ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2161056

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНСЕРВАЦИИ И ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННОГО ВОЗДУХА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНСЕРВАЦИИ И ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННОГО ВОЗДУХА

Имя изобретателя: Колом С.Н.; Дымов Н.М.; Дымов Г.И.; Костыря А.М.; Печеник Р.А. 
Имя патентообладателя: Военный инженерно-технический университет
Адрес для переписки: 191185, Санкт-Петербург, ул. Захарьевская, д.22, ВИТУ, Бюро по изобретательству и патентной работе
Дата начала действия патента: 1999.06.28 

Устройство для консервации и очистки загрязненного воздуха относится к области очистки и регенерации воздуха. Оно может быть использовано для очистки и консервации сильно загрязненного воздуха герметизированных помещений в условиях дефицита чистого воздуха и невозможности удаления загрязненного воздуха за пределы помещения в окружающую среду. Задачей устройства является повышение скорости и качества очистки. Эта задача решается за счет того, что у устройства, содержащего вентилятор, вход и выход которого соединены с защищаемым помещением воздуховодами с запорно-регулирующей арматурой, и воздухоочистительный агрегат, установленный на всасывающем воздуховоде, на нагнетающем воздуховоде установлен пеногенератор, снабженный источником пенообразующей жидкости, а на всасывающем воздуховоде между воздухоочистительным агрегатом и защищаемым помещением расположен пенодеструктор, снабженный сепаратором, причем линия всасывающего воздуховода между вентилятором и воздухоочистительным агрегатом дополнительно соединена с верхней зоной защищаемого помещения участком воздуховода с запорно-регулирующей арматурой, а всасывающий воздуховод на участке между сепаратором и воздухоочистительным агрегатом одновременно соединен дополнительным воздуховодом, оборудованным запорно-регулирующей арматурой, с верхней зоной защищаемого помещения и дополнительным воздуховодом с надувной оболочкой, размещенной вне защищаемого помещения.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области очистки и регенерации воздуха. Оно может быть использовано для очистки сильно загрязненного воздуха герметизированных помещений в условиях дефицита чистого воздуха и невозможности удаления загрязненного воздуха за пределы помещения в окружающую среду. Например, изобретение может быть использовано для консервации пожарных газов и очистки воздуха герметизированных помещений от продуктов пожара.

Известны устройства для очистки воздуха в помещении: патент РФ 2028812, кл. A 62 B 11/00, опубл. 20.02.1995, патент РФ 2094098, кл. A 62 B 11/00, 27.10.1997, патент РФ 2112587, кл. B 01 53/02, опубл. 10.06.1998 и патент Великобритании N 2026151, кл. A 62 B 11/00, опубл. 30.01.1980.

Однако, данные устройства не предназначены для консервации и очистки воздуха, например, в условиях высокой загазованности помещений.

Следует отметить, что возникновение высокой загазованности часто сопровождается значительным повышением давления внутри помещения (например, при разгерметизации находящихся в помещении емкостей с токсичными летучими веществами, при разгерметизации технологического оборудования, при возникновении пожара внутри помещения и др.). В этих случаях сильный рост давления внутри герметизированного помещения может вызвать его разгерметизацию и привести к проникновению вредных примесей в смежные помещения, что дополнительно усложняет дальнейший процесс очистки и увеличит длительность очистки.

Заявленное изобретение предназначено для устранения указанных недостатков и повышения эффективности очистки путем увеличения ее скорости и качества.

Задача решается за счет того, что у устройства для консервации и очистки загрязненного воздуха, содержащего вентилятор, вход и выход которого соединены с защищаемым помещением воздуховодами с запорно-регулирующей арматурой, при этом на всасывающем воздуховоде установлен воздухоочистительный агрегат, на нагнетающем воздуховоде дополнительно установлен пеногенератор, снабженный источником пенообразующей жидкости, а на всасывающем воздуховоде между воздухоочистительным агрегатом и защищаемым помещением расположен пенодеструктор, снабженный сепаратором, причем указанный всасывающий воздуховод между вентилятором и воздухоочистительным агрегатом дополнительно соединен с верхней зоной защищаемого помещения участком воздуховода с запорно-регулирующей арматурой, а между пенодеструктором и воздухоочистительным агрегатом данный всасывающий воздуховод одновременно соединен дополнительным воздуховодом, оборудованным запорно-регулирующей арматурой, с верхней зоной защищаемого помещения и дополнительным воздуховодом - с надувной оболочкой, размещенной вне защищаемого помещения.

