RU2537156C2 - Air regeneration system - Google Patents
Air regeneration system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537156C2 RU2537156C2 RU2012150478/12A RU2012150478A RU2537156C2 RU 2537156 C2 RU2537156 C2 RU 2537156C2 RU 2012150478/12 A RU2012150478/12 A RU 2012150478/12A RU 2012150478 A RU2012150478 A RU 2012150478A RU 2537156 C2 RU2537156 C2 RU 2537156C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- briquette
- hydrogen
- absorber
- generator
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам регенерации воздуха в непригодной для дыхания атмосфере, закрытых помещениях, и может быть использовано, например, в респираторах горноспасателей.The invention relates to air regeneration devices in an atmosphere unsuitable for breathing, in enclosed spaces, and can be used, for example, in rescue respirators.
Известна установка для регенерации воздуха, предназначенная для защиты органов дыхания людей в загазованных помещениях (патент РФ 2028812, A62B 11/00, 1995). Установка включает регенеративный патрон с регенеративными продуктами на основе надперекиси натрия и надперекиси калия в соотношении 1:3, а также поглотительный патрон с гидроокисью лития. Регенеративные продукты поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а поглотитель предназначен для дополнительного поглощения углекислого газа. Все продукты работают в твердофазном режиме и выполнены в форме зерна или блоков с отверстиями.A known installation for air regeneration, designed to protect the respiratory system of people in gassed rooms (RF patent 2028812, A62B 11/00, 1995). The installation includes a regenerative cartridge with regenerative products based on sodium superoxide and potassium superoxide in a ratio of 1: 3, as well as an absorption cartridge with lithium hydroxide. Regenerative products absorb carbon dioxide and emit oxygen, and the absorber is designed for additional absorption of carbon dioxide. All products operate in solid state mode and are made in the form of grain or blocks with holes.
Однако такое устройство характеризуется большой массой и объемом расходуемых продуктов. Кроме того, такие установки не могут работать в аварийных условиях отсутствия электроэнергии.However, such a device is characterized by a large mass and volume of consumable products. In addition, such installations can not work in emergency conditions of lack of electricity.
Известна также энергоустановка, содержащая водородовоздушный электрохимический генератор со щелочными топливными элементами, соединенная с емкостью с жидкими продуктами гидролиза, работающая как абсорбер диоксида углерода (патент РФ 2291524, H01M 8/06, 2005).A power plant is also known, containing a hydrogen-air electrochemical generator with alkaline fuel cells, connected to a tank with liquid hydrolysis products, operating as a carbon dioxide absorber (RF patent 2291524, H01M 8/06, 2005).
Данное устройство требует значительного расхода воздуха и характеризуется сложностью устройства и эксплуатации. В случае применения данного устройства для регенерации воздуха не обеспечивается кислородное питание пользователя.This device requires significant air flow and is characterized by the complexity of the device and operation. In the case of using this device for air regeneration, oxygen supply to the user is not provided.
Задачей изобретения является снижение массы и объема расходуемых продуктов для всей системы регенерации воздуха за счет жидкофазной генерации кислорода и поглощения диоксида углерода в емкости с жидкими продуктами гидролиза.The objective of the invention is to reduce the mass and volume of consumable products for the entire air regeneration system due to liquid-phase oxygen generation and absorption of carbon dioxide in a tank with liquid hydrolysis products.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении работы системы при отключении или отсутствии системы электропитания, что повышает надежность ее эксплуатации.The technical result of the invention is to ensure the operation of the system when the power is turned off or off, which increases the reliability of its operation.
Технический результат достигается тем, что в системе регенерации воздуха генератор кислорода, использующий брикет надперекиси натрия, выполнен в виде аппарата Кипа, а емкость с отработанным раствором соединена с абсорбером, дополнительно система регенерации воздуха содержит снаряженный брикетом гидрида лития генератор водорода, линия отвода водорода которого соединена с топливным элементом, а емкость с отработанным раствором соединена с абсорбером.The technical result is achieved by the fact that in the air regeneration system, the oxygen generator using the sodium peroxide briquette is made in the form of a Kip apparatus, and the spent solution tank is connected to the absorber, in addition, the air regeneration system contains a hydrogen generator equipped with a lithium hydride briquette, the hydrogen removal line of which is connected with a fuel cell, and the waste solution tank is connected to an absorber.
Генераторы кислорода и водорода снабжены мешками конденсации.Oxygen and hydrogen generators are equipped with condensation bags.
