[go: up one dir, main page]

RU2735507C1 - Individual respiratory burns protection device - Google Patents

Individual respiratory burns protection device Download PDF

Info

Publication number
RU2735507C1
RU2735507C1 RU2019143542A RU2019143542A RU2735507C1 RU 2735507 C1 RU2735507 C1 RU 2735507C1 RU 2019143542 A RU2019143542 A RU 2019143542A RU 2019143542 A RU2019143542 A RU 2019143542A RU 2735507 C1 RU2735507 C1 RU 2735507C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
granule
heat
substance
phase change
gas
Prior art date
Application number
RU2019143542A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Анатольевич Луценко
Сергей Сергеевич Фецов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)
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 учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)
Priority to RU2019143542A priority Critical patent/RU2735507C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2735507C1 publication Critical patent/RU2735507C1/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)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: rescue service; firefighting means.
SUBSTANCE: invention relates to means of personal protection of respiratory organs in fires and other emergency situations associated with dangerously high ambient temperatures, and can be used primarily during evacuation of civilian population from a room in fire. Individual respiratory burn protection device includes a heat exchanger, which includes composites with a phase transition for cooling of inhaled air, has impermeable heat-insulated side walls and two permeable surfaces (inlet and outlet). According to the invention, the inhalation air heat absorber is a granular composite material with a phase transition, each granule of which is either a sponge or a sealed capsule with diameter of 1–2 mm, containing an organic melting substance which remains fixed during melting and is bound to a solid inorganic substance of the granule.
EFFECT: technical result of the claimed invention consists in the fact that the device is small-sized and light, relatively inexpensive and easy to manufacture, has an unlimited service life and constantly ready for use state, is capable of maintaining serviceability at moderate mechanical impact (drops, bumps, and so forth).
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания при пожарах и иных чрезвычайных ситуациях, связанных с опасно высокими температурами окружающей среды, и может применяться в первую очередь при эвакуации гражданского населения из горящего помещения.The invention relates to personal protective equipment for the respiratory organs in case of fires and other emergencies associated with dangerously high ambient temperatures, and can be used primarily in the evacuation of the civilian population from a burning room.

Медицинские исследования показывают, что 20-35% пострадавших при пожарах в помещениях получают ингаляционную травму (ожог органов дыхания). По некоторым исследованиям, среди указанной категории заболеваемость пневмонией наблюдается на уровне 38%, а смертность - 31%, в то время как соответствующие показатели среди лиц, не получавших ингаляционную травму, равны 8.8% и 4.3%. Максимальная ожидаемая смертность от ингаляционной травмы с учетом заболеваемости пневмонией составляет 60%. Для снижения травматизма и смертности в результате пожаров в помещениях необходима специализированная защита органов дыхания от ожогов.Medical research shows that 20-35% of victims of indoor fires receive inhalation trauma (respiratory burn). According to some studies, among this category, the incidence of pneumonia is observed at 38%, and the mortality rate is 31%, while the corresponding rates among people who have not received inhalation trauma are 8.8% and 4.3%. The maximum expected mortality from inhalation injury, taking into account the incidence of pneumonia, is 60%. To reduce injuries and deaths from indoor fires, specialized respiratory protection against burns is required.

Созданное техническое решение позволяет обеспечить охлаждение горячего вдыхаемого газа, поступающего из внешней среды, до безопасной температуры в течение заданного времени. Так как устройство может храниться неограниченное время в постоянно готовом к использованию состоянии, то ими можно укомплектовать рабочие места в потенциально пожароопасных помещениях, а также использовать специализированными подразделениями при выполнении операций в горящих помещениях.The created technical solution makes it possible to provide cooling of the hot inhaled gas coming from the external environment to a safe temperature for a given time. Since the device can be stored for an unlimited time in a permanently ready-to-use state, they can be equipped with workplaces in potentially fire-hazardous rooms, as well as used by specialized units when performing operations in burning rooms.

