СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF THE AIR CLEANING OF CARBON DIOXIDE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к области очистки воздуха от диоксида углерода в герметично закрытых помещениях при возникновении аварийной ситуации при отсутствии электроэнергии.
Известно устройство аварийной вентиляции барокамер, содержащее патрон с химическим поглотителем для очистки воздуха от диоксида углерода и нагнетатель воздуха через патрон (пат. РФ 2194551, МПК А62В 11/00, 2000 г.). Нагнетатель содержит двуплечее коромысло с площадками для ног, качающееся вокруг центрального неподвижного шарнира. К каждому плечу коромысла шарнирно прикреплены тяги мехов, закрытых с обеих сторон крышками, причем в нижних крышках расположены невозвратные всасывающие клапаны, а в верхних - нагнетательные. Нагнетательные клапаны соединены гибкими шлангами с патроном.
Устройство не требует внешней энергии для работы нагнетателя, однако требует затраты человеческих сил, которые при возникновении аварийной ситуации являются важным ресурсом.
Данная проблема решена в способе очистки воздуха от диоксида углерода при отсутствии электроэнергии с использованием химического поглотителя на основе гидроксида лития листовой формы, полученного экструдированием (заявка WO 2007117266, МПК А61Н 31/00, 2007 г.). Экструдированные листы в качестве связующей добавки содержат полиэтилен. Множество листов химического поглотителя подвешивают в корпусе защитного сооружения. Таким образом обеспечивается доступ воздуха к поверхности твердого химического поглотителя для очистки от диоксида углерода.
Однако полиэтилен, будучи материалом с невысокой газопроницаемостью, блокирует доступ газа к поглощающим частицам, в результате чего уменьшаются сорбционная емкость по диоксиду углерода и время защитного действия устройства.
3
Известно устройство для очистки воздуха от диоксида углерода при отсутствии электроэнергии, содержащее корпус и контейнер с химическим поглотителем диоксида углерода на основе гидроксида лития, выполненного в виде брикетов со сквозными отверстиями (патент РФ 2158148, МПК А62В 11/00, 1999 г.). Плотность брикета составляет 0,75 кг/дм. При хранении устройства в помещении контейнер размещен в корпусе и прижат крышкой. При работе основных средств регенерации воздуха в герметично закрытом помещении (при наличии электроэнергии) устройство для очистки воздуха от диоксида углерода хранится в помещении в специально отведенном месте. В случае аварии (при отсутствии электроэнергии) контейнер вынимают из корпуса и подвешивают в удобном месте. При этом брикеты химического поглотителя раздвигаются с образованием между ними определенного расстояния. Поглощение диоксида углерода из воздуха помещения происходит в режиме естественной конвекции на поверхности открытых брикетов химического поглотителя. При этом расстояние между брикетами обеспечивает развитие конвективного потока.
Однако применение химических поглотителей на основе гидроксида лития в системах жизнеобеспечения человека связано с необходимостью очистки воздуха, подаваемого на вдох пользователя от едкой литиевой пыли. В аварийных системах отсутствует возможность направлять воздух на доочистку от пыли, а литиевые брикеты находятся в непосредственной близости от пользователя, что создает опасность химических ожогов органов дыхания и кожи пользователя.
Кроме того, при использовании химического поглотителя в виде брикетов со сквозными отверстиями развивается недостаточно высокая скорость процесса хемосорбции диоксида углерода из воздуха, что приводит к уменьшению времени защитного действия устройства.
Задачей изобретения по способу является упрощение способа и улучшение эффективности очистки воздуха от диоксида углерода.
Решение поставленной задачи по способу обеспечивается тем, что согласно способу очистки воздуха от диоксида углерода в герметично закрытых помещениях, при котором поглощение диоксида углерода осуществляют химическим поглотителем, который подвешивают в помещении, химический поглотитель диоксида углерода выполняют в виде листового материала толщиной не более 2 мм, содержащего поглощающий состав на основе гидроксида кальция.
Химический поглотитель в виде листового материала получают путем нанесения на волокнистую подложку поглощающего состава, содержащего гидроксид кальция (массовая доля не менее 60%), гидроксид калия и/или натрия, воду и полимерное связующее.
