ПЕРЕНОСНАЯ УСТАНОВКА АБСОРБЦИИ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА Российский патент 2020 года по МПК B01D53/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к переносному устройству для абсорбции двуокиси углерода (CO₂), которое может удалять избыток CO₂ в замкнутом пространстве. Абсорбционное устройство предназначено для многократного применения и выполнено с возможностью использования в различных условиях эксплуатации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Использование замороженной двуокиси углерода (CO₂), обычно называемой сухим льдом, для поддержания низких температур при транспортировке скоропортящихся продуктов является распространенной практикой во многих отраслях промышленности. Однако при перемещении, а также во время загрузки и/или разгрузки, сухой лед может сублимировать до газообразного CO₂. В различных условиях эксплуатации, например, в герметичных или плохо вентилируемых пространствах самолетов, грузовых автомобилей или грузовых транспортных контейнеров повышенная концентрация CO₂ может приводить к пагубным последствиям. Существующие технические решения не обеспечивают портативности, являются большими, тяжелыми, громоздкими, сложными в установке, и требуют значительных площадей или выделяемого пространства для их использования. Существующие технические решения не могут быть перенесены в место или на участок возникновения повышенного уровня газообразной двуокиси углерода (CO₂), в то время как устройство по настоящему изобретению может быть перенесено в место или на участок возникновения повышенного уровня газообразной двуокиси углерода (CO₂) и использовано для снижения опасных уровней газообразного CO₂ до приемлемых допустимых уровней. Существующие технические решения требуют использования больших контейнеров или резервуаров, которые являются тяжелыми и сложнозаменяемыми.

[0003] Настоящее изобретение поддерживает безопасность летных экипажей от воздействия токсичных уровней газообразной двуокиси углерода, образующейся во время запуска двигателя и в случаях противообледенительной обработки путем сублимации сухого льда, необходимого для перевозки скоропортящихся грузов. Это в первую очередь представляет опасность в замкнутых/небольших/ограниченных/закрытых пространствах, таких как кабина и дополнительные отсеки самолета, в которых размещается летный экипаж. В случае концентрации CO₂ в кабине и/или дополнительных отсеках для экипажа свыше 0,5% об. CO₂, согласно политике и требованиям техники безопасности летный экипаж обязан надеть кислородные маски и направить самолет обратно в секцию вылета, в которой летный экипаж покинет борт, а перевозка будет отложена. Кроме того, настоящее изобретение позволяет увеличить объемы транспортировки сухого льда и уменьшить количество вылетов, отложенных в результате превышения допустимых уровней концентрации двуокиси углерода в области размещения летного экипажа, например, в кабине и дополнительных отсеках.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Изобретение в целом относится к переносному устройству, снижающему уровень концентрации двуокиси углерода в окружающем пространстве. В различных вариантах реализации изобретения устройство работает автоматически с поддержкой непрерывного контроля и снижения концентрации двуокиси углерода в окружающем пространстве. Электрическое питание устройства может осуществляться от аккумуляторной батареи либо от внешнего источника энергоснабжения. Устройство является долговечным и пригодным для многих промышленных применений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0005] Файл патентной заявки содержит по меньшей мере одну фотографию, выполненную в цвете. Копии публикации этой патентной заявки с цветными фотографиями предоставляются ведомством по запросу после внесения требуемой оплаты.

[0006] Фиг. 1 представляет собой аксонометрическое изображение вида спереди переносной установки абсорбции двуокиси углерода с удаленными согласно одному варианту реализации изобретения внешними частями корпуса.

[0007] Фиг. 2 представляет собой аксонометрическое изображение вида сзади переносной установки абсорбции двуокиси углерода с удаленными согласно одному варианту реализации изобретения внешними частями корпуса.

[0008] Фиг. 3 представляет собой изображение в вертикальной проекции вида сзади переносной установки абсорбции двуокиси углерода с удаленными согласно одному варианту реализации изобретения внешними частями корпуса.

[0009] Фиг. 4 представляет собой изображение в вертикальной проекции вида сбоку переносной установки абсорбции двуокиси углерода с удаленными согласно одному варианту реализации изобретения внешними частями корпуса.

[0010] Фиг. 5 представляет собой изображение в горизонтальной проекции вида сверху переносной установки абсорбции двуокиси углерода с удаленными согласно одному варианту реализации изобретения внешними частями корпуса.

[0011] Фиг. 6 представляет собой изображение в вертикальной проекции вида спереди переносной установки абсорбции двуокиси углерода с удаленными согласно одному варианту реализации изобретения внешними частями корпуса.

[0012] Фиг. 7 представляет собой аксонометрическое изображение вида спереди переносной установки абсорбции двуокиси углерода с установленной согласно одному варианту реализации изобретения внешней частью корпуса.