Известно устройство охлаждения и обогрева дыхательного газа (патент US №5662161, кл. А62В 9/00, F28D 20/02, 1997), сущность которого заключается в следующем. Горячий дыхательный газ поступает в агрегат, состоящий из теплообменника, установленного в изолированной оболочке, и проходит через трубки теплообменника. Трубки находятся в тесном тепловом контакте с микрокапсулированным материалом с фазовым переходом. Микрокапсулированный материал с фазовым переходом меняет фазу с твердой на жидкую, тем самым поглощая тепло при температуре фазового перехода, охлаждая газ, протекающий через теплообменник. Устройство перезаряжается после использования путем помещения в среду с температурой меньшей, чем температура фазового перехода материала, или путем замены материала.A device for cooling and heating breathing gas is known (US patent No. 5662161, class A62B 9/00, F28D 20/02, 1997), the essence of which is as follows. The hot breathing gas enters the unit, which consists of a heat exchanger in an insulated shell and passes through the heat exchanger tubes. The tubes are in close thermal contact with the microencapsulated phase change material. Microencapsulated phase change material changes phase from solid to liquid, thereby absorbing heat at the phase change temperature, cooling the gas flowing through the heat exchanger. The device is recharged after use by placing it in an environment less than the phase transition temperature of the material, or by replacing the material.

Недостатками известного устройства являются повышенная сложность конструкции, что, соответственно, приводит к повышенной сложности изготовления, а также относительно низкая интенсивность теплообмена между вдыхаемым воздухом и теплопоглощающим материалом.The disadvantages of the known device are the increased complexity of the design, which, accordingly, leads to increased complexity of manufacture, as well as a relatively low intensity of heat exchange between the inhaled air and heat-absorbing material.

Известен теплообменник на основе композитных материалов с фазовым переходом для охлаждения вдыхаемого воздуха. (Y. Zhu et al. // Applied Thermal Engineering. 2019. V. 155. P. 631-636), выбранный в качестве прототипа. Внешняя оболочка устройства состоит из соединенных друг с другом цилиндра и усеченного конуса. Боковые стенки внешней оболочки непроницаемы и теплоизолированы, а верхний и нижний торцы проницаемы для газа. Внутренняя часть устройства содержит композиционные материалы с фазовым переходом, представляющие собой спрессованные вместе парафин и углеродный материал. Пластины, сделанные из такого композиционного материала, расположены последовательно по пути движения газа параллельно друг другу и разделены распорками. Движение газа по теплообменнику осуществляется через отверстия в пластинах. Отверстия в каждой пластине смещены относительно отверстий на соседних пластинах. Горячий газ поступает в устройство из внешней среды через нижний торец, проходит через теплообменник сквозь отверстия в пластинах и выходит через верхний торец, понижая в результате прохождения через устройство свою температуру до безопасного значения.Known heat exchanger based on composite materials with a phase change for cooling the inhaled air. (Y. Zhu et al. // Applied Thermal Engineering. 2019. V. 155. P. 631-636), selected as a prototype. The outer shell of the device consists of a cylinder and a truncated cone connected to each other. The side walls of the outer shell are impermeable and thermally insulated, while the upper and lower ends are permeable to gas. The interior of the device contains phase change composite materials, which are wax and carbon material pressed together. Plates made of such a composite material are arranged in series along the path of gas movement parallel to each other and separated by spacers. The gas flows through the heat exchanger through holes in the plates. The holes in each plate are offset from the holes in the adjacent plates. Hot gas enters the device from the external environment through the lower end, passes through the heat exchanger through the holes in the plates and exits through the upper end, lowering its temperature as a result of passing through the device to a safe value.

Недостатки известной конструкции связаны с малым отношением площади поверхности, через которую материал взаимодействует с газом, к объему самого материала, что приводит к низкой интенсивности теплообмена между вдыхаемым воздухом и теплопоглощающим материалом, а также к низкой эффективности использования теплопоглотителя. Для увеличения интенсивности теплообмена необходимо уменьшение толщины используемых пластин, но это неизбежно влечет за собой рост их хрупкости. При случайных падениях или ударах по устройству одна или несколько пластин в конструкции могут легко разрушиться, что потребует полной замены устройства.The disadvantages of the known design are associated with a small ratio of the surface area through which the material interacts with the gas to the volume of the material itself, which leads to a low intensity of heat exchange between the inhaled air and the heat-absorbing material, as well as to a low efficiency of using the heat sink. To increase the intensity of heat transfer, it is necessary to reduce the thickness of the plates used, but this inevitably entails an increase in their fragility. In the event of accidental drops or impacts on the device, one or more plates in the structure can easily break, which will require a complete replacement of the device.

Задача заявляемого изобретения заключается в обеспечении охлаждения горячего вдыхаемого газа, поступающего из внешней среды, до безопасной температуры в течение заданного времени.The objective of the claimed invention is to provide cooling of the hot inhaled gas coming from the external environment to a safe temperature for a given time.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в том, что устройство является малогабаритным и легким, относительно недорогим и простым в изготовлении, имеет неограниченный срок службы и постоянно готовое к использованию состояние, способно сохранять работоспособность при умеренном механическом воздействии (падениях, ударах и т.д.).The technical result of the claimed invention is that the device is small-sized and lightweight, relatively inexpensive and easy to manufacture, has an unlimited service life and a permanently ready-to-use state, capable of maintaining operability under moderate mechanical stress (falls, shocks, etc.) ...

