Меню Рубрики

Установки для регенерации воздуха

РЕГЕНЕРАЦИЯ ВОЗДУХА

РЕГЕНЕРАЦИЯ ВОЗДУХА (позднелат. regeneratio возрождение, возобновление) — процесс восстановления состава воздуха или газовых смесей, предназначенных для дыхания, с очисткой их от продуктов жизнедеятельности человека и технологических выбросов. Иногда в это понятие включают не только очистку воздуха, но также кондиционирование (см. Кондиционирование воздуха).

Р. в. с целью обеспечения дыхания осуществляется в герметизированных объектах — летных кабинах, отсеках космических аппаратов, обитаемых отсеках подводных лодок, глубоководных водолазных комплексах, батискафах и батисферах, гидростатах и подводных аппаратах, подземных сооружениях, а также в индивидуальных скафандрах (см.) и дыхательных аппаратах (см. Кислородно-дыхательная аппаратура). Для Р. в. используется технологическая система жизнеобеспечения, предусматривающая удаление углекислого газа, окиси углерода, других вредных примесей, запахов и избытка влаги, регулирование температуры и скорости обмена газов, обогащение кислородом и аварийную подачу газов, а при необходимости очистку от пыли и патогенной микрофлоры (см. схему).

Различают индивидуальные и коллективные системы регенерации замкнутого и полузамкнутого цикла. Индивидуальные системы регенерации применяются преимущественно в индивидуальных изолирующих дыхательных аппаратах ив скафандрах, а также в подсистемах аварийной подачи воздуха и газовой смеси для индивидуального дыхания. В замкнутых системах Р. осуществляется по полному циклу, включая восстановление всех исходных параметров газовой среды; в полузамкнутых системах из резервного запаса, предусмотренного в системе жизнеобеспечения.

При проектировании системы Р. в. в качестве исходных используют физиол. параметры «стандартного» человека (табл.).

Удаление углекислого газа осуществляется химическим, физ.-хим. или биол. способом. Наиболее распространенным хим. способом удаления углекислого газа является поглощение его сорбентами одноразового использования — натронной известью, гидратами окиси лития, кальция и бария (см. Сорбция). Так, 1 кг гидрата окиси кальция или химического поглотителя известкового (ХПИ) способен связать ок. 150 л углекислого газа. Перекиси и надперекиси щелочных металлов не только удаляют углекислоту, но и генерируют кислород (см.), напр, оксилит, состоящий из перекиси натрия и надперекиси калия, поглощает избыток углекислоты и воды и выделяет кислород:

При использовании гидроокиси лития (едкой щелочи) в поглотительном блоке должен быть фильтр (см.), предохраняющий от попадания сорбента на кожу, слизистую и роговую оболочку глаза. В целях безопасности при хранении и использовании перекисей и надперекисей металлов в системе регенерации предусматривается их изоляция от воды и активированного угля.

Физ.-хим. очистка воздуха от углекислого газа осуществляется с помощью регенерируемых твердых сорбентов молекулярных сит (см.). В качестве поглотителя может использоваться цеолит — алюминосиликат щелочных металлов. Цеолит после нагревания восстанавливается и может быть использован повторно.

Физ. методы очистки воздуха от углекислого газа других вредных примесей и влаги основаны, как правило, на применении криогенной техники. При биол. очистке воздуха от углекислого газа используются живые организмы (напр., хлорелла), к-рые поглощают двуокись углерода и в процессе фотосинтеза выделяют кислород.

Окись углерода (см.) накапливается в герметизированных отсеках в результате жизнедеятельности человека, а также неполного сгорания масел и других веществ в технических узлах системы жизнеобеспечения. Для очистки от нее применяются гопкалитовые фильтры — окислители, состоящие из смеси окиси меди и двуокиси марганца. Предварительно нагретый воздух вступает в контакт с катализатором (см.), в присутствии к-рого окись углерода и водород окисляются кислородом воздуха до углекислого газа и воды.

Для очистки воздуха от вредных примесей и запахов используется активированный уголь (см.). Избыток влаги удаляют методом конденсации на охлажденную поверхность, а также при помощи силикагеля, алюмогеля и других сухих гелей (см.).

