Система и вакуумный центробежный дистиллятор для регенерации воды из мочи на борту космического летательного аппарата

Система и вакуумный центробежный дистиллятор для регенерации воды из мочи на борту космического летательного аппарата

Реферат

 

Изобретения могут быть использованы в системах жизнеобеспечения экипажа космических кораблей и космических станций. Система регенерации воды из мочи содержит последовательно соединенные блок приема и консервации мочи, блок извлечения воды из мочи и блок сорбционно-каталитической очистки извлеченной воды. Блок извлечения воды из мочи и других водных отходов жизнедеятельности экипажа включает вакуумный центробежный многоступенчатый дистиллятор с циркуляционными контурами перерабатываемой жидкости (мочи) и конденсата, линией подачи перерабатываемой жидкости и линиями отвода конденсата, неконденсирующихся газов и концентрата. Линия отвода конденсата снабжена промежуточной емкостью сбора конденсата. Для дополнительной рекуперации тепла циркуляционный контур мочи снабжен тепловым насосом, который может быть выполнен в виде парового компрессора или термоэлектрического теплового насоса. Система для регенерации воды из мочи и многоступенчатый дистиллятор обладают малой массой и габаритами, высокой производительностью, обеспечивают снижение энергозатрат. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к системам жизнеобеспечения космических кораблей и космических станций, а именно к системам регенерации воды из консервированной мочи и других водных отходов жизнедеятельности экипажа.

Известна система регенерации воды из водосодержащих отходов, в частности мочи, включающая блок приема и хранения мочи, блок предварительной обработки мочи и смывной воды, блок извлечения воды из мочи (Lawrence D. Noble, Jr., Franz H. Schubert and Robert P. Werner, "An Update of the Readiness of Vapor Compression Distillation for Spacecraft Wastewater Processing", 22-nd International Conference on Environmental Systems, Seattle, 13-14 July, 1992, N 921114).

Блок извлечения воды из мочи включает узел дистилляции, жидкостной насос, вакуум-насос, узлы контроля жидкостей и контроля давления, фильтрующую емкость циркуляционного контура, встроенные контрольные приборы.

Узел дистилляции выполнен в виде ротационного лопастного компрессора с датчиком температуры, центрифуги, состоящей из разделенных тонкой перегородкой испарителя и конденсатора и датчиков уровня жидкости и скорости вращения. Узел дистилляции содержит двигатель, связанный непосредственно с одной из лопастей компрессора магнитной муфтой, а через редуктор - с центрифугой. На электродвигателе установлены охлаждающий теплообменник и датчик скорости вращения.

Узел жидкостного насоса выполнен в виде четырехпоточного перистальтического насоса, одна трубка которого предназначена для подачи мочи в дистиллятор, две трубки - для перекачки концентрата из дистиллятора, а последняя трубка - для откачки дистиллята (конденсата). Внутренняя полость корпуса насоса находится под вакуумом.

Узел вакуум-насоса предназначен для откачки неконденсирующихся газов и пара и выполнен в виде четырехпоточного перистальтического насоса, имеющего охлаждающую рубашку для конденсации пара и охлаждения неконденсирующихся газов.

В известной системе консервированную мочу из блока приема и хранения мочи подают в циркуляционный контур блока извлечения воды из мочи, где она циркулирует через фильтрующую емкость, являющуюся одновременно сборником концентрата, до тех пор, пока не будет достигнута необходимая степень извлечения воды из мочи, при этом циркулирующую мочу подают на одну из сторон вращающейся теплообменной поверхности центрифуги, где моча нагревается и из нее испаряется вода в количестве, соответствующем подведенному теплу. Процесс дистилляции мочи проводят под вакуумом. Пары воды откачивают, сжимают компрессором с повышением их давления и подают на другую сторону указанной вращающейся теплообменной поверхности, где пары воды конденсируются и тепло конденсации нагревает мочу, находящуюся с противоположной стороны этой поверхности. Образующийся конденсат прокачивают через датчик контроля качества и подают для последующего использования.

Недостатками известной системы являются: высокое энергопотребление компрессора пара, определяемое производительностью дистиллятора; снижение производительности дистиллятора с ростом концентрации упариваемого раствора, что приводит к увеличению времени работы системы и ее энергопотребления; наличие специальных перистальтических насосов для перекачки мочи на входе и выходе дистиллятора, что увеличивает массу и энергопотребление системы и снижает надежность ее работы.

