СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ СОРБЦИОННО-КАТАЛИТИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОДЫ ИЗ КОНДЕНСАТА АТМОСФЕРНОЙ ВЛАГИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ Российский патент 2024 года по МПК B64G1/60 B64G1/46 

Описание патента на изобретение RU2812818C1

Изобретение относится к области систем жизнеобеспечения экипажей космических летательных аппаратов (космических кораблей, орбитальных станций), а именно к системам регенерационного водообеспечения.

Известны способы регенерации воды, основанные на сорбционном, электрохимическом методах, методе испарения в токе воздуха, и системы, реализованные с использованием данных методов в наземных экспериментальных комплексах (Патент US3444051, 202-182, 1969). Недостатками известных способов и систем на их основе являются их невысокая степень отработки, в том числе в условиях невесомости, ограниченный ресурс по регенерации воды из конденсата как от диссоциирующих, так и от недиссоциирующих соединений, а также отсутствие узлов кондиционирования воды.

Известен способ регенерации и система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги, применявшиеся на орбитальной космической станции «Салют-6» (Елисеев А.Е. Техника космических полётов. – М.: Машиностроение, 1983, с.142-145). В основу системы был положен способ очистки на основе сорбции органических соединений активным углем и ионитами. Данная система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги показала хорошую работоспособность, однако имела рад недостатков: малый ресурс блока очистки по органическим примесям и его зависимость от соотношения диссоциирующих и недиссоциирующих примесей в конденсате; значительная удельная масса системы.

Известен патент RU2046080, опубликовано: 20.10.1995, в котором описан способ регенерации воды из мочи на борту космического летательного аппарата, заключающийся в приеме и консервации мочи путем дозированной подачи консерванта при использовании смывной воды, сепарации мочи от воздуха, извлечении воды путем испарения при атмосферном давлении из нагретой до температуры не выше 60oС мочи при помощи капиллярно-пористых полимерных мембран, сорбционно-каталитической очистке извлеченной воды, соленасыщении ее, обеззараживании и консервировании для использования в качестве питьевой воды, отличающийся тем, что на каждую дозу консерванта при консервации мочи подают две дозы смывной воды, при этом первую дозу смывной воды подают с консервантом, а вторую без консерванта, испарение мочи в процессе дистилляции ведут при циркуляции ее в замкнутом контуре, производя после процесса испарения фильтрование мочи одновременно с сепарацией выделяющегося при нагреве газа, при этом испарение извлеченной из мочи воды с поверхности капиллярно-пористой мембраны производят в цикуляционный замкнутый поток воздуха, образующиеся в этом контуре пары воды с воздухом сепарируют от жидкости по двухступенчатой схеме до и после их конденсации, используя часть конденсата в качестве смывной воды, неконденсированные газы после сорбционной очистки выбрасывают в атмосферу объекта.

Также в патенте RU2046080 описано устройство для регенерации воды из мочи на борту космического летательного аппарата, содержащее узел приема и консервации мочи с дозатором консерванта и смывной воды, сепаратор газожидкостной смеси для отделения воздуха от мочи, промежуточный сборник отсепарированной мочи, узел извлечения из мочи воды, включающий в себя нагреватель мочи, испаритель, выполненный с капиллярно-пористыми полимерными полупроницаемыми мембранами, узел сорбционно-каталитической очистки извлеченной воды, включающий ионнообменные смолы и активированный уголь, колонки соленасыщения и бактериальной очистки, емкости сбора и хранения воды, отличающееся тем, что оно снабжено сигнализатором поступления консерванта, вход которого подсоединен к выходу дозатора консерванта и смывной воды, а выход к входу в сепаратор газожидкостной смеси, жидкостная полость испарителя узла извлечения воды из мочи соединена с нагревателем мочи замкнутым циркуляционным жидкостным контуром, в который введены насос, установленный на входе в нагреватель, и фильтр-воздухоотделитель-накопитель, вход которого соединен с выходом испарителя, один выход через электромагнитный клапан с входом в насос, а другой через электромагнитный клапан с входом в накопитель концентрата мочи, паровоздушная полость испарителя соединена замкнутым паровоздушным контуром, включающим в себя установленную на входе в полость воздуходувку, а на выходе - влагоуловитель и конденсатор, с сепаратором конденсата с капиллярно-пористыми стенками, который по линии конденсата соединен через насос, датчики контроля качества воды и электромагнитные клапаны с узлом сорбционно-каталитической очистки извлеченной воды, при этом промежуточный сборник отсепарированной мочи выполнен в виде трех изолированных одна от другой эластичных емкостей, две из которых выполнены одинакового объема, а третья меньшего, каждая емкость снабжена датчиком заполнения и опорожнения и через электромагнитные клапаны соединена с циркуляционным жидкостным контуром узла извлечения воды из мочи на входе в насос.

