WO2012125055A1 - Комплекс для создания в помещениях атмосферы с пониженным содержанием кислорода - Google Patents

Комплекс для создания в помещениях атмосферы с пониженным содержанием кислорода Download PDF

Info

Publication number
WO2012125055A1
WO2012125055A1 PCT/RU2011/000151 RU2011000151W WO2012125055A1 WO 2012125055 A1 WO2012125055 A1 WO 2012125055A1 RU 2011000151 W RU2011000151 W RU 2011000151W WO 2012125055 A1 WO2012125055 A1 WO 2012125055A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
room
nitrogen generator
nitrogen
cavity
membrane
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000151
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Казбек Ансарович БОСТАНОВ
Екатерина Николаевна ГРИГОЛЕВИЧ
Виктор Федорович МИНЗАР
Татьяна Николаевна ЦЫГАНОВА
Original Assignee
Bostanov Kazbek Ansarovich
Grigolevich Ekaterina Nikolaevna
Minzar Viktor Fedorovich
Tsiganova Tatyana Nikolaevna
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bostanov Kazbek Ansarovich, Grigolevich Ekaterina Nikolaevna, Minzar Viktor Fedorovich, Tsiganova Tatyana Nikolaevna filed Critical Bostanov Kazbek Ansarovich
Priority to PCT/RU2011/000151 priority Critical patent/WO2012125055A1/ru
Publication of WO2012125055A1 publication Critical patent/WO2012125055A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • A62C99/0009—Methods of extinguishing or preventing the spread of fire by cooling down or suffocating the flames
    • A62C99/0018—Methods of extinguishing or preventing the spread of fire by cooling down or suffocating the flames using gases or vapours that do not support combustion, e.g. steam, carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B01D53/227—Multiple stage diffusion in parallel connexion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/026—Wafer type modules or flat-surface type modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/10—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/104—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14—Specific spacers

