СПОСОБ СТИРКИ ОДЕЖДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF WASHING CLOTHES AND DEVICE THEREFOR

Способ стирки одежды и устройство для его осуществления предназначены преимущественно для применения в условиях космоса, в условиях невесомости на борту пилотируемого космического аппарата.
Известен способ стирки и устройство для его осуществления (Патент на изобретение №214586. Вакуумная стиральная машина), при котором создаются условия кипения моющей жидкости при температуре ниже температуры ее кипения при атмосферном давлении. Пар, откачиваемый вакуумным насосом, дополнительно используется в процессе стирки, т.е. цикл работы машины замкнутый с направлением пара с выхода вакуумного насоса обратно в моющий бак, при этом тепловая энергия пара может передаваться моющей жидкости. Для реализации этого принципа стиральная машина содержит герметичный моющий бак, вакуумный насос, конденсатор и регулирующий вентиль, которые соединены между собой посредством трубопровода. Вход насоса соединен с внутренним объемом моющего бака, выход вакуумного насоса - со входом конденсатора, выход которого соединен со входом регулирующего вентиля, а его выход соединен с внутренним объемом моющего бака. Для увеличения длительности стирки без применения нагревательного устройства энергию конденсации пара можно передать моющей жидкости в моющем баке. Для сглаживания колебаний давления между конденсатором и регулирующим вентилем можно установить ресивер. Для регулирования температуры моющей жидкости в моющем баке установлено нагревательное устройство. Данная конструкция стиральной машины позволяет снизить ее энергопотребление в наземных условиях за счет передачи части теплоты отработанного пара моющему раствору.
Недостатком этого устройства является то, что вся моющая жидкость, участвующая в стирке, переводится в газообразное состояние, а потом снова переводится в жидкое, что требует больших затрат энергии на эти фазовые переходы. Кроме того, за один цикл применения моющей жидкости невозможно полностью удалить загрязнения.
Известны способ и устройство стирки одежды (http://www.nkj.ru/archive/articles/6054/)/, взятые за прототип. Суть способа заключается в следующем. Барабан, в который заложены мешки с грязной одеждой, заполняют углекислым газом, находящимся под давлением, в результате чего он переходит в жидкое состояние. Стирка происходит, когда содержимое барабана нагревается до 31°C, а давление в нем достигает 72,9 атмосферы. Жидкая углекислота энергично закипает, наступает состояние равновесия жидкости и газа, в котором они становятся неотличимыми друг от друга (сверхкритическое состояние). Потом давление снижают, углекислота снова становится газом, который уходит из ткани, захватывая с собой частички грязи (они остаются на фильтрах). Чистый углекислый газ после каждой "стирки" улавливают, сжимают, и жидкая углекислота снова готова к обработке следующей партии одежды. Недостаток способа - обратный перевод газа в жидкость требует больших затрат энергии. Соответственно, недостатком устройства является невозможность обеспечения снижения энергетических затрат при осуществлении стирки.
Задачей изобретения является уменьшение затрат электрической энергии.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе стирки одежды, заключающемся в смачивании и динамическом воздействии на одежду потоком жидкой углекислоты, очистке отработанного углекислого газа от загрязнений и его повторном использовании, применяют устройство для стирки одежды, содержащее герметичную емкость для одежды и ресивер с разделительными мембранами с, как минимум, одним приводом, причем часть емкости для стирки одежды, содержащая рабочую жидкость, соединена трубопроводом с частью ресивера, содержащей рабочую жидкость, а часть емкости для стирки одежды, содержащая одежду, соединена трубопроводом с клапанами с частью ресивера, содержащей жидкую углекислоту, при этом между клапанами установлен фильтр очистки от загрязнений; испаритель, соединенный через клапан с частью емкости для стирки, содержащей одежду и с фильтром, обеспечивающим отделение загрязнений от потока газообразной углекислоты до поступления ее на вход компрессора, соединенного с конденсатором, связанным с частью ресивера, содержащей жидкую углекислоту; устройство охлаждения ресивера и конденсатора; теплообменник подачи тепла к емкости для стирки и испарителю; динамическое воздействие осуществляют путем прокачивания жидкой углекислоты из ресивера в емкость с одеждой и обратно в ресивер через фильтр; часть жидкой углекислоты из емкости для стирки переводят в газообразное состояние, отделяют от нее растворенные загрязнения, углекислый газ снова переводят в жидкое состояние и направляют в соответствующую часть ресивера,
Сущность изобретения поясняется чертежом с изображением механико-гидравлической схемы устройства стирки.
