CN201173553Y - 空间植物培养湿度控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空间植物培养湿度控制装置，包括除湿盘、多孔板、半导体制冷器、除湿散热器、冷凝水泵和冷凝水贮箱；除湿盘位于栽培室内壁底部，多孔板焊接在除湿盘上，多孔板和除湿盘形成密闭的水腔；水腔、冷凝水泵和冷凝水贮箱组成冷凝水回路；除湿盘的下面和半导体制冷器的冷接点紧密相连，半导体制冷器的热接点和除湿散热器紧密相连；除湿散热器中的介质与温度控制子系统相连。本实用新型采用金属多孔板技术，不仅充分利用了金属热传导性能良好的特点，提高了温度控制子系统的降温能力，而且利用其良好的耐腐蚀性能和亲水性能，提高了植物栽培室内水分的清除，进一步提高了湿度控制子系统的除湿能力。

Description

空间植物培养湿度控制装置

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湿度控制装置。

背景技术

通过生物技术，模拟自然生态学的原理，在地外建立生物再生式生保系统，是载人航天环控生保中的一项重要技术，是目前国际上研究的热点。高等植物作为其中的关键生物部件对系统功能的发挥起到非常重要的作用。目前，以空间站为平台着手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。

如何进行针对空间微重力条件下的植物栽培室中湿度控制，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。

在地面植物培养装置中，通过降低栽培室内整个环境的温度达到除湿目的，而且除湿过程中产生的水通过重力作用自然凝聚在舱的底部，然后收集排出。这种利用重力作用的方式在空间微重力情况下不能适用。而且，地面条件下植物栽培系统中产生的冷凝水一般并不加以回收利用。而空间环境下需要将冷凝水在植物培养系统内进行回收利用，实现了系统内水的循环再生，满足了空间受控生态生保系统的要求，降低了空间飞行任务中的发射质量，节约发射费用。

国内对空间微重力条件下的植物栽培室中湿度控制尚无相关的研究和应用，国际上空间条件下的植物栽培室中有湿度控制技术的应用，但未见相关技术的文献报道。

实用新型内容

本实用新型需要解决的主要技术问题是：克服现有技术不足，提供一种在空间微重力条件下植物栽培室中的湿度控制装置。

本实用新型的技术解决方案是：空间植物培养湿度控制装置，用于包含栽培室、温度控制子系统等的空间植物培养系统，包括除湿盘、多孔板、半导体制冷器、除湿散热器、冷凝水泵、冷凝水贮箱；除湿盘位于栽培室内壁底部，多孔板焊接在除湿盘上，多孔板和除湿盘形成密闭的水腔；水腔、冷凝水泵和冷凝水贮箱组成冷凝水回路；除湿盘的下面和半导体制冷器的冷接点紧密相连，半导体制冷器的热接点和除湿散热器紧密相连；除湿散热器中的介质与温度控制子系统相连。

半导体制冷器是由一个P型半导体和一个N型半导体组成的回路。

多孔板的孔隙率为30％～50％，其上微孔的最大孔径为1μm，平均孔径为0.7μm，厚度为1mm。

多孔板的材质为镍，采用将镍粉轧制-烧结-轧制的制造过程。

所述冷凝水贮箱为囊式结构，分为气室和液室两部分，中间装有隔膜，气室与栽培室内部通过气路连接。

除湿散热器中的介质为水。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、本实用新型采用局部降低空气温度的方法，栽培室内的空气在循环子系统的作用下，湿度高的空气流经局部温度低的除湿盘时，空气中的水汽凝结在除湿盘的上面，并通过冷凝水泵在除湿盘和冷凝水回路间产生的压力差的作用下，有多孔板上的微孔而进入冷凝水回路。

2、在湿度控制过程中，采用了金属多孔板技术。不仅充分利用了金属热传导性能良好的特点，提高了温度控制子系统的降温能力，而且利用其良好的耐腐蚀性能和亲水性能，提高了植物栽培室内水分的清除，进一步提高了湿度控制子系统的除湿能力。

3、本实用新型采用将囊式水贮箱作为收集冷凝水的贮箱，该水箱通过隔膜分隔成气室和液室。液室作为冷凝水的贮箱，气室和栽培室相通，这样保证了冷凝水回路和栽培室中的大气压力一致，从而克服了栽培室的气压变化而影响除湿子系统的除湿效果这一技术难题。

此外，本实用新型可直接应用于小型密闭环境中的湿度控制，如植物、微藻等生物培养装置等，也将对地面条件下大型密闭环境温湿度控制技术的改进具有良好的借鉴作用。

附图说明

图1空间植物栽培湿度控制装置工作原理图；

图2空间植物栽培装置半导体制冷器结构图。

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，空间植物培养湿度控制装置，用于主要包含栽培室1、温度控制子系统的空间植物培养系统。所述的湿度控制装置包括除湿盘2、多孔板3、半导体制冷器5、除湿散热器6、冷凝水泵7和冷凝水贮箱9。