Известен вакуумный многоступенчатый дистиллятор морской воды, включающий установленный с возможностью вращения вертикальный полый ротор, электродвигатель, установленные поочередно в роторе выполненные из металла с высокой теплопроводностью теплообменные тарелки и кольцевые перегородки, разделяющие их кольцевые теплоизоляционные прокладки. Тарелки, перегородки и прокладки образуют ступени дистилляции с поверхностями испарения и конденсации и расположенными на периферии камерами сбора концентрата и конденсата, разделенными кольцевыми перегородками. Дистиллятор имеет также размещенный по наружному периметру ступеней дистилляции теплообменник предварительного подогрева с раздельными каналами для циркуляции морской воды, конденсата и концентрата, при этом каналы для циркуляции морской воды соединяются параллельно на входе с вертикальными раздаточными коллекторами (стояками) морской воды, а на выходе - с поверхностями испарения ступеней дистилляции, тогда как каналы концентрата и конденсата соединяются параллельно на входе соответственно камерами сбора концентрата и конденсата, а на выходе - с коллекторами концентрата и конденсата, подсоединенными к средствам отвода этих сред.

В ступенях дистилляции (кроме первой и последней) поверхностью испарения служит верхняя сторона нижней тарелки, а поверхностью конденсации - нижняя сторона вышележащей соседней тарелки, при этом первая ступень дистилляции поверхности испарения не имеет и снабжена патрубком для подвода греющего пара, а последняя ступень соединена с вакуумной линией отвода неконденсирующихся газов и снабжена змеевиком, являющимся поверхностью конденсации. Вход змеевика соединен со средством подачи морской воды, а выход - с коллекторами морской воды. [Richard L. Clark and LeRoy A. Bromley, "Saline water conversion by Multiple - effect rotating evaporator", Chemical Engineering Progress, vol. 57, N 1, p.p. 64-70].

Пар подается на нижнюю тарелку, обеспечивая подвод тепла на испарение. Низкое давление (вакуум) создается на верхней (самой холодной) тарелке с целью обеспечения необходимого температурного градиента. Подаваемая в дистиллятор перерабатываемая жидкость (в данном случае морская вода) после подогрева за счет конденсации на змеевике пара с верхней тарелки поступает в теплообменник предварительного подогрева, в котором каждый из потоков подогревается до температуры, близкой температурам испарения на тарелках, а затем параллельные потоки перерабатываемой жидкости направляются в центр тарелок.

До 50% исходной жидкости упаривается по мере того, как она стекает по тарелкам в виде тонкой пленки, что обеспечивает интенсивную передачу тепла. Пар конденсируется на донной (нижней) поверхности тарелок, расположенных выше. Конденсат и концентрат стекают к наружной кромке тарелок под действием центробежных сил соответственно в камеры сбора конденсата и концентрата, а разделяющие камеры перегородки предотвращают смешение концентрата и конденсата. Последние стекают в теплообменник предварительного подогрева, обеспечивая нагрев исходной перерабатываемой жидкости. Далее концентрат и конденсат отводятся из дистиллятора.

Наличие теплообменника предварительного нагрева перерабатываемой жидкости усложняет конструкцию дистиллятора и увеличивает его массу.

Также к недостаткам известного дистиллятора следует отнести то, что в случае его остановки в невесомости будет происходить попадание перерабатываемой жидкости в конденсат, что может привести к снижению качества получаемой воды.

При повышении степени упаривания жидкости до требуемых на космических объектах значений из-за увеличения температурной депрессии будет расти общий температурный перепад, что увеличит затраты энергии и снизит общую эффективность дистиллятора.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является система регенерации воды из мочи на борту космического летательного аппарата, содержащая последовательно соединенные блок приема и консервации мочи, блок извлечения воды из мочи, блок сорбционно-каталитической очистки извлеченной воды. Блок приема и консервации мочи содержит дозатор консерванта и смывной воды, сепаратор газожидкостной смеси для отделения воздуха от мочи, сигнализатор поступления консерванта, промежуточный сборник отсепарированной мочи, выполненный в виде трех изолированных одна от другой эластичных емкостей, каждая емкость снабжена датчиком заполнения и опорожнения и электромагнитными клапанами и линию подачи мочи. Блок извлечения воды из мочи включает аппарат упаривания мочи, снабженный циркуляционным контуром мочи со средством ее нагрева, сборник концентрата мочи, соединенный через электромагнитный клапан с циркуляционным контуром мочи, конденсатор (охлаждающий теплообменник), линию отвода конденсата, имеющую промежуточную емкость сбора конденсата с насосом откачки конденсата, линию отвода влажных неконденсирующихся газов с сепаратором. Блок сорбционно-каталитической очистки извлеченной воды состоит из двух колонн, одна из которых послойно содержит катализатор и сорбент, а другая - гранулированные полимерные носители солей, содержит также емкость сбора и хранения воды, датчики контроля качества воды и электромагнитные клапаны [Патент РФ N 2046080, кл. B 64 G 1/60, опубл. 1995 г.].

