УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУШКИ ВОЗДУХА ГЕРМЕТИЧНЫХ ОТСЕКОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Российский патент 1999 года по МПК F28D7/00 

Изобретение относится к области космической техники, а именно к системам создания условий пребывания экипажей космических орбитальных станций в процессе полета.

Длительная эксплуатация современных орбитальных станций, изменение количества космонавтов на борту, большая программа различных исследований и изменение состава оборудования и аппаратуры для исследований приводят к изменению влажности нагрузок. В результате этого уровень в отсеке может выйти за пределы комфортных условий, необходимых для эффективной деятельности космонавтов. Предлагаемое устройство и предназначено для поддержания уровня влажности воздуха в герметичных отсеках пилотируемых космических аппаратов, в частности в обитаемых отсеках орбитальных станций в зоне комфортных условий.

Известен блок охлаждения и осушки воздуха (см. а.в. СССР N 635366, кл. F 24 F 3/14, 1977), содержащий кожух с входными и выходными патрубками, трубчатый теплообменник-конденсатор, по трубам которого прокачивается теплоноситель, обеспечивающий температуру на теплообменной поверхности, необходимую для конденсации излишней влаги продуваемого через эту поверхность воздуха, вентилятор, устройство для отвода влаги и влагосборник.

Известна также установка для охлаждения и осушки воздуха (см. а.с. СССР N 547591, кл. F 28 D 7/00, 1975), выбранная в качестве прототипа.

Установка содержит кожух с предкамерой с вентилятором, входными и выходными патрубками, трубчатый теплообменник-конденсатор, по трубкам которого прокачивается хладоноситель, каналы для прохода прокачиваемого вентилятором воздуха, фитили, расположенные между трубками теплообменника-конденсатора, имеющие с ними контакт и замыкающиеся на основание фитиля, расположенного в днище кожуха, и влагосборник.

Недостатком аналога и прототипа является то, что они не исключают возможности уноса сконденсированной влаги выходящим из устройства в отсек воздухом. Это приводит к увеличению времени работы устройства до достижения требуемого уровня влажности в отсеке и, следовательно, к увеличению расхода электроэнергии, потребляемой агрегатами, работающими при функционировании устройства для осушки воздуха, например компрессором, вентилятором и насосами. Потребление электроэнергии на орбитальной станции ограничено, поэтому при работе устройства для осушки воздуха не могут быть включены отдельные агрегаты и приборы, т.к. для их работы не хватает электроэнергии, и чем дольше работает устройство для осушки воздуха, тем дольше нельзя будет их включать.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы устройства для осушки воздуха герметичных отсеков космических аппаратов (КА).

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для осушки воздуха герметичных отсеков КА, содержащем кожух с предкамерой с вентилятором, входными и выходными патрубками, находящиеся в контакте друг с другом жидкостной теплообменник, источник холода, конденсатор и фитиль, влагосборник, каналы для прохода воздуха, образованные фитилем, конденсатором, торцами источника холода, жидкостного теплообменника, и выходные каналы, образованные наружной поверхностью корпуса каждого жидкостного теплообменника и внутренней поверхностью кожуха, в каждом выходном канале установлен дополнительный фитиль, выполненный в виде пластины, распертой между внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью корпуса жидкостного теплообменника и опирающейся торцами на основание основного фитиля, при этом днище пластины и ее часть, примыкающая к наружной поверхности корпуса жидкостного теплообменника, перфорированы.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными на сегодняшний день техническими решениями вновь созданная конструкция исключает возможность уноса сконденсированной влаги выходящим из устройства в отсек осушенным воздухом, что приводит к уменьшению времени работы устройства до достижения требуемого уровня влаги в отсеке и, следовательно, к уменьшению энергопотребления, что является существенным фактором для орбитальных станций и повышает эффективность работы устройства.