[0013] Фиг. 8 представляет собой аксонометрическое изображение вида спереди переносной установки абсорбции двуокиси углерода с установленной согласно одному варианту реализации изобретения внешней частью корпуса.

[0014] Фиг. 9–14 представляют собой изображения различных видов в сборе внутренних элементов переносной установки абсорбции двуокиси углерода согласно различным вариантам реализации изобретения.

[0015] Фиг.15 представляет собой принципиальную электрическую схему системы управления и системы электропитания согласно одному варианту реализации изобретения.

[0016] Фиг. 16–17 представляют собой типовые принципиальные электрические схемы контроллера и цепи управления соответственно.

[0017] Фиг. 18–31 представляют собой фотографии другого варианта реализации переносной системы абсорбции диоксида углерода согласно другому варианту реализации изобретения по настоящему описанию.

[0018] Фиг. 32 представляет собой изображение временной зависимости уровней поглощения CO₂ для различных режимов работы переносной установки абсорбции двуокиси углерода согласно одному варианту реализации изобретения.

[0019] Фиг. 33 представляет собой таблицу значений уровня поглощения CO₂ в зависимости от времени работы переносной установки абсорбции двуокиси углерода в различных режимах согласно одному варианту реализации изобретения.

[0020] Любые размеры, использованные в графических материалах, представлены исключительно с иллюстративной целью и не обязательно ограничивают размер изображенных устройств.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021] Настоящее изобретение относится к облегченной и переносной установке абсорбции двуокиси углерода для удаления или очистки воздуха от газообразной двуокиси углерода. Установка может быть выполнена с возможностью использования в различных условиях эксплуатации. Например, установка абсорбции двуокиси углерода может поддерживать или снижать уровни концентрации CO₂ в самолетах до, во время и после полета.

[0022] Федеральное управление гражданской авиации США (FAA, United States Federal Aviation Administration) относит сухой лед к опасным материалам. Имеются опубликованные нормативы FAA для определения количества сухого льда на борту самолета. Согласно рекомендательному циркуляру FAA 91–76A «Hazard Associated with Sublimation of Solid Carbon Dioxide (dry Ice) Aboard Aircraft» концентрация CO₂ на воздушном судне не должна превышать 0,5% об. CO₂. Сублимированный CO₂ представляет собой бесцветное и не имеющее запаха вещество, и при высоких концентрациях в замкнутом/небольшом/ограниченном/закрытом пространстве, например, в самолете, может приводить к недееспособности авиаэкипажа.

[0023] Также имеются нормативы на газообразный CO₂, полученный сублимацией сухого льда или полученный из других источников. FAA отмечает, что сублимация твердого CO₂ производит избыточный газообразный CO₂, что может представлять опасность в замкнутых пространствах с отсутствием вентиляции или с вентиляцией низкой кратности. Эта ситуация обостряется во время запуска двигателя самолета и противообледенительной обработки самолета, когда отключают силовые установки или электрическое оборудование, и останавливают всю вентиляцию и воздухообмен.

[0024] Скорость сублимации зависит от условий окружающей среды, включая температуру и давление, физических свойств сухого льда, например, площади поверхности, и качества упаковочных материалов, например, изолированных в отличии от неизолированных материалов. FAA разработало стандартную формулу, определяющую эмпирическое правило для загрузки сухого льда, в котором произведение требуемой концентрации CO₂, равной 0,5% об., на общий объем самолета и полную кратность воздухообмена в час пропорционально величине двух стандартных скоростей сублимации: 1% в час и 2% в час. Поэтому для заданной скорости сублимации увеличение кратности воздухообмена в два раза позволяет увеличить допустимый объем транспортируемого сухого льда также в два раза. И наоборот, уменьшение кратности воздухообмена по отношению к заданной скорости сублимации приводит к двукратному уменьшению допустимого объема транспортируемого сухого льда.

[0025] В различных аспектах современное воздушное судно может регенерировать до 50% вентилируемого в салоне воздуха, вместо осуществления 100%–ного обмена свежего воздуха. Это уменьшение объема полных циклов воздухообмена в час, как следствие, приводит к уменьшению допустимых объемов транспортируемого сухого льда. Поскольку снижение объемов сухого льда оказывает влияние на объемы и сроки транспортировки скоропортящихся грузов, пищевых, медицинских и/или биологических материалов, необходимы средства для поддержания безопасных уровней CО₂.