除湿盘2位于栽培室内壁底部，多孔板3焊接在除湿盘2上，多孔板3和除湿盘2形成密闭的水腔4；水腔4、冷凝水泵7和冷凝水贮箱9组成冷凝水回路14。

如图2所示，半导体制冷器5是一个P型半导体和一个N型半导体组成的回路。当半导体两端通以直流电流时，P型半导体内的空穴和N型半导体内的电子在外电场的作用下产生运动，导致21、22点的内能增加，表现为温度上升，以热能的形式向周围环境释放；而17、18点的内能减少，表现为温度降低，从周围环境中吸收能量。因此，21、22点称为热接点，17、18点称为冷接点。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。

半导体制冷器5的热接点21、22和除湿散热器6紧密相连，半导体5的冷接点17、18和水腔4底部紧密相连。除湿散热器6中的介质与温度控制子系统16相连。

本实施例中多孔板3的孔隙率为40％，其上微孔的最大孔径为1μm，平均孔径为0.7μm，厚度为1mm。

多孔板3的材质为镍，采用将镍粉轧制-烧结-轧制的制造过程。

冷凝水贮箱9为囊式结构，分为气室11和液室12两个部分，中间装有隔膜10，气室11与栽培室1内部通过气路13连接。当冷凝水到达冷凝水贮箱9时，液室12的体积增加，气室11体积减少，气压将增加。为防止气室11内压力逐渐增大对除湿过程产生影响，将囊式冷凝水贮箱9的气室11与栽培室1通过气路13相通，使得冷凝水回路14中的压力与栽培室1内的压力相同。

空间植物培养湿度控制装置在植物生长的全过程中必须处于工作状态，才能满足栽培室内的湿度控制要求，需要控制的部分主要将冷凝水排放到营养液回路中。其工作流程为：由于植物的蒸腾作用和栽培盘的蒸发作用，栽培室1环境中的湿度呈现上升趋势，当栽培室1的湿度高于设定值时，湿度控制装置开始工作，电磁阀8开启，冷凝水回路14接通，半导体制冷器5、除湿散热器6开始工作。在半导体制冷器5的作用下，除湿盘2、多孔板3的温度低于栽培室1大气温度，流经多孔板3的空气由于温度的降低，其中的水汽变成液态水，凝集在多孔板3上，在冷凝水泵7的抽吸作用下多孔板3上的水会通过微孔到达水腔4而进入到冷凝水回路14，最后到达冷凝水贮箱9中，从而实现了除湿过程。

为保证整个除湿过程的实现，水腔4和冷凝水回路14中必须没有气体，否则由于表面张力作用，整个除湿过程无法实现，冷凝水会积累在多孔板3的表面。因此，水腔4和冷凝水回路14中预先装满水。

半导体制冷器5产生的热能通过除湿散热器6传递给温度控制子系统16的冷却水回路，最后通过栽培室1外的散热装置6辐射给外部环境。此外，当冷凝水贮箱9中的冷凝水达到一定量时，进入到供水回路15供植物生长使用。

Claims (7)

1、空间植物培养湿度控制装置，用于主要包含栽培室(1)、温度控制子系统的空间植物培养系统，其特征在于：所述湿度控制装置包括除湿盘(2)、多孔板(3)、半导体制冷器(5)、除湿散热器(6)、冷凝水泵(7)和冷凝水贮箱(9)；

除湿盘(2)位于栽培室(1)的内壁底部，多孔板(3)焊接在除湿盘(2)上，多孔板(3)和除湿盘(2)形成密闭的水腔(4)；水腔(4)、冷凝水泵(7)和冷凝水贮箱(9)组成冷凝水回路(14)；除湿盘(2)的下面和半导体制冷器(5)的冷接点紧密相连，半导体制冷器(5)的热接点和除湿散热器(6)紧密相连；除湿散热器(6)中的介质与温度控制子系统相连。

2、根据权利要求1的空间植物培养湿度控制装置，其特征在于：半导体制冷器(5)是一个由P型半导体和一个N型半导体组成的回路。

3、根据权利要求1的空间植物培养湿度控制装置，其特征在于：所述多孔板(3)的孔隙率为30％～50％。

4、根据权利要求1或3的空间植物培养湿度控制装置，其特征在于：所述多孔板(3)上每个微孔的最大孔径为1μm，平均孔径为0.7μm，厚度为1mm。

5、根据权利要求1或3的空间植物培养湿度控制装置，其特征在于：所述多孔板(3)的材质为镍。

6、根据权利要求1的空间植物培养湿度控制装置，其特征在于：所述冷凝水贮箱(9)为囊式结构，分为气室(11)和液室(12)两部分，中间装有隔膜(10)，气室(11)与栽培室(1)内部通过气路(13)连接。

7、根据权利要求1的空间植物培养湿度控制装置，其特征在于：所述除湿散热器(6)中的介质为水。

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