устройство для регулирования влажности воздуха в обитаемом отсеке пилотируемого космического аппарата

Классы МПК:B64G1/48 для обработки атмосферы
F24F3/14 увлажнением; осушением 
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-06-01
публикация патента:

Устройство включает теплообменник-конденсатор (13) с промежуточным влагосборником, жидкостная полость которого связана с гидравлическим контуром системы терморегулирования космического аппарата, воздушная полость сообщена с обитаемым отсеком (1). Промежуточный влагосборник через насос (17) откачки конденсата связан со сменным сборником конденсата системы терморегулирования космического аппарата. Устройство содержит два патрона (7, 19) с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом, два регулятора (4, 11) потока воздуха, байпасный воздуховод (22) с управляемой дроссельной заслонкой (6) и распределительный кран (16). Каждый патрон снабжен нагревателем сорбента. Вход в каждый из патронов (7, 19) связан воздуховодами с первым и вторым выходами первого регулятора (4) потока воздуха, вход которого через первый вентилятор (2) сообщен с обитаемым отсеком (1). Выход каждого из патронов (7, 19) сообщен воздуховодами с первым и вторым входами второго регулятора (11) потока воздуха, один из выходов которого сообщен с обитаемым отсеком (1), а второй - с воздушной полостью теплообменника-конденсатора (13) и далее через второй вентилятор (14) - с обитаемым отсеком (1). Воздуховоды на входе в патроны (7, 19) сообщены между собой байпасным воздуховодом (22). Промежуточный влагосборник теплообменника-конденсатора (13) через распределительный кран (16) связан с системой регенерации воды космического аппарата. Технический результат заключается в обеспечении осушки воздуха обитаемых отсеков на всех этапах эксплуатации космического аппарата, улучшении массо-энергетических характеристик устройства. 1 ил. устройство для регулирования влажности воздуха в обитаемом отсеке   пилотируемого космического аппарата, патент № 2361789

Рисунки к патенту РФ 2361789

устройство для регулирования влажности воздуха в обитаемом отсеке   пилотируемого космического аппарата, патент № 2361789

Изобретение относится к космической технике, конкретно к устройствам для регулирования влажности воздуха в обитаемых отсеках многоместных пилотируемых космических аппаратов, и является одной из составных частей комплекса систем обеспечения жизнедеятельности экипажа.

Изобретение может быть использовано в пилотируемой космической технике на многоместных транспортных кораблях и обитаемых орбитальных станциях. Изобретение также может быть использовано в наземных условиях в составе систем жизнеобеспечения испытателей на экспериментальных объектах, где моделируются длительные космические полеты с обеспечением замкнутой среды обитания. Кроме того, изобретение может быть использовано в составе систем очистки и тепловлажностной обработки воздуха в герметичных помещениях специальных наземных фортификационных сооружений, а также на стационарных подводных объектах и подводных лодках.

В настоящее время поддержание комфортной влажности воздуха (относительная влажность устройство для регулирования влажности воздуха в обитаемом отсеке   пилотируемого космического аппарата, патент № 2361789 =30-70%) в обитаемых отсеках космических аппаратов различного назначения производится путем регулируемого удаления паров воды из воздуха отсеков. При этом удаленная из воздуха влага может складироваться либо в емкостях средств ее удаления, либо в специальных сборниках, либо использоваться в качестве рабочего тела для испарительных систем охлаждения, либо перерабатываться в системах регенерации для дальнейшего использования по назначению.

Известны устройства для осушки воздуха, основанные на поглощении паров воды нерегенерируемыми физико-химическими поглотителями в композиции с химическими влагопоглощающими веществами [1]. Такие устройства очень просты и представляют собой вентилятор, продувающий воздух обитаемого отсека через контейнер необходимого объема, заполненный соответствующим поглотителем влаги. В настоящее время влагопоглощающие вещества, освоенные промышленностью, имеют реальную емкость по воде ~600-700 г на один килограмм поглотителя. Легко подсчитать, что даже для экипажа из трех человек (каждый выделяет в воздух отсека ~1,6-1,8 кг влаги в сутки) на 10 суток автономного полета устройство для осушки воздуха отсека, использующее нерегенерируемые поглотители влаги, потребует более 80 кг поглощающего вещества. Главным недостатком таких устройств, который практически исключает возможность их применения на пилотируемых транспортных кораблях в качестве средств осушки воздуха в обитаемом отсеке, является их большая масса.

