технологический комплекс по регенерации воздуха объектов с длительной герметизацией помещений

Формула изобретения

Технологический комплекс по регенерации воздуха объектов с длительной герметизацией помещений, включающий в себя кондиционируемое помещение с жалюзийными решетками и воздухораспределителем, электровентилятор, пылевой фильтр, фильтр с активированным углем, электростатический фильтр, установку для сжигания окиси углерода СО и водорода, специальный газовый фильтр, установку для поглощения углекислого газа, увлажнитель и воздухонагреватель, отличающийся тем, что установка для поглощения углекислого газа выполнена в виде криогенной системы, а технологический комплекс снабжен абсорбером, криогенной машиной Стирлинга, линией слива жидкого воздуха, теплоизолированной емкостью для хранения жидкого воздуха, линией подачи жидкого воздуха в абсорбер с насосом высокого давления и обратным клапаном, входящими в криогенную систему, первым и вторым регенеративными теплообменниками, установленными, соответственно, до и после установки по сжиганию СО и водорода, линией газообразного чистого воздуха, соединяющей абсорбер с кондиционируемым помещением, содержащей увлажнитель и проходящей через второй регенеративный теплообменник, а также контуром охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящим через воздухонагреватель и включающим в себя насос и теплообменник, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области криогенной техники и кондиционирования воздуха, может быть использовано в качестве установки для регенерации воздуха в герметичных помещениях специальных фортификационных сооружений, подводных лодок, орбитальных станций и т.д.

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их раздачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288).

Известно устройство теплоизолированной емкости с вакуумно-порошковой изоляцией для хранения криогенных жидкостей (Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202).

Известно, что в области криогенных температур (60 - 160 К) наиболее высокоэффективным циклом является обратный цикл Стирлинга. Эффективность криогенных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, практически в 2 раза выше по сравнению с другими установками, применяемыми для сжижения газов (Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186).

Известно, что при сжижении воздуха в криогенной машине, работающей по обратному циклу Стирлинга, содержащей холодильник, регенератор и конденсатор, происходит очистка воздуха от углекислого газа и паров воды, вымораживаемых на поверхности детандерной головки (конденсатора) в виде "шубы" из льда и углекислоты, периодически удаляемых после нескольких дней непрерывной работы (Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под ред. М.П. Малкова. Изд. 2-е перераб. и доп. М., "Энергия", 1973, стр. 294). Однако ранее криогенные машины Стирлинга в системах очистки воздуха от вредных примесей, например для систем кондиционирования и вентиляции, не применялись.

Известно техническое решение системы для комплексной обработки воздуха на объектах с длительной герметизацией помещений, включающее в себя кондиционируемое помещение с жалюзийными решетками и воздухораспределителем, электровентилятор, пылевой фильтр, фильтр с активированным углем, электростатический фильтр, установку для сжигания CO и водорода, специальный газовый фильтр, установку поглощения углекислого газа, увлажнитель и воздухонагреватель (Захаров Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. Л. , Изд. "Судостроение", 1979, стр. 125). Однако применяемая установка по удалению углекислого газа основана на использовании химических реагентов имеет значительные массогабаритные характеристики и энергетические затраты.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении массогабаритных характеристик и энергетических затрат систем, предназначенных для комплексной регенерации воздуха герметичных помещений.

Для достижения этого технического результата технологический комплекс по регенерации воздуха объектов с длительной герметизацией помещений, включающей в себя кондиционируемое помещение с жалюзийными решетками и воздухораспределителем, электровентилятор, пылевой фильтр, фильтр с активированным углем, электростатический фильтр, установку для сжигания окиси углерода CO и водорода, специальный газовый фильтр, установку поглощения углекислого газа, выполненную в виде криогенной системы, увлажнитель и воздухонагреватель, снабжен абсорбером, криогенной машиной Стирлинга, линией слива жидкого воздуха, теплоизолированной емкостью для хранения жидкого воздуха, линией подачи жидкого воздуха в абсорбер с насосом высокого давления и обратным клапаном, входящих в криогенную систему, первым и вторым регенеративными теплообменниками, установленными соответственно до и после установки по сжиганию CO и водорода, линией газообразного чистого воздуха, соединяющей абсорбер с кондиционируемым помещением, содержащей увлажнитель и проходящей через второй регенеративный теплообменник, а также контуром охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящим через воздухонагреватель и включающим в себя насос и теплообменник, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой.

