×
20.05.2014
216.012.c657

Результат интеллектуальной деятельности: РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ПИЛОТИРУЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С ЗАМКНУТЫМ ПО ВОДЕ РАБОЧИМ ЦИКЛОМ И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002516534
Дата охранного документа
20.05.2014
Аннотация: Изобретение относится к энергетике, к системе энергоснабжения космических аппаратов и напланетных станций. Электрохимическая система энергоснабжения космического аппарата с замкнутым по воде рабочим циклом включает электролизер воды и кислородо-водородный генератор, гидравлически связанные друг с другом через резервуар сбора воды и пневматически сообщающиеся с баллонами хранения водорода и кислорода, последний из которых соединен с системой обеспечения жизнедеятельности космического аппарата пневмомагистралью с запорным элементом, металло-водородный аккумулятор, имеющий штуцер для водорода, через который он соединен с баллоном хранения водорода пневмомагистралью с запорным элементом. Способ эксплуатации указанной системы включает осуществление замкнутого цикла реакций разложения воды током на водород и кислород, стехиометрическое соединение этих газов с получением электричества и воды с отбором из этого цикла кислорода, избыток водорода используют в качестве реагента в металло-водородном аккумуляторе, который предварительно заряжают, удаляя из него образующийся при этом водород. Технический результат - сохранение энергоемкости утилизация избыточного водорода, повышение безопасности системы. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может использоваться при разработке систем энергоснабжения (СЭС) космических аппаратов (КА) и напланетных станций.

Регенеративные электрохимические системы с замкнутым по воде рабочим циклом хорошо известны (в частности, аккумуляторы энергии с водородным (водяным) циклом - АЭВЦ). Их основными элементами являются электролизер воды (ЭВ) и кислородо-водородный электрохимический генератор (ЭХГ), объединенные общими средствами хранения реагентов:

- баллонами хранения водорода (БХВ) и кислорода (БХК);

- резервуаром сбора воды (РСВ).

Электролизер, подключенный к первичному источнику энергии (например, солнечной батарее), разлагает током воду на водород и кислород, которые служат рабочими газами для ЭХГ. Вода, образующаяся при работе последнего, в свою очередь служит для питания ЭВ. Объемы БХВ и БХК в такой системе выбираются соответствующими стехиометрическому отношению этих газов в реакции разложения воды (2:1) - это обеспечивает минимальную нагрузку на мембрану ЭВ (US 20100055512 А1, 2010-03-04, МПК: В64С 3/14 (2006.01), B64D 27/02 (2006.01), С25В 1/00 (2006.01).

Его недостатком с точки зрения пилотируемой космонавтики является полная замкнутость по всем реагентам, особенно по кислороду. Получить из такой СЭС кислород для дожигания даже в аварийной ситуации невозможно, несмотря на его наличие на борту КА.

В связи с этим в принятом (как для устройства, так и для способа) прототипе («Установка с электролизерами воды высокого давления для лунной базы», Известия РАН, Энергетика, №3, 2007 г., с.35-45, Академиздат-центр, «Наука», РАН) космические системы типа АЭВЦ предусматривают дополнительную связь БХК с системой обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) пилотируемых КА и напланетных станций. Эта связь (пневмомагистраль с запорным элементом, соединяющая БХК СЭС и СОЖ КА), которую используют в нештатных ситуациях для спасения экипажа, является единственным принципиальным отличием прототипа от технического решения, принятого за аналог. Тем не менее эта особенность космических СЭС такого типа является жизненно важной. Согласно выбранному прототипу регенеративная электрохимическая система энергоснабжения пилотируемого космического аппарата с замкнутым по воде рабочим циклом включает электролизер воды и кислородо-водородный электрохимический генератор, гидравлически связанные друг с другом через резервуар сбора воды и пневматически сообщающиеся с общими для них баллонами хранения водорода и кислорода, последний из которых имеет меньший объем, чем баллон хранения водорода и соединен с системой обеспечения жизнедеятельности космического аппарата пневмомагистралью с запорным элементом. Способ эксплуатации регенеративной электрохимической системы энергоснабжения пилотируемого космического аппарата с замкнутым по воде рабочим циклом включает осуществление замкнутого цикла реакций разложения воды током на водород и кислород, а также последующие стехиометрическое соединение этих газов с получением электричества и воды в штатной ситуации и с отбором из этого цикла кислорода - в нештатной ситуации.

При этом отбор кислорода приводит к дисбалансу реагентов в СЭС и уменьшает ее энергоемкость, поэтому возможна ситуация, когда придется делать выбор между «дыханием и энергоснабжением». Кроме того, в системе остается излишек водорода, что увеличивает перепад давления на мембрану ЭВ. Это создает дополнительные технические проблемы «снижает уровень безопасности.

Задача данного изобретения - исключить такую ситуацию, то есть компенсировать снижение энергии СЭС, вызванное аварийным отбором кислорода, и утилизировать избыточный водород, остающийся в системе.

