УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА В МАЛЫХ ОБИТАЕМЫХ АВТОНОМНЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТАХ

Полезная модель относится к области очистки и нормализации воздуха в закрытых помещениях, а именно к средствам для очистки и регенерации воздуха внутри автономных обитаемых подводных аппаратов для обеспечения пригодного для дыхания человека и безопасного состава воздуха на длительное время погружения.
Проблема очистки воздуха в малых обитаемых глубоководных аппаратах для создания условий работы экипажа обусловлена необходимостью поддержания концентраций вредных веществ в воздухе на допустимом уровне в течение времени герметизации, как правило, составляющем 5-20 ч и более, в условиях жесткого ограничения габаритов, массы устройства и расходных материалов, энергетических ресурсов, а также необходимостью обеспечения удобства и надежности эксплуатации в условиях тесноты и загроможденности обитаемого отсека. Ввиду отсутствия резервов электроэнергии также необходимо обеспечить минимизацию ее энергопотребления, что не позволяет применить электрохимические методы регенерации воздуха.
Известно устройство для очистки воздуха (патент РФ №2444387, МПК А62В 7/00, опубл. 10.03.2012 г.), предназначенное для поглощения углекислого газа из воздуха в шахтах для поддержания безопасной и пригодной для дыхания воздушной среды. Устройство содержит корпус, имеющий камеру. В камере расположен слой поглотителя углекислого газа, очищающий воздух, проходящий через этот слой. Устройство также включает в себя нагнетающий элемент с двигателем, который приводится в действие без применения электричества путем подачи через него текучей среды, например, воды или сжатого воздуха.
Недостатком данного технического решения является очистка воздуха только от диоксида углерода, необходимость засыпки в емкость поглотителя, удаления его после отработки, а также пневматический или водяной привод, который неприемлем в замкнутом пространстве обитаемого отсека автономного глубоководного аппарата.
Известно устройство для очистки и регенерации воздуха (патент РФ №188176, МПК A61L 9/22, опубл. 02.04.2019 г.), содержащее корпус, в котором размещены вентилятор, фильтр и блок ионизации воздуха, при этом в корпусе дополнительно установлена очистительная матрица PHI (Photo Hydro Ionization), a фильтр расположен в задней части корпуса.
Недостатками этого технического решения являются значительные массогабаритные характеристики и отсутствие эффективного фильтра для поглощения диоксида углерода.
Для поглощения углекислого газа на современных подводных лодках (ПЛ) применяется либо система электрохимической регенерации воздуха, что неприемлемо для малых глубоководных аппаратов с точки зрения энергопотребления, массы и габаритов, стоимости очистки, либо, например на аппаратах «Тритон-2», «РУСЬ», автономном глубоководном аппарате «Консул», а также на некоторых ПЛ, применяются системы химической регенерации воздуха, которые являются пожароопасными и требуют зоны обслуживания и сложного хранения отработавших элементов, сложной эксплуатации и регулирования процессов. Для очистки воздушной среды от вредных веществ применяются фильтры-кассеты с активированным углем ФК-2У в фильтрах типа ФМШ. Эти фильтры имеют большие габариты и энергопотребление и не могут быть применены в малых глубоководных аппаратах.
На современных иностранных малых автономных аппаратах производства США, Нидерландов, Китая применяется схема удаления углекислого газа путем продувки воздуха с помощью вентилятора через сорбент из гранулированной натронной извести, засыпаемой в емкость большого объема на все время автономности. Недостатками такой применяемой схемы и устройств являются необходимость установки отдельных фильтров для вредных химических веществ и аэрозолей, необходимость засыпки и удаления сразу большого количества отработавшего сорбента, применения отдельных средств очистки воздуха в аварийном режиме, что неудобно в малом объеме обитаемого отсека.
Известно гипербарическое устройство для очистки газовой среды (патент РФ №186454, МПК B63G 8/36, B01D 53/02, опубл. 21.01.2019 г.), принятое за прототип, состоящее из корпуса со встроенными электродвигателем и крыльчаткой, а также установленной со стороны всасывания съемной перфорированной кассеты поглощения диоксида углерода с химическим поглотителем. В этом устройстве крыльчатка выполнена в виде загнутых по направлению вращения лопаток, обеспечивающих создание центробежного потока через кассету поглощения диоксида углерода, при этом в кассете установлен фильтр в виде мешка из ткани Петрянова, заполненный химическим поглотителем диоксида углерода, а со стороны всасывания на корпус дополнительно установлена съемная кассета поглощения вредных веществ.
Недостатком данного устройства является необходимость хранения на время автономного плавания запасов кассет различного назначения, как для поглощения диоксида углерода, так и для поглощения вредных веществ, что приводит к существенному увеличению габаритов устройства ввиду большого размера кассеты для поглощения вредных веществ типа ФКБ-25. Кроме того, процесс замены каждой кассеты занимает много времени из-за крепления кассет с помощью натяжных винтов, а также необходимости переснаряжения кассеты для поглощения диоксида углерода, что снижает удобство эксплуатации данного устройства.
