СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ В ГЕРМЕТИЧНОМ ОБЪЕКТЕ
METHOD OF CLEANING GAS MEDIUM IN SEALED FACILITY

Изобретение относится к области защиты органов дыхания и может быть использовано для повышения эффективности очистки газовой среды в обитаемых герметичных объектах с регенерацией кислорода.
Известен способ очистки газовой среды в герметичном объекте, включающий восполнение в герметичном объекте расходуемого на дыхание кислорода, подачу на вдох газовой среды из герметичного объекта, поглощение диоксида углерода из выдыхаемого газового потока поглотителем в поглотительном патроне дыхательного аппарата и подачу очищенной газовой среды в герметичный объект (EP 0171551 A3, A62B 18/10, 1986).
Основной недостаток данного решения заключается в необходимости наличия источника кислорода, что усложняет аппаратурное оборудование. Кроме того, вдох газовой среды из герметичного объекта происходит через клапан, размещенный непосредственно на дыхательной маске дыхательного аппарата, откуда, через клапан выдоха, выдыхаемый газовый поток направляется в поглотительный патрон. Это не обеспечивает возможности использования физиологических особенностей организма для повышения эффективности очистки газовой среды в обитаемом герметичном объекте.
Известен принятый за прототип способ очистки газовой среды в герметичном объекте с регенерацией кислорода, включающий восполнение в герметичном объекте расходуемого на дыхание кислорода, подачу на вдох газовой среды из герметичного объекта, поглощение диоксида углерода из выдыхаемого газового потока поглотителем в поглотительном патроне дыхательного аппарата и подачу очищенной газовой среды в герметичный объект. Подачу газовой среды на вдох производят через буферный объем между поглотителем и лицевой частью дыхательного аппарата. Аппарат по физиологическим соображениям составляет 0,2÷0,6 от объема вдоха в покое, при этом поглотитель выполнен в виде регенеративного химического продукта на основе надперекиси щелочного металла, выделяющего при реакции взаимодействия с респираторной влагой и диоксидом углерода кислород (патент РФ №2303472, МПК A62B 11/00, 2007 г.).
Этому способу присущи следующие недостатки:
- необходимость использования лицевой части затрудняет действия пользователя;
- сложность аппаратурного оформления, включающего поглотительный патрон, вспомогательный буферный объем, побудитель расхода воздуха (вентилятор) и клапанную коробку;
- необходимость в электропитании.
Изобретение направлено на упрощение способа очистки газовой среды в обитаемом герметичном объекте.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что согласно способу очистки газовой среды в герметичном объекте с регенерацией кислорода, включающему восполнение в герметичном объекте расходуемого на дыхание кислорода, поглощение диоксида углерода из газовой среды поглотителем, причем очистку газовой среды производят путем помещения в герметичный объем регенеративного продукта, который заключают в газопроницаемую оболочку, инертную к регенеративному поглотителю, выполненному в виде пластин регенеративного химического продукта на основе надперекиси щелочного металла, выделяющего при реакции взаимодействия с респираторной влагой и диоксидом углерода кислород.
Газопроницаемую оболочку заключают в защитную оболочку.
2
В качестве защитной оболочки используют полипропиленовый нетканый материал «Спанбонд» с плотностью не более 17 г/м.
В качестве защитной оболочки используют полипропиленовую безузелковую сетку с размером ячеек от 0,5 до 3 мм.
На защитной оболочке закрепляют полимерные пластины с вырезами для закрепления на внешних опорах.
В газопроницаемую оболочку помещают пластины из бумагоподобного композиционного материала из стеклянных волокон.
Выполнение поглотителя в виде регенеративного химического продукта на основе надперекиси щелочного металла, преимущественно надперекиси калия в виде пластин, при конструктивной простоте обеспечивает поглощение диоксида углерода из газовой среды герметичного объекта и восполнение в герметичном объекте расходуемого на дыхание кислорода с использованием поглотителя. Очищаемый воздух взаимодействует с регенеративным химическим продуктом за счет диффузии сквозь газопроницаемые оболочки, при этом продукт разогревается, что обеспечивает создание конвективного потока вдоль пластины, обеспечивающего перемешивание воздуха в герметичном объекте. Наличие инертной к продукту оболочки в виде стеклобумаги типа БМД-Ф и БМД-К исключает контакт пользователя с продуктом, что делает применение регенеративного химического продукта на основе надперекиси щелочного металла безопасным, исключая термические и химические ожоги.
