СИСТЕМА ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА Российский патент 1997 года по МПК B01D53/62 A62B11/00 

Изобретение относится к системам жизнеобеспечения герметичных объектов, в частности к системам очистки дыхательного воздуха от диоксида углерода.

Наиболее близкой к предлагаемой является система очистки воздуха от диоксида углерода [1] Система содержит адсорбер (или несколько адсорберов) с регенерируемым поглотителем диоксида углерода, холодильник-конденсатор, установленный после адсорбера, соединительную арматуру, включающую вентили для переключения потоков, парогенератор для подачи водяного пара в адсорбер на стадии десорбции, устройство подпитки парогенератора водой, устройство для сбора и подачи конденсата в парогенератор, вентилятор для прокачки воздуха через слой поглотителя.

В такой системе воздух из помещения вентилятором подается в адсорбер. Из адсорбера воздух, очищенный от диоксида углерода и обогащенный парами воды, поступает в холодильник-конденсатор, откуда, он подается в помещение. Сконденсировавшаяся в холодильнике-конденсаторе вода собирается и подается в парогенератор. На стадии десорбции с одной стороны адсорбера подается водяной пар из парогенератора (давление 1 атм, температура 100^oC). Стадия охлаждения и осушки поглотителя диоксида углерода осуществляется продувкой воздуха через слой поглотителя и совмещается со стадией адсорбции.

Однако такая система характеризуется достаточно высокой сложностью, поскольку, во-первых, для десорбции поглотителя необходимо наличие отдельного устройства для генерации водяного пара с элементами, обеспечивающими его работоспособность, во-вторых, необходимо наличие устройства для отделения капельной влаги от воздуха, ее сбора и подачи в парогенератор, в-третьих, необходимо наличие элементов, обеспечивающих отделение водяного пара, подаваемого на десорбцию, от капельной воды.

Задачей изобретения является упрощение системы очистки воздуха от диоксида углерода за счет исключения устройства отделения и сбора жидкой воды из потока воздуха и устройства подпитки парогенератора требуемым количеством воды при одновременном обеспечении эффективной работы поглотителя.

Задача решается предлагаемой системой очистки воздуха от диоксида углерода, которая содержит последовательно установленные вентилятор, адсорбер с регенерируемым поглотителем диоксида углерода и влагообменное устройство с поглотителем диоксида углерода и влагообменное устройство с поглотителем водяного пара. Элементы системы связаны соединительной арматурой с вентилями для переключения потоков.

Введение в систему влагообменного устройства с поглотителем водяного пара обеспечивает генерацию водяного пара на стадии десорбции и возврат этого пара во влагообменное устройство на стадии охлаждения и адсорбции. При этом из системы исключается специальный парогенератор, устройство для отделения капельной влаги из воздуха и ее сбора, устройство отделения капель воды от водяного пара.

Кроме того, система устойчиво работает в условиях нулевой гравитации, при наличии силы тяжести, качке, тряске, длительных наклонах и т.п. так как в данной системе не используется жидкая фаза-вода, т.е. в отличие от известной системы, в которой в процессе участвуют пар-жидкая вода-газ, в предлагаемой системе процесс осуществляется с использованием только двух компонентов газ-твердое тело.

Предлагаемая система представлена на чертеже.

Система для очистки воздуха от диоксида углерода содержит адсорбер 1 со слоем регенерируемого поглотителя диоксида углерода 2, вентилятор 7 для подачи воздуха из помещения в адсорбер 1. С выходом адсорбера 1 соединено влагообменное устройство 3, в качестве которого могут быть использованы известные в массообменной технике влагообменники, функционирующие по принципу сорбции-десорбции влаги при изменении температуры. В предлагаемой системе влагообменное устройство 3 представляет собой слой регенерируемого поглотителя водяного пара 4 со встроенным в него теплообменником 5. В качестве поглотителя 4 водяного пара могут быть использованы известные сорбенты-силикагель и т.п. Исходя из условий эксплуатации системы, влагообменное устройство 3 может быть выполнено в виде отдельного элемента, соединенного с адсорбером 1, либо размещено с адсорбером в одном корпусе после поглотителя диоксида углерода по потоку воздуха.

Выход влагообменного устройства 3 связан с атмосферой помещения через запорный клапан 6. Трубопровод 8, соединяющий адсорбер 1 с вентилятором 7, и трубопровод 10 для удаления диоксида углерода при десорбции снабжены клапанами 9 и 11 соответственно. Функционирование влагообменного устройства 3 обеспечивается контуром, соединяющим нагреватель 12, охладитель 15 и насос 16. Нагреватель 12 и охладитель 15 связаны с влагообменным устройством 3 через клапаны 13 и 14. Для компенсации объемных изменений теплоносителя в замкнутом контуре предусмотрен компенсатор 17.

