Изолирующие противогазы с химически связанным кислородом

Химически связанным кислородом в технике противогазового дела называется кислород, который под влиянием легко осуществимых реакции может быть безопасно выделен из химического соединения в системе противогаза. В качестве химически связанного кислорода предлагались: перекись водорода, перекиси щелочных металлов (калия, натрия, лития, кальция, бария, цезия и др.) и хлорноватокалиевая (бертолетова) соль.

Перекись водорода легко разлагается в присутствии порошкообразных катализаторов на воду и кислород. Так, например, если в раствор перекиси водорода всыпать перекись марганца в порошке, то происходит экзогенная реакция:

2H₂О₂=2Н₂О+О₂+45 ккал.

Таким образом, если бы можно было использовать в противогазовой технике чистую перекись водорода, из каждого килограмма перекиси можно было бы получить около 330 л кислорода, что превосходит эффективность даже лучших препаратов перекисей щелочных металлов.

Однако чистая перекись водорода — продукт, который в промышленном масштабе и получить и хранить трудно и небезопасно. Для получения чистой перекиси сгущают ее раствор выпариванием при нагревании не выше 75° (при более высокой температуре она самопроизвольно разлагается на кислород и воду), а затем перегоняют при вакууме. Чем концентрированнее становится перекись, тем она неустойчивее и тем большие предосторожности необходимы при ее хранении и транспортировании.

В продаже известен 30%-ный раствор перекиси водорода под названием пергидроль. Получение и хранение 50%-ной перекиси водорода вполне осуществимы, но при этом эффективность ее составит всего 215 л кислорода на килограмм раствора.

В изолирующем противогазе вряд ли возможно предусмотреть полное использование раствора; кроме того, регулирование подачи катализатора в раствор или раствора в реакционную камеру, приспособления для предупреждения попадания раздражающих примесей вдыхаемого воздуха в органы дыхания и для учета расходования химически связанного кислорода — должны сильно осложнить конструкцию прибора. В изолирующем противогазе на базе перекиси водорода очистка воздуха от углекислого газа должна осуществляться при помощи обычного регенеративного патрона. По указанным причинам предлагавшиеся до настоящего времени проекты конструкций противогазов на основе перекиси водорода не отличались никакими преимуществами по сравнению с обычными регенеративными противогазами со сжатым кислородом.

Противогазы, основанные на принципе использования бертолетовой соли (КСlO₃), получили название насцогеновых и применялись п практике работы горно- и газоспасательных станций за границей. Насцогеновые брикеты представляют собой смесь бертолетовой соли и горючего вещества (например антрацена) для обеспечения термического разложения брикета. При воспламенении горючего вещества зажигательным составом брикет начинает тлеть, при этом бертолетова соль разлагается по уравнению

2KC1О₃=2КС1+3О₂+19,6 ккал,

т е. на каждый килограмм чистого вещества должно выделиться около 275 л кислорода. Однако в брикетах значительную часть составляют нагревающие и цементирующие вещества. Кроме того, часть выделяющегося кислорода расходуется на сгорание нагревающих компонентов, поэтому действительная эффективность насцогеновых брикетов по кислороду оказывается ниже эффективности 50%-ного раствора перекиси водорода.

Если принять вес 2-литрового кислородного баллона из легированной стали вместе с запорным вентилем равным 4 кг, то при: рабочем давлении 230 ат и коэффициенте сжимаемости 0,92 количество редуцированного кислорода, вмещающегося в баллоне, окажется равным 500 л, т. е. на каждый килограмм веса баллона придется 125 л кислорода. Из примера видно, что эффективность хранения кислорода в сжатом виде невелика, чем и объясняются поиски других форм конденсации запаса кислорода в системе изолирующего противогаза. Однако применение насцогеновых брикетов не дало каких-либо существенных преимуществ по сравнению с кислородными баллонами по следующим причинам:

1. Так как при горении насцогенового брикета происходит возгонка летучих веществ, распыление соли и выделение хлора, то в конструкцию противогаза необходимо вводить фильтр для защиты органов дыхания от этих загрязняющих примесей.
2. Для того чтобы выделяющийся кислород мог преодолеть сопротивление фильтра, необходимо, чтобы он выделялся под некоторым давлением, что связано с увеличением прочности стенок реакционной камеры и усложнением конструкции ее крышки.
3. Для того чтобы брикет в нужный момент безотказно зажигался, необходимо предусмотреть надежно действующее воспламенительное приспособление, что также утяжеляет конструкцию.

