АВТОНОМНАЯ КАМЕРА-УБЕЖИЩЕ Российский патент 2013 года по МПК E21F11/00 F24F3/16 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к установке, обеспечивающей атмосферу жизнеобеспечения в закрытом пространстве. Настоящее изобретение относится также к камерам-убежищам, содержащим такую установку.

Изобретение было разработано, в частности, в отношении камеры-убежища, хотя и не обязательно только для этого. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается данной областью и аспекты изобретения могут найти применение в других областях, которые не относятся к камерам-убежищам.

Известный уровень техники

Камеры-убежища применяются при подземных разработках месторождений, а также в других окружающих пространствах при возникновении необходимости наличия участка, где люди могут найти убежище в случае катастрофы или других обстоятельств, при которых создается опасность для жизни и здоровья людей.

Обычно камера-убежище содержит закрытое пространство, в котором люди могут найти убежище и которое может быть закрытым по отношению к наружному окружающему пространству, в котором расположена камера-убежище. Камера-убежище обычно содержит систему для поддержания среды жизнеобеспечения в пределах камеры в течение по меньшей мере ограниченного периода времени. В этом случае камера-убежище может содержать скруббер для удаления по меньшей мере диоксида углерода, выдыхаемого людьми, находящимися в закрытом пространстве.

Обычно необходимо иметь доступ к источнику электропитания для обеспечения работы скруббера на тот период времен, в течение которого создается среда жизнеобеспечения. Обычно электроэнергия требуется для приведения в действие воздуходувки с целью обеспечения циркуляции воздуха в закрытом окружающем пространстве. Соответственно, может потребоваться доступ к внешнему источнику электропитания от сети.

В альтернативном варианте, когда имеется внешний источник электропитания, возможно применение системы аккумуляторных батарей в камере-убежище для приведения в действие воздуходувки. Однако система аккумуляторных батарей требует, чтобы аккумуляторные батареи находились в заряженном состоянии в готовности к применению.

В камере-убежище не предусмотрено такое регулирование микроклимата в закрытом пространств, как регулирование при помощи нагрева или охлаждения. Такое регулирование микроклимата может являться преимущественным при образовании такой окружающей среды, которая является более комфортной для рабочего персонала, ожидающего спасения.

Настоящее изобретение было разработано с целью устранения недостатков и проблем, присущих известным установкам.

Краткое изложение сущности изобретения

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена установка для обработки среды, которая содержит устройство для образования потока рабочей текучей среды в канале для потока текучей среды, устройство, подвергающее обработке среду, а также подающее устройство для осуществления подачи среды в устройство обработки, причем устройство обработки и подающее устройство могут быть приведены в действие при помощи потока рабочей текучей среды.

Предпочтительно, среда содержит текучую среду. Текучей средой может быть воздух.

Предпочтительно, устройство для образования потока рабочей текучей среды, содержит источник рабочей текучей среды под давлением и канал для потока текучей среды, сообщающийся с источником.

Предпочтительно, источник является автономным источником. Автономный источник может содержать газовый баллон.

Предпочтительно, рабочая текучая среда содержит текучую среду под давлением. Текучая среда под давлением может содержать диоксид углерода.

Предпочтительно, подающее устройство содержит насосное устройство для подачи среды в устройство обработки. Насосное устройство может приводиться в действие при помощи потока рабочей текучей среды, проходящего по каналу для потока рабочей текучей среды. В одном варианте расположения устройств насосное устройство может содержать турбину, с которой взаимодействует поток рабочей текучей среды для приведения в действие насосного устройства. В другом варианте расположения устройств насосное устройство может содержать сильфон, который приспособлен к расширению и сжатию под воздействием регулируемого потока текучей среды.

Устройство обработки в одном варианте расположения устройств может содержать, по меньшей мере, один теплообменник для охлаждения или нагрева среды. Рабочая текучая среда приводит в действие теплообменник в том смысле, что она проходит в теплообменнике, находясь в теплообменной связи с ним, являясь тем самым составной частью цикла работы теплообменника.

Устройство обработки в другом варианте расположения устройств может содержать скруббер для удаления СО и CO₂ из среды.

Само собой разумеется, что может быть применено устройство обработки любого соответствующего вида для осуществления обработки, фильтрования или какой-либо другой обработки среды.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предусмотрена камера-убежище, содержащая установку для обработки среды согласно первому аспекту осуществления настоящего изобретения.

Камера-убежище может образовывать зону размещения, содержащую воздух, и может быть применена для обработки воздуха установка согласно первому аспекту настоящего изобретения. Таким образом может быть продлено время поддержания среды жизнеобеспечения в зоне размещения.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается способ обработки среды с применением установки согласно первому аспекту настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более понятно из нижеследующего описания нескольких вариантов осуществления настоящего изобретения, показанных на приложенных чертежах,

где на Фиг 1 - схематический вид сбоку камеры-убежища, включающей установку для обработки воздуха согласно первому варианту осуществления изобретения;

на Фиг.2 - вид спереди камеры-убежища;

на Фиг.3 - вид сзади камеры-убежища;

на Фиг.4 - схематический вид сверху камеры-убежища;

на Фиг.5 - схематический вид модуля, включенного в камеру-убежище и содержащего установку обработки воздуха согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг.6 - схематический вид модуля, включенного в камеру-убежище и содержащего установку обработки воздуха согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг.7 - схематический вид установки обработки воздуха, включенной в модуль, показанный на Фиг.6;

на Фиг.8 - схематический вид модуля пневматического управления, показанного на Фиг.7;