Выполнение химического поглотителя диоксида углерода в виде листового материала толщиной не более 2 мм, содержащего поглощающий состав на основе гидроксида кальция, обеспечивает высокую скорость процесса хемосорбции диоксида углерода из воздуха за счет высокоразвитой поверхности фазового контакта, что приводит к увеличению реакционной способности химического поглотителя.
Использование для очистки воздуха химического поглотителя диоксида углерода, состоящего из гидроксида кальция, гидроксида калия и/или натрия, воды и полимерного связующего, обеспечивающего прочное удержание частиц химического поглотителя, практически полностью исключает пыление материала, что обеспечивает безопасность для пользователя. Даже в случае возникновения небольшого количества пыли при отработке химического поглотителя исключено возникновение химических ожогов органов дыхания и кожи пользователя, так как пыль представляет собой карбонат кальция - инертное нетоксичное вещество, широко используемое в народном хозяйстве.
Кроме того, стоимость химического поглотителя на основе гидроксида кальция в 2-3 раза ниже стоимости химического поглотителя на основе гидроксида лития.
Задачей изобретения по устройству является повышение плотности упаковки и удобства приведения в рабочее положение.
Решение поставленной задачи по устройству обеспечивается тем, что в устройстве для очистки воздуха от диоксида углерода в герметично закрытых помещениях, содержащем корпус, в котором помещен контейнер с химическим поглотителем, контейнер выполнен в виде газонепроницаемой оболочки, в которой помещен химический поглотитель диоксида углерода в виде листового материала.
Химический поглотитель может быть выполнен в виде рулона из пластин, свернутых по спирали.
Химический поглотитель может быть выполнен в виде пакета из пластин с конфигурацией внутренней полости корпуса (круглой, прямоугольной и др.), соединенных между собой гибкими связями.
Гибкие связи могут быть снабжены распорными вставками и крепежными элементами.
Пластины химического поглотителя круглой формы при складывании могут быть повернуты относительно друг друга.
Пластины химического поглотителя прямоугольной формы могут быть верхней и нижней сторонами соединены гибкими связями последовательно друг с другом в виде гармошки.
Выполнение контейнера в виде газонепроницаемой оболочки, в которой помещен химический поглотитель диоксида углерода, обеспечивает длительное хранение химического поглотителя в герметично закрытых помещениях при изменении давления окружающей среды, исключая его химическое взаимодействие с диоксидом углерода.
Выполнение химического поглотителя в виде рулона из пластин прямоугольной формы, свернутых по спирали, обеспечивает удобство и максимально возможную плотность упаковки химического поглотителя для длительного хранения, высокую плотность упаковки, но характеризуется более длительным временем приведения в рабочее положение и размещения устройства в закрытом помещении при возникновении аварийной ситуации.
Выполнение химического поглотителя в виде пакета из пластин с конфигурацией внутренней полости корпуса (круглой, прямоугольной и др.), соединенных между собой гибкими связями, менее удобно при упаковке, характеризуется меньшей плотностью упаковки, но обеспечивает мобильность приведения в рабочее положение и размещения устройства в помещении при возникновении аварийной ситуации.
Снабжение гибких связей распорными вставками обеспечивает образование и поддержание в процессе эксплуатации между пластинами химического поглотителя необходимого расстояния для обеспечения развития конвективного потока.
Снабжение гибких связей крепежными элементами обеспечивает удобство размещения в любом герметично закрытом помещении.
Поворот пластин химического поглотителя круглой формы относительно друг друга при складывании в пакет обеспечивает более плотную укладку химического поглотителя в корпусе за счет размещения распорных вставок по окружности.
Соединение пластин химического поглотителя прямоугольной формы верхней и нижнее стороной гибкими связями последовательно друг с другом в виде гармошки обеспечивает удобство укладки химического поглотителя в плотный пакет при хранении и удобство приведения их в рабочее положение.
При хранении устройства в помещении пластины химического поглотителя прямоугольной формы свернуты в рулон и размещены в корпусе устройства. В случае аварии (при отсутствии электроэнергии) рулон с пластинами вынимают из корпуса, разматывают и подвешивают в удобном месте с помощью крепежных элементов в виде зажимов.
В более предпочтительном варианте изобретения пластины химического поглотителя любой удобной формы (круглой, прямоугольной и др.) соединены гибкой связью и в виде пакета пластин размещены в корпусе устройства. В случае аварии (при отсутствии электроэнергии) пакет пластин химического поглотителя раздвигается с образованием между пластинами определенного расстояния. При этом расстояние между пластинами обеспечивает развитие конвективного потока и интенсифицирует процесс конвекции в целом. С точки зрения максимального заполнения рабочего пространства предпочтительная форма пластин прямоугольная.
