CN114432861A - 一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统 - Google Patents

一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，所述系统运行于微重力环境下，包括：动物培养箱和空气净化盒；所述空气净化盒包括：进气口、臭氧发生装置、净化室、出气口；所述臭氧发生装置设置在所述净化室内，用于产生臭氧；所述动物培养箱中的待净化气体经所述进气口进入所述净化室，通过所述臭氧发生装置产生的臭氧进行空气净化后，经所述出气口从所述净化室排出。本发明通过臭氧发生装置，净化在太空微重力环境中因为饲养动物所产生的有害气体，从而实现了在密闭空间内的气体净化处理。

Description

一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统
技术领域
本发明涉及动物饲养，特别涉及一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统。
背景技术
空间动物实验平台是为我国载人空间站研制的专用空间生命科学实验设施，主要包括哺乳动物(个体)培养系统和哺乳动物(胚胎)生命孕育系统，支持在特殊的空间环境条件下开展小型哺乳动物全生命周期(胚胎发育、生命孕育、个体培养等)相关实验和研究。空间动物实验平台综合了生命科学仪器专用性、航天仪器设备特殊性以及空间生命科学实验复杂性等特点，预期目标是2023年-2025年在我国载人空间站上建立代表国家级空间实验室水平的、具有创新性技术特色的、配置有先进分析检测设备的、能够开展前沿生命科学研究的空间动物实验平台。
小鼠因个体小、容易培养、繁殖周期短，验室使用成熟等优点，成为空间动物实验的优选对象。空间小鼠培养不仅是研究哺乳动物空间微重力环境下生理和行为特性的重要途径，而且可以为细胞生物学提供重要的实验原材料。因此我国有必要在空间开展小鼠培养实验，来满足我国空间站生命科学实验的需求。
在轨运行空间站是一个气密空间，为航天员提供一个舒适的生活环境，但是小鼠培养过程会产生很臭的气体，为此，必须将小鼠培养过程中产生的有害气体去除掉，以减轻对航天员的影响。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，具体的技术方案如下：
一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，所述系统运行于微重力环境下，包括：动物培养箱和空气净化盒；
所述空气净化盒包括：进气口、臭氧发生装置、净化室、出气口；所述臭氧发生装置设置在所述净化室内，用于产生臭氧；
所述动物培养箱中的待净化气体经所述进气口进入所述净化室，通过所述臭氧发生装置产生的臭氧进行空气净化后，经所述出气口从所述净化室排出。
在本技术方案中，通过臭氧发生装置，净化在太空微重力环境中因为饲养动物所产生的有害气体，从而实现了在太空微重力环境下的废物处理。
优选地，所述空气净化盒还包括臭氧分解装置，设置在所述净化室内，用于分解所述臭氧。
进一步优选地，还包括控制器和传感器；所述传感器，用于检测所述净化室内的待净化气体的预设种类气体浓度；
所述控制器，用于根据所述预设种类气体浓度，控制所述空气净化盒工作。
进一步优选地，所述传感器包括氨气传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的氨气浓度；
当所述氨气传感器检测到所述氨气浓度高于预设的标准氨气浓度时，所述控制器控制所述臭氧发生装置处于工作状态；
当所述氨气传感器检测到所述氨气浓度低于预设的标准氨气浓度时，所述控制器控制所述臭氧发生装置处于空闲状态；
进一步优选地，所述传感器包括臭氧传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的臭氧浓度；
当所述臭氧传感器检测到所述臭氧浓度高于预设的标准臭氧浓度时，所述控制器控制所述臭氧分解装置处于工作状态；
当所述臭氧传感器检测到所述臭氧浓度低于预设的标准臭氧浓度时，所述控制器控制所述臭氧分解装置处于空闲状态。
进一步优选地，所述进气口处设置有第一气泵，用于将所述动物培养箱内的所述待净化气体经由所述进气口泵入所述净化室，并在净化后经由所述出气口泵入所述动物培养箱；
当所述传感器检测到预设种类的气体浓度超标时，所述控制器控制所述第一气泵处于工作状态；
当所述传感器检测到预设种类的气体浓度未超标时，所述控制器控制所述第一气泵处于空闲状态。
进一步优选地，所述进气口处设置有第一气泵，用于将所述动物培养箱内的所述待净化气体经由所述进气口泵入所述净化室，并在净化后经由所述出气口泵入所述动物培养箱；
所述传感器包括：氨气传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的氨气浓度；臭氧传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的臭氧浓度；