на Фиг.9 - вид механизма управления для осуществления функционирования воздушной завесы и дверец зоны доступа;

на Фиг.10 - схематический вид модуля, включенного в камеру-убежище и содержащего установку обработки воздуха в первом варианте расположения устройств согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг.11 - схематический вид установки обработки воздуха, включенной в модуль, показанный на Фиг.10;

на Фиг.12 - схематический вид модуля, включенного в камеру-убежище, содержащего установку обработки воздуха во втором варианте расположения устройств согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Оптимальный вариант(ы) осуществления настоящего изобретения

На Фиг.1-4 показана камера-убежище 10 для обеспечения защитного пространства, которое может быть закрытым или герметичным по отношению к наружному пространству, в котором она расположена. Камера-убежище 10 разработана, в частности, для применения при подземных разработках месторождений и, в особенности, для применения при подземных разработках угольных месторождений. Размеры камеры-убежища подобраны таким образом, чтобы она могла быть размещена в штольнях обычных подземных разработок угольных месторождений в США. Камера-убежище, само собой разумеется, может быть применена в любом другом соответствующем месте.

Камера-убежище 10 содержит камерную конструкцию 11, включающую основание 13, верхнюю часть 15, две продольные боковые стенки 17, переднюю стенку 18 и заднюю стенку 19.

Камерная конструкция 11 содержит приспособление 21 для зацепления с вилочными захватами подъемного устройства, такого как вилочный погрузчик. Кроме того, камерная конструкция 11 включает подъемные проушины 23 на каждой ее боковой стороне.

Во внутренней части камерной конструкции 11 имеются зона доступа 31, зона размещения 33 и зона обслуживания 36.

Зона доступа 31 обеспечивает доступ к зоне размещения 33 и содержит систему воздушного шлюза. Зона доступа 31 отделена от зоны размещения 33 при помощи стенки 37, которая имеет проход 38, который может открываться или закрываться при помощи дверцы 39 воздушного шлюза, что позволяет осуществлять перемещение между зоной доступа 31 и зоной размещения 33.

Передняя стенка 18 включает дверцу 41, которая может открываться для обеспечения доступа к зоне доступа 31. Дверца 41 содержит панель, установленную на шарнирах для свободного поворачивания вокруг практически горизонтальной оси 41 между закрытым и открытым положениями. В закрытом положении дверца 41 закрывает входное отверстие 47 в передней стенке 18. В открытом положении (как показано пунктирной линией на Фиг.1-4) дверца 41 простирается наружу от отверстия 47 рядом с нижним его краем, принимая при этом практически горизонтальное положение для образования платформы 48. Платформа 48 имеет амортизирующую подкладку 49. Платформа 48 обеспечивает поверхность, на которой человек, желающий попасть в камеру-убежище, может находиться в полулежачем положении, а затем проникнуть через отверстие 47 в зону доступа 31.

Механизм управления 50 (см. Фиг.2 и 9), включающий в себя пневматические цилиндры 51, предназначен для открывания и закрывания дверцы 41. Исполнительные элементы 53 функционируют с внешней стороны камеры-убежища 10 для открывания дверцы 50 при помощи механизма управления 50. Человек, находящийся в зоне доступа 31, может привести в действие другой исполнительный элемент (не показан) для закрывания дверцы 41 под воздействием пневматических цилиндров.

Зона доступа 31 включает систему воздушного шлюза, функционирующую при помощи механизма управления 50. Система воздушного шлюза приспособлена для образования воздушной завесы у отверстия 47, когда дверца 41 находится в открытом положении. Система воздушного шлюза также осуществляет продувку воздухом в зоне доступа 31 перед тем, как человек, находящийся в зоне доступа 31, может переместиться в зону доступа 33. В дверце 41 имеются вентиляционные отверстия 55 для выпуска продувочного воздуха.

Воздух для воздушного шлюза дверец 39 и 41 и воздушной завесы подается из одного или нескольких баллонов с воздухом, расположенных в зоне обслуживания 35.

Камера-убежище 10 может содержать также систему аварийной сигнализации. Эта система аварийной сигнализации может представлять собой сирену, которая приводится в действие при помощи, например, воздуха, поступающего из баллонов с воздухом, при создании избыточного давления в канале для потока рабочей текучей среды, что приводит в действие устройства обработки воздуха и воды, которые будут описаны ниже.

В зоне размещения 33 имеются места для сидения, предназначенные для людей, находящихся в этой зоне. В показанном варианте расположения устройств места для сидения содержат скамейки 61. Смотровой иллюминатор 63 предусмотрен в каждой продольной боковой стенке 17 в том месте, которое соответствует зоне размещения 33, позволяя людям, находящимся в этой зоне, осуществлять обзор наружного пространства, а также позволяя спасателям производить осмотр внутреннего пространства зоны размещения 33 прежде, чем войти в нее.

В зоне размещения 33 имеется также туалет 67.

Зона обслуживания 35 изолирована от зоны размещения 33 при помощи стенки 71. Зона обслуживания 35 расположена рядом с задней торцевой стенкой 19, и доступ в эту зону возможен через задние дверцы 73, встроенные в торцевую стенку 19. В зоне обслуживания 35 может быть размещена контрольно-измерительная аппаратура, а также вспомогательное оборудование и источники питания, применяемые для поддержания среды жизнеобеспечения в зоне размещения 33, включая баллоны с кислородом, сжатым воздухом и жидким диоксидом углерода.