[0026] Переносная установка абсорбции двуокиси углерода (PCDAM, Portable Carbon Dioxide Absorption Machine) по настоящему изобретению вполне пригодна для снижения или поддержания уровней концентрации CO₂ в замкнутых пространствах. Поскольку газообразный CO₂ является более плотным, чем воздух, газообразный CO₂ вытесняет воздух и размещается внизу вблизи пола или земли. PCDAM может быть удобно и легко размещена в кабине и дополнительных отсеках для экипажа и находиться в эксплуатации для поддержания безопасных уровней концентрации CO₂ даже при выключенной энергосистеме самолета, без использования силовых установок или сети самолета. PCDAM может быть включена в случаях проведения противообледенительной обработки и запуска двигателя, при этом в процессе эксплуатации она будет поддерживать безопасные условия для экипажа воздушного судна, уменьшать количество задержанных перевозок и увеличивать общие объемы транспортируемого сухого льда.

[0027] PCDAM также может быть масштабирована с увеличением или уменьшением, или перестроена с возможностью использования в разных типах пространств и условий эксплуатации. Например, помимо грузовых или транспортных самолетов PCDAM может также использоваться в процессах производства пищевых продуктов, в которых двуокись углерода используют в качестве пищевой добавки, пропеллента, регулятора кислотности, разрыхлителя, или используют для удаления кофеина. Аналогичным образом PCDAM может использоваться на мощностях для производства напитков и в пивоварнях, где CО₂ используют для газирования прохладительных напитков, для содействия ферментации и для быстрого охлаждения винограда с целью предотвращения спонтанного брожения перед обработкой. PCDAM также пригодна для многих других промышленных применений. Эти применения включают среди прочего производства, в которых выполняют сварку, обработку металлов и строительные работы, поскольку газообразный CO₂ используют в качестве защитного газа для сварки или пропеллента под давлением для портативных пневматических инструментов. Эти промышленные применения также включают любые технологические линии с системой пожаротушения, которые, как правило, используют большие количества жидкости и газообразной двуокиси углерода при различном давлении. После остановки огня, в процессе проведения аварийно–восстановительных работ необходимо удалять плотный газообразный диоксид углерода. PCDAM также может быть использована в биопроизводствах, скотобойнях и лабораториях, в которых высокие уровни фотосинтеза или разложения бактерий и отходов создают объемы CO₂.

[0028] Для охлаждения продуктов на торговых предприятиях может быть использован холодильный агент на основе двуокиси углерода, а на нефтепромыслах газообразную двуокись углерода можно закачивать в скважины при высоких давлениях. В обоих случаях применения используют большие объемы CO₂, которые могут отрицательно воздействовать на операторов в случаях возникновения утечек или других повреждений. Аналогично этому, большие объемы CO₂ используют или получают при производстве цемента, в литейном производстве, и на электростанциях, для всех из которых обеспечивается преимущество за счет контроля уровней CО₂ в местных условиях.

[0029] В общем случае PCDAM имеет небольшую портативную конструкцию. В неограничивающем примере PCDAM может иметь малый вес (приблизительно менее 18 кг или 40 фунтов) и иметь компактную конструкцию (приблизительно размера переносного чемодана). В одном примере PCDAM 10 может иметь приблизительно 14 дюймов ширины × 9 дюймов глубины × 24 дюйма высоты.

[0030] В различных вариантах реализации изобретения переносная установка абсорбции двуокиси углерода (PCDAM) 10, как показано на фиг. 1–8, содержит один или несколько нагнетателей/ вентиляторов 100, один или несколько абсорбирующих CO₂ устройств 200, коллектор 300, систему электропитания 400, систему управления 500, компоненты проточного трубопровода 600 и корпус 700. Варианты реализации в сборке одного или нескольких нагнетателей/ вентиляторов 100, одного или нескольких абсорбирующих CO₂ устройств 200, коллектора 300 и компонентов проточного трубопровода 600 представлены без корпуса на фиг. 9–14.

[0031] Согласно одному варианту реализации изобретения нагнетатель/ вентилятор 100 представляет собой устройство для перемещения воздуха, способное обеспечивать скорости потока в пределах 20–60 кубических футов в минуту. Нагнетатель содержит впускной канал, имеющий проточное сообщение с абсорбирующими CO₂ устройствами 200 и коллектором 300 посредством проточного трубопровода 600. Согласно одному варианту реализации изобретения нагнетатель/ вентилятор 100 создает повышенное давление для продвижения воздуха через коллектор 300 и его вывода наружу через абсорбирующие CO₂ устройства 200, что в целом показано потоком воздуха 800 на фиг.2. В качестве альтернативы, в других вариантах реализации изобретения нагнетатель/ вентилятор 100 создает пониженное давление для всасывания воздуха внутрь через абсорбирующие CO₂ устройства 200, через коллектор 300, и его вывода наружу из корпуса 700, что показано потоком воздуха 900.

