Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Группа изобретений относится к области очистки воздуха от диоксида углерода в герметично закрытых помещениях при возникновении аварийной ситуации при отсутствии электроэнергии.

Известно устройство аварийной вентиляции барокамер, содержащее патрон с химическим поглотителем для очистки воздуха от диоксида углерода и нагнетатель воздуха через патрон (пат. РФ 2194551, МПК А62В 11/00, 2000 г.). Нагнетатель содержит двуплечее коромысло с площадками для ног, качающееся вокруг центрального неподвижного шарнира. К каждому плечу коромысла шарнирно прикреплены тяги мехов, закрытых с обеих сторон крышками, причем в нижних крышках расположены невозвратные всасывающие клапаны, а в верхних - нагнетательные. Нагнетательные клапаны соединены гибкими шлангами с патроном.

Устройство не требует внешней энергии для работы нагнетателя, однако требует затраты человеческих сил, которые при возникновении аварийной ситуации являются важным ресурсом.

Данная проблема решена в способе очистки воздуха от диоксида углерода при отсутствии электроэнергии с использованием химического поглотителя на основе гидроксида лития листовой формы, полученного экструдированием (заявка WO 2007117266, МПК А61Н 31/00, 2007 г.). Экструдированные листы в качестве связующей добавки содержат полиэтилен. Множество листов химического поглотителя подвешивают в корпусе защитного сооружения. Таким образом обеспечивается доступ воздуха к поверхности твердого химического поглотителя для очистки от диоксида углерода.

Однако полиэтилен, будучи материалом с невысокой газопроницаемостью, блокирует доступ газа к поглощающим частицам, в результате чего уменьшаются сорбционная емкость по диоксиду углерода и время защитного действия устройства.

Известно устройство для очистки воздуха от диоксида углерода при отсутствии электроэнергии, содержащее корпус и контейнер с химическим поглотителем диоксида углерода на основе гидроксида лития, выполненного в виде брикетов со сквозными отверстиями (патент РФ 2158148, МПК А62В 11/00, 1999 г.). Плотность брикета составляет 0,75 кг/дм³. При хранении устройства в помещении контейнер размещен в корпусе и прижат крышкой. При работе основных средств регенерации воздуха в герметично закрытом помещении (при наличии электроэнергии) устройство для очистки воздуха от диоксида углерода хранится в помещении в специально отведенном месте. В случае аварии (при отсутствии электроэнергии) контейнер вынимают из корпуса и подвешивают в удобном месте. При этом брикеты химического поглотителя раздвигаются с образованием между ними определенного расстояния. Поглощение диоксида углерода из воздуха помещения происходит в режиме естественной конвекции на поверхности открытых брикетов химического поглотителя. При этом расстояние между брикетами обеспечивает развитие конвективного потока.

Однако применение химических поглотителей на основе гидроксида лития в системах жизнеобеспечения человека связано с необходимостью очистки воздуха, подаваемого на вдох пользователя от едкой литиевой пыли. В аварийных системах отсутствует возможность направлять воздух на доочистку от пыли, а литиевые брикеты находятся в непосредственной близости от пользователя, что создает опасность химических ожогов органов дыхания и кожи пользователя.

Кроме того, при использовании химического поглотителя в виде брикетов со сквозными отверстиями развивается недостаточно высокая скорость процесса хемосорбции диоксида углерода из воздуха, что приводит к уменьшению времени защитного действия устройства.

Задачей изобретения по способу является упрощение способа и улучшение эффективности очистки воздуха от диоксида углерода.

Решение поставленной задачи по способу обеспечивается тем, что согласно способу очистки воздуха от диоксида углерода в герметично закрытых помещениях, при котором поглощение диоксида углерода осуществляют химическим поглотителем, который подвешивают в помещении, химический поглотитель диоксида углерода выполняют в виде листового материала толщиной не более 2 мм, содержащего поглощающий состав на основе гидроксида кальция.

Химический поглотитель в виде листового материала получают путем нанесения на волокнистую подложку поглощающего состава, содержащего гидроксид кальция (массовая доля не менее 60%), гидроксид калия и/или натрия, воду и полимерное связующее.

Выполнение химического поглотителя диоксида углерода в виде листового материала толщиной не более 2 мм, содержащего поглощающий состав на основе гидроксида кальция, обеспечивает высокую скорость процесса хемосорбции диоксида углерода из воздуха за счет высокоразвитой поверхности фазового контакта, что приводит к увеличению реакционной способности химического поглотителя.