Аппарат упаривания мочи выполнен в виде испарителя, имеющего испарительную перегородку, состоящую из капиллярно-пористых полимерных полупроницаемых мембран, делящую испаритель на зону мочи, через которую проходит жидкостной поток, и зону воздуха, циркулирующего в самостоятельном замкнутом контуре воздуха. При этом испарение мочи происходит при атмосферном давлении, а подпитка свежей консервированной мочой со смывной водой происходит за счет разрежения, возникающего в контуре мочи по мере ее упаривания.

Циркуляционный контур мочи содержит циркуляционный насос мочи, электрический нагреватель мочи, фильтр - воздухоотделитель-накопитель, электромагнитный клапан.

Циркуляционный контур воздуха содержит конденсатор, сепаратор на пористых элементах, воздуходувку и влагоуловитель.

Недостатками известной системы для регенерации воды из мочи являются: низкая интенсивность процессов испарения и конденсации при атмосферном давлении и, следовательно, необходимость в больших поверхностях испарения и конденсации, что приводит к увеличению массы оборудования; уменьшение скорости испарения и ухудшение качества конденсата из-за постепенной забивки капиллярно-пористых мембран и потери их избирательной проницаемости и, следовательно, уменьшение ресурса работы испарителя и колонки сорбционно-каталитической очистки конденсата, что приводит к увеличению массы запасных блоков; отсутствие рекуперации тепла конденсации, что приводит к большому энергопотреблению.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является вакуумный центробежный дистиллятор соленой воды, включающий корпус, электродвигатель, установленный в корпусе с возможностью вращения полый ротор, укрепленные на роторе теплообменные тарелки, образующие зону испарения перерабатываемой жидкости и зону конденсации, узел сепарации, разделяющий зоны испарения и конденсации, устройства распределения перерабатываемой жидкости, циркуляционный контур перерабатываемой жидкости со средством ее нагрева, линия подачи перерабатываемой жидкости и линии отвода конденсата, неконденсирующихся газов и концентрата [Патент США N 3200050, НКИ 202-176, опубл. 1965 г.].

Зона испарения перерабатываемой жидкости образована внешней стороной наклонных теплообменных тарелок, а зона конденсации образована внутренними сторонами вышеприведенных тарелок и стенками ротора.

Узел сепарации, разделяющий зоны испарения и конденсации, выполнен в виде цилиндра с жалюзями и установленного под ним компрессора.

Недостатки известного дистиллятора следующие.

Производительность дистиллятора достаточно высока, однако он не предназначен для обеспечения высокого коэффициента извлечения воды, вследствие чего не пригоден для работы в космосе, где требуется высокая степень извлечения воды.

Более того, подача перерабатываемой упариваемой жидкости на поверхности испарения, отвод из дистиллятора концентрата и конденсата возможны только при наличии гравитации и вертикального расположения аппарата.

Габариты, масса и энергопотребление дистиллятора не отвечают требованиям, предъявляемым для космической аппаратуры.

Задачей предложенного технического решения является повышение эффективности регенерации воды из мочи на борту космической станции, уменьшение массы, габаритов и энергопотребления блока извлечения воды из мочи и системы в целом.