当所述氨气传感器检测到所述氨气浓度高于预设的标准氨气浓度时，所述控制器将所述第一气泵从工作状态切换至空闲状态，控制所述臭氧发生装置处于工作状态；
所述控制器待所述氨气浓度降低到低于所述标准氨气浓度后，切换所述臭氧发生装置至空闲状态，若此时所述臭氧浓度高于预设的标准臭氧浓度时，控制所述臭氧分解装置从空闲状态切换至工作状态；
所述控制器待所述臭氧浓度低于所述标准臭氧浓度后，切换所述臭氧发生装置至空闲状态，并切换所述第一气泵至工作状态。
在本优选的技术方案中，通过传感器、气泵、臭氧发生装置、臭氧分解装置的交互，为密闭空间动物培养气体净化提供了解决方案，同时避免了臭氧对动物的刺激伤害。；
优选地，所述空气净化盒还包括风扇，设置在所述净化室内，用于将所述待净化气体在所述净化室内扩散。
优选地，所述净化室内还设置有分子筛，用于吸附净化经所述进气口进入所述净化室的待净化气体。
优选地，所述空气净化盒还包括第二气泵；所述出气口设置有单向阀，用于防止外部环境的气体进入所述净化室内；
所述第二气泵，用于将经所述分子筛净化后的气体，经由所述出气口，排放至外部环境。
在本优选的技术方案中，通过分子筛和气泵的交互，实现了对于臭氧不能处理的其他类型的有害物质的有效处理。
本发明至少包括以下一项技术效果：
(1)通过臭氧发生装置，产生臭氧，利用臭氧的强氧化作用净化在太空微重力环境中因为饲养动物所产生的有害气体，从而实现了在太空微重力环境下的废气处理；
(2)通过传感器、气泵、臭氧发生装置、臭氧分解装置的交互，提高了在太空微重力环境下的的气体的净化处置效率，同时避免了臭氧对动物的刺激伤害；；
(3)通过分子筛和气泵的交互，实现了对于臭氧不能处理的其他类型的有害气体的有效处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统的系统结构示意图。
进气口1；
臭氧发生装置2；
出气口3；
臭氧分解装置4
控制器5；
传感器6；
第一气泵7；
第二气泵8；
分子筛9
单向阀10；
风扇11。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例1：
本实施例提供一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，如图1所示，所述系统运行于微重力环境下，包括：动物培养箱和空气净化盒；
所述空气净化盒包括：进气口1、臭氧发生装置2、净化室、出气口3；所述臭氧发生装置2设置在所述净化室内，用于产生臭氧；
所述动物培养箱中的待净化气体经所述进气口1进入所述净化室，通过所述臭氧发生装置2产生的臭氧进行空气净化后，经所述出气口3从所述净化室排出。
在本实施例中，动物，一般是试验用小白鼠，饲养在动物培养箱中，小白鼠在动物培养箱中吃喝拉撒，产生粪便、尿液，并在动物培养箱中发酵，从而产生包括氨气在内的有害气体，这些有害气体通过进气口1进入到净化室内，被臭氧发生装置2所产生的臭氧反应，产生氮气、水和氧气，然后再经过出气口3排出，既可以进入到太空舱内，也可以通过管道返回到动物培养箱中。
优选地，所述空气净化盒还包括臭氧分解装置4，设置在所述净化室内，用于分解所述臭氧。
在本优选的实施例中，由于臭氧发生装置2所产生的臭氧不一定能够恰好被氨气反应完，很容易出现氨气被反应完毕后，还存在有大量的臭氧残余的情况，故在本实施例中，在臭氧被反应完毕后，便将臭氧通过臭氧分解装置4，一般是加热片，通过100摄氏度以下的温度，将残余的臭氧分解为无害的氧气。
优选地，所述空气净化盒还包括风扇11，设置在所述净化室内，用于将所述待净化气体在所述净化室内扩散。
由于在实际的使用过程中，进气口1的直径一般都会远小于净化室的直径，故在实际的使用过程中，当气体从进气口1进入时，往往会存在着无法快速在净化室内扩散的情况，反应的效率交底，故在本实施例中，设置有风扇11，使在净化室内存在有气体涡流，从而将有害气体均匀在净化室内搅拌，提高反映的效率。
本实施例通过臭氧发生装置2，净化在太空微重力环境中因为饲养动物所产生的有害气体，从而实现了在太空微重力环境下的废物处理。
实施例2
本实施例提供一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，如图1所示，基于实施例1，还包括控制器5和传感器6；所述传感器6，用于检测所述净化室内的待净化气体的预设种类气体浓度；
所述控制器5，用于根据所述预设种类气体浓度，控制所述空气净化盒工作。
由于在太空环境中，与世隔绝，相关设备的零件难以及时得到更换，同时整个太空舱的电力供应总量难以扩增，故设备能不用则不用，从而减少电力消耗并延长零件寿命。
故在本实施例中，控制器5通过传感器6检测到的传感数据，来决定是否控制所述空气净化盒内的包括臭氧发生装置2、臭氧分解装置4等设备工作，当需要其工作的时候便工作，当不需要其工作的时候便不工作，从而延长其寿命。
实施例3：
本实施例提供一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，如图1所示，基于实施例2，所述传感器6包括氨气传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的氨气浓度；
