздушная смесь проходит через тампон в обратном направлении. При этом ГВС охлаждается и увлажняется, расходуя тепло на нагрев тампона и на испарение влаги.The heat exchange device operates as follows. When exhaling, the exhaled DHW passes through the tampon, cooling and moisturizing it. When inhaling, the air-gas mixture heated and dehydrated in the regenerative cartridge passes through the tampon in the opposite direction. At the same time, the hot water supply is cooled and moistened, spending heat on heating the swab and on the evaporation of moisture.

Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: корпус с входным и выходным патрубками для присоединения к узлу изоляции органов дыхания и регенеративному патрону дыхательного аппарата, газопроницаемый теплоемкий материал, размещенный в полости корпуса между указанными патрубками.Common features of the prototype and the claimed solution are: a housing with inlet and outlet nozzles for connection to the respiratory apparatus isolation unit and the regenerative cartridge of the breathing apparatus, a gas-permeable heat-absorbing material placed in the body cavity between the nozzles.

Выполнение газопроницаемого теплоемкого материала в виде пакета из объемной плетеной проволочной сетки, заполняющей всю полость корпуса и отделенной от патрубков перегородками из металлической сетки, имеет следующие недостатки. ГВС при таком выполнении проходит от одного патрубка, что создает мертвые зоны, снижающие эффективность теплообмена. А это, в свою очередь, вызывает необходимость увеличения объема плетеной сетки для обеспечения эксплуатационных характеристик устройства, что увеличивает сопротивление дыханию, ухудшает массогабаритные показатели устройства.The implementation of a gas-permeable heat-intensive material in the form of a package of a three-dimensional woven wire mesh that fills the entire cavity of the housing and is separated from the nozzles by partitions from a metal mesh has the following disadvantages. DHW in this embodiment passes from one nozzle, which creates dead zones that reduce heat transfer efficiency. And this, in turn, necessitates an increase in the volume of the woven mesh to ensure the operational characteristics of the device, which increases breathing resistance and worsens the overall dimensions of the device.

Задачей изобретения является повышение эффективности охлаждения дыхательной газовой смеси.The objective of the invention is to increase the cooling efficiency of the respiratory gas mixture.

Техническим результатом изобретения является снижение массогабаритных характеристик и уменьшение сопротивления дыханию.The technical result of the invention is to reduce weight and size characteristics and reduce breathing resistance.

Технический результат достигается тем, что в теплообменном устройстве изолирующего дыхательного аппарата, включающем корпус с входным и выходным патрубками для присоединения к узлу изоляции органов дыхания и регенеративному патрону дыхательного аппарата, газопроницаемый теплоемкий материал, размещенный в полости корпуса между указанными патрубками, причем газопроницаемый теплоемкий материал выполнен в виде кассеты, содержащей центральную трубку и волокнистую подложку с нанесенным с одной либо с обеих сторон хладагентом, в качестве которого используется смесь твердых высокомолекулярных углеводородов предельного характера, модифицированная наноматериалом.The technical result is achieved by the fact that in the heat exchanger of the insulating breathing apparatus, comprising a housing with inlet and outlet nozzles for connecting to the respiratory apparatus isolation unit and the regenerative cartridge of the breathing apparatus, a gas-permeable heat-absorbing material placed in the cavity of the body between these nozzles, wherein the gas-permeable heat-resistant material is made in the form of a cartridge containing a central tube and a fibrous substrate with refrigerant deposited on one or both sides, as which is a mixture of solid hydrocarbons of high molecular limiting character, modified nanomaterial.

Подложка может быть намотана на центральную трубку по спирали и между слоями подложки может быть помещена безузловая сетка.The substrate can be wound on a central tube in a spiral and a nodal net can be placed between the layers of the substrate.

Подложка может быть выполнена в виде гофрированной ленты, у которой гофры расположены параллельно образующей, причем наружные гофры могут быть закреплены на дополнительной обечайке, а внутренние примыкают к центральной трубке.The substrate can be made in the form of a corrugated tape, in which the corrugations are parallel to the generatrix, and the outer corrugations can be fixed on an additional shell, and the inner ones are adjacent to the central tube.

Центральная трубка может быть снабжена клапаном выдоха.The central tube may be provided with an exhalation valve.