В зоне размещения 33 может также размещаться модуль 65 для обработки воздуха в зоне размещения 33 для поддержания среды жизнеобеспечения в течение определенного периода времени. В камере-убежище согласно вариантам осуществления настоящего изобретения среда жизнеобеспечения в пределах зоны размещения может поддерживаться в течение приблизительно 100 часов при нахождении большого количества людей в этой зоне.

Как показано на Фиг.4, модуль 65 содержит корпус 75, в котором выполнены впускное отверстие 77 для воздуха и выпускное отверстие 79 для воздуха, позволяющие осуществлять впуск воздуха из зоны размещения 33 и возврат воздуха в зону размещения 33. Установка 81 встроена в корпус 75 и предназначена для обработки воздуха.

На Фиг.5 показана установка 81 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Установка содержит канал для потока рабочей текучей среды 89, имеющий устройство обработки 93 и насосное устройство 95. Насосное устройство 95 позволяет осуществлять взаимодействие между воздухом, подвергаемым обработке, и устройством обработки 93.

Устройство обработки 93 содержит теплообменник, как будет пояснено ниже. Рабочая текучая среда приводит в действие теплообменник в том смысле, что она проходит в теплообменнике, находясь в теплообменной связи с ним, являясь тем самым составной частью цикла работы теплообменника.

Насосное устройство 95 приводится в действие при помощи потока рабочей текучей среды, проходящего по каналу для потока рабочей текучей среды. Обычно насосное устройство содержит турбину, с которой взаимодействует поток рабочей текучей среды для приведения в действие насосного устройства.

Насосное устройство 95 содержит вентиляторную систему и/или сильфонные системы для подачи воздуха в устройство обработки 93. Устройство обработки 93 и насосное устройство 95 функционируют при помощи рабочей текучей среды, проходящей по каналу 89 для потока рабочей текучей среды.

Рабочая текучая среда подается из баллона или группы баллонов 91 в канал 89 для потока рабочей текучей среды и после приведения в действие устройства обработки 93 и насосного устройства 95 хранится в баллонах 99. Рабочей текучей средой может быть, например, диоксид углерода.

Вдоль канала 89 для потока рабочей текучей среды установлено клапанное устройство 97, расположенное перед устройством обработки 93 и предназначенное для регулирования потока рабочей текучей среды, подаваемой из баллонов 91 в канал 89 для потока текучей рабочей среды. Клапанное устройство 97 может содержать контрольно-измерительные приборы 97с (см. Фиг.7), показывающие давление подачи рабочей текучей среды. Управление работой клапанного устройства может осуществляться внутри зоны размещения 33. Клапанное устройство 97 содержит шаровые клапаны 97а, позволяющие осуществлять поступление рабочей текучей среды в канал 89 для потока рабочей текучей среды, а также регулирующий игольчатый клапан 97b, регулирующий поток рабочей текучей среды, поступающий в канал 89 для потока рабочей текучей среды.

В этом варианте осуществления настоящего изобретения процесс обработки, осуществляемый с применением воздуха, представляет собой процесс охлаждения. Это обеспечивает охлаждение в зоне размещения 33. В другом варианте расположения устройств может быть применено устройство обработки, например, для осуществления такой обработки, как удаление вещества из воздуха. Например, обработка может включать очистку воздуха для удаления из него СО и СО₂.

Соответственно, в показанном варианте расположения устройств, устройство обработки 93 содержит воздухоохладитель 94 для охлаждения воздуха 89 и насосное устройство 95, содержащее вентиляторную систему для подачи воздуха 87, поступающего из зоны размещения в установку 81 для взаимодействия с устройством обработки 93.

Воздухоохладитель 94 содержит по меньшей мере один теплообменник для отвода тепла из воздуха 87 в зоне размещения 33. Теплообменник содержит змеевики, через которые проходит рабочая текучая среда. Процесс охлаждения происходит по мере того, как воздух 87 контактирует со змеевиками теплообменника. Рабочая текучая среда, проходя через змеевики теплообменника, регулируется и при этом происходит падение температуры, что позволяет осуществить охлаждающее воздействие на воздух 87 по мере того, как воздух контактирует со змеевиками, содержащими холодную рабочую текучую среду. Воздух 87 подается в теплообменник с помощью насосного устройства 95.

Кроме того, происходит влагопоглощение по мере того, как метаболическое тепло и водяной пар, образующиеся в зоне размещения 33 камеры-убежища 10, контактируют с теплообменником устройства обработки 93.

Рабочая текучая среда после выпуска из устройства обработки 93 поступает через канал 89 для потока рабочей текучей среды к насосному устройству 95 для приведения его в действие. Насосное устройство 95 подает воздух 87 в зоне размещения 33 в установку 81 для взаимодействия с устройством обработки 93, как было описано выше. Рабочая текучая среда после приведения в действие насосного устройства 95 выпускается из установки 81 и хранится в баллонах 99.

Для обеспечения безопасности людей, находящихся в камере-убежище, баллоны 91 и 99 могут быть расположены в зоне хранения 35 вне зоны размещения 33 или вне камеры-убежища 10.

