УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНСЕРВАЦИИ И ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННОГО ВОЗДУХА
DEVICE FOR CONTAMINATED AIR PRESERVATION AND CLEANING

Изобретение относится к области очистки и регенерации воздуха, например для очистки сильно загрязненного воздуха герметизированных помещений в условиях дефицита чистого воздуха и невозможности удаления загрязненного воздуха за пределы помещения в окружающую среду.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройства для очистки воздуха в помещении, содержащее вентилятор, вход и выход которого соединены с защищаемым помещением воздуховодами с запорно-регулирующей арматурой, при этом на всасывающем воздуховоде установлен воздухоочистительный агрегат, а на нагнетающем воздуховоде дополнительно установлен пеногенератор, снабженный источником пенообразующей жидкости (патент РФ 2161056, кл. А62В 11/00 - прототип).
Однако возникновение высокой загазованности часто сопровождается значительным повышением давления внутри помещения (например, при разгерметизации находящихся в помещении емкостей с токсичными летучими веществами, при разгерметизации технологического оборудования, при возникновении пожара внутри помещения и др.). В этих случаях сильный рост давления внутри герметизированного помещения может вызвать его разгерметизацию и привести к проникновению вредных примесей в смежные помещения, что дополнительно усложняет дальнейший процесс очистки и увеличит длительность очистки. Это обстоятельство является недостатком известных решений.
Технически достижимый результат - повышение эффективности очистки путем увеличения ее скорости и качества.
Это достигается тем, что в устройстве для консервации и очистки загрязненного воздуха, содержащем вентилятор, вход и выход которого соединены с защищаемым помещением воздуховодами с запорно-регулирующей арматурой, при этом на всасывающем воздуховоде установлен воздухоочистительный агрегат, а на нагнетающем воздуховоде дополнительно установлен пеногенератор, снабженный источником пенообразующей жидкости, на всасывающем воздуховоде между воздухоочистительным агрегатом и защищаемым помещением расположен пенодеструктор, снабженный сепаратором, причем указанный всасывающий воздуховод между вентилятором и воздухоочистительным агрегатом дополнительно соединен с верхней зоной защищаемого помещения участком воздуховода с запорно-регулирующей арматурой, а между пенодеструктором и воздухоочистительным агрегатом данный всасывающий воздуховод одновременно соединен дополнительным воздуховодом, оборудованным запорно-регулирующей арматурой, с верхней зоной защищаемого помещения и дополнительным воздуховодом - с надувной оболочкой, размещенной вне защищаемого помещения, пеногенератор выполнен эжекционного типа и содержит цилиндрический корпус с фланцами на торцах, в одном из которых установлено сопло для подвода водного раствора пенообразователя, а в боковой поверхности корпуса выполнены отверстия для подвода воздуха, установленную внутри корпуса напротив сопла камеру смешения, прикрепленную большим основанием к фланцу напротив сопла.
На фиг.1 изображено устройство для консервации и очистки загрязненного воздуха, на фиг.2 - схема пеногенератора.
Устройство для консервации и очистки загрязненного воздуха (фиг.1) состоит из вентилятора 1, вход и выход которого соединены с защищаемым помещением 2 воздуховодами 3 с запорно-регулирующей арматурой 4, 5, воздухоочистительного агрегата 6, установленного на всасывающем воздуховоде. На нагнетающем воздуховоде установлен пеногенератор 7, который соединен с защищаемым помещением 2 воздуховодом 8 и снабжен источником пенообразующей жидкости. На всасывающем воздуховоде между воздухоочистительным агрегатом 6 и защищаемым помещением 2 расположен пенодеструктор 9, снабженный сепаратором. Кроме этого, линия всасывающего воздуховода между вентилятором 1 и воздухоочистительным агрегатом 6 дополнительно соединена с верхней зоной защищаемого помещения 2 участком воздуховода 10 с запорно-регулирующей арматурой 11, а линия всасывающего воздуховода между пенодеструктором 9 и воздухоочистительным агрегатом 6 соединена дополнительным воздуховодом 12, оборудованным запорно-регулирующей арматурой 13, с верхней зоной защищаемого помещения 2 и дополнительным воздуховодом 14 с надувной оболочкой 15, расположенной вне защищаемого помещения 2.
Пеногенератор эжекционного типа (фиг.2) содержит цилиндрический корпус 16 с фланцем 17, закрепленным на одном из его торцов, в котором выполнено отверстие 19 для подвода водного раствора пенообразователя. К фланцу 17 соосно корпусу 16 прикреплено сопло 18 из конической обечайки для подвода водного раствора пенообразователя, обращенное вершиной конуса в сторону, противоположную фланцу 17. Внутри сопла 18 размещен эжектор 21, выполненный в виде конической обечайки 20 с обтекателем 6, образующим с конической обечайкой 20 коническую полость 22, причем обтекатель 6 по форме выполнен в виде поверхности вращения второго порядка, например шара, эллипсоида, параболоида и др.