Процесс регенерации предусматривает после очистки газовой среды от углекислого газа и окиси углерода, запахов, вредных примесей и избытка влаги восстановление концентрации кислорода, температуры и влажности. Для восстановления содержания кислорода недостающую его часть генерируют одним из указанных хим. способов или пополняют из резервного запаса в системе жизнеобеспечения, к-рый хранится в газовых баллонах или сосудах Дьюара. Для обогащения воздуха и газовых смесей кислородом используют также электролиз воды и водяных паров с ионно-обменной мембраной и сернокислым электролитом и асбестовой матрицей. Дозированная подача кислорода для обогащения воздуха и газовых смесей осуществляется под контролем газоанализаторов (см.). В индивидуальных изолирующих аппаратах для этой цели применяются дозированные емкости, к-рые заполняют автоматически в соответствии с кратностью обмена объема газов.

Обогрев и увлажнение воздуха и газовых смесей перед поступлением в герметизированный отсек осуществляется с помощью увлажнителей и теплоэлектрических нагревателей.

Для обеспечения безопасности эксплуатации систем регенерации с помощью специальных приборов ведется периодический или постоянный контроль за составом газовых смесей, содержанием в них микропримесей и за показателями микроклимата. В совр. системах жизнеобеспечения эти приборы связаны с другими блоками и образуют единую автоматизированную систему.

При нарушении системы регенерации в герметизированных отсеках накапливание продуктов жизнедеятельности может стать причиной отравления углекислым газом, гипоксии, отравления щелочами, а при пожарах и авариях — окисью углерода, вредными примесями, токсическими веществами, выделяемыми отделочными синтетическими материалами при их горении. Для профилактики заболеваний и отравлений разработаны предельно допустимые параметры микроклимата, определен состав газовых компонентов и вредных примесей для дыхания в герметизированных отсеках и изолирующих регенеративных аппаратах. Концентрация углекислого газа не должна превышать 1%, кислорода должно быть не менее 17% и не более 25%, окиси углерода не более 20 мг/м 3 , суммарных углеводородов не более 300 мг/м 3 .

Читайте также:  Установка пластиковой плитки на пол

Контроль за сан.-гиг. условиями работы в герметизированных отсеках и изолирующих регенеративных дыхательных аппаратах осуществляется медперсоналом.

Таблица. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ «СТАНДАРТНОГО» ЧЕЛОВЕКА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОЗДУХА

источник

Установки для регенерации воздуха

Изобретение относится к устройствам регенерации воздуха в непригодной для дыхания атмосфере, закрытых помещениях, и может быть использовано, например, в респираторах горноспасателей.

Известна установка для регенерации воздуха, предназначенная для защиты органов дыхания людей в загазованных помещениях (патент РФ 2028812, A62B 11/00, 1995). Установка включает регенеративный патрон с регенеративными продуктами на основе надперекиси натрия и надперекиси калия в соотношении 1:3, а также поглотительный патрон с гидроокисью лития. Регенеративные продукты поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а поглотитель предназначен для дополнительного поглощения углекислого газа. Все продукты работают в твердофазном режиме и выполнены в форме зерна или блоков с отверстиями.

Однако такое устройство характеризуется большой массой и объемом расходуемых продуктов. Кроме того, такие установки не могут работать в аварийных условиях отсутствия электроэнергии.

Известна также энергоустановка, содержащая водородовоздушный электрохимический генератор со щелочными топливными элементами, соединенная с емкостью с жидкими продуктами гидролиза, работающая как абсорбер диоксида углерода (патент РФ 2291524, H01M 8/06, 2005).

Данное устройство требует значительного расхода воздуха и характеризуется сложностью устройства и эксплуатации. В случае применения данного устройства для регенерации воздуха не обеспечивается кислородное питание пользователя.

Задачей изобретения является снижение массы и объема расходуемых продуктов для всей системы регенерации воздуха за счет жидкофазной генерации кислорода и поглощения диоксида углерода в емкости с жидкими продуктами гидролиза.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении работы системы при отключении или отсутствии системы электропитания, что повышает надежность ее эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в системе регенерации воздуха генератор кислорода, использующий брикет надперекиси натрия, выполнен в виде аппарата Кипа, а емкость с отработанным раствором соединена с абсорбером, дополнительно система регенерации воздуха содержит снаряженный брикетом гидрида лития генератор водорода, линия отвода водорода которого соединена с топливным элементом, а емкость с отработанным раствором соединена с абсорбером.

Генераторы кислорода и водорода снабжены мешками конденсации.

Выполнение генератора кислорода, использующего брикет надперекиси натрия, в виде аппарата Кипа (Краткий политехнический словарь, М., 1956, стр. 409), обеспечивает:

— снижение массы расходуемых продуктов за счет полного выделения кислорода с единицы массы продукта и возможности использования только надперекиси натрия как наиболее емкого кислородоносителя;

— снижение объема расходуемых продуктов за счет возможности более высокой степени уплотнения и меньшей массы кислородоносителя.

