Одежда для жидкостного охлаждения и вентиляции
Одежда с жидкостным охлаждением ( LCG ) — это облегающая одежда , которая используется для отвода тепла от тела пользователя. Он обычно используется в средах, где испарительное охлаждение от потоотделения и конвекционное охлаждение на открытом воздухе не работают или недостаточно или у пользователя есть биологические проблемы, которые препятствуют саморегуляции температуры тела.
Одежда с жидкостным охлаждением и вентиляцией ( LCVG ) имеет дополнительные устойчивые к раздавливанию вентиляционные каналы , которые отводят влажный воздух от конечностей пользователя, сохраняя его сухим. В полностью закрывающемся костюме, куда может попасть выдыхаемый воздух, выдыхаемый воздух является влажным и может вызвать неприятное ощущение сырости.
Хотя эта технология чаще всего ассоциируется со скафандрами , она также используется в широком спектре наземных приложений, где охлаждение на открытом воздухе трудно или невозможно достичь, например, при пожаротушении , работе на сталелитейных заводах и во все большей степени хирургам во время длительных или напряженных процедур.
Технология
[ редактировать ]Обычно одежда с жидкостным охлаждением состоит из двух частей:
- одежда и трубки для сбора тепла
- теплообменник для отвода тепла от циркулирующей жидкости
Одежда и трубки
[ редактировать ]Одежда обычно представляет собой облегающую нерастягивающуюся ткань или плотно облегающую эластичную ткань с пришитыми к ткани гибкими трубками. Можно использовать один слой ткани, при этом трубка либо внутри непосредственно контактирует с кожей пользователя, либо снаружи, отделенная тканью. Если используются два слоя ткани, можно сформировать сшитые каналы, которые охватывают трубку между двумя слоями ткани. Если необходима огнестойкость, одежда может быть изготовлена из таких материалов, как номекс .
Трубка обычно имеет диаметр несколько миллиметров и может быть изготовлена из любого количества гибких пластиков, таких как поливинилхлорид (ПВХ) или силикон . Трубка меньшего диаметра обеспечивает более высокую степень гибкости одежды, но за счет более низкой способности поглощения тепла и увеличения давления, необходимого для проталкивания жидкости через трубку.
Когда необходимо охладить большую площадь или внешняя среда также нагревает трубку, одной длинной трубки может быть недостаточно, поскольку жидкость насыщается теплом и не может дальше охлаждаться. Делать жидкость намного холоднее нецелесообразно, поскольку это приводит к неприятному холоду там, где жидкость попадает в трубки. Вместо этого используются несколько параллельных трубок для увеличения объема жидкости, доступной для поглощения тепла.
Покрытие кожи и плотность трубок могут варьироваться в зависимости от применения. Одежда может представлять собой просто рубашку с короткими рукавами или полный костюм, закрывающий руки и ноги. Если требования к отводу тепла невелики, трубки можно расположить на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга по поверхности одежды. Там, где необходимо отвести очень большое количество тепла, трубки можно расположить плотной сеткой без зазоров между трубками.
Теплообменник
[ редактировать ]Для портативных наземных установок теплообменник для охлаждения жидкости может быть очень простым и состоять просто из контейнера для хранения льда и электрического насоса для циркуляции воды из контейнера по трубам. Обратная вода охлаждается тающим льдом и снова прокачивается по трубам. Регулирование потока осуществляется путем изменения скорости насоса или использования регулируемого клапана потока. Для хранения льда можно использовать поясной рюкзак, рюкзак или спортивную сумку, в зависимости от времени, необходимого для работы системы охлаждения между пополнением хранилища льда.
В ситуациях, когда пользователю необходимо оставаться на месте внутри транспортного средства, можно использовать тяжелые, но долговечные теплообменники, например, холодильную систему для охлаждения жидкости.
Когда движение пользователя частично затруднено из-за использования шлангокабеля жизнеобеспечения, охлаждающая жидкость также может подаваться через шлангокабель.
Космические приложения
[ редактировать ]Астронавты обычно носят одежду с жидкостным охлаждением и вентиляцией, чтобы поддерживать комфортную температуру тела во время выхода в открытый космос (EVA). LCVG выполняет эту задачу, циркулируя холодную воду через сеть гибких трубок, находящихся в непосредственном контакте с кожей космонавта. Вода отводит тепло от тела, что приводит к снижению внутренней температуры. Затем вода возвращается в первичную систему жизнеобеспечения (PLSS), где она охлаждается в теплообменнике перед рециркуляцией.
В независимом скафандре тепло в конечном итоге передается тонкому слою льда (образованному отдельным источником питательной воды). Из-за чрезвычайно низкого давления в космосе нагретый лед сублимируется непосредственно в водяной пар, который затем выводится из скафандра.
Сублиматор льда состоит из спеченных никелевых пластин с микроскопическими порами, размер которых позволяет воде замерзать в пластине, не повреждая ее. Когда необходимо отвести тепло, лед в порах тает, и вода проходит через них, образуя тонкий слой, который сублимирует. Когда нет необходимости в отводе тепла, эта вода повторно замерзает, запечатывая пластину. Скорость сублимации льда прямо пропорциональна количеству тепла, которое необходимо отвести, поэтому система является саморегулирующейся и не требует движущихся частей. Во время выхода в открытый космос на Луну температура газа на выходе этой системы составляла 44 ° F (7 ° C). [1] Например, во время первого выхода командира Аполлона-12 в открытый космос (3 часа 44 минуты) было сублимировано 4,75 фунта (2,15 кг) питательной воды, и это рассеяло 894,4 БТЕ/ч (262,1 Вт). [2] Поры со временем забиваются из-за загрязнения, и пластины необходимо заменять. [3]
В зависимом скафандре (например, в тех, которые используются в программе «Джемини» или на лунной орбите в программе «Аполлон» ) тепло передается обратно к космическому кораблю-хозяину через шлангокабель , где оно в конечном итоге излучается или сублимируется через собственные каналы космического корабля. система терморегулирования.
