CN201203598Y - 生物再生生命保障系统生物单元间关系模拟综合实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物再生生命保障系统生物单元间关系模拟综合实验装置。该装置主要包括动物间、植物间和空气温度调节间三部分。主要特征是植物间配件包括红蓝发光二极管、排风扇、水分传感器、布水管、布气管、水泵等；动物间装置有紫外灯、排风扇、压力计等；空气温度调节间包括铜质热交换管、气体增压泵、气阀等。利用此装置可进行植物培养、动物培养单独实验，植物净化人呼出的气体实验，也可以进行动植物联合培养实验，从而研究生物再生生命保障系统(BLSS)中植物、动物等生物单元间的气体等物质的交换关系，为在生命保障系统中建立生物单元间的物质平衡提供一定的实验论据。该实验装置还可用于开展实验生态学研究。

Description

生物再生生命保障系统生物单元间关系模拟综合实验装置

技术领域

本实用新型涉及一个生物再生生命保障系统生物单元间关系模拟综合实验装置，主要用于探索研究生物再生生命保障系统(BLSS)中植物、动物等生物单元间的物质循环关系，为保持生命保障系统中生物单元间的物质平衡提供一定的实验论据。

背景技术

生物再生生命保障系统(BLSS，Biological Life Support System)已被各航天大国公认为建立永久月球、火星空间基地的根本保障技术。BLSS中的水和气体再生主要由高等植物通过光合作用来完成，同时宇航员从高等植物那里获取植物性食物。另外，从宇航员心理生理角度考虑，同时实现宇航员食物的自给自足并增加系统的闭合性，宇航员也要在BLSS内生产动物蛋白，即再生生命保障系统包括植物、动物等生物单元，在有限的空间站内，动植物之间必然存在物质交换，从而共同维持生命保障系统物质和能量的平衡。另外，由于空间站内宇航员需要的氧气主要由高等植物提供，所以有必要研究高等植物对人呼出气体的净化情况。因此，研究探索这些生物单元间的物质循环关系便成为维持再生生命保障系统内物质平衡的重要问题之一。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种结构相对简单、易于观察控制、便于操作的研究动植物生长单元间物质交换关系的实验装置。

为实现上述研究目的，本实用新型所采取的技术方案是：设计了此生物再生生命保障系统生物单元间关系模拟综合实验装置，此长方体形装置由动物间(37)、植物间(38)、位于动物间(37)和植物间(38)之间的物流间(3)和动物间(37)后部的空气温度调节间(39)等构成。

动物间(37)上部设有紫外灯(5)，紫外灯消毒通道隔板(9)，板高5-20cm，此板前端与箱体保持2-10cm距离，来自空气温度调节间(39)的空气经过风扇(10)进入紫外灯消毒通道(32)，从板前端开口(33)处流出，再从紫外灯通道(32)下的紫外线挡光板(1)的两侧开口(29)流入动物间(37)，紫外线挡光板(1)的作用是防止紫外线直射动物间(37)对其中动物造成伤害。动物放出的二氧化碳、氨气等气体从气管(40)流出，经过气管(41)进入植物间(38)，气管(41)分成支管(42、43)。动物间(37)正面中部设法兰开孔(2)，用于安装加长无菌医用手套，实验人员可以通过它们对动物间(37)进行操作，从而避免了装置内气体的泄漏。此单元正面还设有一为动物生长提供照明的荧光灯(15)，其上部为反光板(16)，将荧光灯发出的光反射进动物间(37)。动物间(37)从顶部到承托板(30)处的箱体为密闭空间，高90—140cm的板面(36)与动物间(37)箱体为法兰连接，可拆卸。