В качестве наноматериала может использоваться углеродный наноструктурный материал «Таунит», смесь углеродных нанотрубок типа «Таунит» либо «Таунит-М» в количестве от 0,5 до 10 мас. %.As the nanomaterial can be used carbon nanostructured material “Taunit”, a mixture of carbon nanotubes of the type “Taunit” or “Taunit-M” in an amount of from 0.5 to 10 wt. %

В качестве материала может использоваться нанографит (полиграфен) в количестве от 0,2 до 6 мас. %.As the material can be used nanographite (polygraph) in an amount of from 0.2 to 6 wt. %

В качестве хладагента может использоваться смесь модифицированных царафинов с различной температурой фазового перехода.A mixture of modified tsarafins with different phase transition temperatures can be used as a refrigerant.

В качестве подложки может использоваться нетканый полипропиленовый материал «Спанбонд» плотностью от 17 до 20 г/м2.As the substrate can be used non-woven polypropylene material "Spanbond" with a density of 17 to 20 g / m 2 .

Существенные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым результатом.The essential features of the invention are in a causal relationship with the achieved result.

Выполнение газопроницаемого теплоемкого материала в виде кассеты, содержащей центральную трубку и волокнистую подложку с нанесенным с одной либо с обеих сторон хладагентом, в качестве которого используется смесь твердых высокомолекулярных углеводородов предельного характера, модифицированная наноматериалом, обеспечивает снижение массогабаритных характеристик и уменьшение сопротивления дыханию за счет:The implementation of a gas-permeable heat-intensive material in the form of a cartridge containing a central tube and a fibrous substrate with a refrigerant deposited on one or both sides, which is used as a mixture of solid high molecular weight hydrocarbons of a limiting nature, modified with nanomaterial, reduces weight and size characteristics and reduces breathing resistance due to:

- удобства сборки теплообменного устройства;- ease of assembly of the heat exchange device;

- достижения постоянства свойств теплообменного устройства - сопротивления дыханию, массы и теплофизических свойств;- achieving the constancy of the properties of the heat exchange device - breathing resistance, mass and thermophysical properties;

- возможности утилизации составных элементов теплообменного устройства;- the possibility of recycling the constituent elements of a heat exchange device;

- повышение надежности за счет подачи части выдыхаемого ГВСа, обладающего 100% влажностью, в регенеративный патрон и исключения в устройстве «мертвых зон».- improving reliability by supplying part of the exhaled dhw with 100% humidity to the regenerative cartridge and exceptions in the "dead zones" device.

Намотка подложки на центральную трубку по спирали исключает разрушение подложки, которая не выдерживает малых радиусов изгиба, а помещение между слоями подложки безузловой сетки обеспечивает снижение массогабаритных характеристик и уменьшение сопротивления дыханию. Рекомендуется для устройств с большим временем защитного действия.Winding the substrate on the central tube in a spiral eliminates the destruction of the substrate, which does not withstand small bending radii, and placing a knot-free mesh between the layers of the substrate reduces the overall dimensions and decreases the breathing resistance. Recommended for devices with a long protective time.

Выполнение подложки может быть в виде гофрированной ленты, у которой гофры расположены параллельно образующей, причем наружные гофры закреплены на дополнительной обечайке, а внутренние примыкают к центральной трубке, обеспечивает снижение массогабаритных характеристик и уменьшение сопротивления дыханию за счет исключения безузловой сетки. Рекомендуется для устройств с малым временем защитного действия.The implementation of the substrate can be in the form of a corrugated tape, in which the corrugations are parallel to the generatrix, with the outer corrugations attached to an additional shell and the inner ones adjacent to the central tube, which reduces mass and size characteristics and reduces breathing resistance by eliminating the knotless mesh. Recommended for devices with a short protective time.

Снабжение центральной трубки клапаном выдоха обеспечивает дополнительное повышение надежности за счет более быстрого включения регенеративного патрона в работу при пониженных температурах.The supply of the central tube with the exhalation valve provides an additional increase in reliability due to the faster inclusion of the regenerative cartridge in operation at low temperatures.