Definitions

  • the field of technology relates to the field of gas separation, and more particularly to a technology for producing hypoxic gas mixtures (ie, with a low oxygen content and high nitrogen concentration) for their subsequent supply to closed rooms and containers.
  • Hypoxic gas mixtures are used in the most diverse fields of human activity, including: to reduce the fire and explosion hazard of various objects (with a decrease in oxygen concentration in the air to 15-12%, the probability of ignition of combustible substances decreases by 5- 10 times, which effectively solves the problem of ensuring fire and explosion safety, for example, when storing petroleum products in containers); to solve the problem of increasing the preservation of various objects during their storage by reducing the rate of oxidation of materials (for example, when storing a stock of books of historical value, paintings, various devices whose materials are prone to corrosion, etc.
  • hypoxic mixtures with a high nitrogen content at an oxygen concentration of less than 2% can be effectively used to extinguish a fire that has already arisen by quickly throwing it into the fire. Such mixtures can be pre-stored in a special receiver.
  • REPLACE ITS SHEET RULE 26 The prior art. There is a known technical complex for creating and maintaining an atmosphere with a low oxygen content in closed rooms, designed to supply a hypoxic mixture into the internal volume of a room in order to prevent and extinguish a fire inside it, presented in US Patents 5,799,652 of March 30, 1999, jN 5924419 from 07.20.1999 and From 5887439 from 01.09.1999.
  • the specified complex includes a nitrogen source - a nitrogen generator, which supplies nitrogen to rooms equipped with air conditioning, lock doors, devices to maintain a certain humidity and temperature, as well as a fixed oxygen concentration in the room air. All parameters are monitored, adjusted and maintained by an appropriate control system.
  • An exhaust pipe is provided in the room to release a hypoxic mixture into the outdoor atmosphere.
  • the well-known nitrogen generator works on the principle of short-cycle adsorption, based on different sorption activity of the sorbent with respect to oxygen and nitrogen. After certain short periods of time, in two adsorbers alternately working, there is an increase and then a decrease in air pressure, due to which it is divided into nitrogen and oxygen. Oxygen flow is discharged into the atmosphere, and nitrogen flows into the room. Gas separation occurs in one cycle by quickly switching valves within 40-90 seconds. The cycles are repeated in sequence.
  • the disadvantages of this invention are:
  • the closest analogue of the present invention is a technical complex for creating and maintaining in a closed room atmosphere with a low oxygen content according to US patent N ° 6314754 of 11/13/2001.
  • a nitrogen generator is used to form a hypoxic mixture, based on the use of selective permeability of air components - oxygen and nitrogen - through the walls of hollow polymer fibers.
  • the specified complex includes a nitrogen generator with an inlet pipe located outdoors, a pipeline for supplying a hypoxic mixture to the internal volume of the room, an air conditioning system for the gas mixture in the room with temperature and composition control by components, lock rooms with hermetic doors and management system.
  • the compressor compresses the outside air and delivers it into the hollow fibers of the nitrogen generator.
  • Oxygen seeping through the walls of the fibers into the interfiber space, enters the external atmosphere, and nitrogen is concentrated inside the fibers, which from the fibers enters the internal volume of the room intended to create and maintain a hypoxic atmosphere.
  • From the opposite wall of the room air is discharged from the internal volume through the discharge pipe equipped with a water lock.
  • the room is equipped with monitoring and measuring instruments and devices to maintain a certain humidity, temperature and a given oxygen concentration in the room. Regulation and maintenance of the set parameters of the indoor atmosphere of the room is carried out by the corresponding control system.
  • the present invention completely solves the technical problems of eliminating the above disadvantages of the prototype.
  • One of the main technical tasks is to prevent the penetration of atmospheric air into the room when the value of atmospheric pressure fluctuates even with insufficient tightness of the room.
  • the proposed technical solution allows to reduce capital costs associated with costly sealing of the room, as well as reduce energy consumption and extend the life of the nitrogen generator due to the operation of the latter for a shorter time. Consequently, both capital and energy costs are reduced.
  • the second technical problem is to reduce the time it takes to create a hypoxic mixture in a room. It is solved by ensuring
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) circulation of the hypoxic mixture in the process of its creation in the room.
  • a pipe connecting the internal volume of the room with the inlet pipe of the nitrogen generator is built into the wall of the room opposite the wall outside which the nitrogen generator is located.
  • a mixture with a nitrogen concentration higher than in air begins to enter the compressor inlet, which speeds up the process of creating a hypoxic mixture in a room by 1.5–2 times.
  • the third technical task is to remove harmful substances (sulfur dioxide - S0 2 , hydrogen sulfide - H 2 S, ammonia - NH 3 ) from the room air.
  • harmful substances sulfur dioxide - S0 2 , hydrogen sulfide - H 2 S, ammonia - NH 3
  • Harmful impurities accumulating in a hypoxic mixture, can interact with the components of paint and paper, which can cause darkening of paintings or destruction of paper.
  • the nitrogen generator is equipped with an additional membrane section, selective for harmful impurities, located between the inlet of the nitrogen generator and the outlet of the pipeline connecting the internal volume of the room and the inlet pipe of the nitrogen generator. During the circulation of the gas mixture, harmful substances are removed and discharged into the outside atmosphere.
  • flat cells can be placed directly in the nitrogen generator on the basis of a flat gas-permeable membrane, selective for oxygen, sulfur dioxide, hydrogen sulfide, ammonia.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a complex for creating and maintaining a hypoxic atmosphere in enclosed spaces.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a complex designed to create and maintain a hypoxic atmosphere in room 1, which includes a nitrogen generator 2 based on hollow gas separation fibers or flat