植物间(38)顶部为红蓝LED(25)光源，其中红光70％-90％，蓝光10％-30％。光源区前部设有透气不锈钢网(4)，后部的不锈钢板(31)上装有两个给LED光源(25)降温的排风扇(10)；光源(25)下部是透光钢化玻璃板(6)。透光钢化玻璃板(6)下方70cm处是不锈钢多孔板(20)，此板在承托其上部的植物生长基质(34)的同时，可以使基质(34)中多余的水流回植物间(38)下部的集水容器(28)中。植物间(38)侧壁上装有接触式温度传感器(14)。

动物间(37)的出气通过气管(40、41)和气管支管(42、43)进入植物间(38)：当通过支管(43)进入植物间(38)时，气管(19)将气体均匀分布在植物生长基质(34)表面；当通过支管(42)进入植物间(38)时，气体将经过植物生长基质(34)进入植物间(38)。植物间(38)正面的开孔(8)用于连接密封呼吸罩，用于进行植物净化人呼出气体的实验。植物间(38)从透明钢化玻璃板(6)到承托板(20)处为密封空间。中部高50-120cm的板面(35)与植物间(38)箱体之间为法兰连接、可拆卸。

空气温度调节间(39)包括铜质热交换器(12)、氧气传感器(24)、气体增压泵(26)、水泵(27)和带法兰盖的集水容器(22)等部件。集水容器(22)器壁上标有刻度，以观察系统循环水量的变化。

气管(44)上设有两个可接气体测定仪的可密封的孔(11)。制冷时，从空气中凝结下来的冷凝水通过水阀(27)流入集水容器(22)中。根据需要，集水容器(22)中的冷凝水可以通过水阀(51)流入集水容器(28)，其中的水可以由水泵(50)通过滴灌和漫灌两种方式为植物供水，即或通过水阀(49)流入植物生长基质(34)表面的水管，或通过水阀(48)流入斜斗(23)，进而淹没植物生长基质(34)，完成漫灌布水。

动物间与植物间的隔壁上设有物流间(3)，进行各室间及室内外的固体物质传递。在空气温度调节间(39)出气进入动物间(37)的气管(40)上开有两孔(11)，以取气体进行在线分析。

本实用新型的有益效果是，和国内外相关研究领域中的实验设备相比，本密闭装置体积小，气体循环速度快，可为生物再生生命保障系统内气体循环方面的研究提供充足可靠的数据；利用本装置，可以实现在人和动植物等生物单元相互隔离的情况下进行不同生物间物质交换和气体循环关系的研究；本装置易于操作，便于维修。该实验装置还可用于进行实验生态学研究。

附图说明

图1为本实用新型装置的俯视图；

图2为本实用新型装置的前视图；

图3为本实用新型装置的左视图；

图4为本实用新型装置的右视图；

图5为本实用新型装置的I-I剖面图；

图6为本实用新型装置的II-II剖面图；

图7为本实用新型装置的III-III剖面图；

图8为本实用新型装置的IV-IV剖面图；

图9为本实用新型装置的后视图；

图10为本实用新型装置内植物间植物生长基质上的布水管布气管分布图。

图中1.紫外线挡光板，2.安装胶皮手套的开孔，3.物流间，4.透气不锈钢网，5.紫外灯，6.钢化玻璃板，7.不锈钢板，8.连接呼吸面罩的开孔，9.紫外灯消毒通道板，10.排风扇，11.连接气体测定仪的开孔，12.铜质热交换器，13.气阀，14.接触式温度传感器，15.照明荧光灯，16.不锈钢挡光板，17.带锁不锈钢门，18.排气口，19.布气管，20.多孔不锈钢板，21.布水管，22.集水容器(底面为边长5cm的正方形，高15cm)，23.不锈钢斜斗，24.氧气传感器，25.发光二极管，26.气泵，27.水阀，28.集水容器(长70cm，宽55cm，高30cm)，29.紫外线挡光板出气口，30.不锈钢承托板，31.排风扇不锈钢外罩，32.紫外灯消毒通道，33.紫外灯消毒通道前端开口，34.植物生长基质，35.植物间法兰不锈钢面，36.动物间法兰不锈钢面，37.动物间，38.植物间，39.空气温度调节间，40.动物间空气出气管，41.气体进入植物间的空气干管，42.气体通过植物生长基质进入植物间的气管，43.气体从植物生长基质表面进入植物间的气管，44.气体进入紫外灯消毒通道的气管，45.空气温度调节间出气管，46.水分传感器，47.液位计，48.三通管上的水阀，49.三通管支管上的水阀，50.植物间下水泵，51.两集水容器间水阀。