В качестве наноматериала может использоваться углеродный наноструктурный материал «Таунит», смесь углеродных нанотрубок типа «Таунит» либо «Таунит-М» в количестве от 0,5 до 10 мас. %, что обеспечивает снижение массогабаритных характеристик и уменьшение сопротивления дыханию. Использование в качестве хладагента смеси модифицированных парафинов с различной температурой фазового перехода обеспечивает увеличение электро- и теплопроводности хладагента. При этом материал становится формоустойчивым и не течет при температуре фазового перехода. Экспериментально установлено, что за счет изменения соотношения модифицированных парафинов обеспечивается температурную разность до 40°С.As the nanomaterial can be used carbon nanostructured material “Taunit”, a mixture of carbon nanotubes of the type “Taunit” or “Taunit-M” in an amount of from 0.5 to 10 wt. %, which provides a decrease in weight and size characteristics and a decrease in breathing resistance. The use of a mixture of modified paraffins with different phase transition temperatures as a refrigerant provides an increase in the electrical and thermal conductivity of the refrigerant. In this case, the material becomes form-stable and does not flow at the phase transition temperature. It was experimentally established that by varying the ratio of modified paraffins, a temperature difference of up to 40 ° C is provided.

Использование в качестве наноматериала смеси нанотрубок типа «Таунит» либо «Таунит-М» в количестве от 0,5 до 10 мас. % обеспечивает увеличение теплопроводности парафина с 0,238 Вт/м°С до модификации до 0,37 Вт/м°С после модификации.Using as a nanomaterial a mixture of nanotubes of the Taunit or Taunit-M type in an amount of 0.5 to 10 wt. % provides an increase in the thermal conductivity of paraffin from 0.238 W / m ° C before modification to 0.37 W / m ° C after modification.

Использование в качестве наноматериала нанографита (полиграфена) в количестве от 0,2 до 6 мас. % увеличивает теплопроводность парафина с 0,238 Вт/м°С до 0,52 Вт/м°С.Use as nanomaterial nanographite (polygraph) in an amount of from 0.2 to 6 wt. % increases the thermal conductivity of paraffin from 0.238 W / m ° C to 0.52 W / m ° C.

Использование в качестве подложки нетканого полипропиленового материала «Спанбонд». плотностью от 17 до 20 г/м2 обеспечивает снижение массогабаритных характеристик и уменьшение сопротивления дыханию. При такой плотности достигается снижение массы устройства, подложка обладает минимальным сопротивлением дыханию и в то же время обладает достаточной механической прочностью при наложении (втирании) хладагента. При большей плотности увеличивается масса подложки и снижается ее пористость, а при меньшей невозможно нанесение хладагента из-за разрушения подложки.Use of Spanbond non-woven polypropylene material as a substrate. density from 17 to 20 g / m 2 provides a reduction in weight and size characteristics and a decrease in breathing resistance. With such a density, a reduction in the mass of the device is achieved, the substrate has minimal resistance to breathing and at the same time has sufficient mechanical strength when applying (rubbing) refrigerant. At a higher density, the mass of the substrate increases and its porosity decreases, and at a lower density, it is impossible to apply refrigerant due to the destruction of the substrate.

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на чертежи, на которых показано:The following is a detailed description of the invention with reference to the drawings, which show:

Фиг. 1 - изолирующий дыхательный аппарат с теплообменным устройством;FIG. 1 - insulating breathing apparatus with a heat exchange device;

Фиг. 2 - теплообменное устройство изолирующего дыхательного аппарата, общий вид;FIG. 2 - heat exchange device of an insulating breathing apparatus, general view;

Фиг. 3 - теплообменная кассета, вариант «гармошка», вид сверху;FIG. 3 - heat transfer cassette, accordion version, top view;

Фиг. 4 - то же, что на фиг. 2, боковой разрез;FIG. 4 is the same as in FIG. 2, side section;

Фиг. 5 - схема закрепления теплопоглощающей ленты на обечайке, вид сбоку;FIG. 5 is a side view of fixing a heat-absorbing tape to a shell;

Фиг. 6 - то же, что на фиг. 4, вид сверху;FIG. 6 is the same as in FIG. 4, top view;

Фиг. 7 - теплообменная кассета, вариант «рулон», вид сверху;FIG. 7 - heat transfer cassette, the option "roll", a top view;

Фиг. 8 - то же, что на фиг. 6, боковой разрез;FIG. 8 is the same as in FIG. 6, side section;

Фиг. 9 - поперечный разрез теплопоглощающей ленты;FIG. 9 is a cross section of a heat-absorbing tape;

Фиг. 10 - устройство безузловой сетки, вид сверху;FIG. 10 - device nodeless mesh, top view;

Фиг. 11 - то же, что на фиг. 9, поперечное сечение;FIG. 11 is the same as in FIG. 9, cross section;

Фиг. 12 - конструкция замка обечайки.FIG. 12 is a construction of a lock of a shell.

