СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И КИСЛОРОДА В ПОМЕЩЕНИИ Российский патент 2018 года по МПК B01D61/00 F24F3/14 F24F3/16 

Изобретение относится к способам разделения газовых смесей с использованием полунепроницаемых мембран для регулирования содержания углекислого газа и кислорода с целью создания атмосферы в помещении, благоприятной для дыхания и жизнедеятельности человека.

Известно техническое решение в виде установки для кондиционирования воздуха, имеющей обогащающее кислородом устройство (патент РФ №2259515, F24F 3/12, опубл. 29.09.2001). Согласно этому патенту внешний газовый поток формируется из наружного атмосферного воздуха, сжатие внешнего газового потока, его покомпонентное разделение в мембранном модуле происходит за счет подачи и пропускания вдоль селективной мембраны в области высокого давления мембранного модуля, а из области низкого давления мембранного модуля отводится поток воздуха, обогащенный кислородом, который подается в помещение, а часть непроникшего потока сбрасывается в атмосферу. Недостатками данного устройства являются:

- устройство не позволяет регулировать содержание углекислого газа и кислорода;

- устройство не позволяет регулировать влажность в помещении.

Наиболее близким по техническому решению к заявленному способу и взятым за прототип, является способ создания дыхательных атмосфер (патент РФ №2431784, F24F3/14, F24F 3/16, опубл. 20.10.2011 г.). Согласно этому патенту в этом способе внешний газовый поток подвергается двойному покомпонентному газоразделению на селективных мембранах. Поток питания из наружного атмосферного воздуха поступает на дополнительный мембранный модуль, из области низкого давления модуля получают поток, обогащенный углекислым газом и кислородом. Из области высокого давления дополнительного модуля поток поступает на основной мембранный модуль. В области низкого давления основного мембранного модуля получают поток, преимущественно обогащенный кислородом. Из области высокого давления основного мембранного модуля получают поток, обедненный кислородом и углекислым газом. Из определенных частей этих трех потоков формируется поток требуемого газового состава и подается внутрь помещения.

К недостаткам способа можно отнести следующие:

- при выбранном режиме работы с дополнительного мембранного модуля в комнату подается воздух с высоким содержанием СО₂;

- для сохранения баланса воздух, находящийся в помещении, сбрасывается в наружную атмосферу, что приводит к уменьшению энергоэффективности.

Технический результат данного способа заключается в увеличении энергоэффективности при покомпонентной (кислород, углекислый газ, влажность) регулировке состава атмосферы в помещении, а также в упрощении управления системой. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в способе регулирования содержания углекислого газа и кислорода в помещении, включающем поочередное формирование потока воздуха из наружного атмосферного воздуха, сжатие потока воздуха, поток воздуха подается на мембранный модуль, где воздух обогащается кислородом и поступает в помещение, а поток, не проникший через мембранный модуль, сбрасывается в атмосферу. Формируется сжатый поток воздуха из помещения, поток воздуха подается на мембранный модуль, где происходит очистка воздушного потока из помещения от углекислого газа, очищенный воздух возвращается в помещение, а воздух, обогащенный углекислым газом, сбрасывается в атмосферу вне помещения.

В основу способа положено то, что сжатый воздух из наружной атмосферы подается на мембранный модуль, где происходит обогащение кислородом. Поток, обогащенный кислородом, поступает в помещение. Сжатый воздух из помещения подается на мембранный модуль, где происходит удаление углекислого газа. Поток, обогащенный углекислым газом, сбрасывается в наружную атмосферу, поток, очищенный от углекислого газа, снова подается в помещение.

На фигуре 1 изображена схема реализации способа регулирования содержания углекислого газа и кислорода в помещении.

Способ реализуется следующим образом. Наружный атмосферный воздух засасывается с улицы компрессором 2 через трехходовой клапан 1, далее воздух проходит систему регулировки влажности, состоящую из охладителя 3, сепаратора 4, слива 5 и нагревателей 6 и 7. Воздух полностью осушается, конденсат поступает в слив 5, через клапан 8 подготовленный воздух подается в мембранный модуль 9, поток, обогащенный кислородом, подается в помещение через трехходовой клапан 10, а поток, не проникший через мембрану, сбрасывается в атмосферу через трехходовой клапан 11.

Очистка воздуха от углекислого газа осуществляется следующим образом. Воздух забирается из помещения компрессором 2, подается в систему регулировки влажности, через клапан 8 подготовленный воздух подается на мембранный модуль 9. Поток, обогащенный углекислым газом, сбрасывается в атмосферу вне помещения через трехходовой клапан 11, а очищенный от углекислого газа воздух снова подается в помещение через трехходовой клапан 10.

Влажность в помещении регулируется следующим образом. Воздух подается в охладитель 3, где он полностью осушается, из сепаратора 4 конденсат накапливается в сливе 5, затем осушенный воздух поступает в нагреватель 7 и подается на мембранный модуль 9. Уровень влажности регулируется за счет испарения накопленного конденсата в сливе 5 с помощью нагревателя 6 и подачи в помещение для установления заданного уровня влажности.