具体实施方式

本实用新型装置主要由动物间(37)、植物间(38)和空气温度调节间(39)等三部分组成。其中植物间配件包括红蓝发光二极管(25)、排风扇(10)、接触式温度传感器(14)、液位计(47)、水分传感器(46)、布水管(21)、布气管(19)、多孔不锈钢承托板(20)、不锈钢斜斗(23)、气体增压泵(26)、集水容器(22)、集水容器(28)、气阀(13)、水阀(27)等；动物间装置有紫外灯(5)、排风扇(10)等；空气温度调节间包括铜质热交换气管(12)、氧气传感器(24)、气体增压泵(26)、气阀(13)等。利用此装置可进行植物培养、动物培养单独实验，植物净化人呼出的气体实验，也可以进行动植物联合培养实验。

进行植物单独实验时，需关闭通往紫外灯消毒通道的气管(44)上的气阀(13)，从空气温度调节间(39)流出的气体经过气管(45、41)，从支管(42)或支管(43)进入植物间(38)。当气体从气管(42)经过植物生长基质进入植物间(38)时，进行植物生长基质净化植物释放的乙烯等微量污染物实验。实验过程中，在气管(45)的孔口(11)上连接气体测定仪测定植物的产氧速率、二氧化碳的消耗速率及基质中异养生物的呼吸速率以及微量污染物浓度的变化。

采取以下方式对植物间(38)的植物进行供水。首先向集水容器(28)中注入足够量的水；同时选择向植物供水的方式。当选择漫灌布水方式时，打开水阀(48)同时关闭水阀(49)，并将液位计(48)与电源连通，当水分传感器(46)监测到植物生长基质中水分不足时，发出启动灌溉指令开启水泵(50)，此时集水容器(28)中的水将进入斜斗(23)并从下到上淹没植物生长基质(34)。当液位计监测到植物生长基质表面的水位达到要求时，发出停止灌溉指令控制水泵(50)停止工作，斜斗(23)和植物生长基质(34)中的自由水将流回集水容器(28)中。当采取滴灌的布水方式时，打开水阀(49)关闭水阀(48)，水泵(50)连续向布水管(21)供水，通过布水管(21)上的开孔对植物进行滴灌。

进行动物植物联合培养实验时，打开通往紫外灯消毒通道的气管(44)上的气阀(13)，同时关闭气管(45)上的气阀(13)。从空气温度调节间(39)流出的气体通过气管(44)和排风扇(10)进入紫外灯消毒通道(32)，经过消毒的气体从紫外线挡光板(1)两侧开口处流入动物间(37)，为动物提供新鲜空气。动物产生的废气经气管(40、41和42或40、41和43)流回植物间(38)。此废气从气管(42)流入植物间(38)时，可进行植物生长基质净化其中的氨气、乙烯等微量污染物及植物利用此混合气体中的二氧化碳进行光合作用的实验；当动物产生的废气通过气管(43)和连接2-12根布气管的气管(19)进入植物间(38)时，进行植物直接利用其中的二氧化碳进行光合作用实验。实验中，利用气管(44)上与开孔(11)连接的气体测定仪测定进入动物间(37)的气体主要成分。实验人员通过物流间(3)将植物间(38)的植物的的叶等取出送入动物间(37)，对其进行简单处理，将其作为食物饲养动物间(37)的动物，研究动植物之间的物质转化关系。