Введение дополнительного снаряженного брикетом гидрида лития генератора водорода, выполненного в виде аппарата Кипа, линия отвода водорода которого соединена с топливным элементом, а емкость с отработанным раствором соединена с абсорбером обеспечивает:

— обеспечение работы системы регенерации при отсутствии внешнего электроснабжения за счет работы топливного элемента (Чирков Ю.Г. Любимое дитя электрохимии, М., Знание, 1985);

— улучшение стехиометрических характеристик установки за счет дополнительного поглощения диоксида углерода щелочным раствором, получаемым в генераторе водорода;

— упрощение конструкции за счет соединения емкости с отработанным раствором с абсорбером.

Перечисленные отличительные признаки обеспечивают снижение массы и объема расходуемых продуктов для всей системы регенерации воздуха за счет дополнительного поглощения диоксида углерода в емкости с жидкими продуктами гидролиза и обеспечивают работоспособность системы при отключении или отсутствии внешней системы электропитания, что повышает надежность ее эксплуатации.

Снабжение генераторов кислорода и водорода мешками конденсации служат для отвода тепла, обеспечивая комфортность дыхания.

На чертеже представлен общий вид заявляемого устройства.

Брикет 1 надперекиси натрия плотностью 1,65-1,91 кг/дм 3 размещен в генераторе кислорода 2. Генератор кислорода 2 в нижней части соединен с абсорбером углекислого газа 3, в верхней части с легочным автоматом 4 и водопроводом 5 с дыхательным мешком 6. Абсорбер 3 соединен в верхней части воздуховодом 7 с дыхательным мешком 6 и подающим воздуховодом 8 в нижней части. Кроме того, абсорбер соединен трубопроводами с генератором кислорода 2 и генератором водорода 9. Дыхательный мешок 6 соединен с воздуховодом 7, воздуховодом 10 для подачи дыхательной смеси потребителю и с водопроводом 5 для слива конденсата. На линии циркуляции дыхательной смеси расположены холодильник 11, клапанная коробка с лицевой частью 12 и вентилятор 13. Генератор водорода 9 непосредственно соединен с топливным элементом 14. Генераторы кислорода и водорода имеют мешки конденсации 15 водяного пара для сброса тепла. Брикет 16 гидрида лития плотностью 0,50-0,6 кг/дм 3 размещен в генераторе водорода 9. Водопровод 5 соединен с генераторами кислорода и водорода и имеет обратные клапаны.

Устройство регенерации воздуха работает следующим образом. При подготовке аппарата к работе система предварительно снаряжается соответственно брикетом 1 надперекиси натрия в генераторе кислорода 2 и брикетом 16 гидрида лития в генераторе водорода 9. Затем перед непосредственным использованием в объем генератора кислорода и водорода заливается фиксированное количество воды. Однако реакции между продуктами и водой в генераторах не происходит из-за отсутствия контакта. Потребление газов в этот момент отсутствует.

Читайте также:  Установка поверочная для объема и массы

При включении потребителя через лицевую часть 12 (вдохе) потребность в кислороде через легочный автомат 4 включает в работу генератор кислорода 2. Образовавшийся раствор гидроокиси натрия с помощью специального клапана сброса автоматически сливается в абсорбер 3. Работа генератора водорода 9 и топливного элемента 14 автоматически начинается с момента подключения потребителя электроэнергии (для работы вентилятора 13, холодильника 11). Требуемый для работы топливного элемента 14 кислород поступает из относительно загрязненной внешней атмосферы. Степень доочистки внешнего воздуха (в частности от углекислого газа) для питания топливного элемента 14 должна определяться конкретной ситуацией и требуемым ресурсом работы элемента 14. Для аварийных ситуаций ресурс работы относительно мал (170-200 ч) и доочистка не требуется. В отдельных случаях возможно использование ресурсов абсорбера 3 и генератора кислорода 2.

В стационарный период работы системы тепло абсорбера 3 приводит к испарению части воды и вместе с воздухом по воздуховоду 7 переносит ее в дыхательный мешок 6. Теплоотдающая (во внешнюю среду) поверхность дыхательного мешка обеспечивает конденсацию паров воды. Основная часть сконденсированной воды по водопроводу 5 стекает в генератор кислорода, обеспечивая его подпитку, а образовавшийся щелочной раствор стекает в абсорбер 3. При этом количество жидкости в генераторе кислорода и водорода всегда постоянно. Естественный разогрев раствора до 60-90°C регулируется сбросом тепла с помощью мешка конденсации 15. Кругооборот воды в системе обеспечивает стабильность ее работы. Из дыхательного мешка на вдохе дыхательная смесь охлаждается в холодильнике 11, насыщается недостающим объемом кислорода и подается на дыхание потребителю 10.