Заявленная полезная модель решает задачу обеспечения обитаемости малого автономного подводного аппарата по параметрам воздушной среды, комфортной для экипажа в составе 2-4 человек в течение времени рабочей автономности, при минимизации массы и габаритов устройства для очистки воздуха и обеспечении удобства его эксплуатации в условиях малых свободных объемов.
Техническим результатом от использования заявленного устройства является снижение массогабаритных показателей устройства для очистки воздуха в условиях малых обитаемых подводных аппаратах, обеспечивающего при этом комплексную очистку воздуха от двуокиси углерода, вредных химических веществ, пыли и аэрозолей, а также повышение удобства и надежности эксплуатации устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для очистки воздуха в малых обитаемых подводных аппаратах, содержащее корпус с размещенным в нем вентилятором, установленную с одной его стороны съемную перфорированную кассету с химическим поглотителем диоксида углерода, согласно полезной модели дополнительно снабжено второй съемной перфорированной кассетой с химическим поглотителем диоксида углерода, установленной с другой стороны корпуса, а также по меньшей мере еще одним вентилятором, причем вентиляторы расположены на боковой стороне корпуса с образованием в корпусе внутренних воздуховодов для обеспечения продувки очищаемого воздуха через кассеты, при этом кассеты выполнены идентичными друг другу и установлены герметично на корпусе с помощью магнитных замков.
При этом каждая кассета выполнена в виде объемного полого корпуса, перфорированного с двух сторон, внутри которого размещены поочередно слой угольной ткани, слой насыпного поглотителя диоксида углерода и снова слой угольной ткани, а объемный полый корпус кассеты выполнен составным из двух частей (полукорпусов), плотно соединенных друг с другом, причем обе части корпуса кассеты могут быть соединены друг с другом, например, с помощью резьбовых элементов, установленных в углах частей корпуса кассеты.
Корпус устройства и корпуса съемных кассет выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов, что обеспечивает компактную их укладку в месте хранения.
Кроме того, установленные в корпусе устройства вентиляторы выполнены малогабаритными, а количество вентиляторов, установленных в корпусе устройства, является четным и составляет либо два, либо четыре.
Кроме того, каждая из двух кассет установлена на корпусе устройства с помощью четырех магнитных замков, расположенных по углам кассеты, при том, что каждый магнитный замок выполнен в виде магнита, закрепленного на корпусе устройства, и сопрягаемой с ним металлической площадки, расположенной на кассете. При этом металлические площадки магнитных замков сформированы вокруг отверстий, в которых установлены резьбовые элементы, стягивающие две части корпуса кассеты.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для очистки воздуха в малом обитаемом подводном аппарате представляет собой побудитель расхода воздуха со сменными кассетами, причем побудитель расхода выполнен малогабаритным с встроенными двумя или четырьмя вентиляторами, прокачивающими очищаемую воздушную среду одновременно через две кассеты, а комплексная очистка воздушной среды от диоксида углерода, вредных веществ, пыли и аэрозолей обеспечивается легкосъемными кассетами с многослойным фильтром. При этом обеспечивается компактность устройства, удобство замены отработанных кассет, высокая надежность устройства благодаря дублированию вентиляторов. Кроме того, корпус и кассеты выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов, обеспечивающих компактную их укладку для хранения, что крайне важно в условиях малого объема обитаемого аппарата.
Устройство поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - общий вид устройства для очистки воздуха (пример исполнения устройства с двумя вентиляторами);
на фиг. 2 - корпус устройства со снятыми кассетами (вид сзади);
на фиг. 3 - кассета устройства;
на фиг. 4 схематично показана кассета в разрезе (вид А-А).
Заявленное устройство для очистки воздуха в малых обитаемых подводных аппаратах содержит корпус 1 с размещенными в нем вентиляторами 2, установленными на боковой стороне корпуса 1, расположенные по обеим сторонам корпуса 1 съемные перфорированные кассеты 3 с химическим поглотителем диоксида углерода, герметично установленные на корпусе с помощью магнитных замков 4, причем в каждой кассете 3 выполнена перфорация 5 с двух ее противоположных сторон для обеспечения беспрепятственного прохода очищаемой воздушной среды.
Для крепления устройства в месте его установки на объекте нижняя часть корпуса 1 закреплена на планке 6. На верхней части корпуса 1 установлена панель управления 7, с помощью которой можно регулировать скорость вращения вентиляторов 2, тем самым изменяя поток очищаемого воздуха, проходящего через устройство.
Кроме того, к панели управления 7 подключена плата питания (на чертежах не показана), установленная внутри корпуса 1, подключенная к бортовой сети обитаемого подводного аппарата. Включение и выключение платы питания осуществляется тумблером 8, установленным на панели управления 7.
Вентиляторы 2 расположены на одной боковой стороне корпуса 1 таким образом, что они образуют в корпусе 1 внутренние воздуховоды благодаря фигурной перегородке 9, установленной внутри корпуса 1, для обеспечения одновременной продувки очищаемого воздуха через обе кассеты 3, что повышает эффективность работы устройства.
