Интенсификация физико-химических процессов СВЧ-энергией в регенерационной системе жизнеобеспечения экипажа космического корабля - Автореферат

Очевидная область применения СВЧ-энергии в СЖО космического корабля (КК) распространяется на процесс переработки диоксида углерода и водорода, на нагрев сорбентов диоксида углерода при их регенерации, на обеззараживание и нагрев воды в потоке и др. 3. разработка метода, устройства и технологии плазмохимической переработки диоксида углерода и водорода в комбинированном СВЧ-и тлеющем разряде (первая стадия процесса Боша - гидрирование диоксида углерода); предложено математическое описание динамики физико-химических процессов, происходящих под действием СВЧ-энергии в узлах переработки диоксида углерода и водорода, регенерации твердого и жидкого сорбентов диоксида углерода и водорода, обеззараживания и нагрева воды; метод, устройство и технология плазмохимической переработки диоксида углерода и водорода в комбинированном СВЧ-и тлеющем разряде (первая стадия процесса Боша - гидрирование диоксида углерода); Второй этап проводится в следующей последовательности: вначале электрическая энергия подводится к аккумулятору водорода для нагрева, а после этого переключается к СВЧ-генератору для нагрева адсорбента в концентраторе диоксида углерода; по достижении давления в этих блоках в несколько атмосфер, диоксид углерода из концентратора и водород из аккумулятора в соотношении 1:2 соответственно подаются в плазмотрон для их переработки в комбинированном тлеющем и СВЧ-разряде, при этом электрическая энергия переключается уже к блокам питания СВЧ-генератора плазмотрона и тлеющего разряда; после конденсации и отделения воды газовая смесь, содержащая непрореагировавшие диоксид углерода и водород, а также оксид углерода и избыточный водород, поступает в дожигатель оксида углерода; в это же время из адсорбера кислорода в дожигатель оксида углерода направляется недостающий кислород для окисления оксида углерода до диоксида углерода; на заключительном этапе смесь диоксида углерода и водорода проходит через поглотитель водорода, после которого диоксид углерода возвращается в систему очистки от микропримесей и диоксида углерода, а водород после нагрева своего поглотителя возвращается в аккумулятор водорода.Обоснована эффективность применения СВЧ-энергии для интенсификации физико-химических процессов в регенерационной системе жизнеобеспечения. Показана необходимость интенсификации процессов переработки диоксида углерода и водорода, регенерации твердого и жидкого сорбентов диоксида углерода и водорода, обеззараживания и нагрева воды, формирующих облик быстродействующей системы жизнеобеспечения нового поколения. Составлено математическое описание динамики физико-химических процессов переработки диоксида углерода и водорода, регенерации твердого и жидкого сорбентов диоксида углерода и водорода, обеззараживания и нагрева воды. На основании термодинамических расчетов получены зависимости от температуры степени превращения диоксида углерода и основных продуктов реакции, составлено описание процесса нагрева и регенерации сорбентов диоксида углерода и водорода, с учетом электродинамики, термодинамики и гидродинамики разработана математическая модель канала СВЧ-устройства для обеззараживания и нагрева воды, подтверждающих эффективность использования СВЧ-энергии. Разработан метод, устройство и технология плазмохимической переработки диоксида углерода и водорода в комбинированном СВЧ-и тлеющем разряде (первая стадия процесса Боша - гидрирование диоксида углерода).

1. Обоснована эффективность применения СВЧ-энергии для интенсификации физико-химических процессов в регенерационной системе жизнеобеспечения. Показана необходимость интенсификации процессов переработки диоксида углерода и водорода, регенерации твердого и жидкого сорбентов диоксида углерода и водорода, обеззараживания и нагрева воды, формирующих облик быстродействующей системы жизнеобеспечения нового поколения.

2. Составлено математическое описание динамики физико-химических процессов переработки диоксида углерода и водорода, регенерации твердого и жидкого сорбентов диоксида углерода и водорода, обеззараживания и нагрева воды. На основании термодинамических расчетов получены зависимости от температуры степени превращения диоксида углерода и основных продуктов реакции, составлено описание процесса нагрева и регенерации сорбентов диоксида углерода и водорода, с учетом электродинамики, термодинамики и гидродинамики разработана математическая модель канала СВЧ-устройства для обеззараживания и нагрева воды, подтверждающих эффективность использования СВЧ-энергии.

3. Разработан метод, устройство и технология плазмохимической переработки диоксида углерода и водорода в комбинированном СВЧ-и тлеющем разряде (первая стадия процесса Боша - гидрирование диоксида углерода). Сформирована низкотемпературная плазма при атмосферном давлении на смеси исходных реагентов в соотношении СО2/Н2 = 1/2 при суммарной подводимой в разряд мощности, не превышающей 1,0 КВТ, при этом процесс переработки осуществляется со степенью превращения диоксида углерода 80,0% и расходе газовой смеси 45,0 л/мин.

