RU2134857C1

RU2134857C1 - Device for drying of sealed compartment air in cosmic apparatus

Info

Publication number: RU2134857C1
Application number: RU98107289A
Authority: RU
Inventors: В.К. Федотов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П.Королева"
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: cosmic engineering; submarines; closed rooms with higher temperature and humidity. SUBSTANCE: device has casing with antechamber and fan, inlet and outlet branch pipes contacting each other, liquid heat exchanger, source of cold, condenser and wick, moisture collector, air-passage channels formed by wick, condenser, ends of cold source of liquid heat exchanger, and outlet channels formed by external surface of body of every liquid heat exchanger and internal surface of casing. Every outlet channel is provided with auxiliary wick made as plate inserted between internal surface of casing and external surface of liquid heat exchanger body and resting on main wick base with its ends. In this case, plate bottom and its part adjacent to external surface of liquid heat exchanger body are perforated. Device precludes moisture getting into compartment of cosmic apparatus. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области космической техники, а именно к системам создания условий пребывания экипажей космических орбитальных станций в процессе полета. The invention relates to the field of space technology, and in particular to systems for creating conditions for the stay of crews of space orbital stations during the flight.

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. Long-term operation of modern orbital stations, a change in the number of astronauts on board, a large program of various studies, and a change in the composition of research equipment and equipment lead to a change in the load humidity. As a result of this, the level in the compartment can go beyond the comfort conditions necessary for the effective operation of astronauts. The proposed device is designed to maintain the level of humidity in airtight compartments of manned spacecraft, in particular in the inhabited compartments of orbital stations in the zone of comfortable conditions.

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. A known unit for cooling and drying air (see A.V. USSR N 635366, class F 24 F 3/14, 1977), containing a casing with inlet and outlet pipes, a tubular heat exchanger-condenser, through the pipes of which a coolant is pumped that provides temperature on a heat exchange surface necessary for condensation of excess moisture blown through this surface of air, a fan, a device for removing moisture and a moisture collector.

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. Also known installation for cooling and drying air (see AS USSR N 547591, class F 28 D 7/00, 1975), selected as a prototype.

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. The installation comprises a casing with a prechamber with a fan, inlet and outlet pipes, a tubular heat exchanger-condenser, the coolant pumped through its tubes, channels for the passage of air pumped by the fan, wicks located between the tubes of the heat exchanger-condenser, having contact with them and closing to the base of the wick, located in the bottom of the casing, and a moisture collector.

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. The disadvantage of the analogue and prototype is that they do not exclude the possibility of entrainment of condensed moisture exiting from the device into the compartment. This leads to an increase in the operating time of the device until the desired humidity level in the compartment is reached, and, consequently, to an increase in the energy consumption consumed by units operating during the operation of the device for drying air, for example, a compressor, a fan, and pumps. Electricity consumption at the orbital station is limited, therefore, when operating the device for air drying, individual units and devices cannot be turned on, because there is not enough electricity for their work, and the longer the device for drying air works, the longer it will not be possible to turn them on.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы устройства для осушки воздуха герметичных отсеков космических аппаратов (КА). The objective of the present invention is to increase the efficiency of the device for drying airtight compartments of spacecraft (SC).

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. The essence of the invention lies in the fact that in the device for drying the air of the airtight compartments of the spacecraft, containing a casing with a prechamber with a fan, inlet and outlet pipes, a liquid heat exchanger, a cold source, a condenser and a wick, a moisture collector, channels for air passage in contact with each other formed by a wick, a condenser, the ends of a cold source, a liquid heat exchanger, and output channels formed by the outer surface of the housing of each liquid heat exchanger and the inner surface burner, in each output channel an additional wick is installed, made in the form of a plate, expanded between the inner surface of the casing and the outer surface of the body of the liquid heat exchanger and resting ends on the base of the main wick, while the bottom of the plate and its part adjacent to the outer surface of the body of the liquid heat exchanger, perforated.

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. The technical result consists in the fact that, compared with the currently known technical solutions, the newly created design eliminates the possibility of entrainment of condensed moisture coming from the device into the compartment with dried air, which leads to a decrease in the operating time of the device until the desired moisture level in the compartment is reached and, therefore, to reduce power consumption, which is a significant factor for orbital stations and increases the efficiency of the device.

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. This is achieved by the fact that in the proposed design in each output channel a wick is installed, made in the form of a plate, raspred between the inner surface of the casing and the outer surface of the housing of the liquid heat exchanger and resting ends on the base of the main wick, while the bottom of the plate and its part adjacent to the outer the surface of the housing of the liquid heat exchanger is perforated. As a result, an air stream that carries away part of the condensed moisture that did not have time to be absorbed in the main wick encounters two perforated partitions successively made of porous moisture-absorbing material, for example, TPVF-1-20 foam-polyvinyl formaldehyde (first, a partition from the part of the plate located between the end face of the body of the liquid heat exchanger and the base of the wick, and then the partition from the bottom of the plate in the outlet channel). When the air flow hits these partitions due to the action of centrifugal forces, moisture is released on the surface of these partitions and then due to capillary absorption forces by the base of the main wick, which has good contact with the additional wick. Moisture is removed from the base of the wick using a condensate pump. First, it enters the moisture collector, and then into the condensate pumping system.

Фиг. 1 показывает вид сбоку на устройство; фиг. 2 - разрез по А-А. FIG. 1 shows a side view of a device; FIG. 2 - section along aa.