Поставленная задача достигается тем, что вдыхаемый воздух проходит через засыпку из гранулированного композитного материала с фазовым переходом, выступающем в качестве поглотителя тепла. Каждая гранула такого материала представляет собой либо губку диаметром порядка 1-2 мм из неорганического вещества, в порах которой содержится органическое плавящееся вещество, либо герметичную капсулу диаметром 1-2 мм, в которой содержится органическое плавящееся вещество. Содержащееся в грануле органическое плавящееся вещество имеет определенную температуру плавления, которая задается производителем гранул. При плавлении жидкое органическое вещество не вытекает, а остается связанным с твердым неорганическим веществом: в капсуле - благодаря ее герметичности, а в губке - благодаря эффекту адсорбции. Указанные материалы выпускаются в промышленных масштабах различными компаниями, например, Rubitherm (rubitherm.eu), Hangzhou Phase Change Technology Co. (phasechange.com.cn).The stated task is achieved by the fact that the inhaled air passes through a filling made of a granular composite material with a phase change, which acts as a heat absorber. Each granule of such a material is either a sponge with a diameter of the order of 1-2 mm made of inorganic matter, the pores of which contain an organic melting substance, or a sealed capsule with a diameter of 1-2 mm, which contains an organic melting substance. The organic melting substance contained in the pellet has a specific melting point, which is set by the pellet manufacturer. When melted, the liquid organic matter does not flow out, but remains bound to the solid inorganic matter: in the capsule - due to its tightness, and in the sponge - due to the adsorption effect. These materials are produced on an industrial scale by various companies, for example, Rubitherm (rubitherm.eu), Hangzhou Phase Change Technology Co. (phasechange.com.cn).

Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена общая схема устройства, где а - внешний вид, b - радиальное сечение; 1 - оболочка из теплоизолирующего материала, 2 - гранулированный теплопоглощающий материал, 3 - проницаемая поверхность устройства, через которую газ входит (впускная поверхность), 4 - проницаемая поверхность устройства, через которую газ выходит (выпускная поверхность).FIG. 1 shows a general diagram of the device, where a - appearance, b - radial section; 1 - shell made of heat-insulating material, 2 - granular heat-absorbing material, 3 - permeable surface of the device through which gas enters (inlet surface), 4 - permeable surface of the device through which gas exits (outlet surface).

Внешняя оболочка устройства состоит из соединенных друг с другом цилиндра и усеченного конуса. Боковые стенки устройства непроницаемы и теплоизолированы (1), а верхний (4) и нижний (3) торцы проницаемы для газа и представляют собой сетку. Внутри устройства плотно упакованы вышеописанные гранулы композитного материала (2) с фазовым переходом. Выпускная поверхность (4) устройства должна соединяться с надеваемой на лицо маской, которая позволяет осуществлять дыхание только через данное устройство, либо соединяться с впускной частью респиратора, чтобы воздух в респиратор попадал только через данное устройство. Температура плавления органического вещества, содержащегося в гранулах, как правило, около 40°С, при этом она должна быть больше температуры хранения, поэтому при использовании устройства в жарком климате оно может комплектоваться гранулами с более высокой температурой плавления органического вещества.The outer shell of the device consists of a cylinder and a truncated cone connected to each other. The side walls of the device are impenetrable and thermally insulated (1), and the upper (4) and lower (3) ends are permeable to gas and represent a mesh. Inside the device, the above described granules of the phase change composite material (2) are tightly packed. The outlet surface (4) of the device should be connected to a face mask that allows breathing only through this device, or connected to the inlet part of the respirator so that air enters the respirator only through this device. The melting temperature of the organic matter contained in the granules is usually about 40 ° C, while it should be higher than the storage temperature, therefore, when using the device in hot climates, it can be equipped with granules with a higher melting point of organic matter.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Горячий газ из внешней среды в результате создаваемого при вдохе перепада давления засасывается в устройство через его впускную поверхность (3). Проходя через засыпку из гранулированного композитного теплоаккумулирующего материала (2), горячий газ охлаждается, отдавая материалу свое тепло, после чего выходит из устройства через его выпускную поверхность (4), имея безопасную температуру, и попадает в органы дыхания через дыхательную маску или через респиратор. За счет особенностей накопления тепла в гранулированном композитном материале проходящий через устройство горячий газ на выходе (4) имеет приблизительно постоянную температуру в течение определенного промежутка времени, зависящего от размеров устройства и от температуры входящего в него газа. Размеры устройства зависят от накладываемых требований к условиям и времени его функционирования, то есть к времени, в течение которого оно обеспечивает охлаждение вдыхаемого воздуха до необходимой температуры. Проведенные математические расчеты показывают, что для обеспечения понижения температуры вдыхаемого газа с 230°С до 40°С в течение 20 минут устройство, содержащее материал GR50, производимый компанией Rubitherm, должно иметь диаметр порядка 7 см и длину около 6.5 см. При этом устройство будет иметь массу немного более 200 г. Hot gas from the external environment is sucked into the device through its inlet surface (3) as a result of the pressure difference created during inhalation. Passing through the backfill of a granular composite heat storage material (2), the hot gas is cooled, giving off its heat to the material, after which it leaves the device through its outlet surface (4), having a safe temperature, and enters the respiratory system through a breathing mask or through a respirator. Due to the peculiarities of heat accumulation in the granular composite material, the hot gas passing through the device at the outlet (4) has an approximately constant temperature for a certain period of time, depending on the size of the device and on the temperature of the gas entering it. The dimensions of the device depend on the imposed requirements for the conditions and time of its operation, that is, on the time during which it provides cooling of the inhaled air to the required temperature. The performed mathematical calculations show that to ensure a decrease in the temperature of the inhaled gas from 230 ° C to 40 ° C within 20 minutes, a device containing the GR50 material manufactured by Rubitherm should have a diameter of about 7 cm and a length of about 6.5 cm. have a mass of slightly over 200 g.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что:Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device differs in that:

