Одежда с жидкостным охлаждением и вентиляцией - Википедия - Liquid cooling and ventilation garment

Мужчина в одежде с жидкостным охлаждением и вентиляцией для Космический шатл /Международная космическая станция Подразделение внекорабельной мобильности (ЭМУ)

А одежда с жидкостным охлаждением (LCG) это облегающая одежда что используется для удаления тепло тела от владельца в среде, где охлаждение испарением из потливость и под открытым небом конвекционное охлаждение не работает, или у пользователя есть биологическая проблема, которая препятствует саморегулированию температуры тела.

А одежда с жидкостным охлаждением и вентиляцией (LCVG) имеет дополнительную стойкость к раздавливанию вентиляционные каналы, которые вытягивают влажный воздух из конечностей пользователя, сохраняя его сухим. В полностью закрывающем костюме, где выдыхаемый воздух для дыхания может попадать в костюм, выдыхаемый воздух влажен и может вызывать неприятное ощущение сырости или сырости.

Хотя эта технология чаще всего ассоциируется с космические костюмы, он также используется в широком спектре наземных приложений, где охлаждение на открытом воздухе трудно или невозможно достичь, например, пожаротушение, работая в металлургический комбинат и все чаще хирурги во время длительных или напряженных процедур.

Технологии

Одежда с жидкостным охлаждением обычно состоит из двух частей:

одежда и трубки для сбора тепла
теплообменник для отвода тепла от циркулирующей жидкости

Одежда и трубки

Одежда, как правило, представляет собой плотно прилегающую нерастягивающуюся ткань или плотно прилегающую эластичную ткань с гибкими трубками, пришитыми к ткани. Может использоваться один слой ткани, при этом трубка либо внутри, непосредственно контактирует с кожей пользователя, либо снаружи отделена тканью. Если используются два слоя ткани, можно сформировать прошитые каналы, которые охватывают трубку между двумя слоями ткани. Если требуется 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 поливинил хлорид (ПВХ) или силикон. Трубки меньшего диаметра обеспечивают более высокую степень гибкости одежды, но за счет более низкой способности поглощения тепла и повышенного давления, необходимого для проталкивания жидкости через трубку.

Когда необходимо охладить большую площадь или внешняя среда также нагревает трубку, одной длинной трубки может быть недостаточно, потому что жидкость насыщается теплом и не может охлаждаться дальше. Сделать жидкость намного холоднее - не вариант, поскольку это приводит к неприятному холоду в местах попадания жидкости в трубки. Вместо этого используются несколько параллельных трубок, чтобы увеличить объем жидкости, доступной для поглощения тепла.

Покрытие кожи и плотность трубки могут варьироваться в зависимости от области применения. Одежда может быть просто рубашкой с короткими рукавами или костюмом, закрывающим все тело, закрывающим руки и ноги. Если потребность в отводе тепла низкая, трубки могут быть расположены 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

Для портативных наземных применений теплообменник для охлаждения жидкости может быть очень низкотехнологичным, состоящим просто из контейнера для хранения льда и электрического насоса для циркуляции воды из контейнера по трубке. Возвратная вода охлаждается тающим льдом и снова прокачивается по трубкам. Регулирование расхода осуществляется путем изменения скорости насоса или с помощью регулируемого клапана потока. Хранение льда может быть достигнуто с помощью поясного ремня, рюкзака или спортивной сумки, в зависимости от продолжительности времени, необходимого для работы системы охлаждения между наполнением хранилища льда.

В ситуациях, когда пользователь должен оставаться на месте внутри транспортного средства, можно использовать тяжелые, но долговечные теплообменники, такие как холодильная установка для охлаждения жидкости.

Когда движение пользователя частично затруднено из-за использования шлангокабеля жизнеобеспечения, охлаждающая жидкость также может подаваться через шлангокабель.

Космические приложения

Космонавтов обычно носите одежду с жидкостным охлаждением и вентиляцией, чтобы поддерживать комфорт внутренняя температура тела в течение внекорабельная деятельность (EVA). LCVG выполняет эту задачу за счет циркуляции прохладной воды через сеть гибких трубок, непосредственно контактирующих с кожей космонавта. Вода отводит тепло от тела, что снижает внутреннюю температуру. Затем вода возвращается в система первичного жизнеобеспечения (PLSS), где он охлаждается в теплообменник перед рециркуляцией.

В автономном скафандре тепло в конечном итоге передается тонкому слою льда (образуемому отдельным источником питательной воды). Из-за крайне низкого давления в космосе нагретый лед сублимирует непосредственно на водяной пар, который затем отводится от костюма.

Ледяной сублиматор состоит из спеченный никелевые пластины с микроскопическими порами, размер которых позволяет воде замерзать в пластине, не повреждая ее. Поэтому, когда необходимо отвести тепло, лед в порах тает, и вода проходит через них, образуя тонкий слой, который сублимируется (как сухой лед). Когда нет необходимости отводить тепло, эта вода повторно замерзает, герметизируя пластину. Скорость сублимации льда прямо пропорциональна количеству тепла, которое необходимо отвести, поэтому система саморегулируется и не требует движущихся частей. Во время выхода в открытый космос на Луне температура газа на выходе составляла 44 ° F (7 ° C),^[1] Например, во время первого выхода в открытый космос командира «Аполлона-12» (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 в конечном итоге забиваются из-за загрязнения, и пластины необходимо заменять.,^[3]

В зависимом скафандре (например, в скафандрах, используемых в Программа Близнецы или в пределах лунной орбиты на Программа Аполлон ) тепло возвращается к космическому кораблю через пуповина соединение, где он в конечном итоге излучается или сублимируется через собственную систему терморегулирования космического корабля.

Поскольку космическая среда по сути вакуум, тепло не может быть потеряно через тепловая конвекция, и может рассеиваться только через тепловое излучение, гораздо более медленный процесс. Таким образом, даже если окружающая среда в космосе может быть очень холодной, чрезмерное нагревание неизбежно. Без LCVG не было бы средств, с помощью которых можно было бы отвести это тепло, и это повлияло бы не только на характеристики EVA, но и на здоровье человека, находящегося в костюме. LCVG, используемый с Аполлон / Скайлаб A7L костюм может отводить тепло примерно в 586 раз. Вт.^[4]

LCVG, используемый с НАСА с Подразделение внекорабельной мобильности в основном построен из спандекс, с нейлон трико лайнер.^[5] Трубки изготовлены из поливинил хлорид.