×
17.06.2023
223.018.7ed8

Результат интеллектуальной деятельности: Способ создания аккумулятора тепла

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к устройствам для хранения тепла и может быть использовано в автономном солнечном электротеплоснабжении бытовых и производственных помещений, преимущественно лунной базы. Способ создания аккумулятора тепла, преимущественно для лунной базы, состоит в создании полости в грунте и размещении в этой полости теплоемкого материала и теплообменника. В качестве теплоемкого материала используют лунную пыль, в слое которой на глубине 5-10 м размещают теплообменник. Теплообменник закрепляют так, чтобы он не перемещался при плавлении лунной пыли, подают в него теплоноситель с температурой, превышающей температуру плавления лунной пыли. По мере образования вокруг теплообменника расплава стеклянной массы, ее оседания и уплотнения под ней грунта, производят подсыпку с поверхности дополнительного объема лунной пыли до образования необходимого объема стеклянной массы. При реализации предлагаемого решения достигается упрощение и удешевление процесса сооружения аккумулятора тепла для лунной базы. 1 табл.

Изобретение относится к устройствам для хранения тепла и может быть использовано в автономном солнечном электротеплоснабжении бытовых и производственных помещений, преимущественно лунной базы.

Температура на поверхности Луны составляет днем 130°С, а ночью минус 180°С, поэтому помещения базы, кроме электроснабжения, нуждаются в отоплении ночью и отводе тепла днем. Эта задача может быть решена применением аккумуляторов тепла и холода. Такой аккумулятор для практических целей имеет массу порядка сотен тонн, поэтому его целесообразно размещать в грунте вблизи помещения.

Известна энергосберегающая холодильная камера (RU 2732582 С1, опубл. 21.09.2020, бюл. № 27, МПК: F25D 13/00 (2006.01). Она создается путем размещения в грунте герметичного контейнера, заполненного теплоемким материалом, в частности водой.

Известен способ использования тепла приповерхностного грунта (RU 2615678 С1, опубл. 06.04.2017, бюл. № 10, МПК: F24J 2/44 (2006.01)), в котором применяется засыпка котлована слоем гальки, в котором циркулирует жидкий или газообразный теплоноситель.

Наиболее близким к предлагаемому является способ комбинированного использования альтернативных источников энергии (патент RU 2622779 С1, опубл. 20.06.2017, бюл. № 17, МПК: F24D 5/00 (2006.01), F24F 5/00 (2006.01), F24J 2/00 (2014.01), F24J 3/08 (2006.01)), принятый за прототип.

В этом способе грунтовый аккумулятор тепла создают путем гидравлического разрыва пласта. В образовавшиеся трещины закачивают легкоплавкое теплоаккумулирующее вещество - парафин или глауберову соль, и размещают трубы теплообменника.

Недостаток способа состоит в том, что он требует доставки теплоаккумулирующего вещества (сотни тонн) к месту сооружения накопителя, что для лунной базы неприемлемо дорого. Кроме того, этот способ не предусматривает теплоизоляцию аккумулирующего вещества от окружающего грунта.

Задача изобретения состоит в разработке способа создания аккумулятора тепла из местных ресурсов, с минимальным количеством оборудования, доставляемого с Земли.

Техническим результатом предлагаемого решения является упрощение и удешевление процесса сооружения аккумулятора тепла для лунной базы.

Этот результат достигается тем, что в способе создания аккумулятора тепла, состоящем в создании полости в грунте и размещении в этой полости теплоемкого материала и теплообменника, в качестве теплоемкого материала используют лунную пыль, в слое которой на глубине 5-10 м размещают теплообменник и закрепляют его так, чтобы он не перемещался при плавлении лунной пыли, подают в него теплоноситель с температурой, превышающей температуру плавления лунной пыли, затем, по мере образования вокруг теплообменника расплава стеклянной массы, ее оседания и уплотнения под ней грунта, производят подсыпку с поверхности дополнительного объема лунной пыли до образования необходимого объема стеклянной массы.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, чтобы использовать в качестве теплоаккумулирующего вещества самый распространенный на Луне материал - лунную пыль. Она состоит, в основном, из двуокиси кремния с примесями окислов железа, алюминия, магния, титана, кальция и др., имеет удельную теплоемкость около 900 Дж/кг⋅К, но, к сожалению, имеет крайне низкую, неприемлемую для аккумулятора теплопроводность порядка 0,01 Вт/м⋅К (Игнатова A.M., Игнатов М.Н. Использование ресурсов реголита для освоения лунной поверхности // Международный журнал экспериментального образования, 2013, № 11-2, с. 101-110, URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=4325). Однако, если эту пыль расплавить, образовавшаяся стеклянная масса после остывания будет иметь теплопроводность порядка 1,1 Вт/м⋅К, мало меняясь с изменением температуры. Этой величины теплопроводности во многих случаях может быть достаточно для сооружения аккумулятора тепла.

