CN201149352Y - 空间植物培养温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空间植物培养温度控制装置，用于包含栽培室的空间植物培养系统，其包括降温组件、升温组件和通风风扇；降温组件由冷却液泵、电磁阀、壁面热交换器、栽培室外散热装置和流量传感器组成，通过冷凝热交换介质管道顺次连接；升温组件固定在栽培室内侧靠近壁面热交换器的位置；风扇位于壁面热交换器的下方。本实用新型的降温组件采用的半导体制冷器，利用Peltier效应制冷，升温组件的加热元件采用薄膜电阻加热片，冷凝热交换介质管道在壁面热交换器位置为蛇形，散热冷板内部为蛇形的通道，使本实用新型具有结构简单、体积小、重量轻等优点，适合于小型密闭环境的温度控制。

Description

空间植物培养温度控制装置

技术领域

本实用新型涉及载人航天环控生保技术研究领域，特别涉及一种用于空间植物培养的温度控制装置。

背景技术

人们以空间站为平台进行空间环境条件下的植物栽培技术研究，其目的之一在于突破空间植物栽培技术、为未来长期空间飞行的航天员定时定量提供新鲜食品和少量的氧气，并对缓解航天员的心理压力发挥重要作用；此外，进行空间产品开发和培育优良品种等，为地面农业现代化生产提供技术服务；再者，为下一步深空探测和地外星球基地受控生态生保系统的建立奠定基础。

如何进行针对空间微重力条件下的植物栽培室中温度控制，是研制性能良好的植物栽培装置必须解决的关键技术，也是空间条件下植物正常生长的根本保障。在空间进行高等植物培养，必须由相对独立的单元——空间植物培养装置来完成。如何设计其中的温度控制子系统，对该装置功能的发挥、植物能否正常生长具有非常重要的作用。

从目前地面所采取的密闭环境中的温度控制技术来看，主要采用功率较大的压缩机和风扇等，通过氟利昂等介质进行冷凝热交换，因此存在构造复杂、能耗高、体积大以及维护成本高等缺点，不适合空间条件下植物栽培等小型装置的使用。

目前国外已有用于空间环境的温度控制技术，但未见相关文献报道。国内用于空间环境温度控制技术的研究，尚处于起步阶段，无相应的技术使用和文献报道。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种体积小、能耗低、设计简单的空间植物培养温度控制装置，解决空间微重力条件下高等植物、微藻等生物培养过程中的温度控制技术难题。

本实用新型的技术解决方案是：空间植物培养温度控制装置，用于主要包含栽培室、温度控制子系统的空间植物培养系统，所述温度控制装置包括降温组件、升温组件和通风风扇；降温组件由冷却液泵、电磁阀、壁面热交换器、栽培室外散热装置和流量传感器组成，通过冷凝热交换介质管道顺次连接；升温组件固定在栽培室内侧靠近壁面热交换器的位置；通风风扇位于壁面热交换器的下方，用于调节栽培室内空气的流速和温度。

栽培室外散热装置包括半导体制冷器、散热冷板、散热器和散热风扇。半导体制冷器的热端和散热器相连，半导体制冷器的冷端和散热冷板相连；散热冷板内部为蛇形的通道，与冷凝热交换介质管道相连。

所述的半导体制冷器、散热器和散热风扇对称安装在散热冷板两侧。

所述的升温组件采用薄膜电阻加热片。

所述壁面热交换器前方安装挡板，通风风扇安装在壁面热交换器与挡板之间的下方位置。

本实用新型的工作原理是：在植物生长过程中，必须接受光能，才能正常生长。在空间植物培养装置中，只能依靠人工光源为植物的生长提供光能。而从目前的人工光照技术现状来看，并不是100％电能全部转化为光能，也并不是100％的光能被植物吸收利用，这些损失的能量大部分以热能的形式辐射到栽培室的空气中，从而使植物栽培室的温度上升。此外，植物栽培室内的其它装置也散发一些热量。因此，为保证植物正常生长，必须对植物栽培室的环境温度进行控制。温度控制的作用是保证植物栽培室内的温度保持在设定的范围之间，如15～35℃，包括升温和降温两种工况。

本实用新型的空间植物培养温度控制装置包括升温组件、降温组件和通风风扇。降温组件的工作原理是：降温组件主要在降温时工作，由于受能耗和体积等因素的限制，本实用新型采用栽培室内、外同时散热的方式。栽培室内采用壁面热交换器和热交换风扇散热，栽培室外采用半导体技术进行制冷。半导体制冷器安装在植物栽培室的外部，和散热风扇、散热冷板、散热器一起组成栽培室外的散热装置。半导体制冷器利用Peltier效应制冷的，由一个P型半导体和一个N型半导体组成回路，一片半导体制冷器由多个半导体器件构成，以提高制冷功率。

植物栽培室和外界环境的换热过程为：光源和植物栽培室内的其它电器产生的热能，在植物栽培室内的通风风扇的作用下，将这些热能传递给植物栽培室中的大气和栽培室内壁，然后传导给热交换器，同时由冷却液回路传导给栽培室外的半导体制冷器，最后在散热风扇的作用下通过散热器将热能传递给外部环境。