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) asymmetric membrane and receiver 3, designed to build up a stock of highly concentrated nitrogen, which is necessary to extinguish a fire when objects stored indoors are ignited.
  • the room is equipped with air conditioning 4, which maintains a certain temperature, a system for measuring all parameters of the gas medium and temperature 5, and lock doors 6, which exclude atmospheric air entering the room. This eliminates the change in the set parameters for the composition of the gas mixture and temperature.
  • an additional membrane section 7 was used based on gas separation membranes that are highly selective for the above mentioned impurities.
  • a screw type compressor 8 is installed at the inlet of the additional membrane section.
  • the set 9 assembled in a package is located outside the room, including flat hollow membrane cells 10 located in the pipe 1 segment 1. Between the membrane cells there are hollow spacers 12, due to which the entire volume of the set of cells 9 is divided into atmospheric pressure bands and vacuum. To create a vacuum in the inner cavity of the membrane cells provides a vacuum pump 13.
  • the pipelines are equipped with control valves 14, 15, 16, 17, 18, 19.
  • the vacuum cavity of the set of membrane cells 9 is connected by a conduit 20 to a vacuum pump 13.
  • An intercellular cavity (atmospheric pressure cavity) is connected on one side through valve 14 to the internal volume of the room, and the other to the atmosphere.
  • the internal volume of the premises communicates with the suction pipe of the compressor 8, and the air outlet from
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) premises (through the valve 15) is located opposite the nitrogen input from the nitrogen generator 2 (through the valve 15).
  • the complex includes a system 22 of measuring and controlling the parameters of creation, and maintaining certain values of the gas composition, temperature and humidity in the room.
  • the complex operates as follows.
  • the control system 22 is switched on, at its command, the fans 19, 18, 15 are partially opened and the valve 14 is completely opened.
  • the compressor 8 starts working.
  • oxygen which predominantly penetrates through the membrane, is discharged into the external atmosphere, and a gas mixture enriched with nitrogen is formed above the membrane.
  • Nitrogen through valve 18 enters room 1, mixes with air and exits through valve 15 into pipeline 21 and enters the suction pipe of compressor 8.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) (sulfur dioxide - S0 2 , hydrogen sulfide - H 2 S, ammonia - NH 3 ).
  • the control system 22 turns off the compressor 8 and closes the valves 19, 18 and 15.
  • control system 22 After creating the gas medium, the control system 22 opens the valve 16 and turns on the vacuum pump 13. By creating a pressure differential over the membranes of the cells 10 in the set of membrane cells 9, the air entering it is enriched with nitrogen, and the air enriched with oxygen leaves through the vacuum pump 13 into the atmosphere.
  • the gaseous medium enters the atmosphere through a set of membrane cells 9. If the atmospheric pressure is higher than the pressure in room 1, then the atmospheric air passing through the set of membrane cells 9 is enriched with nitrogen and enters the room 1. Thus, the set of membrane cells 9 performs the function of a nitrogen shutter, preventing atmospheric air from entering the room 1.
  • the gaps between the membrane cells 10 are from 1 to 3 mm, and the total free passage area of the pipe section 1 1, in which the set of membrane cells 9 is located, is at least 300 cm, it can be guaranteed that atmospheric air will get larger partly not through narrow slots and gaps in the structural elements of room 1, but through a set of membrane cells 9, which has a lower hydraulic resistance. At the same time, air entering the set of membrane cells 9 and moving between the membrane cells 10 due to the pressure drop across the membranes created by the vacuum pump 13 will automatically be enriched with nitrogen.
  • the proposed invention in a complex for creating and maintaining a hypoxic atmosphere in confined spaces additionally provides a receiver 3, designed to fill it with nitrogen with
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) concentration of 97-99% using a nitrogen generator 2. Its volume depends on the volume of the room. Receiver 3 is designed to extinguish a fire in the event of a sharp (sudden, emergency) depressurization of a room and the occurrence of a fire. In this case, the receiver 3 quickly releases nitrogen into the flame zone and extinguishes the fire.
  • the present invention can be implemented on the basis of well-known technical means, structural materials, instrumentation, software, and does not require detailed study of individual units and parts, which can be done when designing specific objects using standard methods.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области разделения газов, а более конкретно - к технологии получения гипоксических газовых смесей для их последующей подачи в замкнутые помещения и емкости. Комплекс включает генератор азота на основе полых газоразделительных волокон или асимметричной мембраны и ресивер 3, предназначенный для формирования запаса высококонцентрированного азота, необходимого для тушения пожара при возгорании объектов, хранящихся в помещении. Помещение оборудовано кондиционером 4, системой измерения всех параметров газовой среды и шлюзовыми дверями 6. Вне помещения расположен собранный в пакет набор 9, включающий плоские полые мембранные ячейки 10, находящиеся в отрезке трубы 11. Между мембранными ячейками находятся полые дистанцирующие прокладки 12, за счет чего весь объем набора ячеек 9 разделяется на полости атмосферного давления и вакуума. Для создания вакуума во внутренней полости мембранных ячеек предусмотрен вакуум-насос 13. Трубопроводы снабжены регулирующими вентилями 14, 15, 16, 17, 18 и 19. Вакуумная полость набора мембранных ячеек 9 соединена трубопроводом 20 с вакуум-насосом 13. Межячеечная полость (полость атмосферного давления) соединена с одной стороны через вентиль 14 с внутренним объемом помещения, а другой - с атмосферой. Заявленное изобретение позволяет исключить проникновение атмосферного воздуха в помещение при колебании значения атмосферного давления даже при недостаточной герметичности помещения.