Поставленная задача решается следующим образом. Система регенерации воды из мочи на борту космического летательного аппарата содержит последовательно соединенные блок приема и консервации мочи, блок извлечения воды из мочи, блок сорбционно-каталитической очистки извлеченной воды. Блок приема и консервации мочи содержит дозатор консерванта и смывной воды, сепаратор газожидкостной смеси для отделения воздуха от мочи, сигнализатор поступления консерванта, промежуточный сборник отсепарированной мочи, выполненный в виде трех изолированных одна от другой эластичных емкостей, каждая емкость снабжена датчиком заполнения и опорожнения и электромагнитными клапанами и линию подачи мочи. Блок извлечения воды из мочи включает аппарат упаривания мочи, снабженный циркуляционным контуром мочи со средством ее нагрева, сборник концентрата мочи, соединенный через электромагнитный клапан с циркуляционным контуром мочи, охлаждающий теплообменник, линию отвода конденсата, имеющую промежуточную емкость сбора конденсата с насосом откачки конденсата, линию отвода влажных неконденсирующихся газов с сепаратором. Блок сорбционно-каталитической очистки извлеченной воды состоит из двух колонн, одна из которых послойно содержит катализатор и сорбент, а другая - гранулированные полимерные носители солей, емкостей сбора и хранения воды, датчиков контроля качества воды и электромагнитных клапанов. В системе аппарат упаривания мочи выполнен в виде вакуумного центробежного многоступенчатого дистиллятора и снабжен замкнутым циркуляционным контуром конденсата с размещенными в нем охлаждающим теплообменником и электромагнитными клапанами, линия подачи мочи снабжена насосом и фильтром и соединена с входом вакуумного дистиллятора, линия отвода влажных неконденсирующихся газов дополнительно содержит узел сбора влажных неконденсирующихся газов и эластичную емкость с датчиком заполнения и соединена одним концом с вакуумным дистиллятором, а другим с линией отвода конденсата, при этом узел сбора, сепаратор и эластичная емкость установлены последовательно. Узел сбора неконденсирующихся газов включает ресивер, выполненный в виде эластичной емкости, установленной в жестком корпусе, вакуум-насос и микронагнетатель воздуха, соединенные через электромагнитные клапаны с полостью между корпусом и эластичной емкостью ресивера, кроме того, промежуточная емкость сбора конденсата линии отвода конденсата дополнительно соединена с линией отвода влажных неконденсирующихся газов.

Предпочтительно систему дополнительно снабдить тепловым насосом, выполненным в виде парового компрессора, рабочая полость которого соединена с дистиллятором, при этом средство нагрева мочи циркуляционного контура мочи выполнено в виде теплообменника, расположенного на электродвигателе вышеназванного компрессора, а циркуляционный контур конденсата снабжен байпасной линией с электромагнитным клапаном.

Целесообразно средство нагрева мочи выполнить в виде термоэлектрического теплового насоса, и соединить его с циркуляционным контуром конденсата.

Целесообразно циркуляционный контур мочи дистиллятора снабдить теплообменником.

Предпочтительно промежуточную емкость сбора конденсата выполнить в виде корпуса с двумя крышками и направляющей, двух поршней разного диаметра, закрепленных на концах штока, установленного в направляющей, двух кольцевых эластичных элементов, герметично соединенных по внутренней окружности с поршнями, а по внешней окружности со стенками корпуса, при этом поршни с кольцевыми эластичными элементами образуют три камеры, первая из которых образована поршнем большого диаметра и крышкой и соединена с линией отвода конденсата, вторая камера образована поршнем малого диаметра и крышкой и соединена с линией отвода влажных неконденсирующихся газов, а третья камера - между двумя поршнями, снабжена двумя микропереключателями и соединена с атмосферой.

Поставленная задача решается также тем, что в вакуумном центробежном дистилляторе, преимущественно для регенерации воды из мочи на борту космического летательного аппарата, включающем корпус, электродвигатель, установленный в корпусе с возможностью вращения полый ротор, укрепленные на роторе теплообменные тарелки, образующие зону испарения перерабатываемой жидкости и зону конденсации, узел сепарации, разделяющий зоны испарения и конденсации, устройства распределения перерабатываемой жидкости, циркуляционный контур перерабатываемой жидкости со средством ее нагрева, линию подачи перерабатываемой жидкости и линии отвода конденсата, неконденсирующихся газов и концентрата. Дистиллятор выполнен многоступенчатым и дополнительно содержит камеру сбора конденсата, циркуляционный контур конденсата, включающий охлаждающий теплообменник и электромагнитные клапаны, причем входной патрубок контура расположен на периферии камеры сбора конденсата и выполнен в виде черпака, а выходной патрубок - в центральной части камеры сбора конденсата. Дистиллятор дополнительно содержит также неподвижный полый ввод, закрепленный на корпусе и установленный коаксиально в центральной части ротора с расположенными в нем подводящими и отводящими линиями. Ступени дистиллятора отделены друг от друга в зонах испарения гидрозатворами, а в зонах конденсации дисками с отверстиями для сброса неконденсирующихся газов, образующими со стенкой ротора гидрозатворы для перетока конденсата. Вход циркуляционного контура перерабатываемой жидкости расположен на периферии зоны испарения первой ступени и выполнен в виде черпака, а выход контура - в центральной части зоны испарения первой ступени. Зоны испарения каждой ступени соединены последовательно каналами перетока, устройства распределения перерабатываемой жидкости включают в себя каналы перетока, снабженные на входе и выходе черпаками, и отводные трубки, сливные отверстия которых направлены на центральные части теплообменных тарелок и гидрозатворы. Сепарационные узлы выполнены в виде сепарационных тарелок, ребра которых входят в зазоры между ребрами теплообменных тарелок, и снабжены пористой набивкой. Выход линии подачи исходной перерабатываемой жидкости снабжен черпаком и расположен на периферии зоны испарения последней ступени, вход линии отвода конденсата снабжен черпаком и расположен на периферии камеры сбора конденсата, а вход линии отвода неконденсирующихся газов расположен в центральной части камеры сбора конденсата.