Использование для очистки воздуха химического поглотителя диоксида углерода, состоящего из гидроксида кальция, гидроксида калия и/или натрия, воды и полимерного связующего, обеспечивающего прочное удержание частиц химического поглотителя, практически полностью исключает пыление материала, что обеспечивает безопасность для пользователя. Даже в случае возникновения небольшого количества пыли при отработке химического поглотителя исключено возникновение химических ожогов органов дыхания и кожи пользователя, так как пыль представляет собой карбонат кальция - инертное нетоксичное вещество, широко используемое в народном хозяйстве.

Кроме того, стоимость химического поглотителя на основе гидроксида кальция в 2-3 раза ниже стоимости химического поглотителя на основе гидроксида лития.

Задачей изобретения по устройству является повышение плотности упаковки и удобства приведения в рабочее положение.

Решение поставленной задачи по устройству обеспечивается тем, что в устройстве для очистки воздуха от диоксида углерода в герметично закрытых помещениях, содержащем корпус, в котором помещен контейнер с химическим поглотителем, контейнер выполнен в виде газонепроницаемой оболочки, в которой помещен химический поглотитель диоксида углерода в виде листового материала.

Химический поглотитель может быть выполнен в виде рулона из пластин, свернутых по спирали.

Химический поглотитель может быть выполнен в виде пакета из пластин с конфигурацией внутренней полости корпуса (круглой, прямоугольной и др.), соединенных между собой гибкими связями.

Гибкие связи могут быть снабжены распорными вставками и крепежными элементами.

Пластины химического поглотителя круглой формы при складывании могут быть повернуты относительно друг друга.

Пластины химического поглотителя прямоугольной формы могут быть верхней и нижней сторонами соединены гибкими связями последовательно друг с другом в виде гармошки.

Выполнение контейнера в виде газонепроницаемой оболочки, в которой помещен химический поглотитель диоксида углерода, обеспечивает длительное хранение химического поглотителя в герметично закрытых помещениях при изменении давления окружающей среды, исключая его химическое взаимодействие с диоксидом углерода.

Выполнение химического поглотителя в виде рулона из пластин прямоугольной формы, свернутых по спирали, обеспечивает удобство и максимально возможную плотность упаковки химического поглотителя для длительного хранения, высокую плотность упаковки, но характеризуется более длительным временем приведения в рабочее положение и размещения устройства в закрытом помещении при возникновении аварийной ситуации.

Выполнение химического поглотителя в виде пакета из пластин с конфигурацией внутренней полости корпуса (круглой, прямоугольной и др.), соединенных между собой гибкими связями, менее удобно при упаковке, характеризуется меньшей плотностью упаковки, но обеспечивает мобильность приведения в рабочее положение и размещения устройства в помещении при возникновении аварийной ситуации.

Снабжение гибких связей распорными вставками обеспечивает образование и поддержание в процессе эксплуатации между пластинами химического поглотителя необходимого расстояния для обеспечения развития конвективного потока.

Снабжение гибких связей крепежными элементами обеспечивает удобство размещения в любом герметично закрытом помещении.

Поворот пластин химического поглотителя круглой формы относительно друг друга при складывании в пакет обеспечивает более плотную укладку химического поглотителя в корпусе за счет размещения распорных вставок по окружности.

Соединение пластин химического поглотителя прямоугольной формы верхней и нижнее стороной гибкими связями последовательно друг с другом в виде гармошки обеспечивает удобство укладки химического поглотителя в плотный пакет при хранении и удобство приведения их в рабочее положение.

При хранении устройства в помещении пластины химического поглотителя прямоугольной формы свернуты в рулон и размещены в корпусе устройства. В случае аварии (при отсутствии электроэнергии) рулон с пластинами вынимают из корпуса, разматывают и подвешивают в удобном месте с помощью крепежных элементов в виде зажимов.

В более предпочтительном варианте изобретения пластины химического поглотителя любой удобной формы (круглой, прямоугольной и др.) соединены гибкой связью и в виде пакета пластин размещены в корпусе устройства. В случае аварии (при отсутствии электроэнергии) пакет пластин химического поглотителя раздвигается с образованием между пластинами определенного расстояния. При этом расстояние между пластинами обеспечивает развитие конвективного потока и интенсифицирует процесс конвекции в целом. С точки зрения максимального заполнения рабочего пространства предпочтительная форма пластин прямоугольная.