Заключение газопроницаемой оболочки в защитную оболочку обеспечивает предохранение газопроницаемой оболочки от повреждений в процессе эксплуатации и возможность удаления после отработки регенеративной пластины, компенсируя снижение механической прочности газопроницаемой оболочки, выполненной из стеклобумаги, возникающее при ее увлажнении реакционной влагой. Как показала экспериментальная проверка, защитная оболочка практически не оказывает негативного влияния на процесс очистки воздуха в герметичном объекте.
2
2
Использование в качестве защитной оболочки полипропиленового нетканого материала «Спанбонд» с плотностью не более 17 г/м обеспечивает достаточно надежную защиту газопроницаемой оболочки в процессе эксплуатации. Другим полезным свойством является возможность изготовления оболочки путем сварки не только с помощью ультразвука, но и с помощью компрессионной термосварки. Использование Спанбонда с плотностью менее 17 г/м ведет к снижению механической прочности оболочки, а использование более плотного материала приводит к ухудшению работы регенеративного продукта из-за меньшей газопроницаемости.
Использование в качестве защитной оболочки полипропиленовой безузелковой сетки с размером ячеек от 0,5 до 3 мм (так называемой «бипланарной» сетки) обеспечивает надежную защиту газопроницаемой оболочки в процессе эксплуатации. Другим полезным свойством является простота изготовления оболочки путем компрессионной термосварки. Так как прочность безузелковой сетки и газопроницаемость выше, чем у спанбонда, то из-за высокой стоимости сетчатая защитная оболочка рекомендуется для герметичных объектов, рассчитанных на большее количество пользователей.
Закрепление на защитной оболочке полимерных пластин с вырезами для крепления на внешних опорах обеспечивает удобство быстрого развертывания системы регенерации воздуха и удобство закрепления пластин регенеративного продукта в герметичном объекте.
Помещение в газопроницаемой оболочке пластин из бумагоподобного композиционного материала из стеклянных волокон обеспечивает удобство в работе, исключая обводнение регенеративных пластин. Композиционный материал инертен при контакте с регенеративным продуктом.
Бумагоподобный композиционный материал из стеклянных волокон ОАО «Новгородский завод стекловолокна»
Параметр
Ед. изм
Величина
Разрушающее усилие в машинном направлении
H
6,8-7,5
Капиллярная впитываемость за 30 минут
мм
194-196
Влагоемкость по массе, не менее
%
647-710
Сопротивление потоку воздуха
мм вод. ст.
8,2-8,7
Масса (ориентировочно) 1 дм<sup>3</sup> при толщине 0,5 мм
г
0,9
Из этой таблицы следует, что для улавливания избыточной влаги пластина из бумагоподобного материала может иметь массу не более 10% от массы регенеративного продукта.
На чертежах изображены:
фиг. 1 - общий вид пластины регенеративного продукта (продольный разрез);
фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, вид сбоку;
фиг. 3 - вид ленты из нескольких регенеративных пластин;
фиг. 4 - то же, что на фиг. 3, сечение по А-А;
фиг. 5 - вид набора лент с регенеративными пластинами;
фиг. 6 - вид набора лент с регенеративными пластинами в герметичной упаковке;
фиг. 7 - вариант закрепления пластин на струне с использованием боковых вырезов;
фиг. 8. - то же, что на фиг. 7, с использованием центрального выреза;
фиг. 9 - то же, что на фиг. 7, с использованием дополнительного крепежа (крючков);
фиг. 10 - показан результат испытаний по примеру 1;
фиг. 11 - показан результат испытаний по примеру 2;
фиг. 12 - показан результат испытаний по примеру 3;
фиг. 13 - показан результат испытаний по примеру 4;
фиг. 14 - показан результат испытаний по примеру 5;
Перечень позиций, указанных на чертежах
1 - пластина регенеративного продукта;
2 - газопроницаемая оболочка;
3 - защитная оболочка;
4. - пластина из бумагоподобного композиционного материала из стеклянных волокон;
5 - пластина полимерная;
6 - вырез;
7 - герметичная оболочка;
8 - надрез;
9 - кромка.
