УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНСЕРВАЦИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2009 года по МПК B01D53/00 A62B13/00 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для консервации выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано для консервации выхлопных газов дизелей, работающих в герметизированных помещениях в условиях дефицита чистого воздуха и невозможности удаления загрязненного воздуха (с большим содержанием выхлопных газов) за пределы сооружения в окружающую среду. Такие условия могут быть, например, в защитных сооружениях гражданской обороны при работе последних в режиме полной изоляции от внешней среды. Режимы работы этих сооружений приведены, например, в книге B.C.Гусева «Методы теплотехнических расчетов для обеспечения микроклимата в сооружениях гражданской обороны», Москва, Стройиздат, 1975, с.9, 10. Кроме того, режимы работы сооружений гражданской обороны приведены в книге Ю.Ю.Каммерера, А.К.Кутарева, А.Е.Харкевича «Защитные сооружения гражданской обороны», М., Энергоатомиздат, 1985, с.34.

Известно устройство для консервации и очистки загрязненного воздуха (патент РФ №2210410, 2003 г., В01D 53/00), содержащее вентилятор, вход и выход которого соединены с защищаемым помещением воздуховодами с запорно-регулирующей арматурой, воздухоочистительный агрегат, установленный на всасывающем воздуховоде, и пеногенератор, установленный на нагнетающем воздуховоде, снабженный источником пенообразующей жидкости; пенодеструктор с сепаратором, установленный между защищаемым помещением и воздухоочистительным агрегатом, при этом всасывающий воздуховод между вентилятором и воздухоочистительным агрегатом соединен с верхней зоной защищаемого помещения участком воздуховода с запорно-регулирующей арматурой, а всасывающий воздуховод между пенодеструктором и воздухоочистительным агрегатом соединен воздуховодами, оборудованными запорно-регулирующей арматурой, с верхней зоной защищаемого помещения и с надувной оболочкой, размещенной в верхней зоне помещения, соседнего с защищаемым помещением, при этом надувная оболочка отделена снизу от остальной части помещения подвесным перфорированным потолком.

Недостатками данного устройства являются:

- невысокая надежность надувной оболочки, т.к. ее повреждение, например случайный разрез, приведет к утечке консервируемого газа;

- не предусмотрено использование воздуха, находящегося в помещении, в котором размещена оболочка, а давление этого воздуха при наддуве оболочки повышается и это можно использовать для перекачки воздуха в другое помещение.

Известно устройство для консервации и очистки загрязненного воздуха (патент РФ №2161056, МПК ⁷ А62В 11/00, В01D 53/00) - ближайший аналог, содержащее вентилятор, вход и выход которого соединены с защищаемым помещением воздуховодами с запорно-регулирующей арматурой, воздухоочистительный агрегат, установленный на всасывающем воздуховоде, на нагнетающем воздуховоде установлен пеногенератор, снабженный источником пенообразующей жидкости, а на всасывающем воздуховоде между воздухоочистительным агрегатом и защищаемым помещением расположен пенодеструктор, снабженный сепаратором, причем линия всасывающего воздуховода между вентилятором и воздухоочистительным агрегатом дополнительно соединена с верхней зоной защищаемого помещения участком воздуховода с запорно-регулирующей арматурой, а всасывающий воздуховод на участке между сепаратором и воздухоочистительным агрегатом одновременно соединен дополнительным воздуховодом, оборудованным запорно-регулирующей арматурой, с верхней зоной защищаемого помещения и дополнительным воздуховодом с надувной оболочкой, размещенной вне защищаемого помещения.