Увеличение скорости очистки определяется тем, что в процессе функционирования устройства наблюдается поршневой эффект вытеснения из помещения загрязненного воздуха, при котором не происходит его смешения с чистым воздухом.

Для количественной оценки скорости очистки при переходе от базового объекта к предлагаемому техническому решению можно воспользоваться следующей формулой:



где Wб - объемный расход воздуха на входе в воздухоочистительный агрегат в базовом варианте, м3·ч-1;

WH - объемный расход воздуха на входе в воздухоочистительный агрегат в предлагаемом техническом решении, м3·ч-1;

Wнп - объемный расход пены на входе в пенодеструктор в предлагаемом техническом решении, м3·ч-1;

Vб - объем помещения в базовом варианте, м3;

Vн - объем помещения в предлагаемом техническом решении, м3;

C0i - начальная концентрация i-й вредности в воздухе защищаемого помещения перед очисткой, мг·м-3;

Ciпдк - предельно-допустимая концентрация i-й химической вредности, мг·м-3;

n - отношение времени очистки в базовом варианте к времени очистки в предлагаемом техническом решении.

Приведем пример расчета по этой формуле.

Пусть в защищаемом помещении содержится i-я химическая вредность с начальной концентрацией C0i = 10 г·м-3, предельно допустимая концентрация этой химической вредности Ciпдк = 0,1 мг·м-3 и выполняются следующие условия: Vб = Vн; Wб = Wн = Wнп.

Результаты расчета по приведенной выше формуле с учетом указанных условий показывают, что при использовании предлагаемого технического решения, по сравнению с прототипом, требуется в 5,8 раза меньше времени на очистку, даже при последовательной реализации двух режимов функционирования предлагаемого технического решения (например, режима 2 и режима 3). Причем эффект сокращения времени очистки воздуха защищаемого помещения тем выше, чем больше загазованность помещения (чем выше величина C0i) и чем больше токсичность загрязнений (чем меньше величина Ciпдк).

Особенно большое преимущество имеет предлагаемое техническое решение, когда речь идет о загазованности, связанной с пожаром в защищаемом помещении. Это связано с тем, что пена обладает хорошими огнетушащими свойствами и поэтому процессы дымоудаления и пожаротушения могут быть совмещены. Причем в этом случае удается не только эффективно ликвидировать очаг пожара и предотвратить распространение продуктов пожара в смежные помещения, но и сберечь значительное количество содержащегося в воздухе кислорода, поскольку при реализации предлагаемого технического решения происходит "упаковка" кислорода в пену, что препятствует его доступу к источнику возгорания.

Улучшение качества очистки объясняется тем, что пена, обладая хорошим моющим действием, удаляет из защищаемого помещения сконденсировавшиеся и осевшие там на различных предметах токсичные загрязнения, которые очень медленно удаляются при реализации традиционных схем проветривания.

Особенно большое преимущество по качеству очистки предлагаемое техническое решение имеет, когда идет речь о возникновении пожара в защищаемом помещении. Очевидно, что количество загрязнений, осевших, адсорбировавшихся и сконденсировавшихся на различных предметах в помещении, зависит от времени контакта загрязнений с этими предметами, а поскольку при реализации предлагаемого технического решения, начиная с момента возникновения пожара, продукты пожара изолируются в пузырьках пены, то продолжительность (прямого) контакта загрязнений с находящимися в помещении предметами незначительна. Напротив, при традиционных схемах проветривания очистку воздуха можно начинать только спустя некоторое время после окончания тушения пожара, поскольку немедленное применение традиционной системы очистки невозможно, так как это будет препятствовать процессу пожаротушения.