Более близким аналогом является способ регенерации воды из конденсата атмосферной влаги и узел системы для его осуществления, который является более усовершенствованным методом вышеописанного патента RU2046080 и применяется на МКС (Перспективы развития систем регенерации воды обитаемых космических станций / Л. С. Бобе, Н. М. Самсонов, В. М. Новиков [и др.] // Известия Российской академии наук. Энергетика. – 2009. – № 1. – С. 69-78).

В основу очистки конденсата атмосферной влаги в прототипе положен способ сорбционно-каталитического окисления органических недиссоциирующих до диссоциирующих примесей в газожидкостном потоке за счет кислорода транспортного воздуха в фильтре-реакторе и в жидкой фазе в блоке колонок очистки за счет кислорода, запасенного катализатором. Очистка от диссоциирующих примесей осуществляется ионообменными смолами, входящими в состав шихты блока колонок очистки. Все процессы осуществляются при атмосферном давлении и температуре на станции. Данная система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги в настоящее время эксплуатируется на борту МКС и показывает хорошую работоспособность.

Тем не менее, система имеет недостатки: ограниченность ресурса блока колонок очистки по окислению недиссоциирующих соединений до диссоциирующих в следствие расходования невозобновляемого запасенного в порах засыпки окислителя; необходимость замены блока целиком после выработки ресурса платиноуглеродной засыпки при не полностью выработанном ресурсе ионообменной шихты.

Для устранения вышеперечисленных недостатков возникла техническая задача разработки способа и устройства электрохимической сорбционно-каталитической регенерации воды из конденсата атмосферной влаги на космической станции, позволяющие обеспечить требуемую степень очистки конденсата, увеличить ресурс узла очистки по окислению труднодиссоциируемых примесей и минимизировать затраты массы сменного оборудования на космической станции.

Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение ресурса блока очистки при одновременном снижении переменных массозатрат.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что заявлен способ электрохимической сорбционно-каталитической регенерации воды из конденсата атмосферной влаги на космической станции, характеризующийся пропусканием очищаемой жидкости через гранулированную засыпку из активированного платиноуглеродного насыпного материала, в котором платина играет роль катализатора окисления, и ионообменных смол, отличающийся тем, что в жидкость, пропускаемую через платиноуглеродную засыпку, добавляют воздух в необходимом стехиометрическом соотношении по кислороду для электрохимического каталитического окисления органических примесей при температуре и давлении окружающей среды рабочего отсека станции, при этом в жидкость, пропускаемую через платиноуглеродную засыпку, добавляют воздух с объемным соотношением воздуха к жидкости 1:1.

Допустимо, что добавляемый воздух подают в колонку с платиноуглеродным катализатором, либо в колонку с ионообменными смолами.

Предпочтительно, контакт жидкости с засыпкой выдерживают по времени не менее 10 минут.