Поглощение диоксида углерода из воздуха помещения происходит в режиме естественной конвекции на поверхности открытых пластин химического поглотителя.
Устройство для очистки воздуха от диоксида углерода в различных вариантах исполнения представлено на чертежах, где
фиг. 1 - вид устройства при хранении в помещении (пластины химического поглотителя свернуты в рулон);
фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, вид сверху;
фиг. 3 - вид устройства при эксплуатации (пластины химического поглотителя подвешены в помещении);
фиг. 4 - вид пластин с торца, вид по стрелке А фиг. 3;
фиг. 5 - вид устройства при хранении в помещении (пластины химического поглотителя сложены в виде пакета);
фиг. 6 - то же, что на фиг. 5, вид сверху;
фиг. 7 - вид устройства при эксплуатации (один из вариантов раздвижного пакета пластин);
фиг. 8 - то же, что на фиг. 7, вид сверху;
фиг. 9 - распорная вставка в рабочем положении;
фиг. 10 - положение в плане распорных вставок при повороте пластин химического поглотителя относительно друг друга;
фиг. 11 - то же, что на фиг. 10, вид сбоку;
фиг. 12 - вид устройства с прямоугольными пластинами при хранении в помещении (пластины химического поглотителя сложены в виде пакета);
фиг. 13 - то же, что на фиг. 12, вид сверху;
фиг. 14 - вид устройства при эксплуатации (один из вариантов раздвижного пакета пластин в виде гармошки с центральными распорными вставками);
фиг. 15 - вид пакета с прямоугольными пластинами с распорными вставками, выведенными на боковую поверхность пакета пластин химического поглотителя;
фиг. 16 - вид распорной вставки в рабочем положении;
фиг. 17 - то же, что на фиг. 15, вид сверху;
фиг. 18 - графики сравнительных испытаний устройств.
Перечень позиций, указанных на чертежах
1. корпус;
2. контейнер;
3. химический поглотитель;
4. рулон;
5. крышка;
6. обжимное кольцо;
7. съемная ручка;
8. зажим;
9. подвес;
10. крючок;
11. пакет пластин химического поглотителя;
12. гибкая связь;
13. распорная ставка;
14. скоба.
Один из вариантов устройства для очистки воздуха от диоксида углерода (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1, в который помещен контейнер 2 в виде газонепроницаемой герметичную оболочки из материала «Терафол», представляющего собой алюминиевую фольгу, плакированную изнутри полиэтиленом и лавсаном снаружи. В контейнер 2 заключен химический поглотитель диоксида углерода 3, выполненный в виде прямоугольных пластин из волокнистой подложки, пропитанной поглощающим составом на основе гидроксида кальция, и свернутых в рулон 4. Корпус 1 закрыт сверху крышкой 5, разъем между корпусом 1 и крышкой 5 уплотнен обжимным кольцом 6. На крышке 5 установлена съемная ручка 7, выполненная с заостренным концом для демонтажа обжимного кольца 6. В комплект такого устройства входят также крепежные элементы в виде зажимов 8, подвесы 9, крючки 10, показанные на фиг. 3 и 4.
Второй вариант устройства для очистки воздуха от диоксида углерода (фиг. 5 и 6) содержит корпус 1, в который помещен контейнер 2 с химическим поглотителем диоксида углерода 3, выполненных в виде круглых пластин из волокнистой подложки, пропитанной поглощающим составом на основе гидроксида кальция, сложенных в пакет 11. Корпус 1 закрыт сверху крышкой 5, разъем между которыми уплотнен обжимным кольцом 6. На крышке 5 установлена съемная ручка 7, выполненная с заостренным концом для демонтажа обжимного кольца 6. В таком устройстве, как показано на фиг. 7, пластины химического поглотителя 3 соединены между собой гибкими связями 12, верхние концы которых соединены и снабжены крепежным элементом в виде крючка 10. На гибких связях 12 между пластинами химического поглотителя 3 установлены распорные вставки 13 с длиной, равной экспериментально подобранному зазору между пластинами химического поглотителя 3. Количество гибких связей зависит от геометрических размеров пластин химического поглотителя 3. На фиг. 8 и 9 показано устройство с тремя гибкими связями 12.