Выполнение генератора кислорода, использующего брикет надперекиси натрия, в виде аппарата Кипа (Краткий политехнический словарь, М., 1956, стр. 409), обеспечивает:The implementation of the oxygen generator using a briquette of sodium peroxide peroxide in the form of a Kip apparatus (Brief Polytechnical Dictionary, M., 1956, p. 409), provides:
- снижение массы расходуемых продуктов за счет полного выделения кислорода с единицы массы продукта и возможности использования только надперекиси натрия как наиболее емкого кислородоносителя;- reduction in the mass of consumable products due to the complete release of oxygen per unit mass of the product and the possibility of using only sodium peroxide as the most capacious oxygen carrier;
- снижение объема расходуемых продуктов за счет возможности более высокой степени уплотнения и меньшей массы кислородоносителя.- reducing the volume of consumable products due to the possibility of a higher degree of compaction and a smaller mass of oxygen carrier.
Введение дополнительного снаряженного брикетом гидрида лития генератора водорода, выполненного в виде аппарата Кипа, линия отвода водорода которого соединена с топливным элементом, а емкость с отработанным раствором соединена с абсорбером обеспечивает:The introduction of an additional lithium hydride briquette equipped with a hydrogen generator, made in the form of a Kip apparatus, the hydrogen removal line of which is connected to the fuel cell, and the waste solution tank connected to the absorber provides:
- обеспечение работы системы регенерации при отсутствии внешнего электроснабжения за счет работы топливного элемента (Чирков Ю.Г. Любимое дитя электрохимии, М., Знание, 1985);- ensuring the operation of the regeneration system in the absence of external power supply due to the operation of the fuel cell (Chirkov Yu.G. Favorite child of electrochemistry, M., Knowledge, 1985);
- улучшение стехиометрических характеристик установки за счет дополнительного поглощения диоксида углерода щелочным раствором, получаемым в генераторе водорода;- improving the stoichiometric characteristics of the installation due to the additional absorption of carbon dioxide by an alkaline solution obtained in a hydrogen generator;
- упрощение конструкции за счет соединения емкости с отработанным раствором с абсорбером.- simplification of the design by connecting the tank with the spent solution with the absorber.
Перечисленные отличительные признаки обеспечивают снижение массы и объема расходуемых продуктов для всей системы регенерации воздуха за счет дополнительного поглощения диоксида углерода в емкости с жидкими продуктами гидролиза и обеспечивают работоспособность системы при отключении или отсутствии внешней системы электропитания, что повышает надежность ее эксплуатации.These distinctive features provide a reduction in the mass and volume of consumable products for the entire air regeneration system due to the additional absorption of carbon dioxide in the tank with liquid hydrolysis products and ensure the system is operable when the external power supply system is disconnected or absent, which increases the reliability of its operation.
Снабжение генераторов кислорода и водорода мешками конденсации служат для отвода тепла, обеспечивая комфортность дыхания.The supply of oxygen and hydrogen generators with condensation bags serves to remove heat, providing comfortable breathing.
На чертеже представлен общий вид заявляемого устройства.The drawing shows a General view of the claimed device.
Брикет 1 надперекиси натрия плотностью 1,65-1,91 кг/дм3 размещен в генераторе кислорода 2. Генератор кислорода 2 в нижней части соединен с абсорбером углекислого газа 3, в верхней части с легочным автоматом 4 и водопроводом 5 с дыхательным мешком 6. Абсорбер 3 соединен в верхней части воздуховодом 7 с дыхательным мешком 6 и подающим воздуховодом 8 в нижней части. Кроме того, абсорбер соединен трубопроводами с генератором кислорода 2 и генератором водорода 9. Дыхательный мешок 6 соединен с воздуховодом 7, воздуховодом 10 для подачи дыхательной смеси потребителю и с водопроводом 5 для слива конденсата. На линии циркуляции дыхательной смеси расположены холодильник 11, клапанная коробка с лицевой частью 12 и вентилятор 13. Генератор водорода 9 непосредственно соединен с топливным элементом 14. Генераторы кислорода и водорода имеют мешки конденсации 15 водяного пара для сброса тепла. Брикет 16 гидрида лития плотностью 0,50-0,6 кг/дм3 размещен в генераторе водорода 9. Водопровод 5 соединен с генераторами кислорода и водорода и имеет обратные клапаны.Briquette 1 of sodium peroxide with a density of 1.65-1.91 kg / dm 3 is placed in an oxygen generator 2. An oxygen generator 2 in the lower part is connected to a carbon dioxide absorber 3, in the upper part with a pulmonary automaton 4 and a water pipe 5 with a breathing bag 6. The absorber 3 is connected in the upper part by the air duct 7 to the breathing bag 6 and the supply air duct 8 in the lower part. In addition, the absorber is connected by pipelines to an oxygen generator 2 and a hydrogen generator 9. A breathing bag 6 is connected to an air duct 7, an air duct 10 for supplying a breathing mixture to a consumer, and a water pipe 5 for draining the condensate. A refrigerator 11, a valve box with a front part 12, and a fan 13 are located on the circulation line of the respiratory mixture. The hydrogen generator 9 is directly connected to the fuel element 14. The oxygen and hydrogen generators have condensation bags 15 of water vapor to remove heat. Briquette 16 of lithium hydride with a density of 0.50-0.6 kg / dm 3 is located in the hydrogen generator 9. The water supply 5 is connected to the oxygen and hydrogen generators and has check valves.