Известно также устройство для получения пресной воды из атмосферного воздуха, рассмотренное в описании к [3]. Работа устройства основана на адсорбции паров воды регенерируемым сорбентом с последующим извлечением сорбированной воды путем нагрева сорбента, созданием в его объеме насыщенных паров воды и конденсации этих паров в теплообменнике-конденсаторе. В состав устройства входят вентилятор, композитный сорбент, помещенный в адсорбер, источник тепла для нагрева сорбента или атмосферного воздуха, продуваемого через сорбент при его регенерации, и теплообменник-конденсатор.

Работа устройства происходит циклически. В цикле сбора влаги поток атмосферного воздуха с помощью вентилятора пропускается через адсорбер, где пары воды поглощаются сорбентом, а затем выбрасывается в атмосферу. В цикле регенерации сорбент нагревают для создания в его объеме насыщенных паров воды с одновременной продувкой сорбента атмосферным воздухом. Далее этот воздух направляют в теплообменник-конденсатор, где влага конденсируется при температуре окружающей среды (~20°С).

Десорбция сорбента в устройстве осуществляется при температуре 50-80°С.

Применительно к использованию этого устройства для регулирования влажности воздуха обитаемых отсеков космических аппаратов, оно обладает следующими основными недостатками:

- устройство работает циклически (цикл сорбции влаги и цикл десорбции). В цикле десорбции устройство не может проводить осушку воздуха обитаемого отсека;

- устройство работает по разомкнутой схеме (воздух после теплообменника-конденсатора выбрасывается в атмосферу). Использовать этот воздушный поток для замкнутой вентиляции обитаемого отсека нельзя, так как из-за недорекуперации по температуре и влажности после теплообменника-конденсатора, он будет вносить в отсек обратно значительное количество тепла и влаги.

Известно также устройство для получения воды из атмосферного воздуха с замкнутой схемой регенерации сорбента [3].

Устройство содержит воздушный нагреватель, связанный с адсорбером, который, в свою очередь, сообщен с входом теплообменника. Теплообменник имеет встроенный конденсатор, один из выходов которого сообщен с атмосферой, а другой связан с тепловым насосом. Вода, образующаяся в результате конденсации ее насыщенных паров, стекает в емкость через специальное отверстие в корпусе теплообменника. Тепловой насос приводится в действие автономным двигателем и передает тепло воздушному нагревателю, замыкая тем самым цикл. В качестве сорбента в устройстве используется широкопористый силикагель.

Недостатками устройства являются сложная замкнутая схема десорбции воды, а также большие энергозатраты на удаление сорбированной воды с поверхности силикагеля, которые могут превышать теплоту испарения воды в 2,0-2,5 раза.

Известны также устройства для осушки воздуха обитаемых отсеков космических аппаратов на основе центробежных сепараторов влаги [2]. Одна из разновидностей такого устройства в свое время использовалась на лунном экспедиционном корабле программы Сатурн-Аполлон (США). Дальнейшего развития такие устройства не получили из-за их сложности и низкого к.п.д.

В настоящее время широкое распространение получили устройства для регулирования влажности воздуха в обитаемых отсеках космических аппаратов (как на американских, так и на отечественных), основанные на прямой конденсации паров воды на поверхностях, температура которых поддерживается ниже температуры "точки росы" обдувающего их воздуха.

Известна система регулирования влажности атмосферы обитаемых отсеков модулей Российского сегмента Международной космической станции [4], [5].

Основным элементом системы является холодильная машина, которая обеспечивает низкую температуру (1,5-3,0°С) на теплообменных поверхностях теплообменника-испарителя хладона, где происходит конденсация влаги.

К недостаткам системы относятся ее большие масса (~150 кг) и энергопотребление (~300 Вт).

Известно устройство для регулирования влажности атмосферы обитаемых отсеков космического аппарата, использующее в своей работе прямую конденсацию паров атмосферной влаги на охлаждаемых поверхностях с одновременным охлаждением продуваемого воздуха [6]. Устройство принято авторами за прототип.