Устройство для стирки состоит из емкости для стирки одежды 1, разделенной на две части мембраной, и ресивера 2, также имеющего разделительную мембрану. В емкость 1 по одну сторону мембраны помещают грязную одежду, а с другой стороны мембраны подводят рабочую жидкость, например спиртовую смесь привода перемещения мембран 3. В ресивере 2 жидкая углекислота находится по одну сторону мембраны, с другой стороны подведена рабочая жидкость того же привода мембран 3. Часть емкости 1, содержащая рабочую жидкость, соединена трубопроводом с частью ресивера 2, содержащей рабочую жидкость в исходном состоянии. Часть емкости 1, содержащая грязную одежду, соединена трубопроводом с клапанами 4 и 7 с частью ресивера 2, содержащей жидкую углекислоту.
Рабочая жидкость емкости 1 и ресивера 2 по трубопроводам с помощью насоса привода 3 перемещается попеременно в полость за мембраной камеры с одеждой емкости 1 и в полость для рабочей жидкости ресивера 2 и тем самым перемещает мембраны так, что углекислота перетекает без изменения ее объема и давления из ресивера 2 в емкость 1 и обратно. Устройство имеет электроуправляемые клапаны 4, 5, 7, 8, 9, которые обеспечивают все режимы процесса. Привод мембран 3 представляет собой гидравлический насос с реверсом подачи рабочей жидкости. Перепад давления на мембранах, создаваемый насосом привода, имеет небольшую величину. Привод мембран совершает работу лишь по преодолению динамического сопротивления перетеканию углекислоты и собственной рабочей жидкости. На ходе углекислоты из емкости 1 в ресивер 2 привод 3 дополнительно преодолевает сопротивление перетеканию углекислоты через фильтр 6.
Мембраны выполнены из полимерного материала, стойкого к воздействию углекислоты, жиров, растворителей и низкой температуры, например из силиконового материала.
Фильтр твердых загрязнений 6 обеспечивает сбор распределенных в жидкой углекислоте твердых и нерастворимых загрязнений при движении ее из емкости 1 в ресивер 2. Фильтр расположен вне емкости 1 и вне ресивера 2, на трубопроводе между клапанами 5 и 7.
Испаритель 10 позволяет перевести отработанную углекислоту в газообразное состояние с тем, чтобы удалить из нее растворенные загрязнения и воду. Испаритель 10 соединен с частью емкости 1, содержащей одежду, через клапан 9 и с фильтром 13 растворенных загрязнений. Фильтр растворенных загрязнений 13 обеспечивает отделение загрязнений от потока газообразной углекислоты до поступления ее на вход компрессора 14. Компрессор 14 обеспечивает сжатие и подачу газообразной углекислоты в конденсатор 12, находящийся при пониженной температуре. Теплообменник 15 обеспечивает подачу тепла от бортовой системы терморегулирования в условиях космоса или иного источника в наземных условиях к емкости 1 и испарителю 10 при переводе углекислоты в газообразное состояние. Конденсатор 12 соединен с ресивером 2 и обеспечивает перевод углекислоты из газообразного состояния в жидкое при охлаждении его с помощью тепловой трубы 11. Конденсатор 12 соединен с частью ресивера 2, содержащей в исходном состоянии жидкую углекислоту. Тепловая труба 11 обеспечивает отвод тепла от конденсатора 12 и ресивера 2 и сброс его в космическое пространство (в условиях космоса) или на источник холода в наземных условиях. Теплообменник 16 обеспечивает нагревание жидкой углекислоты, находящейся в ресивере 2, до температуры от +20°C до +31°C с использованием тепла бортовой системы терморегулирования или от другого источника тепла в наземных условиях.
Стирка осуществляется следующим образом.
В исходном положении устройство находится в следующем положении. Крышка емкости 1 открыта. Мембраны емкости 1 и ресивера 2 находятся в среднем положении. Клапаны 4, 5, 8, 7, 9 закрыты, а жидкая углекислота находится в соответствующей части ресивера 2. Первоначальная заправка жидкой углекислотой ресивера 2 может быть произведена заранее или накоплена в ресивере за счет сбора избытка углекислоты в бортовой системе жизнеобеспечения. Рабочая жидкость занимает ровно половину объема емкости для одежды и половину объема ресивера независимо от давления там и там.
2
В емкость 1 загружают порцию грязной одежды и закрывают крышку. Ресивер нагревают до температуры от +20°C до +31°C. Давление в ресивере 2 при этом повышается до 74-80 кг/см. Данные параметры выбраны из расчета того, что жидкая углекислота при этих температурах обладает хорошими моющими свойствами и способна хорошо растворять предполагаемые растворимые загрязнения. Ресивер 2 нагревается с использованием тепла бортовой системы терморегулирования в условиях космоса или от источника тепла в наземных условиях через теплообменник 16. Мембрана ресивера при этом остается неподвижной, так как рабочая жидкость системы привода мембран несжимаема и гидравлический насос привода неподвижен.
Открывают клапан 9 и с помощью компрессора 14 откачивают воздух из емкости с бельем 1, таким образом, давление в ней становится меньше атмосферного. Клапан 9 после этого закрывают.