На фиг. 10 и 11 показано в плане положение распорных вставок 13 при повороте пластин химического поглотителя 3 относительно друг друга при складывании в пакет пластин 11.
Третий вариант устройства для очистки воздуха от диоксида углерода (фиг. 12 и 13) содержит корпус 1 прямоугольной формы, в который помещен контейнер 2 с химическим поглотителем диоксида углерода 3 в виде прямоугольных пластин, сложенных в пакет 11. Корпус 1 закрыт сверху крышкой 5, разъем между которыми уплотняется обжимным кольцом 6. На крышке 5 установлена съемная ручка 7, выполненная с заостренным концом для демонтажа обжимного кольца 6. В таком устройстве, как показано на фиг. 14, пластины химического поглотителя 3 соединены между собой центральной гибкой связью 12, верхний конец которой соединен с крепежным элементом в виде крючка 10. На гибкой связи 12 между пластинами химического поглотителя 3 установлены распорные вставки 13. На фиг. 14 показано устройство, в котором боковые стороны пластин химического поглотителя 3 соединены между собой в виде гармошки. На фиг. 15 и 16 показано устройство, сложенное в виде пакета пластин химического поглотителя 3, распорные вставки 13 выведены на боковые стороны пакета пластин 11. На фиг. 14 и 17 показано соединение боковых сторон пластин химического поглотителя 3 скобами 14.
3
Плотность химического поглотителя в контейнере составляет 0,8-1 кг/дм в зависимости от наличия и количества элементов, обеспечивающих гибкую связь пластин химического поглотителя 3.
Устройство работает следующим образом.
При возникновении аварийной ситуации от крышки 5 отделяется съемная ручка 7, с помощью которой демонтируется обжимное кольцо 6 и после удалении крышки 5 из корпуса 1 извлекается контейнер 2. Из контейнера 2 извлекается химический поглотитель 3 в виде рулона 4 (вариант 1), либо в виде пакета пластин 11 (варианты 2 и 3), после чего производится размещение химического поглотителя 3 в герметично закрытом помещении.
Рулон 4 разматывается на отдельные пластины химического поглотителя 3, которые закрепляются с помощью крепежных элементов в виде зажимов 8 на подвесах 9 (фиг. 3 и 4). Подвесы 9 крепятся крючками 10 к потолку или стенам герметично закрытого помещения.
Пакет пластин 11 химического поглотителя по второму варианту изобретения подвешивают в удобном месте на крючок 10, используя для этого петлю на верхнем конце гибких связей 12 (фиг. 7 и 8). При этом пластины химического поглотителя 3 раздвигаются под действием собственного веса на длину гибкой связи 12 с образованием между пластинами определенного зазора, регулируемого распорной вставкой 13.
Пакет пластин 11 химического поглотителя по третьему варианту изобретения подвешивают в удобном месте на крючок 11, используя для этого петлю на верхнем конце гибких связей 12 (фиг. 14). При этом свободные концы пластин химического поглотителя 3 раздвигаются под действием собственного веса на длину гибкой связи 12 с образованием между пластинами определенного зазора в середине пластин, регулируемого распорной вставкой 13.
На поверхности открытых пластин химического поглотителя 3 происходит процесс химического взаимодействия диоксида углерода и гидроксида кальция. Химическая реакция сопровождается выделением тепла, создающего конвективный поток вдоль пластин химического поглотителя, что способствует улучшению диффузии диоксида углерода через карбонизованную корку вглубь пластины химического поглотителя.
3
3
Использование химического поглотителя диоксида углерода, состоящего из гидроксида кальция, гидроксида калия и/или натрия, воды и полимерного связующего позволяет практически полностью исключить пыление и значительно уменьшить выделение щелочного аэрозоля, что полностью исключает опасность химических ожогов органов дыхания и кожи пользователя. Так, по результатам фотоэлектроколориметрического анализа проб воздуха на содержание щелочного аэрозоля при эксплуатации устройства составляет не более 0,05 мг/м (предельно допустимая концентрация для воздуха рабочей зоны составляет 0,5 мг/м).