2
Способ очистки газовой среды в герметичном объекте с регенерацией кислорода включает восполнение в герметичном объекте расходуемого на дыхание кислорода, поглощение диоксида углерода из газовой среды поглотителем. Для реализации способа очистку газовой среды производят путем помещения в герметичный объем пластин регенеративного химического продукта 1 на основе надперекиси щелочного металла (предпочтительно, надперекись калия), выделяющего при реакции взаимодействия с респираторной влагой и диоксидом углерода кислород. Пластины 1 заключают в газопроницаемую оболочку 2, инертную к регенеративному поглотителю, в качестве которой используют стеклобумагу типа БМД-К или БМД-Ф. Газопроницаемую оболочку 2 заключают в защитную оболочку 3 из полипропиленового нетканого материала «Спанбонд» с плотностью 17 г/м или полипропиленовой безузелковой сетки с размером ячеек от 0,5 до 3 мм. Для изготовления защитной оболочки 3 используют ультразвуковую либо термокомпрессионную сварку. Пластины регенеративного продукта 1 могут помещаться в газопроницаемую оболочку 2 не только поодиночке, но и попарно. При этом между пластинами помещают пластины из бумагоподобного композиционного материала из стеклянных волокон 4, как вариант пластины 4 помещают в защитную оболочку 2 в виде отдельных полосок, как показано на фиг. 3 и 4. На верхнем и нижнем торцах защитной оболочки закрепляют полимерные пластины 5 с вырезами 6 для закрепления на внешних опорах, в качестве которых может служить струна или трос, концы которых закрепляют в герметичном объекте. В сложенном виде пластины регенеративного продукта 1 в газопроницаемой 2 и защитной 3 оболочках помещают в герметичную оболочку 7 из терафола, представляющую собой алюминиевую фольгу, плакированную с одной стороны полиэтиленом, а с другой стороны - лавсаном. Герметичная оболочка 7 обеспечивает длительное хранение регенеративного продукта без контакта с воздухом и парами воды. На герметичной оболочке 7 выполнены надрезы 8. При сварке защитной оболочки в верхней и нижней частях выполняют кромки 9 для присоединения полимерных пластин 5.
Изобретение реализуется следующим образом.
Для нахождения в обитаемом герметичном объекте пользователи извлекают пластины регенеративного продукта 1 в газопроницаемой оболочке 2 и защитной оболочке 3, для чего по надрезам 8 разрывают герметичную оболочку 7. Затем, используя вырезы 6, закрепляют соединенные с кромками 9 полимерные пластины 5 на опорах (не показаны), после чего осуществляют герметизацию объекта.
В процессе дыхания пользователей в герметичном объекте увеличивается влажность и концентрация диоксида углерода. Пары воды и диоксид углерода диффундируют в пластины регенеративного продукта 1, проходя через газопроницаемую оболочку 2 и защитную оболочку 3. Пластины регенеративного продукта 1 поглощают респираторную влагу и диоксид углерода, выделяя кислород. Избыток влаги поглощается пластинами из бумагоподобного композиционного материала из стеклянных волокон 4. Реакции выделения кислорода и поглощения диоксида углерода сопровождаются выделением тепла, создающего конвективный поток вдоль пластин регенеративного продукта, что способствует перемешиванию воздуха в герметичном объекте и соответственно повышает эффективность очистки газовой среды в герметичный объекте.
3
3
Эффективность способа была проверена в герметичных камерах объемом 3м и 24 м при подаче диоксида углерода, соответствующей дыханию 1, 4 и 6, человек и соответствующего отбора кислорода. Эксперименты проводились до достижения концентрации диоксида углерода, равной 1%, либо в течение заданного времени. Отработанные пластины регенеративного продукта содержали карбонат калия, не оказывающий вредного воздействия на окружающую среду.
Пример 1
3
2
2
В герметичной камере объемом 24 м при температуре 20±5°C, относительной влажности 85±10% и начальной концентрации CO 0,4-0,5% испытывали регенеративный продукт РКП-ПП ТУ 2123-265-05807954-2011 в виде пластин с размером 220×280 мм. Масса пластины 30±2 г, масса подложки 3 г. Общее количество регенеративного продукта 3800 г, пластины были заключены в газопроницаемую оболочку из стеклобумаги БМД-Ф и защитную оболочку из полипропиленового нетканого материала «Спанбонд» с плотностью 17 г/м. Между пластинами помещали водопоглощающий бумагоподобный композиционный материал из стеклянных волокон ОАО «Новгородский завод стекловолокна».
2
2
Испытание проводили в течение 5 часов, при этом подача диоксида углерода в камеру составляла 100 л/ч, отбор кислорода из камеры 112 л/ч, что соответствует по нагрузке нахождению в герметичной камере 4 испытателей. В процессе испытаний измеряли: концентрации диоксида углерода и кислорода в камере с точностью 0,1% (не должно превышать 1% по CO и быть меньше 19% по O), влажность, температуру.