Перечень позиций, указанных на чертежах:The list of items indicated in the drawings:

1 - регенеративный патрон;1 - regenerative cartridge;

2 - дыхательный мешок;2 - a respiratory bag;

3 - пусковое устройство;3 - starting device;

4 - узел изоляции органов дыхания;4 - node isolation of the respiratory system;

5 - гофрированная трубка;5 - corrugated tube;

6 - теплообменное устройство;6 - heat exchange device;

7 - корпус;7 - case;

8 - входной патрубок;8 - inlet pipe;

9 - выходной патрубок;9 - outlet pipe;

10 - газопроницаемый теплоемкий материал;10 - gas-permeable heat-resistant material;

11 – кассета;11 - cassette;

12 – кассета;12 - cassette;

13 - центральная трубка;13 - the central tube;

14 - клапан выдоха;14 - exhalation valve;

15 - подложка;15 - substrate;

16 - хладагент;16 - refrigerant;

17 - безузловая сетка;17 - knotless mesh;

18 - гофр наружный;18 - outer corrugation;

19 - лента (обечайка);19 - tape (shell);

20 - гофр внутренний;20 - inner corrugation;

21 - скоба.21 - bracket.

Изолирующий аппарат с теплообменным устройством (фиг. 1) содержит регенеративный патрон 1, соединенный с дыхательным мешком 2 и снабженный пусковым устройством 3. Регенеративный патрон 1 соединен с узлом изоляции органов дыхания 4 гофрированной трубкой 5, которая соединена с теплообменным устройством 6. В качестве узла изоляции 4 может служить защитная маска, полумаска или загубник с носовым зажимом. Теплообменное устройство 6 (фиг. 2) включает корпус 7, состоящий из соединенных с помощью известных средств двух одинаковых половин с входным 8 и выходным 9 патрубками для присоединения к узлу изоляции органов дыхания 4 и регенеративному патрону 1 дыхательного аппарата, газопроницаемый теплоемкий материал 10, размещенный в полости корпуса 7 между патрубками 8 и 9.An insulating apparatus with a heat exchange device (Fig. 1) contains a regenerative cartridge 1 connected to the breathing bag 2 and provided with a starting device 3. The regenerative cartridge 1 is connected to the respiratory organs isolation unit 4 by a corrugated tube 5, which is connected to the heat exchange device 6. As a unit insulation 4 can serve as a protective mask, half mask or mouthpiece with a nose clip. The heat exchange device 6 (Fig. 2) includes a housing 7, consisting of two identical halves connected by known means with inlet 8 and outlet 9 pipes for connecting to the respiratory isolation unit 4 and the regenerative cartridge 1 of the breathing apparatus, a gas-permeable heat-resistant material 10, placed in the cavity of the housing 7 between the nozzles 8 and 9.

Газопроницаемый теплоемкий материал 10 может быть выполнен в виде кассеты 11, показанной на фиг. 3 (первый вариант), или кассеты 12, показанной на фиг. 7 (второй вариант), каждая из которых содержит центральную трубку 13, снабженную клапаном выдоха 14. В обоих вариантах используется волокнистая подложка 15 с нанесенным с одной либо с обеих сторон хладагентом 16, в качестве которого используется смесь твердых высокомолекулярных углеводородов предельного характера, модифицированная наноматериалом (фиг. 9). В кассете 12 (фиг. 7 и 8) подложка 15 намотана на центральную трубку 13 по спирали и между слоями подложки 15 помещена безузловая сетка 17.The gas-permeable heat-absorbing material 10 can be made in the form of a cartridge 11 shown in FIG. 3 (first embodiment), or cassette 12 shown in FIG. 7 (second option), each of which contains a central tube 13 equipped with an exhalation valve 14. In both versions, a fibrous substrate 15 is applied with refrigerant 16 applied on one or both sides, using a mixture of solid high molecular weight hydrocarbons of a limiting nature, modified with nanomaterial (Fig. 9). In the cassette 12 (Fig. 7 and 8), the substrate 15 is wound on a central tube 13 in a spiral and a knotless mesh 17 is placed between the layers of the substrate 15.