Техническим результатом изобретения является:

- сохранение энергоемкости СЭС в нештатной ситуации;

- утилизация избыточного водорода на борту КА;

- повышение безопасности системы.

Технический результат достигается тем, что в регенеративную электрохимическую СЭС пилотируемого КА с замкнутым по воде рабочим циклом, включающую ЭВ и кислородо-водородный ЭХГ, гидравлически связанные друг с другом через РСВ и пневматически сообщающиеся с общими для них БХВ и БХК, последний из которых имеет вдвое меньший объем, чем БХВ и соединен с СОЖ КА пневмомагистралью с запорным элементом, дополнительно введен металло-водородный аккумулятор (МВА), имеющий штуцер для водорода, через который он соединен с БХВ пневмомагистралью с запорным элементом.

Технический результат достигается также тем, что в способе эксплуатации данной СЭС, включающем проведение замкнутого цикла электрохимических реакций, состоящего из разложения воды током на водород и кислород и последующего стехиометрическаого соединения этих газов с получением электричества и воды в штатной ситуации, а также отбор кислорода из этого цикла в нештатной ситуации, после отбора кислорода образовавшийся избыток водорода используют в качестве реагента в МВА, который предварительно заряжают, удаляя из аккумулятора образующийся при этом водород.

Сущность изобретения поясняется схемой на фиг.1, где дана принципиальная схема предложенной СЭС. Здесь входная гидромагистраль (12) ЭВ (1) и выходная гидромагистраль (13) ЭХГ (2) подключены к общему РСВ (3).

Выходные пневмомагистрали ЭВ (1) по водороду (14) и кислороду (15) соединены соответственно с БХВ (4) и БХК (5).

К этим же баллонам подключены соответствующие входные пневмомагистрали (16) и (17) ЭХГ (2). БХК (5) подключен пневмомагистралью (6) к СОЖ (на фиг.1 не показана). СЭС и СОЖ разделяются запорным элементом (7), установленным на магистрали (6).

БХВ (4) имеет выходную пневмомагистраль (8) с запорным элементом (9), которая соединена с водородным штуцером (10) MB А (11).

Работает СЭС следующим образом. В штатной ситуации запорные элементы (7) и (9) на пневмомагистралях (6) и (8) закрыты. Рабочие компоненты (Н2O, Н2, O2) обращаются по замкнутому циклу между ЭВ (1) и ЭХГ (2) через, соответственно, РСВ (3), БХВ (4) и БХК (5).

В аварийной ситуации, когда требуется дополнительный кислород для экипажа, открывают запорный элемент (7), и в СОЖ КА поступает газ из БХК (5). После этого соотношение рабочих газов в СЭС уже не соответствует потребности системы ЭХГ (2), и избыток водорода можно использовать в MB А (11). Для этого открывают запорный элемент (9) на магистрали (8), и водород из БХВ (4) через штуцер (10) поступает в MB А (11).

Суть предложения состоит в том, что к рабочим реагентам «водяной» СЭС (Н2O, Н2, O2) добавляется дополнительной окислитель - гидроокись металла, способная вступить в электрохимическую реакцию с водородом. В качестве химического реактора для проведения этой реакции используется модифицированный MB А, имеющий водородный штуцер. В нем гидроокись металла заранее «доокислена» до состояния, в котором она находится в заряженном МВА.

На практике используется заряженный МВА, из которого основная часть водорода выпущена. Это делается заранее, перед началом эксплуатации СЭС, например, перед запуском КА. По сравнению со стандартным герметичным металло-водородным аккумулятором (например, патент RU 2046463 C1, (2006.01), 20.10.1995) его использование в предлагаемой системе имеет определенные преимущества, в частности:

- аккумулятор может иметь большой запас гидроокиси металла (то есть энергоемкость) при небольших массогабаритных характеристиках, а его рабочее давление может быть сравнительно невысоким;

- раздельное хранение гидроокиси и водорода существенно снижает саморазряд МВА (это высокий показатель является характерным недостатком герметичного МВА).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет сохранять энергию в СЭС, несмотря на отбор из нее кислорода в нештатной ситуации, то есть дает возможность лучше адаптировать АЭВЦ для условий пребывания человека в космосе.


РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ПИЛОТИРУЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С ЗАМКНУТЫМ ПО ВОДЕ РАБОЧИМ ЦИКЛОМ И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 121-130 of 370 items.
20.03.2015
№216.013.3467

Способ измерения пространственного распределения теплофизических параметров изотропных материалов

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Способ включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей видимой поверхности исследуемого изотропного материала....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544890
Дата охранного документа: 20.03.2015
20.03.2015
№216.013.3468

Способ определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Способ определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544891
Дата охранного документа: 20.03.2015
20.03.2015
№216.013.346b

Способ оценки различия теплофизических параметров видимой поверхности изотропного объекта с учетом фона

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Заявленный способ включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей поверхности исследуемого изотропного объекта....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544894
Дата охранного документа: 20.03.2015
27.03.2015
№216.013.3552