[0032] В процессе эксплуатации воздух местной среды подвергают регенерации со скоростью приблизительно 20–50 кубических футов в минуту. PCDAM 10 может снижать уровень CO₂ до приемлемых значений со скоростью 0,05–0,15% об. в минуту. В других вариантах реализации изобретения для получения максимальных значений абсорбции CO₂ устройство PCDAM использует максимальные скорости потока. В качестве альтернативы PCDAM может использоваться для получения плавного или измеряемого снижения концентрации CO₂. В этом варианте реализации изобретения PCDAM может непрерывно контролировать окружающую среду и поддерживать определенную концентрацию CO₂ за счет изменения скорости потока через абсорбирующие устройства. В качестве примера скорость потока может быть изменена с помощью потенциометра или подобного компонента.

[0033] В различных вариантах реализации изобретения нагнетатель/вентилятор 100 имеет конструкцию нагнетателя, в которой воздух нагнетается нагнетателем/вентилятором во встречном направлении с помощью крыльчатки (не показана), приводимой в движение бесщеточным электродвигателем полностью закрытого типа, пригодным к использованию в загрязненных, пыльных и/или влажных условиях эксплуатации. В различных других вариантах реализации изобретения нагнетатель/вентилятор 100 имеет конструкцию вентилятора, в которой пропеллер выталкивает воздух наружу из нагнетателя/вентилятора.

[0034] В процессе эксплуатации PCDAM снижает уровни CO₂ за счет использования набора средств. В одном варианте реализации изобретения PCDAM 10 содержит одно или несколько абсорбирующих CO₂ устройств 200, выполненных с возможностью перемещения воздуха через впускную часть 120 и выпускную часть 210. Для уменьшения скорости воздуха, выходящего из абсорбирующих устройств 200, выпускная часть 210, как правило, имеет большую ширину, чем впускная часть 120; это позволяет получать безвихревые потоки, согласованные скорости реакций и низкую выталкивающую силу для предотвращения попадания в окружающую среду пыли, загрязнений или твердых частиц. В различных вариантах реализации изобретения выпускная часть 210 содержит мембрану, сетку или несколько отверстий 230, как показано на фиг. 5 и фиг. 22, для выхода воздуха и одновременного предотвращения попадания в устройства или выхода из устройств посторонних объектов. Выпускная часть 210 может быть расположена в основном напротив впускного отверстия 120 и содержать абсорбирующий CO₂ материал, рассчитанный на получение максимальной величины проходящего через него воздушного потока.

[0035] Например, абсорбирующее CO₂ устройство 200 может заключать твердый абсорбирующий CO₂ материал 240. Например, абсорбент CO₂ 240 может содержать один или несколько производных аммиака (т.е. амины, например моноэтаноламин, среди прочих). В других вариантах реализации изобретения абсорбент CO₂ 240 может состоять из одного или нескольких минералов. Минерал или минералы, как правило, используют в виде порошков, в то время как в других вариантах реализации изобретения могут быть получены формы минеральных материалов. К таким формам относятся среди прочего твердые, полутвердые или жидкие композиции. Как правило, минералы химически образованы в виде оксидов, так что CO₂ вступает в химическую реакцию с минералами с образованием карбоната. Предпочтительной является пригодность абсорбирующего материала 240 к утилизации совместно с обычными отходами, не требующая применения технологий обработки опасных отходов.

[0036] Одним из преимуществ PCDAM 10 является взаимозаменяемость абсорбирующих CO₂ устройств 200. После окончания срока эксплуатации каждое абсорбирующее CO₂ устройство 200 может быть удалено и заменено для получения непрерывного снижения уровней CO₂ в окружающей среде. В одном варианте реализации изобретения абсорбирующие CO₂ устройства вмещают абсорбент 240 в удобных сменных контейнерах для эффективной и быстрой замены рабочего вещества. В других вариантах реализации изобретения абсорбирующее устройство 200 может использовать контейнеры многоразового пополнения.