Description

КОМПЛЕКС ДЛЯ СОЗДАНИЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ АТМОСФЕРЫ С ПОНИЖЕННЫМ
СОДЕРЖАНИЕМ КИСЛОРОДА
Область техники. Изобретение относится к области разделения га- зов, а более конкретно - к технологии получения гипоксических газовых смесей (т.е. с пониженным содержанием кислорода и повышенной концен- трацией азота) для их последующей подачи в замкнутые помещения и ем- кости. Гипоксические газовые смеси находят применение в самых разно- образных сферах деятельности человека, в том числе: для снижения пожа- ро- и взрывоопасности различных объектов (при снижении концентрации кислорода в воздухе до 15-12% вероятность воспламенения горючих ве- ществ снижается в 5-10 раз, что эффективно решает задачу обеспечения пожаро- и взрывобезопасности, например, при хранении нефтепродуктов в емкостях); для решения задачи повышения сохранности различных объек- тов при их хранении за счет снижения скорости окисления материалов (например, при хранении фонда книжных изданий, представляющих исто- рическую ценность, произведений живописи, различных устройств, мате- риал которых склонен к коррозии и т.п.); в лечебных и спортивных целях (например, путем гипоксической терапии при лечении целого ряда заболе- ваний людей и животных или путем тренировок спортсменов или спортив- ных животных в гипоксической среде, что существенно повышает физиче- ские возможности организма и обеспечивает получение высоких спортив- ных результатов). Кроме того, гипоксические смеси с высоким содержани- ем азота при концентрации кислорода менее 2% могут эффективно приме- няться для тушения уже возникшего пожара путем их быстрого вброса в очаг пожара. Такие смеси могут быть заранее накоплены в специальном ресивере.
ЗАМЕНЯЮ ИЙ ЛИСТ ПРАВИЛО 26 Предшествующий уровень техники. Известен технический комплекс для создания и поддержания в замкнутых помещениях атмосферы с пони- женным содержанием кислорода, предназначенный для подачи гипоксиче- ской смеси во внутренний объем помещения с целью предотвращения и тушения пожара внутри него, представленный в патентах США 5799652 от 30.03.1999, jN 5924419 от 20.07.1999 и Из 5887439 от 01.09.1999.
Указанный комплекс включает в себя источник азота - азотный гене- ратор, подающий азот в помещения, оснащенные кондиционером, шлюзо- выми дверями, устройствами для поддержания определенной влажности и температуры, а также фиксированной концентрации кислорода в воздухе помещения. Все параметры контролирует, регулирует и поддерживает со- ответствующая система управления. Для выброса гипоксической смеси в наружную атмосферу в помещении предусмотрен выхлопной трубопровод. Известный генератор азота работает по принципу коротко-цикловой ад- сорбции, основанной на разной сорбционной активности сорбента по от- ношению к кислороду и азоту. Через определенные короткие промежутки времени в двух адсорберах, попеременно работающих, происходит повы- шение, а затем понижение давления воздуха, за счет чего осуществляется его разделение на азот и кислород. Кислородный поток сбрасывается в ат- мосферу, а азотный поступает в помещение. Разделение газов происходит в одном цикле быстро переключающимися клапанами в течение 40-90 се- кунд. Циклы последовательно повторяются. Недостатками этого изобрете- ния являются:
- невысокий срок службы клапанов из-за частого их переключения; - необходимость периодической регенерации сорбента;
- высокие требования к герметичности помещений.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Наиболее сложно решить техническую задачу по третьему из пере- численных недостатков - обеспечить необходимую герметичность поме- щения.
Наружное атмосферное давление не может оставаться неизменным и меняется, как правило, в интервале 780-730 мм рт. ст. При понижении ат- мосферного давления часть азотной смеси из помещения просачивается через поры, микрощели помещения и выходит наружу. Состав газовой смеси в помещении при этом не изменяется, но расход азота растет. В слу- чае же, когда давление атмосферы превышает давление гипоксической смеси в помещении, атмосферный воздух проникает в это помещение че- рез неплотности конструкции и ее материалов и повышает в гипоксиче- ской среде концентрацию кислорода, что является недопустимым. Реше- ние технической задачи по устранению этой проблемы представляется достаточно сложной. Невозможно обеспечить абсолютную герметизацию помещения, к тому же и достижение высокого уровня герметизации явля- ется трудоемким и дорогостоящим процессом.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения (прототи- пом) является технический комплекс для создания и поддержания в замк- нутых помещениях атмосферы с пониженным содержанием кислорода по патенту США N° 6314754 от 13.11.2001. В данном техническом решении для формирования гипоксической смеси применяется азотный генератор, основанный на использовании селективной проницаемости компонентов воздуха - кислорода и азота - через стенки полых полимерных волокон. Указанный комплекс включает в себя азотный генератор с входным трубо- проводом, расположенный вне помещения, трубопровод подачи гипокси- ческой смеси во внутренний объем помещения, устройство кондициониро- вания газовой смеси в помещении с контролем температуры и состава по компонентам, шлюзовые комнаты с герметичными дверями и систему управления.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Для осуществления процесса газоразделения компрессор осуществ- ляет сжатие наружного атмосферного воздуха и подает его внутрь полых волокон азотного генератора. Кислород, просачиваясь через стенки воло- кон в межволоконное пространство, выходит в наружную атмосферу, а внутри волокон концентрируется азот, который из волокон поступает во внутренний объем предусмотренного для создания и поддержания гипок- сической атмосферы помещения. С противоположной стены помещения происходит сброс воздуха из внутреннего объема через сбросной трубо- провод, оснащенный водяным затвором. Помещение оборудовано кон- трольно-измерительными приборами и устройствами для поддержания в помещении определенного влажностного, температурного режима и за- данной концентрации кислорода. Регулирование и поддержание заданных параметров внутренней атмосферы помещения осуществляет соответст- вующая система управления.