Устройство расстыковки

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при разделении стыковочных агрегатов космических аппаратов. Устройство расстыковки содержит стыковочные шпангоуты с системами замков, стыковочными механизмами, направляющими узлами со штырем с заходным конусом и гнездом с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545134
Дата охранного документа: 27.03.2015
10.04.2015
№216.013.38da

Посадочное устройство космического аппарата

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в посадочных устройствах (ПУ) космических аппаратов (КА). ПУ КА содержит стойку, состоящую из стакана с внутренним амортизирующим элементом, соединенного с цилиндрическим шарниром и телескопически с подвижным штоком,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546042
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.38f5

Дипольная антенна

Изобретение относится к антенной технике, в частности к дипольным антеннам с отражающим экраном с полунаправленной диаграммой направленности, и может быть использовано в технике связи для приема сигналов навигационных систем и для организации приемо-передающего канала с Землей в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546069
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3db6

Система контроля скорости космических аппаратов при сближении

Изобретение относится к области оптических средств измерения параметров относительного сближения космических аппаратов (КА), а именно к оптико-электронным системам контроля скорости. Система контроля скорости космических аппаратов при сближении включает расположенные на активном космическом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547286
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.4012

Способ определения альбедо земной поверхности

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении альбедо земной поверхности. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого осуществляют развороты солнечной батареи (СБ) космического аппарата (KA), движущегося по околокруговой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547890
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.4016

Способ определения альбедо земной поверхности

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении альбедо земной поверхности. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого осуществляют развороты солнечной батареи (СБ) космического аппарата (КА), движущегося по околокруговой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547894
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.4017

Способ определения альбедо земной поверхности

Изобретение относится к космической технике. Способ определения альбедо земной поверхности включает развороты солнечной батареи (СБ) космического аппарата (КА), движущегося по околокруговой орбите вокруг Земли, измерение значений тока от СБ и определение по ним значения альбедо земной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547895
Дата охранного документа: 10.04.2015
Showing 121-130 of 295 items.
27.02.2015
№216.013.2d73

Ионный двигатель

Изобретение относится к энергетике. Ионный двигатель, содержащий корпус, закрепленные жестко на наружной поверхности корпуса газоразрядную камеру и ионно-оптическую систему и катод-нейтрализатор, установленный на корпусе, при этом корпус ионного двигателя имеет торообразную форму, причем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543103
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2ed0

Электропривод

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве приводов автоматики изделий авиационной и ракетной техники. Электропривод содержит корпус (1), установленные внутри него электродвигатель (5), датчик (6) углового положения, связанный с выходным валом электропривода, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543452
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2ee9

Устройство расстыковки

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при разделении стыковочных агрегатов космических аппаратов. Устройство расстыковки содержит стыковочные шпангоуты с системами замков и стыковочными механизмами, пружинные толкатели, штыри с заходными конусами, гнезда с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543477
Дата охранного документа: 27.02.2015
10.03.2015
№216.013.2f1b

Способ измерения скорости движения объектов по их телевизионным изображениям

Изобретение относится к области прикладного телевидения с использованием регистрации излученного или отраженного лучистого потока от объектов в разных зонах оптического спектра для решения задач контроля и анализа состояния объектов по их телевизионным (ТВ) изображениям. Изобретение может найти...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543527
Дата охранного документа: 10.03.2015
10.03.2015
№216.013.2f37

Трехканальный релейный коммутатор

Изобретение относится к электронным устройствам автоматики. Технический результат заключается в повышении надежности и помехоустойчивости. Устройство содержит: три входа, первый из которых через параллельно соединенные первую и вторую обмотки реле подключен к источнику питания, второй вход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543555
Дата охранного документа: 10.03.2015
20.03.2015
№216.013.3252

Коммутатор измерительного прибора для контроля качества цепей питания электротехнических систем изделия при их сборке

Изобретение относится к области технологических устройств и может быть использовано в составе автоматизированной измерительной системы совместно с измерительными приборами при контроле цепей питания электротехнической системы изделия в процессе ее сборки на соответствие техническим требованиям....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544357
Дата охранного документа: 20.03.2015
20.03.2015
№216.013.3467

Способ измерения пространственного распределения теплофизических параметров изотропных материалов

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Способ включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей видимой поверхности исследуемого изотропного материала....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544890
Дата охранного документа: 20.03.2015
20.03.2015
№216.013.3468

Способ определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Способ определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544891
Дата охранного документа: 20.03.2015
20.03.2015
№216.013.346b

Способ оценки различия теплофизических параметров видимой поверхности изотропного объекта с учетом фона

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Заявленный способ включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей поверхности исследуемого изотропного объекта....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544894
Дата охранного документа: 20.03.2015
27.03.2015
№216.013.3552

Устройство расстыковки

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при разделении стыковочных агрегатов космических аппаратов. Устройство расстыковки содержит стыковочные шпангоуты с системами замков, стыковочными механизмами, направляющими узлами со штырем с заходным конусом и гнездом с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545134
Дата охранного документа: 27.03.2015
+ добавить свой РИД