РЕСПИРАТОРЫ И ПРОТИВОГАЗЫ С МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКОЙ ВОЗДУХА (PARP) - РАЗДЕЛ 2

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА 2

УМЕНЬШЕНИЕ РАЗМЕРОВ И МАССЫ КОНСТРУКЦИИ


СТАТЬИ КНИГИ ФОРУМ ГОСТЕВАЯ КНИГА ССЫЛКИ ОБ АВТОРЕ

<~~ Предыдущая глава
Оглавление статьи
Следующая глава ~~>


Автор: Михаил Васильевич Супотницкий.

Об авторе : Михаил Васильевич Супотницкий - кандидат биологических наук.


Респираторы положительного давления с вентиляционным модулем оказались заметно тяжелее традиционных. Наибольшую составляющую этого увеличения массы давали двигатель и аккумуляторная батарея. На пути уменьшения мощности двигателя, а соответственно, уменьшения как его массы, так и источника электропитания, стояла необходимость прокачки больших объемов воздуха через узкий воздуховод длиной около метра, где, в основном, и происходило падение давления фильтрованного воздуха. Кроме того, в определенных условиях дорогостоящие угольные фильтры таких респираторов забивались крупной пылью еще до исчерпания своих ресурсов по емкости для токсических веществ.

Совмещение маски и вентиляционного блока

Hilton Joseph R, как усовершенствование своего же изобретения (GB2032284, 25.09.1979), разработал маску, предназначенную для непосредственного монтажа вентиляционного модуля и вентиляционный модуль (pump module) для такой маски (EP0164946, 06.06.1984). Маска включает адаптор для подсоединения модуля. Сам же модуль может быть смонтирован на маске в двух вариантах:

1) между фильтрующим картриджем и маской;

2) снаружи картриджа.

Конструкция респиратора показана на рис. 34–38.

Рис. 34. Внешний вид респиратора по EP0164946 (06.06.1984)

Рис. 34. Внешний вид респиратора по EP0164946 (06.06.1984)

Рис. 35. Вертикальный разрез через лицевую маску (EP0164946, 06.06.1984)

Рис. 35. Вертикальный разрез через лицевую маску (EP0164946, 06.06.1984)

Рис. 36. Вертикальный разрез через фильтрующий картридж и модуль насоса (EP0164946, 06.06.1984)

Рис. 36. Вертикальный разрез через фильтрующий картридж и модуль насоса (EP0164946, 06.06.1984)

Рис. 37. Разрез через один из вариантов совмещения фильтрующего картриджа и модуля насоса (EP0164946, 06.06.1984)

Рис. 37. Разрез через один из вариантов совмещения фильтрующего картриджа и модуля насоса (EP0164946, 06.06.1984)

Рис. 38. Один из вариантов совмещения фильтрующего картриджа, модуля насоса и лицевой маски (EP0164946, 06.06.1984)

Рис. 38. Один из вариантов совмещения фильтрующего картриджа, модуля насоса и лицевой маски (EP0164946, 06.06.1984)

Респиратор включает традиционную лицевую маску (1), включающую наружную маску (2), внутреннюю маску, закрывающую рот и нос пользователя (4) и ремни фиксации (3а). Наружная маска имеет иллюминаторы (3b), вход для подачи воздуха во внутреннюю маску (5), клапан выдоха (6). Сообщение между внутренней и внешней маской осуществляется через одно или более отверстий (7).

Клапан выдоха (6) представляет собой однонаправленный клапан (8), который открывается против давления, создаваемого пружиной. Он может открыться только тогда, когда в подмасочном пространстве будет достигнуто заранее определенное относительное положительное давление. Каждое отверстие, сообщающее пространство внутренней маски с подмасочным пространством внешней (7) также оснащено однонаправленным клапаном (9), позволяющим воздуху перемещаться  из внутренней маски во внешнюю. Впускное отверстие (5) может быть оснащено одноходовым клапаном (10), позволяющему воздуху переходить во внутреннюю маску, но исключающему возможность обратного тока.

Впускное отверстие (5) открывается на левой боковой поверхности лицевой маски. Наружная маска может быть снабжена впускными отверстиями как на ее правой, так левой стороне, что удобно для использования правшами и левшами. Впускное отверстие может быть сделано в центре маски, как показано на рис. 9 и 11. Впускное отверстие (5) имеет радиальный фланец (11) на котором установлен клапан (10) и уплотнение (12), являющееся упором и снабженный резьбой колпак (13).