В результате, насцогеновый противогаз получается почти таким же сложным (рис. 82 и 83), как и противогаз со сжатым кислородом. Рис. 82. Схема противогаза на основе хлорнокалиевой соли (насцогена): 1 — лицевая часть;2 — выдыхательный шланг; 3 — вдыхательный шланг; 4 — регенеративный патрон; 5 — выдыхательный клапан; 6 — дыхательный мешок; 7 — вдыхательный клапан; 9— зажигатель с насцогеновым брикетом (реакционная камера); 9 — зажигагель; 10— фильтр; 11 — дипфрагма клапана избыточного давления; 12 — избыточный клапан

Кроме того, ему свойственны недостатки, которых лишен противогаз со сжатым кислородом. Из них важнейшими являются:

1. Отсутствие прибора для регистрации степени отработки (остаточного времени защитного действия) противогаза; этот недостаток пытались частично устранять введением в состав брикета, в удаленной от зажигателя части, сильно пахнущих веществ (например камфоры) для сигнализации близости исчерпания срока защитного действия.
2. Невозможность экономного расходования кислорода при малых сроках использования противогаза: остановить горение зажженного брикета нельзя, он выгорает полностью.
3. Регулировать скорость выделения кислорода из насцогенового брикета в процессе его сгорания невозможно; обычно состав насцогеновых брикетов подбирается таким образом, чтобы кислородовыделение покрывало максимальную потребность человека в кислороде   (около 3 л/мин). Таким образом, эффективность насцогенового брикета по кислороду при использовании его в противогазах является лишь кажущейся; на самом деле не меньше 50% выделяющегося кислорода расходуется непроизводительно.

По всем этим причинам насцогеновые противогазы не смогли серьезно конкурировать с противогазами на сжатом кислороде, и в советском   респираторостроении брикеты  с хлорноватокалиевой солью применения не нашли. Рис. 83. Схематический чертеж гильзы насцогенового брикета: 1 — корпус  гильзы;  2—крышка; 3 — брикет; 4 — моховичок зяжигателя; 5 — терочный зажигатель; 6— капсюль; 7 — волокнистый фильтр; 8—керамиковый фильтр

По сравнению с перекисью водорода и бертолетовой солью перекиси щелочных металлов обладают гораздо большими перспективами развития. Основным их преимуществом является обеспечение всего цикла регенерации воздуха в пределах одной реакции, ирн которой одновременно поглощается углекислый газ и выделяется необходимый для дыхании кислород. Это сильно упрощает конструкцию регенеративного противогаза, принципиальная схема действия которого приобретает вид, показанный на рис. 84: выдыхаемый воздух по одному шлангу с клапаном проходит в регенеративный патрон, где поглощаются углекислый газ и влага, образуется кислород и собирается в дыхательном мешке, откуда он при вдохе возвращается к органам дыхания по другому шлангу.

Благодаря тому, что в регенеративном патроне поглощается влага, вдыхаемый воздух, несмотря на повышенную температуру, сохраняет некоторую охлаждающую способность за счет восприятия влаги, испаряющейся в легких. Некоторое повышение охлаждающей способности вдыхаемого воздуха может быть достигнуто также путем введения воздушных холодильников между лицевыми частями и дыхательным мешком, а также путем увеличения охлаждающей поверхности регенеративного патрона (например гофрированием коробки патрона). Однако эти способы действительны только при температуре окружающего воздуха ниже температур воздуха, вдыхаемого в противогазе.

Трудности разработки индикаторов отработанности или расходомеров являются общими для всех противогазов с твердым химически связанным кислородом. В отношении противогазов с перекисями щелочных металлов попытки разрешения этого вопроса предпринимаются в направлении использования постепенного перемещения зоны максимального разогревания регенеративного патрона в процессе его работы для разработки термоиндикатора, или снабжения противогаза простейшими газовыми часами для учета вентиляции легких, пропорциональной количеству вступающих в реакцию веществ.

Конструкция кожуха противогаза, лицевых частей, воздуховодов и дыхательного мешка пероксидного противогаза может быть заимствована из конструкции аппаратов со сжатым кислородом. Клапан аварийной подачи кислорода в пероксидном приборе может быть заменен ускорителем реакции (например в виде небольшого водяного спрыска). Легочный автомат в пероксидном противогазе не нужен, так как весь процесс регенерации автоматически регулируется в нем объемом вентиляции. Схематический чертеж рабочего пероксиндного противогаза четырехчасового действия может быть представлен так, как показано на рис. 84. Рис. 84. Схема возможного конструктивного решения рабочего пероксидного противогаза: 1 — нижняя крышка; 2 — регенеративный патрон; 3—дыхательный мешок; 4 — выдыхательный шланг, с клапаном; 5 — вдыхательный шланг с клапаном; 6 — присоединительный штуцер;7 — воздухораспределительный тройник; 8 — трубка к пускателю и аварийному ускорителю реакции; 9 — избыточный клапан; 10 - сигнализатор отработанности

Для изолирующих самоспасателей, учитывая их небольшое время защитного действия и ограниченную вентиляцию легких (благодаря тому, что самоспасатели не рассчитаны на выполнение в них тяжелой работы), можно принять упрощенную конструкцию пероксидного прибора, без охлаждающих устройств, аварийного приспособления и индикатора отработанности. Схема такого самоспасателя показана на рис. 85. Техническая характеристика испытывающихся в настоящее время образцов пероксидных самоспасателей такова: вес — немногим больше 2 кг, объем в футляре со сложенными в нем дыхательным мешком и лицевыми частями— около 2,5 л; время защитного действия при выполнении работы и быстром движении— 1 час; при отсиживании—до 3 часов. Температура вдыхаемого воздуха у загубника 40—41°. Рис. 85. Схема пероксидного самоспасателя