Система обеспечения газового состава с производством кислорода на основе электролиза воды
Рассмотрим вариант системы обеспечения газового состава, включающий систему утилизации, где углекислый газ перерабатывается до воды, из которой электролизом получают кислород. В химическом процессе по реакции Сабатье дополнительно получают метан (СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О), по реакции Боша – углерод (СО2 + 2Н2 = С + 2Н2О).
Для максимального замыкания круговорота углерод должен войти в состав продуктов питания. В физико-химических системах такой путь возможен при получении из метана полупродуктов питания. Если система получения полупродуктов не используется, то для повышения степени замкнутости целесообразно в систему утилизации проводить процесс до углерода, который и будет являться тупиковым продуктом. Тогда система утилизации по реакции Боша получается более простой, так как весь процесс реализуется в одном аппарате, а по реакции Сабатье необходимо еще в отдельном реакторе осуществлять крекинг метана. Тупикового продукта углерода будет ежесуточно выделяться 237 г/чел. в сутки (рис. 37).
Для удовлетворения потребностей экипажа в кислороде в систему необходимо дополнительно подавать 194 г воды из системы водообеспечения. Тогда в качестве тупикового продукта будет образовываться водород 21 г/чел. в сутки.
Рис. 37. Структурная схема системы обеспечения газового состава с получением О2 электролизом воды и утилизацией СО2 до углерода и воды:
1 – система очистки атмосферы и концентрирования СО2; 2 – система утилизации СО2; 3 – сборник углерода; 4 – электрохимическая система производства О2; 5 – система очистки атмосферы и утилизации микропримесей; СН и Р – система наддува и разгерметизации.
Проведенная оценка показала, что использование отходов регенерации среды оказывается выгодным. Эквивалентная масса объединенной системы может быть на 20 % меньше, чем суммарная масса раздельных систем.
Система утилизации на основе реакции Сабатье 3 будет производить только половину необходимой для обеспечения кислородом воды 506 г/чел. в сутки. Остальное количество необходимо добавлять из запасов.
5. Система водоснабжения и питания
Техническая реализация устройств раздачи и потребления воды, пищи, выполнения санитарно-гигиенических и хозяйственных процедур в подводном комплексе отличаются от принятых на Земле из-за необходимости строгого нормирования расходуемых веществ.
Вода может потребляться непосредственно для питья, приготовления различных блюд из натуральных или лиофилизированных продуктов, в санитарно-гигиенических устройствах, где одновременно может происходить раздача чистой воды и удаление жидких и плотных отходов.
Система бытового обеспечения включает водопровод, кухню и блок чистки и стирки одежды. Водопровод включает в себя трубопроводы с холодной и горячей водой, клапаны, краны для ввода воды в емкости с продуктами питания для их приготовления.
Материалы, применяемые в системе водообеспечения, не должны придавать неприятного привкуса воде. Однако хранящаяся вода непрерывно загрязняется, в нее поступают не только нетоксичные вещества от конструктивных элементов, но и возможно попадание микрофлоры. Поэтому перед раздаточным устройством устанавливается аппарат для дезодорации и обеззараживания воды.
Питание возможно из запасов. Основным требованием к рациону питания является его сбалансированность по энерготратам водолазов и полноценность по составу пищевых веществ.
Соотношение основных пищевых веществ – белков, жиров и углеводов при энерготратах 10,5 … 12,5 кДж/сут. (2500 … 3000 ккал/сут.) рекомендовано 1 : 1 : 3.
Различные продукты содержат различное количество пищевых веществ. Поэтому для сбалансированного питания используются рационы, составленные из разнообразных продуктов.
Питание – не просто потребление веществ заданного количества и состава. Это процесс, в котором сочетаются физиологические и психологические стороны. Поэтому состав продуктов, так же как и блюда, приготовленные из них, должны не очень отличаться о тех, к которым водолазы привыкли на Земле. Особенно это касается системы на запасах пищи.
Прием пищи должен происходить в строго определенные часы. Для водолазов рекомендуется четырехразовое питание. Уменьшение дробности питания приводит к ухудшению усвоения пищевых веществ и чувству голода. Большая частота приема пищи хотя и способствует высокой усвояемости пищевых веществ, но из-за нарушений биоритмов пищеварительного аппарата ухудшается аппетит.