Предпочтительно вакуумный центробежный дистиллятор снабдить тепловым насосом, выполненным в виде парового компрессора, вход которого расположен после узла сепарации последней ступени, а выход - в зоне конденсации первой ступени, при этом средство нагрева перерабатываемой жидкости целесообразно выполнить в виде теплообменника, расположенного на электродвигателе вышеназванного компрессора, а циркуляционный контур конденсата снабдить байпасной линией с электромагнитным клапаном.

Целесообразно средство нагрева циркуляционного контура перерабатываемой жидкости выполнить в виде термоэлектрического теплового насоса, при этом последний соединить с циркуляционным контуром конденсата.

Для предотвращения конденсации пара в полости между ротором и корпусом камеру сбора конденсата со стороны корпуса предпочтительно снабдить теплоизоляцией.

Кроме того, циркуляционный контур перерабатываемой жидкости целесообразно снабдить теплообменником, установленным на статоре электродвигателя дистиллятора.

На фиг. 1 представлена общая схема предложенной системы регенерации воды из мочи на борту космического летательного аппарата.

На фиг. 2 - схема I варианта блока извлечения воды из мочи.

На фиг. 3 - схема II варианта блока извлечения воды из мочи.

На фиг. 4 - схема III варианта блока извлечения воды из мочи.

На фиг. 5 - принципиальная схема центробежного многоступенчатого вакуумного дистиллятора.

На фиг. 6 - вид А фиг. 5.

На фиг. 7 - схема промежуточной емкости сбора конденсата блока извлечения воды из мочи.

Предложенные система и вакуумный центробежный дистиллятор для регенерации воды из мочи на борту космического летательного аппарата отличаются от известных рядом существенных особенностей, суть которых можно пояснить следующим образом.

Длительная эксплуатация (8 лет) системы регенерации воды из мочи на космической станции "Мир" (прототипа заявляемой системы) показала, что блок приема и консервации мочи и блок сорбционно-каталитической очистки извлекаемой из мочи воды работают достаточно эффективно и надежно и могут быть использованы с небольшими доработками для перспективных космических станций, в частности для международной космической станции. Однако блок атмосферной дистилляции прототипа имеет ограничения по производительности и степени рекуперации тепловой энергии и не удовлетворяет техническим требованиям по производительности и энергопотреблению, предъявляемым к системе регенерации воды из мочи для перспективных (в частности международной) космических станций.

Известная система регенерации воды из водосодержащих отходов, в частности мочи (аналог заявляемой системы), с вакуумным узлом дистилляции на основе центробежного дистиллятора с встроенным в него паровым компрессором и блоком внешних перистальтических насосов обладает достаточной производительностью и невысоким энергопотреблением на 1 кг регенерированной воды, однако использование одноступенчатого низкооборотного центробежного дистиллятора (число оборотов центрифуги 180 об/мин) существенно ограничивает возможности такой системы в части повышения ее эффективности, в т.ч. уменьшения габаритов и массы оборудования, повышения надежности работы внешних перистальтических (перекачивающих жидкостных) насосов, сепарационных узлов и пр.

