CN109110880A - 空间微重力环境下的氢分子水制备装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于空间微重力环境下的氢分子水制备装置和方法，包括外壳、内胆、电极卡板、真空泵、进水口、出水/排气口、循环管道、电源。外壳和内胆均为圆柱体结构，外壳将内胆包络在内部，电极卡板位于内胆的内部，真空泵位于内胆的上方并被外壳所包络，进水口与出水/排气口位于外壳的上方，循环管道位于内胆的下方并且被外壳所包络，电源为可充电蓄电池。因此，本发明装置结构简单，膜电解制氢不产生有害物质，且充分结合了太空微重力环境特点，电解产生的氢气可以与水自然融合，得到高浓度高稳定性的氢分子水，并且通过循环系统及气液分离组件将电解产生的氧气及时排出，确保电解反应的顺利进行。

Description

空间微重力环境下的氢分子水制备装置和方法

技术领域

本发明属于氢分子水制备领域，涉及适用于空间微重力环境的氢分子水制备技术，具体涉及一种空间微重力环境下的氢分子水制备装置和方法，用于帮助宇航员应对太空环境所造成的氧化威胁。

背景技术

氢是自然界最小的分子，运动速度快、穿透力强，在细胞层面即可非常容易地进入细胞核、线粒体等任何部位。近年来的医学研究表明，氢分子具有选择性抗氧化的功能，是一种重要的细胞内环境稳定剂，对于多种炎症损伤疾病、肿瘤、代谢问题、老年病都有较为显著的疗效。饮用氢分子水是人体摄入氢气最常见、最有效的方式。在太空环境中，辐射会诱导氧化应激，进而对航天员的健康造成严重威胁，因此有必要让宇航员通过饮用氢分子水来对抗氧化反应。

目前制备氢分子水的技术途径主要有四种：1、物理法(压力灌注法)；2、化学法；3、传统电解法；4、质子膜电解法。然而，物理法制备的氢分子水存储困难，氢气易流失；化学法和传统电解法制备的氢分子水中含有不利于健康的副产物。

相对而言质子膜电解法产生的氢分子水较为稳定，无有害物质产生，是较为先进的氢分子水制备技术。在地面重力场作用下，气液混合体会按其密度差延重力方向分层，实现自然分离。然而，在太空微重力环境中，气体和液体没有明显的界面，需要通过气液分离手段，将电解产生的氧气及时排出。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种适用于空间微重力环境的氢分子水制备方案，用以帮助宇航员应对太空环境所造成的氧化威胁。

本发明提供了一种适用于空间微重力环境的氢分子水制备装置，包括外壳、内胆、电极卡板、真空泵、进水口、出水/排气口、循环管道、电源。外壳和内胆皆为圆柱体结构，外壳将内胆包络在内部，外壳侧部设有出水/排气开关和制水开关，底部设有电池盖和氧气排出口；电极卡板位于内胆内部，自上而下依次由阴极电极板、质子膜、阳极电极板组成，并将内胆分隔为内胆上层和内胆下层两个部分；真空泵位于内胆上方，并被外壳所包络；进水口和出水/排气口位于外壳上方，将内胆上层与外界连通，真空泵通过出水/排气口向外排出内胆上层中的水或空气；循环管道位于内胆下方，与内胆下层连通，并被外壳所包络；电源为可充电蓄电池，位于外壳底部的电池盖上方，其正负极分别与阳极电极板和阴极电极板相连，同时为真空泵和微型水泵供电。

在太空环境中使用时，首先通过真空泵排空内胆上层中的气体，然后从进水口向内胆上层注入饮用水，电解时将内胆下层产生的含氧水通过循环管道进行气液分离处理，电解完成后，再通过真空泵将内胆上层产生的氢分子水汲出以供饮用。

在本发明中，电极卡板将内胆分隔为上下两个不连通的空腔，其中内胆上层的容积较内胆下层大。

进水口上设有进水阀门，出水/排气口上设有出水/排气阀门，可以通过关闭阀门确保内胆上层的气密性。

循环管道上设有微型水泵和气液分离组件，气液分离组件与外壳底部的氧气排出口通过管道连通。

因此，与现有技术相比，采用本发明可以实现以下的有益效果：

1)结构简单，膜电解制氢不产生有害物质；

2)充分结合了太空微重力环境特点，电解产生的氢气可以与水自然融合，得到高浓度高稳定性的氢分子水；

3)充分确保宇航员能够及时应对太空环境所造成的氧化威胁；

4)通过循环系统及气液分离组件将电解产生的氧气及时排出，确保电解反应的顺利进行。

附图说明

图1是本发明具体实施方式所涉及的氢分子水制备装置的内部结构示意图；

图2是本发明具体实施方式所涉及的氢分子水制备装置的外部结构示意图；

图3是本发明具体实施方式所涉及的气液分离组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-3及具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，适用于空间微重力环境的氢分子水制备装置包括外壳1、内胆2、电极卡板3、真空泵4、进水口5、出水/排气口6、循环管道7、电源8。

