霍立琴　刘斌慧　万书婷　黄晶琪

【摘 要】本文对比分析了化学氧源PBE和高压气氧PBE这两种典型的防护呼吸设备的性能，并总结了两类PBE的特点和PBE的通用性能需求，进而分析了两类PBE的差异。由于使用的氧源不同，两类PBE在质量、体积、运输方式和激活方式等方面均有不同。化学氧PBE激活不当可能引起着火，高压气氧PBE的小氧气瓶可能发生爆炸，两类PBE均是飞机上的危险源。化学氧PBE有有效的防护措施，而高压气氧PBE没有，因此选择高压气氧PBE通过适航验证是有难度的。

【关键词】民机；防护呼吸；化学氧源；高压气氧；性能对比

Comparative Analysis of the Protective Breath Equipment Performance

HUO Li-qin LIU Bin-hui WAN Shu-ting HUANG Jing-qi

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China）

【Abstract】This paper firstly compares and analyses the performance of two kinds of PBE：PBE with chemical oxygen source and PBE with high pressure oxygen source，then summarizes their characteristics，the general performance requirements and differences. Due to the different oxygen source， there are performance differences between the two kinds of PBE，eg.weight，volume，activation mode.PBE with chemical oxygen source may cause fire if activation mode is improper.high pressure oxygen bottle of PBE with high pressure oxygen source may be exploded in certain circumstances.They may both be hazard source on aircraft.Otherwise，PBE with chemical oxygen source has effective protection measures for fire，PBE with high pressure oxygen source doesnt have any protection measures.So it may be difficulty to pass the certification of CAAC.

【Key words】Civil aircraft；Protective breath；Chemical oxygen source；High pressure oxygen；Performance comparison

0 引言

防护呼吸装置（Protective Breath Equipment，PBE）是一种密闭式循环呼吸装置，用于在有烟雾和有毒气体环境中保护人的眼镜和呼吸系统。PBE用一个头罩将佩戴者的头部完全包裹起来以隔离不适于呼吸的环境，并提供一个供给氧气，去除CO2和水蒸气的封闭呼吸环境。

基于使用氧源的不同，PBE分为化学氧源PBE和高压气氧PBE。化学氧源PBE一般使用超氧化物或高氯酸盐制得氧气，氧气发生器固定在头套后侧；制氧时产生大量热，使佩戴者感觉不舒适；呼出的气体进入发生器被净化，去除了呼吸气体中的CO2和水蒸气。高压气氧PBE使用小氧气瓶作为氧源，小氧气瓶布置在头套下侧；设备结构简单，重量小；呼出气体中的CO2和水蒸气在扩散作用下被头套内衬中的吸附剂吸附去除。

PBE的制造商主要有美国的B/EAerospace（简称BE）和ESSEX、法国的ZODIAC和AIR Liquid Advanced Technologies（简称ALAT）。B/E和ZODIAC生产化学氧源PBE，ESSEX和ALAT生产高压气氧PBE。两类PBE在空客、波音、庞巴迪等飞机制造公司的各类机型上均有应用。

1 两种类型PBE介绍

1.1 化学氧源PBE

化学氧源PBE一般使用超氧化物或高氯酸盐制得氧气，反应如下所示：

高氯酸盐 2NaClO3→2NaCl+3O2+热量

超氧化物 2KO2+CO2→K2CO3+H2O+热量

CO2去除反应器和氧气发生器集成在一起，安装在头套后侧，反应如下：

碱性化合物 2LiOH+CO2=Li2CO3+H2O+热量

超氧化物 2KO2+CO2→K2CO3+H2O+热量

由于化学反应速率受环境（如温度、湿度）影响较大，产氧速率不恒定；而且反应产热，化学氧源PBE产生的氧气温度较高；并且制得的氧气中容易混入粉末状的反应物，因此氧气的供应流率、温度和纯度都是化学氧源PBE重点关注的问题。化学氧源PBE激活后开始供氧，产品一次性使用完毕后报废。

1.2 高压气氧PBE

与化学氧相比，压缩气氧PBE具有结构简单，可靠性高，成本低，质量小等特点。这类PBE配有高压小氧气瓶，氧气经过调压后输送到头套内。因此小氧气瓶是压缩气氧PBE的关键技术所在。

高压气氧PBE被激活后，氧气经过调压输送到头套内。小氧气瓶是高压气氧PBE的关键技术所在，一般使用钢瓶或复合材料瓶，并能够重复使用。充氧压力从1850psi（12.76MPa）至3000psi（20.68MPa）不等。與化学样PBE不同，高压气氧PBE供给的氧气温度低，同时氧源质量小、分布在头套两侧，使用者舒适度也较高。