Пример 1
3
3
3
3
2
2
В герметичной камере объемом 6 м при температуре 20°С, начальной объемной доле диоксида углерода в воздухе 0,8% и подаче диоксида углерода в камеру с объемным расходом 20 дм/ч испытывали устройство в виде рулона из свернутых пластин химического поглотителя прямоугольной формы размером 120×1000 мм объемом 2,5 дм. Плотность химического поглотителя составляла около 1 кг/дм. Во время испытаний пластины химического поглотителя размещались в камере параллельно друг другу с зазором между ними около 50 мм (см. фиг. 3). Испытания проводили до достижения объемной доли CO в камере 1,5%. По литературным данным [Человек под водой и в космосе: материалы симпозиума по проблемам токсикологии в замкнутых экологических системах. - М.: Воениздат, 1967. - 392 с.] 1,5% СOявляются пределом в условиях продолжительной изоляции человека.
Результаты испытаний:
- время защитного действия - 26 ч;
3
- объем поглощенного диоксида углерода - 471 дм;
3
3
- удельная сорбционная емкость - 188 дм/дм;
- минимальная объемная доля диоксида углерода в камере во время испытаний - 0,02%.
Пример 2
3
3
3
3
2
В герметичной камере объемом 6 м при температуре 20°С, начальной объемной доле диоксида углерода в воздухе 0,8% и подаче диоксида углерода в камеру с объемным расходом 20 дм/ч испытывали устройство в виде пакета пластин химического поглотителя круглой формы диаметром 160 мм объемом 2,5 дм. Плотность химического поглотителя составляла около 0,8 кг/дм. Во время испытаний пластины химического поглотителя раздвигались на длину 1000 мм с зазором между ними 20 мм (см. фиг. 7). Испытания проводили до достижения объемной доли СO в камере 1,5%.
Результаты испытаний:
- время защитного действия - 22 ч;
3
- объем поглощенного диоксида углерода - 380 дм;
3
3
- удельная сорбционная емкость - 152 дм/дм;
- минимальная объемная доля диоксида углерода в камере во время испытаний - 0,2%.
Пример 3
3
3
3
3
2
В герметичной камере объемом 6 м при температуре 20°С, начальной объемной доле диоксида углерода в воздухе 0,8% и подаче диоксида углерода в камеру с объемным расходом 20 дм/ч испытывали устройство в виде пакета пластин химического поглотителя прямоугольной формы размером 120×240 мм объемом 2,5 дм. Плотность химического поглотителя составляла около 0,9 кг/дм. Во время испытаний пластины химического поглотителя раздвигались на длину 1000 мм с зазором между ними от 1 до 20 мм (см. фиг. 14). Испытания проводили до достижения объемной доли СO в камере 1,5%.
Результаты испытаний:
- время защитного действия - 23,5 ч;
3
- объем поглощенного диоксида углерода - 400 дм;
3
3
- удельная сорбционная емкость - 160 дм/дм;
- минимальная объемная доля диоксида углерода в камере во время испытаний - 0,5%.
3
3
3
Для сравнения свойств устройств по примеру 1-3 испытывали устройство по патенту РФ 2158148 в герметичной камере объемом 6 м при температуре 20°С, начальной объемной доле диоксида углерода в воздухе 0,8% и подаче диоксида углерода в камеру с объемным расходом 20 дм/ч. Объем брикетов химического поглотителя был также равен 2,5 дм.
Результаты испытаний:
- время защитного действия - 21 ч;
3
- объем поглощенного диоксида углерода - 375 дм;
3
3
- удельная сорбционная емкость - 150 дм/дм;
- минимальная объемная доля диоксида углерода в камере - 0,8%.
Как видно из представленных данных, устройства по примеру 1-3 имеют большее время защитного действия по сравнению устройством по патенту РФ 2158148.
На фиг. 18 показаны графики сравнительных испытаний устройства по примеру 1 и устройства по патенту РФ 2158148.
Из графиков на фиг. 18 видно, что на протяжении 17 ч от начала работы устройство по примеру 1 поддерживает объемную долю диоксида углерода в камере менее 0,2%. При испытании устройства по патенту РФ 2158148 объемная доля диоксида углерода в камере на протяжении всего времени испытания не опускается ниже 0,8% и постепенно увеличивается так, что после 17 ч от начала испытаний становится более 1,4%.
Таким образом, использование предлагаемой группы изобретений обеспечивает улучшение эффективности очистки воздуха от диоксида углерода и увеличивает время защитного действия устройства ввиду увеличенных реакционной способности химического поглотителя и плотности его упаковки.