Основу устройства составляет так называемый холодильно-сушильный агрегат, который обеспечивает одновременное охлаждение воздуха и его осушку с отводом сконденсированной влаги в свой промежуточный влагосборник. Агрегат содержит дублированный осевой вентилятор, предназначенный для прокачки воздуха обитаемого отсека, и двухполостный газожидкостный теплообменник-конденсатор. Упомянутый теплообменник-конденсатор выполнен в виде кожухотрубного рекуператора, через трубную полость которого прокачивается теплоноситель системы терморегулирования обитаемого отсека космического аппарата, а через межтрубную полость - воздух обитаемого отсека. Трубная полость теплообменника-конденсатора выполнена в виде набора трубок прямоугольного сечения, объединенных входным и выходными коллекторами.

Между трубками теплообменника-конденсатора размещены армированные перфорированной медной фольгой пластины из гидрофильного материала (обычно пенополивинилформаль), выполняющие роль отводящих влагу фитилей, и связанные с размещенным в поддоне агрегата капиллярно-пористым промежуточным влагосборником.

В комплект агрегата также входят ручной (или электромеханический) насос откачки конденсата и несколько сменных сборников конденсата.

Каждый сборник представляет собой герметичную емкость объемом ~12 л, заполненную кубиками из влагопоглощающего пористого материала (обычно также из пенополивинилформали). В состав сборника входит кран, сообщающий объем сборника с обитаемым отсеком при перекачке конденсата в сборник и обеспечивающий выход воздуха, отделенного от конденсата.

При работе агрегата через трубную полость газожидкостного теплообменника-конденсатора циркулирует теплоноситель низкотемпературного гидравлического контура системы терморегулирования с температурой 3-7°С; через межтрубную полость прокачивается воздух обитаемого отсека. При обдуве поверхности трубок воздух охлаждается и содержащиеся в нем пары воды конденсируются в виде жидкой пленки на поверхности трубок. В условиях невесомости толщина пленки достаточно быстро увеличивается, вода соприкасается с материалом фитилей и под действием капиллярных сил поступает в промежуточный влагосборник агрегата. Затем конденсат откачивается вместе с воздухом ручным или электромеханическим насосом в сменный сборник конденсата.

Регулирование влажности воздуха, подаваемого в отсек, производится путем изменения температуры теплоносителя, поступающего в агрегат, средствами автоматики системы терморегулирования, или изменением расхода воздуха через теплообменник-конденсатор.

Холодильно-сушильные агрегаты подобного типа в свое время эксплуатировались в составе системы терморегулирования транспортных пилотируемых кораблей "Союз-ТМ" [7].

Устройство имеет следующие недостатки:

- так как для нормальной работы устройство требует низкую температуру (3-7°С) на теплообменных поверхностях, где осуществляется конденсация влаги и охлаждение обдувающего их воздуха, оно неработоспособно, когда такое требование не выполняется. В результате этого устройство не обеспечивает осушку воздуха в обитаемом отсеке космического аппарата при нахождении последнего на стартовом комплексе. С учетом того, что посадка экипажа в космический аппарат производится за ~2,5 ч до старта, температура и влажность воздуха в отсеке к моменту старта часто превышает верхние границы допустимых значений;

- устройство малоэффективно в течение первых 5-6 ч полета, пока система терморегулирования космического аппарата, обеспечивающая охлаждение теплообменных поверхностей путем подачи теплоносителя с необходимой температурой, не вышла на рабочий режим;

- низкая температура теплоносителя, подаваемого в устройство при работе, вызывает конденсацию влаги на поверхности подводящих трубопроводов и соприкасающихся с ними элементах конструкции. Применяемая для защиты трубопроводов тепловая изоляция не всегда бывает эффективна, пропитывается влагой и создает дискомфорт для экипажа;