Также заявлено устройство для электрохимической сорбционно-каталитической регенерации воды из конденсата атмосферной влаги на космической станции с использованием платиноуглеродной засыпки и ионообменных смол, состоящее из блока подачи конденсата, включающего в себя два насосных агрегата для дозированной подачи жидкости и воздуха с регулируемым объемным соотношением воздуха к жидкости, электромагнитные клапаны, датчик давления и запорно-регулировочную арматуру; блока очистки, включающего в себя последовательно соединенные колонки, заполненные ионообменной смолой, платиноуглеродной засыпкой, дезодорирующим активным углем и стерилизатором; блока сепарации, включающего в себя сепарационно-фильтрующий мембранный элемент, устройство отвода конденсата с эластичной мембраной и упругим элементом, электромагнитный клапан, насосный агрегат и запорно-регулировочную арматуру, отличающееся тем, что ионообменная шихта блока очистки, содержащая анионит и катионит в соотношении 3:1 (в виду преобладания содержания анионов над катионами) для обеспечения сорбции продуктов электрохимического сорбционно-каталитического окисления органических примесей и платиноуглеродная засыпка располагаются в раздельных колонках для периодической замены колонок с отработанной ионообменной шихтой.

Предпочтительно, колонки с ионообменной шихтой и платиноуглеродной засыпкой конструктивно объединены в единый блок.

Предпочтительно, каждая из колонок выполнена заменяемой с возможностью демонтажа.

Предпочтительно, колонки с ионообменной шихтой и платиноуглеродной засыпкой гидравлически соединены между собой с помощью быстросъемных герморазъемов.

Изобретение поясняется чертежом.

На Фиг. показана схема устройства для электрохимической сорбционно-каталитической регенерации воды из конденсата атмосферной влаги на космической станции с использованием платиноуглеродной засыпки и ионообменных смол, где 1 - блок подачи конденсата, 2 - блок очистки, 3 - блок сепарации, 4 - насос для подачи жидкости, 5 - насос для подачи воздуха, 6 и 7 - электромагнитные клапаны, 8 - датчик давления для контроля наличия среды на входе в блок, 9 - предохранительный клапан, 10, 11, 12 - колонки, 13 - гидроразъем, 14 - сепарационно-фильтрующий мембранный элемент, 15 - элемент отвода жидкости, 16 - эластичная мембрана, 17 - упругий элемент, 18 - электромагнитный клапан, 19 - насосный агрегат.

Осуществление изобретения

Устройство состоит из блока подачи конденсата 1, блока очистки 2 и блока сепарации 3.

Блок подачи конденсата 1 включает в себя насосный агрегат 4 для подачи заданного количества жидкости, насосный агрегат 5 для подачи заданного количества воздуха. На линиях подачи сред установлены электромагнитные клапаны 6 и 7, на линии байпаса насосного агрегата 4 установлен предохранительный клапан 9, на линии забора жидкости установлен датчик давления 8 для контроля наличия среды на входе в блок.

Блок очистки 2 состоит из не жестко соединенных в один агрегат и гидравлически последовательно соединенных друг с другом с помощью гидроразъемов 13 заполненных ионообменной смолой, платиноуглеродной засыпкой и дезодорирующим посеребренным активным углем колонок 10, 11 и 12. На входе в колонку 10 расположен контактный стерилизатор из сернокислого кальция и сернокислого серебра в виде гранул со связующим из полиэтилена низкого давления, на выходе из блока 12 установлен фильтр механических примесей, выполненный из нетканого гидрофильного импрегнированного серебром материала.

Блок сепарации 3 включает в себя сепарационно-фильтрующий мембранный элемент 14, соединенный с помощью гидроразъема с элементом отвода жидкости 15 с эластичной мембраной 16 и упругим элементом 17, электромагнитный клапан 18, а также насосный агрегат 19. Сепарационно-фильтрующий мембранный элемент представляет собой цилиндрический корпус с коаксиально встроенным мембранным элементом, штуцерами входа газожидкостной смеси и выхода газа и жидкости. Устройство содержит влагопоглощающий и влагоудерживающий материал, контактирующий с капиллярно-пористой мембраной.

Устройство работает следующим образом.

С помощью насосного агрегата 4 конденсат атмосферной влаги забирается из емкости и порционно подается в жидкостной тракт. При подаче жидкости открывается электромагнитный клапан 7.

После выдачи порции жидкости клапан 7 закрывается. Далее после выдачи жидкой фазы насосный агрегат 5 порционно подает воздух в воздушный тракт.

При подаче воздуха открывается электромагнитный клапан 6. После выдачи порции воздуха клапан 6 закрывается.

