Автономная криогенная система жизнеобеспечения акванавта

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ изовеетиния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»>963896 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 16.03. 81 (2) )3259436/40-23 (5 3 ) М. Кл.

Б 63 С 11/22 с присоединением заявки Мг (23) Приоритет

Гввудврстввннье квинтвт

СССР

Опубликовано 07.10.82. Бюллетень М 37

Дата опубликования описания 09. 02 . 83 (53) УДК 614.895..5 (088.8) ао acN3M нзвврвтеннй и втнрьпнй

В.А.Наер, А.Н.Балетов, А.К.Лоскутов, M.Á. и И.А.Рафаэль (72) Авторы изобретения

Одесский технологический институт холодил промьтвленности (7l) Заявитель.(54) АВТОНОМНАЯ КРИОГЕННАЯ СИСТЕМА

ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ АКВАНАВТА

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 t.1).

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, включаю щий топливную емкость, пост снабже2 ния окислителем, камеру смешения топлива и окислителя, тепловой двигатель с водяной рубашкой и движитель, теплозащитный контур, включающий гидрокостюм, насос и теплообменник (2 ).

Недостатки системы заключаются в плохих габаритно-массовых и эксплуатационных характеристиках вследст- вие применения недостаточно энергоемкой смеси (перекиси водорода) и малой эффективности системы обогрева (обогрев слабо подогретым газом)..

8 то.же время., при существующем уровне разработок криогенных подводных систем имеется возможность использовать более эффективные топливные пары.

Целью изобретения является улучшение габаритно-массовых и эксплу2о атационных характеристик системы. .Поставленная цель достигается тем, что в автономной криогенной системе жизнеобеспечения акванавта, содержащей 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, пост снабжения окиспителем выполнен из последовательно установленных теплоизолированной емкости жидкого кислорода, отборника жидкости и дополнительного газификатора, выход 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 теплового двигателя в единый теплообменник.

На чертеже, показана схематичес25 ки предлагаемая система.

Автономная криогенная система жизнеобеспечения акванавта состоит иэ дыхательного, силового и теплозащитного контуров. В дыхательный контур входят теплоизолированная емкость

1, в которой хранится криогенная дыхательная смесь (жидкий воздух), отборники жидкого воздуха 2, основной гаэификатор 3, легочный автомат 4.

В силовой контур входят топливная емкость 5, пост снабжения окислителем, включающий теплоизолированную 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, телловой двигатель 13, водяную рубашку двигателя

14, движитель 15 и обводную линию 16. <>

В теплозащитный контур входят гидрокостюм 17, насос 18 с приводом

19 и теплообменник, совмещенный с водяной рубашкой двигателя 14 и линии подпитки 20 и сброса 21 воды из So теплового контура.

На теплоизолированных емкостях установлена заправочная и предохранительная арматура 22.

Система работает следующим обра". ss зом.

Перед погружением под воду емкость

1 заправляется криогенной дыхатель3 963896

4 ной смесью, например, жидким возду. хом, емкость 2 заправляется жидким кислородом, а топливная емкость 5 заправляется жидким топливом, напри мер, 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.

Дыхание акванавта обеспечивается жидким воздухом, который из емкости

1 через отборники 2 поступает в основной газификатор 3, где испаряет" ся и подогревается до температуры окружающей воды, и попадает далее через легочный автомат 4 на дыха- ние.

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 через 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 об водную линию 16 часть отработавшего газа.

Тепловой двигатель может предста" влять 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 дви-ателя, через гидрокостюм 17.

Для регулирования температуры и тепловой нагрузки гидрокостюма используются линии подпитки свежей воды в контур гидрокостюма 20 и линия (точнее клапай) сброса воды 21.

Если акванавт должен находиться в неподвижном состоянии,то следуе отключить движитель 15.

963896 формула изобретения

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 мощность 1 кВт и обеспечивать не- so прерывную 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 движителями, имеющими общий КПД ) 10>.

Тогда запас тепловой энергии в системе с учетом небольшого резерва должен составлять 35 кВт ч.

Известно, что перекись водорода при разложении в катализаторной камере выделяет 1100 ккал/кг тепла, и для обеспечения вышеуказанного запаса тепловой энергии необходимо ее около 32 кг или около 22 л.

В предлагаемой схеме при использовании в качестве топлива бензина с теплот ворной способностью

1100 ккал/кг требуется запас бензина в количестве 3,2 кг или 4 л. Таков объем топливной емкости 5.

° 3S

Для сжигания 3,2 бензина требуется м9 кг кислорода. В жидком виде этот кислород занимает объем около 8 л.

В проведенном расчете следует . учесть, что в прототипе йерекись во" дорода обеспечивает не только энергетические потребности, но и потребность в кислороде, идущем на дыхание акванавта. В предлагаемой схеме этот

IS кислород должен быть учтен дополнительно. Для 3 ч работы необходимо кислорода не более 2 кг.

Таким образом, приведенный пример приводит к таким результатам: требуемый запас топлива и окислителя. в прототипе составляет 32 кг (22 л); а в предлагаемой схеме " 14,2 (14 л).

При рассмотрении этих результатов следует учитывать, что в предлагаемой схеме дыхательный контур обеспечива" ется не чистым кислородом, а жидким воздухом и это накладывает определен" ные особенности на схему. Но в принципе, это может быть и жидкий кислород, как принято для удобства сравнения в примере.

Таким образом, предложенное тех ническое решение улучшает массо-габаритные характеристики и эксплуатационные характеристики системы.

Автономная криогенная система жизнеобеспечения акванавта, содержащая дыхательный контур, включающий последовательно соединенные теплоизоФ лированную емкость с криогенной дыхательной смесью, отборник жидкости, основной газификатор и легочный автомат, силовой контур, включающий топливную емкость, пост снабжения окислителем, камеру с,ешения топлива и окислителя, тепловой двйгатель с водяной рубашкой и движитель, теплозащитный контур, включающий гидрокостюм и насос, о т л и ч а ющ а я с я 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. 114-16А, 1971.

2. Маренов И.В. Средства передвижения под водой. M ДОСААФ, 1966, с. 39-43 (прототип).

963896

Составитель Т. Медведева

Редактор Н.Коляда Техред М. Гергель Корректор C.Шекмар

- Заказ 333/5 Тираж 462 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 Рауаская наб., д. 4/5

Филиал Ilflll "Патент", r. Ужгород; ул. Проектная,4