[0037] После прохождения поступившего в PCDAM воздуха через нагнетатель/вентилятор 100, поток воздуха поступает в фильтрующее устройство коллектора 300, в котором он расширяется и, как следствие, фильтруется с улавливанием пыли или других твердых частиц перед прохождением через абсорбирующие CO₂ устройства 200, предотвращая попадание этих потенциальных загрязнений в окружающую среду через выпускную часть 210. В одном аспекте, повышенное давление, создаваемое нагнетателем/вентилятором 100, втягивает воздух из окружающей среды в коллекторную систему 300, и затем пропускает его через абсорбирующие CO₂ устройства 200. Как показано на фиг. 6 и 11–12, коллекторная система 300 содержит корпус коллектора 310, который образует расширительную камеру 320, имеющую увеличенный управляющий объем, достаточный для немедленного уменьшения скорости движения воздуха, проходящего через коллекторную систему 300. В других вариантах реализации изобретения коллекторная система 300 может быть выполнена с возможностью использования дефлекторов или циклонного разделения. Остаточная пыль из абсорбента CO₂ 240, любые другие посторонние твердые частицы, и/или влага, полученная при абсорбции CO₂ в абсорбирующих CO₂ устройствах 200, собираются внутри коллекторной камеры 320. В одном варианте реализации изобретения коллекторная система 300 функционирует аналогично вакуумной ловушке, и отделяет впускную часть 110 нагнетателя/вентилятора 100 системы проточного трубопровода 600 от коллекторной впускной стороны 320 системы проточного трубопровода, таким образом обеспечивая защиту для нагнетателя/вентилятора 100 и внешней среды 20. В другом варианте реализации изобретения коллекторная система 300 функционирует аналогично выдвижному ящику, мгновенному испарителю или расширительной камере, и отделяет впускную часть 120 нагнетателя/вентилятора 100 системы проточного трубопровода 600 от коллекторной впускной стороны 320 системы проточного трубопровода.

[0038] Как показано на нескольких фигурах, воздух, втягиваемый в PCDAM 10, направляется через компоненты устройства посредством системы проточного трубопровода 600. Система проточного трубопровода 600 содержит несколько проточных транспортировочных трубопроводных каналов для обеспечения управляемого проточного сообщения между внешней средой 20, нагнетателем/ вентилятором 100, абсорбирующими CO₂ устройствами 200 и коллекторным устройством 300. В различных вариантах реализации изобретения система проточного трубопровода 600 может быть выполнена из любого пригодного материала, в том числе с использованием труб и отводов из поливинилхлорида ("PVC", poly (vinyl chloride)). В различных вариантах реализации изобретения могут быть использованы любые другие пригодные материалы. Для увеличения срока службы PCDAM, в системе проточного трубопровода желательно использовать некоррозионные или нереакционноспособные материалы, в том числе переходные, соединительные или другие фитинги. В качестве примера трубопроводная система может содержать гибкие или жесткие трубы, состоящие из полипропилена, поликарбоната, полиэтилена, стекловолокна, хлорированного поливинилхлорида (CPVC, chlorinated polyvinyl chloride), политруб, алюминия, меди, оцинкованного металла, каучука, бутилкаучука, нитрилового каучука (например, «Буна N»–каучука), бутадиенстирольного каучука, силикона, неопрена, уретана, этилен–пропилен–диенового мономера (EPDM, ethylene propylene diene monomer), фторэластомера или сочетания вышеуказанного.

[0039] Как показано на фиг. 3, 6, и 15–17, электроснабжение установки PCDAM 10 осуществляют от системы электропитания 400, а управление установкой производят с помощью системы управления 500. В различных вариантах реализации изобретения система электропитания 400 содержит аккумуляторную батарею 410, которая согласно одному варианту реализации изобретения может представлять собой перезаряжаемую батарею. В одном варианте реализации изобретения аккумуляторную батарею могут заряжать вне самолета, и устанавливать перед полетом, при этом батарея обеспечивает работу в течение более 4 часов непрерывной эксплуатации. В других вариантах реализации изобретения аккумуляторную батарею могут заряжать с помощью внешнего источника энергии. Например, система электропитания 400 может содержать внутреннее зарядное устройство, позволяющее заряжать батарею от любого пригодного внешнего источника энергии, включая имеющиеся на борту самолета источники. Было замечено, что критическая возможность сублимации CO₂ в отсутствие надлежащей вентиляции происходит в случаях проведения противообледенительной обработки и запуска двигателя, когда вентиляционные системы отключают и закрывают снаружи. Аккумуляторная батарея 410 может быть прикреплена к корпусу, как показано на фиг. 23–25.

[0040] В другом варианте реализации изобретения электроснабжение установки PCDAM 10 осуществляют путем прямого подключения к внешнему источнику энергии или путем подключения к выходному разъему внешней системы электропитания, в целом обозначенной как 430, как показано на фиг. 20–21. Еще в одних вариантах реализации изобретения продолжительное время работы в удаленных местонахождениях может достигаться за счет сочетания аккумуляторной батареи и внешнего источника электроэнергии. Например, PCDAM 10 может работать на максимальном уровне производительности при подключении к внешнему источнику питания, например источнику электроэнергии переменного тока (AC, alternating current) в случае истощения или зарядки аккумуляторной батареи.