На графике фиг. 10 приведены результаты испытаний, которые показали, что при фиксированном времени защитного действия (ВЗД) 300 мин максимальное содержание диоксида углерода в камере составило 0,31% (в конце испытаний), а содержание кислорода изменялось от 20,5% до 22%.
Результаты испытаний:
- регенеративный продукт обеспечивает заданную величину ВЗД;
- содержание диоксида углерода в камере составило не более 0,31%;
- содержание кислорода находилось в оптимальных для дыхания пределах от 20,5% до 22%;
- газопроницаемая оболочка сохраняла исходную механическую прочность/
Пример 2
3
2
2
В герметичной камере объемом 3 м при температуре 20±5°C? относительной влажности 85±10% и начальной концентрация CO 0,4-0,5% испытывали регенеративный продукт РКП-ПП ТУ 2123-265-05807954-2011 в виде пластин с размером 220×280 мм. Масса пластины 30±2 г, масса подложки 3 г. Общее количество регенеративного продукта 2500 г, пластины были заключены в газопроницаемую оболочку из стеклобумаги БМД-Ф и защитную оболочку из полипропиленового нетканого материала «Спанбонд» с плотностью 17 г/м. Между пластинами помещали водопоглощающий бумагоподобный композиционный материал из стеклянных волокон ОАО «Новгородский завод стекловолокна» в виде полосок шириной 60 мм, расположенных с внешней стороны регенеративных пластин.
2
2
Испытание проводили до достижения концентрации диоксида углерода в камере 1%, при этом подача диоксида углерода в камеру составляла 150 л/ч, отбор кислорода из камеры 168 л/ч, что соответствует по нагрузке нахождению в герметичной камере 6 испытателей. В процессе испытаний измеряли: концентрации диоксида углерода и кислорода в камере с точностью 0,1% (не должно превышать 1% по CO и быть меньше 19% по O), влажность, температурe.
На графике фиг. 11 приведены результаты испытаний, которые показали, что время защитного действия при достижении максимального содержания диоксида углерода в камере 1% составило 170 мин, а содержание кислорода изменялось от 18% до 21%.
Результаты испытаний:
- регенеративный продукт обеспечивает заданную величину ВЗД;
- содержание диоксида углерода в камере составило не более 1%;
- содержание кислорода находилось в оптимальных для дыхания пределах;
- механическая прочность газопроницаемой оболочки по сравнению с исходной уменьшилась незначительно.
Пример 3
3
2
2
В герметичной камере объемом 24 м при температуре 20±5°C, относительной влажности 85±10% и начальной концентрация CO 0,4-0,5% испытывали регенеративный продукт РКП-ПП ТУ 2123-265-05807954-2011 в виде пластин с размером 220×280 мм. Масса пластины 30±2 г, масса подложки 3 г. Общее количество регенеративного продукта 3920 г, пластины были заключены в газопроницаемую оболочку из стеклобумаги БМД-Ф и защитную оболочку из полипропиленового нетканого материала «Спанбонд» с плотностью 17 г/м.
2
2
Испытание проводили до достижения концентрации диоксида углерода в камере 1%, при этом подача диоксида углерода в камеру составляла 100 л/ч, отбор кислорода из камеры 112 л/ч, что соответствует по нагрузке нахождению в герметичной камере 4 испытателей. В процессе испытаний измеряли: концентрации диоксида углерода и кислорода в камере с точностью 0,1% (не должно превышать 1% по CO и быть меньше 19% по O), влажность, температуру.
На графике фиг. 12 приведены результаты испытаний, которые показали, что время защитного действия при достижении максимального содержания диоксида углерода в камере 0,8% составило 400 мин, а содержание кислорода изменялось от 18% до 22%.
Результаты испытаний:
- регенеративный продукт обеспечивает заданную величину ВЗД;
- содержание диоксида углерода в камере составило не более 0,8%;
- содержание кислорода находилось в оптимальных для дыхания пределах;
- механическая прочность газопроницаемой оболочки резко уменьшилась из-за намокания.