当所述氨气传感器检测到所述氨气浓度高于预设的标准氨气浓度时，所述控制器5控制所述臭氧发生装置2处于工作状态；
当所述氨气传感器检测到所述氨气浓度低于预设的标准氨气浓度时，所述控制器5控制所述臭氧发生装置2处于空闲状态；
实施例4：
本实施例提供一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，如图1所示，基于实施例2，所述传感器6包括臭氧传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的臭氧浓度；
当所述臭氧传感器检测到所述臭氧浓度高于预设的标准臭氧浓度时，所述控制器5控制所述臭氧分解装置4处于工作状态；
当所述臭氧传感器检测到所述臭氧浓度低于预设的标准臭氧浓度时，所述控制器5控制所述臭氧分解装置4处于空闲状态。
实施例5：
本实施例提供一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，如图1所示，基于实施例2，所述进气口1处设置有第一气泵7，用于将所述动物培养箱内的所述待净化气体经由所述进气口1泵入所述净化室，并在净化后经由所述出气口3泵入所述动物培养箱；
当所述传感器6检测到预设种类的气体浓度超标时，所述控制器5控制所述第一气泵7处于工作状态；
当所述传感器6检测到预设种类的气体浓度未超标时，所述控制器5控制所述第一气泵7处于空闲状态。
实施例6：
本实施例提供一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，如图1所示，基于实施例2，所述进气口1处设置有第一气泵7，用于将所述动物培养箱内的所述待净化气体经由所述进气口1泵入所述净化室，并在净化后经由所述出气口3泵入所述动物培养箱；
所述传感器6包括：氨气传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的氨气浓度；臭氧传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的臭氧浓度；
当所述氨气传感器检测到所述氨气浓度高于预设的标准氨气浓度时，所述控制器5将所述第一气泵7从工作状态切换至空闲状态，控制所述臭氧发生装置2处于工作状态；
所述控制器5待所述氨气浓度降低到低于所述标准氨气浓度后，切换所述臭氧发生装置2至空闲状态，若此时所述臭氧浓度高于预设的标准臭氧浓度时，控制所述臭氧分解装置4从空闲状态切换至工作状态；
所述控制器5待所述臭氧浓度低于所述标准臭氧浓度后，切换所述臭氧发生装置2至空闲状态，并切换所述第一气泵7至工作状态。
在本实施例中，控制器5通过氨气传感器和臭氧传感器实时采集氨气和臭氧浓度，控制气泵、风扇11、加热片的开关工作。具体而言，首先打开第一气泵7和风扇11，因为太空的微重力环境，气体难以流动，必须要通过气泵和风扇11，才能实现气体的循环流动，实时检测氨气和臭氧浓度，当检测到氨气浓度超标时，关闭第一气泵7，将空气净化盒与动物培养箱之间气体隔离；然后开启臭氧发生器，产生的臭氧将氨气等有害气体降解为无害气体，当检测到氨气浓度低于设定值时，关闭臭氧发生装置2；最后，打开加热片，将臭氧快速降解为氧气，当臭氧浓度低于设定值时，关闭加热片，打开第一气泵7，将臭氧降解后的无害气体泵回培养空间。顺序循环执行以上三个步骤，对动物培养箱内的氨气等有害气体进行实时检测和降解净化。
本实施例通过传感器6、气泵、臭氧发生装置2、臭氧分解装置4的交互，提高了在太空微重力环境下的的气体的净化处置效率，同时降低了所需要的电量，延长了设备的使用寿命。
实施例7：
本实施例提供一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，如图1所示，基于实施例1，所述净化室内还设置有分子筛9，用于吸附净化经所述进气口1进入所述净化室的待净化气体。
由于待净化气体中存在有无法通过臭氧降解的有害气体，故在本实施例中，通过分子筛9，将其中无法通过臭氧来进行净化的气体，通过分子筛9吸附的方式进行净化。
优选地，所述空气净化盒还包括第二气泵8；所述出气口3设置有单向阀10，用于防止外部环境的气体进入所述净化室内；
所述第二气泵8，用于将经所述分子筛9净化后的气体，经由所述出气口3，排放至外部环境。
由于第一气泵7在进气口1，距离出气口3较远，故在本实施例中，还设置有第二气泵8，协助进行气体流动，将待净化气体吸到分子筛9上进行分解，并经由出气口3流出，同时为了防止外部环境的气体进入所述净化室内，同时在出气口3上设置有单向阀10。
本实施例通过分子筛9和气泵的交互，实现了对于臭氧不能处理的其他类型的有害物质的有效处理。
本发明通过上述实施例，实现了：
(1)通过臭氧发生装置，净化在太空微重力环境中因为饲养动物所产生的有害气体，从而实现了在太空微重力环境下的废物处理；