В абсорбере образующиеся карбонаты натрия и лития в процессе работы выпадают в осадок в специальную емкость и могут быть удалены из системы непосредственно в процессе работы. При высокой температуре (80-95°C) в зоне реакции кинетика процесса достаточно высока.

Масса гидрида лития от общей массы расходуемых продуктов (надперекиси натрия и гидрида лития) составляет 4%. Объем гидрида лития от общего объема расходуемых продуктов составляет 11%.

Введение генератора водорода 9 с брикетом гидрида лития в систему регенерации обусловлено двумя причинами: во-первых, необходимостью добавления гидроокиси лития в абсорбер для оптимизации дыхательного коэффициента в воздухе (0,869 нл CO2/нл O2) и, во-вторых, необходимостью использования водорода для генерации электроэнергии, обеспечивающей внутренние потребности системы в электроэнергии составляют не более 18 Вт/чел. (работа вентилятора, управление, и т.д.). При коэффициенте полезного действия 60% топливный элемент генерирует 26 Вт/чел.

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.

В таблице для сравнения приведены величины основных показателей для оценки качества систем регенерации воздуха.

При расчете принято выделение углекислого газа равным 600 дм 3 /чел. сутки и поглощение кислорода — 672 дм 3 /чел. сутки (дыхательный коэффициент составляет 0,869 нл CO2/нл O2). Поскольку общие масса и объем расходуемых продуктов, как правило, значительно превышают постоянную массу и объем самой установки, то именно они указаны в таблице как основные показатели оценки качества системы регенерации (объемом установки в сравнении с хранимым объемом продукта можно пренебречь).

Вывод. Предлагаемая система регенерации имеет меньшую массу расходуемых продуктов в 1,5 раза, а снижение объема расходуемых продуктов — в 2,6 раза. Такое снижение объема расходуемых продуктов следует признать существенным. Возможность производства электроэнергии — обеспечивает автономность и надежность системы регенерации.

источник

Воздух для подводной лодки.

Так получилось, что бывая в Питере, раз несколько пробегал по Шкиперскому протоку от Наличной улицы к побережью Финского залива. И все время за кадром оставалась музеефицированная еще при советской власти подводная лодка «Народоволец», построенная в СССР в самом начале тридцатых годов двадцатого века и в настоящее время располагающаяся как раз на Шкиперском протоке.

Вечно такое безобразие продолжаться не могло.

И вот на днях питерские аборигены, живущие в двух шагах от музея, сказали мне о «Народовольце». Вы думаете, эти аборигены намекали, что мне, как мореману, хлебнувшему из осветительного плафона забортной воды на глубине четыреста метров, будет интересно посмотреть на подводную лодку? А вот нет. Аборигены использовали «Народовольца» как ориентир в масштабах района. Всего лишь рядом с «Народовольцем» останавливается троллейбус, на котором можно без проблем добраться до Зимнего! Ничего более.

В общем, я чертыхнулся, что мне никто ранее не открыл глаза на столь интересный туристический объект и что из-за этого долгие годы был вынужден при заезде в Питере развлекаться в Эрмитаже и Русском музее, и моментально выпил (зачеркнуто) побежал в музей. Причем, чтобы не зависнуть в нем на все время его работы с 11 до 18 часов, переступил комингс в первом межотсечном люке лодки только в шестнадцать нуль нуль.

За два часа до закрытия музея внутри прочного корпуса лодки любопытствующих туристов побывало, включая и меня, не больше десяти человек. И это в новогодние каникулы у школьников и их родителей, не считая студентов! Думаю, что в обычные дни внутри лодки бывают единицы посетителей. Разве что в последнее время стали завозить китайских туристов. Но это вряд ли. Китайских иероглифов как-то было не заметно на стенах музейных экспозиций и переборках лодки.

Читайте также:  Установка и обслуживание baxi

К чему вся эта долгая прелюдия? А к тому, что пока я в ностальгии ползал по отсекам «Народовольца», внутрь него каким-то ветром занесло группу из двух парней и одной девчонки. Зима, легкий морозец, снежок… А тут бац – теплое помещение, практически бесплатное. Тем более, если у тебя студенческий билет, который позволяет купить билет на проход в прочный корпус подводной лодки. И в этом прочном корпусе вдали от посторонних глаз можно неплохо потусоваться. Особенно, если девчонке не становится плохо от пребывания в закрытом помещении среди допотопных машин и механизмов.