- работа системы терморегулирования в режиме низкотемпературного охлаждения предполагает наличие в ее составе наружного низкотемпературного радиатора, что значительно ухудшает ее массо-энергетические характеристики.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего обеспечивать осушку воздуха обитаемых отсеков на всех этапах эксплуатации космического аппарата, начиная с момента посадки экипажа на стартовом комплексе, не требующего теплоносителя с низкой температурой и обладающего лучшими массо-энергетическими характеристиками.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство для регулирования влажности газовой среды в обитаемом отсеке пилотируемого космического аппарата, включающее двухполостный газожидкостный теплообменник-конденсатор с промежуточным влагосборником, жидкостная полость которого связана с гидравлическим контуром системы терморегулирования пилотируемого космического аппарата, воздушная полость сообщена с объемом обитаемого отсека, а промежуточный влагосборник через насос откачки конденсата связан со сменным сборником конденсата системы терморегулирования пилотируемого космического аппарата, и вентиляторы, дополнительно содержит как минимум два патрона с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом, два регулятора потока воздуха, байпасный воздуховод с управляемой дроссельной заслонкой и распределительный кран, при этом каждый упомянутый патрон снабжен нагревателем сорбента, а вход в каждый из упомянутых патронов связан воздуховодами соответственно с первым и вторым выходами первого регулятора потока воздуха, вход которого через первый вентилятор сообщен с объемом обитаемого отсека, а выход каждого из упомянутых патронов сообщен воздуховодами соответственно с первым и вторым входами второго регулятора потока воздуха, один из выходов которого сообщен с объемом обитаемого отсека, а второй - с воздушной полостью двухполостного газожидкостного теплообменника-конденсатора с промежуточным влагосборником и далее через второй вентилятор - с объемом обитаемого отсека, кроме того, воздуховоды на входе в упомянутые патроны сообщены между собой байпасным воздуховодом с управляемой дроссельной заслонкой, а промежуточный влагосборник двухполостного газожидкостного теплообменника-конденсатора через распределительный кран, установленный на выходе из насоса откачки конденсата, дополнительно связан с системой регенерации воды пилотируемого космического аппарата.

Технический результат при использовании предложенного устройства для регулирования влажности газовой среды обитаемого отсека космического аппарата достигается за счет того, что в отличие от существующих в настоящее время аналогичных устройств, оно обладает следующими положительными свойствами:

- устройство не требует для своей работы низкотемпературного теплоносителя и обеспечивает осушку воздуха обитаемого отсека, начиная с момента посадки экипажа в космический аппарат на стартовом комплексе. При этом любая задержка старта (даже на несколько и более часов) не сказывается на уровне влажности воздуха в отсеке;

- устройство эффективно работает в течение всего полета, включая участки выведения на орбиту, орбитального полета, посадки и пребывания экипажа внутри отсека длительное время после приземления космического аппарата;

- конденсат влаги сосредоточен внутри промежуточного влагосборника двухполостного газожидкостного теплообменника-конденсатора устройства и имеет температуру ~20-25°С. Поэтому все поверхности устройства, трубопроводы, подводящие и отводящие теплоноситель системы терморегулирования и конденсат, всегда находятся в сухом состоянии и выполняются без теплоизоляции;

- так как устройство для своей работы не требует низкотемпературного теплоносителя, отпадает необходимость в низкотемпературном (средняя рабочая температура минус 10°С) наружном радиаторе в системе терморегулирования, который может быть заменен на радиатор с более высокой рабочей температурой (10-15°С). Это позволяет на ~2 м2 уменьшить его площадь, что дает выигрыш в массе ~14-15 кг.

Практическую реализацию конструкции предложенного устройства рассмотрим на примере устройства для регулирования влажности воздуха в обитаемом отсеке шестиместного пилотируемого космического аппарата, предназначенного как для доставки экипажа на постоянно действующую орбитальную станцию, так и для длительного автономного полета.

Конструктивная схема устройства приведена на чертеже, где обозначены:

1 - обитаемый отсек;

2 - первый вентилятор;

3 - воздуховод;

4 - первый регулятор потока воздуха;

5 - воздуховод;

6 - управляемая дроссельная заслонка;

7 - первый патрон с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом;

8 - нагреватель сорбента;

9 - воздуховод;

10 - воздуховод;

11 - второй регулятор потока воздуха;

12 - воздуховод;

13 - двухполостный газожидкостный теплообменник-конденсатор с промежуточным влагосборником;

14 - второй вентилятор;

15 - воздуховод;

16 - распределительный кран;

17 - насос откачки конденсата;

18 - воздуховод;

19 - второй патрон с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом;

20 - нагреватель сорбента;

21 - воздуховод;

22 - байпасный воздуховод.

На чертеже устройство показано в положении регулирующих органов, при котором первый патрон с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7 работает на осушку воздуха, а во втором патроне с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 19 проходит регенерация сорбента.