Предлагаемая система регенерации воды из мочи для космической станции на основе высокооборотного (число оборотов ротора 1200-1500 об/мин) многоступенчатого центробежного вакуумного дистиллятора существенно расширяет возможности системы. В многоступенчатом дистилляторе теплота конденсации предыдущей ступени используется для испарения жидкости последующей ступени многократно, что само по себе снижает затраты энергии на испарение по сравнению с теоретически необходимым (исходя из теплоты парообразования) почти в n раз, где n - количество ступеней дистиллятора. При этом общая производительность по испаренной воде в n раз больше, чем в каждой из ступеней. Экспериментальные данные показали, что при работе с трехступенчатым центробежным вакуумным дистиллятором и электрическим нагревателем перерабатываемой жидкости удельное энергопотребление (с учетом энергопотребления двигателя) составило 320 Втч на 1 кг выпаренной воды при производительности 2,5-3 кг/ч, что в 2,2 раза ниже теоретического значения. При шести ступенях дистилляции расчетное значение удельного энергопотребления может составить 140-160 Втч на 1 кг выпаренной воды. Однако при регенерации воды из мочи с необходимым коэффициентом извлечения воды не ниже 90% увеличение числа ступеней приводит к росту концентрации солей и температурной депрессии по ступеням в большей степени, чем при меньшем количестве ступеней, при этом расчеты показывают, что вряд ли целесообразно иметь число ступеней в дистилляторе более четырех-пяти.

Для дальнейшего снижения энергопотребления в предлагаемой системе вместо электрического нагревателя перерабатываемой жидкости предлагается использовать внешний тепловой насос, например термоэлектрический тепловой насос (на основе эффекта Пельтье) или паровой компрессор. Конструкция дистиллятора и системы в целом позволяет использовать любой из предлагаемых вариантов.

При использовании термоэлектрического теплового насоса теплота конденсации последней ступени дистиллятора переносится на более высокий температурный уровень и подогревает мочу, циркулирующую через первую ступень. Использованный в нашей системе термоэлектрический тепловой насос позволил при работе с трехступенчатым центробежным вакуумным дистиллятором снизить удельные затраты энергии до 140 Втч на 1 кг выпаренной воды.

При использовании в качестве теплового насоса парового компрессора пар последней ступени дистиллятора сжимается компрессором и при более высоком давлении и температуре конденсируется на теплообменной поверхности первой ступени, передавая теплоту конденсации моче, орошающей обратную сторону этой поверхности. При испытаниях системы с трехступенчатым центробежным вакуумным дистиллятором и паровым компрессором удельные затраты энергии составили 60 Втч на 1 кг выпаренной воды при производительности 2,5-3 кг/ч. Производительность компрессора по пару примерно в n раз меньше, но в n раз больше его степень сжатия, чем аналогичного компрессора, работающего с одноступенчатым дистиллятором при той же производительности дистиллятора по выпаренной воде. Но поскольку полезная работа сжатия пара мала и не превышает 5 Втч/л, а мощность привода компрессора определяется в основном механическим совершенством конструкции, то, очевидно, при одинаковых числах оборотов компрессор малой производительности по пару будет иметь меньшие габариты, массу и энергопотребление.

Высокие обороты ротора дистиллятора позволяют вместо внешних перистальтических насосов использовать скоростной напор жидкости, и с помощью встроенных в дистиллятор черпаков (черпаковых насосов) обеспечить циркуляцию перерабатываемой жидкости и конденсата, орошение теплообменных поверхностей, а также поступление исходной жидкости в дистиллятор, ее переток по ступеням и автоматическое поддержание уровня жидкости в ступенях.

Высокие обороты ротора дистиллятора обеспечивают высокий фактор разделения, что существенно улучшает работу сепарационных узлов и улучшает качество получаемого конденсата, а также обеспечивают интенсификацию процессов тепло- и массообмена на вращающихся поверхностях, что приводит к уменьшению габаритов и массы дистиллятора.

Подача перерабатываемой жидкости в последнюю ступень дистиллятора с последующим перетоком ее в направлении первой ступени, с организацией циркуляции жидкости через первую ступень и циркуляционный контур позволяет уменьшить влияние роста концентрации перерабатываемой жидкости на рост температурного уровня процесса, на снижение производительности дистиллятора, что в итоге приводит к повышению эффективности работы системы в целом, в том числе к снижению энергозатрат и повышению качества регенерированной воды.

Система регенерации воды из мочи состоит из последовательно соединенных блока приема и консервации мочи, блока извлечения воды из мочи и блока сорбционно-каталитической очистки извлеченной воды.