На Фиг.6 показана установка 81 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. В данном случае применены те же самые номера позиций для обозначения тех же самых частей в установке 81 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано на Фиг.6, установка 81 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения дополнительно к вышеописанному устройству обработки 93 для снижения температуры воздуха содержит также устройства обработки 101 и 103. Устройства обработки 101 и 103 соединены вдоль канала 89 для потока рабочей текучей среды и расположены за устройством обработки 93 и перед насосным устройством 95. В этом варианте расположения устройств рабочая текучая среда после прохождения через устройство обработки 93 подается по каналу 89, предназначенному для потока рабочей текучей среды, с целью приведения в действие устройств обработки 101 и 103 для дальнейшей обработки воздуха 87. Клапанное устройство 97 (описанное выше) расположено вдоль канала для потока рабочей текучей среды, перед устройством обработки 93 для регулирования потока рабочей текучей среды, поступающего из баллонов 91 в канал 89 для потока рабочей текучей среды. В этом варианте осуществления настоящего изобретения выпуск рабочей текучей среды может осуществляться в количестве 0-30 кг/час.

Устройства обработки 101 и 103 имеют соответственно впускные отверстия 105 и 107 и выпускные отверстия 109 и 111 для выпуска воздуха из зоны размещения 33 и впуска воздуха в зону размещения 33 после обработки воздуха 87. Впускные отверстия 105, 109 и выпускные отверстия 107,111 сообщаются с впускными отверстиями 77 для воздуха и выпускными отверстиями 79 для воздуха, имеющимися в корпусе 75.

Кроме того, в установку 81 может быть встроено устройство обработки 228 для охлаждения питьевой воды, предназначенной для людей, находящихся в зоне размещения 33. Устройство обработки 228 подсоединено вдоль канала 89 для потока рабочей текучей среды и приводится в действие при помощи рабочей текучей среды. Рабочая текучая среда после приведения в действие устройства обработки 228 подается в баллоны 99. Устройство 147 для подачи воды обеспечивает подачу воды в устройство обработки 228. Вода может подаваться во внутреннюю часть зоны размещения 33 через впускное отверстие 149.

В рабочем режиме в установку 81 поступает рабочая текучая среда из баллонов 91, как было описано выше со ссылкой на первый вариант осуществления настоящего изобретения, и эта установка приводит в действие устройство обработки 93. Рабочая текучая среда после приведения в действие устройства обработки 93 подается через канал 89 для потока рабочей текучей среды в устройства обработки 101 и 103 для дальнейшей обработки воздуха 87.

Как показано на Фиг.7, рабочая текучая среда приводит в действие устройство обработки 101 для дальнейшего поглощения тепла из воздуха 87. Охлаждающее действие устройства обработки 101 осуществляется за счет испарения. Устройство обработки 101 может представлять собой любой тип испарительных охладителей, таких как бытовые или промышленные охладители, в которых применяется прямое испарительное охлаждение (т.е. испарительные охладители).

После приведения в действие устройства обработки 101 рабочая текучая среда подается в устройство обработки 103. Устройство обработки 103 содержит скруббер 119 для очистки СО₂ и/или СО с целью поддержания в течение длительного времени среды жизнеобеспечения в зоне размещения 33. Скруббер 119 имеет воздушную камеру 121, содержащую модули обработки воздуха (устройства для очистки диоксида углерода (СO₂) и/или моноксида углерода (СО). Модули очистки воздуха содержат скруббер(ы) для очистки СO₂, содержащий(ие) фильтр Софнолайм (Sofnolime) 115. В качестве альтернативы, обработка воздуха может также включать в себя очистку от моноксида углерода (СО). Очистка СО может осуществляться с применением молекулита (moleculite). В том случае, когда применяется очистка СО, она может включать в себя процесс для преобразования СО в СO₂, который затем удаляется во время процесса очистки СO₂.

Воздух в зоне размещения 33 пропускается через скруббер для того, чтобы воздух в зоне размещения 33 мог быть пригодным для дыхания. Это осуществляется при помощи насосного устройства, содержащего сильфон 113, приспособленный для образования потока воздуха в воздушной камере 121. Как показано на Фиг.6, поршень 117 приспособлен для расширения и сжатия сильфона 111 с целью подачи воздуха (через обратный клапан) из зоны размещения 33 в воздушную камеру 121, которая имеет скруббер 119, а затем обратно в зону размещения 33 после обработки. Поршень 117 приводится в действие с помощью рабочей текучей среды и посредством модуля пневматического управления 123 после приведения в действие устройств обработки 93 и 101.

На Фиг.8 показан модуль пневматического управления 123, приводящий в действие поршень 117 для приведения в действие сильфона 113. Таким же образом при помощи модуля пневматического управления 123 могут быть приведены в действие другие сильфоны (не показаны). Как показано на Фиг.8, рабочая текучая среда поступает в модуль пневматического управления 123, который избирательно подает эту рабочую текучую среду к противоположным концам поршневой камеры (имеющей поршень 117), позволяя осуществить тем самым перемещение поршня 117 от одного конца поршневой камеры 125 к противоположному концу поршневой камеры 125. Перемещение поршня 117 позволяет осуществлять сжатие и расширение сильфона 113.

Для приведения в действие сильфона 113 рабочая текучая среда поступает в модуль пневматического управления 123 посредством регулятора обратного давления 133 по достижении желаемого давления на входе. Затем рабочая текучая среда подается в пределах модуля пневматического управления 123 к клапанному устройству 135 до того, как она достигнет четырехходового клапана 129. Клапанное устройство 135 дает возможность пользователям, находящимся в зоне размещения 33, управлять работой скруббера 119. При помощи четырехходового клапана 129 рабочая текучая среда избирательно подается в поршневую камеру 125. Клапанное устройство 135 практически аналогично вышеописанному клапанному устройству 97.