进行植物对人呼出气体的净化效果实验时，在植物间正面中部开孔(8)处连接实验人员佩戴的密封呼吸面罩，此面罩只允许人呼吸的气体同植物间(38)内空气进行交换；同时关闭通往紫外灯消毒通道(32)的气管(44)上的气阀(13)，利用气管(45)上的气体测定仪考察植物净化人呼出气体的效果。

Claims (5)

1、一种生物再生生命保障系统生物单元间关系模拟综合实验装置，其特征在于：此长方体形装置由动物间(37)、植物间(38)、位于动物间(37)和植物间(38)之间的物流间(3)和动物间(37)后部的空气温度调节间(39)等构成。

2、根据权利要求1所述的生物再生生命保障系统生物单元间关系模拟综合实验装置，其特征在于：动物间(37)上部的紫外灯消毒通道(32)中设有紫外灯(5)，紫外灯消毒通道隔板(9)高5-20cm，前端与箱体保持2-10cm距离，来自空气温度调节间(39)的空气经过风扇(10)进入紫外灯消毒通道(32)，从板前端开口(33)处流出，再从紫外灯消毒通道(32)下的紫外线挡光板(1)两侧的开口(29)流入动物间(37)；

动物放出的二氧化碳、氨气等气体从气管(40)流出，经过气管(41)进入植物间(38)，气管(41)分成两个支管(42、43)；

在动物间正面中部的法兰开孔(2)处安装加长无菌医用手套，此间正面还设有一荧光灯(15)，其上部为反光板(16)，动物间从顶部到承托板(30)处的箱体为密闭空间，高90-140cm的板面(36)与动物间(37)的箱体之间为法兰连接、可拆卸。

3、根据权利要求1所述的生物再生生命保障系统生物单元间关系模拟综合实验装置，其特征在于：植物间(38)顶部为红蓝LED光源(25)，其中红光70％-90％，蓝光10％-30％，设有透气网(4)、排气风扇(10)等，排风扇四周为不锈钢板(31)，光源(25)下部为透光钢化玻璃板(6)，此单元还设有不锈钢多孔板(20)，植物间(38)侧壁上装有接触式温度传感器(14)；

在植物生长基质(34)表面安装有液位计(48)，在植物生长基质(34)中部设有水分传感器(46)，集水容器(28)中的水可在水泵(50)作用下通过两种方式为植物供水，或经过水阀(48)进入植物生长基质(34)下部，或通过水阀(49)流入植物生长基质(34)表面的布水管(21)中；

动物间的一部分气体通过气管(40、43)进入植物间(38)时，连接2-12根布气管的气管(19)将气体均匀分布在植物生长基质(34)表面；另一部分气体通过支管(42)进入植物生长基质(34)下部斜斗(23)，通过植物生长基质(34)挣化后进入植物间(38)；

植物间(38)正面开孔(8)可与密封呼吸罩连接，植物间(38)从透明钢化玻璃板(6)到承托板(20)处为密封空间，中部高50-120cm的板面(35)与植物间(38)箱体之间法兰连接、可拆卸。

4、根据权利要求1所述的生物再生生命保障系统生物单元间关系模拟综合实验装置，其特征在于：空气温度调节间(39)包括热交换器(12)、氧气传感器(24)、气体增压泵(26)和带法兰盖的集水容器(22)等部件，在气管(45)上设有两个可接气体测定仪的可密封的孔(11)，制冷时，从空气中凝结下来的冷凝水通过水阀(27)流入器壁上标有刻度的集水容器(22)中，集水容器(22)中的水可以经过水阀(51)流入较大的集水容器(28)中。

5、根据权利要求1所述的生物再生生命保障系统生物单元间关系模拟综合实验装置，其特征在于：动物间(37)与植物间(38)中间设有物流间(3)，在空气温度调节间(39)出气进入动物间(37)上部紫外灯消毒通道(32)的气管(44)上开有两孔(11)。

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