[На предыдущий раздел]

Применение диффузионных респираторов прежде всего перспективно в зонах, зараженных радиоактивностью или особо опасными мелкодисперсными загрязнениями.

Частота дыхания человека 16–18 циклов в минуту. При каждом вдохе в дыхательные пути поступает около 500 мл воздуха при работе средней тяжести. Выдыхаемый воздух содержит от 2,5 до 5,5% диоксида углерода и 15–18% кислорода (в атмосферном воздухе 0,03% СО₂ и 21% кислорода).

Диффузионный поток через мембрану Q (см. [6]) определяется формулой (1). Принципиальное отличие газообмена в респираторе и чистой комнате с газообменным диффузионным аппаратом заключается в том, что из чистого помещения во внутренний контур газообменного аппарата воздух поступает с низкой концентрацией диоксида углерода. Эта концентрация незначительно отличается от концентрации атмосферного воздуха. Характерное значение разности концентраций между воздухом внутреннего контура и атмосферы составляет 0,07% (объемных) в газообменном диффузионном аппарате чистой комнаты. Разность же концентраций диоксида углерода между выдыхаемым человеком и атмосферным воздухом составляет от 2,5 до 5,5%, т.е. в 100–200 раз больше. Поддерживать разность концентраций на таком уровне возможно при диффузионном устройстве респиратора, так как источник диоксида углерода локализован, и невозможно в чистых помещениях, где происходит перемешивание в большом объеме. В результате скорость газообмена оказывается достаточно высокой в малогабаритном газообменнике респиратора даже при протекании газа по его контурам в ламинарном режиме. Внутренний контур газообменной системы респиратора должен без разбавления получать выдыхаемый воздух. Предпочтительно встречное движение воздушных потоков вдоль поверхности мембраны, отделяющей поток дыхания от атмосферного воздуха (см. рис. 6). Допустим вариант скрещивающихся потоков. Параллельное движение потоков в контурах газообменного респиратора менее эффективно.

Диффузионные респираторы могут работать также и в ламинарных потоках. В ламинарном режиме обтекания воздухом трековых мембран число Нуссельта Nu = 4(Pr_r/Pr_c)^0,25. В данном случае Pr_c и Pr_r – числа Прандтля у стенки мембраны и в центре потока газа. Числа Прандтля в изотермическом режиме близки к единице, следовательно, Nu ~4. При турбулентном режиме течения и геометрии каналов, характерных для диффузионных газообменных респираторов, число Нуссельта, рассчитанное по обычной формуле (3), будет равно »20. Принимая в формуле (1) значение Q = 4 см³/с и вычисляя площадь мембраны S, обеспечивающую снабжение одного человека воздухом с допустимой в нем концентрацией диоксида углерода и достаточной концентрацией кислорода, получим S = 0,88 м².

Таким образом, даже при ламинарном потоке воздуха требуется весьма малая площадь мембран, если использовать в процессе газообмена в респираторе большую разность концентраций диоксида углерода в выдыхаемом и атмосферном воздухе. Величина S будет еще меньше, если во внешнем контуре воздух будет протекать в турбулентном режиме (при использовании микрогазодувки), а во внутреннем контуре ламинарный поток обеспечивает дыхательная система человека с незначительной затратой энергии.

• без газодувок, когда потоки, обтекающие мембраны, носят конвекционный (внешний поток) и ламинарный (поток дыхания) характер;
• с газодувкой в контуре атмосферного воздуха;
• с газодувкой в обоих контурах.

[На следующий раздел] [На Содержание]

Copyright ©