升温组件的工作原理：升温组件的加热元件采用薄膜电阻加热片，贴在植物栽培室内的热交换器上。在没有光照而需要升高植物栽培室内的温度时，通过测控系统的控制向薄膜电阻加热片供电并加热，通过热交换器，在通风风扇的强迫对流和栽培室壁的热传导下，将热传递给植物栽培室内的空气和栽培室内的各壁面。

本实用新型相比现有技术的有益效果是：

1、由于采用的温度控制装置包括降温组件、升温组件和通风风扇，合理安排升级温和通风结构，使本实用新型体积小、能耗低、设计简单，且各点的空气流速和温度均匀一致。。

2、降温组件采用的半导体制冷器，利用Peltier效应制冷，具有结构简单、体积小、重量轻、无污染、无震动、无噪声、温度可控等优点，非常适合于小型密闭环境的温度控制。

3、此外，升温组件的加热元件采用薄膜电阻加热片，固定在栽培室内侧靠近壁面热交换器的位置，可使升温速度加快。

4、冷凝热交换介质管道在壁面热交换器位置为蛇形，散热冷板内部为蛇形的通道，这些都可以增大接触面积，提高散热效果。

附图说明

图1为本实用新型空间植物培养温度控制装置工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，1为植物栽培室，2为栽培室外的散热装置，3为壁面热交换器，4为升温组件，5为挡板，6为通风风扇，7为电磁阀，8为冷却液泵，9为流量传感器，10为冷凝热交换介质管道，11为散热风扇，12为散热器，13为半导体制冷器，14为散热冷板。

空间植物培养温度控制装置，用于包含植物栽培室1的空间植物培养系统。包括降温组件、升温组件和通风风扇6；降温组件包括冷却液泵8、电磁阀7、壁面热交换器3、栽培室外散热装置2和流量传感器9，各部件通过冷凝热交换介质管道10顺次连接。

本实施例的升温组件4采用薄膜电阻加热片，贴在栽培室内侧靠近壁面热交换器3的位置。

栽培室外的散热装置2包括半导体制冷器13、散热冷板14、散热器12和散热风扇11。半导体制冷器13的热端和散热器12粘接，半导体制冷器13的冷端和散热冷板14粘接，散热冷板14内部为蛇形的通道，与栽培室外的冷凝热交换介质管道10相连。

冷凝热交换介质管道10在壁面热交换器3位置为蛇形。

壁面热交换器3前方安装挡板5，其与挡板5之间的下方位置安装通风风扇6，通风风扇6可以加速植物栽培室1内空气向壁面热交换器3流动，使植物栽培室1内空气的温度趋于一致。当需要升高温度时，向升温组件4供电将栽培室1侧壁面加热，并通过通风风扇6的强迫对流和栽培室壁的热传导，将热量传递给植物栽培室1内的空气和各壁面。这样可简化系统设计，并能提高系统的安全稳定性。

冷凝热交换介质管道10的材质为紫铜，回路的工作介质为纯净水，其循环动力由连接在回路中的冷却液泵8提供，本实施例中选用具有电磁离合机构的塑料齿轮泵作为冷却液泵。

当然，对本实用新型的各组成部件及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1、空间植物培养温度控制装置，用于主要包含植物栽培室(1)的空间植物培养系统，其特征在于：所述的温度控制装置包括降温组件、升温组件(4)和通风风扇(6)；

所述降温组件由冷却液泵(8)、电磁阀(7)、壁面热交换器(3)、植物栽培室外散热装置(2)和流量传感器(9)组成，通过冷凝热交换介质管道(10)顺次连接；

所述植物栽培室外散热装置(2)包括半导体制冷器(13)、散热冷板(14)、散热器(12)和散热风扇(11)；半导体制冷器(13)的热端和散热器(12)相连，半导体制冷器(13)的冷端和散热冷板(14)相连；散热冷板(14)内部为蛇形的通道，与冷凝热交换介质管道(10)相连；

所述升温组件固定在植物栽培室(1)内侧靠近壁面热交换器(3)的位置；

所述通风风扇(6)位于壁面热交换器(3)的下方。

2、根据权利要求1的空间植物培养温度控制装置，其特征在于：所述的半导体制冷器(13)、散热器(12)和散热风扇(11)对称安装在散热冷板(14)两侧。

3、根据权利要求1的空间植物培养温度控制装置，其特征在于：所述的升温组件(4)采用薄膜电阻加热片。

4、根据权利要求1的空间植物培养温度控制装置，其特征在于：所述的冷凝热交换介质管道(10)在靠近壁面热交换器(3)位置处的形状为蛇形。

5、根据权利要求1的空间植物培养温度控制装置，其特征在于：所述壁面热交换器(3)前方安装挡板(5)，通风风扇(6)安装在壁面热交换器(3)与挡板(5)之间的下方位置。

6、根据权利要求1的空间植物培养温度控制装置，其特征在于：所述冷凝热交换介质管道(10)的材质为紫铜。

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