ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО РЕГЕНЕРАЦИИ ВОЗДУХА ГЕРМЕТИЧНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2001 года по МПК A62B11/00 F25B9/14 

Изобретение относится к области криогенной техники и кондиционирования воздуха, может быть использовано в качестве установки для регенерации воздуха в герметичных помещениях специальных фортификационных сооружений, подводных лодок, орбитальных станций и т.д.

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их раздачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения. / Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288).

Известно устройство сосуда Дъюара с вакуумно-порошковой изоляцией для хранения криогенных жидкостей (Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб.пособие для вузов. -2-е изд., -М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202).

Известно, что в области криогенных температур (60-160 K) наиболее высокоэффективным циклом является обратный цикл Стирлинга. Эффективность криогенных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, практически в 2 раза выше по сравнению с другими установками, применяемыми для сжижения газов (Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186). Однако для увеличения эффективности криогенной машины Стирлинга необходимо снижать температуру охлаждающей жидкости.

Известно, что при сжижении воздуха в криогенной машине, работающей по обратному циклу Стирлинга, содержащей холодильник, регенератор и конденсатор, происходит очистка воздуха от углекислого газа и паров воды, вымораживаемых на поверхности детандерной головки (конденсатора) в виде "шубы" из льда и углекислоты, периодически удаляемых после нескольких дней непрерывной работы (Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под ред. М.П. Малкова. Изд. 2-е перераб. и доп. М., "Энергия", 1973, стр. 294). Однако ранее криогенные машины Стирлинга в системах очистки воздуха от вредных примесей, например, для системы кондиционирования и вентиляции не применялись.

Известно техническое решение системы для комплексной обработки воздуха на объектах с длительной герметизацией помещений, включающее в себя кондиционируемое помещение с жалюзийными решетками и воздухораспределителем, электровентилятор, пылевой фильтр, фильтр с активированным углем, электрический фильтр, каталитический окислитель, специальный газовый фильтр, газоохладитель, установку поглощения углекислого газа, увлажнитель, воздухонагреватель и генератор кислорода (Захаров Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. Л., изд. "Судостроение", 1979, стр. 125). Однако применяемая установка по удалению углекислого газа основана на использовании химических реагентов, имеет значительные массогабаритные характеристики и энергетические затраты.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении массогабаритных характеристик и энергетических затрат систем, предназначенных для комплексной регенерации воздуха герметичных помещений, а также повышении эффективности криогенной машины Стирлинга и возможности долговременного хранения жидкого воздуха внутри специальных объектов.

Для достижения этого технического результата технологический комплекс по регенерации воздуха герметичных помещений специальных объектов, включающий в себя кондиционируемое помещение с жалюзийными решетками и воздухораспределителем, электровентилятор, пылевой фильтр, фильтр с активированным углем, электростатический фильтр, каталитический окислитель, специальный газовый фильтр, газоохладитель, установку поглощения углекислого газа, выполненную в виде криогенной системы, увлажнитель, воздухонагреватель и генератор кислорода, снабжен абсорбером, криогенной машиной Стирлинга, между которыми установлен регулирующий вентиль, линией слива жидкого воздуха, сосудом Дъюара, входящих в криогенную систему, а также теплоизолированной емкостью для хранения жидкого чистого воздуха, выполненной в виде генератора кислорода, имеющей газовую и жидкостную части, связанной с сосудом Дъюара линией подачи жидкого воздуха с насосом высокого давления и обратным клапаном, линией чистого газообразного воздуха, связывающей газовую часть теплоизолированной емкости с кондиционируемым помещением, содержащей регулирующий клапан, увлажнитель и воздухонагреватель и проходящей через абсорбер, при этом газовая часть теплоизолированной емкости связана с жидкостной частью емкости газифицированной линией, содержащей регулирующий клапан и испаритель, и с конденсатором криогенной машины перемычкой с запорным вентилем, а также контуром охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящим через испаритель и включающим в себя насос и теплообменник, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой.