Основными элементами устройства для регулирования влажности воздуха, размещенного в обитаемом отсеке 1, являются: первый и второй патроны с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7, 19; двухполостный газожидкостный теплообменник-конденсатор с промежуточным влагосборником 13, жидкостная трубная полость которого связана с гидравлическим контуром системы терморегулирования (СТР) космического аппарата, а газовая - с объемом обитаемого отсека; первый и второй регуляторы потока воздуха 4 и 11, байпасный воздуховод 22 с управляемой дроссельной заслонкой 6, которая оснащена, например, ручным и электромеханическим приводами (не показаны), а также первый и второй вентиляторы 2 и 14.

Кроме того, в состав устройства входят насос откачки конденсата 17, например, электромеханический; распределительный кран 16, например ручной, и воздуховоды 3, 5, 9, 10, 12, 15, 18, 21, которые предназначены для организации воздушных трактов в устройстве для регулирования влажности воздуха в обитаемом отсеке 1.

Первый и второй патроны с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7, 19 могут быть выполнены, например, в виде цилиндрических контейнеров объемом ~7,5 л (диаметр ~250 мм, длина ~150 мм), внутри которых размещены нагреватели сорбента, соответственно 8 и 20, например, электрического типа. Нагревательный элемент каждого такого нагревателя конструктивно может быть выполнен в виде электропроводной электроизолированной тефлоном и свернутой в цилиндрическую спираль пластины (алюминиевая фольга толщиной ~0,5 мм). В межвитковом пространстве нагревательного элемента образованы каналы для прохода воздуха, остальная часть пространства заполнена регенерируемым влагопоглощающим сорбентом. Сорбент представляет, например, композитный материал, состоящий из пористой матрицы с открытыми порами, заполненными гигроскопическим веществом. В качестве пористой матрицы могут быть использованы неорганические оксиды, полимеры, углеродные сорбенты и т.п., а в качестве гигроскопического вещества - неорганические соли, их смеси или их кристаллогидраты.

Двухполостный газожидкостный теплообменник-конденсатор с промежуточным влагосборником 13 может быть выполнен в виде кожухотрубного рекуператора, через трубную полость которого прокачивается теплоноситель системы терморегулирования пилотируемого космического аппарата, а через межтрубную полость - воздух обитаемого отсека. Трубную полость рекуператора образует система трубок из медного сплава прямоугольного сечения с коллекторами на входе и выходе теплоносителя. В межтрубной полости рекуператора непосредственно у стенок трубок установлены пластины из поливинилформаля, армированного перфорированной медной фольгой, выполняющие роль отводящих влагу фитилей, которые связаны с капиллярно-пористым промежуточным влагосборником, размещенным в нижней части конструкции. Этот влагосборник, в свою очередь, через насос откачки конденсата 17 (ручной или электромеханический) и распределительный кран 16, например ручной, гидравлически связан со сменным сборником конденсата системы терморегулирования пилотируемого космического аппарата и системой регенерации воды пилотируемого космического аппарата.

Первый и второй регуляторы потока воздуха 4 и 11 предназначены для перераспределения воздушного потока внутри устройства. Первый регулятор потока воздуха 4 при работе устройства поочередно направляет воздушный поток либо в первый патрон с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7, либо во второй патрон с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 19. При этом изменение направления воздушного потока первым регулятором потока воздуха 4 происходит автоматически после выработки ресурса по влагопоглощению (насыщение влагой сорбента) каждого из патронов с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7 и 19. Второй регулятор потока воздуха 11 при работе устройства направляет воздушный поток, прошедший через первый или второй патроны с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7, 19 либо в двухполостный газожидкостный теплообменник-конденсатор с промежуточным влагосборником 13, либо в обитаемый отсек 1. Оба регулятора потока воздуха 4 и 11 имеют, например, электромеханический и ручной приводы. Электромеханический привод имеет электрическую связь с бортовым вычислительным комплексом (БВК) пилотируемого космического аппарата, а ручным приводом управляет экипаж.

Первый и второй вентиляторы 2 и 14 с регулируемой производительностью предназначены для создания воздушных потоков в устройстве. Эти вентиляторы связывают входной и выходной воздушные тракты устройства с воздухом обитаемого отсека 1.

