Устройство регулирования дыхательной атмосферы в помещении

Полезная модель относится к устройствам кондиционирования воздуха и предназначена для создания дыхательных атмосфер в замкнутых пространствах, включая жилые, офисные и другие рабочие помещения, транспортные средства, тренажерные помещения, медицинские камеры, больничные палаты и другие локализованные дыхательные зоны.
Известен способ и конструкция на его основе (патент РФ №2484384, F24F 3/14, С01В 13/02, опубл. 10.06.2013 г.). В данном способе сжатый внешний газовый поток, сформированный из атмосферного воздуха, подвергается покомпонентному разделению в мембранных модулях за счет подачи и пропускания вдоль поверхности селективной мембраны в области высокого давления модулей. В способе используются как минимум два мембранных модуля, образующих многоступенчатую установку. Газовый поток из областей высокого давления мембранных модулей объединяют и подают в промежуточную емкость с содержанием азота 92-99 об. %, а газовый поток из областей низкого давления мембранных модулей подают в промежуточную емкость с содержанием кислорода 90-99 об. %. Формирование дыхательной атмосферы происходит путем смешивания газа из двух промежуточных емкостей.
К недостаткам способа можно отнести следующее:
- Поток газа, обогащенный кислородом, будет также обогащен и углекислым газом, что в конечном итоге приведем к его накоплению в рабочем пространстве;
- для сохранения баланса воздух, находящийся в помещении, сбрасывается в наружную атмосферу, что приводит к уменьшению энергоэффективности.
Известен способ и конструкция на его основе (патент РФ №2431784, F24F 3/14, F24F 3/16, опубл. 20.10.2011 г.). Согласно этому патенту в этом способе внешний газовый поток подвергается двойному покомпонентному газоразделению на селективных мембранах. Поток питания из наружного атмосферного воздуха поступает на дополнительный мембранный модуль, из области низкого давления модуля получают поток, обогащенный углекислым газом и кислородом. Из области высокого давления дополнительного модуля поток поступает на основной мембранный модуль. В области низкого давления основного мембранного модуля получают поток, преимущественно обогащенный кислородом. Из области высокого давления основного мембранного модуля получают поток, обедненный кислородом и углекислым газом. Из определенных частей этих трех потоков формируется поток требуемого газового состава и подается внутрь помещения.
К недостаткам способа можно отнести следующее:
- при выбранном режиме работы с дополнительного мембранного модуля в комнату подается воздух с высоким содержанием CO2;
- для сохранения баланса воздух, находящийся в помещении, сбрасывается в наружную атмосферу, что приводит к уменьшению энергоэффективности.
Наиболее близким по конструктивному исполнению и принятым за прототип является система регулирования дыхательной атмосферы в помещении (патент РФ №123505, F24F 5/00, опубл. 27/12/2012). Система регулирования дыхательной атмосферы в помещении содержит компрессор, вход которого выполнен с возможностью поочередного соединения с помещением и с наружным атмосферным воздухом, мембранный модуль обогащения кислородом и мембранный модуль удаления углекислого газа, вход каждого из которых подключен к выходу компрессора через распределительный клапан для переключения потока сжатого газа из компрессора между мембранными модулями, при этом один из выходов каждого мембранного модуля соединен с помещением, а другой - с линией сброса в атмосферу, осушительную систему, содержащую охладитель и сепаратор, нагреватели перед мембранными модулями, на выходе из мембранного модуля концентрации кислорода установлен вакуумный насос и охладитель.
Система работает следующим образом. В системе имеется два контура: контур обогащения кислородом и контур очистки от диоксида углерода, работа основана на последовательном переключении между двумя режимами. В контуре обогащения кислородом наружный атмосферный воздух засасывается с улицы, далее воздух проходит осушительную систему, состоящую из охладителя и сепаратора. Перед напуском в модуль обогащения кислородом, воздух нагревается в нагревательном блоке для обеспечения лучших газоразделительных характеристик. Воздух, обогащенный кислородом в мембранном модуле, подается в помещение. Предварительно воздух может быть охлажден до нужной температуры в охладителе. В контуре очистки от диоксида углерода воздух забирается из помещения компрессором и, пройдя осушительную систему и нагревательный блок, подается в модуль удаления углекислого газа. Поток удаляемого углекислого газа сбрасывается на улицу, а очищенный воздух снова подается в помещение. Также существует возможность параллельной работы контуров.
