RU170202U1

RU170202U1 - Фильтр-пневмоглушитель

Info

Publication number: RU170202U1
Application number: RU2016114580U
Authority: RU
Inventors: Павел Валерьевич Максимов; Виктор Анатольевич Капитанов; Алексей Алексеевич Титов; Тимофей Тимофеевич Кондратенко; Алексей Владимирович Чесноков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИМПУЛЬС"
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-04-18

Abstract

Полезная модель относится к области разделения газов, в частности к области получения кислорода методом короткоцикловой безнагревной адсорбции.Технический результат, достигаемый с помощью предлагаемой полезной модели, - обеспечение одновременно и снижения шума всасывания компрессора концентратора кислорода и удаления из всасываемого воздуха пыли и сорбцию из всасываемого воздуха органических паров и газов.Сущность полезной модели в том, что на всасывающий патрубок компрессора концентратора кислорода устанавливается фильтр-пневмоглушитель, изготавливаемый трехслойным, причем первый слой состоит из пористого материала, второй слой - из активированного волокнистого углеродного материала и третий слой - из пористого материала.Всасываемый компрессором воздух фильтруется через первый по ходу воздуха слой пористого материала, где улавливается пыль. Затем воздух проходит через второй слой - слой активированного волокнистого углеродного материала, где сорбируются органические пары и газы, после чего воздух очищается от уносимых из второго слоя углеродных волокон в третьем слое пористого материала.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области фильтрации газов, в частности к области очистки воздуха перед его разделением при получении кислорода методом короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА).

При обеспечении боеспособности военнослужащих в условиях высокогорья, жаркого климата, психофизического утомления, стресса, хронической подострой интоксикации пороховыми, выхлопными и дымовыми газами целесообразна дополнительная оксигенация вдыхаемого воздуха. Благотворное влияние вдыхания обогащенных кислородом газовых смесей на работоспособность человека известно достаточно широко [1].

Вместе с тем в современных войнах, которые чаще всего относятся к конфликтам малой интенсивности, подавляющую часть времени военнослужащие находятся вне кабин (отсеков) боевых и транспортных машин, поэтому вдыхать воздух контролируемого состава военнослужащие могут только в жилых палатках (модулях).

Использование сжатого кислорода в баллонах или химических источников кислорода для дополнительной оксигенации атмосферы в жилой палатке (модуле) представляется нецелесообразным как с точки зрения логистики (это увеличивает номенклатуру подвозимых ресурсов), так и с точки зрения пожарной безопасности.

Более целесообразно использовать для дополнительной оксигенации концентраторы кислорода, получающие кислород непосредственно из атмосферного воздуха методом КБА [2]. Концентраторы кислорода пожаробезопасны (поскольку не содержат запасов ни свободного, ни химически связанного кислорода) и практически не нуждаются в расходных материалах.

Концентратор кислорода включает в себя компрессор, подающего сжатый воздух в пневмораспределитель, который распределяет воздух между поглотительными колонками, заполненными молекулярным ситом - цеолитом. Зачастую термин «концентратор кислорода» используют более узко - как название устройства, состоящего из пневмораспределителя и поглотительных колонок [2].

Концентратор кислорода может быть расположен за пределами жилой палатки (модуля) - в таком случае в помещение кислород поступает по трубке. Однако целесообразно располагать концентратор непосредственно в жилой палатке (модуле) по следующим причинам:

- за пределами жилой палатки (модуля) существует опасность замерзания конденсата во внутренних трубках концентратора;

- за пределами модуля жилой палатки (модуля) существует опасность перегрева концентратора прямыми солнечными лучами до опасной для его работоспособности температуры (более +50°С);

- при установке непосредственно в жилой палатке (модуле) адсорбционные колонки концентратора будут удалять из воздуха внутри жилой палатки (модуля) не только азот, но и часть углекислого газа [2].

Важно отметить, что процесс КБА связан со сжатием разделяемого воздуха компрессором, причем используемые с этой целью компрессоры достаточно шумны. Так, компрессор NTZW700 фирмы Guangzhou Netech Environmental Technology Co. Ltd, предназначенный для работы с концентратором кислорода производительностью 15 л/мин, издает шум до 68 дБ [3], в то время как допустимый уровень шума в жилых помещениях в дневное время не должен превышать 40 дБ, а в ночное время - 30 дБ [4].

Помещение компрессора в звукоизолирующий корпус не может в данном случае считаться удовлетворительным решением, поскольку значительную часть шума компрессора составляет шум всасывания, издаваемый всасывающим патрубком, который в любом случае придется вывести за пределы в звукоизолирующего корпуса.

Для снижения шума всасывания применяются различные технические решения, из которых наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели может считаться описанный в [5] пневмоглушитель, содержащий внутреннюю и наружную перфорированные оболочки с мелкогранулированным поглотителем, входной корпус и крышку с установленной на входе в глушитель шайбой-рассекателем.