Примеры реализации способа.

Пример 1.

Поддержание дыхательной атмосферы в комнате, в которой находится человек.

Требования к атмосфере в помещении: кислород - 23 об. %, углекислый газ - не более 0,5 об. %.

Использован мембранный модуль 2 (см. фиг. 1) с селективной мембраной на основе ПВТМС площадью 6,78 м².

В режиме обогащения воздуха кислородом за счет использования воздуха с улицы компрессор обеспечивает внешний газовый поток 14,8 нм³/час с давлением 6 бар. Из области низкого давления мембранного модуля отводится газовый поток, величиной 5,46 нм³/час со следующими параметрами:

Концентрация кислорода - 35,23 об. %

Концентрация углекислого газа - 0,07 об. %

Этот газовый поток подается в комнату.

В режиме очистки воздуха в помещении от углекислого газа компрессор обеспечивает внешний газовый поток 10 нм³/час с давлением 6 бар. Из области низкого давления мембранного модуля отводится газовый поток величиной 5,46 нм³/час со следующими параметрами:

Концентрация кислорода - 34,16 об. %

Концентрация углекислого газа - 0,88 об. %

Этот газовый поток выводится в атмосферу.

Данная конфигурация обеспечивает покомпонентный баланс воздушных потоков.

Переключение режимов происходит каждые 5 минут. При переключении выход трехходового клапана 3, через который поступает воздух из атмосферы, перекрывается и открывается выход, через который поступает воздух из помещения.

Пример 2.

Параметры дыхания человека. Воздухообмен 600 литров в час. Поглощение кислорода - 30 л/час, выделение углекислого газа - 24 л/час.

Параметры атмосферного воздуха: кислород - 21 об. %, углекислый газ -0,03 об. %.

Требования к атмосфере в помещении: кислород - 22 об. %, углекислый газ - не более 0,3 об. %.

Он работает в двух режимах: обогащение воздуха кислородом за счет подачи в область высокого давления мембранного модуля воздуха из атмосферы.

Способ по совокупности признаков п. 1 формулы настоящего изобретения.

Использован мембранный модуль 2 (см. фиг. 1) с селективной мембраной на основе ПВТМС площадью 14,22 м².

В режиме обогащения воздуха кислородом за счет использования воздуха с улицы компрессор обеспечивает внешний газовый поток 18,2 нм³/час с давлением 6 бар. Из области низкого давления мембранного модуля отводится газовый поток, величиной 10,92 нм³/час со следующими параметрами:

Концентрация кислорода - 30,24 об. %.

Концентрация углекислого газа - 0,05 об. %.

Этот газовый поток подается в комнату.

В режиме очистки воздуха в помещении от углекислого газа компрессор обеспечивает внешний газовый поток 16 нм³/час с давлением 6 бар. Из области низкого давления мембранного модуля отводится газовый поток величиной 10,92 нм³/час со следующими параметрами:

Концентрация кислорода - 29,63 об. %.

Концентрация углекислого газа - 0,44 об. %.

Этот газовый поток выводится в атмосферу.

Данная конфигурация обеспечивает покомпонентный баланс воздушных потоков.

Переключение режимов осуществляется аналогично примеру 1.

Из приведенных выше примеров видно, что для поддержания в помещении более низкой концентрации углекислого газа необходимо увеличивать площадь мембранного модуля, а также потоки, создаваемые компрессором.

Изобретение относится к области кондиционирования воздуха. Способ регулирования содержания углекислого газа и кислорода в помещении, включающий формирование и сжатие атмосферного воздушного потока при помощи компрессора с последующим его обогащением кислородом в мембранном модуле и подачу потока воздуха, обогащенного кислородом, в помещение и сброс потока воздуха, не проникшего через мембранный модуль, в атмосферу вне помещения, отличается тем, что формирование и сжатие воздушного потока компрессором может осуществляться с поочередным соединением с воздушным потоком из помещения, при этом воздушный поток из помещения поступает на вход мембранного модуля, где происходит очистка воздушного потока из помещения от углекислого газа, который сбрасывается в атмосферу вне помещения, а очищенный воздух возвращается в помещение. Технический результат заключается в увеличении энергоэффективности при покомпонентной (кислород, углекислый газ, влажность) регулировке состава атмосферы в помещении, а также в упрощении управления системой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ регулирования содержания углекислого газа и кислорода в помещении, включающий формирование и сжатие атмосферного воздушного потока при помощи компрессора с последующим его обогащением кислородом в мембранном модуле и подачу потока воздуха, обогащенного кислородом, в помещение и сброс потока воздуха, не проникшего через мембранный модуль, в атмосферу вне помещения, отличающийся тем, что формирование и сжатие воздушного потока компрессором может осуществляться с поочередным соединением с воздушным потоком из помещения, при этом воздушный поток из помещения поступает на вход мембранного модуля, где происходит очистка воздушного потока из помещения от углекислого газа, который сбрасывается в атмосферу вне помещения, а очищенный воздух возвращается в помещение.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий систему, регулирующую влажность, установленную на выходе компрессора.