Подложка 15 в варианте, показанном на фиг 3 и 4, выполнена в виде гофрированной ленты, у которой наружные гофры 18 закреплены на дополнительной ленте 19 с помощью известных устройств, а внутренние гофры 20 после свертывания ленты 19 в обечайку примыкают к центральной трубке 13, как показано на фиг. 3. Лента 19 выполнена с отогнутыми концами, которые соединяются при сборке скобой 21, как показано на фиг. 12.The substrate 15 in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 is made in the form of a corrugated tape, in which the outer corrugations 18 are fixed to the additional tape 19 using known devices, and the inner corrugations 20 after folding the tape 19 into the casing are adjacent to the central tube 13, as shown in FIG. 3. The tape 19 is made with bent ends, which are connected during assembly by the bracket 21, as shown in FIG. 12.

В качестве наноматериала для хладагента 16 используется углеродный наноструктурный материал «Таунит», смесь углеродных нанотрубок типа «Таунит» либо «Таунит-М» в количестве от 0,5 до 10 мас. %, либо нанографит (полиграфен) в количестве от 0,2 до 6 мас. %, а в качестве хладагента используется смесь модифицированных парафинов с различной температурой фазового перехода. В качестве подложки 15 используется нетканый полипропиленовый материал «Спанбонд» плотностью от 17 до 20 г/м2.As the nanomaterial for the refrigerant 16, the carbon nanostructure material Taunit, a mixture of carbon nanotubes of the Taunit or Taunit-M type in an amount of 0.5 to 10 wt. %, or nanographite (polygraph) in an amount of from 0.2 to 6 wt. %, and a mixture of modified paraffins with different phase transition temperatures is used as a refrigerant. As the substrate 15 is used non-woven polypropylene material "Spanbond" with a density of from 17 to 20 g / m 2 .

При применении дыхательного аппарата по назначению теплообменное устройство работает следующим образом. When using the breathing apparatus for its intended purpose, the heat exchange device operates as follows.

При возникновении аварийной ситуации изолирующий дыхательный аппарат приводится в рабочее состояние, для чего включается пусковое устройство 3, узел изоляции органов дыхания 4 надевается на голову пользователя. При работе пускового устройства выделяется нагретый кислород, который проходит через регенеративный патрон 1, нагревая регенеративный продукт (не показан) и поступает в дыхательный мешок 2. При вдохе ГВС вновь проходит из дыхательного мешка 2 и регенеративный патрон 1 и через гофрированную трубку 5 поступает в теплообменное устройство 6, где передает тепло хладагенту 16 на подложке 15, образующих газопроницаемый теплоемкий материал 10, и через узел изоляции органов дыхания 4 охлажденная ГВС поступает на вдох пользователя.In the event of an emergency, the isolating breathing apparatus is brought into working condition, for which the starting device 3 is turned on, the respiratory isolation unit 4 is put on the user's head. During the operation of the starter, heated oxygen is released, which passes through the regenerative cartridge 1, heating the regenerative product (not shown) and enters the breathing bag 2. When inhaling, the hot water supply again passes from the breathing bag 2 and the regenerative cartridge 1 and enters the heat exchange through the corrugated tube 5 device 6, where it transfers heat to the refrigerant 16 on the substrate 15, forming a gas-permeable heat-consuming material 10, and through the isolation unit of the respiratory organs 4, the cooled DHW is supplied to the user's breath.

При выдохе ГВС, имеющая относительную влажность до 100% и температуру 37°С, из узла изоляции органов дыхания 4 через гофрированную трубку 5 поступает в теплообменное устройство 6, в котором охлаждает хладагент 16 и поступает через регенеративный патрон 1 в дыхательный мешок 2. При прохождении ГВС через регенеративный патрон 1 происходит поглощение диоксида углерода и восполняется концентрация кислорода, поглощенного пользователем. Этот процесс сопровождается выделением тепла. Поэтому при движении ГВС из дыхательного мешка 2 через регенеративный патрон 1 происходит ее разогрев. При движении через теплообменное устройство 6 часть тепла поглощается хладагентом 16 и на вдох поступает ГВС с комфортной для дыхания температурой.When exhaling dhw, having a relative humidity of up to 100% and a temperature of 37 ° C, from the isolation unit of the respiratory organs 4 through the corrugated tube 5 enters the heat exchanger 6, in which it cools the refrigerant 16 and enters through the regenerative cartridge 1 into the breathing bag 2. When passing DHW through regenerative cartridge 1, carbon dioxide is absorbed and the concentration of oxygen absorbed by the user is replenished. This process is accompanied by heat. Therefore, when the DHW moves from the respiratory bag 2 through the regenerative cartridge 1, it is heated. When moving through the heat exchanger 6, part of the heat is absorbed by the refrigerant 16 and DHW with inhalation temperature is comfortable for breathing.