Коническая обечайки 20 эжектора соосна конической обечайке 18 сопла, причем конические поверхности сопла 18 и эжектора 21 имеют равные углы при вершинах конуса, их образующего. Между коническими обечайками сопла 18 и эжектора 20 имеется зазор 24 кольцевого типа с переменным сечением, обеспечивающим увеличение скорости водного раствора пенообразователя, скорости движения эжектируемого воздуха и, следовательно, приводящим к образованию более мелкодисперсной пены.
Эжектор 21 крепится к соплу 18 посредством, по крайней мере, трех эжектирующих трубок 25, один конец которых расположен в полости 22, а другой - в полости цилиндрического корпуса 16. К конической обечайке 20 эжектора соосно прикреплен цилиндрический горизонтальный воздуховод 23, у среза которого размещены, по крайней мере, три радиальных воздуховода 26, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, и закрепленных одним концом к корпусу 16, причем их оси расположены радиально и равномерно в этой плоскости, а свободный конец радиальных воздуховодов расположен у среза горизонтального воздуховода 23. Напротив и соосно соплу 18 установлена камера смешения, состоящая из соосных между собой конфузора 27, цилиндрической части 28 и диффузора 29, прикрепленного большим основанием к фланцу (не показано) для выхода пены. Диффузор 29 может быть выполнен сетчатым.
Устройство для консервации и очистки загрязненного воздуха работает следующим образом.
Устройство может функционировать в трех основных режимах: в режиме консервации, в режиме предварительной очистки и в режиме окончательной очистки.
В режиме консервации последовательно закрывают запорно-регулирующую арматуру 4, 5, открывают запорно-регулирующую арматуру 11, 13, включают вентилятор 1 и осуществляют подачу пенообразующей жидкости в пеногенератор 7.
Водный раствор пенообразователя в пеногенератор 7 подается под давлением через входные отверстия сопла 18, попадает в кольцевой зазор 24. За счет кинетической энергии струи воздух, находящийся во внутренней полости корпуса, засасывается наружной движущейся с большой скоростью поверхностью струи через воздуховоды 25 и 26 в камеру смешения, чему способствует переменное сечение кольцевого зазора 24. Этот воздух, находясь в замкнутом пространстве, внутри струи, гарантированно доставляется в камеру смешения, где происходит образование пены требуемой кратности. Между коническими обечайками сопла 18 и эжектора 20 имеется зазор 24 кольцевого типа с переменным сечением, обеспечивающим увеличение скорости водного раствора пенообразователя, скорости движения эжектируемого воздуха и, следовательно, приводящим к образованию более мелкодисперсной пены. При этом загрязненный воздух при помощи вентилятора 1 через участок воздуховода 10 отсасывается из защищаемого помещения 2 и смешивается с пенообразующей жидкостью в пеногенераторе 7, а образующаяся при смешении пена вводится в помещение 2 до полного его заполнения. Избыточное количество загрязненного воздуха (при наличии повышенного давления внутри защищаемого помещения 2) по воздуховодам 12 и 14 поступает в надувную оболочку 15, расположенную вне защищаемого помещения (например, в смежном помещении).
При реализации данного режима происходит сброс избыточного давления и "упаковка" загрязненного воздуха в пузырьки пены, что препятствует возможности дальнейшего распространения загрязнений в смежные помещения. Если предполагается длительное хранение "упакованного" ("законсервированного") в пену загрязненного воздуха, то представляется целесообразным использовать пену высокой кратности (кратность не менее 1000), а в состав пенообразующей жидкости дополнительно вводить специальные добавки, обладающие сорбционной и каталитической активностью по отношению к содержащимся в воздухе загрязнениям и способствующие удалению из воздуха токсичных веществ. В качестве таких добавок можно использовать мелкодисперсный активированный уголь или другой адсорбент, мелкодисперсные катализаторы, жидкие и твердые хемосорбенты, растворимые в пенообразующей жидкости, а также их различные смеси.
При реализации режима предварительной очистки закрывают запорно-регулирующую арматуру 5, 10 и открывают запорно-регулирующую арматуру 13, 4, включают вентилятор 1 и осуществляют подачу пенообразующей жидкости от источника 9 в пеногенератор 7. При этом загрязненный воздух из помещения 2 за счет разрежения, создаваемого вентилятором 1, через участок воздуховода 12 поступает в воздухоочистительный агрегат 6, где очищается от загрязнений. Затем очищенный воздух смешивается в пеногенераторе 7 с пенообразующей жидкостью и вводится в помещение. Избыточное количество загрязненного воздуха по воздуховодам 12 и 14 поступает в надувную оболочку 15, расположенную вне защищаемого помещения 2. В результате реализации данного режима происходит удаление из защищаемого помещения загрязненного воздуха с последующей его очисткой в воздухоочистительном агрегате 6, а очищенный воздух "упаковывается" в пену и вводится в защищаемое помещение 2. Поскольку при реализации данного режима производится "упаковка" очищенного воздуха в пену, то не происходит смешения чистого и загрязненного воздуха, а вытеснение загрязненного воздуха из помещения осуществляется в поршневом режиме.