Устройство регенерации воздуха работает следующим образом. При подготовке аппарата к работе система предварительно снаряжается соответственно брикетом 1 надперекиси натрия в генераторе кислорода 2 и брикетом 16 гидрида лития в генераторе водорода 9. Затем перед непосредственным использованием в объем генератора кислорода и водорода заливается фиксированное количество воды. Однако реакции между продуктами и водой в генераторах не происходит из-за отсутствия контакта. Потребление газов в этот момент отсутствует.The air regeneration device operates as follows. When preparing the apparatus for operation, the system is preliminarily equipped with a briquette 1 of sodium superoxide peroxide in an oxygen generator 2 and a briquette 16 of lithium hydride in a hydrogen generator 9. Then, before direct use, a fixed amount of water is poured into the volume of the oxygen and hydrogen generator. However, the reaction between the products and water in the generators does not occur due to the lack of contact. There is no gas consumption at this point.
При включении потребителя через лицевую часть 12 (вдохе) потребность в кислороде через легочный автомат 4 включает в работу генератор кислорода 2. Образовавшийся раствор гидроокиси натрия с помощью специального клапана сброса автоматически сливается в абсорбер 3. Работа генератора водорода 9 и топливного элемента 14 автоматически начинается с момента подключения потребителя электроэнергии (для работы вентилятора 13, холодильника 11). Требуемый для работы топливного элемента 14 кислород поступает из относительно загрязненной внешней атмосферы. Степень доочистки внешнего воздуха (в частности от углекислого газа) для питания топливного элемента 14 должна определяться конкретной ситуацией и требуемым ресурсом работы элемента 14. Для аварийных ситуаций ресурс работы относительно мал (170-200 ч) и доочистка не требуется. В отдельных случаях возможно использование ресурсов абсорбера 3 и генератора кислорода 2.When the consumer is turned on through the front part 12 (inhalation), the oxygen demand through the pulmonary automaton 4 turns on the oxygen generator 2. The resulting sodium hydroxide solution is automatically discharged into the absorber using a special relief valve 3. The operation of the hydrogen generator 9 and fuel cell 14 automatically starts with the moment of connecting the consumer of electricity (for the operation of the fan 13, the refrigerator 11). The oxygen required for the operation of the fuel cell 14 comes from a relatively polluted external atmosphere. The degree of post-treatment of external air (in particular from carbon dioxide) for supplying the fuel element 14 should be determined by the specific situation and the required operating life of the element 14. For emergency situations, the operating life is relatively small (170-200 h) and additional treatment is not required. In some cases, it is possible to use the resources of the absorber 3 and the oxygen generator 2.
В стационарный период работы системы тепло абсорбера 3 приводит к испарению части воды и вместе с воздухом по воздуховоду 7 переносит ее в дыхательный мешок 6. Теплоотдающая (во внешнюю среду) поверхность дыхательного мешка обеспечивает конденсацию паров воды. Основная часть сконденсированной воды по водопроводу 5 стекает в генератор кислорода, обеспечивая его подпитку, а образовавшийся щелочной раствор стекает в абсорбер 3. При этом количество жидкости в генераторе кислорода и водорода всегда постоянно. Естественный разогрев раствора до 60-90°C регулируется сбросом тепла с помощью мешка конденсации 15. Кругооборот воды в системе обеспечивает стабильность ее работы. Из дыхательного мешка на вдохе дыхательная смесь охлаждается в холодильнике 11, насыщается недостающим объемом кислорода и подается на дыхание потребителю 10.In the stationary period of the system, the heat of the absorber 3 leads to the evaporation of part of the water and together with the air through the duct 7 transfers it to the breathing bag 6. The heat-releasing (to the external environment) surface of the breathing bag provides condensation of water vapor. The main part of the condensed water through the water supply 5 flows into the oxygen generator, providing it with water, and the alkaline solution formed flows into the absorber 3. The amount of liquid in the oxygen and hydrogen generator is always constant. The natural heating of the solution to 60-90 ° C is regulated by heat discharge using a condensation bag 15. The water circuit in the system ensures its stability. From the breathing bag on inhalation, the breathing mixture is cooled in the refrigerator 11, saturated with the missing volume of oxygen and is supplied to the consumer 10 for breathing.