4. Разработан метод, устройство и технология регенерации твердого и жидкого сорбента диоксида углерода под действием СВЧ-энергии. В этом случае объемный и быстрый нагрев твердого и жидкого сорбента осуществляется за счет диэлектрических свойств нагреваемой среды без участия механизма теплопроводности. При этом максимальная концентрация диоксида углерода в адсорбате составляет около 99% при существенном сокращении времени проведения процесса и энергозатрат.

5. Разработан метод, устройство и технология регенерации аккумулятора водорода на основе сплава LANI5, способного поглощать водород, удерживать его с высокой плотностью в безопасном состоянии и выделять при нагреве. Размещение аккумулятора водорода между электролизером и системой переработки диоксида углерода и водорода обеспечивает взаимосвязь этих узлов по потоку водорода.

6. Разработан метод, устройство и технология СВЧ-обеззараживания и нагрева воды в потоке системы жизнеобеспечения. В СВЧ-устройстве вместо цилиндрического канала используется экспоненциальный канал, что обеспечивает снижение температуры гибели Pseudomonas aerugenosa на 5°С, увеличивает производительность на ~23%, снижает затраты энергии на ~23% при КПД преобразования СВЧ-энергии в тепловую 78%.

7. Оценка совместной работы узлов и блоков регенерационной физико-химической системы с использованием СВЧ-энергии подтверждает возможность осуществления процесса переработки диоксида углерода и водорода в проточной системе с возвратом непрореагировавших диоксида углерода и водорода в цикл.

8. Разработанные СВЧ-устройства по своим конструктивным особенностям и организации физико-химических процессов обеспечивают безопасное функционирование регенерационной системы жизнеобеспечения экипажа космического корабля. жизнеобеспечение энергия сорбент регенерация

1. Klimarev S.I. Microwave Sterilizer of Potable Water in Stream. SECOND INTERNATIONAL AEROSPACE CONGRESS (IAC?97). August 31-September 5,1997. Moscow, Russia. V.1. P. 245-246.

2. Klimarev S.I., Ilyin V.K., Smirenny A.L. Microwave Sterilizer of Potable Water in Stream. The Third International Conference on Life Support and Biosphere Science. Lake Buena Vista, Florida, USA. January 11-14, 1998. 6 p.

3. Klimarev S.I. Hydrogen Sorbtion-Desorbtion Mode in the System of Hydrogen and Carbon Dioxide Treatment. The Third International Conference on Life Support and Biosphere Science. Lake Buena Vista, Florida, USA. January 11-14, 1998. 5 p.

4. Klimarev S.I., Ilyin V.K., Smirenny A.L. Microwave Sterilizer of Potable Water in Stream. The 28-th International Conference on Environmental Systems. Denvers, Massachusetts, USA, July, 13-16, 1998. SAE Technical Paper Series 981539. P. 1-6.

5. Klimarev S.I. Hydrogen Sorbtion-Desorbtion Mode in the System of Hydrogen and Carbon Dioxide Treatment. Denvers, Massachusetts, USA, July, 13-16, 1998. SAE Technical Paper Series 981540. P. 1-5.

6. Ilyin V.K., Klimarev S.I. et al. The Basic Principles of Deep Divers Anti-Infectional Safety. Proceeding of International Conference on High Pressure Biocience and Biotechnology. Heidelberg, Germany. August 30-September 3, 1998. P. 573-576.

7. Климарев С.И., Ильин В.К., Старкова Л.В. Исследование комбинированного воздействия сверхвысокочастотной энергии и металлического серебра на воду в потоке с целью ее обеззараживания. Третий Международный Аэрокосмический Конгресс (МАКС 2000). Россия, Москва, 23-27 августа. 2000. Сбоник докладов.3 с.

8. Климарев С.И., Ильин В.К., Старкова Л.В. Система для микроволнового обеззараживания и нагрева санитарно-гигиенической воды глубоководного водолазного комплекса. Российская конференция ?Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях?. Москва. Россия. 26-29 сентября. 2000. С. 205-206.

9. Климарев С.И., Смиренный А.Л., Загибалова Л.Б., Старкова Л.В. Влияние микроволновой энергии на воду, зараженную вегетативными формами микроорганизмов. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2000. Т. 34. № 6. С. 51-54.