Третий режим функционирования устройства может быть реализован в случае необходимости после осуществления первого или второго режима. Этот режим используется для окончательной очистки внутреннего объема защищаемого помещения и удаления из помещения загрязнений, содержащихся в газовых емкостях пузырьков пены, в пенообразующей жидкости и в надувной оболочке. Для реализации данного режима закрывают запорно-регулирующую арматуру 11, 13, открывают запорно-регулирующую арматуру 4, 5 и включают вентилятор 1. При этом подачу пенообразующей жидкости в пеногенератор 7 или совсем не производят, или производят некоторое время в начале третьего режима, а затем прекращают.Вентилятор 1 создает разрежение во всасываемом воздухе и пена отсасывается из помещения 2 в пенодеструктор 9, снабженный сепаратором, где происходит отделение газовой фазы от пенообразующей жидкости. Далее газовая фаза проходит через воздухоочистительный агрегат, где из нее удаляются загрязнения, и очищенная газовая смесь подается в верхнюю зону помещения 2, вытесняя находящуюся в помещении 2 пену в пенодеструктор 9. Вместе с этим загрязненный воздух, содержащийся в надувной оболочке 15, за счет разрежения, создаваемого вентилятором 1 во всасывающем воздуховоде, и за счет разрежения, получающегося в результате удаления в воздухоочистительном агрегате 6 газообразных загрязнений, постепенно отсасывается из надувной оболочки, очищается и подается в защищаемое помещение 2. Следует отметить, что в случае возникновения ситуации, когда после удаления основного объема пены из помещения надувная оболочка еще не полностью сдута, можно путем принудительного сжатия надувной оболочки 7 удалить из нее остатки загрязненного воздуха.
Таким образом, при осуществлении третьего режима функционирования устройства также реализуется поршневой эффект вытеснения, так как практически отсутствует смешение чистого и загрязненного воздуха.
Увеличение скорости очистки определяется тем, что в процессе функционирования устройства наблюдается поршневой эффект вытеснения из помещения загрязненного воздуха, при котором не происходит его смешения с чистым воздухом.
Особенно большое преимущество имеет предлагаемое техническое решение, когда речь идет о загазованности, связанной с пожаром в защищаемом помещении. Это связано с тем, что пена обладает хорошими огнетушащими свойствами и поэтому процессы дымоудаления и пожаротушения могут быть совмещены. Причем в этом случае удается не только эффективно ликвидировать очаг пожара и предотвратить распространение продуктов пожара в смежные помещения, но и сберечь значительное количество содержащегося в воздухе кислорода, поскольку при реализации предлагаемого технического решения происходит "упаковка" кислорода в пену, что препятствует его доступу к источнику возгорания.
Улучшение качества очистки объясняется тем, что пена, обладая хорошим моющим действием, удаляет из защищаемого помещения сконденсировавшиеся и осевшие там на различных предметах токсичные загрязнения, которые очень медленно удаляются при реализации традиционных схем проветривания.
Особенно большое преимущество по качеству очистки предлагаемое техническое решение имеет, когда идет речь о возникновении пожара в защищаемом помещении. Очевидно, что количество загрязнений, осевших, адсорбировавшихся и сконденсировавшихся на различных предметах в помещении, зависит от времени контакта загрязнений с этими предметами, а поскольку при реализации предлагаемого технического решения начиная с момента возникновения пожара продукты пожара изолируются в пузырьках пены, то продолжительность (прямого) контакта загрязнений с находящимися в помещении предметами незначительна. Напротив, при традиционных схемах проветривания очистку воздуха можно начинать только спустя некоторое время после окончания тушения пожара, поскольку немедленное применение традиционной системы очистки невозможно, так как это будет препятствовать процессу пожаротушения.
Улучшение качества очистки объясняется также и тем, что предлагаемое устройство предотвращает появление высокого избыточного давления внутри защищаемого помещения вследствие сброса части газовой фазы в надувную оболочку, расположенную в смежном помещении. Тем самым давление воздуха в смежных помещениях выравнивается, а это препятствует утечке вредных веществ из защищаемого помещения. Снижению давления внутри защищаемого помещения способствует и тот факт, что при смешении газовой фазы и пенообразующей жидкости имеет место эффект охлаждения газовой фазы и эффект сорбционного поглощения ряда газообразных веществ.
С другой стороны, пена, особенно пена высокой кратности, обладая хорошей сорбирующей способностью, обеспечивает частичную предварительную очистку воздуха от некоторых аэрозольных и газообразных загрязнений, что приводит к снижению затрат основных средств очистки, используемых в воздухоочистительном агрегате.
Все это позволяет значительно увеличить скорость и качество очистки и, как следствие, общую эффективность очистки в целом.
Предлагаемое изобретение может быть использовано для консервации пожарных газов и очистки воздуха герметизированных помещений от продуктов пожара, например на орбитальных космических станциях и других космических аппаратах.