В общем случае предлагаемое в [5] техническое решение приемлемо, поскольку обеспечивает достаточное снижение шума всасывания компрессора. Однако в случае использования компрессора именно для КБА представляется целесообразным совместить в одном устройстве подавление шума всасывания компрессора, фильтрации воздуха от пыли и сорбции загрязняющих воздух паров и газов.

Удаление из воздуха пыли и загрязняющих паров/газов необходимо, поскольку в противном случае указанные примеси выведут молекулярное сито концентратора кислорода из строя либо отложениями частиц пыли, либо неудаляемыми при регенерации цеолита коксоподобными отложениями, образующимися из проходящих через адсорбционные колонки органических паров и газов [6].

Приведенный краткий обзор современного уровня техники позволяет сформулировать технический результат, который должен быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели - обеспечение одновременно и снижения шума всасывания компрессора концентратора кислорода, и удаления из всасываемого воздуха пыли и сорбцию из всасываемого воздуха органических паров и газов.

Для разработки фильтра-пневмоглушителя, позволяющего обеспечить указанный технический результат, необходимо рассмотреть некоторые требования, предъявляемые к шумоподавляющим, фильтрующим и сорбционным материалам и устройствам.

Основным и наиболее простым принципом подавления шума является распределение издающего шум газового потока на большое количество мелких каналов [5]. Исходя из этого принципа нет никакого противоречия между функциями шумоподавления и фильтрации - обе эти функции могут быть совмещены в одном устройстве при изготовлении его из пористого материала.

Для сорбции органических паров и газов наиболее целесообразно применять активированные волокнистые углеродные материалы, которые хотя и обладают несколько большей стоимостью по сравнению с гранулированным активированным углем, но существенно превосходят его по сорбционной емкости [7].

Хотя фильтр-пневмоглушитель, изготовленный целиком из активированного волокнистого углеродного материала, вполне сможет выполнять функции и глушителя и фильтра и сорбента, такое техническое решение нецелесообразно. Первый по ходу движения воздуха слой фильтра-пневмоглушителя сможет работать только как фильтр, но не как сорбент, поскольку пыль закупорит поры активированного волокнистого углеродного материала, что приведет к потере его сорбционной емкости.

Активированные волокнистые углеродные материалы достаточно дороги по сравнению с не обладающими сорбирующими свойствами фильтрующими материалами, например полимерными или целлюлозными. Поэтому целесообразно первый по ходу воздуха слой фильтра-глушителя изготовить из пористых полимеров, полимерных нитей, тканей и подобных материалов - этот слой должен выполнять только фильтрующую функцию.

Второй слой, контактирующий с уже обеспыленным воздухом и выполняющий функцию только сорбции, следует выполнять из активированного волокнистого углеродного материала. Однако подобные материалы не обладают высокой механической прочностью (прочность является конкурирующим свойством по отношению к сорбционной емкости [7]) поэтому существует риск отрыва и уноса из сорбционного слоя отдельных углеродных волокон и загрязнения ими молекулярных сит концентратора кислорода.

Для предотвращения такого загрязнения за сорбирующим слоем из активированного волокнистого углеродного материала должен располагаться дополнительный фильтрующий слой, например, из пористого полимера. Этот слой улавливает уносимые потоком воздуха углеродные волокна и не позволяет им попасть в концентратор кислорода.

Т.о. сущность предлагаемой полезной модели в том, что на всасывающий патрубок компрессора концентратора кислорода устанавливается фильтр-пневмоглушитель, изготавливаемый трехслойным, причем первый слой состоит из пористого материала, второй слой - из активированного волокнистого углеродного материала и третий слой - из пористого материала.

Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. Всасываемый компрессором воздух фильтруется через первый по ходу воздуха слой пористого материала, где улавливается пыль. Затем воздух проходит через второй слой - слой активированного волокнистого углеродного материала, где сорбируются органические пары и газы, после чего воздух очищается от углеродных волокон в третьем слое пористого материала.

Работу предлагаемой полезной модели поясняют следующие примеры.

Пример 1

Компрессор производительностью 180 л/мин при давлении 0,35 МПа обеспечивает сжатым воздухом концентратор кислорода производительностью 15 л/мин при концентрации кислорода 90%. Всасываемый воздух фильтрации не подвергается. Концентратор кислорода эксплуатируют до загрязнения цеолита, ресурс цеолита считается исчерпанным при снижении концентрации кислорода до 80%.

Ресурс цеолита составляет 7880 м³ кислорода. Уровень шума на расстоянии 1 м от концентратора кислорода составляет 68 дБ.

Пример 2

Компрессор и концентратор кислорода согласно Примеру 1 эксплуатируют в том же режиме. Всасываемый воздух пропускается фильтр-пневмоглушитель с рейтингом фильтрации 5 мкм, представляющий собой полый цилиндр из вспененного полипропилена внутренним диаметром 24,5 мм, наружным диаметром 65 мм и длиной 254 мм.