Вентиляционный модуль (14) подсоединен непосредственно к лицевой маске. Он включает цилиндрический корпус (15), например, отлитый из пластического материала, имеющий соосный вход (coaxial inlet) и выходные отверстия (16,17). Выходное отверстие (17) имеет резьбовой колпак (18) для резьбовых соединений и кожух (13) впускного отверстия лицевой маски, конец которого находится против прокладки (12), когда корпус (15) полностью прикручен к маске.

Входное отверстие (16) имеет конфигурацию, сходную с входным отверстием (5) лицевой маски с радиальным фланцем (19), герметизируемым прокладкой (20) и резьбовым колпаком (21).

Корпус (15) установлен аксиально вентилятору (22), который присоединяется непосредственно к валу (23) электромотора (24). Мотор находится в собственном корпусе (25) и крепится посредством пластин (26) в промежуточном корпусе (27). Тот поддерживается внутри корпуса (15) резиновыми блоками (28). Батареи находятся в корпусе (29) и соединяются кабелем (30) с мотором (24). Циркуляцию тока в пределах корпуса (29) можно запускать включателем (31), предназначенным для контроля мощности тока, подаваемого на мотор. Фильтрующий картридж (33-38) присоединяется к входному отверстию (16) вентиляционного модуля. Вентиляционный модуль может быть одет на фильтрующий картридж посредством специального, плотно одевающегося колпака (40). Устройство может быть оснащено специальным датчиком, позволяющим регулировать скорость воздушного потока в зависимости от физической нагрузки пользователя.

Оптимизация совмещения маски и вентиляционного блока

Тайваньский инженер HO TIEN LU (US6435184, 01.09.2000) предложил конструкцию респиратора с максимально сокращенным расстоянием между фильтрующим картриджем и входным клапаном лицевой маски. Он также значительно уменьшил возможность вывода из строя фильтрующего картриджа, установив на него с наружи плотно прикручивающийся фильтр грубой очистки воздуха (рис. 39–42).

Рис. 39. Респиратор по патенту US6435184 (01.09.2000) в собранном виде

Рис. 39. Респиратор по патенту US6435184 (01.09.2000) в собранном виде

Рис. 40. Респиратор по патенту US6435184 (01.09.2000) в разобранном виде

Рис. 40. Респиратор по патенту US6435184 (01.09.2000) в разобранном виде

Рис. 41. Респиратор по патенту US6435184 (01.09.2000). Разрез вдоль линий III-III рис. 1

Рис. 41. Респиратор по патенту US6435184 (01.09.2000). Разрез вдоль линий III-III рис. 39

Рис. 42. Использование респиратора по патенту US6435184 (01.09.2000)

Рис. 42. Использование респиратора по патенту US6435184 (01.09.2000)

Чашеобразная лицевая полумаска (1) имеет герметизирующую подушечку из резинового мягкого материала (12), идущую вдоль всего периметра маски (11). Верхняя часть маски имеет вход (13) для движения воздуха через пространство (131). Кольцевой фильтр изготовлен на основе активированного угля (4) и помещен в фильтрующий картридж (32), к нему тесно, резьбовым соединением, притянут корпус фильтра грубой очистки (5). Выдыхательный клапан (14) установлен в нижней части маски. Контрольная мембрана (15) расположена на фронтальной стороне маски и максимально приближена к лицу пользователя. С правой и с левой наружных сторон маски имеются крепежные приспособления (16), предназначенные для плотного ее прижатия к лицу пользователя с помощью ремешков (17). Воздух из отверстия (14) выходит через пространство (22).

На схемах также показаны: гнездо для угольного фильтра (31); кольцевой формы чехол для угольного фильтра (32); электродвигатель (27); батареи (24); гнездо для подзарядки батарей (27); переключатель тока (28-29); отверстие для вентилятора (33); вентилятор (34); фильтр-слой (фильтр грубой очистки воздуха), сделанный из грубоволокнистой бумаги (51); защитная крышка (52); фланец (53).

Исключение маски из PAPR

Лицевая маска нужна не для всех задач, связанных с индивидуальным потреблением отфильтрованного воздуха. Она будет только мешать пользователю при работе в нетоксичной среде (например, содержащей аллергены). Пропущенный через различные фильтры воздух может подаваться исключительно с целью повышения комфортности жизни пользователя, а не с целью защиты его от отравляющих веществ. В частности воздух может подаваться стерильным, содержать ароматизаторы, иметь определенную влажность и др. Пользователь может предпочесть легкую личную систему фильтрации воздуха, незаметную для окружающих его лиц и не препятствующую нормальным его действиям, например, разговору, приему пищи, воды и др.