При использовании в теплообменном устройстве 6 кассеты 12, показанной на фиг. 7 и 8, выдыхаемый пользователем ГВС через входной патрубок 8 поступает в полость корпуса 7, из которого часть потока через клапан выдоха 14 и центральную трубку 1 подается через выходной патрубок 9 и гофрированную трубку 5 в регенеративный патрон 1. Большая часть потока ГВС проходит между слоями подложки 15 с нанесенным на ее поверхность хладагентом 16 между продольными нитями безузловой сетки 17. При этом поток ГВС отнимает часть тепла у более нагретого хладагента 16 и также поступает в регенеративный патрон 1, при прохождении ГВС через который происходит поглощение диоксида углерода и восполняется концентрация кислорода, поглощенного пользователем. Эффективность теплообмена увеличивается за счет турбулизации потока на поверхности хладагента 16 при взаимодействия потока с поперечными нитями безузловой сетка 17. При вдохе нагретая до 70-90°С в регенеративном патроне 1 ГВС поступает в теплообменное устройство 6 и отдает часть тепла хладагенту 16 и через гофрированную трубку 5 поступает в узел изоляции органов дыхания 4 на вдох пользователя с комфортной для дыхания температурой.When used in the heat exchanger 6 of the cartridge 12 shown in FIG. 7 and 8, the DHW user exhaled through the inlet pipe 8 enters the cavity of the housing 7, from which part of the flow through the exhalation valve 14 and the central tube 1 is fed through the outlet pipe 9 and the corrugated tube 5 into the regenerative cartridge 1. Most of the DHW flow passes between the layers substrate 15 with a refrigerant 16 deposited on its surface between the longitudinal threads of a knotless mesh 17. In this case, the DHW flow takes part of the heat from the warmer refrigerant 16 and also enters the regenerative cartridge 1, when the DHW passes through which carbon dioxide absorption occurs and the concentration of oxygen absorbed by the user is replenished. The heat transfer efficiency is increased due to the turbulence of the flow on the surface of the refrigerant 16 when the flow interacts with the transverse threads of the knotless network 17. When inhaled, it is heated to 70-90 ° C in the DHW regenerative cartridge 1 and enters the heat exchange device 6 and transfers part of the heat to the refrigerant 16 and through the corrugated tube 5 enters the site of isolation of the respiratory organs 4 to the user's breath with a comfortable temperature for breathing.

При использовании в теплообменном устройстве 6 кассеты 11, показанной на фиг. 3 и 4, выдыхаемый пользователем ГВС через входной патрубок 8 поступает в полость корпуса 7, из которого часть потока через клапан выдоха 14 и центральную трубку 1 подается через выходной патрубок 9 и гофрированную трубку 5 в регенеративный патрон 1. Большая часть потока ГВС проходит между гофрами подложки 15 с нанесенным на ее поверхность хладагентом 16 между продольными нитями безузловой сетки. Данный вариант рекомендуется для дыхательных аппаратов с относительно коротким временем защитного действия - от 15 до 30 мин. Для сборки кассеты требуется лента 19, к которой прикрепляются наружные гофры 18. Если для крепления используется нить, то на боковой поверхностях ленты 19 с заданным шагом выполняются боковые вырезы для фиксации нити, как показано на фиг. 5 и 6.When used in the heat exchanger 6 of the cartridge 11 shown in FIG. 3 and 4, the DHW user exhaled through the inlet pipe 8 enters the cavity of the housing 7, from which part of the flow through the exhalation valve 14 and the central tube 1 is fed through the outlet pipe 9 and the corrugated tube 5 into the regenerative cartridge 1. Most of the DHW flow passes between the corrugations substrate 15 with a refrigerant 16 deposited on its surface between the longitudinal threads of a knotless mesh. This option is recommended for breathing apparatus with a relatively short protective time - from 15 to 30 minutes. To assemble the cartridge, a tape 19 is required, to which external corrugations 18 are attached. If a thread is used for fastening, then side cuts are made on the lateral surfaces of the tape 19 to set the thread, as shown in FIG. 5 and 6.