Оба насосных агрегата выдают порции, заданные изначально, и с установленной периодичностью для поддержания требуемого времени контакта газожидкостной смеси и платиноуглеродной засыпки в блоке очистки.

Образуемая в блоке подачи конденсата газожидкостная смесь с необходимым соотношением газовой и жидкой фазы подается в блок очистки, где контактный стерилизатор в первой колонке 10 обеспечивает обеззараживание конденсата. Также происходит предварительное удаление диссоциирующих на ионы органических загрязнений ионообменной смолой, которая состоит из анионообменной и катионообменной смол в соотношении 3:1, в виду преобладания содержания анионов над катионами. Из колонки 10 газожидкостная смесь поступает в колонку 11, где на платиноуглеродной засыпке происходит окисление недиссоциирующих на ионы органических примесей конденсата до диссоциирующих с использованием кислорода воздуха, а также подавление микрофлоры путем перехода в жидкость ионов серебра за счет взаимодействия электрохимической пары «платина - серебро».

За счет каталитического окисления в колонке 11 труднодиссоциирующие органические примеси переходят в диссоциированные, которые далее попадают в колонку 12, где происходит их сорбция ионообменной смолой, имеющей в своем составе анионообменную и катионообменную смолу в соотношении 3:1 и дезодорирование активным углем.

Выходящая из блока очистки 2 очищенная газожидкостная смесь подается в блок сепарации 3, где попадает в устройство с гидрофильным сепарационно-фильтрующим мембранным элементом 14. За счет гидрофильности элемента жидкость собирается у его поверхности, а воздух оттесняется к периферии. В элементе отвода жидкости 15 и соответственно во внутреннем канале мембранного сепарационно-фильтрующего элемента 14 с помощью эластичной мембраны 16 с упругим элементом 17 создается разрежение. За счет перепада давления через пористую мембрану сепарационно-фильтрующего элемента жидкость переходит во внутренний канал, а отделенный воздух сбрасывается в рабочий отсек объекта. Отсепарированная очищенная жидкость из внутреннего канала сепарационно-фильтрующего мембранного элемента с помощью насосного агрегата 19 выдается для дальнейшего пользования.

Изобретение позволяет достигнуть высокой степени очистки конденсата как от недиссоциирующих, так и от диссоциирующих органических загрязнений, при одновременном увеличении ресурса блока очистки и снижения затрат переменной массы.

Для подтверждения заявленного технического результата проведена экспериментальная отработка способа электрохимической сорбционно-каталитической регенерации воды из конденсата атмосферной влаги на лабораторной установке в масштабе 1:100. В качестве рабочего раствора использовался имитатор конденсата атмосферной влаги, представляющего собой водный раствор этанола с концентрацией 100 мг/дм3. Этанол является основным трудносорбируемым недиссоциирующим на ионы органическим соединением, содержащимся в конденсате атмосферной влаги. Доля его содержания в конденсате также выше, чем у остальных веществ.

Количество кислорода воздуха, необходимое для полного электрохимического окисления данного количества спирта (100 мг/дм3) на платиноуглеродной засыпке, и соответствующее требуемое объемное соотношение воздуха к жидкой фазе определяется, исходя из следующей химической реакции:

По реакции окисления этилового спирта:

В 1 дм3 воздуха содержится следующее количество кислорода:

nО2= ρвоздуха при 20°С·(МО2÷Мвоздуха)⋅ηО2 = 1,2(32÷29)0,21 = 0,28 г/дм3,

Принимаем подачу жидкости на вход в блок очистки равной 600 см3/ч (подача 50 см3 жидкости каждые 5 минут).

Расход этанола на окисление на катализаторе:100 мг/дм30,6 дм3/ч = 60 мг/ч.

Количество воздуха, требуемое для окисления:60 мг/ч ÷ 0,28мг/см3 = 214,3 см3/ч, с учетом коэффициента запаса, равного 2 требуемый объем воздуха равен 428 см3/ч.

На основании приведенного расчета выбрано соотношение воздуха и конденсата атмосферной влаги 1:1, т.е. на 600 см3 воздуха на 600 см3 жидкости.

