Автономная криогенная система жизнеобеспечения акванавта Советский патент 1982 года по МПК B63C11/22 

1

Изобретение относится к системам, обеспечивающим дыхание, обогрев и перемещение человека, находящегося под водой.

Известна газобаллонная система, обеспечивающая дыхание и работу силовой пневматической подсистемы перемещения человека под водой от единого баллона сжатой дыхательной смеси l. .

К недостаткам такой системы относится то, что у нее отсутствует силовой контур для перемещения человека под водой.

Наиболее близким техническим решением является автономная криогенная система жизнеобеспечения, содержащая дыхательный контур, включающий последовательно соединенные теплоизолированную емкость с криогенной дыхательной смесью, отборник жидкости, основной газификатор и легочный автомат, силовой контур, включающий топливную емкость, пост снабжения окислителем, камеру смешения топлива и окислителя, тепловой двигатель с водяной рубашкой и движитель, теплозащитный контур, включающий гидрокостюм, насос и теплообменник 2 J.

Недостатки системы заключаются у в плохих габаритно-массовых и эксплуатационных характеристиках вследствие применения недостаточно энерго,0 емкой смеси (перекиси водорода) и малой эффективности системы обогрева (обогрев слабо подогретым газом). 3 то же время, при существующем уровне разработок криогенных подводных систем «веется возможность использовать более эффективные топливные пары.