Недостатками прототипа являются:
- длительный период времени для создания в помещении газовой смеси с определенной величиной концентрации кислорода;
- большая трудоемкость и, соответственно, капитальные затраты на герметизацию помещения;
- частые включения азотного генератора для обеспечения необходи- мой концентрации кислорода из-за недостаточной герметизации помеще- ния, что приводит к увеличению энергозатрат и снижению ресурса.
Раскрытие изобретения. Предлагаемое изобретение полностью ре- шает технические задачи по устранению перечисленных выше недостатков прототипа. Одной из главных технических задач является исключение проникновения атмосферного воздуха в помещение при колебании значе- ния атмосферного давления даже при недостаточной герметичности по- мещения.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Решение данной задачи достигается тем, что в стене помещения, противоположной стене, за пределами которой расположен генератор азо- та, вмонтирован отрезок трубы, соединяющий внутренний объем помеще- ния с наружной атмосферой и снабженный собранным в пакет набором плоских полых мембранных ячеек с дистанцирующими полыми проклад- ками между ними, селективных к кислороду, соединенных в свою очередь по внутренней полости набора с вакуум-насосом, а по межячеечной полос- ти - с помещением. При этом оптимальная величина зазоров между пло- скими ячейками составляет от 1 до 3 мм, а площади общего свободного проходного сечения отрезка трубы - не менее 300 см.
Благодаря наличию отрезка трубы с набором плоских полых мем- бранных ячеек, соединенных с вакуум-насосом, при повышении атмосфер- ного давления наружный атмосферный воздух самопроизвольно будет проникать в помещение через зазоры мембранных ячеек и автоматически обогащаться азотом, а кислород будет откачивается через набор мембран- ных ячеек вакуум-насосом. Поэтому наружный атмосферный воздух по- пасть в помещение через набор мембранных ячеек не может. Кроме того, поскольку воздух движется по линии наименьшего сопротивления, он пройдет, прежде всего, через широкую трубу, а не через мелкие щели в стенах. Для обеспечения указанного эффекта общее сечение отрезка трубы должно быть не менее 300 см .
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет сни- зить капитальные затраты, связанные с дорогостоящей герметизацией по- мещения, а также снизить энергозатраты и продлить срок службы генера- тора азота за счет работы последнего более короткое время. Следователь- но, сокращаются как капитальные, так и энергетические затраты.
Вторая техническая задача заключается в уменьшении времени соз- дания гипоксической смеси в помещении. Она решается путем обеспече-
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) ния циркуляции гипоксической смеси в процессе ее создания в помеще- нии. Для этого в стену помещения, противоположную стене, за пределами которой расположен генератор азота, встроен трубопровод, соединяющий внутренний объем помещения с входным трубопроводом генератора азота.
Таким образом, на вход компрессора начинает поступать смесь с концентрацией азота большей, чем в воздухе, что и ускоряет процесс соз- дания гипоксической смеси в помещении в 1,5 - 2 раза.
Третья техническая задача заключается в удалении вредных приме- сей (сернистый ангидрид - S02 , сероводород - H2S , аммиак - NH3) из воздуха помещения. Это особенно важно при хранении картин и фонда древних книг. Вредные примеси, накапливаясь в гипоксической смеси, мо- гут вступить во взаимодействие с компонентами краски и бумаги, что мо- жет стать причиной потемнения картин или разрушения бумаги. Для ре- шения этой задачи азотный генератор снабжен дополнительной мембран- ной секцией, селективной к вредным примесям, расположенной между входом генератора азота и выходом трубопровода, соединяющего внут- ренний объем помещения и входной трубопровод генератора азота. В про- цессе циркуляции газовой смеси происходит удаление и сброс вредных веществ в наружную атмосферу. Вместо дополнительной мембранной сек- ции непосредственно в генераторе азота может быть размещены плоские ячейки на основе плоской газопроницаемой мембраны, селективной к ки- слороду, к сернистому ангидриду, сероводороду, аммиаку.
Краткое описание чертежа. На фиг. 1 изображена принципиальная схема комплекса для создания и поддержания гипоксической атмосферы в замкнутых помещениях.
Лучший вариант осуществления изобретения. На фиг. 1 изображена принципиальная схема комплекса, предназначенного для создания и под- держания гипоксической атмосферы в помещении 1 , который включает ге- нератор азота 2 на основе полых газоразделительных волокон или плоской
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) асимметричной мембраны и ресивер 3, предназначенный для формирова- ния запаса высококонцентрированного азота, необходимого для тушения пожара при возгорании объектов, хранящихся в помещении. Помещение оборудовано кондиционером 4, поддерживающим определенную темпера- туру, системой измерения всех параметров газовой среды и температуры 5 и шлюзовыми дверями 6, исключающими поступление атмосферного воз- духа в помещение. Тем самым исключается изменение заданных парамет- ров по составу газовой смеси и температуры.
Для удаления вредных примесей (сернистый ангидрид - S02 , серо- водород - H2S, аммиак - NH3) применена дополнительная мембранная сек- ция 7 на базе газоразделительных мембран, высокоселективных к выше- у помянутым примесям.
Для создания перепада давления на мембранах азотного генератора 2 и дополнительной мембранной секции 7 на входе дополнительной мем- бранной секции установлен компрессор 8 винтового типа.