1. В нем происходит более эффективный теплообмен между газом и теплоаккумулирующим материалом и более эффективное использование теплопоглотителя.1. It has a more efficient heat exchange between the gas and heat storage material and more efficient use of the heat sink.

2. При умеренном механическом воздействии на устройство (падениях, ударах и т.д.), в том числе при деформации внешней оболочки не происходит существенных ухудшений его рабочих свойств, так как гранулы достаточно прочны.2. At moderate mechanical impact on the device (falls, impacts, etc.), including deformation of the outer shell, there is no significant deterioration in its working properties, since the granules are strong enough.

3. Заявляемое устройство просто в изготовлении.3. The claimed device is easy to manufacture.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».From the above, we can conclude that the claimed device meets the criterion of "novelty".

Выводыconclusions

Заявляемое устройство индивидуальной защиты от ожогов органов дыхания на основе гранулированного материала с фазовым переходом обеспечивает в течение необходимого времени охлаждение горячего вдыхаемого газа из внешней среды до безопасных значений температуры. При этом устройство достаточно малогабаритное и легкое, относительно недорогое и простое в изготовлении, имеет неограниченный срок службы и постоянно готовое к использованию состояние, способно сохранять работоспособность при умеренном механическом воздействии (падениях, ударах и т.д.).The inventive device for personal protection against burns of the respiratory system based on granular material with a phase change provides for the required time the cooling of the hot inhaled gas from the external environment to safe temperatures. At the same time, the device is rather small and lightweight, relatively inexpensive and easy to manufacture, has an unlimited service life and is always ready for use, and is able to remain operational under moderate mechanical stress (falls, shocks, etc.).

Claims (1)

Устройство индивидуальной защиты от ожогов органов дыхания, включающее теплообменник, в состав которого входят композиционные материалы с фазовым переходом для охлаждения вдыхаемого воздуха, имеющее непроницаемые теплоизолированные боковые стенки и две проницаемые поверхности (впускную и выпускную), отличающееся тем, что, в качестве поглотителя тепла вдыхаемого воздуха используют гранулированный композитный материал с фазовым переходом, каждая гранула которого представляет собой либо губку, либо герметичную капсулу диаметром 1-2 мм, содержащие органическое плавящееся вещество, которое при плавлении остается неподвижным и связанным с твердым неорганическим веществом гранулы.A device for personal protection against burns of the respiratory system, including a heat exchanger, which includes composite materials with a phase change for cooling the inhaled air, having impermeable insulated side walls and two permeable surfaces (inlet and outlet), characterized in that, as a heat absorber air, a granular composite material with a phase change is used, each granule of which is either a sponge or a sealed capsule with a diameter of 1-2 mm, containing an organic melting substance, which, when melted, remains immobile and bound to the solid inorganic substance of the granule.
RU2019143542A 2019-12-20 2019-12-20 Individual respiratory burns protection device RU2735507C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019143542A RU2735507C1 (en) 2019-12-20 2019-12-20 Individual respiratory burns protection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019143542A RU2735507C1 (en) 2019-12-20 2019-12-20 Individual respiratory burns protection device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2735507C1 true RU2735507C1 (en) 2020-11-03