Ресурс цеолита составляет 10580 м³ кислорода. Уровень шума на расстоянии 1 м от концентратора кислорода составляет 28 дБ.

Пример 3

Компрессор и концентратор кислорода согласно Примеру 1 эксплуатируют в том же режиме. Всасываемый воздух пропускается фильтр-пневмоглушитель с размерами и рейтингом фильтрации согласно Примеру 2, выполненный из углеродного волокнистого сорбента - навитого на перфорированный трубчатый сердечник активированного нетканого материала (АНМ) ТУ 6-16-28-1449-91 ОАО «ЭНПО Неорганика».

Ресурс цеолита составляет 9140 м³ кислорода. Уровень шума на расстоянии 1 м от концентратора кислорода составляет 28 дБ.

Пример 4

Компрессор и концентратор кислорода согласно Примеру 1 эксплуатируют в том же режиме. Всасываемый воздух пропускается фильтр-пневмоглушитель с размерами и рейтингом фильтрации согласно Примеру 2, выполненный двухслойным. Первый по ходу движения воздуха слой толщиной 10 мм намотан из полипропиленовой нити, второй слой выполнен из АНМ, навитого на перфорированный трубчатый сердечник.

Ресурс цеолита составляет 9120 м³ кислорода. Уровень шума на расстоянии 1 м от концентратора кислорода составляет 28 дБ.

Пример 5

Компрессор и концентратор кислорода согласно Примеру 1 эксплуатируют в том же режиме. Всасываемый воздух пропускается фильтр-пневмоглушитель с размерами и рейтингом фильтрации согласно Примеру 2, выполненный трехслойным. Первый по ходу движения воздуха слой толщиной 10 мм намотан из полипропиленовой нити, второй слой выполнен из АНМ, под которым находится третий слой толщиной 6 мм, состоящий из полипропиленовой нити, намотанной на перфорированный трубчатый сердечник.

Ресурс цеолита составляет 12430 м³ кислорода. Уровень шума на расстоянии 1 м от концентратора кислорода составляет 28 дБ.

Приведенные примеры показывают, что любой из рассмотренных вариантов фильтра-пневмоглушителя обеспечивает снижение шума концентратора кислорода до приемлемого уровня. Только фильтрация воздуха (без сорбции) согласно Примеру 2 более способствует увеличению ресурса цеолита, чем использование только АНМ (Пример 3) или фильтрующего слоя и слоя АНМ, но без третьего слоя (Пример 4). Это объясняется беспрепятственным выносом углеродных волокон из фильтра-пневмоглушителя в адсорбционные колонки концентратора кислорода

Максимальное увеличение ресурса цеолита достигается только при трехслойной компоновке фильтра-пневмоглушителя, когда в конструкцию последнего вводится дополнительной слой, препятствующий уносу углеродных волокон в колонки концентратора кислорода.

Источники информации

1. Григорьев А.И., Гришин В.И., Логунов А.Т., Орлов О.И., Павлов Н.Б., Суворов А.В. Способ восстановления работоспособности человека после физических и психоэмоциональных нагрузок. Пат. на изобретение №2508923 от 20.02.2013 г.

2. Матвейкин В.Г., Погонин В.А., Путин С.Б., Скворцов С.А. Математическое моделирование и управление процессом короткоцикловой безнагревной адсорбции. - М.: «Издательство Машиностроение-1», 2007. - 140 с.

3. Официальный сайт компании Guangzhou Netech Environmental Technology Co., Ltd [Электронный ресурс] // Режим доступа gznetech.com, свободный. Загл. с экрана. Яз. англ. (дата обращения: апрель 2016 г.).

4. СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях». Утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 10 июня 2010 г. №64.

5. Иголкин А.А., Крючков А.Н., Сейфетдинов Р.Б., Шахматов Е.В. «Пневмоглушитель» Пат. на полезную модель №59152 от 24.11.2005 г.

6. Искалиева С.К. Совершенствование технологии процесса адсорбционной сушки обессеренного газа. Специальность 05.17.07 - Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ. Автореферат на соискание ученой степени кандидата химических наук. Астрахань, 2012.

7. Углеродные волокна и углекомпозиты. Пер. с англ. Под ред. Фитцер Э. М., 1987 г.

Claims

Фильтр-пневмоглушитель, устанавливаемый на всасывающем патрубке компрессора концентратора кислорода, имеющий значительное количество мелких каналов для разделения потока всасываемого газа, отличающийся тем, что фильтр-пневмоглушитель выполнен трехслойным, причем первый по ходу движения воздуха слой выполнен из полимерного фильтрующего материала, второй слой - из активированного углеродного волокнистого материала и третий слой – из полимерного фильтрующего материала.