При этом в качестве вентиляторов 2 могут быть использованы малогабаритные модели вентиляторов, например, электровентиляторы со встроенным блоком питания типа 0,36ЭВ-0,2-6-4625 производства компании «Иолла» (Россия), что существенно снижает массу и габариты устройства, а количество вентиляторов, установленных в корпусе, должно быть четным, и составляет либо два, либо четыре; в последнем случае вентиляторы 2 располагаются на противоположных боковых сторонах корпуса 1 по два с каждой боковой стороны.
Кассеты 3 для очистки воздуха, установленные на корпусе 1 с обеих его сторон, выполнены идентичными друг другу, что облегчает сменяемость кассет после их отработки. При этом каждая кассета 3 выполнена в виде объемного полого корпуса 10, перфорированного с двух сторон и состоящего из двух частей (полукорпусов), плотно соединенных друг с другом, например, с помощью резьбовых элементов 11, установленных в отверстиях, расположенных в углах полукорпусов кассеты (на чертежах не показаны). В качестве резьбовых элементов 11 могут быть использованы, например, шпильки с резьбой, имеющие с обеих сторон плоские торцевые концы, или болты с плоской головкой, устанавливаемой на корпусе заподлицо, и плоским торцевым концом.
В варианте исполнения части кассеты могут быть соединены друг с другом склеиванием пригодным для этого промышленным клеем, или приварены друг к другу точечной сваркой.
Следует отметить, что корпус 1 устройства и корпуса 10 съемных кассет 3 имеют одинаковые длину и высоту и выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов, за счет чего обеспечивается их компактная укладка в месте хранения.
Внутри корпуса 10 каждой из кассет размещены поочередно слой угольной ткани 12, слой насыпного поглотителя диоксида углерода 13 и снова слой угольной ткани 12.
Угольная ткань 12 представляет собой угольный фильтрующий материал, широко используемый в системах вентиляции и предназначенный для очищения воздуха и газовоздушных смесей от вредных газов, аэрозольных взвесей, твердых загрязнений и удаления вредных запахов. В заявленном устройстве может быть использован, например, угольный фильтрующий материал марки ВСАМ производства компании «Сибэлкон» (Россия).
В качестве насыпного поглотителя диоксида углерода 13 может быть использован известковый химический поглотитель, например, марки ХП-ИК (натронная известь) или литиевый химический поглотитель марки ХП-Л2.
Поглотителя диоксида углерода 13 засыпается в собранный корпус кассеты 3 до ее установки на корпусе 1 устройства через технологическое отверстие в верхней части корпуса кассеты 3 (на чертежах не показано), которое затем герметично закрывается, например, запаивается или заклеивается.
Для удобства заполнения кассеты 3 в варианте исполнения угольная ткань 12 может быть согнута в форме буквы U, а в образовавшейся внутренней полости может быть размещен насыпной поглотитель диоксида углерода 13.
Каждая из двух кассет 3 установлена на корпусе 1 устройства с помощью четырех магнитных замков 4, расположенных по углам кассеты, при этом каждый магнитный замок 4 может быть выполнен в виде магнита 14, закрепленного на корпусе 1 устройства, и сопрягаемой с ним металлической площадки 15, расположенной на соответствующей кассете 3 и выполненной, например, в виде выемки в корпусе кассеты.
При этом металлические площадки 15 магнитных замков 4 должны быть сформированы вокруг отверстий, в которых установлены резьбовые элементы 11, стягивающие две части корпуса кассеты 3.
Для повышения эффективности работы устройства для очистки воздуха в варианте исполнения устройства в корпусе 1 могут быть установлены четыре вентилятора 2, расположенные на противоположных боковых сторонах корпуса 1, по два на каждой боковой стороне устройства.
Устройство для очистки воздуха работает следующим образом.
Устройство включается тумблером 8, установленным на панели управления 7, подающим питание на вентиляторы 2, которые забирают воздушную среду из обитаемого отсека автономного обитаемого аппарата и подают ее по внутренним воздуховодам 9 в корпусе 1 на две кассеты 3, герметично установленные на корпусе 1 с помощью магнитных замков 4, к выходам воздуховодов 9. Воздушная среда под избыточным давлением, образованным за счет работы вентиляторов 2, проходит через многослойные фильтры обеих кассет 3, сначала проходя через угольную ткань 12, на которой очищается от вредных веществ, пыли и аэрозолей, затем через поглотитель диоксида углерода 13 и, далее, через второй слой угольной ткани 12, на которой дочищается от вредных веществ, пыли и аэрозолей, после чего выбрасывается в воздушную среду обитаемого отсека.
При отработке поглотителя диоксида углерода 13 в течение гарантированного времени устройство очистки отключают, и кассета 3 заменяется целиком по мере выработки ее ресурса.
Таким образом, в результате использования заявленного технического решения обеспечивается комплексная очистка воздушной среды малых обитаемых автономных подводных аппаратов, в которых находится экипаж 2-4 человека в течение времени рабочей автономности 10-20 ч, от двуокиси углерода, пыли и вредных химических веществ при минимизации массы и габаритов устройства для очистки воздуха и обеспечении удобства его эксплуатации в условиях малых свободных объемов, загроможденных оборудованием.