В абсорбере образующиеся карбонаты натрия и лития в процессе работы выпадают в осадок в специальную емкость и могут быть удалены из системы непосредственно в процессе работы. При высокой температуре (80-95°C) в зоне реакции кинетика процесса достаточно высока.In the absorber, the formed sodium and lithium carbonates in the process precipitate in a special container and can be removed from the system directly during operation. At a high temperature (80-95 ° C) in the reaction zone, the kinetics of the process is quite high.
Масса гидрида лития от общей массы расходуемых продуктов (надперекиси натрия и гидрида лития) составляет 4%. Объем гидрида лития от общего объема расходуемых продуктов составляет 11%.The mass of lithium hydride of the total mass of consumed products (sodium peroxide and lithium hydride) is 4%. The volume of lithium hydride of the total volume of consumed products is 11%.
Введение генератора водорода 9 с брикетом гидрида лития в систему регенерации обусловлено двумя причинами: во-первых, необходимостью добавления гидроокиси лития в абсорбер для оптимизации дыхательного коэффициента в воздухе (0,869 нл CO2/нл O2) и, во-вторых, необходимостью использования водорода для генерации электроэнергии, обеспечивающей внутренние потребности системы в электроэнергии составляют не более 18 Вт/чел. (работа вентилятора, управление, и т.д.). При коэффициенте полезного действия 60% топливный элемент генерирует 26 Вт/чел.The introduction of a hydrogen generator 9 with a lithium hydride briquette into the regeneration system is due to two reasons: firstly, the need to add lithium hydroxide to the absorber to optimize the respiratory coefficient in air (0.869 nl CO 2 / nl O 2 ) and, secondly, the need to use hydrogen for the generation of electricity that meets the internal needs of the system for electricity is not more than 18 W / person. (fan operation, control, etc.). With a 60% efficiency, the fuel cell generates 26 W / person.
Стационарный процесс регенерации достаточно устойчив, так как, с одной стороны, его тепловыделение ограничено режимом дыхания, а, с другой стороны, его теплосброс определяется величиной теплоотдающей поверхности дыхательного мешка.The stationary process of regeneration is quite stable, since, on the one hand, its heat release is limited by the breathing mode, and, on the other hand, its heat loss is determined by the value of the heat transfer surface of the respiratory bag.
В таблице для сравнения приведены величины основных показателей для оценки качества систем регенерации воздуха.The table for comparison shows the values of the main indicators for assessing the quality of air regeneration systems.
При расчете принято выделение углекислого газа равным 600 дм3/чел. сутки и поглощение кислорода - 672 дм3/чел. сутки (дыхательный коэффициент составляет 0,869 нл CO2/нл O2). Поскольку общие масса и объем расходуемых продуктов, как правило, значительно превышают постоянную массу и объем самой установки, то именно они указаны в таблице как основные показатели оценки качества системы регенерации (объемом установки в сравнении с хранимым объемом продукта можно пренебречь).In the calculation, the emission of carbon dioxide is assumed to be 600 dm 3 / person. day and oxygen absorption - 672 dm 3 / person. day (respiratory coefficient is 0.869 nl CO 2 / nl O 2 ). Since the total mass and volume of consumable products, as a rule, significantly exceed the constant mass and volume of the installation itself, they are indicated in the table as the main indicators for assessing the quality of the regeneration system (the installation volume in comparison with the stored product volume can be neglected).