Модуль пневматического управления 123 содержит клапанное устройство 127, предназначенное для подачи рабочей текучей среды в поршневую камеру 125 с целью приведения в действие поршня 117. Клапанное устройство 127 содержит четырехходовой клапан 129 и клапаны управления низким давлением 131а и 131b. Четырехходовой клапан 129 осуществляет избирательную подачу рабочей текучей среды к двум отверстиям 130а, 130b поршневой камеры 125. Каждое отверстие 130а, 130b расположено на противоположных концах поршневой камеры 191, что позволяет рабочей текучей среде осуществлять перемещение поршня 117 из первого положения во второе положение, и наоборот. Для этого клапаны управления низким давлением 131а, 131b соответственно приспособлены для измерения давления у отверстий 130а, 130b поршневой камеры 125.

Клапаны управления низким давлением 131а, 131b подают сигнал четырехходовому клапану 129, в какое из отверстий 131а или 131b должна быть направлена рабочая текучая среда для того, чтобы осуществить перемещение поршня 117 от одного конца поршневой камеры 125 к противоположному концу поршневой камеры 125.

Регулятор обратного давления 137 позволяет осуществить вентиляцию всей системы до подачи звукового сигнала тревоги при помощи сирены после достижения желаемого давления на входе. Сирена 139 может быть приведена в действие для подачи сигнала тревоги снаружи при помощи создания избыточного давления в канале 89 для потока рабочей текучей среды с целью подачи сигнала тревоги.

Манометр 141 показывает давление рабочей текучей среды перед клапанным устройством 135, а манометр 142 показывает давление рабочей текучей среды перед регулятором обратного давления 137.

После приведения в действие скруббера 119 рабочая текучая среда подается через модуль пневматического управления 123 в насосное устройство 95 (такое, как всасывающая воздуходувка) для подачи воздуха в устройство обработки 93, как было пояснено выше. Затем рабочая текучая среда подается в устройство обработки 113 для приведения его в действие.

Устройство обработки 228 содержит воздухоохладитель (см. Фиг.7) для охлаждения питьевой воды, потребляемой людьми, находящимися в зоне размещения 33. Воздухоохладитель 228 приводится в действие при помощи рабочей текучей среды после приведения в действие устройства обработки 103. Воздухоохладитель 228 может представлять собой, например, резервуар 114, содержащий змеевик 118, по которому протекает рабочая текучая среда для охлаждения воды, содержащейся в резервуаре.

Рабочая текучая среда после приведения в действие устройства обработки 113 хранится затем в баллоне 99. В качестве альтернативы рабочая текучая среда может быть выпущена в атмосферу.

Предусмотрен также аварийный источник 143 воздуха. Аварийный источник 143 воздуха содержит источник хранения воздуха под давлением, сообщающийся с каналом 89 для потока рабочей текучей среды. Впуск воздуха из аварийного источника в канал 89 для потока рабочей текучей среды регулируется при помощи пружинного обратного клапана 145 с его заданным пороговым значением давления, которое ниже, чем в случае регулятора обратного давления 133. Пружинный обратный клапан 145 (см. Фиг.8) открывается вследствие снижения давления рабочей текучей среды, позволяя тем самым осуществить впуск воздуха из аварийного источника 143 в канал для потока рабочей текучей среды, что приводит в действие скруббер 119. Это позволяет привести в действие скруббер 119 при помощи источника сжатого воздуха. Аварийный источник 143 воздуха может быть также применен для увеличения температуры внутри зоны размещения 33. Это осуществляется путем отключения подачи рабочей текучей среды из баллонов 91 посредством клапанного устройства 97 (см. Фиг.6) и замещением рабочей текучей среды воздухом из аварийного источника 143 воздуха. Отсутствие потока рабочей текучей среды (вследствие закрывания клапанного устройства 97) прекращает процесс охлаждения воздуха посредством устройств обработки 93 и 101.

На Фиг.10 и 11 показана установка 81 согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. В данном случае применяются те же самые номера позиций, которые применяются для обозначения тех же самых частей в установке 81 согласно первому и второму вариантам осуществления настоящего изобретения.

Установка 81 содержит первое устройство обработки 151 и второе устройство обработки 153. Устройства обработки 151 и 153 приспособлены для обработки воздуха 87 в зоне размещения 33 камеры-убежища.

Установка 81 имеет впускное отверстие 163 для выпуска воздуха из зоны размещения 33 камеры-убежища, а также выпускное отверстие 165 для возврата обработанного воздуха в зону размещения 33. Впускное отверстие 163 и выпускное отверстие 165 сообщаются с впускными отверстиями 77 для воздуха и выпускными отверстиями 79 для воздуха, имеющимися в корпусе 75. Насосное устройство 95 подает воздух 87 из камеры-убежища в установку 81 для взаимодействия с устройствами обработки 151 и 153. Насосное устройство 9 может содержать вентиляторную или воздуходувную системы.

Первое устройство обработки 151 содержит скруббер 119, как было описано выше со ссылкой на второй вариант осуществления настоящего изобретения.

Второе устройство обработки 153 содержит многорадиаторный теплообменник 155 Согласно схеме расположения устройств, показанной на Фиг.10 и 11, теплообменник 155 содержит три радиатора 155а, 155b и 155 с. Радиаторы 155 соединены между собой для прохождения потока рабочей текучей среды из первого радиатора 155а в третий радиатор 155 с. Радиатор 155а расположен перед радиаторами 155b и 155 с. Радиатор 155с расположен за радиаторами 155а и 155b.