Так как изолирующие дыхательные аппараты могут использоваться в широком диапазоне температур, необходимо было преодолеть опасность отказа регенеративного патрона на морозе, когда вся влага, без наличия которой не может работать регенеративный продукт, будет вымораживаться на теплообменных поверхностях. Применение центральной трубки 13 с клапаном выдоха 14 позволяет обеспечить достаточную влажность ГВС для запуска регенеративного патрона в работу при отрицательных температурах.Since insulating breathing apparatus can be used in a wide temperature range, it was necessary to overcome the danger of a regenerative cartridge failing in the cold, when all moisture, without which the regenerative product cannot work, will be frozen on heat-exchanging surfaces. The use of a Central tube 13 with an exhalation valve 14 allows you to provide sufficient humidity for the DHW to run the regenerative cartridge in operation at low temperatures.

Описанный процесс теплообмена постоянно повторяется при пользовании дыхательным аппаратом.The described heat exchange process is constantly repeated when using a breathing apparatus.

Изобретение обеспечивает повышение эффективности охлаждения дыхательной газовой смеси за счет снижения массогабаритных характеристик и уменьшения сопротивления дыханию.The invention provides an increase in the cooling efficiency of the respiratory gas mixture by reducing weight and size characteristics and reducing breathing resistance.

Claims (8)

1. Теплообменное устройство изолирующего дыхательного аппарата, включающее корпус с входным и выходным патрубками для присоединения к узлу изоляции органов дыхания и регенеративному патрону дыхательного аппарата, газопроницаемый теплоемкий материал, размещенный в полости корпуса между указанными патрубками, отличающееся тем, что газопроницаемый теплоемкий материал выполнен в виде кассеты, содержащей центральную трубку и волокнистую подложку с нанесенным с одной либо с обеих сторон хладагентом, в качестве которого используется смесь твердых высокомолекулярных углеводородов предельного характера, модифицированная наноматериалом.1. The heat exchange device of the insulating breathing apparatus, comprising a housing with inlet and outlet nozzles for connecting to the respiratory apparatus isolation unit and the regenerative cartridge of the breathing apparatus, a gas-permeable heat-absorbing material placed in the cavity of the body between these nozzles, characterized in that the gas-permeable heat-consuming material is made in the form cartridge containing a Central tube and a fibrous substrate with applied on one or both sides of the refrigerant, which is used as a mixture solid macromolecular hydrocarbons limiting character, modified nanomaterial. 2. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложка намотана на центральную трубку по спирали и между слоями подложки помещена безузловая сетка.2. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that the substrate is wound on a central tube in a spiral and a knotless mesh is placed between the layers of the substrate. 3. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложка выполнена в виде гофрированной ленты, у которой гофры расположены параллельно образующей, причем наружные гофры закреплены на дополнительной обечайке, а внутренние примыкают к центральной трубке.3. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that the substrate is made in the form of a corrugated tape, in which the corrugations are parallel to the generatrix, with the outer corrugations attached to an additional shell and the inner ones adjacent to the central tube. 4. Теплообменное устройство по любому из пп. 1, 2, 3, отличающееся тем, что центральная трубка снабжена клапаном выдоха.4. The heat exchange device according to any one of paragraphs. 1, 2, 3, characterized in that the Central tube is equipped with an exhalation valve. 5. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве наноматериала используется углеродный наноструктурный материал «Таунит», смесь углеродных нанотрубок типа «Таунит» либо «Таунит-М» в количестве от 0,5 до 10 мас. %.5. The heat transfer device according to claim 1, characterized in that the carbon material is Taunit nanostructured material, a mixture of carbon nanotubes of the type “Taunit” or “Taunit-M” in an amount of from 0.5 to 10 wt. % 6. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве материала используется нанографит (полиграфен) в количестве от 0,2 до 6 мас. %.6. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that the material used is nanographite (polygraph) in an amount of from 0.2 to 6 wt. % 7. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве хладагента используется смесь модифицированных парафинов с различной температурой фазового перехода.7. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that a mixture of modified paraffins with different phase transition temperatures is used as the refrigerant. 8. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве подложки используется нетканый полипропиленовый материал «Спанбонд» плотностью от 17 до 20 г/м2.8. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that the non-woven polypropylene material "Spanbond" with a density of 17 to 20 g / m 2 is used as a substrate.
RU2016106266A 2016-02-24 2016-02-24 Heat exchanger of self-contained breathing apparatus RU2640273C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106266A RU2640273C2 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Heat exchanger of self-contained breathing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106266A RU2640273C2 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Heat exchanger of self-contained breathing apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016106266A RU2016106266A (en) 2017-08-29
RU2640273C2 true RU2640273C2 (en) 2017-12-27