К недостаткам полезной модели можно отнести следующее:
- В случае неблагоприятных условий на улице (высокие концентрации CO2) в помещение будет подаваться поток, обогащенный кислородом и углекислым газом);
- Для регулирования концентрации углекислого газа в помещении из-за его низкой концентрации (<1 об. %) необходимо будет перерабатывать большие объемы газа, что приведет к большим энергозатратам на разделение и подготовку (нагрев, охлаждение) газа.
Технической задачей предложенной полезной модели является устранение технологических недостатков, указанных в прототипе.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленной полезной модели, заключается в покомпонентной (кислород, углекислый газ, пары воды) регулировке состава изолированной атмосферы, за счет применения мембранных и сорбционных технологий. Это позволяет производить эффективную очистку газа от углекислого газа и снизить энергозатраты.
Заявленная полезная модель поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором представлена принципиальная схема устройства регулирования дыхательной атмосферы в помещении. Схема устройства выполнена в виде графических условных обозначений элементов, связанных функционально линиями перемещения потоков воздуха, азота, кислорода и углекислого газа.
Устройство регулирования дыхательной атмосферы в помещении включает в себя компрессор 1, входной патрубок которого соединен с внешней средой через клапан 2 и помещением через клапан 3. Выходной патрубок компрессора 1 соединен через осушитель 4 и группу клапанов 5, 6 и 7 с входными патрубками адсорберов 8, 9, 10 соответственно, адсорберы заполнены твердым адсорбентом, хорошо адсорбирующим углекислый газ, выходные патрубки адсорберов 8, 9, 10 через клапана 11, 12 и 13 соответственно соединены с мембранным модулем 14 и между собой. Выходной патрубок, через который течет поток пермеата мембранного модуля 14, соединен с помещением, а выходной патрубок, через который течет поток ретентата мембранного модуля 14, соединен через клапана 15, 16, 17 с адсорберами 8, 9, 10 соответственно. Клапана 18, 19, 20 служат для сброса газа из адсорберов 8, 9, 10 соответственно.
Устройство регулирования дыхательной атмосферы в помещении работает следующим образом. Работа заявляемого устройства осуществляется в двух режимах: режим очистки воздуха, находящегося в помещении, от углекислого газа и режим обогащения кислородом воздуха в помещении.
Режим очистки воздуха, находящегося в помещении, от углекислого газа.
Компрессор 1 подает воздух, содержащийся в помещении, через клапан 3, клапан 2 закрыт, в осушитель 4, где происходит предварительная осушка, затем осушенный воздух через клапан 5, при этом клапан 18 закрыт, вытесняет из предварительно заполненного адсорбера 8 воздух, очищенный от углекислого газа и обогащенный кислородом, через клапан 11, часть из которого подается в мембранный модуль 14, а другая часть подается в адсорбер 9 через клапан 12 для заполнения его до рабочего давления, при этом клапана 6 и 19 закрыты. В это время из мембранного модуля 14 воздух, непрошедший через мембрану, подается в адсорбер 10 через клапан 17, клапан 13 закрыт, для продувки и регенерации адсорбента, после чего сбрасывается через клапан 20 во внешнюю среду, клапан 7 закрыт. После заполнения адсорбера 9 до рабочего давления адсорберы меняются стадиями. Адсорбер 8 переходит к стадии сброса и регенерации, из адсорбера 9 вытесняется обогащенный кислородом и очищенный от углекислого газа воздух, а адсорбер 10 заполняется до рабочего давления частью потока, вытесненного из адсорбера 9. Прошедший через мембрану воздух подается в помещение.
Режим обогащения кислородом воздуха в помещении.
Данный режим отличается тем, что воздух в устройство подается при помощи компрессора 1 через клапан 2 из внешней среды, обеспечивая приток в помещение концентрированного кислорода из внешней среды.