Поглощение диоксида углерода из воздуха помещения происходит в режиме естественной конвекции на поверхности открытых пластин химического поглотителя.

Устройство для очистки воздуха от диоксида углерода в различных вариантах исполнения представлено на чертежах, где

фиг. 1 - вид устройства при хранении в помещении (пластины химического поглотителя свернуты в рулон);

фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, вид сверху;

фиг. 3 - вид устройства при эксплуатации (пластины химического поглотителя подвешены в помещении);

фиг. 4 - вид пластин с торца, вид по стрелке А фиг. 3;

фиг. 5 - вид устройства при хранении в помещении (пластины химического поглотителя сложены в виде пакета);

фиг. 6 - то же, что на фиг. 5, вид сверху;

фиг. 7 - вид устройства при эксплуатации (один из вариантов раздвижного пакета пластин);

фиг. 8 - то же, что на фиг. 7, вид сверху;

фиг. 9 - распорная вставка в рабочем положении;

фиг. 10 - положение в плане распорных вставок при повороте пластин химического поглотителя относительно друг друга;

фиг. 11 - то же, что на фиг. 10, вид сбоку;

фиг. 12 - вид устройства с прямоугольными пластинами при хранении в помещении (пластины химического поглотителя сложены в виде пакета);

фиг. 13 - то же, что на фиг. 12, вид сверху;

фиг. 14 - вид устройства при эксплуатации (один из вариантов раздвижного пакета пластин в виде гармошки с центральными распорными вставками);

фиг. 15 - вид пакета с прямоугольными пластинами с распорными вставками, выведенными на боковую поверхность пакета пластин химического поглотителя;

фиг. 16 - вид распорной вставки в рабочем положении;

фиг. 17 - то же, что на фиг. 15, вид сверху;

фиг. 18 - графики сравнительных испытаний устройств.

Перечень позиций, указанных на чертежах

1. корпус;

2. контейнер;

3. химический поглотитель;

4. рулон;

5. крышка;

6. обжимное кольцо;

7. съемная ручка;

8. зажим;

9. подвес;

10. крючок;

11. пакет пластин химического поглотителя;

12. гибкая связь;

13. распорная ставка;

14. скоба.

Один из вариантов устройства для очистки воздуха от диоксида углерода (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1, в который помещен контейнер 2 в виде газонепроницаемой герметичную оболочки из материала «Терафол», представляющего собой алюминиевую фольгу, плакированную изнутри полиэтиленом и лавсаном снаружи. В контейнер 2 заключен химический поглотитель диоксида углерода 3, выполненный в виде прямоугольных пластин из волокнистой подложки, пропитанной поглощающим составом на основе гидроксида кальция, и свернутых в рулон 4. Корпус 1 закрыт сверху крышкой 5, разъем между корпусом 1 и крышкой 5 уплотнен обжимным кольцом 6. На крышке 5 установлена съемная ручка 7, выполненная с заостренным концом для демонтажа обжимного кольца 6. В комплект такого устройства входят также крепежные элементы в виде зажимов 8, подвесы 9, крючки 10, показанные на фиг. 3 и 4.

Второй вариант устройства для очистки воздуха от диоксида углерода (фиг. 5 и 6) содержит корпус 1, в который помещен контейнер 2 с химическим поглотителем диоксида углерода 3, выполненных в виде круглых пластин из волокнистой подложки, пропитанной поглощающим составом на основе гидроксида кальция, сложенных в пакет 11. Корпус 1 закрыт сверху крышкой 5, разъем между которыми уплотнен обжимным кольцом 6. На крышке 5 установлена съемная ручка 7, выполненная с заостренным концом для демонтажа обжимного кольца 6. В таком устройстве, как показано на фиг. 7, пластины химического поглотителя 3 соединены между собой гибкими связями 12, верхние концы которых соединены и снабжены крепежным элементом в виде крючка 10. На гибких связях 12 между пластинами химического поглотителя 3 установлены распорные вставки 13 с длиной, равной экспериментально подобранному зазору между пластинами химического поглотителя 3. Количество гибких связей зависит от геометрических размеров пластин химического поглотителя 3. На фиг. 8 и 9 показано устройство с тремя гибкими связями 12.