Завяленный технический результат был подтвержден при испытаниях макета блока очистки в масштабе 1:100.

В таблице 1 представлены результаты испытаний макета (1:100) в квазистатическом режиме работы (периодическая подача сред) при отсутствии введения воздуха в платиноуглеродную засыпку. Периодическая подача сред обеспечивала контакт жидкой фазы на платиноуглеродной засыпке не менее 10 минут. Из таблицы 1 следует, что ресурс макета блока очистки без дополнительной подачи окислителя (введения воздуха) составил 400 л.

Результаты испытаний макета (1:100) блока очистки с введением кислорода воздуха из окружающей среды в объемном соотношении 1:1 приведены в таблицах 2.1, 2.2. Полученные данные показывают, что введение воздуха в конденсат атмосферной влаги при подаче конденсата в блок очистки позволяет увеличить ресурс блока очистки до 2000 л, т.е. минимум в 5 раз.

Таблица 1. Результаты анализа конденсата атмосферной влаги после очистки в макете блока очистки (1:100) в штатном режиме работы без введения воздуха

Анализируемые параметры Содержание веществ в имитаторе Количество очищенного конденсата атмосферной влаги в блоке очистки
(в пересчете на полноразмерный блок)
Норматив по ГОСТ
Р 50804-95
50 л 100 л 150 л 200 л 250 л 300 л Этиловый спирт
С2Н5ОН, мг/л
100 0 0 0 0 0 0 ≤ 10
Уксусная
кислота
СН3СООН, мг/л
0 0 0 6,45 31,2 42,1 21,5 не нормируется
Анализируемые параметры Содержание веществ в имитаторе Количество очищенного конденсата атмосферной влаги в блоке очистки
(в пересчете на полноразмерный блок)
Норматив по ГОСТ
Р 50804-95
350 л 400 л 450 л 500 л Этиловый спирт
С2Н5ОН, мг/л
100 4,2 7,7 55,8 73,1 ≤ 10
Уксусная
кислота
СН3СООН, мг/л
0 4,9 34,8 7,9 9,9 не нормируется

Таблица 2.1. Результаты анализа конденсата атмосферной влаги после очистки в макете блока очистки (1:100) в режиме работы с введением воздуха

Анализируемые параметры Содержание веществ в имитаторе Количество очищенного конденсата атмосферной влаги в блоке очистки
(в пересчете на полноразмерный блок)
Норматив по ГОСТ
Р 50804-95
50 л 100 л 150 л 200 л 250 л 300 л Этиловый спирт
С2Н5ОН, мг/л
100 0 0 0 0 0 0 ≤ 10
Уксусная
кислота
СН3СООН, мг/л
0 0 0 0 25,6 31,8 44,1 не нормируется
Анализируемые параметры Содержа-ние веществ в имитаторе Количество очищенного конденсата атмосферной влаги в блоке очистки
(в пересчете на полноразмерный блок)
Норматив по ГОСТ
Р 50804-95
350 л 400 л 450 л 500 л 550 л 600 л Этиловый спирт
С2Н5ОН, мг/л
100 0 0 0,8 0 7,3 1,4 ≤ 10
Уксусная
кислота
СН3СООН, мг/л
0 21,7 40,8 17,8 62,6 29,6 27,9 не нормируется

Таблица 2.2. Результаты анализа конденсата атмосферной влаги после очистки в макете блока очистки (1:100) в режиме работы с введением воздуха

Анализируемые параметры Содержание веществ в имитаторе Количество очищенного конденсата атмосферной влаги в блоке очистки
(в пересчете на полноразмерный блок)
Норматив по ГОСТ
Р 50804-95
650 л 700 л 750 л 800 л 850 л 900 л Этиловый спирт
С2Н5ОН, мг/л
100 0 5,2 0 0 3,0 0 ≤ 10
Уксусная
кислота
СН3СООН, мг/л
0 33,2 23,5 41,5 60,1 47,6 35,8 не нормируется
Анализируемые параметры Содержание веществ в имитаторе Количество очищенного конденсата атмосферной влаги в блоке очистки
(в пересчете на полноразмерный блок)
Норматив по ГОСТ
Р 50804-95
1000 л 1200 л 1400 л 1600 л 1800 л 2000 л Этиловый спирт
С2Н5ОН, мг/л
100 1,4 7,6 1,6 2,8 0,6 2,2 ≤ 10
Уксусная
кислота
СН3СООН, мг/л
0 49,5 37,7 40,7 44,2 50,0 53,8 не нормируется

