Автономная криогенная система жизнеобеспечения акванавта

Своз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕизоБЕетиНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 963896(53)М. Кд. Ь 63 С 11/22 с присоединением заявки Мг(23) Приоритет тввудврстввннье квмнтвт СССРаф авввм нзвврвтеннй и втнрьпнй(72) Авторы изобретения ехнологический институт холодилпромьвленности 4) АВТОНОМНАЯ КРИОГЕННАЯ СИСТЕМА ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ АКВАНАВТА 1Изобретение относится к системам,обеспечивающим дыхание, обогрев иперемещение человека, находящегосяпод водой.Известна газобаллонная система,обеспечивающая дыхание и работу силовой пневматической подсистемы перемещения человека под водой от единого баллона сжатой дыхательной смеси 11.К недостаткам такой системы относится то, что у нее отсутствует силовой контур для перемещения человека под водой,Наиболее близким техническим решением является автономная криоген"ная система жизнеобеспечения, содер"жащая дыхательный контур, включающий последовательно соединенные теплоизолированную емкость с криогеннойдыхательной смесью, отборник жидкости, основной газификатор и легочный автомат, силовой контур, включающий топливную емкость, пост снабжеЦелью изобретшение габаритно-м о атационных харак.Поставленнаятем, что в автои теме жизнеобеспе держащей дыхател чния является улассовых и экспл еристик системы ель достигается мной криогенной ения акванавта, ный контур, вкл исо- а(71) Заявитель Оде с 2ния окислителем, камеру смещения топлива и окислителя, тепловой двигательс водяной рубашкой и движитель, теплозащитный контур, включающийгидро"костюм, насос и теплообменник 2 .5Недостатки системы заключаютсяв плохих габаритно-массовых и эксплуатационных характеристиках вследст-вие применения недостаточно энергоемкой смеси (перекиси водорода) ималой эффективности системы обогрева (обогрев слабо подогретым газом).8 то.же время., при существующем уровне разработок криогенных подводныхсистем имеется возможность использовать более эффективные топливные пары еющий последовательно соединенные теплоизолированную емкость с криогеннойдыхательной смесью, отборник жидкости, основной газификатор и легочный автомат, силовой контур, включающий топливную емкость, пост снабжения окислителем, камеру смешениятоплива 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 жидкостии дополнительного газификатора, выход которого присоединен параллельно к камере смещения, топливной ем.кости и через запорный вентиль к вы-ходу основного газификатора, а теплообменник теплозащитного контурасовмещен с водяной рубашкой теплового двигателя в единый теплообменник,На чертеже, показана схематичес 25ки предлагаемая система.Автономная криогенная система жиэнеобесвечения акванавта состоит иэдыхательного, силового и теплозащитного контуров. В дыхательный контурвходят теплоизолированная емкость1, в которой хранится криогенная дыхательная смесь (жидкий воздух), отборники жидкого воздуха 2, основнойгаэификатор 3, легочный автомат 4.В силовой контур входят топливная емкость 5, пост снабжения окис"лителем, включающий теплоизолированную емкость жидкого кислорода б,отборники жидкого кислорода .7, дополнительный газификатор 8 и запорный вентиль 9, камеру смешения топлива и оксилителя 10, регулирующийвентиль 11, жиклер 12, телловой двигатель 13, водяную рубашку двигателя14, движитель 15 и обводную линию 16. 4В теплозащитный контур входятгидрокостюм 17, насос 18 с приводом19 и теплообменник, совмещенный сводяной рубашкой двигателя 14 и линии подпитки 20 и сброса 21 воды из 50теплового контура.На теплоизолированных емкостяхустановлена заправочная и предохранительная арматура 22.Система работает следующим обра". язом.Перед погружением под воду емкость1 заправляется криогенной дыхатель 3 9638964ной смесью, например, жидким возду. хом, емкость 2 заправляется жидкимкислородом, а топливная емкость 5заправляется жидким топливом, например, бензином, керосином. После заправки с помощью специальных системразгонки и .