Это достигается тем, что в предлагаемой конструкции в каждом выходном канале установлен фитиль, выполненный в виде пластины, распертой между внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью корпуса жидкостного теплообменника и опирающийся торцами на основание основного фитиля, при этом днище пластины и ее часть, примыкающая к наружной поверхности корпуса жидкостного теплообменника перфорированы. В результате поток воздуха, уносящий часть сконденсированной влаги, которая не успела поглотиться в основном фитиле, встречает на своем пути последовательно две перфорированные перегородки, выполненные из пористого влагопоглощающего материала, например из пенополивинилформаля ТПВФ-1-20 (сначала перегородка из части пластины, находящаяся между торцем корпуса жидкостного теплообменника и основанием фитиля, а затем перегородка из днища пластины в выходном канале). При ударе потока воздуха в эти перегородки за счет действия центробежных сил влага выделяется на поверхность этих перегородок и далее за счет капиллярных сил поглощения основанием основного фитиля, которое имеет хороший контакт с дополнительным фитилем. Из основания фитиля влага удаляется с помощью насоса откачки конденсата. Сначала она попадает во влагосборник, а затем в систему откачки конденсата.

Фиг. 1 показывает вид сбоку на устройство; фиг. 2 - разрез по А-А.

Устройство включает кожух 1 (фиг. 1. 2) с предкамерой 2 с вентилятором 3. В центральной части кожуха размещен жесткий фитиль 4 из пористого материала, например из пенополивинилформаля марки ТПВФ-1-20. Фитиль 4 выполнен в виде пластины 5 с основанием 6, при этом пластина боковыми торцами, а основание всей торцевой поверхностью контачат с внутренней поверхностью стенок кожуха 1. Внутри кожуха 1 напротив каждой боковой поверхности пластины 5 установлен конденсатор 7, выполненный из теплопроводного материала, например из алюминия, в виде основания 8 с ребрами 9, расположенными по всей площади основания и образующими пучок с шахматным расположением ребер в пучке. Ребра 9 торцами примыкают к боковой поверхности пластины 5, а зазоры между ребер образуют каналы 10 для воздуха. Внутри кожуха 1 также установлен источник холода - термоэлектрический охладитель 11, представляющий собой группу последовательно соединенных, конструктивно объединенных и скоммутированных между собой термоэлектрических модулей, каждый из которых представляет собой группу последовательно соединенных отдельных пар полупроводниковых элементов различной проводимости и конструктивно выполнен таким образом, что спаи, на которых поглощается тепло (холодные спаи), расположены на одной поверхности, а спаи, на которых выделяется тепло (горячие спаи), расположены на противоположной поверхности. К поверхностям холодных спаев термоэлектрического охладителя 11 прижат своим основанием 8 конденсатор 7, а к поверхности горячих спаев прижат корпус жидкостного теплообменника 12. Полость предкамеры 2, каналы 10, зазоры 13, образованные между торцами термоэлектрического охладителя 11, торцами жидкостных теплообменников 12 и внутренней поверхностью основания 6, фитиля 4 образуют каналы для прохода воздуха, а зазоры между наружными поверхностями корпусов жидкостных теплообменников 12 и противолежащими им внутренними поверхностями кожуха 1 образуют каналы для выхода воздуха 14, соединенные с выходными патрубками 15. В каждом выходном канале 14 установлен дополнительный фитиль 16, выполненный в виде пластины из влагопоглощающего пористого материала, например пенополивинилформаля марки ТПВФ-1-20, распертой между внутренней поверхностью кожуха 1 и наружной поверхностью корпуса жидкостного теплообменника 12 и опирающейся торцами на основание 6 основного фитиля 4, при этом днище пластины и ее часть, примыкающая к наружной поверхности корпуса жидкостного теплообменника 12, имеют перфорацию 17. Наружная поверхность основания 6 фитиля 4 и днище кожуха 1 образуют полость 18 для сбора конденсата, снабженную патрубком 19 для подсоединения к нему насоса для откачки конденсата. В полости 18 по всей площади днища расположены один или несколько слоев капиллярной сетки 20. Подача хладагента в жидкостные теплообменники 12 осуществляется через патрубки 21, а выход его из жидкостных теплообменников осуществляется через патрубки 22.

Устройство работает следующим образом.