Для исключения маски из PAPR, предназначенных для работы в  нетоксичнойсреде,американец Piesinger Gregory Hubert (US2001050079, 23.05 2001) предложил подавать отфильтрованный воздух непосредственно в ноздри пользователя по малозаметной системе узких трубок, внешне напоминающих основание оправы для очков. Для того, что бы процесс подачи воздуха пользователю не обнаруживал себя шумом, он применил так называемый распределенный насос (distributed pump), состоящий из множества небольших компрессорных трубочек (compression tubes), чтобы из них сформировать малозаметный вентиляционный блок, который можно носить вокруг пояса, не привлекая к себе внимания. Модульное построение системы позволяет пользователю выбирать ее конфигурацию в зависимости от своих потребностей (очищать воздух различными фильтрующими модулями, стерилизовать его в ультрафиолетовом модуле, проводить кондиционирование воздуха используя увлажняющий модуль и термоэлектрическое охлаждение, добавлять ароматизаторы и т.п.). Насос, фильтры, батареи, и другие модули устанавливаются на широком тонком поясе, который одевается вокруг талии под одеждой.

На рис.43 показан способ и устройство для незаметной доставки воздуха в носовые ходы пользователя. Полая дужка для глаз (10) доставляет отфильтрованный воздух в носовые ходы (12) пользователя посредством тонких трубок (приблизительно 1/16 дюйма), которые направляют интенсивный поток воздуха из полых оправ очков. В дужки и оправу очков вставлены металлические трубки (16, 17).

Рис. 43. Безмасочный PAPR по US2001050079 (23.05.2001)

Рис. 43. Безмасочный PAPR по US2001050079 (23.05.2001)

На рис. 44 показано это устройство сзади. Воздуховоды (22) расположены свободно, таким образом, что бы они не мешали свободным движениям головы пользователя. Воздуховод (20) имеет немного больший диаметр, чем воздуховод (22), так он скрыт под одеждой.

Рис. 44. Безмасочный PAPR по US2001050079 (23.05.2001) сзади

Рис. 44. Безмасочный PAPR по US2001050079 (23.05.2001) сзади

На рисунках 45–47 показан распределенный насос. Рис. 45 показывает конструкцию одной компрессионной трубочки. Содержащий

Рис. 45. Конструкцию одной компрессионной трубочки по US2001050079 (23.05.2001)

Рис. 45. Конструкцию одной компрессионной трубочки по US2001050079 (23.05.2001)

двухвалентное железо магнитный поршень (ferrous metal piston) (32) вставлен в трубу (30), вокруг трубы расположена проводная катушка (34). При включении напряжения возникает магнитное поле, которое вынуждает к движению поршень (32). Магнитное поле усиливается, если используется несколько катушек (35, 36, и 37). Насос управляется с помощью специальной электронной схемы. Провода уложены параллельно в виде ленты (40), слева направо (рис. 46).

Рис. 46. Укладка проводов и компрессионных трубочек в распределенном насосе по US2001050079 (23.05.2001)

Рис. 46. Укладка проводов и компрессионных трубочек в распределенном насосе по US2001050079 (23.05.2001)

Рис. 47 иллюстрирует, каким образом ряды труб сжатия (30) связаны вместе, чтобы формировать распределенный насос. Воздух собирается воздушными брандспойтами (50, 52, 54, 56). Шум и вибрация при работе такого насоса минимальны, потому что поршни в смежных трубах сжатия двигаются в противоположные направления, которые заставят силы импульса поршня в смежных трубах гасить друг друга.

Рис. 47. Воздушная система распределенного насоса по US2001050079 (23.05.2001)

Рис. 47. Воздушная система распределенного насоса по US2001050079 (23.05.2001)

Рис. 48 иллюстрирует конструкцию пояса (60) с системой фильтрации воздуха в ее самой простой конфигурации. Его ширина — несколько дюймов, толщина менее половины дюйма. Пояс имеет  застежки (62), батареи (64), предфильтр (66), насос (67), HEPA-фильтр (68), блок управления (65).

Рис. 48. Конструкция пояса с системой фильтрации воздуха по US2001050079 (23.05.2001)

Рис. 48. Конструкция пояса с системой фильтрации воздуха по US2001050079 (23.05.2001)

Рис. 49 показывает несколько стандартных модулей фильтров.

Рис. 49. Стандартные фильтрующие модули по US2001050079 (23.05.2001)

Рис. 49. Стандартные фильтрующие модули по US2001050079 (23.05.2001)

Для сохранения заряда батареи предусмотрена система регуляции потока воздуха, состоящая из датчика потока, датчика давления, регулятора потока, и электронной схемы управления.