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. The device includes a casing 1 (Fig. 1. 2) with a pre-chamber 2 with a fan 3. In the central part of the casing there is a rigid wick 4 made of a porous material, for example, polyvinylformal TPVF-1-20 brand. The wick 4 is made in the form of a plate 5 with a base 6, while the plate has side ends, and the base with the entire end surface is in contact with the inner surface of the walls of the casing 1. A capacitor 7 is installed inside the casing 1 opposite each side surface of the plate 5, made of a heat-conducting material, for example, aluminum, in the form of a base 8 with ribs 9 located over the entire area of the base and forming a beam with a staggered arrangement of ribs in the beam. The ribs 9 end faces adjacent to the side surface of the plate 5, and the gaps between the ribs form channels 10 for air. Inside the casing 1, a cold source is also installed - a thermoelectric cooler 11, which is a group of thermoelectric modules connected in series, structurally combined and interconnected, each of which is a group of separate pairs of semiconductor elements of different conductivity connected in series and constructed in such a way that the junctions on which heat is absorbed (cold junctions) are located on one surface, and junctions on which heat is released (hot e junctions) are located on the opposite surface. A condenser 7 is pressed against the surfaces of the cold junctions of the thermoelectric cooler 11 with their base 8, and the housing of the liquid heat exchanger 12 is pressed against the surface of the hot junctions 12. The chamber of the pre-chamber 2, the channels 10, the gaps 13 formed between the ends of the thermoelectric cooler 11, the ends of the liquid heat exchangers 12 and the inner surface of the base 6, the wicks 4 form channels for the passage of air, and the gaps between the outer surfaces of the housings of the liquid heat exchangers 12 and the opposite inner surfaces of the casing 1 image comfort channels for air outlet 14, connected to the outlet pipes 15. In each outlet channel 14 an additional wick 16 is installed, made in the form of a plate of a moisture-absorbing porous material, for example, TPVF-1-20 foam polyvinyl formal, expanded between the inner surface of the casing 1 and the outer surface the case of the liquid heat exchanger 12 and resting ends on the base 6 of the main wick 4, while the bottom of the plate and its part adjacent to the outer surface of the body of the liquid heat exchanger 12 are perforated 17. The outer surface of the base 6 of the wick 4 and the bottom of the casing 1 form a cavity 18 for collecting condensate, equipped with a pipe 19 for connecting to it a pump for pumping out condensate. In the cavity 18, one or more layers of the capillary network 20 are located over the entire area of the bottom 20. The supply of refrigerant to the liquid heat exchangers 12 is carried out through the nozzles 21, and its exit from the liquid heat exchangers is carried out through the nozzles 22.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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. With increasing humidity in the compartment of the orbital station above the permissible level, the refrigerant supply units are turned on in the cavity of the liquid heat exchangers 12, fan 3, thermoelectric cooler 11 and the condensate pump, connected by a connecting pipe to the pipe 19. The fan starts pumping moist air from the compartment through the air device channels. When air moves through the channels 10, the air is cooled due to heat exchange with the cold surface of the condenser 7 and the excess moisture condenses on the surface of the condenser and flows along its ribs to the surface of the plate 5 of the wick 4, due to the action of capillary forces, the moisture is absorbed by the wick, where it is removed from using a condensate pump. First, it enters the moisture collector, and then into the condensate pumping system of the orbital station. Moisture, which did not have time to be absorbed by the main wick 4, is carried away by the air flow to the output channels 14. In the proposed device, unlike the known ones, the air flow at the entrance to the output channels and then in the output channels themselves encounters perforated partitions of additional wicks 16 installed in each output channel 14. The first perforated baffle of the additional wick 16 is installed at the inlet to the outlet channel along the air flow and completely covers the cross section of the gap 13, and the second baffle is installed in channel 14 and completely overlaps its section. When an air stream hits these partitions due to the action of centrifugal forces, moisture is released from the air stream to the surface of the partitions and is absorbed by the moisture-absorbing material of these partitions due to capillary forces. Further, due to the action of capillary forces, moisture moves to the base 6 of the main wick 4, on which the additional wick 16 rests with its ends. Moisture is removed from the base of the additional wick using a condensate pump connected through the nozzle 19 to the moisture collector 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. Thanks to the installation of additional wicks in each input channel of the device, moisture is carried into the compartment of the orbital station from the device for air drying, which leads to an increase in the efficiency of the device.

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. Thus, the combination of new features that are absent in the known technical solutions allows to achieve a new technical result: to increase the efficiency of the device for drying the air of the spacecraft airtight compartments, by eliminating the entrainment of condensed moisture from the device into the compartment.

Claims

A device for drying air of sealed spacecraft compartments, comprising a casing with a prechamber with a fan, inlet and outlet nozzles, a liquid heat exchanger in contact with each other, a cold source, a condenser and a wick, a moisture collector, air passage channels formed by a wick, a condenser, and ends a cold source, a liquid heat exchanger, and output channels formed by the outer surface of the casing of each liquid heat exchanger and the inner surface of the casing, characterized in then in each output channel an additional wick is installed, made in the form of a plate, expanded between the inner surface of the casing and the outer surface of the body of the liquid heat exchanger and resting ends on the base of the main wick, while the bottom of the plate and its part adjacent to the outer surface of the body of the liquid heat exchanger are perforated .