Введение в состав технологического комплекса по регенерации воздуха герметичных помещений специальных объектов генератора кислорода, выполненного в виде теплоизолированной емкости для хранения жидкого чистого воздуха, установки для поглощения углекислого газа, выполненной в виде криогенной системы, состоящей из абсорбера, криогенной машины Стирлинга, линии слива жидкого воздуха, сосуда Дъюара, а также перемычки, связывающей емкость с конденсатором криогенной машины, линии газификации с испарителем, соединяющей газовую и жидкостную части емкости, линии чистого газообразного воздуха, связывающей газовую часть емкости с кондиционируемым помещением, контура охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящего через испаритель и включающего в себя насос и теплообменник, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой, позволяет получить новое свойство, заключающееся в вымораживании вредных примесей регенерируемого воздуха (например, углекислого газа и т.д.) в абсорбере и конденсаторе криогенной машины, повышении эффективности криогенной машины Стирлинга за счет снижения температуры охлаждающей жидкости контура охлаждения ниже температуры окружающей среды, а также снижении массогабаритных характеристик и энергетических затрат технологического комплекса в целом.

На чертеже изображен технологический комплекс по регенерации воздуха герметичных помещений специальных объектов.

В технологический комплекс входят кондиционируемое помещение 1 с жалюзийной решеткой 2 и воздухораспределителем 3, электровентилятор 4, пылевой фильтр 5, фильтр с активированным углем 6, электростатический фильтр 7, каталитический окислитель 8, специальный газовый фильтр 9, газоохладитель 10, криогенная система удаления углекислого газа и других примесей, состоящая из абсорбера 11, криогенной машины Стирлинга 12 с конденсатором 13 и холодильником 14, регулирующего вентиля 15, расположенного между абсорбером 11 и криогенной машиной 12, линии слива жидкого воздуха 16, сосуда Дъюара 17. В комплекс также входят теплоизолированная емкость для хранения жидкого воздуха 18, линия подачи жидкого воздуха 19 из сосуда Дъюара 17 в емкость 18, содержащая насос высокого давления 20 и обратный клапан 21, линия газообразного чистого воздуха 22, соединяющая газовую часть емкости 18 с помещением 1, содержащая регулирующий вентиль 23, увлажнитель 24, воздухонагреватель 25 и проходящая через абсорбер 11, линия газификации 26, соединяющая жидкостную и газовую полости емкости 18 и содержащая регулирующий клапан 27 и испаритель 28, перемычка 29 с запорным клапаном 30, соединяющая газовую полость емкости 18 с конденсатором 13 криогенной машины 12, а также контур охлаждения 31 криогенной машины Стирлинга 12, проходящий через испаритель 28 и включающий в себя насос 32 и теплообменник 33, через который проходит магистраль 34 с охлаждающей технической водой.

Технологический комплекс по регенерации воздуха герметичных помещений специальных объектов работает следующим образом.

Перед началом работы специального объекта в режиме автономности в теплоизолированной емкости 18 запасается расчетное количество жидкости чистого воздуха. В результате теплопритоков в емкости 18 образуются пары воздуха, которые при открытом запорном клапане 30 поступают в конденсатор 13 криогенной машины 12, сжижаются и через сосуд Дъюара 17 и линии 16 и 19 вновь поступают в емкость 18. При переходе в режим автономности запорный клапан 30 закрывается, а вентили 15 и 23 открываются.

При работе объекта в режиме автономности из кондиционируемого помещения 1 через жалюзийную решетку 2 регенерируемый воздух с помощью электровентилятора 4 подается последовательно в пылевой фильтр 5, где воздух очищается от пыли и механических примесей, в фильтр с активированным углем 6, где воздух очищается от вредных газов (например, аммиака, ацетона и т.д.), в электростатических фильтр 7, где воздух очищается от аэрозолей (например, табачного дыма), в каталитический окислитель 8, где происходит каталитическое сжигание окиси углерода CO и водорода, далее в специальный газовый фильтр 9, где воздух очищается от компонентов горения (например, частичек катализатора). Из фильтра 9 воздух направляется в газоохладитель 10, где он предварительно охлаждается, а затем поступает в абсорбер 11, где он продолжает охлаждаться за счет теплообмена с холодным воздухом, идущим из емкости 18, при этом из него могут, частично, вымораживаться пары воды и углекислого газа, после чего воздух поступает в конденсатор 13 криогенной машины Стирлинга 12, где регенерируемый воздух сжижается, при этом на стенках конденсатора 13 вымораживаются остаточные пары воды, углекислого газа и других вредных примесей. Очищенный жидкий воздух сливается самотеком по линии слива жидкого воздуха 16 в сосуд Дъюара 17, из которого с помощью насоса высокого давления 20 по линии подачи жидкого чистого воздуха 19 жидкий воздух подается через обратный клапан 21 в теплоизолированную емкость для хранения жидкого чистого воздуха 18. Из газовой части емкости 18 чистый газообразный воздух по линии 22, через регулирующий вентиль 23, абсорбер 11, увлажнитель 24 (где происходит тепловлажностная обработка воздуха) и воздухонагреватель 25 поступает в помещение 1 через воздухораспределитель 3. Для поддержания необходимого количества и давления воздуха в газовой части емкости 18 предусмотрена линия газификации 26, соединяющая газовую и жидкостную части емкости 18. Жидкий воздух по линии 26 через регулирующий вентиль 27 поступает в испаритель 28, где за счет теплообмена с охлаждающей жидкостью контура охлаждения 31 жидкий воздух испаряется и поступает в газовую часть емкости 18.