Вне помещения расположен собранный в пакет набор 9, включаю- щий плоские полые мембранные ячейки 10, находящиеся в отрезке трубы 1 1. Между мембранными ячейками находятся полые дистанцирующие прокладки 12, за счет чего весь объем набора ячеек 9 разделяется на полос- ти атмосферного давления и вакуума. Для создания вакуума во внутренней полости мембранных ячеек предусмотрен вакуум-насос 13. Трубопроводы снабжены регулирующими вентилями 14, 15, 16, 17 , 18, 19.
Вакуумная полость набора мембранных ячеек 9 соединена трубопро- водом 20 с вакуум-насосом 13. Межячеечная полость (полость атмосфер- ного давления) соединена с одной стороны через вентиль 14 с внутренним объемом помещения, а другой - с атмосферой.
С помощью трубопровода 21 внутренний объем помещений сообща- ется с всасывающим патрубком компрессора 8, причем вывод воздуха из
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) помещения (через вентиль 15) расположен противоположно вводу азота из азотного генератора 2 (через вентиль 15).
В комплекс входит система 22 измерения и управления параметрами создания, и поддержания в помещении определенных значений газового состава, температуры и влажности.
Комплекс функционирует следующим образом. При включенной системе управления 22 по ее команде происходит частичное открытие вен- тилей 19, 18, 15 и полное открытие вентиля 14. Затем начинает работу компрессор 8. Под действием перепада давлений, создаваемого компрес- сором 8 в азотном генераторе 2 и в мембранной секции 7, за счет селектив- ной проницаемости мембраны азотного генератора кислород, который преимущественно проникает через мембрану, выходит на сброс в наруж- ную атмосферу, а над мембраной образуется газовая смесь, обогащенная азотом. Азот через вентиль 18 поступает в помещение 1 , перемешивается с воздухом и выходит через вентиль 15 в трубопровод 21 и поступает на вса- сывающий патрубок компрессора 8.
Одновременно с выбросом кислорода из азотного генератора 2 и до- полнительной мембранной секции 7 через открытый трубопровод в атмо- сферу через вентиль 19 в компрессор поступает новая порция воздуха.
Таким образом, происходит циркуляция воздуха, обогащенного азо- том из помещения на очередную стадию газоразделения. За счет этого концентрация азота в газовой смеси в помещении начинает быстро нарас- тать. Это происходит потому, что каждый раз в мембранную секцию 7 и в генератор азота 2 поступает воздух, ранее уже обогащенный азотом, по- этому время создания азотной среды в помещении сокращается в 1 ,5 -2 раза.
Одновременно через мембрану мембранной секции 7 за счет ее се- лективной проницаемости в атмосферу сбрасываются вредные вещества
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) (сернистый ангидрид - S02 , сероводород - H2S, аммиак - NH3). При дос- тижении в газовой среде помещения заданной концентрации азота система управления 22 отключает компрессор 8 и закрывает вентили 19, 18 и 15.
После создания газовой среды система управления 22 открывает вен- тиль 16 и включает вакуум-насос 13. За счет создания перепада давления над мембранами ячеек 10 в наборе мембранных ячеек 9 воздух, поступаю- щий в него, обогащается азотом, а воздух, обогащенный кислородом, вы- ходит через вакуум-насос 13 в атмосферу.
Если атмосферное давление ниже, чем в помещении 1 , то газовая среда выходит в атмосферу через набор мембранных ячеек 9. Если атмо- сферное давление выше давления в помещении 1 , то атмосферный воздух, проходя через набор мембранных ячеек 9, обогащается азотом и поступает в помещение 1. Таким образом, набор мембранных ячеек 9 выполняет функцию азотного затвора, предотвращая попадание атмосферного возду- ха в помещение 1.
Учитывая, что зазоры между мембранными ячейками 10 составляют от 1 до 3 мм, а площадь общего свободного проходного сечения отрезка трубы 1 1 , в котором расположен набор мембранных ячеек 9 составляет не менее 300 см , можно гарантировать, что атмосферный воздух будет попа- дать большей частью не через узкие щели и зазоры в конструктивных эле- ментах помещения 1 , а через набор мембранных ячеек 9, обладающий бо- лее низким гидравлическим сопротивлением. При этом, воздух, попадая в набор мембранных ячеек 9 и двигаясь между мембранными ячейками 10 за счет перепада давления на мембранах, создаваемого вакуум-насосом 13, автоматически будет обогащаться азотом.
Предлагаемым изобретением в комплексе для создания и поддержа- ния гипоксической атмосферы в замкнутых помещениях дополнительно предусмотрен ресивер 3, предназначенный для заполнения его азотом с
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) концентрацией 97-99% с помощью генератора азота 2. Объем его зависит от объема помещения. Ресивер 3 предназначен для тушения пожара в слу- чае резкой (внезапной, аварийной) разгерметизации помещения и возник- новения возгорания. В этом случае ресивер 3 быстро выбрасывает азот в зону пламени и гасит пожар.
Промышленная применимость. Предлагаемое изобретение может быть реализовано на основе известных технических средств, конструкци- онных материалов, контрольно-измерительной аппаратуры, программного обеспечения и не требует детальной проработки отдельных узлов и дета- лей, которая может быть сделана при проектировании конкретных объек- тов стандартными методами.
При наличии набора плоских полых мембранных ячеек, выполнен- ных, например, из поливинилтриметилсилана, и дополнительный ресивер, нет необходимости применять высокопроизводительные дорогостоящие азотные генераторы. Чтобы создать в помещении необходимую газовую среду и заполнить ресивер, время достижения заданных параметров особо- го значения не имеет, поэтому может быть применен генератор малой про- изводительности.
Что же касается поддержания состава гипоксической смеси в поме- щении, удаления вредных примесей и заполнения ресивера азотом, то это решается малыми капитальными и энергетическими затратами благодаря реализации отличительных признаков предлагаемого изобретения.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