Температура плавления лунной пыли зависит от состава пыли в данном месте Луны и составляет 1400-1600 К, поэтому контактирующий с пылью теплообменник может быть изготовлен, например, из титана (температура плавления 2216 К).

Этот теплообменник должен быть размещен в слое лунной пыли на глубине 5-10 метров, и закреплен так, чтобы он не перемещался при плавлении лунной пыли. Для этого он может быть связан с поверхностными элементами конструкции с помощью, например, тросов. Кроме того, он должен быть связан трубопроводами с источником тепла, имеющим температуру выше температуры размягчения лунной пыли, т.е. выше 1400-1600 К. Этим источником может быть концентратор солнечного излучения параболического типа (например, жесткий многосекционный концентратор из алюминия (Грилихес В.А. и др., Солнечная энергия и космические полеты, М., Наука, 1984 г., с. 37), или транспортабельная ядерная энергоустановка (например, по проекту Kilopower, www.nasa.gov/directorates/spacetech/kilopower), или сочетание этих источников. Теплоноситель от источника тепла подают в теплообменник. Теплоносителем может служить инертный газ (например, гелий) или водород. При подаче горячего теплоносителя прилегающие к теплообменнику слои лунной пыли начинают размягчаться и плавиться. Через некоторое время теплообменник будет окружен расплавленной стеклообразной массой, по форме приближенной к сфере. По мере увеличения количества этой массы она будет оседать, уплотняя нижележащий слой пыли. При этом нижний слой массы, удаляясь от теплообменника, будет затвердевать, образуя своеобразную опорную поверхность, аналог фундамента-плиты. Поскольку при этом верхний слой пыли над теплообменником будет оседать, требуется производить подсыпку с поверхности дополнительного объема лунной пыли до образования необходимого объема стеклянной массы. Эта стеклянная масса вместе с теплообменником и образует аккумулятор тепла. По завершении процесса подачу теплоносителя следует прекратить. Аккумулятор со всех сторон будет окружен лунной пылью, которая является хорошим теплоизолятором. Глубина расположения теплообменника выбирается такой, чтобы после завершения образования стеклянной массы над ней оставался слой пыли толщиной 2-3 м для теплоизоляции. Объем стеклянной массы выбирается исходя из потребной теплоемкости аккумулятора, удельной теплоемкости стекла, равной примерно 900 Дж/кг⋅К и диапазона рабочих температур.

Аккумулятор можно использовать как в твердом состоянии, так и в состоянии расплава. Предпочтительно в составе базы иметь два аккумулятора, один для накопления тепла лунным днем и второй для накопления холода лунной ночью. Такое решение позволит обеспечить не только отопление и охлаждение помещений базы, но и работу тепловой машины для выработки электроэнергии.

В качестве примера практической реализации можно предположить, что аккумулятор должен обеспечить в течение лунной ночи (14 земных суток) помещения базы теплом мощностью 20 кВт и электроэнергией мощностью 10 кВт. Электроэнергия должна вырабатываться двигателем Стерлинга в паре с электрогенератором. Характеристики такой установки, полученные в результате расчета, приведены в таблице 1.

Если применен теплообменник пластинчатого типа, теплообмен происходит по обе стороны панели с теплоносителем. В этом случае общая площадь панелей составит 87 м. Он может состоять из девяти панелей размерами 3×3 м, расположенных на расстоянии 0,5 м друг от друга. Абсолютное давление теплоносителя в теплообменнике не превышает 0,1-0,2 МПа, поэтому теплообменник может быть выполнен из тонкостенного материала, например, из титанового листа толщиной 0,5 мм. В этом случае масса теплообменника составит около 500 кг. Поскольку на Луне есть вода, в качестве теплоносителя может быть применен водород, получаемый из воды в процессе электролиза (ГОСТ 3022-80). Титан также может быть получен из лунного грунта.