Family

ID=59798773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016106266A RU2640273C2 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Heat exchanger of self-contained breathing apparatus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2640273C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU552493A1 (en) * 1975-09-19 1977-03-30 Предприятие П/Я А-1665 Heat exchanger
SU853340A1 (en) * 1979-12-10 1981-08-07 Предприятие П/Я А-1665 Method and apparatus for cooling gas
RU135518U1 (en) * 2012-09-18 2013-12-20 Публичное акционерное общество "Донецкий завод горноспасательной аппаратуры" HEAT AND WATER EXCHANGE OF AN INSULATING RESPIRATORY APPARATUS
RU137933U1 (en) * 2012-07-31 2014-02-27 Публичное акционерное общество "Донецкий завод горноспасательной аппаратуры" REGENERATIVE CARTRIDGE OF INSULATING RESPIRATORY APPARATUS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU552493A1 (en) * 1975-09-19 1977-03-30 Предприятие П/Я А-1665 Heat exchanger
SU853340A1 (en) * 1979-12-10 1981-08-07 Предприятие П/Я А-1665 Method and apparatus for cooling gas
RU137933U1 (en) * 2012-07-31 2014-02-27 Публичное акционерное общество "Донецкий завод горноспасательной аппаратуры" REGENERATIVE CARTRIDGE OF INSULATING RESPIRATORY APPARATUS
RU135518U1 (en) * 2012-09-18 2013-12-20 Публичное акционерное общество "Донецкий завод горноспасательной аппаратуры" HEAT AND WATER EXCHANGE OF AN INSULATING RESPIRATORY APPARATUS

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016106266A (en) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SU1342514A1 (en) Moisture-heat-exchanger of respiratory system based on chemically bound oxygen
US5617913A (en) Elastomer bed for heating and moisturizing respiratory gases
EP1713565B1 (en) Enhanced carbon dioxide adsorbent
US4168706A (en) Portable breathing system
US4829997A (en) Portable heat exchanger for inhalation rewarming
US20180328601A1 (en) Heat recovery adsorber as ventilation system in buildings
RU2546483C2 (en) Layered structure ensuring adaptive heat insulation
WO2004030452A2 (en) Device for providing microclimate control
JPH0747122B2 (en) Isothermal heat cycle process
JP5897359B2 (en) Artificial nose
JP2000510566A (en) Solid absorbent boiler / absorber device, method of manufacturing the same, and refrigeration device using the device
USRE46071E1 (en) Gas reconditioning systems
RU2640273C2 (en) Heat exchanger of self-contained breathing apparatus
JPH0213592B2 (en)
RU135518U1 (en) HEAT AND WATER EXCHANGE OF AN INSULATING RESPIRATORY APPARATUS
US9597532B2 (en) Breathing apparatus, and method for controlling temperature fluctuations
RU2329839C1 (en) Respirator-conditioner
JP2003225561A (en) Gas adsorption element
JP5662545B1 (en) High performance total heat exchanger
RU170515U1 (en) Heat and moisture exchange device of an insulating breathing apparatus
RU65388U1 (en) MASK FOR PROTECTING THE HUMAN RESPIRATORY BODIES FROM THE COLD
RU2687990C1 (en) Half-mask for protection of respiratory organs and face from abnormally low temperatures
OKINAGA et al. Response of a heat and moisture exchanger containing CaCl2 to the periodic change of flow direction
WO2009125539A1 (en) Heat and moisture exchanger, heat and moisture exchanging device, and mask
RU2614028C1 (en) Method for cooling respiratory gas mixture in respiratory individual protective equipment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190225