Работает устройство для регулирования влажности воздуха следующим образом. После посадки экипажа в космический аппарат включаются бортовые системы аппарата, обеспечивающие жизнедеятельность экипажа в обитаемом отсеке 1. При включении устройства для регулирования влажности воздуха в работу запускается первый вентилятор 2, обеспечивающий подачу воздуха на вход первого регулятора потока воздуха 4. В исходном состоянии исполнительный орган этого регулятора установлен в положение, при котором весь расход воздуха направляется на осушку в первый патрон с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7. Пройдя этот патрон и передав влагу сорбенту, воздух поступает по воздуховоду 9 на первый вход второго регулятора потока воздуха 11. Исполнительный орган этого регулятора в исходном состоянии установлен в положение, при котором весь осушенный воздух направляется обратно в обитаемый отсек 1.

Регулирование влажности воздуха в обитаемом отсеке 1 производится, например, путем периодического выключения первого вентилятора 2 или снижения его производительности путем соответствующего уменьшения его оборотов командами от БВК по сигналам от датчика влажности, при этом датчиком влажности является один из каналов бортового газоанализатора (не показан, входит в состав системы обеспечения газового состава пилотируемого космического аппарата), измеряющий парциальное давление водяных паров в воздухе обитаемого отсека 1 и транслирующий соответствующий сигнал в БВК.

До насыщения влагой первого патрона с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7 нагреватели сорбента 8 и 20 первого и второго патронов с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7, 19 выключены. Исполнительный орган управляемой дроссельной заслонки 6 закрыт, и дросселирование части потока воздуха на вход второго патрона с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 19 не происходит. Второй вентилятор 14 в этот период времени выключен.

После выработки ресурса по поглощению влаги (насыщение влагой сорбента) первого патрона с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7 парциальное давление водяных паров в воздухе обитаемого отсека 1 начинает приближаться к своему верхнему пределу и БВК автоматически устанавливает исполнительный орган первого регулятора потока воздуха 4 в положение, при котором весь расход воздуха направляется на осушку во второй патрон с регенерируемым сорбентом 19. Одновременно по командам БВК исполнительный орган второго регулятора потока воздуха 11 устанавливается в положение, при котором осушенный воздух после второго патрона с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 19 направляется в обитаемый отсек 1; кроме того, БВК включает нагреватель сорбента 8 первого патрона с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7 и через определенное время (после нагрева сорбента) открывает управляемую дроссельную заслонку 6, включает второй вентилятор 14 и насос откачки конденсата 17. После выполнения этих операций часть расхода воздуха (примерно 10% от расхода воздуха на осушку) через управляемую дроссельную заслонку 6 направляется в первый патрон с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7. Так как сорбент внутри этого патрона с помощью нагревателя сорбента 8 нагрет до температуры 70-80°С, он легко отдает сорбированную воду продуваемому через этот патрон воздуху. При этом концентрация паров воды в продуваемом воздушном потоке близка к полному насыщению, что дает возможность их сконденсировать при температуре ~20°С. Поэтому после первого патрона с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7 воздух через второй регулятор потока воздуха 11 направляется в двухполостный газожидкостный теплообменник-конденсатор с промежуточным влагосборником 13, через трубную полость которого циркулирует теплоноситель системы терморегулирования (СТР) с температурой ~18°С. В упомянутом теплообменнике-конденсаторе 13 влага конденсируется на поверхностях трубок в виде жидкой пленки и с помощью фитилей под действием капиллярных сил поступает в его промежуточный влагосборник, откуда периодически откачивается насосом откачки конденсата 17 либо в сменный сборник конденсата, либо в систему регенерации воды. Прошедший через этот двухполостный газожидкостный теплообменник-конденсатор с промежуточным влагосборником 13 осушенный и охлажденный до температуры ~20°С воздух вторым вентилятором 14 возвращается в обитаемый отсек 1. При этом тепло и влага, вносимые этим воздухом обратно в обитаемый отсек 1 из-за недорекуперации в упомянутом теплообменнике-конденсаторе 13, незначительны, так как расход этого воздуха на порядок меньше расхода воздуха, прошедшего осушку в патронах с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7 или 19.

После завершения цикла регенерации сорбента в первом патроне с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7 БВК по сигналу от датчика влажности выключает нагреватель сорбента 8 этого патрона. Так как процесс регенерации сорбента занимает значительно меньше времени, чем процесс сорбции влаги в работающем на осушку воздуха втором патроне с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 19, выключение нагревателя сорбента 8 производится по жесткой временной программе. При этом второй вентилятор 14 не выключается, а исполнительный орган управляемой дроссельной заслонки 6 остается в прежнем положении.