Способ создания аккумулятора тепла, преимущественно для лунной базы, состоящий в создании полости в грунте и размещении в этой полости теплоемкого материала и теплообменника, отличающийся тем, что в качестве теплоемкого материала используют лунную пыль, в слое которой на глубине 5-10 м размещают теплообменник и закрепляют его так, чтобы он не перемещался при плавлении лунной пыли, подают в него теплоноситель с температурой, превышающей температуру плавления лунной пыли, затем, по мере образования вокруг теплообменника расплава стеклянной массы, ее оседания и уплотнения под ней грунта, производят подсыпку с поверхности дополнительного объема лунной пыли до образования необходимого объема стеклянной массы.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 71-80 из 111.
20.06.2019
№219.017.8cf8

Способ регулирования температуры жидкого хладоносителя на выходе из испарителя парокомпрессионной холодильной установки

Изобретение относится к парокомпрессионным холодильным установкам и может быть использовано для регулирования температуры жидкого хладоносителя в различных технологических процессах. Заявлен способ регулирования температуры жидкого хладоносителя на выходе из испарителя парокомпрессионной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691777
Дата охранного документа: 18.06.2019
10.08.2019
№219.017.bd68

Система хранения и подачи иода (варианты) и способ определения расхода и оставшейся массы иода в ней

Предложенная группа изобретений относится к области электроракетных двигателей (ЭРД), в частности к системам хранения и подачи в них рабочего тела. Система хранения и подачи иода (по первому варианту) содержит сообщенную с электроракетным двигателем трубопроводом с установленным на нем клапаном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002696832
Дата охранного документа: 06.08.2019
12.09.2019
№219.017.ca4f

Оптическая система формирования и наведения лазерного излучения

Изобретение может быть использовано для доставки мощного излучения на воздушные и космические объекты и в лазерных локационных систем наведения. Оптическая система включает устройство сканирования, передающий лазерный модуль с оптоволоконным выводом, блок фокусировки, включающий коллимирующую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699944
Дата охранного документа: 11.09.2019
17.10.2019
№219.017.d63c

Устройство для забора проб космонавтом в скафандре с внешней поверхности гермооболочки космического объекта

Изобретение относится к космической технике, в частности к инструментам и приспособлениям, используемым космонавтом в процессе внекорабельной деятельности, а также в наземных условиях оператором в обычной одежде для широкого спектра объектов. Устройство для забора проб космонавтом в скафандре с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002703208
Дата охранного документа: 15.10.2019
22.11.2019
№219.017.e4c9

Способ определения ориентации космического аппарата по сигналам навигационных спутников

Изобретение относится к области космической техники. Способ определения ориентации космического аппарата по сигналам навигационных спутников содержит этапы, на которых: включают излучение радиосигналов навигационными спутниками с известными параметрами орбиты; формируют и выдают команды на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706638
Дата охранного документа: 19.11.2019
22.11.2019
№219.017.e4e4

Способ контроля производительности солнечной батареи космического аппарата с инерционными исполнительными органами

Изобретение относится к области космической техники. Способ контроля производительности солнечной батареи космического аппарата с инерционными исполнительными органами содержит этапы, на которых: - включают ориентацию солнечной батареи нормалью к рабочей поверхности на Солнце; - измеряют ток...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706643
Дата охранного документа: 19.11.2019
22.11.2019
№219.017.e547

Стыковочный механизм космического аппарата

Изобретение относится к космической технике, в частности к стыковочным устройствам космических аппаратов. Стыковочный механизм космического аппарата содержит подвижный корпус, связанный с основанием стыковочного механизма двухстепенным вращательным шарниром и боковым амортизатором с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706639
Дата охранного документа: 19.11.2019
08.12.2019
№219.017.eb97

Устройство для опоры, используемое преимущественно космонавтом в скафандре в реальных и моделируемых условиях гипогравитации на поверхности луны и марса

Изобретение относится к космической технике, в частности к инструментально-техническим средствам обеспечения действий космонавта в скафандре. Устройство для опоры, используемое преимущественно космонавтом в скафандре, содержит телескопический стержень с заостренным наконечником и кольцом на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708133
Дата охранного документа: 04.12.2019
10.12.2019
№219.017.eba7