[0041] В различных вариантах реализации изобретения система управления 500, как показано на фиг. 3, 6, и 15–17, содержит один или несколько процессоров или контроллеров 510, установленных на плате с печатным монтажом 520. Система управления может содержать другие компоненты, включающие среди прочего реле 530, клеммы 540, преобразователи 545, переключатели 550, и блоки управления 560. Как показано в различных вариантах реализации изобретения, система управления имеет электрическое соединение как с аккумуляторной батареей 410, так и с внешним источником электроэнергии 420. Система управления может также содержать датчики контроля уровней CO₂ в окружающей атмосфере, аварийную сигнализацию, дисплеи, аудио/визуальные индикаторы, в целом обозначенные как 580, или сочетания вышеуказанных элементов, позволяющие пользователю наблюдать за работой PCDAM 10, включая индикацию заряда аккумуляторной батареи 410. В качестве неограничивающего примера на фиг. 16 представлена принципиальная электрическая схема варианта реализации контроллера 510, а на фиг. 17 представлена типовая принципиальная схема электрической цепи системы управления 570. Контроллеры и электрические цепи, показанные на фиг. 16 и 17 представляют собой исключительно иллюстративные примеры, и не ограничивают объема систем и компонентов, использованных для электропитания и управления установкой PCDAM 10.

[0042] Согласно различным вариантам реализации изобретения PCDAM 10 может работать в непрерывном эксплуатационном режиме для осуществления постоянного наблюдения за уровнем CО₂ и его абсорбции. В альтернативном варианте система управления 500 может осуществлять управление установкой PCDAM в дискретном режиме, когда наблюдение за уровнями CO₂ в окружающей атмосфере и активацию нагнетателя/вентилятора 100 проводят при достижении пороговых значений концентрации CO₂, при этом PCDAM осуществляет автоматическое снижение уровня CO₂. В еще одном исполнении управление PCDAM 10 может при необходимости осуществляться дистанционно.

[0043] Корпус 700 представляет собой, как правило, жесткую конструкцию, защищающую внутренние элементы PCDAM 10. В неограничивающем примере корпус 700 может быть изготовлен преимущественно из алюминия. Как показано на фиг. 2 и 5, среди прочего, верхняя поверхность корпуса содержит одно или несколько отверстий 720 совмещенных с каждым из абсорбирующих CO₂ устройств 200. В одном аспекте корпус 700 функционирует как клетка Фарадея, обеспечивая по сути экранирование внутренних элементов от статических электрических полей и определенные типов вредоносных электромагнитных импульсов для надежного и безопасного использования в больницах, лабораториях, самолетах и военном оборудовании, где могут присутствовать чувствительные электронные элементы. Как показано на фиг. 1 и 2, среди прочего, корпус 700 может содержать одну или несколько опорных конструкций 705 и одну или несколько смотровых панелей 710 или вентиляционных отверстий 715 для обеспечения доступа к внутреннему пространству корпуса. Аналогичным образом, корпус может иметь несколько отверстий 720, через которые происходит проточное сообщение между выпускной частью 210 и впускной частью 120 абсорбирующих устройств 200 с внешним для корпуса 700 окружением, как показано на фиг. 5 и 22. В одном аспекте выпускная часть 210 и впускная часть 120 могут выступать из корпуса 700. В других вариантах реализации изобретения выпускная часть 210 и впускная часть 120 могут находиться на одном уровне с внешней поверхностью корпуса 700 или оставаться ниже внешней поверхности корпуса. Например, когда выпускная часть 210 и впускная часть 120 углублены ниже внешней поверхности корпуса, отверстия 720 могут оставаться отдельными и различными, или же быть выполнены в виде единого непрерывного отверстия. Независимо от выполнения отверстий, когда выпускная часть 210 и впускная часть 120 углублены ниже внешней поверхности корпуса, отверстия 720 могут необязательно могут иметь защитный экран или другую вентилируемую крышку.

[0044] В различных других вариантах реализации изобретения отверстия 720 и соответствующая впускная часть 120 вентилятора, а также выпускные каналы 210 абсорбирующего устройства не расположены на близком расстоянии и, более того, не ограничены верхней поверхностью корпуса 700. Например, отверстия 720 и соответствующие впускные каналы 120 вентилятора, а также выпускные части 210 абсорбирующего устройства могут быть расположены на любой другой части корпуса, в том числе на передней, задней части, боковых сторонах и на нижней части (когда устройство поднято или не покоится на твердой поверхности).