Вывод. Предлагаемая система регенерации имеет меньшую массу расходуемых продуктов в 1,5 раза, а снижение объема расходуемых продуктов - в 2,6 раза. Такое снижение объема расходуемых продуктов следует признать существенным. Возможность производства электроэнергии - обеспечивает автономность и надежность системы регенерации.Output. The proposed regeneration system has a smaller mass of consumable products by 1.5 times, and a decrease in the volume of consumable products by 2.6 times. This reduction in the volume of consumable products should be considered significant. The possibility of generating electricity - provides autonomy and reliability of the regeneration system.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012150478/12A RU2537156C2 (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Air regeneration system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012150478/12A RU2537156C2 (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Air regeneration system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012150478A RU2012150478A (en) | 2014-06-10 |
| RU2537156C2 true RU2537156C2 (en) | 2014-12-27 |
Family
ID=51213845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012150478/12A RU2537156C2 (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Air regeneration system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2537156C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1263231A (en) * | 1970-01-01 | 1972-02-09 | Trw Inc | Atmospheric control utilizing an electrolytic carbon dioxide concentrator |
| US4019509A (en) * | 1975-08-28 | 1977-04-26 | Lockheed Missiles & Space Company, Inc. | Self-rescue breathing apparatus |
| RU2028812C1 (en) * | 1992-07-20 | 1995-02-20 | Тамбовский научно-исследовательский химический институт | Air recovery plant |
| RU2091095C1 (en) * | 1995-07-11 | 1997-09-27 | 46 Центральный научно-исследовательский институт Министерства Обороны РФ | Method for removal of carbon dioxide from air in manned section of object of collective protection |
| RU2291524C2 (en) * | 2004-04-26 | 2007-01-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Power installation with air-generator fuel cell generator |
| CN101088576A (en) * | 2006-12-05 | 2007-12-19 | 福建师范大学 | Automatic oxygen replenisher for use in anoxi environment |
-
2012
- 2012-11-26 RU RU2012150478/12A patent/RU2537156C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1263231A (en) * | 1970-01-01 | 1972-02-09 | Trw Inc | Atmospheric control utilizing an electrolytic carbon dioxide concentrator |
| US4019509A (en) * | 1975-08-28 | 1977-04-26 | Lockheed Missiles & Space Company, Inc. | Self-rescue breathing apparatus |
| RU2028812C1 (en) * | 1992-07-20 | 1995-02-20 | Тамбовский научно-исследовательский химический институт | Air recovery plant |
| RU2091095C1 (en) * | 1995-07-11 | 1997-09-27 | 46 Центральный научно-исследовательский институт Министерства Обороны РФ | Method for removal of carbon dioxide from air in manned section of object of collective protection |
| RU2291524C2 (en) * | 2004-04-26 | 2007-01-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Power installation with air-generator fuel cell generator |
| CN101088576A (en) * | 2006-12-05 | 2007-12-19 | 福建师范大学 | Automatic oxygen replenisher for use in anoxi environment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012150478A (en) | 2014-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU651150B2 (en) | Application of fuel cells to power generation systems | |
| US7045230B2 (en) | Chemical hydride hydrogen generation system and fuel cell stack incorporating a common heat transfer circuit | |
| CN103004000B (en) | Comprise for the production of the sodium chloride electrolysis device of sodium chlorate for the production of with the system of supply of hydrogen and sodium chlorate | |
| CA2685866A1 (en) | Oxygen generation for battlefield applications | |
| JP2009099534A (en) | Power generating device, power generation method, and manufacturing method of magnesium hydride particle | |
| CN103422112B (en) | A kind of method and system prepared hydrogen and carry out combined type water and electricity supply | |
| JP5891358B2 (en) | Energy system | |
| JP4838952B2 (en) | Hydrogen gas generator and generator | |
| CN105914386A (en) | Online hydrogen-supplying air-cooling fuel cell system | |
| US8246796B2 (en) | Fuel cell recharger | |
| CN109482045A (en) | Enclosure space air regenerative system and its method | |
| CN102935899A (en) | Cooling, heating and power integrated system based on fuel cell and hydrogen storage device of fuel cell for extravehicular spacesuit | |
| RU2537156C2 (en) | Air regeneration system | |
| WO2012099413A2 (en) | Oxygen-generating humidifier using the decomposition of hydrogen-peroxide | |
| JP6633959B2 (en) | Hydrogen filling equipment | |
| JP2010001188A (en) | Hydrogen production apparatus and fuel cell | |
| JP6904316B2 (en) | Power supply method, power supply system | |
| JP2008081381A (en) | Hydrogen producing apparatus and fuel cell | |
| CN102971899B (en) | There is the electric vehicle including providing the fuel cell of the sodium chlorate decomposition reactor of oxygen to battery | |
| CN216378411U (en) | System for recovering hydrogen as by-product in chlorine production by electrolysis | |
| CN110316002A (en) | It is a kind of to rescue energy vehicle for outdoor emergency demand | |
| CN219326844U (en) | Hydrogen production and charging integrated machine | |
| CN115092357B (en) | Life support system for deep sea diving suit and using method thereof | |
| CN201668887U (en) | Isolated chemical oxygen self-rescuer | |
| RU2516017C1 (en) | Air regeneration system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161127 |