[1]Область техники, к которой относится изобретение
[2]Изобретение относится к области безопасности жизнедеятельности человека, а именно к способу и устройству для очистки воздуха от диоксида углерода для поддержания безопасной и пригодной для дыхания воздушной среды в помещениях, приспосабливаемых для защиты населения от чрезвычайных ситуаций.
[4]Для защиты населения городов от чрезвычайных ситуаций используются приспосабливаемые помещения подземного пространства, такие как подвалы и полуподвалы, подземные гаражи-стоянки, другие заглубленные объекты. При этом в ходе приспособления проводятся мероприятия по герметизации этих помещений.
[5]При дыхании человек поглощает кислород и выделяет углекислый газ в объеме 30 л/час, что приводит к накоплению избыточных концентраций углекислого газа в помещениях. Избыток углекислого газа из помещений обычно удаляется за счет вентиляции путем удаления воздуха, содержащего избыточные концентрации углекислого газа, и подачи свежего воздуха.
[6]Высокие концентрации углекислого газа оказывают негативное влияние на организм человека. Так при концентрации углекислого газа в воздухе 2,5-5% наблюдается головная боль, раздражение верхних дыхательных путей, при 7% учащается сердцебиение, появляются рвота, головокружение, свыше 8% приводит к отравлению с последующим смертельным исходом в течение 30-60 минут.
[7]Межгосударственным стандартом ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» установлены классы воздуха в помещениях, параметры которых приведены в таблице.
[8]
[9]В условиях воздействия поражающих факторов чрезвычайной ситуации, вентиляция в помещениях, используемых для защиты населения, может быть нарушены или выведена из строя, что приведет к быстрому нарастанию концентрации углекислого газа и снижению качества воздуха.
[10]В закрытых помещениях с людьми, таких как обитаемые подводные аппараты, спасательные камеры, водолазные устройства, другие герметичные объекты с пребыванием людей применяются две химические технологии для очистки воздуха от диоксида углерода: с использованием гидроксида лития и натронной извести.
[11]Так из патента РФ 2444387, опубл. 10.03.2012. известно устройство, которое содержит корпус, имеющий камеру. Очиститель содержит слой поглотителя углекислого газа, расположенный в камере, которая забирает углекислый газ из воздуха, проходящего через слой поглотителя. Устройство содержит нагнетающий элемент, который втягивает воздух в очиститель и вызывает прохождение воздуха через слой поглотителя и который приводится в действие без применения электричества.
[12]В качестве поглотителя используется натронная известь, которая поглощает углекислый газ и выпускает чистый воздух.
[13]Преимуществом устройства является то, что нагнетающий элемент работает за счет сжатого воздуха, а не за счет электричества. При этом для работы устройства необходимо наличие баллонов со сжатым воздухом.
[14]Другая технология для очистки воздуха от диоксида углерода, известная, например, из патента US 7601189, опубл. 13.10.2009, основана на использовании сухих регенерируемых твердых адсорбентов с иммобилизованным амином. Эти адсорбенты состоят из аминов (первичных, вторичных, третичных или их комбинации), нанесенных на пористую основу из порошкообразного материала.
[15]Метод позволяет повысить качество воздуха в помещении либо снизить требуемый уровень вентиляции без снижения качества воздуха в помещении.
[16]Из патента RU 2568568 опубл. 20.11.2015 известен 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. Отличие способа заключается в том, что 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.
[17]Вышеперечисленные способы и устройства основаны на использовании сухих гранулированных поглотителей. Недостатком этих способов является то, что гранулированный поглотитель обладает высоким аэродинамическим сопротивлением. Для продувки воздуха через поглотитель необходимы мощные вентиляторы (компрессоры), что приводит к высоким энергетическим затратам на работу таких установок.
[18]Из патента RU 102193 опубл. 29.09.2010 известна широко используемая в защитных сооружениях гражданской обороны установка регенерации воздуха, содержащая соединенные воздуховодами регенеративные патроны, снаряженные регенеративным продуктом на основе надперекиси калия и установленные в две колонны, отличающаяся тем, что воздуховоды выполнены из химически и термически стойкого материала и соединены с регенеративными патронами с помощью фланцев, а регенеративный продукт размещен в патроне при помощи коллектора, увеличивающего поверхность контакта, при этом установка дополнительно снабжена установленными на воздуховодах клапанами.
[19]Преимуществом установки является возможность поддержания необходимой концентрации кислорода в герметичных помещениях. Ее недостатками является то, что она требует стационарной установки в помещениях, имеет большие габариты и высокую стоимость. Использование ее в приспосабливаемых помещениях не возможно.
[20]Известны способы поглощения диоксида углерода с использованием жидких поглотителей.
[21]Из патента US 9399192, опубл. 26.07.2016, известен способ высокоэффективного удаления диоксида углерода из выхлопных газов, включающий этап абсорбции диоксида углерода жидким поглотителем диоксида углерода, и этап выделения диоксида углерода путем нагревания поглотителя. В варианте реализации способа поглотитель диоксида углерода содержит аминовое соединение, в частности, диэтаноламин в количестве от 20,0% по массе до 70,0% по массе и воду.
