RU2640273C2 - Heat exchanger of self-contained breathing apparatus - Google Patents
Heat exchanger of self-contained breathing apparatus Download PDFInfo
- 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
Links
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 title claims abstract description 46
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 4
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 4
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- PZZOEXPDTYIBPI-UHFFFAOYSA-N 2-[[2-(4-hydroxyphenyl)ethylamino]methyl]-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one Chemical group C1=CC(O)=CC=C1CCNCC1C(=O)C2=CC=CC=C2CC1 PZZOEXPDTYIBPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
- A62B9/00—Component 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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)
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 |
-
2016
- 2016-02-24 RU RU2016106266A patent/RU2640273C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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 |