Улучшение качества очистки объясняется также и тем, что предлагаемое устройство предотвращает появление высокого избыточного давления внутри защищаемого помещения, вследствие сброса части газовой фазы в надувную оболочку, расположенную в смежном помещении. Тем самым давление воздуха в смежных помещениях выравнивается, а это препятствует утечке вредных веществ из защищаемого помещения. Снижению давления внутри защищаемого помещения способствует и тот факт, что при смешении газовой фазы и пенообразующей жидкости имеет место эффект охлаждения газовой фазы и эффект сорбционного поглощения ряда газообразных веществ.

С другой стороны, пена, особенно пена высокой кратности, обладая хорошей сорбирующей способностью, обеспечивает частичную предварительную очистку воздуха от некоторых аэрозольных и газообразных загрязнений, что приводит к снижению затрат основных средств очистки, используемых в воздухоочистительном агрегате.

Все это позволяет значительно увеличить скорость и качество очистки и, как следствие, общую эффективность очистки в целом.

На чертеже изображено устройство предлагаемого технического решения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНСЕРВАЦИИ И ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННОГО ВОЗДУХА

Устройство состоит из вентилятора 1, вход и выход которого соединен с защищаемым помещением 2 воздуховодами 3 с запорно-регулирующей арматурой 4, 5, воздухоочистительного агрегата 6, установленного на всасывающем воздуховоде. На нагнетающем воздуховоде установлен пеногенератор 7, снабженный источником пенообразующей жидкости. На всасывающем воздуховоде между воздухоочистительным агрегатом 6 и защищаемым помещением 2 расположен пенодеструктор 9, снабженный сепаратором. Кроме этого линия всасывающего воздуховода между вентилятором 1 и воздухоочистительным агрегатом 6 дополнительно соединена с верхней зоной защищаемого помещения 2 участком воздуховода 10 с запорно-регулирующей арматурой 11, а линия всасывающего воздуховода между пенодеструктором 9 и воздухоочистительным агрегатом 6 соединена дополнительным воздуховодом 12, оборудованным запорно-регулирующей арматурой 13, с верхней зоной защищаемого помещения 2 и дополнительным воздуховодом 14 с надувной оболочкой 15, расположенной вне защищаемого помещения 2.

Устройство может функционировать в трех основных режимах: в режиме консервации, в режиме предварительной очистки и в режиме окончательной очистки.

В режиме консервации последовательно закрывают запорно-регулирующую арматуру 4, 5, открывают запорно-регулирующую арматуру 11, 13, включают вентилятор 1 и осуществляют подачу пенообразующей жидкости в пеногенератор 7.

При этом загрязненный воздух при помощи вентилятора 1 через участок воздуховода 10 отсасывается из защищаемого помещения 2 и смешивается с пенообразующей жидкостью в пеногенераторе 7, а образующаяся при смешении пена вводится в помещение 2 до полного его заполнения. Избыточное количество загрязненного воздуха (при наличии повышенного давления внутри защищаемого помещения 2) по воздуховодам 12 и 14 поступает в надувную оболочку 15, расположенную вне защищаемого помещения (например, в смежном помещении).

При реализации данного режима происходит сброс избыточного давления и "упаковка" загрязненного воздуха в пузырьки пены, что препятствует возможности дальнейшего распространения загрязнений в смежные помещения. Если предполагается длительное хранение "упакованного" ("законсервированного") в пену загрязненного воздуха, то представляется целесообразным использовать пену высокой кратности (кратность не менее 1000), а в состав пенообразующей жидкости дополнительно вводить специальные добавки, обладающие сорбционной и каталитической активностью по отношению к содержащимся в воздухе загрязнениям и способствующие удалению из воздуха токсичных веществ. В качестве таких добавок можно использовать мелкодисперсный активированный уголь или другой адсорбент, мелкодисперсные катализаторы, жидкие и твердые хемосорбенты, растворимые в пенообразующей жидкости, а также их различные смеси.