Недостатками такого устройства являются:

- невысокая надежность хранения загрязненного воздуха (газа) в надувной оболочке, т.к. случайный прорыв (порез) оболочки приведет к поступлению этого газа (воздуха) в помещение;

- не предусмотрено использование воздуха, находящегося в помещении, в котором размещена надувная оболочка, для передачи воздуха в другие помещения при наддуве оболочки, которая сжимает воздух помещения при увеличении объема надувной оболочки за счет нагнетания в нее газа.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение передачи (транспортировки) воздуха из помещения, в котором размещена надувная оболочка, в другое помещение, например в помещение дизель-генератора, работающего в защитном сооружении гражданской обороны в период полной изоляции сооружения от внешней среды; поступление воздуха в это помещение необходимо для обеспечения нормальной работы дизеля в период полной изоляции сооружения, когда воздух из окружающей среды в сооружение не поступает; кроме того, необходимо обеспечить хранение (на этот период) выхлопных газов дизеля, т.к. выброс их из сооружения в этот период невозможен, при этом необходимо обеспечить высокую надежность надувной оболочки, минимизируя возможный выброс в помещение выхлопных газов при повреждении оболочки.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом устройстве для консервации выхлопных газов, содержащем надувную оболочку, изготовленную из воздухонепроницаемого материала, сепаратор, запорно-регулирующую арматуру, надувная оболочка разделена перегородками, выполненными из того же материала, что и оболочка, на несколько отсеков, размещена на подставке, установленной на полу потерны сооружения, верхняя плоскость подставки выполнена решетчатой, в полу отсеков оболочки вырезаны отверстия для входа газа и для слива конденсата, в боковых стенках отсеков несколько выше их пола проделаны отверстия для выхода газа, потерна соединена воздуховодом, оснащенным герметическим клапаном, снабженным электроприводом, с помещением дизель-генератора, на выходе воздуховода в этом помещении установлен клапан для регулирования расхода воздуха, входные отверстия отсеков оболочки соединены патрубками, на которых смонтированы герметические клапаны, оснащенные электроприводами, с воздуховодом, присоединенным через обратный клапан к выходному патрубку газоохладителя, размещенного в помещении, смежном с помещением дизель-генератора, входной патрубок газоохладителя присоединен воздуховодом, на котором установлен герметический клапан с электроприводом, к выхлопной трубе дизель-генератора; выходные отверстия отсеков надувной оболочки присоединены патрубками к воздуховоду, присоединенному через герметический клапан с электроприводом ко входу сепаратора, выход сепаратора имеет возможность сообщения с наружной атмосферой через воздуховод, выходящий из потерны и также снабженный герметическим клапаном с электроприводом; отверстия для слива конденсата из отсеков оболочки и из сепаратора соединены патрубками с трубопроводом, на котором установлен вентиль, сообщенным с дренажной системой сооружения.

Таким образом, при реализации данного технического решения достигается технический результат, заключающийся в обеспечении высокой надежности консервации выхлопных газов дизель-генератора за счет разделения надувной оболочки на несколько отсеков. В результате повреждения одного из отсеков его входное отверстие перекрывается герметическим клапаном, а вытекающие из поврежденного отсека выхлопные газы разбавляются воздухом помещения, в котором размещена надувная оболочка. Вытесняемый при наполнении оболочки выхлопными газами воздух из помещения поступает через воздуховод в помещение дизель-генератора, обеспечивая его нормальную работу в условиях полной изоляции сооружения от внешней среды. Решетчатая верхняя плоскость подставки, на которой размещена надувная оболочка, обеспечивает передачу давления (при накачке газами) в нижнюю часть потерны, а не только вверх и в стороны.

Анализ аналогов показал, что заявляемое техническое решение является новым. Новизна предлагаемого решения заключается в том, что надувная оболочка выполнена из воздухонепроницаемого материала и размещена в потерне сооружения на подставке, установленной на полу, верхняя плоскость подставки выполнена решетчатой, а сама надувная оболочка разделена на несколько отсеков перегородками, выполненными из того же материала, что и оболочка. Каждый отсек оболочки имеет входные и выходные отверстия для закачки и удаления выхлопных газов дизеля, а также имеет отверстия для слива конденсата. Отверстия снабжены патрубками с запорно-регулирующей арматурой. Подача выхлопных газов в оболочку от дизеля осуществляется по воздуховоду с обратным клапаном от газоохладителя, который подсоединен к выхлопной трубе дизель-генератора. Подача воздуха из потерны в помещение дизель-генератора осуществляется по воздуховоду, соединяющему потерну с помещением дизель-генератора. При нагнетании выхлопных газов в оболочку последняя увеличивается в объеме и вытесняет воздух из потерны в воздуховод и далее в помещение дизель-генератора.

