Warum verwendet ISS flüssiges Ammoniak im Active Thermal Control System?

Ich habe es heute gesehen und es hat mich sehr neugierig gemacht.

Siehe Seite 8 hier: https://www.nasa.gov/pdf/167129main_Systems.pdf

Ammoniak hat einen Siedepunkt von -30 C. Das Ammoniak ist in diesen Schleifen flüssig, also würde ich mir, wenn es jemals Sonnenlicht ausgesetzt wird, eine intensive Expansion vorstellen, wenn es in die Gasphase übergeht. Ich habe festgestellt, dass der volumetrische Ausdehnungskoeffizient von Ammoniak > der Ausdehnungskoeffizient von Wasser ist.

Steht der Ammoniakkreislauf unter hohem Druck? Würde das das Risiko von Undichtigkeiten erhöhen? (Wie ich sehe, gab es mehrere Weltraumspaziergänge aufgrund von Lecks im Ammoniak-Kühlkreislauf.)

Nächster Punkt: Die spezifische Wärmekapazität von Ammoniak beträgt: 80,8 kJ/kg K, was viel höher ist als die von Wasser mit 4,2 kJ/kg K

====BEARBEITET AM 14. APRIL ============

*** Ich habe einen Fehler gemacht, die spezifische Wärmekapazität von Ammoniak liegt mit 4,7 kJ / kg K ziemlich nahe an der von Wasser

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Ich denke, das bedeutet, dass Ammoniak wesentlich mehr Wärmeenergie austauschen kann, ohne seine Temperatur zu ändern. Ich sehe den Vorteil jedoch nicht klar, da sein normaler Siedepunkt bei einer niedrigeren Temperatur als Wasser liegt.

Was sind also die Vorteile/Gründe für die Verwendung von Ammoniak für den Kühlmittelkreislauf?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die spezifische Wärme von Ammoniak beträgt 80,8 J/mol-K, was etwas weniger als 5 J/gK ist, etwa so viel wie Wasser.
WOW, ich habe es mehrmals überprüft, aber du hast Recht!
Ich denke, dass Wasser eine sehr hohe spezifische Wärme hat, und war überrascht, dass Ammoniak so nah dran ist. Ich konnte nicht glauben, dass Ammoniak 15-20 Mal höher war, weshalb ich nachgesehen habe. Ich denke, der Hauptgrund für Ammoniak ist, dass der Siedepunkt dort ist, wo Sie es wollen. Wasser kocht viel zu heiß, um interessant zu sein.
@RossMillikan niedriger Gefrierpunkt.

Antworten (1)

Ammoniak wird verwendet, weil es hervorragende Wärmeübertragungseigenschaften (wie Sie bereits erwähnt haben) und einen niedrigen Gefrierpunkt hat. Aufgrund ihrer Toxizität verfügt die ISS über interne Kühlmittelkreisläufe, die Wasser als Wärmeübertragungsflüssigkeit verwenden. Nur die Wärmetauscher, an denen die beiden Systeme aneinandergrenzen, lassen die Möglichkeit zu, dass Ammoniak in die Kabine austritt.

Nach einer detaillierten technischen Analyse entschied sich die NASA aus mehreren Gründen für Ammoniak als Kühlmittel für die ATCSs an der Außenseite der Raumstation: Ammoniak hat eine geringere Dichte als viele andere im Handel erhältliche Kühlmittel und kann daher in großen Mengen zu drastisch reduzierten Startkosten gestartet werden; es hat eine niedrige Viskosität, sodass Pumpen wenig Energie benötigen, um das Ammoniak durch Kühlkreisläufe zu zirkulieren; und Ammoniak bleibt bis zu einer Temperatur von -78 °C (-108 °F) flüssig, was bei der extremen Kälte der äußeren Umgebung der ISS wichtig ist. Auf der anderen Seite ist Ammoniak für Menschen giftig; Daher ist die Möglichkeit, dass diese gefährliche Chemikalie in die Druckkabine gelangt, eine der drei wichtigsten Notfallmaßnahmen, die in Kapitel 19 erörtert werden.

ATCS = aktives thermisches Steuersystem

Ammoniak ist nicht komprimierbar, aber die ISS-Ammoniakschleifen arbeiten mit einem ziemlich hohen Druck (~ 7 MPa, 1000 psi).

Referenz: The International Space Station – Operating an Outpost in the New Frontier (Kapitel 11 empfohlen für weitere Lektüre zu den Kühlsystemen).

Ja, dass Ammoniak nicht in der Kabine ist, war aufgrund der Toxizität sinnvoll. Diese hohe spezifische Wärmekapazität bedeutet also, dass das Ammoniak leichter Wärme aufnimmt und abgibt als andere Verbindungen?
Das bedeutet, dass die Substanz viel Wärme aufnehmen kann, ohne ihre Temperatur stark zu verändern.
Ja, das weiß ich, aber verstehe nicht, warum es hier wichtig ist
Ist Ihre Frage wirklich "was macht ein gutes Kühlmittel aus"?
Ha, das mag sein. Lass mich heute Abend nachlesen und danach zurückschreiben.
Eine hohe spezifische Wärme bedeutet, dass mehr Wärme durch ein festes Ammoniakvolumen transportiert werden kann. Wenn C2 2x spezifisch von C1 ist, müssen Sie C2 nur halb so schnell pumpen wie C1, um die gleiche Wärmemenge abzuführen. Der andere Faktor ist die Wärmeleitfähigkeit, also die Geschwindigkeit, mit der das Kühlmittel Wärme aufnehmen kann. Ammoniak ist hier vergleichbar mit Wasser.
Um das zu ergänzen, was @LawnmowerMan gesagt hat, ist eine hohe spezifische Wärmekapazität nützlich, da die Temperaturdifferenz für die Wärmeübertragung entscheidend ist. Wenn Ihr Teil 50° hat und Ihr Kühlmittel bei 10° beginnt, kann es die zweite Hälfte des Teils nicht kühlen, wenn es zur Hälfte bereits auf 45° erhitzt ist. Eine hohe Wärmekapazität hält die Temperatur bei gleicher absorbierter Energiemenge niedrig.
@Tim, ja, wie ich vor 15 Stunden kommentierte: "Das bedeutet, dass die Substanz viel Wärme aufnehmen kann, ohne ihre Temperatur sehr zu ändern."
Warum verwendet ISS flüssiges Ammoniak im Active Thermal Control System?
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