CN104898462A - 一种人体代谢定量耗氧模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种人体代谢定量耗氧模拟装置，主要包括无油空气压缩机、空气干燥机、空气缓冲罐、制氧机、气水混合器和控制系统，无油空气压缩机、空气干燥机、空气缓冲罐及制氧机之间依次通过管路连通，无油空气压缩机、空气干燥机、空气缓冲罐和制氧机均与气水混合器通过管路相连通，无油空气压缩机的进口和气水混合器的出口与实验舱连通，无油空气压缩机、空气干燥机、制氧机及气水混合器与控制系统之间电路连接。本发明采用箱体结构形式，体积相对比较小，占地面积小，整个装置安装方便；控制系统采用PLC+触摸屏的形式控制、非常易于操作；整个过程中的成品氧气纯度可稳定在94-96％，最大限度地模拟实际人体代谢。

Description

一种人体代谢定量耗氧模拟装置

技术领域

本发明涉及航天领域的模拟装置结构，尤其是一种人体代谢定量耗氧模拟装置。

背景技术

为解决我国有较大规模的、长期有人照料的空间站应用问题，提出环控生保系统的研制需求。环控生保系统(ECLSS)是载人航天器的关键系统之一，其功能是在载人航天器密封舱内为航天员创造一个类似于正常地面的空间环境，提供航天员生命活动必须的物质条件和安全保障条件。因此，空间站环控再生生保系统性能试验平台的建设成为必然要求。在载人系统正式运行前，环控再生生保系统需要在地面经过无数次的实地检测和验证，人体代谢定量模拟系统即为环控再生生保系统的地面验证性系统之一。根据我国环控生保系统的发展速度，综合国外空间站配套系统的研制情况，提出了全新的人体代谢模拟系统，系统共包括四个单元，本耗氧装置即是其中之一的耗氧单元。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种安装便捷、易操作的人体代谢定量耗氧模拟装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种人体代谢定量耗氧模拟装置，主要包括无油空气压缩机、空气干燥机、空气缓冲罐、制氧机、气水混合器和控制系统，无油空气压缩机、空气干燥机、空气缓冲罐及制氧机之间依次通过管路连通，无油空气压缩机、空气干燥机、空气缓冲罐和制氧机均与气水混合器通过管路相连通，无油空气压缩机的进口和气水混合器的出口与实验舱连通，无油空气压缩机、空气干燥机、制氧机及气水混合器与控制系统之间电路连接，本装置的所有组件均安装在一个撬块上，并且位于箱体内。

所述制氧机主要由吸附筒体A、吸附筒体B和氧气工艺罐组成，吸附筒体A和吸附筒体B均与氧气工艺罐通过管路连通，吸附筒体A与吸附筒体B之间相连通。

所述吸附筒体A和吸附筒体B与空气缓冲罐相连通，吸附筒体A、吸附筒体B和氧气工艺罐与气水混合器相连通。

所述控制系统主要包括PLC、触摸屏、氧气纯度分析仪、流量计、压力传感器和温度传感器，PLC与触摸屏、氧气纯度分析仪、流量计、压力传感器、温度传感器之间通过电路连接，触摸屏安装在箱体表面。

所述氧气分析仪和流量计与空气工艺罐相连接，压力传感器位于空气缓冲器与吸附筒体A、吸附筒体B之间的管路上，温度传感器位于气水混合器与实验舱之间的管路上。

本发明有益的效果是：本发明采用箱体结构形式，体积相对比较小，占地面积小，整个装置安装方便；控制系统采用PLC+触摸屏的形式控制、非常易于操作；整个过程中的成品氧气纯度可稳定在94-96％，最大限度地模拟实际人体代谢。

附图说明

图1是本发明内部结构示意图；

图2是本发明外观结构示意图。

附图标记说明：无油空气压缩机1，空气干燥机2，空气缓冲罐3，制氧机4，气水混合器5，吸附筒体A6，吸附筒体B7，氧气工艺罐8，PLC9，触摸屏10，温度传感器11，试验舱12，箱体13，流量计14，压力传感器15。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图所示，这种人体代谢定量耗氧模拟装置，主要包括无油空气压缩机1、空气干燥机2、空气缓冲罐3、制氧机4、气水混合器5和控制系统，无油空气压缩机1、空气干燥机2、空气缓冲罐3及制氧机4之间依次通过管路连通，无油空气压缩机1、空气干燥机2、空气缓冲罐3和制氧机4均与气水混合器5通过管路相连通，无油空气压缩机1的进口和气水混合器5的出口与实验舱12连通，无油空气压缩机1、空气干燥机2、制氧机4及气水混合器5与控制系统之间电路连接，本装置的所有组件均安装在一个撬块上，并且位于箱体13内。

制氧机4主要由吸附筒体A6、吸附筒体B7和氧气工艺罐8组成，吸附筒体A6和吸附筒体B7均与氧气工艺罐8通过管路连通，吸附筒体A6与吸附筒体B7之间相连通。吸附筒体A6和吸附筒体B7与空气缓冲罐3相连通，吸附筒体A6、吸附筒体B7和氧气工艺罐8与气水混合器5相连通。