Однако тут случилась накладка. Когда меня тестировали на то, справлюсь ли я с обязанностями гидроакустика на борту действующей подводной лодки, медкомиссия обнаружила у меня достаточно тонкий слух. Это во-первых. Во-вторых, межотсечные переборки музеефицированного «Народовольца» отдраены. И в-третьих, на подводной лодке уже давно не работают более-менее шумные механизмы типа дизеля 😊. Даже отопление лодки в зимний период происходит за счет обогревателей, расположенных вне ее корпуса. И по этой причине голоса редких посетителей отлично слышны во всех концах лодки.

Следовало бы оставить за кадром то, о чем болтала молодежь в трюмах и в центральных проходах лодки, но… сложно удержать от того, что в очередной раз лично меня задело в их базаре. С первых шагов внутри прочного корпуса лодки ребят поразило то, что им чуть ли не на каждом шагу попадаются какие-то непонятные железные коробки, покрашенные слоновкой. И под шконкой, и в углу между механизмами, и в седьмом отсеке, и в пятом. На коробках даже можно посидеть и заглянуть внутрь. Но ни на одной коробке нет бирки, которая сообщала бы об их предназначении. А экскурсовода с ребятами не было. Студенты ж.

Когда ребята нагнали меня во время осмотра носовых отсеков, им вновь попалась на глаза непонятная железяка. Мне на этот раз надоело слушать то, как они громко, на все отсеки ломают голову, глядя на регенерационное двухъярусное устройство, не имея абсолютно никакого представления о том, чем дышат подводники, когда лодка движется в подводном положении. И мне пришлось вежливо встрять в чужой разговор и сперва задать несколько наводящих вопросов, а после просветить про углекислый газ и кислород…

Подводные лодки серии «Декабрист», к которой относится питерский «Народоволец», проектировались с возможностью пребывания в подводном положении до трех суток. Для этого за границей были приобретены образцы устройств, выпускавшихся во время Первой Мировой войны для немецких субмарин фирмой «Drägerwerk», изначально специализировавшейся на изготовлении горноспасательного оборудования.

Устройства представляли из себя патроны Драгера, с заключавшимся внутри них химическим веществом, способным связывать углекислый газ, образующийся при дыхании человека. На лодках предполагалось сперва использовать целую батарею таких патронов. Но такие батареи оказались очень громоздкими и пришлось от них отказаться, а сами патроны в дальнейшем использовались в индивидуальных средствах спасения типа респиратора Драгера.

В качестве машины для очистки воздуха сперва также предлагался поршневой компрессор, который прокачивал воздух поступающий из вытяжной вентиляции через емкость с щелочью. Но эта машины, помимо того, что была очень шумна, как и батареи патронов Драгера, не устраивала конструкторов лодки по своим массогабаритным параметрам.

В итоге к середине тридцатых годов на советских подводных лодках были установлены машины регенерации воздуха, сконструированные С.А.Базилевским.

Одна такая машина, включавшая в себя центробежный вентилятор, принудительно прогоняющий воздух отсека через несколько патронов с химическим регенерирующим веществом, способна была снабжать воздухом шесть человек. В отсеках таких машин размещалось не более двух штук. В итоге на «Народовольце» имелось 10 машин с запасом 1300 патронов, обеспечивавших нахождение лодки под водой, причем кислород поступал из баллонов, в которых он заранее запасался.

Однако с появлением в 1942-ом году новой системы регенерации РУКТ-3, которой не требовалась принудительная прокачка воздуха, от машин Базилевского к концу Отечественной войны начали отказываться. По данным на 1944 год на подводной лодке «Народоволец» должно было находиться 12 бесшумных установок для регенерации воздуха РУКТ-3. Запас регенерационных патронов для этих машин составлял 290 штук. Система РУКТ-3 в свою очередь позволяла подводной лодке находиться под водой до 15 суток.

Принцип работы РУКТ-3 основывался на том, что химическое вещество в присутствии паров воды в воздухе связывает углекислый газ и выделяет кислород, попутно нагреваясь, что позволяет уже подогретому воздуху самотёком проходить вдоль регенерирующего вещества.

Ну а потом появились РДУ с комплектом пластин регенерации В-64, способным, поглощая углекислый газ, обеспечивать одного человека воздухом для дыхания в течение шестидесяти четырёх часов.

источник