ПОРТАТИВНЫЙ МЕМБРАННЫЙ ГЕНЕРАТОР КИСЛОРОДА

Полезная модель относится к устройствам обогащения кислородом воздуха мембранным методом. Поток воздуха подводят к мембранному модулю, содержащему, по меньшей мере, один мембранный элемент. На мембране газовый поток разделяется за счет разницы проницаемости газов через мембрану. В случае обогащения воздуха кислородом, фракция воздуха, проникшая через мембрану (поток пермеата) обогащается до концентрации кислорода 25-40 об.%.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является патент РФ 2330807. Изобретение по данному патенту относится к мембранному разделению газов для обогащения, по меньшей мере, одного компонента газового потока, в частности для обогащения воздуха кислородом и/или для обогащения углекислого газа в газовом потоке. Газовый поток подводят к мембранному сепаратору, содержащему, по меньшей мере, одну единицу мембранного разделения, содержащую, по меньшей мере, одну мембрану. На мембране газовый поток разделяется путем пермеации на две фракции: фракцию обогащенного по кислороду потока (пермеат) и обедненного по кислороду потока (ретентат). При этом пермеат обогащается кислородом до концентрации 22-45 об.%. Перед входом в мембранный сепаратор газовый поток сжимают до входного давления выше уровня давления окружающей среды, а именно до значений абсолютного давления между 1,35 и 1,5 бар. На стороне обедненной фракции воздуха уровень давления понижается по отношению к входному давлению до значений абсолютного давления между 0,4 и меньше 1,0 бар.
К недостаткам прототипа можно отнести следующие признаки: газовый поток необходимо сжимать перед входом в разделительную мембранную установку до входного давления выше давления окружающей среды из-за высокого гидравлического сопротивления модуля, что требует дополнительных энергозатрат, увеличивает массу и габариты разделительной мембранной установки и требует дополнительной шумоизоляции.
В случае использования вакуумной схемы организации процесса разделения, когда продуктовым газом является легкопроникающий компонент, основные затраты энергии связаны с повышением давления вакуумным насосом только проникшего через мембрану потока пермеата, а не питающего потока, как в схеме с повышенным давлением.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленной модели, является портативный мембранный генератор кислорода индивидуального использования, повышающий содержание кислорода в области дыхания человека на 1-3% (об.%). При этом устройство требует использования только маломощного вакуумного насоса и побудителя расхода питающего газа, что позволяет уменьшить энергопотребление, улучшить массогабаритные характеристики, и позволяет питать генератор от аккумулятора.
Согласно полезной модели, мембранный генератор кислорода выполнен в корпусе и содержит, по меньшей мере, один мембранный модуль, один вакуумный насос, побудитель расхода, демпфирующий объем и дыхательную гарнитуру. В корпусе закреплен мембранный модуль, к торцу модуля прикреплен побудитель расхода, к модулю, через коллекторы подключен вход вакуумного насоса, выход вакуумного насоса подключается к входу демпфирующего объема, выход демпфирующего объема соединяется со штуцером, закрепленном на корпусе, а система подачи обогащенного кислородом воздуха подключается к штуцеру снаружи корпуса. В корпусе имеются технологические отверстия для подключения разъемов питания, штуцера для вывода газа и отверстия для продувки мембранного модуля и охлаждения электронных компонентов.
Выполнение технических отверстий в корпусе портативного мембранного генератора кислорода, предназначено для обеспечения воздухообмена и крепления (фиксации) всех комплектующих, а также надежности конструкции.
Для обеспечения требуемой концентрации кислорода на выходе генератора необходимо обеспечить достаточный поток воздуха внутри мембранного модуля, создаваемого побудителем расхода. Фракция воздуха, обедненная кислородом (ретентат), после прохождения между мембранными элементами выбрасывается в атмосферу. При этом поток ретентата можно направить на охлаждение нагревающихся комплектующих портативного мембранного генератора кислорода, таких как вакуумный насос и выпрямитель переменного тока.
В качестве вакуумного насоса может быть использован вакуумный насос мембранного типа, с помощью которого осуществляется отвод пермеата в область дыхания системой подачи обогащенного кислородом воздуха.
В качестве системы подачи обогащенного кислородом воздуха может быть использована головная дыхательная гарнитура.
Побудитель расхода воздуха может быть выполнен в виде одного или нескольких осевых вентиляторов закрепленных на торцах мембранного газоразделительного модуля.
На входе в мембранный модуль может быть установлен сорбционный фильтр для удаления аэрозолей и вредных газовых примесей, которые негативно влияют на здоровье человека.
Принципиальная схема портативного мембранного генератора кислорода представлена на фиг.1.
Портативный мембранный генератор кислорода работает следующим образом. В мембранном модуле обеспечивается конвективный поток с помощью побудителя расхода (1), в качестве которого могут быть использованы осевые вентиляторы, воздух из атмосферы поступает в мембранный модуль (2), где равномерно распределяется между мембранными элементами. Вакуумный насос (3), создающий разряжение менее 0.6 атм. внутри мембранных элементов, крепится к защитному корпусу с помощью антивибрационных креплений. В мембранном газоразделительном модуле, за счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях мембранных элементов происходит обогащение воздуха кислородом. Проникший через мембрану поток пермеата поступает в осевой коллектор, откуда откачивается вакуумным насосом. Фракция воздуха, обедненная кислородом, после прохождения между мембранными элементами выбрасывается в атмосферу.
В газовой магистрали между выводным штуцером и насосом может быть расположена система подавления шума и пульсаций, выполненная в виде демпфирующего объема (4).
Портативный мембранный генератор кислорода может быть размещен во внешнем (декоративном) корпусе для транспортировки, хранения кабелей питания и головной гарнитуры. Для удобства транспортировки декоративный корпус может быть выполнен в виде чемодана, рюкзака или сумки.
Портативный мембранный генератор кислорода может применяться для создания в локальных зонах дыхательных атмосфер с повышенным содержанием кислорода в помещениях, автомобилях, а также в больницах, санаториях, спортивных комплексах. Основным узлом генератора является газоразделительный модуль на селективных полимерных мембранах для обогащения потока атмосферного воздуха кислородом. Малые размеры и относительная простота конструкции в сочетании с достаточно высокой селективностью использованной полимерной мембраны дают преимущества применения данного аппарата перед зарубежными аналогами. Отличительной особенностью концентратора является очистка воздуха от твердых частиц, органических загрязнителей и возможность его увлажнения. Производительность концентратора составляет более 90 нл/ч с содержанием кислорода около 30% (об.), что достаточно для повышения содержания кислорода во вдыхаемом человеком воздухе на 1,5÷2,0% (об.). Питается как от сети 220 В, так и от источника постоянного тока 12 В, потребляемая мощность около 10 Вт. Благодаря малой потребляемой мощности, появляется возможность использования портативного аккумулятора. Масса генератора составляет не более 2.5 кг. Возможно подключение ионизатора и насадок различного типа.