Пример 4
3
2
2
В герметичной камере объемом 24 м при температуре 20±5°C, относительной влажности 85±10% и начальной концентрация CO 0,4-0,5% испытывали регенеративный продукт РКП-ПП ТУ 2123-265-05807954-2011 в виде пластин с размером 220×280 мм. Масса пластины 30±2 г, масса подложки 3 г. Общее количество регенеративного продукта 1200 г, пластины были заключены в газопроницаемую оболочку из стеклобумаги БМД-Ф и защитную оболочку из полипропиленового нетканого материала «Спанбонд» с плотностью 17 г/м. Между пластинами помещали водопоглощающий бумагоподобный композиционный материал из стеклянных волокон ОАО «Новгородский завод стекловолокна».
2
2
Испытание проводили в течение 6 ч, при этом подача диоксида углерода в камеру составляла 25 л/ч, отбор кислорода из камеры 28 л/ч, что соответствует по нагрузке нахождению в герметичной камере 1 испытателя. В процессе испытаний измеряли: концентрации диоксида углерода и кислорода в камере с точностью 0,1% (не должно превышать 1% по CO и быть меньше 19% по O), влажность, температуру.
На графике фиг. 13 приведены результаты испытаний, которые показали, что время защитного действия при достижении максимального содержания диоксида углерода в камере менее 0,2% составило 420 мин, а содержание кислорода изменялось от 19% до 21,5%.
Результаты испытаний:
- регенеративный продукт обеспечивает заданную величину ВЗД;
- содержание диоксида углерода в камере составило не более 0,2%;
- содержание кислорода находилось в оптимальных для дыхания пределах;
- механическая прочность газопроницаемой оболочки соответствовала начальной.
Пример 5
3
2
2
В герметичной камере объемом 24 м при температуре 20±5°C, относительной влажности 85±10% и начальной концентрация CO 0,4-0,5% испытывали регенеративный продукт РКП-ПП ТУ 2123-265-05807954-2011 в виде пластин с размером 220×280 мм. Масса пластины 30±2 г, масса подложки 3 г. Общее количество регенеративного продукта 3895 г, пластины были заключены в газопроницаемую оболочку из стеклобумаги БМД-Ф и защитную оболочку из полипропиленового нетканого материала «Спанбонд» с плотностью 17 г/м. Водопоглощающий бумагоподобный композиционный материал из стеклянных волокон ОАО «Новгородский завод стекловолокна» с внешней стороны регенеративных пластин, попарно помещенных в газопроницаемую оболочку.
2
2
Испытание проводили в течение 6 ч, при этом подача диоксида углерода в камеру составляла 100 л/ч, отбор кислорода из камеры 112 л/ч, что соответствует по нагрузке нахождению в герметичной камере 4-х испытателей. В процессе испытаний измеряли: концентрации диоксида углерода и кислорода в камере с точностью 0,1% (не должно превышать 1% по CO и быть меньше 19% по O), влажность, температуру.
На графике фиг. 14 приведены результаты испытаний, которые показали, что в течение всего времени испытаний содержание диоксида углерода в камере изменялось от 0,42 до 0,2%, а содержание кислорода изменялось от 19,5% до 20,5%.
Результаты испытаний:
- регенеративный продукт обеспечивает заданную величину ВЗД;
- содержание диоксида углерода в камере составило не более 0,42%;
- содержание кислорода находилось в оптимальных для дыхания пределах;
- механическая прочность газопроницаемой оболочки соответствовала начальной.
Пример №6
Повторение примера 3 с использованием влагопоглотительного материала. Между пластинами помещали водопоглощающий бумагоподобный композиционный материал из стеклянных волокон ОАО «Новгородский завод стекловолокна».
2
2
Испытание проводили до достижения концентрации диоксида углерода в камере 1%, при этом подача диоксида углерода в камеру составляла 100 л/ч, отбор кислорода из камеры 112 л/ч, что соответствует по нагрузке нахождению в герметичной камере 4 испытателей. В процессе испытаний измеряли: концентрации диоксида углерода и кислорода в камере с точностью 0,1% (не должно превышать 1% по CO и быть меньше 19% по O), влажность, температуру.
На графике фиг. 15 приведены результаты испытаний, которые показали, что время защитного действия при достижении максимального содержания диоксида углерода в камере 0,8% составило 400 мин, а содержание кислорода изменялось от 18% до 22%.
Результаты испытаний:
- регенеративный продукт обеспечивает величину ВЗД равную 300 мин;
- содержание диоксида углерода в камере составило не более 0,82%;
- содержание кислорода находилось в пределах от 19,6 до 21,5%;
Таким образом, проведенные эксперименты, показанные в примерах 1-5, подтверждают эффективность заявляемого способа.