2 两类PBE性能对比

化学氧源PBE具有以下特点：

1）化学氧发生器位于头套后侧；

2）头套内保持正压；

3）头套空间大，能够在15s内完成佩戴，并允许佩戴者戴眼镜，有胡须和长发；

4）头套材料防火；

5）头套颜色鲜艳，在烟雾环境中能够被快速识别；

6）弹性硅胶颈部密封圈能避免烟雾进入，密封性好；

7）护目镜具有较大视野，便于使用者观察外部环境状况；

8）配有激活拉条，激活方便；

9）内置通话隔膜，使用者与外部能够语音交流；

10）储存方式为PBE储存盒，取用储存方便；

11）PBE最大使用高度是40000ft；

12）发生器供氧时间不低于15min；

13）呼出的CO2和水蒸气循环至清洗床吸附去除；

14）不需要定期维护。在特殊环境下，如在有损坏、消耗和暴露在潮湿环境等情况下时要进行周期性检查。

图1 化学氧源PBE

高压气氧PBE具有如下特点：

1）小氧气瓶位于头套下侧；

2）头套内保持正压；

3）头套空间大，能够在15s内完成佩戴，并且允许佩戴者戴眼镜，有胡须和长发；

4）头套材料防火；

5）头套颜色鲜艳，在烟雾环境中能够被快速识别；

6）颈部密封圈能使避免烟雾进入，密封性好；

7）护目镜具有较大视野，最大可视角度达到270°；

8）佩戴上头套后，氧气自动开始供给；

9）可通过语音和无线电实现通话；

10）储存方式多样，如储存盒、储存袋，取用储存方便；

11）PBE最大使用高度为30 000ft（ESSEX）和25 000ft（ALTA）；

12）最短可供氧15分钟，最长可达60分钟；

13）呼出的CO2和水蒸气扩散吸附去除；

14）氧氣瓶上有氧气剩余状态指示灯。

3 PBE性能需求

PBE性能应能满足以下要求：

3.1 供氧需求

3.1.1 供氧速率应满足CCAR25.1443 最小补氧流量的要求[1]；

3.1.2 头套内应保持正压，防止有毒气体进入；

3.1.3 供氧时间不小于15min；

3.1.4 制得的氧气体积浓度不得低于99.5%[2]，氧气纯度需满足SAE AS8010的要求；

3.1.5 最大使用高度应满足飞机升限要求。

3.2 外形设计需求

3.2.1 头套应使用颜色鲜艳的材料，易于在烟雾中辨认；

3.2.2 头套大小应能供5%的女性和95%的男性使用，并且允许佩戴者戴眼镜，有胡须和长发；

3.2.3 环境温度为21℃时，头套内温度不能超过40℃湿球温度[3]；

3.2.4 暴露在环境温度为100℃2分钟，头套内温度不能超过50℃湿球温度[3]；

3.2.5 应有防烟密封圈，防止外部有毒气体进入；

3.2.6 应有激活装置，可手动或自动激活；

3.2.7 用有语音/无线电通话装置，在背景噪声为65db、交流语音为85db的情况下，与距离4m内的人可以交流[3]；

3.2.8 应设置氧气剩余状态指示灯，如氧气没有用完时，指示灯显示绿色，氧气耗尽后，指示灯显示红色；

3.2.9 PBE应能在15s内快速佩戴，并能固定好，在爬行、下跪或者跑动的状态下查找火源或处理火情时，PBE不会移位；

3.2.10 应有护目镜，并且防雾。护目镜视角大有利于机组成员在使用时开展应急救火工作；

3.2.11 头套和储存设备应使用防火材料。

3.3 包装储存需求

3.3.1 PBE应密封包装，与周围空气隔绝；

3.3.2 使用期内的PBE应存放在易达到的区域，并提供固定和保护作用的设备，如储存盒。避免密封包装受损进而降低PBE供氧能力。

化学氧源PBE放置在潮湿环境和与CO2接触的环境中会降低化学氧发生器的制氧能力，因此需要密封包装。密封包装也能够用于辨别PBE是否失效。如果密封包装膨胀，说明内部的PBE可能失效。因此，两类PBE都需要密封包装。

4 两类PBE性能分析

两类PBE均能满足PBE的性能需求。两者的不同主要在于氧源不同，进而引起产品在质量、体积、运输方式和激活方式等方面的差异，如表1所示。

表1 两类PBE性能差异对比

5 结论

由于化学氧源PBE采用氧气发生器作为氧源，化学反应产热，发生器体积大、质量大，会时佩戴者感觉不舒适，供氧时间较为固定，PBE一次性使用完毕后报废。高压气氧PBE氧源为压缩氧气，供氧时不产热，PBE质量小，因此佩戴者的舒适度较高，供氧时间为15min或更长，小氧气瓶可以充氧并多次使用。

PBE使用完毕后，化学氧源PBE没有指示；高压气氧PBE，小氧气瓶上有氧气剩余状态指示灯。

化学氧PBE激活不当可能引起着火。发生着火后需迅速脱下PBE并放到空旷的地方，火源在45s内会自行熄灭，不用采取其他灭火措施。高压气氧PBE的小氧气瓶可能发生爆炸，并且没有有效的防护措施。因此选择高压气氧PBE通过适航验证是有难度的。然而，根据ESSEX对自1990年以来生产的90000件PBE的统计，没有发生过安全问题，可以认为小氧气瓶发生爆炸的可能性是极小的。

【参考文献】

[1]CCAR25 R3.中国民用航空规章第25部——运输类飞机适航标准[S].2001-5-14.

[2]SAE 825/11.Closed—Cycle Protective Breathing Devices[S].2002（8）.

[3]TSO-C116.Crewmember Protective Breathing Equipment[S].1990-3-1.

[责任编辑：田吉捷]