[0045] Различные варианты реализации PCDAM 10 могут использоваться для выполнения различных процессов и способов автоматического снижения концентраций CO₂ и поддержания приемлемых концентраций CO₂ в закрытом пространстве. В качестве примера, после размещения PCDAM 10 в закрытом пространстве уровень концентрации CO₂ в окружающей атмосфере может непрерывно измеряться с использованием датчика, сопряженного с системой управления 500 PCDAM. На основе измеренных данных процессор 510 системы управления 500 определяет наличие превышения порогового уровня концентрации CO₂. В одном аспекте для объема закрытого пространства определяют по меньшей мере частично пороговое значение и ожидаемый рост концентрации CO₂. Во время наблюдения за уровнями CO₂ в окружающей атмосфере процессор 510 непрерывно или дискретно управляет нагнетателем 100 для втягивания окружающего воздуха в PCDAM 10. Как было рассмотрено выше, PCDAM 10 абсорбирует CO₂ из воздуха, проходящего через устройство, так что концентрация CО₂ в выходящем из PCDAM 10 воздухе ниже, чем уровень концентрации CO₂ в окружающей атмосфере, что приводит к снижению уровня концентрации в окружающей атмосфере. И наконец, при понижении уровня CO₂ в окружающей атмосфере ниже порогового значения, контроллер 510 автоматически уменьшает или прекращает работу нагнетателя 100.

[0046] Фиг. 32 и 33 представляют экспериментальные эксплуатационные данные для варианта реализации PCDAM 10. В одном эксперименте изолированное контролируемое пространство или контрольный объем (например, комнату) заполняют газообразной двуокисью углерода (CO₂) с постоянной скоростью 7,4 л/мин. Эксперимент проводили в виде двух частей с использованием аналогичных условий. В первой части проводили контрольный эксперимент с выключенной установкой PCDAM, а во второй части PCDAM находился в рабочем режиме. В первой части эксперимента использовали калиброванное регистрирующее CO₂ устройство для записи концентраций CO₂ в режиме реального времени в виде значений % об. Аналогичным образом, во второй части эксперимента использовали монитор газообразного CO₂ Drager Pac 7000 для записи концентраций CO₂ в режиме реального времени в виде значений % об. Для обеспечения точного моделирования монитор газообразного CO₂ Drager Pac 7000 использовал оператор, находящийся в сидящем положении внутри помещения.

[0047] Как показано на фиг. 32, кривая 1000, отмеченная как уровень Alpha 1% CO₂, показывает 0,5% CO₂ (5000 частей CO₂ на миллион частей воздуха) граничное значение объемной концентрации, используемое Министерством Труда США (DOL, Department of Labor) и Управлением по Охране Труда США (OSHA, Occupational Safety and Health Administration) в качестве 8–часового взвешенного по времени среднего значения предельно допустимой концентрации (PEL, Permissible Exposure Limit) в общей промышленности. В одном варианте реализации изобретения PCDAM 10 работает в автоматизированном режиме для непрерывного контроля атмосферы, в котором PCDAM автоматически инициирует и останавливает абсорбцию при определенной концентрации или при достижении определенного порогового значения. Эти пороговые значения являются командами управления работой PCDAM 10 и могут храниться в памяти и выполняться процессором вычислительного устройства. В неограничивающем примере пороговое значение может соответствовать DOL и OSHA PEL. Аналогичным образом, данные, относящиеся к объему или поглощающей способности абсорбирующего CO₂ материала 240, могут храниться в памяти таким образом, что при снижении содержания абсорбирующего материала до 10%, 5% или в случае необходимости немедленной его замены происходит включение сигнала тревоги или запуск другого индикатора.

[0048] Верхняя кривая 1002, указанная как "% CО₂ при выключенной установке – Часть 1" показывает увеличение концентрации или скорость волюметрического роста % об. газообразного CO₂ в помещении при скорости 7,4 л/мин наполнения помещения CO₂ в течение приблизительно 89 минут при выключенной установке PCDAM 10. Из представленных данных можно сделать вывод о том, что в течение первых 71 минут концентрация CО₂ в помещении быстро возрастает до приблизительно 5% об. газообразного CО₂. В отличие от этого, кривая 1004, отмеченная как «Данные Drager Pac 7000 – Часть 2", представляет фактические данные, полученные в помещении с включенной установкой PCDAM, при постоянной скорости 7,4 л/мин наполнения помещения газообразной двуокисью углерода (CO₂) (аналогично Части 1). Как показано, PCDAM 10 в течение первых 71 минут снижает уровень % об. концентрации газообразного CO₂ до 0% об. газообразного CO₂ при тех же условиях (11:29 am – 12:40 pm), и ниже уровня PEL в течение 75 минут (11:29 am – 12:44 pm).

[0049] Как было показано, PCDAM 10 в течение первых 75 минут поддерживает уровень alpha 1 PEL % CO₂, составляющий 0,5% об. газообразного CO₂. Можно экстраполировать, что приблизительно 530 полных литров газообразного CO₂ или более 7 литров газообразного CO₂ в минуту было поглощено за 75–минутный период установления контроля.