Формула изобретения
1. Технический комплекс для создания и поддержания в замкнутых помещениях атмосферы с пониженным содержанием кислорода, вклю- чающий в себя азотный генератор (2) с входным трубопроводом, располо- женный вне помещения (1), трубопровод подачи гипоксической смеси во внутренний объем помещения, устройство кондиционирования газовой смеси (4) в помещении (1) с системой (5) контроля температуры и состава газовой смеси по компонентам, шлюзовые комнаты (6) с герметичными дверями и систему управления (22), отличающийся тем, что в стене по- мещения (1), противоположной стене, за пределами которой расположен генератор азота (2), вмонтирован отрезок трубы (1 1), соединяющий внут- ренний объем помещения (1) с наружной атмосферой и снабженный соб- ранным в пакет набором (9) плоских полых мембранных ячеек (10) с дис- танцирующими полыми прокладками (12) между ними, селективных к ки- слороду, соединенных в свою очередь по внутренней полости набора (9) с вакуум-насосом (13), а по межячеечной полости - с помещением (1).
2. Технический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что зазоры между плоскими полыми мембранными ячейками (10) составляют от 1 до 3 мм, а площадь общего свободного проходного сечения отрезка трубы (1 1) составляет не менее 300 см .
3. Технический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в стену помещения (1), противоположную стене, за пределами которой располо- жен генератор азота (2), встроен трубопровод (21 ), соединяющий внутрен- ний объем помещения (1) с входным трубопроводом генератора азота (2).
4. Технический комплекс по п. 1 , отличающийся тем, что генератор азота (2) оснащен дополнительной мембранной секцией (7), селективной к сернистому ангидриду, сероводороду, аммиаку, расположенной между входом генератора азота (2) и выходом трубопровода (21), соединяющего
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) внутренний объем помещения (1) и входной трубопровод генератора азота (2).
5. Технический комплекс по п. 1 отличающийся тем, что генератор азота (2) снабжен полыми полимерными волокнами, селективными к ки- слороду.
6. Технический комплекс по п. 1 , отличающийся тем, что генератор азота (2) снабжен плоскими ячейками на основе плоской газопроницаемой мембраны, селективной к кислороду, к сернистому ангидриду, сероводо- роду, аммиаку.
7. Технический комплекс по п. 1 , отличающийся тем, что собран- ные в пакет набором (9) плоские полые мембранные ячейки (10) выполне- ны из поливинилтриметилсилана.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2011/000151 2011-03-11 2011-03-11 Комплекс для создания в помещениях атмосферы с пониженным содержанием кислорода WO2012125055A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2011/000151 WO2012125055A1 (ru) 2011-03-11 2011-03-11 Комплекс для создания в помещениях атмосферы с пониженным содержанием кислорода

