Установка для комбинированной обработки воздуха герметичных помещений

 

Изобретение относится к области криогенной техники и кондиционирования воздуха, может быть использовано в качестве установки для очистки и тепловлажностной обработки воздуха в герметичных помещениях специальных фортификационных сооружений, подводных лодок, орбитальных станций и т.д. Установка для комбинированной обработки воздуха герметичных помещений включает в себя кондиционируемое помещение с жалюзийными решетками и воздухораспределителем, электровентилятор, пылевой фильтр, фильтр с активированным углем, установку для удаления углекислого газа и других вредных примесей окружающего воздуха, выполненную в виде криогенной системы, увлажнитель, воздухонагреватель, также снабжена абсорбером, установленным после фильтра с активированным углем, 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, входящим в криогенную систему, а также контуром охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящим последовательно через воздухонагреватель и увлажнитель, включающим в себя насос и теплообменник, установленный между воздухонагревателем и увлажнителем, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой, при этом увлажнитель выполнен в виде емкости, в верхней части которой установлены форсунки для разбрызгивания жидкости контура охлаждения криогенной машины, а в нижней частй - поддон с этой жидкостью и подпиточной линией с регулирующим клапаном. Достигаемый технический результат - очистка воздуха герметичного помещения от вредных примесей, например углекислого газа, паров воды и т. д., и тепловлажностная обработка, а также повышение холодильного коэффициента криогенной машины Стирлинга. 1 ил.

Изобретение относится к области криогенной техники и кондиционирования воздуха, может быть использовано в качестве установки для очистки и тепловлажностной обработки 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 [1].

Известно устройство теплоизолирования емкости с вакуумно-порошковой изоляцией для хранения криогенных жидкостей [2].

Известно, что в области криогенных температур (60 - 160 K) 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 [3] . Однако, для повышения холодильного коэффициента криогенной машины необходимо, чтобы охлаждающая среда имела минимально возможную температуру.

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 [4]. 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, установку для удаления вредных примесей окружающего воздуха (например, углекислого газа, паров воды), увлажнитель, воздухонагреватель [5]. Однако, применяемые установки по удалению вредных примесей основаны на использовании химических реагентов, имеют значительные массогабаритные характеристики и энергетические затраты.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в очистке воздуха герметичного помещения от вредных примесей, например углекислого газа, паров воды и т.д., и тепловлажностной обработке, а также в повышении холодильного коэффициента криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга.

Для достижения этого технического результата установка для комбинированной обработки воздуха герметичных помещений, включающая в себя кондиционируемое помещение с жалюзийными решетками и воздухораспределителем, электровентилятор, пылевой фильтр, фильтр с активированным углем, установку для удаления углекислого газа и других вредных примесей окружающего воздуха, выполненной в виде криогенной системы, увлажнитель, воздухонагреватель, снабжена абсорбером, установленным после фильтра с активированным углем, 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, а также контуром охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящим последовательно через воздухонагреватель и увлажнитель, включающим в себя насос и теплообменник, установленный между воздухонагревателем и увлажнителем, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой, при этом увлажнитель выполнен в виде емкости, в верхней части которой установлены форсунки для разбрызгивания жидкости контура охлаждения криогенной машины, а в нижней части - поддон с этой жидкостью и пропиточной линией с регулирующим клапаном.

Введение в состав установки комбинированной обработки воздуха герметичных помещений установки для очистки воздуха от углекислого газа и других вредных примесей, 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 контура охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящего последовательно через воздухонагреватель и увлажнитель и включающего в себя насос и теплообменник, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой, и увлажнителя, выполненного в виде емкости, в верхней части которой установлены форсунки для разбрызгивания жидкости контура охлаждения криогенной машины, а в нижней части - поддон с этой жидкостью и подпиточной линией с регулирующим клапаном, позволяет получить новое свойство, заключающееся в вымораживании вредных примесей окружающего воздуха, например углекислого газа, паров воды и т. д., в абсорбере и конденсаторе криогенной машины, а также снижение минимальной температуры охлаждающей жидкости контура охлаждения криогенной машины Стирлинга ниже температуры окружающей среды.

На чертеже изображена установка для комбинированной обработки воздуха герметичных помещений.