стабилизации давления,(на чертеже не показаны) давление вемкостях 1 и 6 поднимается до нужнойвеличины, зависящей от предстоящейглубины погружения.Дыханиеакванавта обеспечиваетсяжидким воздухом, который из емкости1 через отборники 2 поступает в основной газификатор 3, где испаряет"ся и подогревается до температурыокружающей воды, и попадает далеечерез легочный автомат 4 на дыха-ние.Включение силового контура производится путем открытия регулирующего вентиля 11, через который в камеру смешения 1 О начинает поступатьокислитель. Жидкий кислород. поступает к вентилю 11 из емкости 6 через отборники 7 и дополнительный газификатор 8, Топливная емкость 5 всевремя находится под наддувом. Проходящий через вентиль 11 окислительподсасывает топливо с помощью жиклера 12. Образовавшаяся горючаясмесь направляется в тепловой двигатель 13. С целью уменьшения возможности детонации в камеру смешенияможет быть также направлена через обводную линию 16 часть отработавшегогаза.Тепловой двигатель может предста"влять собой одну из многих конструкций либо поршневых двигателей внутреннего сгорания, либо водометныхмногокамерных двигателей,В процессе перемещения под водойпри работающем двигателе и движите-ле обогрев акванавта осуществляетсяследующим образом.Выходящие из двигателя газы приводят в действие привод 19 насоса18. Насос прокачивает воду, подогретую в водяной рубашке дви-ателя,через гидрокостюм 17,Для регулирования температуры итепловой нагрузки гидрокостюма используются линии подпитки свежей воды в контур гидрокостюма 20 и линия(точнее клапай) сброса воды 21.Если акванавт должен находитьсяв неподвижном состоянии,то следуеотключить движитель 15,963896 формула изобретения 5Отличительной чертой предложенной 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 мощность1 кВт и обеспечивать не О 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 обеспечива ется тепловыми потерями силового контура. В обоих случаях используются тепловые двигатели с движите. лями, имеющими общий КПД" 10. Тогда запас тепловой энергии в системе с учетом небольшого резерва должен составлять лг 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 теплотворнойспособностью 1100 ккал/кг требуется запас бензина в количестве 3,2 кг или 4 л. Таков объем топливной емкости 5.З 5Для сжигания 3,2 бензина требует.ся м 9 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 этот45 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). 6При 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 техническое решение улучшает массо-габаритные характеристики и эксплуатационные характеристики системы. Автономная криогенная система жизнеобеспечения акванавта, содержащаядыхательный контур, включающий последовательно соединенные теплоизо"лированную емкость с криогенной дыхательной смесью, отборник жидкости,основной газификатор и легочный автомат, силовой контур, включающийтопливную емкость, пост снабженияокислителем, камеру с,ешения топлива и окислителя, тепловой двйгательс водяной рубашкой и движитель, теплозащитный контур, включающий гидро"костюм и насос, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью улучшения массо-габаритных и эксплуатационных характеристик системы, постснабжения окислителем выполнен изпоследовательно установленных теплоизолированной емкости жидкого кис"лорода, отборника жидкости и дополнительного газификатора, выход которого присоединен параллельно к камере смешения, топливной емкости ичерез запорный вентиль к выходу основного газификатора, при этом входводяной рубашки теплового двигателясвязан с выходом гидрокостюма теплозащитного контура, а выход - черезнасос с входом гидрокостюма.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Ю 3957007,кл. 114-16 А, 19712. Маренов И,В, Средства передвижения под водой. МДОСААФ, 1966,с. 39-43 (прототип).963896 Составитель Т. МедведеТехред М. Гергель едактор Н.Коляда КорректорС.Шекм Тираж 462Государствелам изобрет Москва, Жисно Филиал ППП "Патент", г, Ужгород; ул. Проектная,4 Заказ 333/5ВНИИПпо113035 ного комитета СССРний и открытийРауаская наб., д. 4