[0050] Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано с использованием различных вариантов реализации, следует понимать, что эти варианты являются иллюстративными и не ограничивают собой объема изобретения. Возможны многие изменения, модификации, дополнения и усовершенствования. Конкретнее, варианты реализации изобретения по настоящему описанию были описаны в контексте отдельных примеров. В различных вариантах реализации изобретения функциональные возможности компонентов могут быть различным путем разделены или объединены вместе, или описаны с использованием различных терминов. Эти и другие изменения, модификации, дополнения и усовершенствования могут находиться в пределах объема изобретения, обозначенных в приведенной ниже формуле изобретения.

[0051] Предполагается, что настоящее изобретение и многие из сопутствующих ему преимуществ понятны из предшествующего описания, и очевидно, что в форму, конструкцию и расположение компонентов могут вноситься различные изменения без отклонения от сущности объекта изобретения или без потери всех его материальных преимуществ. Форма описания является исключительно пояснительной, и нижеследующие пункты формулы изобретения предназначены для объединения и принятия таких изменений.

Раскрыты различные варианты реализации переносного устройства абсорбции двуокиси углерода (CO₂), которое может удалять избыток CO₂ в замкнутом пространстве. Абсорбционное устройство предназначено для многократного применения и выполнено с возможностью использования в различных условиях эксплуатации. 13 з.п. ф-лы, 33 ил.

1. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода (CO₂), содержащее: корпус, имеющий впускной и выпускной каналы; нагнетатель, имеющий проточное сообщение с впускным каналом, причем нагнетатель расположен внутри корпуса и через впускной канал производит втягивание воздуха внутрь корпуса; коллекторную систему, имеющую проточное сообщение с нагнетателем и содержащую корпус коллектора, образующий расширительную камеру; причем расширительная камера расположена внутри корпуса, причем расширительная камера фильтрует и за счет увеличения управляющего объема уменьшает скорость движения воздуха, получаемого из нагнетателя и проходящего через переносное устройство абсорбции двуокиси углерода; абсорбирующее двуокись углерода устройство, расположенное внутри корпуса, причем абсорбирующее двуокись углерода устройство имеет проточное сообщение с расширительной камерой и выпускным каналом, при этом абсорбирующее двуокись углерода устройство абсорбирует двуокись углерода из воздуха, выходящего из расширительной камеры корпуса коллектора; и источник электропитания, расположенный внутри корпуса и имеющий электрическое соединение с нагнетателем.

2. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 1, отличающееся тем, что нагнетатель создает повышенное давление внутри переносного устройства абсорбции двуокиси углерода с целью втягивания воздуха во впускной канал и продвижения воздуха через расширительную камеру корпуса коллектора и абсорбирующее двуокись углерода устройство.

3. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 1, дополнительно содержащее: систему управления, расположенную внутри корпуса и функционально сопряженную с источником электропитания и нагнетателем, причем система управления задает требуемую скорость воздушного потока от нагнетателя.

4. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 3, дополнительно содержащее: датчик, расположенный внутри или вблизи по меньшей мере одного из впускного канала, выпускного канала, корпуса, нагнетателя, коллекторной системы или абсорбирующего двуокись углерода устройства, причем датчик сообщается с системой управления для контроля концентрации CO₂ в окружающей атмосфере вблизи датчика, при этом система управления получает данные от датчика для автоматического управления нагнетателем таким образом, чтобы концентрацию CO₂ в окружающей атмосфере поддерживать ниже заданных пороговых значений.

5. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 1, отличающееся тем, что источник электропитания содержит перезаряжаемую аккумуляторную батарею.

6. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 5, отличающееся тем, что выпускной канал имеет ширину выпускного канала большую, чем ширина впускного канала.

7. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 5, отличающееся тем, что по меньшей мере один из впускного канала или выпускного канала содержит экран или другую вентилируемую крышку.

8. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 1, отличающееся тем, что абсорбирующее двуокись углерода устройство дополнительно содержит абсорбирующий CO₂ материал.

9. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 8, отличающееся тем, что абсорбирующий CO₂ материал содержит одну или несколько производных аммиака.

10. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 9, отличающееся тем, что одна или несколько производных аммиака представляют собой моноэтаноламины.

11. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 8, отличающееся тем, что абсорбирующий CO₂ материал находится в твердом, полутвердом или жидком виде.

12. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 1, отличающееся тем, что оно работает при скорости потока в диапазоне 570–1700 л в минуту (20–60 кубических футов в минуту).

13. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 1, дополнительно содержащее один или несколько дисплеев, аудио/визуальных индикаторов или сочетания вышеуказанных элементов.

14. Переносное устройство абсорбции двуокиси углерода по п. 1, отличающееся тем, что абсорбирующее двуокись углерода устройство абсорбирует приблизительно семь литров CO₂ в минуту.