(2)通过传感器、气泵、臭氧发生装置、臭氧分解装置的交互，提高了在太空微重力环境下的的气体的净化处置效率，同时降低了所需要的电量，延长了设备的使用寿命；
(3)通过分子筛和气泵的交互，实现了对于臭氧不能处理的其他类型的有害物质的有效处理。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，所述系统运行于微重力环境下，其特征在于，包括：动物培养箱和空气净化盒；
所述空气净化盒包括：进气口、臭氧发生装置、净化室、出气口；所述臭氧发生装置设置在所述净化室内，用于产生臭氧；
所述动物培养箱中的待净化气体经所述进气口进入所述净化室，通过所述臭氧发生装置产生的臭氧进行空气净化后，经所述出气口从所述净化室排出。
2.根据权利要求1所述的一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，其特征在于，所述空气净化盒还包括臭氧分解装置，设置在所述净化室内，用于分解剩余的所述臭氧。
3.根据权利要求1或者2所述的一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，其特征在于，还包括控制器和传感器；
所述传感器，用于检测所述净化室内的待净化气体的预设种类气体浓度；
所述控制器，用于根据所述预设种类气体浓度，控制所述空气净化盒工作。
4.根据权利要求3所述的一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，其特征在于，所述传感器包括氨气传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的氨气浓度；
当所述氨气传感器检测到所述氨气浓度高于预设的标准氨气浓度时，所述控制器控制所述臭氧发生装置处于工作状态；
当所述氨气传感器检测到所述氨气浓度低于预设的标准氨气浓度时，所述控制器控制所述臭氧发生装置处于空闲状态。
5.根据权利要求3所述的一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，其特征在于，所述传感器包括臭氧传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的臭氧浓度；
当所述臭氧传感器检测到所述臭氧浓度高于预设的标准臭氧浓度时，所述控制器控制所述臭氧分解装置处于工作状态，使臭氧快速分解；
当所述臭氧传感器检测到所述臭氧浓度低于预设的标准臭氧浓度时，所述控制器控制所述臭氧分解装置处于空闲状态。
6.根据权利要求3所述的一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，其特征在于，所述进气口处设置有第一气泵，用于将所述动物培养箱内的所述待净化气体经由所述进气口泵入所述净化室，并在净化后经由所述出气口泵入所述动物培养箱；
当所述传感器检测到预设种类的气体浓度超标时，所述控制器控制所述第一气泵处于工作状态；
当所述传感器检测到预设种类的气体浓度未超标时，所述控制器控制所述第一气泵处于空闲状态。
7.根据权利要求3所述的一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，其特征在于，所述进气口处设置有第一气泵，用于将所述动物培养箱内的所述待净化气体经由所述进气口泵入所述净化室，并在净化后经由所述出气口泵入所述动物培养箱；
所述传感器包括：氨气传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的氨气浓度；臭氧传感器，用于检测所述净化室内的所述待净化气体的臭氧浓度；
当所述氨气传感器检测到所述氨气浓度高于预设的标准氨气浓度时，所述控制器将所述第一气泵从工作状态切换至空闲状态，控制所述臭氧发生装置处于工作状态；
所述控制器待所述氨气浓度降低到低于所述标准氨气浓度后，切换所述臭氧发生装置至空闲状态，若此时所述臭氧浓度高于预设的标准臭氧浓度时，控制所述臭氧分解装置从空闲状态切换至工作状态；
所述控制器待所述臭氧浓度低于所述标准臭氧浓度后，切换所述臭氧发生装置至空闲状态，并切换所述第一气泵至工作状态。
8.根据权利要求1所述的一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，其特征在于，所述空气净化盒还包括风扇，设置在所述净化室内，用于将所述待净化气体在所述净化室内扩散。
9.根据权利要求1所述的一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，其特征在于，所述出气口设置有单向阀，用于防止外部环境的气体进入所述净化室内；
所述净化室内还设置有分子筛，用于吸附净化经所述进气口进入所述净化室的待净化气体。
10.根据权利要求9所述的一种微重力密闭空间动物培养气体净化系统，其特征在于，所述空气净化盒还包括第二气泵和分子筛；用于吸附净化经所述进气口进入所述净化室的待净化气体。
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