Поскольку космическая среда по сути представляет собой вакуум , тепло не может теряться за счет тепловой конвекции и может рассеиваться только напрямую за счет теплового излучения , что является гораздо более медленным процессом. Таким образом, даже несмотря на то, что космическая среда может быть чрезвычайно холодной, чрезмерное накопление тепла неизбежно. Без LCVG не было бы средств отвода этого тепла, и это повлияло бы не только на работу выхода в открытый космос, но и на здоровье человека, находящегося в скафандре. LCVG, используемый с костюмом Apollo/Skylab A7L, мог отводить тепло со скоростью примерно 2000 БТЕ/ч (590 Вт). [4]
LCVG, используемый в составе НАСА модуля внекорабельной мобильности , в основном изготовлен из спандекса с подкладкой из нейлонового трикотажа . [5] Трубки изготовлены из поливинилхлорида .
Другие приложения
[ редактировать ]LCVG, изначально разработанные для исследования космоса, были адаптированы для множества применений на Земле. Эта одежда, необходимая для регулирования температуры в средах, где традиционное охлаждение неэффективно, используется в военной, спортивной и различных областях медицины.
Первоначально предназначенные для космонавтов и пилотов, LCVG позже были адаптированы для военного применения, в том числе для пилотов вертолетов и горноспасателей. В 1980-х годах их использование расширилось, включив в него рекреационные и промышленные помещения. [6]
В медицинской сфере LCVG используются при таких состояниях, как гипогидротическая эктодермальная дисплазия , когда пациенты не могут потеть и регулировать температуру тела. Эта одежда также эффективна при лечении рассеянного склероза , периферической невропатии , буллёзного эпидермолиза , расщелины позвоночника и церебрального паралича , обеспечивая контролируемое охлаждение тела. [7]
LCVG нашли применение в спортивной терапии. Устройства, оказывающие давление и холод на травмированные участки, принесли пользу как спортсменам, так и животным, таким как собаки и лошади. Системы охлаждения также используются для повышения производительности и снижения риска сотрясений мозга у спортсменов. [8]
LCVG используются в промышленных условиях для помощи работникам, которые носят тяжелую защитную одежду или работают в жарких условиях. Сюда входят применения при очистке опасных материалов , эксплуатации электростанций и горнодобывающей промышленности . [9]
Представительство в СМИ
[ редактировать ]LCVG часто изображались в научно-фантастических и приключенческих фильмах. Эти изображения варьируются от реалистичных изображений до творческих адаптаций в экстремальных условиях окружающей среды.
Одним из примеров является франшиза « Дюна» , где персонажи носят костюмы, известные как «стилсьюты», которые очень напоминают функции LCVG. [ нужна ссылка ] создан для выживания в суровом пустынном климате вымышленной планеты Арракис. Точно так же в «Марсианине » астронавты показаны в усовершенствованных костюмах, оснащенных системами жизнеобеспечения. [ нужны разъяснения ]
Другие фильмы, в которых использовались подобные технологии, включают «Прометей» и «Интерстеллар» , где персонажи надевают усовершенствованные костюмы для исследования внеземных цивилизаций.
Подобные презентации не только привлекли внимание к технологии, но и вдохновили на инновации и разработки в реальных приложениях. [ нужна ссылка ]
Галерея
[ редактировать ]
Apollo/Skylab A7L с LCVG
Старый Орлан LCVG
Текущий LCVG Орлана
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Карсон, Морис А. «Отчет о работе портативной системы жизнеобеспечения Apollo». Вторая конференция по портативным жизненным системам. 1971, стр. 54
- ^ Карсон, Морис А. «Отчет о работе портативной системы жизнеобеспечения Apollo». Вторая конференция по портативным жизненным системам. 1971, стр. 60
- ^ Томас, Кеннет С. и Гарольд Дж. Макманн. Скафандры США, стр. 120 и далее . Springer Science & Business Media, 2011.
- ^ Карсон, Морис А.; Руан, Майкл Н.; Лутц, Чарльз К.; Макбаррон, Джеймс В. II. Биомедицинские результаты «Аполлона» – Раздел VI – Глава 6 – Отделение внекорабельной мобильности . Космический центр Линдона Б. Джонсона. Архивировано из оригинала 21 марта 2007 г. Проверено 7 января 2007 г.
- ^ Фрейденрих, Крейг К. (14 декабря 2000 г.). «Как работают скафандры» . Как все работает . Проверено 18 января 2007 г.
- ^ «Охлаждающая одежда находит новое применение в медицине, спорте и промышленности» . Спинофф НАСА .
- ^ «Охлаждающая одежда находит новое применение в медицине, спорте и промышленности» . Спинофф НАСА .
- ^ «Охлаждающая одежда находит новое применение в медицине, спорте и промышленности» . Спинофф НАСА .
- ^ «Охлаждающая одежда находит новое применение в медицине, спорте и промышленности» . Спинофф НАСА .