На фиг. 10 и 11 показано в плане положение распорных вставок 13 при повороте пластин химического поглотителя 3 относительно друг друга при складывании в пакет пластин 11.

Третий вариант устройства для очистки воздуха от диоксида углерода (фиг. 12 и 13) содержит корпус 1 прямоугольной формы, в который помещен контейнер 2 с химическим поглотителем диоксида углерода 3 в виде прямоугольных пластин, сложенных в пакет 11. Корпус 1 закрыт сверху крышкой 5, разъем между которыми уплотняется обжимным кольцом 6. На крышке 5 установлена съемная ручка 7, выполненная с заостренным концом для демонтажа обжимного кольца 6. В таком устройстве, как показано на фиг. 14, пластины химического поглотителя 3 соединены между собой центральной гибкой связью 12, верхний конец которой соединен с крепежным элементом в виде крючка 10. На гибкой связи 12 между пластинами химического поглотителя 3 установлены распорные вставки 13. На фиг. 14 показано устройство, в котором боковые стороны пластин химического поглотителя 3 соединены между собой в виде гармошки. На фиг. 15 и 16 показано устройство, сложенное в виде пакета пластин химического поглотителя 3, распорные вставки 13 выведены на боковые стороны пакета пластин 11. На фиг. 14 и 17 показано соединение боковых сторон пластин химического поглотителя 3 скобами 14.

Плотность химического поглотителя в контейнере составляет 0,8-1 кг/дм³ в зависимости от наличия и количества элементов, обеспечивающих гибкую связь пластин химического поглотителя 3.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении аварийной ситуации от крышки 5 отделяется съемная ручка 7, с помощью которой демонтируется обжимное кольцо 6 и после удалении крышки 5 из корпуса 1 извлекается контейнер 2. Из контейнера 2 извлекается химический поглотитель 3 в виде рулона 4 (вариант 1), либо в виде пакета пластин 11 (варианты 2 и 3), после чего производится размещение химического поглотителя 3 в герметично закрытом помещении.

Рулон 4 разматывается на отдельные пластины химического поглотителя 3, которые закрепляются с помощью крепежных элементов в виде зажимов 8 на подвесах 9 (фиг. 3 и 4). Подвесы 9 крепятся крючками 10 к потолку или стенам герметично закрытого помещения.

Пакет пластин 11 химического поглотителя по второму варианту изобретения подвешивают в удобном месте на крючок 10, используя для этого петлю на верхнем конце гибких связей 12 (фиг. 7 и 8). При этом пластины химического поглотителя 3 раздвигаются под действием собственного веса на длину гибкой связи 12 с образованием между пластинами определенного зазора, регулируемого распорной вставкой 13.

Пакет пластин 11 химического поглотителя по третьему варианту изобретения подвешивают в удобном месте на крючок 11, используя для этого петлю на верхнем конце гибких связей 12 (фиг. 14). При этом свободные концы пластин химического поглотителя 3 раздвигаются под действием собственного веса на длину гибкой связи 12 с образованием между пластинами определенного зазора в середине пластин, регулируемого распорной вставкой 13.

На поверхности открытых пластин химического поглотителя 3 происходит процесс химического взаимодействия диоксида углерода и гидроксида кальция. Химическая реакция сопровождается выделением тепла, создающего конвективный поток вдоль пластин химического поглотителя, что способствует улучшению диффузии диоксида углерода через карбонизованную корку вглубь пластины химического поглотителя.

Использование химического поглотителя диоксида углерода, состоящего из гидроксида кальция, гидроксида калия и/или натрия, воды и полимерного связующего позволяет практически полностью исключить пыление и значительно уменьшить выделение щелочного аэрозоля, что полностью исключает опасность химических ожогов органов дыхания и кожи пользователя. Так, по результатам фотоэлектроколориметрического анализа проб воздуха на содержание щелочного аэрозоля при эксплуатации устройства составляет не более 0,05 мг/м³ (предельно допустимая концентрация для воздуха рабочей зоны составляет 0,5 мг/м³).

