СИСТЕМА РЕГЕНЕРАЦИИ ВОЗДУХА
AIR REGENERATION SYSTEM

Изобретение относится к устройствам регенерации воздуха в непригодной для дыхания атмосфере, закрытых помещениях, и может быть использовано, например, в респираторах горноспасателей.
Основная проблема для систем регенерации воздуха состоит в требовании минимальной массы (респираторы для горноспасателей) и минимального объема (закрытые помещения).
Известен регенеративный респиратор Р-30 для горноспасателей (Диденко Н.С., Регенеративные респираторы для горноспасательных работ, М, «Недра», 1984 г., с.156, Респиратор Р-30). Респиратор включает патрон с поглотителем углекислого газа на основе гидроокиси кальция (продукт ХПИ) и баллон с кислородом. Поглотитель работает по механизму хемосорбции в твердой фазе.
Основным достоинством устройства является относительная простота его схемы.
Однако респиратор имеет большую массу, связанную с большой массой и объемом расходуемых продуктов.
Задачей изобретения является снижение массы расходуемых продуктов в системе регенерации.
Поставленная задача решается с помощью системы, содержащей поглотительный патрон, снаряженный брикетом перекиси или окиси лития. Кроме того, поглотительный патрон выполнен с использованием раствора гидроокиси лития и парогазовой фазы.
Сущность изобретения заключается в следующем. Поглотительный патрон содержит брикет перекиси или окиси лития. Следовательно, потенциальные возможности поглотительного патрона в отношении углекислого газа резко возрастают. Дополнительно перекись лития выделяет часть необходимого для дыхания кислорода. Однако, принимая во внимание низкую активность перекиси или окиси лития, поглотительный патрон выполнен с включением в его объем раствора гидроокиси лития и активного участия в процессе хемосорбции парогазовой фазы.
В этой особенности устройства (его отличительный признак) заключается сущность изобретения. Главное, такой устройство позволяет использовать в качестве поглотителя перекись или окись лития и, таким образом, значительно снизить массогабаритные показатели системы регенерации.
Общая схема системы регенерации воздуха показана на чертеже (фиг.1).
Брикет 1 перекиси лития находится в поглотительном патроне 2. Поглотительный патрон 2 соединен с вводом 3 выдыхаемой дыхательной смеси, выводом дыхательной смеси 4 и сливом конденсата 5. Дыхательный мешок 6 кроме ввода 4 имеет вывод для слива конденсата и вывод 7 дыхательной смеси. На линии вдоха расположены газовый холодильник 8 и ввод подпитывающего кислорода из баллона 9. Линии вдоха и выдоха соединены с лицевой частью 10 через клапан 11.
Устройство регенерации воздуха (модель респиратора) в общем работает следующим образом. При выдохе дыхательная смесь через ввод 3 направляется в поглотительный патрон 2, где с помощью брикета 1 очищается от углекислого газа и с парами воды подается в дыхательный мешок 6. Теплоотдающая поверхность дыхательного мешка достаточна для сброса тепла конденсации во внешнюю среду и сконденсированная жидкость автоматически сливается обратно в поглотительный патрон. Из мешка на вдох поступает только газовоздушная смесь, которая затем охлаждается в холодильнике 8, насыщается недостающим объемом кислорода (из баллона 9) и подается на дыхание потребителю.
Суть заключена в работе поглотительного патрона, схема которого показана на чертежах (фиг.2 и 3). На чертеже (фиг.2) показано исходное положение (к моменту начала работы) поглотительного патрона. На чертеже (фиг.3) показано рабочее положение.
Брикет 1 перекиси лития размещен в верхней гофрированной емкости 2 на решетке 3. С помощью кольца уплотнения 4 большая часть брикета отделена от зоны реакции 5. В нижней гофрированной емкости 6 находится раствор 7 гидроокиси лития и осадок 8 карбоната лития. Направление потока дыхательной смеси указано стрелками 9. Общая высота патрона ограничена ограничителем 10.
При подготовке аппарата к работе в емкость 6 предварительно заливают фиксированное количество воды (100-200 г). Прямого контакта продукта и воды нет. Для запуска в работу встряхиванием патрона нижняя часть брикета смачивается. При выдохе углекислый газ дыхательной смеси реагирует с образовавшейся пленкой щелочного раствора с образованием карбоната лития, кислорода и тепла. Достаточно быстро (1-2 мин.) щелочной раствор на поверхности брикета разогревается до температуры 85-100°С и образовавшийся водяной пар вместе с газом подается в дыхательный мешок. Ожиженная часть продукта и нерастворимый карбонат лития под действием силы тяжести попадают в воду и образуют раствор гидроокиси лития. Далее этот уже разогретый раствор вместе с поверхностью брикета работает как хемосорбент. При высокой температуре (85-100°С) в зоне реакции кинетика процесса достаточно высока. Внешняя (рабочая) поверхность части брикета всегда остается достаточно чистой от осадка, так как карбонат лития фактически не растворим и оседает на дно.
2
Стационарный процесс регенерации достаточно устойчив, так как, с одной стороны, его тепловыделение ограничено режимом дыхания, а, с другой стороны, его теплосброс определяется величиной теплоотдающей поверхности дыхательного мешка (не менее 0,14 м). В процессе работы количество воды в нижней гофрированной емкости увеличивается из-за поступления выдыхаемой влаги.
3
Например, для респиратора горноспасателей, если исходная масса брикета (необходимая для работы в течение 4-5 ч) составляет 600 г плюс 150 г воды, то масса конечных продуктов составляет 1500 г. Из них масса воды составляет примерно 500 г, а масса осадка карбоната лития - 1000 г. Объем остатка примерно 1200 см.
Общие преимущества способа для респиратора горноспасателей, работающего согласно схеме (фиг.1), приведены в таблице 1.
Показатель массы
Вариант респиратора с перекисью лития
Вариант респиратора с окисью лития
Респиратор Р-30
Требуемая масса хемосорбента, кг
0,75
0,54
2,15 (продукт ХПИ на основе гидроокиси кальция)
Масса патрона с хемосорбентом, кг
1,15
0,94
2,85
Требуемая масса баллона с кислородом, кг
0,91
1,57
1,57 (с учетом облегченного баллона)
Итого, масса продуктов, кг
2,06
2,51
4,42
Расчетная масса респиратора, кг
7,5
8,4
11,0
Вывод. Снижение массы респиратора на 2,6-3,5 кг, крайне важное для горноспасателей, следует признать существенным.
Для коллективных средств защиты (КСЗ) доминирующим показателем является занимаемый объем (габариты). Воду реакции можно не учитывать, так как в процессе хранения ее нет.