10. Климарев С.И. Перспективы использования электромагнитного поля сверхвысокой частоты для интенсификации технологических процессов при разработке физико-химических систем жизнеобеспечения нового поколения. Материалы Российской конференции ?Проблемы обитаемости в гермообъектах?. Москва. 4-8 июня 2001. С. 87-89.

11. Ilyin V.K., Klimarev S.I. et al. The Basic Principles of Deep Divers Infectional Safety. The 1-st International Cancer & Aids Conference. September 15, 2001. Seoul. P. 66-72.

12. Климарев С.И. Перспективы применения энергии сверхвысокой частоты в системах жизнеобеспечения человека. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2002. Т. 36. № 6.

С. 61-64.

13. Климарев С.И. Выбор типа СВЧ-плазмотрона для переработки диоксида углерода и водорода в физико-химической системе жизнеобеспечения. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2003. Т. 37. № 1. С. 64-67.

14. Климарев С.И. СВЧ-устройство для переработки диоксида углерода и водорода в СЖО. Четвертый Международный Аэрокосмический Конгресс (МАКС 2003). Россия, Москва, 2003, 18-23 августа. Сборник докладов. 3 с.

15. Климарев С.И., Синяк Ю.Е., Сысоев А.Б. Установка водоподготовки с СВЧ-стерилизацией воды. Материалы Российской конференции ?Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям?. 2003. 19-21 октября. Москва. С. 164-165.

16. Климарев С.И. Обзор. Выбор типа СВЧ-разряда для переработки диоксида углерода и водорода в физико-химической системе жизнеобеспечения. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2004. Т. 38. №. 1. С. 5-14.

17. Климарев С.И. СВЧ-десорбция диоксида углерода из жидкостного регенерируемого поглотителя в физико-химической системе жизнеобеспечения человека. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2004. Т. 38. № 4. С. 57-60.

18. Климарев С.И. СВЧ-десорбция диоксида углерода из цеолита в физико-химической системе жизнеобеспечения человека. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005. Т. 39. № 1. С. 47-51.

19. Климарев С.И., Попов В.В. Аппарат для термообработки органических отходов в СЖО. Материалы ХІІІ конференции по космической биологии и авиакосмической медицине. 13-16 июня. 2006. Москва. Россия. С. 139.

20. Климарев С.И. Исследование сорбции-десорбции водорода интерметаллидом в физико-химической СЖО. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2007. Т. 41. № 5. С. 56-60.

21. Климарев С.И., Ильин В.К., Старкова Л.В. Обзор. Выбор метода и типа устройства для обеззараживания и нагрева воды в физико-химической СЖО. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2008. Т.42. № 4. С. 3-14.

22. Климарев С.И. СВЧ-устройство для обеззараживания и нагрева воды в СЖО. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2008. Т. 42. № 6/1. С. 88-89.

Технические решения защищены авторскими свидетельствами на изобретения №№: 605616, 715491, 894906, 939869, 996334, 1123705, 1139439, 1266113, 260268, 269576, 295683, 1481935.

Список цитированных литературных источников

1. Батенин В.М., Климовицкий И.И., Лысов Г.В., Троицкий В.Н. / СВЧ-генераторы плазмы: Физика, техника, применение. М. Энергоатомиздат. 1988. С. 11-174.

2. Шаталов А.Л. Интенсификация тепломассообменных процессов электромагнитным полем сверхвысокой частоты: Автореф. дисс. … докт. техн. наук. М. 1999.

3. Колачев Б.А., Ильин А.А., Лавренко В.А., Левинский Ю.В./ Гидридные системы. Справочник. М. Металлургия. 1992. 352 с.

4. Синярев Г.Б., Ватолин Н.А., Трусов Б.Г. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов. М. Наука. 1982.

5. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. 2-е изд. М. Химия. 1984. С. 16-203.

6. Пюшнер Г. Нагрев энергии сверхвысоких частот: Пер. с англ. М. Энергия. 1968. 311 с.

7. Потехин Г.С., Дмитриев А.Л. и др. Эксплуатация систем, использующих водород, с точки зрения безопасности и условий обеспечения требуемой чистоты водорода у потребителя. / В сб. Вопросы атомной науки и техники. Вып.2(3). М. ИАЭ им. И.В.Курчатова.1977.С.188-189.

8. Гришаенков Б.Г. Регенерация и кондиционирование воздуха // Основы космической биологии и медицины. 1975. Т.3. С.70-121.

9. Смирнов И.А., Фомкин А.А., Солдатов П.Э., Смоленская Т.С., Ильин В.К. Система получения и резервирования кислорода для перспективных долговременных обитаемых космических объектов. // Материалы конференции “Системы жизнеобеспечения как средство освоения человеком дальнего космоса” 24-28 сентября 2008. Москва. С. 89-90.

Размещено на .ru