Устройство полезного использования сублимированных органических остатков жизнедеятельности космонавтов

Изобретение относится к системам жизнеобеспечения пилотируемых космических аппаратов (КА), оснащенных газореактивными системами ориентации. Устройство выполнено на основе высокотемпературного абляционного генератора (1), использующего сублимированные отходы (2) жизнедеятельности. Последние расположены в керамическом жаропрочном контейнере (3) многократного использования с винтовой крышкой (4), имеющей отверстия (5) для выхода газообразных продуктов пиролиза (6). Снаружи контейнера (3), за пределами КА (8) расположен прозрачный жаропрочный стеклянный корпус (7), установленный на фокальной оси (9) цилиндрического оптического концентратора солнечной энергии (10). Концентратор имеет каркас (11) и натянутую на него светоотражающую пластиковую пленку (12) с алюминиевым покрытием (13). Продукты пиролиза (б), полученные от нагрева отходов (2) концентратором (10), отсасываются компрессором (14) через отверстия (5) в крышке контейнера и трубопровод (15) в баллоны высокого давления (16). Газ из баллонов используется двигателями ориентации КА. Шлак (17) после пиролиза извлекается из контейнера (3) и применяется, например, как минеральное удобрение для растений в теплицах на борту КА. Технический результат изобретения состоит в повышении полноты использования солнечной энергии и получаемых с ее помощью продуктов пиролиза отходов на борту КА для нужд программы полета. 1 ил.

 

Изобретение относится к очистным сооружениям и может быть использовано для космических аппаратов в околосолнечном пространстве.

Известна «Установка быстрого пиролиза торфа (УБПТ-001)» Интернет http://tek.su/pr/ ООО «Торфяная энергетическая компания», Ярославское шоссе, 28, к.163, Москва, 129337.

Реактор абляционного типа с встроенными конвективными теплообменниками и внешним подводом тепловой энергии. Источник внешней тепловой энергии - баллонный газ - пропан. Для создания режима наибольшего благоприятствования процессу БПТ (экзотермическим реакциям) необходимо влажность исходного торфа (исходная влажность 52-70%) привести к минимальному уровню (менее 10%). Для этого исходный торф предварительно требуется высушить. В нашей технологии применена сушилка «кипящего слоя», которая позволяет довести влажность «сушенки» торфа до уровня 0,4%. В справочниках (по торфу) приводятся данные о температурах начала пиролиза торфа со 140 град.С, поэтому нами выбран температурный режим сушки торфа 120-135 град.С.

Рабочий (температурный) режим абляционного реактора выбран, исходя из усреднения получения продуктов быстрого пиролиза торфа, т.е. чтобы не уйти в процессы коксования и газификации (свыше 700 град.С) и бертенирования (выделения смолы и дегтя) - менее 400 град.С. В результате теоретических и физических исследований был выбран усредненный температурный рабочий режим 650-700 град.С. Управление температурным режимом реактора БПТ осуществляется с помощью водяных рубашек охлаждения.

Выходными продуктами УБПТ-001 являются:

жидкое пиролизное топливо (до 2 т/сутки);

синтезгаз (до 7000 куб.м/сутки);

порошкообразный кокс (до 1,5 т/сутки);

тепловая энергия (до 60 Гкал/сутки).

Производительность установки, в зависимости от влажности исходного торфа (70-40%), составляет 8-12 т/сутки.

Потребляемая электрическая мощность УБПТ-001 равна 10 квт/час. Занимаемая площадь 25 кв.м, при высоте 6 м.

Жидкое пиролизное топливо требует дальнейшей переработки с целью разделения на:

чисто топливные фракции (анализы показали наличие в исходном пиротопливе идентичности Аи-92);

ароматические углеводороды;

гидроксильные соединения, которые в свою очередь можно использовать как сырье для химической промышленности.

В процессе работы УБПТ-001 не требует подвода дополнительной тепловой энергии, т.е. система обеспечивает энергетически себя сама. В конструкции УБПТ-001 применены:

реактор абляционного типа;

сушилка кипящего слоя, позволяющая высушивать торф до относительной влажности 0,8%.

Тепловая энергия, выделенная УБПТ-001, представлена 2-мя видами:

пересыщенного водяного пара;

горячей воды (прототип).

Недостатком является использование продуктов пиролиза для нагрева пиролизной установки, что снижает КПД производства продуктов пиролиза.

Известно устройство «ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА С ПИРОЛИЗОМ УГЛЯ». RU. заявка №2387847. С1. МПК F01K 23/02 (2006.01). F02C 3/28 (2006.01). Опубликовано: 27.04.2010.

Парогазовая установка с пиролизом угля включает паротурбинный блок, газотурбинный блок, котел-утилизатор тепла отходящих газов газотурбинного блока. Паротурбинный блок содержит работающий на твердом топливе паровой котел, паровую турбину, регенеративный воздухоподогреватель и конденсатный насос. Газотурбинный блок содержит камеру сгорания газообразного топлива, компрессор и газовую турбину, использующую в качестве рабочего тела нагретый сжатый воздух. При этом парогазовая установка содержит группу независимо функционирующих пиролизеров, охладители пиролизного газа, сепаратор и фильтр тонкой очистки. Пиролизеры установлены над горелочным поясом парового котла и снабжены патрубками подвода угольной пыли и воздуха. Каждый пиролизер связан каналом подачи полукокса, по меньшей мере, с одной горелкой котла и с охладителем пиролизного газа, один из выходов которого связан с сепаратором. Охладители и сепаратор через трубопровод вывода смолы и жидких углеводородов связаны с горелками котла. Сепаратор через нагнетатель пиролизного газа соединен каналом подачи этого газа с фильтром тонкой очистки, один из выходов которого через дожимной компрессор связан с камерой сгорания газообразного топлива, а второй его выход - с горелками котла через канал подвода полукокса. Выходы охладителей связаны с регенеративными воздухоподогревателями. Изобретение позволяет повысить экономичность, надежность работы, экологические показатели парогазовой установки.