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих положительный эффект, и обладает признаками соответствия критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - поперечный разрез потерны по А-А и надувная оболочка при закачке в нее выхлопных газов от дизель-генератора.

Устройство для консервации выхлопных газов включает в себя надувную оболочку 1, разделенную перегородками 2 на несколько отсеков 3. Оболочка размещена на подставке 4, верхняя плоскость которой 5 выполнена решетчатой. Подставка 4 установлена на полу 6 потерны 7, имеющей герметичные ворота 8 (ворота в предмет изобретения не входят). К входным отверстиям 9 в полу отсеков 3 оболочки 1 присоединены патрубки 10 с установленными на них герметическими клапанами 11. Патрубки 10 соединяют входные отверстия 9 с воздуховодом 12, на котором смонтирован обратный клапан 13. Воздуховод 12 подключен к выходному патрубку 14 газоохладителя 15, установленному в отдельном помещении 16. Входной патрубок 17 газоохладителя 15 присоединен воздуховодом 18, на котором установлен герметический клапан 19, к выхлопной трубе 20 дизель-генератора 21, размещенного в помещении 22, смежном с помещением 16 газоохладителя 15. Отверстия 23 для удаления выхлопных газов из отсеков 3 оболочки 1 присоединены патрубками 24 к воздуховоду 25, присоединенному через герметический клапан 26 к входу сепаратора 27. Выход сепаратора 27 подключен воздуховодом 28 через герметический клапан 29 к вытяжной системе вентиляции сооружения (эта система в предмет изобретения не входит и на фиг.1 и 2 не представлена). Воздуховод 30 предназначен для перетекания воздуха из потерны 7 в помещение 22 дизель-генератора 21 и оснащен герметическим клапаном 31, установленным в потерне 7, и клапаном 32 для регулирования расхода воздуха, поступающего в помещение 22. Отверстия 33 для слива конденсата из отсеков 3 оболочки 1 присоединены патрубками 34 к трубопроводу 35, служащему также для слива конденсата из сепаратора 27. Трубопровод 35 через вентиль 36 сообщен с дренажной системой сооружения.