Как было описано выше со ссылкой на первый и второй варианты осуществления настоящего изобретения, рабочая текучая среда, хранящаяся в группе баллонов 91, подается через канал 89 для потока рабочей текучей среды для приведения в действие первого и второго устройств обработки 151, 153 и насосного устройства 95. Рабочая текучая среда, хранящаяся в баллонах 91, может содержать сжиженный СO₂.

Как показано на Фиг.10, рабочая текучая среда подается в радиатор 155а через канал 89 для потока рабочей текучей среды. Трубчатый теплообменник 157 и капиллярная трубка 159 расположены перед радиатором 155а. Капиллярная трубка 159 расположена между трубчатым теплообменником 157 и первым радиатором 155а.

Капиллярная трубка 159 позволяет регулировать расширение рабочей текучей среды. Это облегчает регулирование теплообменной способности радиатора 155а. Таким образом, установка 81 может быть выполнена с возможностью функционирования в камерах-убежищах, устанавливаемых либо в шахтах с низкой температурой, либо в шахтах с высокой температурой путем регулирования капиллярной трубки 159. В некоторых вариантах расположения устройств радиатор 155а может функционировать только как влагопоглотитель, поглощающий влагу из воздуха. Например, в шахтах с низкой температурой охлаждение воздуха может быть нежелательным.

Трубчатый теплообменник 157 осуществляет предварительный нагрев рабочей текучей среды перед ее поступлением в капиллярную трубку 159. Трубчатый теплообменник 157 содержит внутреннюю трубку и внешнюю трубку, окружающую внутреннюю трубку, позволяя тем самым осуществлять теплопередачу между первой и второй текучими средами, которые проходят соответственно через внутреннюю и внешнюю трубки. Согласно варианту расположения устройств, применяемому в этом варианте осуществления настоящего изобретения, во внешнюю трубку поступает рабочая текучая среда, выпускаемая из первого радиатора 155а. Во внутреннюю трубку теплообменника 157 поступает рабочая текучая среда, выпускаемая из баллона 91. По мере прохождения через внутреннюю трубку рабочая текучая среда предварительно охлаждается при помощи рабочей текучей среды охладителя (поступающей из первого радиатора 155а). Затем эта предварительно охлажденная рабочая текучая среда (которая проходит через внутреннюю трубку) подается в капиллярную трубку 159.

Клапан постоянного давления 161 расположен между выходом первого радиатора 155а и входом трубчатого теплообменника 157. Клапан постоянного давления 161 поддерживает определенное давление рабочей текучей жидкости в первом радиаторе 155а. Таким образом поддерживается постоянная температура кипения рабочей текучей среды в первом радиаторе 155а, что позволяет избежать замерзания влаги на поверхности змеевиков радиатора 155а. Наличие льда в змеевиках радиатора 155а препятствует прохождению воздуха через радиатор 155а. Это уменьшает охлаждение воздуха. В конкретном варианте расположения устройств клапан постоянного давления 61 поддерживает давление приблизительно при 450 фунт/дюйм² (31,64 кг/см²), что позволяет поддерживать температуру кипения приблизительно при 26°F (-3,33°С).

После приведения в действие первого радиатора 155а рабочая текучая среда выпускается из клапана постоянного давления 161, при этом происходит изменение давления, которое понижает температуру рабочей текучей среды. Более холодная рабочая текучая среда направляется в трубчатый теплообменник 157. Как было описано выше, трубчатый теплообменник 157 понижает температуру рабочей текучей среды, которая выпускается из баллона 91 и должна поступить в капиллярную трубку 159 и первый радиатор 155а.

После выпуска из трубчатого теплообменника 157 рабочая текучая среда приводит в действие второй радиатор 155b. Второй радиатор 155b расположен под скруббером 121. Это позволяет осуществлять отвод тепла, получаемого во время процесса очистки при помощи скруббера. На этой стадии большая часть рабочей текучей среды находится в основном в газовой фазе и служит для приведения в действие насосного устройства 95. Насосное устройство 95 содержит воздуходувную систему, которая образует поток воздуха между впускными отверстием 163 для воздуха и выпускным отверстием 165 для воздуха. Воздушный поток подает воздух из зоны размещения 33 камеры-убежища через скруббер 119 в теплообменник 155 и осуществляет возврат охлажденного воздуха в зону размещения 33.

После приведения в действие насосного устройства 96 происходит дальнейшее падение давления рабочей текучей среды и, следовательно, дальнейшее понижение температуры. Затем рабочая текучая среда подается в третий радиатор 155с для дальнейшего охлаждения воздуха. Затем воздух выпускается из установки 81 через выпускное отверстие 165.

Воздух, выпускаемый через выпускное отверстие 165, является пригодным для дыхания и холодным, и подается через впускное отверстие 77 (см. Фиг.4) в зону размещения 33 для поддержания условий существования людей в камере-убежище.

Рабочая текучая среда после приведения в действие радиатора 155 с затем хранится в баллоне 99. В качестве альтернативы, рабочая текучая среда может выпускаться в атмосферу и подвергаться утилизации.

Как показано на Фиг.11, игольчатый клапан 167 может быть, например, расположен параллельно капиллярной трубке 157. Этот вариант расположения устройств позволяет осуществлять перепуск рабочей текучей среды в обход капиллярной трубки 159. Игольчатый клапан 167 может подвергаться управлению для того, чтобы поток рабочей текучей среды мог проходить непосредственно через этот игольчатый клапан 167. Это в особенности применимо в том случае, когда в баллоне 91 остается все меньше рабочей текучей среды. За счет перепуска рабочей текучей среды в обход капиллярной трубки 159 сохраняется возможность функционирования насосного устройства 95 для пропускания воздуха через скруббер 121 до полного израсходования запаса рабочей текучей среды.