控制系统主要包括PLC9、触摸屏10、氧气纯度分析仪、流量计14、压力传感器15和温度传感器11，PLC9与触摸屏10、氧气纯度分析仪、流量计14、压力传感器15、温度传感器11之间通过电路连接，触摸屏10安装在箱体13表面。氧气分析仪和流量计14与空气工艺罐8相连接，压力传感器15位于空气缓冲器3与吸附筒体A6、吸附筒体B7之间的管路上，温度传感器11位于气水混合器5与实验舱12之间的管路上。

无油空气压缩机1将实验舱内空气抽取出，经过自身冷却、过滤去掉部分水分，空气流向空气干燥机2，而水分由其下部电子排水器延水分回流管路、气水混合器5、气水混合回流管路送回实验舱12；来自无油空气压缩机1的空气经过空气干燥机2冷却、干燥、过滤去掉大部分水分，纯净空气流向空气缓冲罐3、制氧机4，而水分由空气干燥机2、空气缓冲罐3下部电子排水器延水分回流管路、气水混合器5、气水混合回流管路送回实验舱12，确保不排出实验舱外，最大限度地模拟实际人体代谢。

来自空气缓冲罐3的纯净空气进入制氧机4的吸附筒体A6或吸附筒体B7按一定周期交替吸附、解吸循环过程，吸附过程制取成品氧气流进氧气工艺罐8，由输送到氧气分析仪的氧气信号决定其后来的流向，当氧气达到94％纯度并且稳定、流量计14显示流量定量时，由T型阀V10控制自动定量排空，当氧气纯度未达到94％时，由T型阀V9控制其流入再生管路中用于再生气，此举既可以使吸附筒体再生时不用或少用产品气，又可以避免气体不达标送回实验舱造成试验数据失效，即节省能源，又提高生产效率；解吸过程将富氮等气体延富氮回流管路、气水混合器5、气水混合回流管路送回实验舱12，确保不排到实验舱外，最大限度地模拟实际人体代谢。

来自水分等回流管路、富氮等回流管路的水、气经过气水混合器充分混合，消除可见水滴，最大限度地还原成含水分的潮湿气体，延气水混合回流管路送回实验舱，确保不排到实验舱外，最大限度地模拟实际人体代谢。

本装置采用西门子PLC9+触摸屏10控制，通过氧气分析仪、流量计14、压力传感器15、温度传感器11等电器元件采集信号，由PLC9集中处理达到控制无油空气压缩机1、空气干燥机2、制氧机4联动运行或停止的目的，并将信号反馈到上位机—人体代谢定量模拟系统，通过上位机的指令完成本耗氧装置与其它模拟系统单元的完全结合。

图1中的抽气口为备用管路，防止耗氧装置因故障检修时使用此抽气口将实验舱内空气抽出，应用传统的“抽气补氮”法进行耗氧试验。图1中的气体出口用于产氧量超过定量时按照上位机—人体代谢定量模拟系统指令自动将超过定量部分氧气延水分回流管路、气水混合器、气水混合回流管路送回实验舱，确保定量排空自动可调。

本发明的装置可用于人体代谢定量耗氧模拟装置的生产、制造。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种人体代谢定量耗氧模拟装置，主要包括无油空气压缩机(1)、空气干燥机(2)、空气缓冲罐(3)、制氧机(4)、气水混合器(5)和控制系统，其特征是：无油空气压缩机(1)、空气干燥机(2)、空气缓冲罐(3)及制氧机(4)之间依次通过管路连通，无油空气压缩机(1)、空气干燥机(2)、空气缓冲罐(3)和制氧机(4)均与气水混合器(5)通过管路相连通，无油空气压缩机(1)的进口和气水混合器(5)的出口与实验舱(12)连通，无油空气压缩机(1)、空气干燥机(2)、制氧机(4)及气水混合器(5)与控制系统之间电路连接，本装置的所有组件均安装在一个撬块上，并且位于箱体(13)内。

2.根据权利要求1所述的人体代谢定量耗氧模拟装置，其特征是：所述制氧机(4)主要由吸附筒体A(6)、吸附筒体B(7)和氧气工艺罐(8)组成，吸附筒体A(6)和吸附筒体B(7)均与氧气工艺罐(8)通过管路连通，吸附筒体A(6)与吸附筒体B(7)之间相连通。

3.根据权利要求2所述的人体代谢定量耗氧模拟装置，其特征是：所述吸附筒体A(6)和吸附筒体B(7)与空气缓冲罐(3)相连通，吸附筒体A(6)、吸附筒体B(7)和氧气工艺罐(8)与气水混合器(5)相连通。

4.根据权利要求1所述的人体代谢定量耗氧模拟装置，其特征是：所述控制系统主要包括PLC(9)、触摸屏(10)、氧气纯度分析仪、流量计(14)、压力传感器(15)和温度传感器(11)，PLC(9)与触摸屏(10)、氧气纯度分析仪、流量计(14)、压力传感器(15)、温度传感器(11)之间通过电路连接，触摸屏(10)安装在箱体(13)表面。

5.根据权利要求4所述的人体代谢定量耗氧模拟装置，其特征是：所述氧气分析仪和流量计(14)与空气工艺罐(8)相连接，压力传感器(15)位于空气缓冲器(3)与吸附筒体A(6)、吸附筒体B(7)之间的管路上，温度传感器(11)位于气水混合器(5)与实验舱(12)之间的管路上。