Продуктом окисления этанола является уксусная кислота, удаление из раствора которой обеспечивается применением ионообменных смол. Так как ресурс блока очистки по окислению трудносорбируемых недиссоциирующих соединений на платиноуглеродной засыпке практически не ограничен, лимитирующей стадией становится ресурс ионообменных смол по сорбции продуктов реакции.

Содержание этанола в конденсате на входе в блок очистки составляет 70 – 100 мг/дм3. Содержание уксусной кислоты в растворе при условии полного окисления спирта составляет 130 мг/дм3. Рабочая обменная емкость анионита составляет 1040 ммоль/дм3.

Ресурс анионообменной смолы по аниону СН3СОО¬ составляет:(1040·2,67)÷(130÷59) = 1260 дм3,

где 1040 ммоль/дм3 – рабочая обменная емкость анионита;

2,67 дм3 – объем анионита в составе блока очистки;

130 мг/дм3 – содержание уксусной кислоты в растворе;

59 мг/ммоль – масса иона CH3COO-.

Таким образом расчетный ресурс блока очистки по очистке конденсата от окисленных продуктов этанола составляет 1200 дм3 и для обеспечения работоспособности блока очистки требуется периодическая замена отделяемых колонок с отработанной ионообменной шихтой. Объем ионообменной шихты составляет 50% от общей засыпки блока очистки. С учетом того, что предлагаемое устройство блока очистки позволяет проводить замену ионообменной шихты отдельно от платиноуглеродной засыпки, масса заменяемых частей снизится приблизительно в 2 раза.

При численности экипажа космической станции 3 человека в год приходится около 6 замен штатного блока очистки в системе регенерации воды из конденсата атмосферной влаги. Масса штатного блока очистки составляет 17 кг. С учетом стоимости доставки 1 кг груза на орбитальную станцию (порядка 22000 долларов США), доставка блока очистки на станцию для экипажа из трех человек составит 2224000 долларов США. При использовании предложенного устройства для электрохимической сорбционно-каталитической регенерации воды из конденсата атмосферной влаги на космической станции с возможностью замены отработавшего ресурс узла ионообменной очистки экономия переменной массы составит (17 кг – 10 кг)·6 = 42 кг, что обеспечит экономию 42·22 000 = 924 000 долларов США ежегодно, т.е. снизит затраты приблизительно в 2,5 раза.