Устройство для консервации выхлопных газов включается в работу в период полной изоляции сооружения от внешней среды. В этот период системы вентиляции (приточная и вытяжная), а так же система фильтровентиляции сооружения не функционируют, входы и выходы этих систем герметически закрываются, работают только системы энергообеспечения и водоснабжения (от внутреннего источника) и канализации, а так же технологические системы - связь, управление и т.п., если таковые имеются в сооружении. Основой системы энергоснабжения, обеспечивающей работу других систем, является дизель-генератор, потребляющий горючее и необходимый для нормальной работы воздух. Образующиеся при работе дизеля выхлопные газы, содержащие значительные количества вредных веществ, в том числе такие газы, как оксид и диоксид углерода (СО и СО₂), необходимо либо химически поглощать, либо консервировать (на период полной изоляции). Поглощение этих газов требует значительного количества химических поглотителей и электроэнергии (для СО₂) и предварительного дожигания СО до СО₂ в специальных устройствах. В то же время необходимо пополнять свежим воздухом (с достаточным содержанием кислорода - не менее 16% по объему) помещение, в котором расположен дизель-генератор. Задача может быть решена в предлагаемом устройстве для консервации выхлопных газов. Работает устройство следующим образом. Герметичные ворота 8 потерны 7 закрываются, герметические клапаны 26, 29 и 31 и вентиль 36 закрываются и, таким образом, потерна герметизирована от других помещений и систем вентиляции и дренажа. Включается газоохладитель 15, размещенный в помещении 16. В качестве газоохладителя может быть использован высоко эффективный «Теплообменный аппарат» (патент №2227882, F28С 3/06), работающий в режиме испарительного охлаждения воздуха (газа). На электроприводы герметических клапанов 19, 11 подается от пульта управления (в предмет изобретения не входит и на фиг.1 и 2 не показан) сигнал на открытие. В результате выхлопные газы от дизель-генератора 21 через выхлопную трубу 20, герметический клапан 19, воздуховод 18 и входной патрубок 17 поступают в газоохладитель 15. Газоохладитель 15 установлен в помещении 16, смежном с помещением 22 дизель-генератора 21, для избежания перегрева за счет больших тепловыделений от газоохладителя 15 помещения 22, в котором их итак в избытке от дизеля. Из выходного патрубка 14 газоохладителя 15 охлажденные выхлопные газы через обратный клапан 13 по воздуховоду 12 поступают в отсеки 3 надувной оболочки 1. Обратный клапан 13 необходим для предотвращения обратного перетекания выхлопных газов из оболочки 1. Выхлопные газы в отсеки 3 попадают через подключенные к воздуховоду 12 патрубки 10 с герметическими клапанами 11, соединяющие воздуховод 12 с входными отверстиями 9 отсеков 3; по мере уменьшения количества воздуха в помещении 22, в котором расположен дизель-генератор 21 (контроль может осуществляться газоанализатором - не входит в предмет изобретения), и нагнетания выхлопных газов в надувную оболочку 1 (что наблюдается визуально - увеличивается объем оболочки) подается команда от пульта управления на электропривод герметического клапана 31 на открытие. За счет увеличения объема надувной оболочки 1 воздух в потерне сжимается и за счет увеличения давления поступает в воздуховод 30, перетекая по нему в помещение 22. Далее с помощью клапана 32 регулируют (устанавливают) необходимый для обеспечения нормальной работы дизель-генератора 21 расход воздуха. В случае повреждения материала одного из отсеков 3 оболочки 1 подают команду на закрытие (от пульта управления) либо производят закрытие ручным дублером, который имеет каждый электропривод герметического клапана, соединяющего поврежденный отсек 3 с воздуховодом 12. Вытекающие из поврежденного отсека выхлопные газы разбавляются в воздухе потерны, объем которой значительно больше объема отсека. Небольшое содержание выхлопных газов в воздухе, обеспечивающем работу дизель-генератора 21, не оказывает существенного влияния на работу дизеля. Разделение надувной оболочки на несколько отсеков значительно повышает ее надежность, так как отсеки 3 работают параллельно (в надежностном смысле). Следует отметить, что при нагнетании в оболочку 1 выхлопных газов давление передается воздуху потерны, создавая так называемый «подпор» в сооружении, препятствующий проникновению наружного воздуха через ограждающие конструкции. Продолжительность работы устройства для консервации выхлопных газов ограничена во времени давлением, которое может выдержать материал надувной оболочки и количеством воздуха в потерне, где она расположена.

Например, имеем потерну, диаметром d=6 м и длиной L=200 м. Объем такой потерны составит

Объемный расход воздуха для работы дизеля при нагрузке 150 кВт составляет 6371,4 кг/ч или 6371,4:1,2=5309 м³/ч.

Максимальный объем оболочки при нагнетании в нее газа составляет примерно 0,95 от объема потерны, т.е. 5652×0,95=5369,4 м³, т.е. такое количество воздуха может перетечь из потерны в помещение дизель-генератора.

Максимальный расход отработанных (выхлопных) газов дизеля при нагрузке 150 кВт составляет 6426,9 кг/ч или (принимая удельный вес выхлопного газа при температуре примерно 20° равный 1,2 кг/м³) расход газа (объемный) составит 6426,9:1,2~5356 м³/ч, таким образом, в течение примерно 1 часа работы дизеля надувная оболочка может принимать в себя выхлопные газы. Если в сооружении имеется возможность размещения нескольких надувных оболочек, то работа дизеля в период полной изоляции может быть увеличена на более продолжительное время.