[22]Наиболее близким аналогом, прототипом заявленного изобретения является способ и устройство для очистки воздуха с использованием регенерируемого поглотителя СО2 в воздухе для дыхания в зданиях и помещениях различного типа, транспортных средствах, герметичных обитаемых объектах, ограниченных пространствах разного рода (патент RU 2773150, опубл. 31.05.2022).
[23]Способ очистки включает продув воздуха через регенерируемый поглотитель диоксида углерода. Поглотитель выполнен в виде гранул активированного угля, импрегнированных водным раствором диэтиламина. Воздух дополнительно обеззараживают УФ-излучателем. После поглотителя очищенный воздух обогащают комплексом микроэлементов, входящих в состав морской либо горной соли.
[24]Регенерацию и обеззараживание поглотителя производят его нагревом до температуры не менее 65°С потоком горячего воздуха.
[25]Недостатками в обоих случаях является то, что используются водные растворы аминовых соединений и предусматривается регенерация поглотителя путем нагревания отработавшего раствора. Обоим этим способам свойственно высокое энергопотребление при поглощении диоксида углерода и регенерации раствора поглотителя.
[26]Раскрытие сущности изобретения
[27]Сущность изобретения состоит в поддержании стандартных уровней концентрации диоксида углерода в воздухе помещений, приспосабливаемых для защиты населения за счет его продува через сетчатые смачиваемые элементы по которым самотеком под действием гравитационных сил циркулирует поглотитель диоксида углерода.
[28]Поглотитель диоксида углерода выполнен в виде водного раствора гидроксида щелочного металла.
[29]Использование сетчатых смачиваемых элементов обеспечивает низкое аэродинамическое сопротивление воздушному потоку, при высокой площади контакта очищаемого воздуха с поглотителем диоксида углерода, что позволяет применять вентиляторы малой мощности, обеспечивающие низкое энергопотребление устройства, что крайне важно в помещениях, используемых для защиты населения и подвергшихся воздействию поражающих факторов чрезвычайных ситуаций.
[30]Благодаря циркуляции поглотителя диоксида углерода достигается его максимальная концентрация в зоне контакта с очищаемым воздухом.
[31]Отработавший (насыщенный продуктами химических реакций поглощения углекислого газа) поглотитель диоксида углерода, представляет собой раствор кальцинированной соды или пищевой соды, который может быть использован в качестве моющего или дезинфицирующего средства.
[32]В предпочтительных вариантах реализации изобретения цикл очистки воздуха от диоксида углерода начинают при достижении верхней допустимой границы концентрации (около 1000 ppm) и прекращают при достижении нижней границы (около 600 ppm).
[33]В вариантах реализации изобретения перед продувом поглотителя диоксида углерода воздух предварительно очищают фильтрами, относящимися к группе механические.
[34]Вышеупомянутые и другие цели, преимущества и особенности настоящего изобретения станут более очевидными из следующего неограничивающего описания вариантов его осуществления, приведенных в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
[35]Технической задачей и техническим результатом изобретения является расширение арсенала средств для поддержания безопасной и пригодной для дыхания воздушной среды, позволяющих обеспечить необходимое качество воздуха в помещениях, приспосабливаемых для защиты населения от чрезвычайных ситуаций.
[36]Технический результат достигается за счет того, что продув очищаемого воздуха осуществляется через сетчатые смачиваемые элементы, обеспечивающие низкое аэродинамическое сопротивление и высокую площадь контакта очищаемого воздуха с поглотителем диоксида углерода, в качестве поглотителя диоксида углерода используется водный раствор гидроксида щелочных металлов, отработавший поглотитель диоксида углерода используется как моющее или дезинфицирующее средство.
[37]Особенность изобретения состоит в том, что концентрацию диоксида углерода, в воздухе помещения, приспосабливаемого для защиты населения от чрезвычайных ситуаций, автоматически поддерживают в заданном диапазоне.
[38]Другая особенность изобретения состоит в том, что воздух дополнительно очищают фильтрами, относящимися к группе механические.
[39]Для осуществления заявленного способа предложено устройство, содержащее резервуары для поглотителя диоксида углерода, сетчатые смачиваемые элементы, обеспечивающие низкое аэродинамическое сопротивление и высокую площадь контакта очищаемого воздуха с поглотителем диоксида углерода, насос для циркуляции поглотителя диоксида углерода, обеспечивающий подачу раствора с максимальной концентрацией поглотителя в зону контакта с очищаемым воздухом.
[40]Особенность устройства состоит в том, что смачиваемые элементы могут быть изготовлены в виде жгутов, расположенных в шахматном порядке и свитых из щелочестойких нитей.
[41]Другая особенность устройства состоит в том, что устройство содержит контроллер с функцией поддержания в воздухе приспосабливаемых помещений концентрации диоксида углерода в заданном диапазоне.