Рукоятка ручного инструмента, используемая преимущественно космонавтом в скафандре в реальных и моделируемых условиях микрогравитации, гипогравитации на поверхности луны и марса

Изобретение относится к космической технике, а именно к ручным инструментам, используемым космонавтом в скафандре. Рукоятка ручного инструмента, используемая космонавтом в скафандре, выполнена в виде стержня. На стержне посредством клеммовых соединений установлены параллельные между собой и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708405
Дата охранного документа: 06.12.2019
24.12.2019
№219.017.f16e

Пластырь для ремонта экранно-вакуумной теплоизоляции космического объекта, используемый космонавтом в процессе внекорабельной деятельности, и способ его эксплуатации

Группа изобретений относится к средствам и способам внекорабельной деятельности (ВКД) и м. б. использована при моделировании ВКД на Земле. Пластырь содержит полотнище (П), натянутое на жесткий замкнутый каркас, растяжки, присоединенные к углам П, и ручку, расположенную в центре П. П выполнено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709977
Дата охранного документа: 23.12.2019
Показаны записи 11-18 из 18.
30.11.2018
№218.016.a19f

Электролизная ракетная двигательная установка и способ её эксплуатации

Изобретение относится к двигательным установкам (ДУ) космических аппаратов и может быть использовано в кислородно-водородных двигательных установках с электролизным производством этих газов на космическом аппарате (КА). Электролизная ракетная двигательная установка включает электролизер воды с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673640
Дата охранного документа: 28.11.2018
05.12.2018
№218.016.a333

Способ создания реактивной тяги пилотируемого космического аппарата

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может использоваться при разработке реактивных двигательных установок (ДУ), предназначенных для маневрирования пилотируемых космических аппаратов (КА). Способ создания реактивной тяги пилотируемого космического аппарата, включающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673920
Дата охранного документа: 03.12.2018
11.03.2019
№219.016.d620

Боковая ручка управления (варианты)

Изобретение относится к средствам управления самолетом по тангажу и крену. Боковая ручка управления самолетом с двумя вращательными степенями свободы включает рукоятку 11, основание 2 с двумя электроприводами (1а) поперечного канала и (1б) продольного канала, имеющими форму цилиндров и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681462
Дата охранного документа: 06.03.2019
20.03.2019
№219.016.e33e

Способ эксплуатации пилотируемой орбитальной станции

Изобретение относится к управлению полётом и жизнеобеспечению экипажей космических аппаратов (КА), преимущественно орбитальных станций. Способ включает выделение углекислого газа из воздуха обитаемых отсеков КА путем адсорбции, а также последующую десорбцию, охлаждение (с частичным сжижением) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673215
Дата охранного документа: 22.11.2018
19.04.2019
№219.017.3089

Электрохимический генератор и способ его эксплуатации

Изобретение относится к энергогенерирующим устройствам и может быть использовано в энергетических установках с электрохимическими генераторами. Согласно изобретению электрохимический генератор включает батарею топливных элементов, магистрали топлива и окислителя с клапанами подачи и продувки и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002322731
Дата охранного документа: 20.04.2008
20.04.2023
№223.018.4bab

Магнитоплазменный электрореактивный двигатель

Изобретение относится к космической технике, точнее к электрореактивным двигателям, и может быть использовано в космических аппаратах. Магнитоплазменный электрореактивный двигатель содержит корпус, хотя бы по одному кольцевому магниту и радиочастотной антенне, подключенной к генератору...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002764496
Дата охранного документа: 17.01.2022
15.05.2023
№223.018.5ca7

Суборбитальный космический корабль и способ его торможения в атмосфере

Группа изобретений относится к управлению и конструкции космических кораблей (КК) многократного применения с вертикальным взлетом и посадкой, которые могут быть использованы для космического туризма, высотных парашютных прыжков и др. Суборбитальный КК содержит раму, посадочные опоры,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002759358
Дата охранного документа: 12.11.2021
15.05.2023
№223.018.5ca8

Суборбитальный космический корабль и способ его торможения в атмосфере

Группа изобретений относится к управлению и конструкции космических кораблей (КК) многократного применения с вертикальным взлетом и посадкой, которые могут быть использованы для космического туризма, высотных парашютных прыжков и др. Суборбитальный КК содержит раму, посадочные опоры,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002759358
Дата охранного документа: 12.11.2021
+ добавить свой РИД