Пример 1

В герметичной камере объемом 6 м³ при температуре 20°С, начальной объемной доле диоксида углерода в воздухе 0,8% и подаче диоксида углерода в камеру с объемным расходом 20 дм³/ч испытывали устройство в виде рулона из свернутых пластин химического поглотителя прямоугольной формы размером 120×1000 мм объемом 2,5 дм³. Плотность химического поглотителя составляла около 1 кг/дм³. Во время испытаний пластины химического поглотителя размещались в камере параллельно друг другу с зазором между ними около 50 мм (см. фиг. 3). Испытания проводили до достижения объемной доли CO₂ в камере 1,5%. По литературным данным [Человек под водой и в космосе: материалы симпозиума по проблемам токсикологии в замкнутых экологических системах. - М.: Воениздат, 1967. - 392 с.] 1,5% СO₂ являются пределом в условиях продолжительной изоляции человека.

Результаты испытаний:

- время защитного действия - 26 ч;

- объем поглощенного диоксида углерода - 471 дм³;

- удельная сорбционная емкость - 188 дм³/дм³;

- минимальная объемная доля диоксида углерода в камере во время испытаний - 0,02%.

Пример 2

В герметичной камере объемом 6 м³ при температуре 20°С, начальной объемной доле диоксида углерода в воздухе 0,8% и подаче диоксида углерода в камеру с объемным расходом 20 дм³/ч испытывали устройство в виде пакета пластин химического поглотителя круглой формы диаметром 160 мм объемом 2,5 дм³. Плотность химического поглотителя составляла около 0,8 кг/дм³. Во время испытаний пластины химического поглотителя раздвигались на длину 1000 мм с зазором между ними 20 мм (см. фиг. 7). Испытания проводили до достижения объемной доли СO₂ в камере 1,5%.

Результаты испытаний:

- время защитного действия - 22 ч;

- объем поглощенного диоксида углерода - 380 дм³;

- удельная сорбционная емкость - 152 дм³/дм³;

- минимальная объемная доля диоксида углерода в камере во время испытаний - 0,2%.

Пример 3

В герметичной камере объемом 6 м³ при температуре 20°С, начальной объемной доле диоксида углерода в воздухе 0,8% и подаче диоксида углерода в камеру с объемным расходом 20 дм³/ч испытывали устройство в виде пакета пластин химического поглотителя прямоугольной формы размером 120×240 мм объемом 2,5 дм³. Плотность химического поглотителя составляла около 0,9 кг/дм³. Во время испытаний пластины химического поглотителя раздвигались на длину 1000 мм с зазором между ними от 1 до 20 мм (см. фиг. 14). Испытания проводили до достижения объемной доли СO₂ в камере 1,5%.

Результаты испытаний:

- время защитного действия - 23,5 ч;

- объем поглощенного диоксида углерода - 400 дм³;

- удельная сорбционная емкость - 160 дм³/дм³;

- минимальная объемная доля диоксида углерода в камере во время испытаний - 0,5%.

Для сравнения свойств устройств по примеру 1-3 испытывали устройство по патенту РФ 2158148 в герметичной камере объемом 6 м³ при температуре 20°С, начальной объемной доле диоксида углерода в воздухе 0,8% и подаче диоксида углерода в камеру с объемным расходом 20 дм³/ч. Объем брикетов химического поглотителя был также равен 2,5 дм³.

Результаты испытаний:

- время защитного действия - 21 ч;

- объем поглощенного диоксида углерода - 375 дм³;

- удельная сорбционная емкость - 150 дм³/дм³;

- минимальная объемная доля диоксида углерода в камере - 0,8%.

Как видно из представленных данных, устройства по примеру 1-3 имеют большее время защитного действия по сравнению устройством по патенту РФ 2158148.

На фиг. 18 показаны графики сравнительных испытаний устройства по примеру 1 и устройства по патенту РФ 2158148.

Из графиков на фиг. 18 видно, что на протяжении 17 ч от начала работы устройство по примеру 1 поддерживает объемную долю диоксида углерода в камере менее 0,2%. При испытании устройства по патенту РФ 2158148 объемная доля диоксида углерода в камере на протяжении всего времени испытания не опускается ниже 0,8% и постепенно увеличивается так, что после 17 ч от начала испытаний становится более 1,4%.

Таким образом, использование предлагаемой группы изобретений обеспечивает улучшение эффективности очистки воздуха от диоксида углерода и увеличивает время защитного действия устройства ввиду увеличенных реакционной способности химического поглотителя и плотности его упаковки.