При повышении влажности в отсеке орбитальной станции выше допустимого уровня производится включение агрегатов подачи хладагента в полости жидкостных теплообменников 12, вентилятора 3, термоэлектрического охладителя 11 и насоса откачки конденсата, подсоединенного с помощью соединительного трубопровода к патрубку 19. Вентилятор начинает прокачивать влажный воздух из отсека через воздушные каналы устройства. При движении воздуха через каналы 10 воздух за счет теплообмена с холодной поверхностью конденсатора 7 охлаждается и при этом излишняя влага конденсируется на поверхности конденсатора и стекает по его ребрам к поверхности пластины 5 фитиля 4, за счет действия капиллярных сил влага всасывается фитилем, откуда она удаляется с помощью насоса откачки конденсата. Сначала она попадает во влагосборник, а затем в систему откачки конденсата орбитальной станции. Влага, которая не успела поглотиться основным фитилем 4, уносится потоком воздуха в выходные каналы 14. В предлагаемом устройстве в отличие от известных поток воздуха на входе в выходные каналы и затем в самих выходных каналах встречает перфорированные перегородки дополнительных фитилей 16, установленных в каждом выходном канале 14. Первая по ходу движения потока воздуха перфорированная перегородка дополнительного фитиля 16 установлена на входе в выходной канал и полностью перекрывает сечение зазора 13, а вторая перегородка установлена в самом канале 14 и полностью перекрывает его сечение. При ударе потока воздуха в эти перегородки за счет действия центробежных сил влага выделяется из воздушного потока на поверхность перегородок и за счет капиллярных сил поглощается влагопоглощающим материалом этих перегородок. Далее также за счет действия капиллярных сил влага перемещается к основанию 6 основного фитиля 4, на которое опирается своими торцами дополнительный фитиль 16. Из основания дополнительного фитиля влага удаляется с помощью насоса откачки конденсата, подсоединенного через штуцер 19 к влагосборнику 18.

Благодаря установке дополнительных фитилей в каждом входном канале устройства унос влаги в отсек орбитальной станции из устройства для осушки воздуха, что приводит к повышению эффективности работы устройства.

Таким образом, совокупность новых признаков, отсутствующих в известных технических решениях, позволяет достигнуть нового технического результата: повысить эффективность работы устройства для осушки воздуха герметических отсеков КА, за счет исключения уноса сконденсированной влаги из устройства в отсек.

Устройство предназначено для поддержания влажности воздуха обитаемых герметичных отсеков космических аппаратов (КА), преимущественно орбитальных станций в зоне комфортных условий, необходимых для эффективной деятельности космонавтов, и может быть использовано на подводных лодках и в закрытых помещениях с повышенной температурой и влажностью. Устройство содержит кожух с предкамерой с вентилятором, входными и выходными патрубками, находящиеся в контакте друг с другом жидкостной теплообменник, источник холода, конденсатор и фитиль, влагосборник, каналы для прохода воздуха, образованные фитилем, конденсатором, торцами источника холода жидкостного теплообменника, и выходные каналы, образованные наружной поверхностью корпуса каждого жидкостного теплообменника и внутренней поверхностью кожуха, отличающееся тем, что в каждом выходном канале установлен дополнительный фитиль, выполненный в виде пластины, распертой между внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью корпуса жидкостного теплообменника и опирающейся торцами на основание основного фитиля, при этом днище пластины и ее часть, примыкающая к наружной поверхности корпуса жидкостного теплообменника, перфорированы. Преимущество предлагаемого технического решения по сравнению с известными в том, что оно исключает унос влаги в отсек КА и потому более эффективно. 2 ил.

Устройство для осушки воздуха герметичных отсеков космических аппаратов, содержащее кожух с предкамерой с вентилятором, входными и выходными патрубками, находящиеся в контакте друг с другом жидкостной теплообменник, источник холода, конденсатор и фитиль, влагосборник, каналы для прохода воздуха, образованные фитилем, конденсатором, торцами источника холода, жидкостного теплообменника, и выходные каналы, образованные наружной поверхностью корпуса каждого жидкостного теплообменника и внутренней поверхностью кожуха, отличающееся тем, что в каждом выходном канале установлен дополнительный фитиль, выполненный в виде пластины, распертой между внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью корпуса жидкостного теплообменника и опирающейся торцами на основание основного фитиля, при этом днище пластины и ее часть, примыкающая к наружной поверхности корпуса жидкостного теплообменника, перфорированы.