Family

ID=73398221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019143542A RU2735507C1 (en) 2019-12-20 2019-12-20 Individual respiratory burns protection device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2735507C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5662161A (en) * 1995-08-10 1997-09-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Breathing gas cooling and heating device
US6855410B2 (en) * 1992-07-14 2005-02-15 Theresa M. Buckley Phase change material thermal capacitor clothing
RU61139U1 (en) * 2006-05-10 2007-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Российский научно-исследовательский институт горноспасательного дела (ФГУП РосНИИГД) DEVICE FOR COOLING A RESPIRATORY GAS MIXTURE IN THE MEANS OF INDIVIDUAL PROTECTION OF RESPIRATORY BODIES
RU2330697C2 (en) * 2006-05-10 2008-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Российский научно-исследовательский институт горноспасательного дела (ФГУП РосНИИГД) Method of cooling respiratory gas mix in respiratory apparatus individual protection means
RU2673037C2 (en) * 2017-05-16 2018-11-21 Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" Heat storage device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6855410B2 (en) * 1992-07-14 2005-02-15 Theresa M. Buckley Phase change material thermal capacitor clothing
US5662161A (en) * 1995-08-10 1997-09-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Breathing gas cooling and heating device
RU61139U1 (en) * 2006-05-10 2007-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Российский научно-исследовательский институт горноспасательного дела (ФГУП РосНИИГД) DEVICE FOR COOLING A RESPIRATORY GAS MIXTURE IN THE MEANS OF INDIVIDUAL PROTECTION OF RESPIRATORY BODIES
RU2330697C2 (en) * 2006-05-10 2008-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Российский научно-исследовательский институт горноспасательного дела (ФГУП РосНИИГД) Method of cooling respiratory gas mix in respiratory apparatus individual protection means
RU2673037C2 (en) * 2017-05-16 2018-11-21 Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" Heat storage device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2527710C1 (en) Laminar structure providing adaptive heat insulation
SU1342514A1 (en) Moisture-heat-exchanger of respiratory system based on chemically bound oxygen
US7698905B1 (en) Cooling device
CS208728B2 (en) Proctive clothing against the hot gases
CN101417163A (en) Personal emergency rescuing protection life support system
Zhu et al. Experimental and numerical investigation on composite phase change material (PCM) based heat exchanger for breathing air cooling
JP2013506505A (en) Emergency breathing equipment
CN102671318B (en) Chemical oxygen-making respirator for normal temperature phase change material refrigeration
RU2735507C1 (en) Individual respiratory burns protection device
CN111053981A (en) Self-oxygen-generating respirator
CN102987604B (en) Coalescent wet-type fire evacuation anti-poison and anti-smoke mask
WO2009056296A1 (en) Cooling system and method for cooling personal garments using cryogenic liquids
CN110025900A (en) The oxygen breathing apparatus of cooler and its composition
CN204502181U (en) A kind of mine fire escape respiration filtering device
US7513251B2 (en) Hand-held potassium super oxide oxygen generating apparatus
FR2523852A1 (en) RESPIRATOR COMPRISING A BREATHING DEVICE FOR BREATHING AIR
CN118662805A (en) Fire-fighting respiratory protection system and rescue equipment suitable for fire scene
US20140360500A1 (en) Breathing apparatus, and method for controlling temperature fluctuations
PT91531A (en) RESPIRATORY MASK
CN210992693U (en) Forest fire protection casing
CN202554768U (en) Refrigerant chemical oxygen respirator of room temperature phase-change material
RU61139U1 (en) DEVICE FOR COOLING A RESPIRATORY GAS MIXTURE IN THE MEANS OF INDIVIDUAL PROTECTION OF RESPIRATORY BODIES
RU65388U1 (en) MASK FOR PROTECTING THE HUMAN RESPIRATORY BODIES FROM THE COLD
CN111097113A (en) An inner lining capable of adjusting the temperature of the inner space of a fire-fighting suit and its manufacturing method
RU51509U1 (en) REFRIGERATOR FOR INDIVIDUAL PROTECTION OF RESPIRATORY BODIES