Система работает следующим образом.

Воздух из помещения вентилятором 7 при открытом клапане 9 подается в адсорбер 1, где происходит сорбция диоксида углерода и одновременно дисорбция части воды, оставшейся в слое поглотителя диоксида углерода 2 после охлаждения. Увлажненный воздух поступает из адсорбера 1 во влагообменное устройство 3, где происходит адсорбция влаги из воздуха. При этом одновременно происходит охлаждение воздуха и влагообменного материала (поглотителя) 4 с помощью охладителя 15. В этом случае клапан 14 открыт, клапан 13 закрыт. Из влагообменного устройства 3 очищенный от диоксида углерода и осушенный воздух поступает в помещение при 15 20^oC.

На стадии десорбции перекрывают клапаны 6, 9 и 14, открывают клапан 13 и осуществляют нагрев влагообменного материала 4 во влагообменном устройстве 3 с помощью нагревателя 12, который подогревает жидкий теплоноситель, циркулирующий по контуру с помощью насоса 16. При этом адсорбированная на предыдущей стадии влаги испаряется и поступает на слой поглотителя диоксида углерода 2 в адсорбер 1, где происходит десорбция диоксида углерода водяным паром. Десорбируемый диоксид углерода через клапан 11 по трубопроводу 10 отводится из адсорбера 1 (обычно на утилизацию).

На стадии охлаждения клапаны 9, 11 и 13 закрывают (клапан 6 закрыт на предыдущей стадии), клапан 14 открывают и включают тем самым охлаждение влагообменного материала 4 во влагообменном устройстве 3. Вода за счет тепла, накопившегося в слое поглотителя 2, десорбируется из слоя поглотителя 2 и поглощается влагообменным материалом 4 в охлаждаемом влагообменном устройстве 3. Тем самым производится эффективное охлаждение и сушка поглотителя диоксида углерода 2 и накопление воды во влагообменном устройстве.

При достижении температуры влагообменного устройства 3 в пределах 15 - 20^oC открывают клапаны 6 и 9, при этом вновь осуществляется стадия адсорбции, описанная выше. Таким образом, влагообменное устройство в предлагаемой системе очистки воздуха от диоксида углерода выполняет одновременно функцию холодильника-конденсатора и генератора водяного пара.

Испытания макетного образца системы очистки воздуха от диоксида углерода показали ее работоспособность в циклах сорбция-регенерация при следующем структуре цикла мин:
Сорбция диоксида углерода 120
Десорбция диоксида углерода продувкой водяным паром 30
Охлаждение поглотителя диоксида углерода 15 30
Результаты испытаний представлены в таблице.

Масса адсорбента в испытанной системе составила 6,2 кг, масса влагообменного материала во влагообменном устройстве составила 0,95 кг, расход газовоздушной смеси при сорбции 170 200 л/мин, температура газовоздушной смеси 22 23^oC. Как видно из представленных в таблице данных, предлагаемая система обеспечивает эффективную очистку воздуха в помещении при поддержании концентрации диоксида углерода на уровне 0,5% при этом в каждом цикле производится около 30 л концентрированного диоксида углерода.

Использование: изобретение относится к системам жизнеобеспечения герметичных объектов, в частности, к системам очистки воздуха, предназначенного для дыхания, от диоксида углерода. Сущность изобретения: система содержит адсорбер со слоем регенерируемого поглотителя диоксида углерода, вентилятор для подачи воздуха из помещения в адсорбер. С выходом адсорбера соединено влагообменное устройство с регенерируемым поглотителем водяного пара. Выход влагообменного устройства связан с атмосферой. Наличие в системе влагообменного устройства с регенерируемым поглотителем водяного пара, установленного по потоку воздуха после сорбента диоксида углерода, обеспечивает возможность генерации водяного пара на стадии десорбции и последующей сушки и охлаждения поглотителя диоксида углерода перед стадией адсорбции, что позволяет упростить систему и одновременно повысить эффективность ее работы, в том числе в условиях нулевой гравитации. 1 ил., 1 табл.

Система очистки воздуха от диоксида углерода в герметичном помещении, содержащая адсорбер с регенерируемым сорбентом диоксида углерода, вентилятор для подачи воздуха в адсорбер, холодильник-конденсатор, генератор водяного пара для десорбции сорбента, соединительную арматуру с клапанами, отличающаяся тем, что холодильник-конденсатор и генератор водяного пара выполнены в виде установленного по потоку воздуха после сорбента диоксида углерода влагообменного устройства с регенерируемым поглотителем водяного пара.