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2011/000151 WO2012125055A1 (ru) 2011-03-11 2011-03-11 Комплекс для создания в помещениях атмосферы с пониженным содержанием кислорода

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012125055A1 true WO2012125055A1 (ru) 2012-09-20

Family

ID=46830942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000151 WO2012125055A1 (ru) 2011-03-11 2011-03-11 Комплекс для создания в помещениях атмосферы с пониженным содержанием кислорода

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2012125055A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9737740B2 (en) 2012-01-15 2017-08-22 Alan Beresford Temperature-control system and method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6314754B1 (en) * 2000-04-17 2001-11-13 Igor K. Kotliar Hypoxic fire prevention and fire suppression systems for computer rooms and other human occupied facilities
US20060213673A1 (en) * 2000-04-17 2006-09-28 Kotliar Igor K Method of preventing fire in computer room and other enclosed facilities
RU2301095C2 (ru) * 2000-04-17 2007-06-20 Игорь К. КОТЛЯР Предотвращающие пожар и ликвидирующие пожар системы и пригодные для дыхания огнегасящие составы с пониженным содержанием кислорода для занимаемых людьми помещений
EP1504811B1 (en) * 2003-08-06 2009-04-22 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure vessel containing ion transport membrane modules and processes making use thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6314754B1 (en) * 2000-04-17 2001-11-13 Igor K. Kotliar Hypoxic fire prevention and fire suppression systems for computer rooms and other human occupied facilities
US20060213673A1 (en) * 2000-04-17 2006-09-28 Kotliar Igor K Method of preventing fire in computer room and other enclosed facilities
RU2301095C2 (ru) * 2000-04-17 2007-06-20 Игорь К. КОТЛЯР Предотвращающие пожар и ликвидирующие пожар системы и пригодные для дыхания огнегасящие составы с пониженным содержанием кислорода для занимаемых людьми помещений
EP1504811B1 (en) * 2003-08-06 2009-04-22 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure vessel containing ion transport membrane modules and processes making use thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9737740B2 (en) 2012-01-15 2017-08-22 Alan Beresford Temperature-control system and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2879510C (en) Inerting method and system for reducing oxygen
US7704304B2 (en) Process and apparatus for generating and delivering an enriched gas fraction
JP6137249B2 (ja) 庫内空気調節装置及びそれを備えたコンテナ用冷凍装置
AU2014264756B9 (en) Inertization method and system for oxygen reduction
CA2797009C (en) Inerting method for preventing and/or extinguishing fire as well as inerting system to realize the method
CN102176949B (zh) 用于防火和/或灭火的惰性化方法以及实施该方法的惰性化***
US10617127B2 (en) Container refrigeration apparatus with nitrogen-enriched air supply and fan control
JP2017125670A (ja) ガス供給装置
WO2012125055A1 (ru) Комплекс для создания в помещениях атмосферы с пониженным содержанием кислорода
CN202682593U (zh) 楼房火灾救生***
RU101646U1 (ru) Установка для получения кислорода из атмосферного воздуха
KR101181733B1 (ko) 저산소 발생장치를 구비하는 운동기구
JP3245387B2 (ja) 特殊組成空気供給装置
US9907316B2 (en) Gas supply device and refrigeration device for container provided with said gas supply device
RU101645U1 (ru) Установка для получения азота из кислородосодержащих смесей
Sameer et al. Development and integration of oxygen generator for home air conditioner
CN204079479U (zh) 微型制氧机
US8500879B2 (en) Oxygen concentrator
Shao et al. Experimental study of the gas leakage and optimized supply of oxygen in coal mine refuge chamber
KR102588682B1 (ko) 개방형 천장고를 구비한 실내 공간용 고순도 중대형 산소 발생 장치 및 공기청정용 디바이스 통합제어 시스템
KR102607315B1 (ko) 개방형 천장고를 구비한 실내 공간용 고순도 중대형 산소 발생 장치 및 공조장치 통합제어 시스템
JPS63213734A (ja) 居住空間のガス濃度調節システム
KR102588683B1 (ko) 개방형 천장고를 구비한 실내 공간용 고순도 중대형 산소 발생 장치 및 가습 장치 통합제어 시스템
Akulinin et al. Optimization of energy-saving vacuum pressure swing adsorption unit
CN108205940A (zh) 低压、低温、低含氧量模拟训练器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11860888

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11860888

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11860888

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1