Интенсификация физико-химических процессов СВЧ-энергией в регенерационной системе жизнеобеспечения экипажа космического корабля (31.08.2009)

Автор: Климарев Сергей Иванович

17 80 170 222 191 2,2 50 -

Из таблицы 4 следует, что в режиме выделения диоксида углерода (99(C) при подводимой СВЧ-мощности 410 Вт на нагрев ЖРП затрачивается 250 Вт.

При постоянном расходе раствора функция температуры ЖРП, поглощенной СВЧ-мощности ЖРП и подводимой к раствору СВЧ-мощности от тока магнетрона, носит линейный характер и монотонно возрастает. КСВН при этом не превышает допустимого значения для этого типа генератора в 3 единицы за исключением режима, соответствующего току магнетрона 300 мА. Этот режим характеризуется интенсивным кипением ЖРП и газовыделением, т.е. наиболее неблагоприятными диэлектрическими характеристиками, влияющими на согласование этой среды (ЖРП) с ЭМП. Этот факт указывает на необходимость совершенствования СВЧ- устройства для более полного поглощения ЭМП раствором ЖРП. Проведенные исследования позволяют сделать основной вывод о том, что СВЧ-энергия может эффективно использоваться для нагрева раствора МЭЭДА при десорбции из него диоксида углерода. Применение объемного бесконтактного СВЧ-нагрева обеспечивает сокращение времени нагрева ЖРП, что приводит к снижению энергозатрат на процесс десорбции.

Тепловая безынерционность ввода СВЧ-энергии в ЖРП обеспечивает возможность регулирования выхода диоксида углерода из него, что позволяет управлять этим процессом для дозированной подачи диоксида углерода в узел его переработки с постоянной скоростью.

В следующем разделе главы приведена разработка метода, устройства и технологии регенерации твердого аккумулятора водорода.

Для проведения исследований сорбции-десорбции водорода был использован сплав-накопитель водорода LaNi5 с легирующими элементами в виде Ce, Mn и Cu. Исследования проводились с использованием разработанного в ГНЦ РФ-ИМБП РАН патрона для целей регенерации водорода. Патрон представляет собой цилиндр из нержавеющей стали с фланцами, на внешней поверхности которого выполнена двухзаходная радиальная резьба. В одну из канавок была уложена медная трубка диаметром 10 мм внатяг (с нагревом газовой горелкой) для плотного прилегания к корпусу. В другую - через стеклоткань нихромовая проволока для нагрева корпуса патрона. Эти элементы конструкции были укрыты асбестом.

Трубка с патрубком для подачи и вывода водорода перфорирована и обтянута стеклотканью для предотвращения уноса интерметаллида. В патроне имеется карман для размещения термопары.

Основной целью экспериментальных исследований являлось получение первичной информации о принципиальной возможности использования сплава-накопителя водорода в СЖО, а точнее – в системе обеспечения газового состава для поглощения и безопасного хранения водорода, выделяемого электролизером.

Постановочные эксперименты показали высокую активность интерметаллида в начальный период (первые 120 с) сорбции водорода. При этом интерметаллид нагревался до температуры 80-90(С, что послужило побудительной причиной для проведения процесса сорбции водорода при начальной температуре 100(С, не дожидаясь полного остывания интерметаллида после десорбции. Этот прием позволил сгладить сорбционный процесс и сократить время между циклами.

Экспериментальные исследования сорбции водорода интерметалллидом проведены при давлении 0,1; 0,2 и 0,3 ати и не должны были превышать 0,5 ати. Ограничение по давлению наложено предельными условиями выделения водорода из электролизера "Электрон-В", функционирующего в настоящее время на МКС.

График процесса десорбции водорода отображен на рис. 8.

Рис. 8. Параметры десорбции водорода, сорбированного при давлении 0,2 ати

1 – температура интерметаллида; 2 – объем выделившегося водорода; 3 – скорость выделения водорода; 4 – давление водорода.

Момент выделения водорода начинается с 15 мин. и продолжается по 40 мин., пока давление водорода (кривая 4), обеспечивает заданный расход газа. В этом же интервале времени количество выделившегося водорода (кривая 2) монотонно возрастает (по 40 мин.), а затем спадает в соответствии со снижением давления. Относительно постоянный расход водорода (кривая 3) осуществляется в течение 25 мин. и соответствует среднему расходу газа 2,0 л/мин. Технологические параметры процесса десорбции водорода поддерживаются постоянным и монотонным ростом температуры интерметалллида, выраженные кривой 1.

Проведенные экспериментальные исследования и их результаты позволяют сделать заключение о целесообразности использования сплава-накопителя водорода как неотъемлемой части системы жизнеобеспечения нового поколения.

В заключительном разделе этой главы приведена разработка метода, устройства и технологии СВЧ-обеззараживания и нагрева воды в потоке.

Метод реализован путем использования оконечного коаксиального СВЧ-устройства для нагрева воды в потоке, в котором поочередно применен цилиндрический и экспоненциальный канал для прохода воды. На рис. 9 приведена конструкция СВЧ-устройства с экспоненциальным каналом.

Рис. 9. Конструкция СВЧ-устройства с экспоненциальным каналом

1 – волновод; 2 – внутренний проводник коаксиала; 3 – внешний проводник коаксиала; 4 – конус; 5 – канал для прохода жидкости; 6,7 – гайка со штуцером; 8 – накидная гайка; 9 – втулка; 10 – заглушка; 11 – винт; 12,13 – резиновое кольцо; 14 - настроечный винт.

Сравнение осуществлено по поглощенной водой СВЧ-мощности (Wп,Вт), температуре воды и гибели микробов (t,(С), ее расходу (Q,л/ч), времени пребывания воды в зоне СВЧ-воздействия ((,с), КСВН, биоконтролю. Сисх = 106 КОЕ/мл.

Таблица 5

Технологические параметры процесса нагрева воды, зараженной синегнойной палочкой (Pseudomonas aeruginosa), в СВЧ-устройстве с различной формой канала

цилиндрический канал экспоненциальный канал

t, (C Q,

л/ч Wп,

Вт КСВН (,

с Сост,

КОЕ/мл Q,

л/ч Wп,

Вт КСВН (,

с Сост,

80 6,96(0,40 515(21 4,0 5,6 0 9,42(0,16 639(11 2,6 14,9 0

70 9,96(0,47 623(30 2,8 3,9 0 11,34(0,17 627(6 2,7 12,4 0

65 10,98(0,53 624(27 2,8 3,5 0 12,66(0,10 619(6 2,8 11,1 0

60 12,42(0,66 632(24 2,7 3,1 103(102 14,22(0,09 621(4 2,8 9,9 0

55 13,80(0,58 626(28 2,7 2,8 104(103 16,38(0,08 624(4 2,8 8,6 34(29

50 15,72(0,98 617(24 2,8 2,5 105(104 19,92(0,09 641(3 2,6 7,1 104(2.103

Показано, что в экспоненциальном канале происходит выравнивание поглощенной СВЧ-мощности во всем интервале температуры, снижение энергозатрат и температуры обеззараживания, увеличение производительности (см. рис. 10, табл. 5).

Рис. 10. Технологические параметры процесса СВЧ-нагрева воды, зараженной вегетативными формами микроорганизмов (экспоненциальный канал)

1 - Wп; 2 - t; 3 - (; 4 - КСВНпас; 5 - КСВНэкс.


загрузка...