Похожие патенты RU2812818C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОДЫ ИЗ КОНДЕНСАТА АТМОСФЕРНОЙ ВЛАГИ ГЕРМООБЪЕКТА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1992
  • Абрамов Г.Х.
  • Амирагов М.С.
  • Астафьев В.Б.
  • Березкин С.В.
  • Бобе Л.С.
  • Быков В.П.
  • Васильев Ю.Б.
  • Гордеев В.М.
  • Дюкова Э.С.
  • Новиков В.М.
  • Подругин А.Я.
  • Протасов Н.Н.
  • Разгулина М.Д.
  • Самсонов Н.М.
  • Синяк Г.С.
  • Синяк Ю.Е.
  • Фарафонов Н.С.
RU2070149C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ, РЕГЕНЕРИРОВАННОЙ ИЗ ВОДОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ 2009
  • Синяк Юрий Емельянович
  • Назаров Николай Михайлович
  • Малых Елена Юрьевна
RU2422381C2
СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОДЫ ИЗ МОЧИ НА БОРТУ КОСМИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1992
  • Бобе Л.С.
  • Бочаров С.С.
  • Гуровский Д.Н.
  • Комолов В.В.
  • Лапухин В.А.
  • Леонов В.А.
  • Новиков В.М.
  • Пинский Б.Я.
  • Протасов Н.Н.
  • Самсонов Н.М.
  • Синяк Г.С.
  • Синяк Ю.Е.
  • Соломахина Н.М.
  • Фарафонов Н.С.
  • Шипаев В.Н.
RU2046080C1
СИСТЕМА И ВАКУУМНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ДИСТИЛЛЯТОР ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОДЫ ИЗ МОЧИ НА БОРТУ КОСМИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 1998
  • Самсонов Н.М.(Ru)
  • Риферт Владимир Густавович
  • Бобе Л.С.(Ru)
  • Барабаш Петр Алексеевич
  • Комолов В.В.(Ru)
  • Маргулис В.И.(Ru)
  • Новиков В.М.(Ru)
  • Пинский Б.Я.(Ru)
  • Протасов Н.Н.(Ru)
  • Раков В.В.(Ru)
  • Фарафонов Н.С.(Ru)
RU2127627C1
Способ регенерации воды из мочи 2017
  • Назаров Николай Михайлович
  • Короткова Татьяна Павловна
  • Малых Елена Юрьевна
RU2659201C1
Система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги 2023
  • Климарев Сергей Иванович
  • Дьяченко Александр Иванович
  • Орлов Олег Игоревич
RU2804503C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ 2014
  • Андреев Виталий Сергеевич
  • Андреев Герман Витальевич
RU2706321C2
КОМПЛЕКСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОКОВ ОТ ПРОТИВООБЛЕДИНИТЕЛЬНЫХ И АНТИГОЛОЛЕДНЫХ РЕАГЕНТОВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В СТОЧНЫХ ВОДАХ АЭРОПОРТОВ 2023
  • Сергеев Виктор Владимирович
  • Вольский Алексей Сергеевич
  • Кащеев Юрий Михайлович
  • Грушанин Александр Иванович
RU2814343C1
УЗЕЛ ПРИЕМА И КОНСЕРВАЦИИ МОЧИ СО СТАТИЧЕСКИМ СЕПАРАТОРОМ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ НА БОРТУ КОСМИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 2011
  • Стариков Евгений Николаевич
  • Беленький Леонид Израилевич
  • Горбунов Андрей Иванович
  • Рогова Надежда Юрьевна
  • Мишаков Вадим Владимирович
  • Зверко Анатолий Дмитриевич
RU2478538C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ РЕГЕНЕРИРУЕМЫЙ АДСОРБЦИОННЫЙ УГЛЕРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО РЕГЕНЕРАЦИИ 2000
  • Шварев А.Е.
  • Пименов А.В.
  • Митилинеос А.Г.
  • Шмидт Джозеф Львович
RU2171139C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 812 818 C1

Реферат патента 2024 года СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ СОРБЦИОННО-КАТАЛИТИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОДЫ ИЗ КОНДЕНСАТА АТМОСФЕРНОЙ ВЛАГИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ

Группа изобретений относится к системам жизнеобеспечения экипажей, в частности космических кораблей и орбитальных станций. В предлагаемом способе конденсат атмосферной влаги пропускают через засыпку в виде покрытого платиновым катализатором активированного угля с запасенным в его порах кислородом. Тем самым ускоряют процесс электрохимического каталитического окисления органических примесей при температуре окружающей среды, например рабочего отсека станции. Дополнительно в засыпку подается окислитель (кислород воздуха) в необходимой стехиометрической пропорции. Предлагаемое устройство состоит из блока подачи конденсата и воздуха, блоков очистки и сепарации. Блок очистки содержит последовательно соединенные колонки, заполненные ионообменной шихтой и платиноуглеродной засыпкой. Шихта, содержащая анионит и катионит в соотношении 3:1, и засыпка располагаются в раздельных колонках для обеспечения возможности их периодической замены. Технический результат состоит в увеличении ресурса блока очистки по сравнению со схемой без принудительной подачи окислителя, при одновременном снижении переменных массовых затрат. 2 н. и 5 з. п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Формула изобретения RU 2 812 818 C1