На Фиг.12 показан второй вариант расположения установки 81 согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте рабочая текучая среда подается из баллона 91 через трубчатый теплообменник 157 и капиллярную трубку 159 в первый радиатор 155а. Клапанная система 169 обеспечивает регулирование потока рабочей текучей среды, подаваемой в первый радиатор 155а. После приведения в действие первого радиатора 155а рабочая текучая среда подается во второй радиатор 155b для приведения его в действие. Затем рабочая текучая среда подается в трубчатый теплообменник 157 для охлаждения рабочей текучей среды, которая выпускается из баллона 91 и которая будет подаваться в первый радиатор 155а. Выход трубчатого теплообменника 157 имеет рабочее соединение со входом третьего радиатора 155с для подачи рабочей текучей среды, выпускаемой из трубчатого теплообменника 157.

После приведения в действие третьего радиатора 155с рабочая текучая среда подается далее в насосное устройство 95 для приведения его в действие.

Во втором варианте расположения устройств согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения также может быть осуществлен перепуск рабочей текучей среды в обход капиллярной трубки 159 при помощи клапана 167, расположенного параллельно капиллярной трубке 159, как описано со ссылкой на первый вариант размещения устройств согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Установка 81 согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения позволяет применять скруббер 119 и насосное устройство 95 без теплообменника 155. Между радиаторами 155а и 155b может быть установлен перепускной клапан 167 для того, чтобы обеспечить перепуск рабочей текучей жидкости в обход клапана 161 для полного израсходования запаса рабочей текучей среды.

Кроме того, другие варианты расположения устройств согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения могут включать скруббер 119 и насосы, снабженные сильфоном, как описано со ссылкой на второй вариант осуществления настоящего изобретения. Перепускные системы позволяют приводить в действие скруббер 119 и крыльчатые устройства, снабженные сильфоном 113.

К тому же установка 81 согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения может также включать устройства обработки другого типа, такие как испарительные охладители и водоохладитель, как описано со ссылкой на второй вариант осуществления настоящего изобретения. Эти устройства обработки могут быть расположены вдоль канала 89 для потока рабочей текучей среды и приводиться в действие при помощи рабочей текучей среды.

К тому же первый и второй варианты расположения устройств согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения могут включать клапанное устройство для прекращения подачи рабочей текучей среды в канал для потока рабочей текучей среды и/или для аварийного впуска воздуха в канал для потока рабочей текучей среды с целью приведения в действие устройств обработки, подсоединенных вдоль канала 89 для потока рабочей текучей среды.

Исходя из всего вышеописанного очевидно, что согласно настоящему изобретению предлагается простая, но при этом высокоэффективная установка для поддержания среды жизнеобеспечения в камере-убежище 10 без необходимости применения внешних источников. Среда жизнеобеспечения может поддерживаться до тех пор, пока имеются соответствующие источники рабочей текучей среды (диоксида углерода), позволяющие продолжать обработку воздуха с целью активного воздействия на микроклимат в зоне размещения 33.

Должно быть понятно, что объем настоящего изобретения не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления настоящего изобретения.

Установка 81 может быть применена для обработки любого вида рабочей текучей среды, содержащейся в закрытом пространстве. К тому же в качестве рабочей текучей среды может применяться любая соответствующая текучая среда, которая поглощает тепло при расширении и может приводить в действие связанные с ней устройства обработки.

Кроме того, установка 81 может содержать любое количество устройств обработки, которые могут быть расположены вдоль потока рабочей текучей среды. Устройства могут быть любого вида и не ограничиваться примерами, приведенными в описании настоящего изобретения. Например, испарительный охладитель не обязательно должен работать по принципу прямого испарительного охлаждения. Может быть применен испарительный охладитель, в котором применяется косвенное испарительное охлаждение.

Несмотря на то, что настоящее изобретения было описано как изобретение, относящееся к камере-убежищу, которое обычно применяется при подземных разработках месторождений, должно быть понятно, что это изобретение может быть применено в различных других областях, таких как модули жизнеобеспечения, применяемые в подводной среде, и подземные защитные убежища (такие как противоатомные убежища).

Возможны модификации и усовершенствования в пределах объема настоящего изобретения.

В описании изобретения и в формуле изобретения, если только контекст не требует иного, слово «содержат» или такие его варианты как «содержит» или «содержащий», подразумевают включение упомянутой составной части целого или группы составных частей целого, но не исключение какой-либо другой составной части целого или какой-либо другой группы составных частей целого.

Группа изобретений относится к установкам, обеспечивающим атмосферу жизнеобеспечения в закрытом пространстве, и камерам-убежищам, содержащим такие установки. Установка содержит устройство для образования потока рабочей текучей среды в канале для потока, устройство обработки, подвергающее обработке среду, и подающее устройство для подачи среды в устройство обработки. При этом устройство обработки и подающее устройство могут быть приведены в действие при помощи потока рабочей текучей среды. Технический результат заключается в повышении эффективности поддержания среды жизнеобеспечения в камере-убежище. 4 н. и 33 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Установка для обработки среды, содержащая устройство для образования потока рабочей текучей среды в канале для потока, устройство обработки, подвергающее обработке среду и содержащее теплообменник, относительно которого может проходить рабочая текучая среда с возможностью теплообмена с ним, подающее устройство, выполненное с возможностью приведения его в действие при помощи потока рабочей текучей среды с целью подачи среды в устройство для обработки с обеспечением теплообмена с ним.