В целях снятия тепловой нагрузки с криогенной машины 12 предусмотрен контур охлаждения 31. По контуру 31 нагретая от рабочего тела криогенной машины 12 охлаждающая жидкость из холодильника 14 с помощью насоса 32 подается сначала в теплообменник 33, где она охлаждается до температуры окружающей среды за счет теплообмена с технической водой, поступающей по магистрали 34, после этого поступает в испаритель 28, где за счет теплообмена с жидким воздухом охлаждается до температуры ниже температуры окружающей среды и вновь подается в холодильник 14 криогенной машины 12.

Технологический комплекс относится к области кондиционирования воздуха и может быть использован в качестве установки для регенерации воздуха в герметичных помещениях. Технологический комплекс по регенерации воздуха герметичных помещений специальных объектов включает в себя кондиционируемое помещение с жалюзийными решетками и воздухораспределителем, электровентилятор, пылевой фильтр, фильтр с активированным углем, электростатический фильтр, каталитический окислитель, специальный газовый фильтр, газоохладитель, установку поглощения углекислого газа, увлажнитель, воздухонагреватель и генератор кислорода. Установка поглощения углекислого газа выполнена в виде криогенной системы. Генератор кислорода выполнен в виде теплоизолированной емкости для хранения жидкого чистого воздуха. Комплекс снабжен абсорбером, криогенной машиной Стирлинга, между которыми установлен регулирующий вентиль, линией слива жидкого воздуха, сосудом Дъюара, входящими в криогенную систему, причем сосуд Дъюара связан с теплоизолированной емкостью для хранения жидкого чистого воздуха, имеющей газовую и жидкостную части, линией подачи жидкого воздуха с насосом высокого давления и обратным клапаном, при этом газовая часть теплоизолированной емкости связана с жидкостной частью емкости газификационной линией, содержащей регулирующий клапан и испаритель, с конденсатором криогенной машины перемычкой с запорным вентилем и с кондиционируемым помещением линией чистого газообразного воздуха, содержащей регулирующий клапан, увлажнитель и воздухонагреватель и проходящей через абсорбер, а также контуром охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящим через испаритель и включающим в себя насос и теплообменник, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой. Данный комплекс отличается низкими массогабаритными характеристиками и энергетическими затратами системы по очистке воздуха. 1 ил.

Технологический комплекс по регенерации воздуха герметичных помещений специальных объектов, включающий в себя кондиционируемое помещение с жалюзийными решетками и воздухораспределителем, электровентилятор, пылевой фильтр, фильтр с активированным углем, электростатический фильтр, каталитический окислитель, специальный газовый фильтр, газоохладитель, установку поглощения углекислого газа, увлажнитель, воздухонагреватель и генератор кислорода, отличающийся тем, что установка поглощения углекислого газа выполнена в виде криогенной системы, генератор кислорода выполнен в виде теплоизолированной емкости для хранения жидкого чистого воздуха, а комплекс снабжен абсорбером, криогенной машиной Стирлинга, между которыми установлен регулирующий вентиль, линией слива жидкого воздуха, сосудом Дъюара, входящими в криогенную систему, причем сосуд Дъюара связан с теплоизолированной емкостью для хранения жидкого чистого воздуха, имеющей газовую и жидкостную части, линией подачи жидкого воздуха с насосом высокого давления и обратным клапаном, при этом газовая часть теплоизолированной емкости связана с жидкостной частью емкости газификационной линией, содержащей регулирующий клапан и испаритель, с конденсатором криогенной машины перемычкой с запорным вентилем и с кондиционируемым помещением линией чистого газообразного воздуха, содержащей регулирующий клапан, увлажнитель и воздухонагреватель и проходящей через абсорбер, а также контуром охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящим через испаритель и включающим в себя насос и теплообменник, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой.