ХЕМОСОРБЦИОННЫЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к устройствам для регенерации воздуха путем поглощения газообразных примесей, в частности, к коллективным средствам защиты органов дыхания человека.
Известна конструкция изолирующего дыхательного аппарата, заполненного гранулированным регенеративным продуктом и предназначенного для защиты органов дыхания в непригодной для дыхания атмосфере. Аппарат содержит узел изоляции органов дыхания, дыхательный мешок и регенеративный патрон, соединенные между собой дыхательным шлангом. В корпусе дыхательного мешка установлена клапанная коробка с клапанами вдоха, выдоха и клапаном избыточного давления, связанным гибкой связью со стенкой дыхательного мешка (патент № 2337736 РФ, A62B 7/08 (2006.01), 2008 г.).
Недостатком данной конструкции является использование регенеративного продукта в виде гранул, что создает высокое аэродинамическое сопротивление, а при использовании в качестве средства коллективной защиты органов дыхания требует установки мощного вентилятора или компрессора.
Известен регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата на химически связанном кислороде, содержащий пусковой брикет и регенеративный продукт. Пусковой брикет расположен на входе патрона и выполнен в виде многоканального термостойкого блока. Патрон последовательно заполнен регенеративным продуктом из супероксида калия в виде многоканальных блоков, которые примыкают к пусковому брикету, и зерненным регенеративным продуктом из надперекиси калия (патент № 2483767 РФ, A62B 19/00 (2006.01), 2013 г.).
Недостатком данной конструкции также является высокое аэродинамическое сопротивление из-за наличия слоя гранулированного хемосорбента. Указанные недостатки также обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.
Известен изолирующий дыхательный аппарат, содержащий корпус, выполненный в виде пакета из полимерной пленки, разделенный сварными швами на снабженные окнами карманы. В карманах установлены пластины регенеративного продукта. Корпус, выполненный в виде пакета, помещен в дыхательном мешке, причем между лицевой частью и корпусом установлен переключатель потока, соединенный клапаном вдоха с полостью дыхательного мешка. В окнах корпуса установлены дистанционирующие вставки. Корпус соединен с дыхательным мешком лентами, являющимися продолжением крепления аппарата на пользователе (патент № 2541948 РФ, A62B 7/08 (2006.01), 2015 г.).
Несмотря на низкое сопротивление дыханию, такая конструкция пригодна только для индивидуального использования, где требуется обеспечить прохождение малых объемов воздуха, из-за наличия последовательно размещенных пластин поглотителя, что снижает итоговую емкость по углекислому газу.
Известно устройство для регенерации воздуха в герметично закрытом помещении, содержащее вентилятор и патрон с регенеративным продуктом на основе супероксида калия, закрепленный на стойке. Патрон выполнен в виде рукавов из эластичного материала, соединенных на входе коллектором, снабженным стыковочным узлом. На выходе рукавов установлены дистанционирующие элементы в виде гибких связей с попарно установленными фиксирующими элементами, между которыми закреплены силовые ленты крепления пластин регенеративного продукта (патент № 2568578 РФ, A62B 11/00 (2006.01), 2015 г.).
Недостатком данной конструкции является неполное использование сорбционной емкости химического поглотителя, что снижает производительность установки, из-за того, что когда концентрация углекислого газа или кислорода в герметичном обитаемом объекте становятся недопустимыми, в хемосорбционном реакторе еще продолжаются
остаточные процессы хемосорбции диоксида углерода и выделения кислорода.
Задачей изобретения является повышение производительности хемосорбционного реактора.
Решение технической задачи достигается путем обеспечения максимального использования остаточной сорбционной емкости химического поглотителя за счет параллельной установки поглотительных патронов с распределением входящего газовоздушного потока между соседними поглотительными патронами, в одном из которых осуществляется процесс основной очистки, в другом - процесс очистки потока за счет использования остаточной сорбционной емкости химического поглотителя, в результате чего обеспечивается высокая степень очистки газового потока от газообразных примесей и низкое аэродинамическое сопротивление.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно - следственная связь.
Технический результат достигается тем, что хемосорбционный реактор содержит ряд параллельно установленных поглотительных патронов, соединенных с одной стороны, через патрубки и электромагнитные клапаны, контролируемые блоком контроля и индикации, осуществляющим распределение потока между поглотительными патронами, в одном из которых осуществляется процесс основной очистки с поглощением углекислого газа и выделением
кислорода, в другом - поглощение углекислого газа и выделение кислорода за счет использования остаточной сорбционной емкости химического поглотителя, через фильтр воздушный с вентилятором, подающим газовоздушную смесь из герметичного обитаемого объекта, с другой стороны - через патрубки, канал отвода очищенного потока, глушитель с герметичным обитаемым объектом, причем блок контроля и индикации снабжен датчиками контроля концентрации углекислого газа или кислорода в герметичном обитаемом объекте и выполнен с возможностью переключения посредством срабатывания электромагнитных клапанов подачи газовоздушной смеси из герметичного обитаемого объекта каждый раз в два соседних поглотительных патрона, в результате чего обеспечивается высокая степень очистки газового потока от газообразных примесей.
Поглотительные патроны содержат пакеты пластин, представляющих собой листовой поглотитель на основе надпероксида калия.
Корпус и крышки поглотительных патронов выполнены из полимерного материала, армированного стекловолокном.
Аккумуляторная батарея хемосорбционного реактора состоит из литий-полимерных аккумуляторов.
В качестве воздушного фильтра используется фильтр глубокой очистки типа НЕРА.
Распределение газовоздушного потока, подаваемого вентилятором из герметичного обитаемого объекта в соседние поглотительные патроны, в одном
из которых осуществляется процесс основной очистки за счет выделения кислорода при взаимодействии надпероксида калия с парами воды с образованием гидроксида калия и поглощения углекислого газа образовавшимся гидроксидом калия в присутствии паров воды, а в другом - очистка потока за счет использования остаточной сорбционной емкости химического поглотителя с получением кислорода в результате протекания реакции взаимодействия надпероксида калия с парами воды, и дополнительного поглощения углекислого газа в результате реакции образования гидрокарбоната калия в присутствии паров воды, обеспечивает высокую степень очистки газового потока от газообразных примесей. Формирование рабочего объема хемосорбционного реактора из параллельно расположенных поглотительных патронов, обеспечивает модульность конструкции с возможностью установки произвольного количества поглотительных патронов, что позволяет регулировать производительность и длительность работы хемосорбционного реактора.
Использование в поглотительных патронах пакетов пластин из листового поглотителя на основе надпероксида калия обеспечивает, с одной стороны, требуемую емкость по углекислому газу, с другой стороны - низкое аэродинамическое сопротивление патронов.
Выполнение корпуса и крышек поглотительных патронов из полимерного материала, армированного стекловолокном, позволяет обеспечить достаточную прочность при минимальных толщине и весе.
Использование литий-полимерных аккумуляторов позволяет обеспечить требуемую длительность непрерывной автономной работы хемосорбционного реактора.
Использование в качестве воздушного фильтра HEPA - фильтра позволяет обеспечить требуемую степень очистки входящего воздуха при минимальном аэродинамическом сопротивлении.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "новизна".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в производстве различных модификаций хемосорбционных реакторов с получением технического результата, заключающегося в повышении производительности, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "промышленная применимость".
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где
на фиг. 1 показан общий вид установки (Вид А);
на фиг. 2 показан общий вид установки (Вид Б);
на фиг. 3 показана динамика изменения концентраций веществ химического поглотителя в процессе хемосорбции;
на фиг. 4 показано распределение времени работы поглотительных патронов (на примере первых четырех поглотительных патронов).