Блок приема и консервации мочи состоит из мочеприемника 1, эластичной емкости 2 с консервантом, эластичной емкости 3 со смывной водой, дозатора 4 консерванта и смывной воды, центробежного сепаратора 5 газожидкостной смеси для отделения воздуха от мочи, сигнализатора 6 поступления консерванта, вход которого подсоединен к выходу дозатора 4 консерванта и смывной воды, а выход - к входу в сепаратор 5 газожидкостной смеси, вентилятора 7 транспортного воздуха и фильтра 8 вредных примесей.

Кроме того, блок приема и консервации мочи имеет промежуточный сборник отсепарированной мочи, выполненный в виде трех изолированных одна от другой эластичных емкостей, соответственно, 9, 10, 11, две из которых 9 и 10 выполнены одинакового объема, а третья 11 - меньшего. Каждая емкость снабжена датчиком заполнения и опорожнения, соответственно, 12, 13, 14, приемным электромагнитным клапаном, соответственно, 15, 16, 17 и выходным электромагнитным клапаном, соответственно, 18, 19, 20.

Блок приема и консервации мочи соединен с блоком извлечения воды из мочи линией подачи мочи (перерабатываемой жидкости) 21, снабженной насосом подачи мочи 22, байпасной линией с электромагнитным клапаном 23 и фильтром мочи 24.

Блок извлечения воды из мочи состоит из соединенного с линией подачи мочи 21 через приемные электромагнитные клапаны 25 и 26 и предохранительный клапан 27 вакуумного центробежного многоступенчатого дистиллятора 28 с теплообменником 29 на его электродвигателе, средства нагрева мочи, соединенного замкнутым циркуляционным контуром мочи 30 с дистиллятором 28, сборника концентрата мочи 31 с датчиком заполнения 32, соединенного линией отвода концентрата 33 через электромагнитный клапан 34 с циркуляционным контуром мочи 30.

Кроме того, блок содержит соединенный с дистиллятором 28 замкнутый циркуляционный контур конденсата 35 с размещенным в нем охлаждающим теплообменником 36 и двумя электромагнитными клапанами 37 и 38.

А также блок снабжен линией отвода конденсата 39, имеющей промежуточную емкость сбора конденсата 40 с насосом откачки конденсата 41, и линией отвода влажных неконденсирующихся газов 42 с сепаратором 43.

Линия отвода влажных неконденсирующихся газов 42 имеет также первый электромагнитный клапан 44, узел сбора влажных неконденсирующихся газов, второй электромагнитный клапан 45, обратный клапан 46 и эластичную емкость 47 с датчиком заполнения 48.

Линия отвода влажных неконденсирующихся газов 42 соединена одним концом с вакуумным дистиллятором 28, а другим через электромагнитный клапан 49 с линией отвода конденсата 39. При этом первый электромагнитный клапан 44, узел сбора влажных неконденсирующихся газов, второй электромагнитный клапан 45, обратный клапан 46, сепаратор 43 и эластичная емкость 47 установлены последовательно.

Узел сбора неконденсирующихся газов включает ресивер 50, выполненный в виде эластичной емкости, установленной в жестком корпусе, вакуум-насос 51 и микронагнетатель воздуха 52, соединенные через электромагнитные клапаны, соответственно, 53 и 54 с полостью между корпусом и эластичной емкостью ресивера 50.

Линия отвода конденсата 39 дополнительно содержит предохранительный обратный 55 и электромагнитный 56 клапаны.

Промежуточная емкость сбора конденсата 40 присоединена с одной стороны к линии отвода конденсата 39 между клапанами 55 и 56, а с другой стороны с линией отвода влажных неконденсирующихся газов 42.

Циркуляционный контур мочи 30, соединенный с вакуумным дистиллятором 28, снабжен двумя электромагнитными клапанами 57 и 58 и может быть выполнен в трех вариантах.

Согласно первому варианту (фиг. 2) средство нагрева мочи может быть выполнено в виде электрического нагревателя 59.

Согласно второму варианту (фиг. 3) система дополнительно содержит тепловой насос, выполненный в виде парового компрессора 60, рабочая полость которого соединена с дистиллятором 28. При этом средство нагрева мочи циркуляционного контура мочи 30 выполнено в виде теплообменника 61, расположенного на электродвигателе компрессора 60, а циркуляционный контур конденсата 35 снабжен байпасной линией 62 с электромагнитным клапаном 63.