При реализации режима предварительной очистки закрывают запорно-регулирующую арматуру 5, 10 и открывают запорно-регулирующую арматуру 13, 4, включают вентилятор 1 и осуществляют подачу пенообразующей жидкости от источника 9 в пеногенератор 7. При этом загрязненный воздух из помещения 2 за счет разрежения, создаваемого вентилятором 1, через участок воздуховода 12 поступает в воздухоочистительный агрегат 6, где очищается от загрязнений. Затем очищенный воздух смешивается в пеногенераторе 7 с пенообразующей жидкостью и вводится в помещение. Избыточное количество загрязненного воздуха по воздуховодам 12 и 14 поступает в надувную оболочку 15, расположенную вне защищаемого помещения 2. В результате реализации данного режима происходит удаление из защищаемого помещения загрязненного воздуха с последующей его очисткой в воздухоочистительном агрегате 6, а очищенный воздух "упаковывается" в пену и вводится в защищаемое помещение 2. Поскольку при реализации данного режима производится "упаковка" очищенного воздуха в пену, то не происходит смешения чистого и загрязненного воздуха, а вытеснение загрязненного воздуха из помещения осуществляется в поршневом режиме.

Третий режим функционирования устройства может быть реализован в случае необходимости после осуществления первого или второго режима. Этот режим используется для окончательной очистки внутреннего объема защищаемого помещения и удаления из помещения загрязнений, содержащихся в газовых емкостях пузырьков пены, в пенообразующей жидкости и в надувной оболочке. Для реализации данного режима закрывают запорно-регулирующую арматуру 11, 13, открывают запорно-регулирующую арматуру 4, 5 и включают вентилятор 1. При этом подачу пенообразующей жидкости в пеногенератор 7 или совсем не производят, или производят некоторое время в начале третьего режима, а затем прекращают. Вентилятор 1 создает разрежение во всасываемом воздухе и пена отсасывается из помещения 2 в пенодеструктор 9, снабженный сепаратором, где происходит отделение газовой фазы от пенообразующей жидкости. Далее газовая фаза проходит через воздухоочистительный агрегат, где из нее удаляются загрязнения, и очищенная газовая смесь подается в верхнюю зону помещения 2, вытесняя находящуюся в помещении 2 пену в пенодеструктор 9. Вместе с этим загрязненный воздух, содержащийся в надувной оболочке 15, за счет разрежения, создаваемого вентилятором 1 во всасывающем воздуховоде, и за счет разрежения, получающегося в результате удаления в воздухоочистительном агрегате 6 газообразных загрязнений, постепенно отсасывается из надувной оболочки, очищается и подается в защищаемое помещение 2. Следует отметить, что в случае возникновения ситуации, когда после удаления основного объема пены из помещения надувная оболочка еще не полностью сдута, можно путем принудительного сжатия надувной оболочки 7 удалить из нее остатки загрязненного воздуха.

Таким образом, при осуществлении третьего режима функционирования устройства также реализуется поршневой эффект вытеснения, так как практически отсутствует смешение чистого и загрязненного воздуха.

Вышеупомянутое позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для консервации и очистки загрязненного воздуха, содержащее вентилятор, вход и выход которого соединены с защищаемым помещением воздуховодами с запорно-регулирующей арматурой, при этом на всасывающем воздуховоде установлен воздухоочистительный агрегат, а на нагнетающем воздуховоде дополнительно установлен пеногенератор, снабженный источником пенообразующей жидкости, на всасывающем воздуховоде между воздухоочистительным агрегатом и защищаемым помещением расположен пенодеструктор, снабженный сепаратором, причем указанный всасывающий воздуховод между вентилятором и воздухоочистительным агрегатом дополнительно соединен с верхней зоной защищаемого помещения участком воздуховода с запорно-регулирующей арматурой, а между пенодеструктором и воздухоочистительным агрегатом данный всасывающий воздуховод одновременно соединен дополнительным воздуховодом, оборудованным запорно-регулирующей арматурой, с верхней зоной защищаемого помещения и дополнительным воздуховодом - с надувной оболочкой, размещенной вне защищаемого помещения.

Версия для печати
Дата публикации 24.02.2007гг


вверх