具体地，外壳1和内胆2皆为圆柱体结构，外壳1将内胆2包络在内部；电极卡板3位于内胆2内部，自上而下依次由阴极电极板31、质子膜32、阳极电极板33组成，并将内胆2分隔为内胆上层21和内胆下层22两个不连通的空腔，其中内胆上层21的容积较内胆下层22大；真空泵4位于内胆2上方，并被外壳1所包络；进水口5和出水/排气口6位于外壳1上方，分别配有进水阀门51和出水/排气阀门61，并将内胆上层21与外界连通，真空泵4通过出水/排气口6向外排出内胆上层21中的水或空气；循环管道7位于内胆2下方，与内胆下层22连通，循环管道7上设有微型水泵71和气液分离组件72，气液分离组件72与外壳1底部的氧气排出口14通过管道连通；电源8为可充电蓄电池，位于外壳1底部的电池盖13上方，其正负极分别与阳极电极板33和阴极电极板31相连，同时为真空泵4和微型水泵71供电。

如图2所示，外壳1侧部设有出水/排气开关11和制水开关12，底部设有电池盖13和氧气排出口14。

如图3所示，在气液分离组件72内部，使用亲水材料721构成筒状结构，疏水材料722构成管状结构，制备氢分子水时，内胆下层22的含氧水在微型水泵71的驱动下，单向通过气液分离组件72，其中水通过亲水材料721回到内胆下层22，氧气通过疏水材料722从装置底部的氧气排出口14排出。

接下来，对应用本发明的氢分子水制备装置进行氢分子水制备的过程进行详细说明。

首先关闭进水阀门51，打开出水/排气阀门61和出水/排气开关11，使真空泵4排出内胆上层21的空气。

排气完成后，关闭排气/出水阀门51和出水/排气开关11，将进水口5与空间站饮水装置出水口相对接，确保对接严密后打开进水阀门51，将水注入内胆上层21。

注满后，关闭进水阀门51，打开制水开关12，对电极卡板3和微型水泵71通电。

电解过程中，在阴极电极板31上产生氢气并融入内胆上层21的饮用水中，在阳极电极板33上产生氧气并融入内胆下层22的循环水中，内胆下层22的含氧水在微型水泵71的驱动下，单向通过气液分离组件72，水中的氧气从装置底部的氧气排出口14排出，不含气体的水循环回到内胆下层22。

电解完成后，关闭制水开关12，将出水/排气口6与空间站饮水容器相对接，打开出水/排气口阀门61和出水/排气开关11，将制备好的氢分子水汲出。

综上所述，本发明的氢分子水制备装置结构简单，膜电解制氢不产生有害物质，且充分结合了太空微重力环境特点，电解产生的氢气可以与水自然融合，得到高浓度高稳定性的氢分子水，并且通过循环系统及气液分离组件将电解产生的氧气及时排出，确保电解反应的顺利进行。

以上，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限定；凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

Claims (10)

1.一种空间微重力环境下的氢分子水制备装置，用于帮助宇航员应对太空环境所造成的氧化威胁，其特征在于，包括外壳、内胆、电极卡板、真空泵、进水口、出水/排气口、循环管道和电源，

其中，所述外壳和所述内胆均为圆柱体结构，所述外壳将所述内胆包络在内部，所述电极卡板位于所述内胆的内部，所述真空泵位于所述内胆的上方并被所述外壳所包络，所述进水口与所述出水/排气口位于所述外壳的上方，所述循环管道位于所述内胆的下方并且被所述外壳所包络，所述电源为可充电蓄电池。

2.根据权利要求1所述的空间微重力环境下的氢分子水制备装置，其特征在于，所述外壳的侧部设置有出水/排气开关和制水开关，并且底部设置有电池盖和氧气排出口。

3.根据权利要求2所述的空间微重力环境下的氢分子水制备装置，其特征在于，所述电极卡板按照从上而下的顺序依次组装有阴极电极板、质子膜和阳极电极板并将所述内胆分隔为内胆上层和内胆下层。

4.根据权利要求3所述的空间微重力环境下的氢分子水制备装置，其特征在于，所述电极卡板将所述内胆分隔为上下两个不连通的空腔，

其中，所述内胆上层的容积大于所述内胆下层的容积。

5.根据权利要求3所述的空间微重力环境下的氢分子水制备装置，其特征在于，所述进水口与所述出水/排气口使所述内胆上层与外界连通，并且所述真空泵通过所述出水/排气口向外排出所述内胆上层中的水或空气。

6.根据权利要求5所述的空间微重力环境下的氢分子水制备装置，其特征在于，所述进水口上设置有进水阀门，所述出水/排气口上设置有出水/排气阀门，

其中，所述进水阀门与所述出水/排气阀门的关闭用以确保所述内胆上层的气密性。

7.根据权利要求3所述的空间微重力环境下的氢分子水制备装置，其特征在于，所述循环管道与所述内胆下层连通。

8.根据权利要求7所述的空间微重力环境下的氢分子水制备装置，其特征在于，所述循环管道上设置有微型水泵和气液分离组件，

其中，所述气液分离组件与所述外壳底部的所述氧气排出口通过管道进行连通。

9.根据权利要求3所述的空间微重力环境下的氢分子水制备装置，其特征在于，所述电源位于所述外壳底部的所述电池盖上方，并且所述电源的正负极分别与所述阳极电极板和所述阴极电极板相连并同时为所述真空泵和微型水泵供电。

10.一种空间微重力环境下的氢分子水制备方法，采用上述任一项权利要求所述的空间微重力环境下的氢分子水制备装置进行氢分子水的制备，其特征在于，包括以下步骤：

在太空环境下，通过真空泵排空内胆上层中的气体，然后从进水口向内胆上层注入饮用水；

电解时将内胆下层产生的含氧水通过循环管道进行气液分离处理；

电解完成后，再次通过真空泵将内胆上层产生的氢分子水汲出以供饮用。