Введение в состав технологического комплекса по регенерации воздуха объектов с длительной герметизацией помещений установки для поглощения углекислого газа, выполненной в виде криогенной системы, состоящей из абсорбера, криогенной машины Стирлинга, линии слива жидкого воздуха, теплоизолированной емкости для хранения жидкого воздуха, линии подачи жидкого воздуха в абсорбер с насосом высокого давления и обратным клапаном, а также двух регенеративных теплообменников, линии газообразного чистого воздуха, соединяющей абсорбер с кондиционируемым помещением, содержащей увлажнитель и проходящей через второй регенеративный теплообменник, контура охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящего через воздухонагреватель и включающего в себя насос и теплообменник, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой, позволяет получить новое свойство, заключающееся в вымораживании вредных примесей регенерируемого воздуха (например, углекислого газа и т.д.) в абсорбере и конденсаторе криогенной машины, а также снижение массогабаритных характеристик и энергетических затрат технологического комплекса по очистке воздуха в целом.

На чертеже изображен технологический комплекс по регенерации воздуха объектов с длительной герметизацией помещений.

В технологический комплекс входит кондиционируемое помещение 1 с жалюзийной решеткой 2 и воздухораспределителем 3, электровентилятор 4, пылевой фильтр 5, фильтр с активированным углем 6, электростатический фильтр 7, воздухонагреватель 8, первый регенеративный теплообменник 9, установка по сжиганию CO и водорода 10, специальный газовый фильтр 11, второй регенеративный теплообменник 12, криогенная система удаления углекислого газа, состоящая из абсорбера 13, криогенной машины Стирлинга 14 с конденсатором 15 и холодильником 16, линии слива жидкого воздуха 17, теплоизолированной емкости для хранения жидкого воздуха 18, линии подачи жидкого воздуха 19 в абсорбер 13, содержащей насос высокого давления 20 и обратный клапан 21, а также линия газообразного чистого воздуха 22, соединяющая абсорбер 13 с кондиционируемым помещением 1, содержащая увлажнитель 23 и проходящая через второй регенеративный теплообменник 12, контур охлаждения 24 криогенной машины Стирлинга 14, проходящий через воздухонагреватель 8 и включающий в себя насос 25 и теплообменник 26, через который проходит магистраль 27 с охлаждающей технической водой.

Технологический комплекс по регенерации воздуха объектов с длительной герметизацией помещений работает следующим образом.

Из кондиционируемого помещения 1 через жалюзийную решетку 2 регенерируемый воздух с помощью электровентилятора 4 подается последовательно в пылевой фильтр 5, где воздух очищается от пыли и механических примесей, в фильтр с активированным углем 6, где воздух очищается от вредных газов (например, аммиака, ацетона и т. д.), в электростатический фильтр 7, где воздух очищается от аэрозолей (например, табачного дыма), в воздухонагреватель 8 и первый регенеративный теплообменник 9, где воздух предварительно нагревается, в установку для сжигания CO и водорода 10, где происходит каталитическое сжигание CO и водорода, в специальный газовой фильтр 11, где воздух очищается от компонентов горения (например, частичек катализатора). Из фильтра 11 горячий воздух направляется в первый регенеративный теплообменник 9, где охлаждается за счет передачи теплоты встречному потоку холодного воздуха, идущего из воздухонагревателя 8, а затем поступает во второй регенеративный теплообменник 12, где он продолжает охлаждаться за счет теплообмена с холодным воздухом, идущим из увлажнителя 23. После этого воздух поступает в абсорбер 13, где за счет теплообмена с жидким воздухом регенерируемый воздух охлаждается и из него частично удаляются пары воды и углекислого газа, после этого воздух поступает в конденсатор 15 криогенной машины Стирлинга 14, где регенерируемый воздух сжижается, при этом на стенках конденсатора 15 вымораживаются остаточные пары воды углекислого газа и других вредных примесей. Очищенный жидкий воздух сливается самотеком по линии слива жидкого воздуха 17 в теплоизолированную емкость 18. Из емкости 18 с помощью насоса высокого давления 20 по линии подачи жидкого чистого воздуха 19 жидкий воздух поступает через обратный клапан 2 сначала в абсорбер 13, где нагревается и испаряется за счет теплообмена с регенерируемым воздухом, поступающим из второго регенеративного теплообменника 12. Газообразный чистый воздух из абсорбера 13 по линии 22 поступает в увлажнитель 23. В увлажнителе 23 газообразнный чистый воздух насыщается влагой и поступает во второй регенеративный теплообменник 12, где происходит его нагрев перед подачей в помещение 1 через воздухораспределитель 3.

Для привода криогенной машины Стирлинга 14 может использоваться электродвигатель или специальный тепловой двигатель (не показаны). С целью снятия тепловой нагрузки с криогенной машины 14 предусмотрен контур охлаждения 24. По контуру 24 нагретая от рабочего тела криогенной машины 14 охлаждающая жидкость из холодильника 16 с помощью насоса 25 подается сначала в воздухонагреватель 8, где жидкость частично охлаждается, затем в теплообменник 26, где она охлаждается до температуры окружающей среды за счет теплообмена с технической водой, поступающей по магистрали 27, после этого вновь подается в холодильник 16 криогенной машины 14.