Целью изобретения является улучшение г.абаритно-массовых и эксплуатационных характеристик системы. .Поставленная цель достигается тем, что в автономной криогенной системе жизнеобеспечения акванавта, содержащей дыхательный контур, включающии последовательно соединенные те лоизолированную емкость с криогенно дыхательной смесью, отборник жидкости, основной газификатор и легочный автомат, силовой контур, включа ющий топливную емкость, пост снабже ния окислителем, камеру смешения топлива и окислителя, тепловой двигатель с водяной рубашкой и движитель, теплозащитный контур, включа(ощий гидрокостюм, насос и теплообме ник, пост снабжения окислителем выполнен из последовательно установле ных теплоизолированной емкости жидкого кислорода, отборника жидкости и дополнительного газификатора, вы ход которого присоединен параллельно к камере смещения, топливной ем-кости и через запорный вентиль к вы ходу основного газификатора, а теплообменник теплозащитного контура совмещен с водяной рубашкой теплово го двигателя в единый теплообменник. На чертеже, показана схематически предлагаемая система. Автономная криогенная система жиз необеспечения акванавта состоит из дыхательного, силового и теплозащитного контуров. В дыхательный контур входят теплоизолированная емкость 1, в которой хранится криогенная ды хательная смесь (жидкий воздух), отборники жидкого воздуха 2, основной газификатор 3, легочный автомат l. В силовой контур входят топливная емкость 5 пост снабжения окислителем, включающий теплоизолирован ную емкость жидкого кислорода 6, отборники жидкого кислорода 7, дополнительный газификатор 8 и запорный вентиль 9 камеру смешения топлива и оксилителя 10, регулирующий вентиль 11, жиклер 12, тепловой двигатель 13, водяную рубашку двигателя Ik, движитель 15 и обводную линию 16 В теплозащитный контур входят гидрокостюм 17, насос 18 с приводом 19 и теплообменник, совмещенный с водяной рубашкой двигателя 1 и линии подпитки 20 и сброса 21 воды из теплового контура. На теплоизолированных емкостях установлена заправочная и предохрани тельная арматура 22. Система работает следующим обра зом. Перед погружением под воду емкост i1 заправляется криогенной дыхательной смесью, например, жидким воадухом, емкость 2 заправляется жидким кислородом, а топливная емкость 5 заправляется жидким топливом, например, бензином, керосином. После заправки с помощью специальных систем разгонки и .стабилизации давления, (на чертеже не показаны) давление в емкостях 1 и 6 поднимается до нужной величины, зависящей от предстоящей глубины погружения. Дыханиеакванавта обеспечивается жидким воздухом, который из емкости 1 через отборники 2 поступает в основной газификатор 3, где испаряется и подогревается до температуры окружающей воды, и попадает далее через легочный автомат на дыхание. Включение силового контура производится путем открытия регулирующего вентиля 11, через который в камеру смешения 10 начинает поступать окислитель. Жидкий кислород, поступает к вентилю 11 из емкости 6 отборники 7 и дополнительный газификатор 8. Топливная емкость 5 все время находится под наддувом. Проходящий через вентиль 11 окислитель подсасывает топливо с помощью жиклера 12. Образовавшаяся горючая смесь направляется в тепловой двигатель 13. С целью уменьшения возможности детонации в камеру смешения может быть также направлена через обводную линию 16 часть отработавшего газа. Тепловой двигатель может представлять собой одну из многих конструкций либо поршневых двигателей внутреннего сгорания, либо водометных многокамерных двигателей. В процессе перемещения под водой при работающем двигателе и движите- ле обогрев, акванавта осуществляется следующим образом. Выходящие из двигателя газы приводят в действие привод 19 насоса 18. Насос прокачивает воду, подогретую в водяной рубашке двигателя, через гидрокостюм 17. Для регулирования температуры и тепловой нагрузки гидрокостюма используются линии подпитки свежей воы в контур гидрокостюма 20 и линия (точнее клапан) сброса воды 21. Если акванавт должен находиться неподвижном состоянии то следует тключить движитель 15. Отличительной чертой предложен ной системы является использование в ней жидкого кислорода и эффективного топлива. Приведем сравнительный расчет габаритно-массовых характеристик предлагаемой системы и прототипа. При расчете будем предполагать что силовой контур должен иметь мощ ность л/ кВт и обеспечивать, непрерывную работу в течение 3 ч, т.е система должна обеспечить полезную работу в количестве 3 кВт ч. Расход тепла на теплозащитный контур не учитывается, так как он обеспечивается тепловыми потерями силового контура. В обоих случаях используются тепловые двигатели с движите лями, имеющими общий КПД . Тогда запас тепловой энергии в системе с учетом небольшого резерва должен составлять /v 35 кВт ч. Известно, что перекись водорода при разложении в катализаторной камере выделяет 1100 ккал/кг тепла, и для обеспечения вышеуказанного за паса тепловой энергии необходимо ее около 32 кг или около 22 л. В предлагаемой схеме при использовании в качестве топлива бензина с теплотворной способностью 1100 ккал/кг требуется запас бензина в количестве 3,2 кг или k л. Таков объем топливной емкости 5. Для сжигания 3,2 бензина требуется -v 9 кг кислорода. В жидком виде этот кислород занимает объем около 8 л . В проведенном расчете следует . учесть, что в прототипе перекись во дорода обеспечивает не только энергетические потребности, но и потреб ность в кислороде, идущем на дыхани акванавта. В предлагаемой схеме это кислород должен быть учтен дополнительно. Для 3 ч работы необходимо к слорода не более 2 кг. Таким образом, приведенный приме .приводит к таким результатам: требу мый запас топлива и окислителя в прототипе составляет 32 кг (22 л), а в предлагаемой схеме - I,2 (14 л 66 При рассмотрении этих результатов следует учитывать, что в предлагаемой схеме дыхательный контур обеспечивается не чистым кислородом, а жидким воздухом и это накладывает определенные особенности на схему. Но, в принципе, это.может быть и жидкий кислород, как принято для удобства сравнения в примере. Таким образом, предложенное.техническое решение улучшает массо-габаритные характеристики и эксплуйтационные характеристики системы. Формула изобретения Автономная криогенная система жизнеобеспечения акванавта, содержащая дыхательный контур, включающий последовательно соединенные теплоизолированную емкость с криогенной дыхательной смесью, отборник жидкости, основной газификатор и легочный автомат , силовой контур, включающий топливную емкость, пост снабжения окислителем, камеру смешения топлива и окислителя, тепловой двигатель с водяной рубашкой и движигель, теплозащитный контур, включающий гидрокостюм и насос, отличающаяся тем, что, с целью улучшения массо-габаритных и эксплуатационных характеристик системы, пост снабжения окислителем выполнен из последовательно установленных теплоизолированной емкости жидкого кислорода, отборника жидкости и дополнительного газификатора, выход которого присоединен параллельно к камере смешения, топливной емкости и через запорный вентиль к выходу основного газификатора, при этом вход водяной рубашки теплового двигателя связан с выходом гидрокостюма теплозащитного контура, а выход - через насос с входом гидрокостюма. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3957007, кл. 1U-16A, 1971. 2.Маренов И.В. Средства передвижения под водой. М ., ДОСААФ, 1966, с. (прототип) .