На представленных чертежах изображены
1 - основание;
2 - поглотительный патрон;
3 - винт (условно не показан);
4 - патрубок;
5 - электромагнитный клапан;
6 - блок контроля и индикации;
7 - канал подачи исходной газовоздушной смеси;
8 - колено;
9 - фильтр воздушный;
10 - соединительный канал;
11 - электровентилятор;
12 - блок питания;
13 - блок аккумуляторных батарей;
14 - канал отвода очищенного потока;
15 – глушитель.
Хемосорбционный реактор содержит основание 1, к которому примыкает блок из поглотительных патронов 2, скрепленных между собой и
основанием 1 винтами 3 (условно не показаны), к входным штуцерам которых примыкают патрубки 4, соединенные через электромагнитные клапаны 5, управляемые блоком контроля и индикации 6, канал подачи исходной газовоздушной смеси 7 с коленами 8, фильтр воздушный 9, соединительный канал 10 с электровентилятором 11, питание которого осуществляется от стандартной электрической сети 220В переменного тока блоком питания 12 или блоком аккумуляторных батарей 13, а к выходным штуцерам примыкают патрубки 4, соединенные через канал отвода очищенного потока 14, глушитель 15 с герметичным обитаемым объектом.
Сборка устройства осуществляется в горизонтальном положении следующим образом.
На основание1 последовательно устанавливают поглотительные патроны 2, нижний из которых фиксируется на основании 1 винтами 3, а остальные поглотительные патроны 2 скрепляются между собой винтами 3. Также на основание 1 устанавливаются фильтр воздушный 9, соединенный через соединительный канал 10 с электровентилятором 11, блок питания 12, блок аккумуляторных батарей 13, глушитель 15. Далее к входным штуцерам поглотительных патронов 2 присоединяются патрубки 4 путем обеспечения посадки с натягом, к которым присоединяются электромагнитные клапаны 5, далее осуществляется подсоединение канала подачи исходной газовоздушной смеси 7 через колена 8 к электромагнитным клапанам 5 и соединение канала подачи исходной газовоздушной смеси 7 с фильтром воздушным 9. Соединение выходных штуцеров поглотительных патронов 2 с глушителем 15 через канал отвода очищенного потока 14 осуществляется аналогично. Далее на торцевой части поглотительных патронов 2 винтами 3 осуществляется закрепление блока контроля и индикации 6 и соединение проводами его выходов с электромагнитными клапанами 5.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Исходная газовоздушная смесь из герметичного обитаемого объекта электровентилятором 11 подается через фильтр воздушный 9 в канал подачи исходной газовоздушной смеси 7, откуда она поступает в соответствующие поглотительные патроны 2, где в результате химических превращений воздух избавляется от углекислого газа и обогащается кислородом. Очищенный поток отводится в герметичный обитаемый объект через глушитель 15. При этом поток воздуха подается постоянно (кроме запуска установки, когда весь поток поступает в первый поглотительный патрон) в два соседних поглотительных патрона 2, в одном из которых осуществляется основная стадия хемосорбционного процесса, в другом - стадия использования остаточной стехиометрической емкости хемосорбента. Переключение между поглотительными патронами 2 осуществляется, когда концентрации углекислого газа или кислорода в герметичном обитаемом объекте, измеренные датчиками, находящимися в блоке контроля и индикации, выходят за пределы установленных уровней. Подача исходной смеси
одновременно в два поглотительных патрона позволяет, с одной стороны, обеспечить высокую эффективность очистки газовоздушной смеси за счет полного использования стехиометрической емкости химического поглотителя по углекислому газу и кислороду в одном из поглотительных патронов, с другой стороны, обеспечить приемлемые концентрации кислорода и углекислого газа в герметичном обитаемом объекте за счет реализации основной очистки в другом поглотительном патроне.
Устройство позволяет повысить производительность хемосорбционного реактора за счет максимального использования остаточной сорбционной емкости химического поглотителя.