2. Установка для обработки среды по п.1, в которой среда является текучей средой.

3. Установка для обработки среды по п.2, в которой текучая среда содержит воздух.

4. Установка для обработки среды по любому из пп.1-3, в которой устройство для образования потока рабочей текучей среды содержит источник рабочей текучей среды под давлением и канал для потока, сообщающийся с источником.

5. Установка для обработки среды по п.4, в которой источник является автономным источником.

6. Установка для обработки среды по п.5, в которой автономный источник содержит газовый баллон.

7. Установка для обработки по п.1, в которой рабочая текучая среда содержит текучую среду под давлением.

8. Установка для обработки среды по п.1, в которой текучая рабочая среда содержит диоксид углерода.

9. Установка для обработки среды по п.1, в которой подающее устройство содержит насосное устройство для подачи среды в устройство обработки.

10. Установка для обработки среды по п.1, в которой устройство обработки содержит, по меньшей мере, один теплообменник для охлаждения среды.

11. Установка для обработки среды по п.1, в которой устройство обработки содержит скруббер для удаления СО и СО₂ из среды.

12. Установка для обработки среды по п.11, в которой теплообменник содержит множество радиаторов, соединенных последовательно.

13. Установка для обработки среды по п.12, содержащая, по меньшей мере, одну капиллярную трубку для регулирования впуска текучей рабочей среды в первый радиатор теплообменника.

14. Установка для обработки среды по п.13, содержащая также клапанное устройство для перепуска в обход, по меньшей мере, одной капиллярной трубки с целью подачи рабочей текучей среды в первый радиатор теплообменника.

15. Установка для обработки среды по п.13, содержащая трубчатый теплообменник для предварительного охлаждения рабочей текучей среды перед ее впуском в теплообменник.

16. Установка для обработки среды по п.15, в которой трубчатый теплообменник приводится в действие при помощи рабочей текучей среды, выпускаемой из, по меньшей мере, одного первого радиатора теплообменника.

17. Установка для обработки среды по п.15, содержащая также клапан постоянного давления для регулирования давления в первом радиаторе.

18. Установка для обработки среды по п.13, в которой канал для потока выполнен с возможностью выпуска рабочей текучей среды из первого радиатора и подачи во второй радиатор теплообменника.

19. Установка для обработки среды по п.18, в которой канал для потока выполнен с возможностью подачи рабочей текучей среды, выпускаемой из второго радиатора, для приведения в действие подающего устройства.

20. Установка для обработки среды по п.19, в которой канал для потока выполнен с возможностью подачи рабочей текучей среды, выпускаемой из подающего устройства, в третий радиатор.

21. Установка для обработки среды по п.18, в которой клапан постоянного давления подсоединен вдоль канала для потока между первым радиатором и вторым радиатором.

22. Установка для обработки среды по п.21, в которой канал для потока выполнен с возможностью подачи рабочей текучей среды, выпускаемой из второго радиатора, в трубчатый теплообменник.

23. Установка для обработки среды по п.22, в которой канал для потока выполнен с возможностью подачи рабочей текучей среды, выпускаемой из трубчатого теплообменника, в третий радиатор.

24. Установка для обработки среды по п.23, в которой канал для потока выполнен с возможностью подачи рабочей текучей среды, выпускаемой из третьего радиатора, в подающее устройство.

25. Установка для обработки среды по п.10, в которой скруббер и теплообменник соединены последовательно для обеспечения возможности осуществлять очистку среды перед тем, как эта среда подвергнется теплообмену.

26. Установка для обработки среды по п.1, содержащая испарительный охладитель для дальнейшего снижения температуры среды.

27. Установка для обработки среды по п.1, содержащая водоохладитель, приводимый в действие при помощи рабочей текучей среды и предназначенный для снижения температуры воды, содержащейся в резервуаре для воды.

28. Установка для обработки среды по п.1, содержащая аварийный источник воздуха, имеющий рабочее соединение с каналом для потока рабочей текучей среды.

29. Установка для обработки среды по п.10, в которой, по меньшей мере, один теплообменник выполнен с возможностью охлаждения и/или уменьшения влажности среды.

30. Камера-убежище, содержащая установку для обработки среды по любому из пп.1-29.

31. Камера-убежище по п.30, содержащая зону обслуживания, модуль для размещения установки и зону размещения, причем зона обслуживания содержит источник рабочей текучей среды для приведения в действие установки и аварийного источника воздуха.

32. Камера-убежище по п.30, в которой модуль находится под вакуумом.

33. Камера-убежище по п.30 или 31, содержащая также систему аварийной сигнализации, выполненную с возможностью приведения в действие при помощи рабочей текучей среды.

34. Способ обработки среды с применением установки по любому из пп.1-29.

35. Способ охлаждения ограниченного пространства без необходимости применения внешних источников электропитания, включающий образование потока рабочей текучей среды в канале для потока, прохождение рабочей текучей среды с возможностью теплообмена с теплообменником, подачу воздуха в теплообменник посредством подающего устройства, выполненного с возможностью приведения в действие при помощи потока рабочей текучей среды для осуществления теплообмена с теплообменником с целью охлаждения воздуха, и подачу охлажденного воздуха в ограниченное пространство.

36. Способ по п.35, при котором подающее устройство приводится в действие при помощи рабочей текучей среды после ее прохождения относительно теплообменника.

37. Способ по п.35, при котором воздух содержит воздух ограниченного пространства.