Недостатком является использование части продуктов пиролиза для внутренних нужд устройства

Целью изобретения является повышение КПД использования продуктов пиролиза, и использование солнечной энергии для пиролиза.

Технический результат в устройстве полезного использования сублимированных органических остатков жизнедеятельности космонавтов» в виде высокотемпературного абляционного генератора, достигается тем, что сублимированные отходы жизнедеятельности, содержащие органические вещества, расположены в керамическом жаропрочном контейнере многократного использования с винтовой крышкой, имеющей отверстия для выхода газообразных продуктов пиролиза, а снаружи контейнера расположен прозрачный из жаропрочного стекла корпус, расположенный за пределами космического аппарата, и корпус располагается на оси фокуса оптического концентратора солнечной энергии цилиндрического типа, выполненного из полого каркаса и натянутого светоотражающего пластиковой пленки с алюминиевым покрытием, причем пиролизный газ отсасывается компрессором через отверстия в крышку контейнера и трубопровод к баллонам высокого давления для использования двигателями ориентации.

На чертеже изображены «Полезное использование сублимированных органических остатков жизнедеятельности космонавтов»

Статика.

Устройство полезного использование сублимированных органических остатков жизнедеятельности космонавтов (чертеж) в виде высокотемпературного абляционного генератора (1) состоит из сублимированных отходов (2) жизнедеятельности, содержащих органические вещества и расположенные в керамическом жаропрочном контейнере (3) многократного использования с винтовой крышкой (4) имеющая отверстия (5) для выхода газообразных продуктов пиролиза (6), а снаружи контейнера (3) расположен прозрачный из жаропрочного стекла корпус (7), расположенный за пределами космического аппарата (8), и корпус располагается на оси фокуса (9) оптического концентратора солнечной энергии (10) цилиндрического типа, выполненного из полого каркаса (11) и натянутого светоотражающего пластиковой пленки (12) с алюминиевым покрытием (13), причем продукты пиролиза (6) отсасываются компрессором (14) через отверстия в крышку контейнера (5) и трубопровод (15) к баллонам высокого давления (16) для использования двигателями ориентации.

Работа.

Обезвоженные отходы (2) продуктов жизнедеятельности человека, содержащие органические вещества, закладываются в керамический жаропрочный контейнер (3). Завинчиваются крышкой (4) с отверстиями (5) для выхода продуктов пиролиза (6). Контейнер (3) вставляется в стеклянный жаропрочный корпус (7), установленный за пределами космического аппарата (8). Корпус (7) располагается на оси фокуса (9) оптического концентратора солнечной энергии (10) цилиндрического типа, выполненного из полого каркаса (11) с незначительным давлением газа внутри, и натянутой светоотражающей пластиковой пленки (12) с алюминиевым покрытием (13). Поток фотонов солнечной энергии, отражаясь от алюминиевого покрытия (14) и концентрируясь у оси фокуса (9), разогревает через прозрачный корпус (7) контейнер (3) и его содержимое до температуры до 2000 градусов Цельсия. При этом нагреве происходит сначала выделение пиролизного газа (6), затем пиролизного топлива (6), которое при дальнейшем нагреве превращается в газы (6) (в основном водород и немного азота). Эти газы отсасываются компрессором (14) в баллон высокого давления (16) и используются для ориентации космического аппарата (8). Шлак (17) после пиролиза извлекается из контейнера (3) и применяется как минеральные удобрения для теплиц на космическом аппарате (8) для растений.

Технико-экономические показатели устройства полезного использования сублимированных органических остатков жизнедеятельности космонавтов значительно выше прототипа, т.к. для нагрева используется бесплатная солнечная энергия.

Перечень позиций.

1. - высокотемпературный абляционный генератор

2. - сублимированные отходы

3. - контейнер

4. - винтовая крышка

5. - отверстие

6. - продукт пиролиза

7. - корпус

8. - космический аппарат

9. - ось фокуса

10. - оптический концентратор солнечной энергии

11. - полый каркас

12. - пластиковая пленка

13. - алюминиевое покрытие

14. - компрессор

15. - трубопровод

16. - баллон высокого давления

17. - шлак

Устройство полезного использования сублимированных органических остатков жизнедеятельности космонавтов в виде высокотемпературного абляционного генератора, состоящее из сублимированных отходов жизнедеятельности, содержащих органические вещества и расположенных в керамическом жаропрочном контейнере многократного использования с винтовой крышкой, имеющей отверстия для выхода газообразных продуктов пиролиза, при этом снаружи контейнера за пределами космического аппарата расположен прозрачный корпус из жаропрочного стекла, размещенный на фокальной оси оптического концентратора солнечной энергии цилиндрического типа, выполненного в виде полого каркаса, на который натянута светоотражающая пластиковая пленка с алюминиевым покрытием, причем продукты пиролиза отсасываются компрессором через отверстия в крышке контейнера и трубопровод в баллоны высокого давления для использования двигателями ориентации.