1. Способ электрохимической сорбционно-каталитической регенерации воды из конденсата атмосферной влаги на космической станции, характеризующийся пропусканием очищаемой жидкости через гранулированную засыпку из активированного платиноуглеродного насыпного материала, в котором платина играет роль катализатора окисления, и ионообменных смол, отличающийся тем, что в жидкость, пропускаемую через платиноуглеродную засыпку, добавляют воздух в необходимом стехиометрическом соотношении по кислороду для электрохимического каталитического окисления органических примесей при температуре и давлении окружающей среды рабочего отсека станции, при этом в жидкость, пропускаемую через платиноуглеродную засыпку, добавляют воздух с объемным соотношением воздуха к жидкости 1:1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что добавляемый воздух подают в колонку с платиноуглеродным катализатором, либо в колонку с ионообменными смолами.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что контакт жидкости с засыпкой выдерживают по времени не менее 10 минут.

4. Устройство для электрохимической сорбционно-каталитической регенерации воды из конденсата атмосферной влаги на космической станции с использованием платиноуглеродной засыпки и ионообменных смол, состоящее из блока подачи конденсата, включающего в себя два насосных агрегата для дозированной подачи жидкости и воздуха с регулируемым объемным соотношением воздуха к жидкости, электромагнитные клапаны, датчик давления и запорно-регулировочную арматуру, блока очистки, включающего в себя последовательно соединенные колонки, заполненные ионообменной смолой, платиноуглеродной засыпкой, дезодорирующим активным углем и стерилизатором, блока сепарации, включающего в себя сепарационно-фильтрующий мембранный элемент, устройство отвода конденсата с эластичной мембраной и упругим элементом, электромагнитный клапан, насосный агрегат и запорно-регулировочную арматуру, отличающееся тем, что ионообменная шихта блока очистки, содержащая анионит и катионит в соотношении 3:1 для обеспечения сорбции продуктов электрохимического сорбционно-каталитического окисления органических примесей и платиноуглеродная засыпка - располагаются в раздельных колонках для периодической замены колонок с отработанной ионообменной шихтой.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что колонки с ионообменной шихтой и платиноуглеродной засыпкой конструктивно объединены в единый блок.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждая из колонок выполнена заменяемой с возможностью демонтажа.

7. Устройство по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что колонки с ионообменной шихтой и платиноуглеродной засыпкой гидравлически соединены между собой с помощью быстросъемных герморазъемов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2812818C1

СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОДЫ ИЗ КОНДЕНСАТА АТМОСФЕРНОЙ ВЛАГИ ГЕРМООБЪЕКТА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1992
  • Абрамов Г.Х.
  • Амирагов М.С.
  • Астафьев В.Б.
  • Березкин С.В.
  • Бобе Л.С.
  • Быков В.П.
  • Васильев Ю.Б.
  • Гордеев В.М.
  • Дюкова Э.С.
  • Новиков В.М.
  • Подругин А.Я.
  • Протасов Н.Н.
  • Разгулина М.Д.
  • Самсонов Н.М.
  • Синяк Г.С.
  • Синяк Ю.Е.
  • Фарафонов Н.С.
RU2070149C1
Л
С
Бобе, Н
М
Самсонов, В
М
Новиков и др
Перспективы развития систем регенерации воды обитаемых космических станций
Изв
РАН
Энергетика
Колосоуборка 1923
  • Беляков И.Д.
SU2009A1
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Способ приготовления пищевого продукта сливкообразной консистенции 1917
  • Александров К.П.
SU69A1
Елисеев А.Е
Техника космических полётов
- М.: Машиностроение, 1983, с.142-145
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ДЕЙТЕРИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ 2000
  • Синяк Ю.Е.
  • Гайдадымов В.Б.
  • Григорьев А.И.
  • Гуськова Е.И.
RU2182562C2
US 10336637 B2, 02.07.2019
P
Andreychuk, S

RU 2 812 818 C1

Авторы

Бобе Леонид Сергеевич

Скляр Евгений Федорович

Рукавицин Сергей Николаевич

Павлов Александр Васильевич

Сальников Николай Александрович

Даты

2024-02-02Публикация

2023-08-18Подача