Теплообменник 61 циркуляционного контура мочи 30 соединен последовательно с теплообменником 29 электродвигателя дистиллятора 28, аналогично нагревателю 59 (первого варианта - фиг. 2). Объем мочи в теплообменнике 61 равен объему мочи в нагревателе 59 (фиг. 2), что обеспечивает получение той же степени упаривания мочи.

Согласно третьему варианту (фиг. 4) средство нагрева мочи может быть выполнено в виде термоэлектрического теплового насоса 64, при этом последний соединен с циркуляционным контуром конденсата 35.

Промежуточная емкость сбора конденсата 40 выполнена (фиг. 7) в виде корпуса 65 с двумя крышками, соответственно, 66 и 67 и направляющей 68, двух поршней большого 69 и малого 70 диаметров, закрепленных на концах штока 71, установленного в направляющей 68, двух кольцевых эластичных элементов 72 и 73, герметично соединенных по внутренней окружности с поршнями 69 и 70, а по внешней окружности со стенками корпуса 65. При этом поршни 69 и 70 с кольцевыми эластичными элементами 72 и 73 образуют три камеры - жидкостную 74, вакуумную 75 и промежуточную 76. Жидкостная камера 74 образована поршнем большого диаметра 69 и крышкой 66 и соединена с линией отвода конденсата 39. Вакуумная камера 75 образована поршнем малого диаметра 70 и крышкой 67 и соединена с линией отвода влажных неконденсирующихся газов 42. Промежуточная камера 76 расположена между двумя поршнями 69 и 70, снабжена двумя микропереключателями 77 и 78 и соединена с атмосферой.

Вакуумный центробежный многоступенчатый дистиллятор 28, например, трехступенчатый (фиг. 5, 6) содержит корпус 79, электродвигатель 80, установленный в корпусе 79 с возможностью вращения на подшипниках 81 полый ротор 82, укрепленные на роторе 82 теплообменные тарелки 83, образующие зоны испарения перерабатываемой жидкости 84 и зоны конденсации 85, узел сепарации, разделяющий зоны испарения 84 и конденсации 85 и выполненный в виде сепарационных тарелок 86, ребра которых входят в зазоры между ребрами теплообменных тарелок 83, и пористых набивок 87, устройства распределения перерабатываемой жидкости, циркуляционный контур перерабатываемой жидкости (в частности мочи) 30 со средством ее нагрева, линию подачи перерабатываемой жидкости (в частности мочи) 21 и линии отвода конденсата 39 и неконденсирующихся газов 42.

Кроме того, дистиллятор содержит камеру сбора конденсата 88, циркуляционный контур конденсата 35 и неподвижный полый ввод 89.

Циркуляционный контур конденсата 35 содержит охлаждающий теплообменник 36 и электромагнитные клапаны 37 и 38, причем входной патрубок контура 35 расположен на периферии камеры сбора конденсата 88 и выполнен в виде черпака 90, а выходной патрубок - в центральной части камеры сбора конденсата 88.

Неподвижный полый ввод 89 закреплен на корпусе 79, установлен коаксиально в центральной части ротора 82 и предназначен для расположения подводящих и отводящих линий.

Ступени дистиллятора 28 отделены друг от друга в зонах испарения 84 гидрозатворами 91, а в зонах конденсации 85 - дисками 92 с отверстиями 93 для сброса неконденсирующихся газов, образующими со стенкой ротора 82 гидрозатворы 94 для перетока конденсата.

Вход циркуляционного контура перерабатываемой жидкости 30 расположен на периферии зоны испарения 84 первой ступени и выполнен в виде черпака 95, а выход контура - в центральной части зоны испарения 84 первой ступени.

Зоны испарения 84 каждой ступени соединены последовательно каналами перетока 96.

Устройства распределения перерабатываемой жидкости включают в себя каналы перетока 96, снабженные на входе и выходе черпаками 97, и отводные трубки 98, сливные отверстия которых направлены на центральные части теплообменных тарелок 83 и гидрозатворы 91.

Выход линии подачи исходной перерабатываемой жидкости 21 снабжен черпаком 99 и расположен на периферии зоны испарения 84 последней ступени.

Вход линии отвода конденсата 39 снабжен черпаком 100 и расположен на периферии камеры сбора конденсата 88.

Вход линии отвода неконденсирующихся газов 42 расположен в центральной части камеры сбора конденсата 88.

Камера сбора конденсата 88 со стороны корпуса 79 снабжена теплоизоляцией 101 для предотвращения конденсации пара в полости между ротором 82 и корпусом