Открывают клапаны 7 и 4. Жидкая углекислота из ресивера заполняет объем емкости 1, содержащий одежду. При первом заполнении емкости 1 происходит частичное расширение углекислоты с понижением температуры, но через некоторое время температура в емкости 1 становится равной температуре в ресивере 2. Происходит смачивание, растворение растворимых загрязнений и распределение твердых загрязнений по объему жидкой углекислоты в емкости 1.
Клапан 4 закрывают и клапан 5 открывают. С помощью привода 3 рабочую жидкость перемещают из содержащей ее части ресивера 2 в соответствующую часть емкости 1. При этом жидкая углекислота вытесняется из емкости 1 в ресивер 2, проходя через фильтр 6 и оставляя на нем твердые и нерастворимые загрязнения. В конце этого хода большая часть жидкой углекислоты находится в ресивере 2, а большая часть рабочей жидкости находится в соответствующей части емкости 1.
Далее клапан 4 открывают, а клапан 5 закрывают. Давление и температура в камере 1 и ресивере 2 при этом остается неизменным. С помощью привода 3 рабочую жидкость перемещают в соответствующую часть ресивера, при этом жидкая углекислота перемещается в емкость с одеждой. В этом процессе суммарный объем рабочей жидкости в емкости 1 и ресивере 2 остается неизменным. Соответственно, и суммарный объем углекислоты в емкости 1 и ресивере 2 также будет неизменным. Неизменной будет оставаться и температура. В конце этого хода вся рабочая жидкость будет находиться в ресивере 2, а вся углекислота в камере  1 с одеждой.
Цикл повторяется необходимое количество раз, при этом твердые загрязнения оказываются на фильтре 6, а растворимые загрязнения будут растворены в объеме всей жидкой углекислоты.
Далее на последнем ходе жидкой углекислоты в сторону ресивера 2 привод 3 останавливают в положении мембран, при котором в емкости 1 остается часть жидкой углекислоты, предназначенная для ее перевода в газообразное состояние, после чего клапан 7 закрывают, а клапан 9 открывают, клапаны 4 и 5 остаются открытыми.
Конденсатор 12 и ресивер 2 охлаждают до низких температур. К емкости 1 и к испарителю 10 подводят тепло через теплообменник 15. Включают компрессор 14. Жидкая углекислота в испарителе 10 и в емкости с одеждой 1 закипает. При этом в волокнах ткани дополнительно удаляются загрязнения. Поток газообразной углекислоты, с распределенными в нем ранее растворенными загрязнениями, проходит через фильтр 13, где загрязнения и вода отделяются, а чистая газообразная углекислота поступает на вход компрессора 14. Компрессор 14 перекачивает газообразную углекислоту в конденсатор 12, охлажденный путем отвода тепла, например, в открытый космос с помощью тепловой трубы 11. При этом компрессор 14 преодолевает минимальный перепад давления на входе и выходе, а значит, совершает минимальную работу. Углекислый газ в конденсаторе 12 переходит в жидкое состояние и поступает в ресивер 2, также охлажденный до той же температуры. В этом процессе клапаны 4 и 5 открыты, поэтому жидкая углекислота, оставшаяся в корпусе фильтра 6, также будет испаряться и будет удалена. В процессе перевода углекислоты в ресивер непрерывно подводится тепло к испарителю 10 и емкости 1 и отводится тепло от конденсатора 12 и ресивера 2.
После перевода всей углекислоты в жидкое состояние на вход компрессора 14 подают дополнительно углекислый газ, например, из системы жизнеобеспечения корабля, чтобы компенсировать неизбежные потери углекислоты в процессе. Давление в емкости 1 после удаления жидкой углекислоты становится равным наружному давлению. Люк емкости 1 открывают и чистую одежду извлекают наружу.
Клапаны 8 открывают и очищают фильтр загрязнений 6 путем прокачки воздуха через него в противоположном направлении. При возникновении трудностей при очистке фильтра возможно кратковременное открывание клапана 7, чтобы сорвать налипшие загрязнения с поверхности фильтра 6 в направлении сбора мусора. При этом допустимая порция углекислого газа поступит в атмосферу жилого пространства корабля.
При разгерметизированной емкости 1 и открытом клапане 9 производят удаление растворенных загрязнений и воды, накопленных в фильтре 13.
Далее систему приводят в исходное положение, после чего закладывают следующую порцию грязной одежды и закрывают люк емкости 1.
Технический эффект достигается за счет того, что с применением данного устройства и способа мы прокачиваем жидкую углекислоту через одежду несколько раз, не подвергая ее фазовому переходу, в отличие от прототипа, где каждая подача жидкой углекислоты подвергается фазовому переходу. Тем самым достигается поставленная задача - снижение затрат энергии.