В установку для комбинированной обработки воздуха входит кондиционируемое помещение 1 с жалюзийной решеткой 2 и воздухораспределителем 3, электровентилятор 4, пылевой фильтр 5, фильтр с активированным углем 6, криогенная система удаления углекислого газа и других вредных примесей, состоящая из абсорбера 7, криогенной машины Стирлинга 8 с конденсатором 9 и холодильником 10, линии слива жидкого воздуха 11, теплоизолированной емкости для хранения жидкого воздуха 12, линии подачи жидкого воздуха 13 в адсорбер 7, содержащей насос высокого давления 14 и обратный клапан 15, а также контур охлаждения 16 криогенной машины 8, включающий в себя насос 17, теплообменник 18, через который проходит магистраль охлаждающей технической воды 19, увлажнитель 20, в верхней части которого расположены форсунки 21 для разбрызгивания жидкости контура охлаждения 16, в нижней части - поддон с этой жидкостью и подпиточная линия 22 с регулирующим клапаном 23, воздухонагреватель 24, расположенный после увлажнителя 20, при этом контур охлаждения 16 последовательно проходит через воздухонагреватель 24 и увлажнитель 20.

Установка для комбинированной обработки воздуха герметичных 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 абсорбер 7, где за счет теплообмена с жидким воздухом регенерируемый воздух охлаждается и их него частично удаляются пары воды и углекислого газа, в конденсатор 9 криогенной машины Стирлинга 8, где регенерируемый воздух сжижается, при этом на стенках конденсатора 9 вымораживаются остаточные пары воды, углекислого газа и других вредных примесей. Очищенный жидкий воздух сливается самотеком по линии слива жидкого воздуха 11 в теплоизолированную емкость 12. Из емкости 12 с помощью насоса высокого давления 14 по линии подачи жидкого чистого воздуха 13 жидкий воздух поступает через обратный клапан 15 сначала в абсорбер 7, где нагревается и испаряется за счет теплообмена с регенерируемым воздухом, поступающим из фильтра 6, а затем в газообразном состоянии поступает в увлажнитель 20. В увлажнителе 20 газообразный чистый воздух насыщается влагой и частично нагревается, а затем поступает в воздухонагреватель 24, где происходит его окончательный нагрев, перед подачей в помещение 1 через воздухораспределитель 3.

Для привода криогенной машины Стирлинга 8 может использоваться электродвигатель или специальный тепловой двигатель (не показаны). С целью снятия тепловой нагрузки с криогенной машины 8 предусмотрен контур охлаждения 16. По контуру 16 нагретая от рабочего тела криогенной машины 8 охлаждающая жидкость из холодильника 10 с помощью насоса 17 подается сначала в воздухонагреватель 24, где жидкость частично охлаждается, затем в теплообменник 18, где она охлаждается до температуры окружающей среды за счет теплообмена с технической водой, поступающей по магистрали 19, после этого поступает в увлажнитель 20, внутри которого разбрызгивается через форсунки 21 и за счет теплового контакта с холодным чистым газообразным воздухом охлаждается до температуры ниже температуры окружающей среды, что обеспечивает увеличение холодильного коэффициента криогенной машины 8 и снижение потребляемой мощности на ее привод. Из поддона увлажнителя 20 охлаждающая жидкость насосом 17 вновь подается в холодильник 10 криогенной машины 8. Для подпитки контура охлаждения 16 предусмотрена подпиточная линия 22 с регулирующим клапаном 23.

Источники информации 1. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. М.: Иностр. литература, 1961, стр. 287 - 288.

2. 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.

3. Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1982, стр. 185 - 186.

4. Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под ред. М.П. Малкова. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Энергия, 1973, стр. 294.

5. Захаров Ю. В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. Л.: Судостроение, 1979, стр. 125 - прототип.

Формула изобретения

Установка для комбинированной обработки воздуха герметичных помещений, включающая в себя кондиционируемое помещение с жалюзийными решетками и воздухораспределителем, электровентилятор, пылевой фильтр, фильтр с активированным углем, установку для удаления углекислого газа и других вредных примесей окружающего воздуха, увлажнитель, воздухонагреватель, отличающаяся тем, что установка для удаления углекислого газа и других вредных примесей выполнена в виде криогенной системы, а установка для комбинированной обработки воздуха снабжена абсорбером, установленным после фильтра с активированным углем, 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, а также контуром охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящим последовательно через воздухонагреватель и увлажнитель и включающим в себя насос и теплообменник, установленный между воздухонагревателем и увлажнителем, через который проходит магистраль с охлаждающей технической водой, при этом увлажнитель выполнен в виде емкости, в верхней части которой установлены форсунки для разбрызгивания жидкости контура охлаждения криогенной машины, а в нижней части - поддон с этой жидкостью и подпиточной линией с регулирующим клапаном.

РИСУНКИ

Рисунок 1