[42]Еще одна особенность устройства состоит в том, что устройство дополнительно содержит один или несколько фильтров, относящихся к группе механический.
[43]Еще одна особенность устройства состоит в том, что устройство, дополнительно содержит элементы, обеспечивающие осушение очищенного воздуха.
[44]Краткое описание чертежей
[45]Сущность изобретения поясняется чертежами:
[46]Фиг. 1 - схема устройства в разрезе;
[47]Фиг. 2 - схема устройства в поперечном разрезе.
[48]На чертежах совпадающие элементы устройства имеют одинаковые ссылочные номера.
[49]Эти чертежи не охватывают и, кроме того, не ограничивают весь объем вариантов реализации данного технического решения, а представляют собой только иллюстративные материалы частных случаев его реализации.
[50]В варианте реализации настоящего изобретения, схематично представленном в разрезе на фиг. 1, устройство для осуществления заявленного способа содержит: корпус 1 с заливной горловиной 2, входным отверстием 3 и выходным отверстием 4, расположенные в корпусе 1, верхним резервуаром 5, сетчатыми смачиваемыми элементами 6, вентилятором 7, сливной горловиной 8, нижним резервуаром 9, насосом 10, заборным патрубком 11, подающим патрубком 12, выпускным воздуховодом 13.
[51]Варианты осуществления изобретения
[52]Способ осуществляют с помощью устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, следующим образом.
[53]Поглотитель диоксида углерода 14 выполнен в виде 10% раствора гидроксида щелочного металла, а именно гидроксида натрия (NaOH, каустическая сода, едкий натр). Выбор данного поглотителя обусловлен тем, что он является продуктом крупнотоннажной химии, широко распространен в торговых сетях, имеет низкую стоимость по сравнению с другими гидроксидами щелочных металлов и соединениями аминов, не требует особых условий хранения. В концентрации 10% и менее раствор гидроксида натрия и продукты его реакции с диоксидом углерода не представляют опасности при кратковременном контакте с кожей человека.
[54]При выполнении устройства в предложенном виде, сетчатые смачиваемые элементы 6 плотно устанавливаются в щелевые прорези, выполненные в дне верхнего резервуара 5, что обеспечивает постепенное стекание поглотителя диоксида углерода 14 под действием гравитационных сил.
[55]Залитый через заливную горловину 2 поглотитель диоксида углерода 14 через щелевые прорези в дне верхнего резервуара 5 равномерно стекает по сетчатым элементам 6 и через сливную горловину 8 попадает в нижний резервуар 9, откуда через заборный патрубок 11 с помощью насоса 10 поступает в подающий патрубок 12 и далее в верхний резервуар 5, чем обеспечивается циркуляция поглотителя диоксида углерода 14.
[56]Одновременно с циркуляцией поглотителя диоксида углерода 14 загрязненный диоксидом углерода воздух с помощью вентилятора 7 забирается из помещения через входное отверстие 3 и продувается через сетчатые элементы 6, смачиваемые поглотителем диоксида углерода 14. В результате контакта загрязненного воздуха с поглотителем диоксида углерода происходит химическая реакция:
[57]2NaOH+CO2 → Na2CO3+H2O+Q
[60]В результате происходит химическое связывание диоксида углерода. Очищенный от диоксида углерода воздух выводится в помещение через выпускной воздуховод 13, а частично прореагировавший поглотитель диоксида углерода попадает в нижний резервуар 9, где смешивается с поглотителем диоксида углерода 14, имеющим более высокую концентрацию.
[61]В предпочтительных вариантах реализации изобретения устройство содержит контроллер или электронную управляющую систему с функцией поддержания в воздухе помещения концентрации диоксида углерода в заданном диапазоне. В этом случае цикл очистки воздуха от диоксида углерода начинают при достижении верхней допустимой границы концентрации (около 1000 ppm) и прекращают при достижении нижней границы (около 600 ppm).
[62]В вариантах реализации изобретения устройство содержит схему, основанную, например, на основе термоэлектрических элементов Пельтье, охлаждающую стенки выпускного воздуховода 13 до температуры ниже точки росы. В результате этого очищенный воздух осушается за счет того, что влага, содержащаяся в очищенном воздухе, конденсируется на поверхности выпускного воздуховода 13 и по наклонной поверхности стекает к сливной горловине 8.
[63]Электропитание устройства осуществляется преимущественно от сети переменного тока 220 В через преобразователь или от автономного источника электроснабжения (аккумулятора или ручного генератора напряжением 12 В) в случае выхода из строя централизованного электроснабжения в результате воздействия поражающих факторов чрезвычайных ситуаций.
[64]Промышленная применимость
[65]Изобретение предназначено для очистки воздуха от диоксида углерода для поддержания безопасной и пригодной для дыхания воздушной среды в помещениях, приспосабливаемых для защиты населения от чрезвычайных ситуаций, других помещениях различного типа с долговременным пребыванием людей.