По окончании периода полной изоляции герметические клапаны 11, 19, 31 закрываются, а на электроприводы герметических клапанов 26 и 29 подается команда на открытие. В результате из оболочки 1 (из каждого отсека) через выходные отверстия 23 и патрубки 24 в воздуховод 25 поступает газ и попадает далее в сепаратор 27, где задерживаются капли влаги (попавшей в выхлопные газы из газоохладителя и за счет конденсации в отсеках 3 оболочки 1). После сепаратора 27 газы поступают по воздуховоду 28 в вытяжную систему вентиляции сооружения и выбрасываются в атмосферу. Конденсат из сепаратора 27 и отсеков 3 оболочки 1 через сливные отверстия 33, патрубок 34 поступает в трубопровод 35 и через предварительно открытый вентиль 36 поступает по трубопроводу 35 в дренажную систему сооружения.

Предлагаемое устройство для консервации выхлопных газов по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяет в период полной изоляции сооружения от внешней среды осуществлять консервацию выхлопных газов с высокой степенью надежности и осуществлять при этом обеспечение необходимым для работы дизеля воздухом помещение, в котором установлен дизель-генератор.

Предлагаемое устройство является промышленно применимым, так как не содержит в себе элементов, которые не выпускаются промышленностью (воздуховоды, запорно-регулирующая арматура); содержит применяемый по патенту №2227882 теплообменный аппарат, используемый в качестве газоохладителя; надувная оболочка может быть изготовлена предприятиями, выпускающими надувные опалубки, надувные матрасы, надувные аттракционы и т.п.

Устройство может быть использовано в герметизированных сооружениях, работающих в условиях дефицита свежего воздуха и невозможности удаления выхлопных газов от работающих двигателей внутреннего сгорания, например от дизель-генераторов сооружений гражданской обороны в период их полной изоляции от окружающей среды. Основой устройства является надувная оболочка 1, разделенная на несколько отсеков 3, в которые нагнетается выхлопной газ, проходящий предварительно через газоохладитель 15. Оболочка 1, расположенная в потерне сооружения 7, вытесняет при нагнетании в нее отработанных газов воздух из потерны по воздуховоду 30 в помещение дизель-генератора 22, обеспечивая его нормальную работу. По окончании периода полной изоляции газ из надувной оболочки 1 удаляется в систему вытяжной вентиляции сооружения по воздуховоду 25, а оттуда - в атмосферу. Технический результат - обеспечение высокой надежности консервации выхлопных газов за счет разделения надувной оболочки на несколько отсеков. 2 ил.

Устройство для консервации выхлопных газов, содержащее надувную оболочку, сепаратор, воздуховоды и запорно-регулирующую арматуру, отличающееся тем, что надувная оболочка, изготовленная из воздухонепроницаемого материала, разделена перегородками, выполненными из того же материала, что и оболочка, на несколько отсеков, размещена на подставке, установленной на полу потерны сооружения, верхняя плоскость подставки выполнена решетчатой, в полу отсеков оболочки вырезаны отверстия для входа газа и для слива конденсата, а в боковых стенках отсеков несколько выше их пола проделаны отверстия для выхода газа; потерна соединена воздуховодом, оснащенным герметическим клапаном, снабженным электроприводом, с помещением дизель-генератора, а на выходе воздуховода в этом помещении установлен клапан для регулирования расхода воздуха, входные отверстия отсеков оболочки соединены патрубками, на которых смонтированы герметические клапаны, оснащенные электроприводами, с воздуховодом, присоединенным через обратный клапан к выходному патрубку газоохладителя, размещенного в помещении, смежном с помещением дизель-генератора, входной патрубок газоохладителя присоединен воздуховодом, на котором установлен герметический клапан с электроприводом, к выхлопной трубе дизель-генератора; выходные отверстия отсеков надувной оболочки присоединены патрубками к воздуховоду, присоединенному через герметический клапан с электроприводом к входу сепаратора, выход сепаратора имеет возможность сообщения с наружной атмосферой через воздуховод, выходящий из потерны и также снабженный герметическим клапаном с электроприводом; отверстия для слива конденсата из отсеков оболочки и из сепаратора соединены патрубками с трубопроводом, на котором установлен вентиль, сообщенным с дренажной системой сооружения.