После насыщения влагой сорбента второго патрона с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 19 БВК изменяет положение исполнительных органов первого и второго регуляторов потока воздуха (соответственно 4 и 11) и направляет основной поток воздуха на осушку в первый патрон с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7, замыкая тем самым цикл поочередного использования первого и второго патронов с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом 7 и 19.

Таким образом, совокупность новых признаков, отсутствующих в известных технических решениях, дает возможность создать устройство, позволяющее:

- обеспечить комфортную влажность воздуха в обитаемом отсеке в течение всего времени нахождения экипажа в космическом аппарате на стартовом комплексе, при этом задержка старта на любое время не оказывает влияние на уровень влажности воздуха в отсеке;

- обеспечить комфортную влажностью воздуха в обитаемом отсеке на всех этапах орбитального полета космического аппарата и во время длительного пребывания экипажа в обитаемом отсеке после возвращения на Землю (например, в случае посадки на воду и задержки прибытия поисково-спасательного подразделения);

- снижение общей массы космического аппарата за счет использования в системе терморегулирования наружного радиатора с рабочей температурой 10-15°С вместо радиатора с рабочей температурой минус 10°С, исключения теплоизоляции трубопроводов системы терморегулирования.

Литература

1. В.Н.Серебряков, "Основы проектирования систем жизнеобеспечения экипажа космических летательных аппаратов", М., "Машиностроение", 1983 г., стр.40.

2. "Пилотируемые космические корабли. Проектирование и испытания" (перевод с английского под редакцией Д.Х.Бронтмана) М., "Машиностроение", 1968 г., стр.186-187.

3. Патент РФ № 2101423, кл.Е03В 9/28, В01D 53/02, патентообладатель Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН, описание, стр.1, 2, 4.

4. "Криогенное и холодильное оборудование и технологии". Сборник научных трудов ОАО "Сибкриотехника" под общей редакцией А.К.Грезина. Изд. ОАО "Сибкриотехника", 1999 г., г.Омск, стр.140-146.

5. К.А.Коптелов, С.Ю.Романов, В.М.Цихоцкий, журнал "Холодильный бизнес", М, 1999 г., № 3, статья "Система кондиционирования воздуха орбитальной станции", стр.6-7.

6. В.Н.Серебряков, "Основы проектирования систем жизнеобеспечения экипажа космических летательных аппаратов", М., "Машиностроение", 1983 г., стр.56-57.

7. "Космические аппараты" под редакцией К.П.Феоктистова, "Воениздат", 1983 г., стр.193.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для регулирования влажности воздуха в обитаемом отсеке пилотируемого космического аппарата, включающее двухполостный газожидкостный теплообменник-конденсатор с промежуточным влагосборником, жидкостная полость которого связана с гидравлическим контуром системы терморегулирования пилотируемого космического аппарата, воздушная полость сообщена с объемом обитаемого отсека, а промежуточный влагосборник через насос откачки конденсата связан со сменным сборником конденсата системы терморегулирования пилотируемого космического аппарата, и вентиляторы, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит как минимум два патрона с регенерируемым влагопоглощающим сорбентом, два регулятора потока воздуха, байпасный воздуховод с управляемой дроссельной заслонкой и распределительный кран, при этом каждый упомянутый патрон снабжен нагревателем сорбента, а вход в каждый из упомянутых патронов связан воздуховодами соответственно с первым и вторым выходами первого регулятора потока воздуха, вход которого через первый вентилятор сообщен с объемом обитаемого отсека, а выход каждого из упомянутых патронов сообщен воздуховодами соответственно с первым и вторым входами второго регулятора потока воздуха, один из выходов которого сообщен с объемом обитаемого отсека, а второй - с воздушной полостью двухполостного газожидкостного теплообменника-конденсатора с промежуточным влагосборником и далее через второй вентилятор - с объемом обитаемого отсека, кроме того, воздуховоды на входе в упомянутые патроны сообщены между собой байпасным воздуховодом с управляемой дроссельной заслонкой, а промежуточный влагосборник двухполостного газожидкостного теплообменника-конденсатора через распределительный кран, установленный на выходе из насоса откачки конденсата, дополнительно связан с системой регенерации воды пилотируемого космического аппарата.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2361789

patent-2361789.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B64G1/48 для обработки атмосферы

Класс F24F3/14 увлажнением; осушением 





Наверх