專利名稱：空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及載人航天環(huán)控生保技術(shù)研究領(lǐng)域，特別涉及一種用于空間 植物培養(yǎng)的濕度控制裝置。
技術(shù)背景通過(guò)生物技術(shù)，模擬自然生態(tài)學(xué)的原理，在地外建立生物再生式生保系統(tǒng)， 是載人航天環(huán)控生保中的一項(xiàng)重要技術(shù)，是目前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。高等植物 作為其中的關(guān)鍵生物部件對(duì)系統(tǒng)功能的發(fā)揮起到非常重要的作用。目前，以空 間站為平臺(tái)著手進(jìn)行空間環(huán)境條件下的植物栽培技術(shù)研究，其目的之一在于突 破空間植物栽培技術(shù)、為未來(lái)長(zhǎng)期空間飛行的航天員定時(shí)定量提供新鮮食品和少量的氧氣，并對(duì)緩解航天員的心理壓力發(fā)揮重要作用；此外，進(jìn)行空間產(chǎn)品 開(kāi)發(fā)和培育優(yōu)良品種等，為地面農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)提供技術(shù)^^務(wù)。如何進(jìn)行針對(duì)空間微重力條件下的植物栽培室中濕度控制，是研制性能良 好的植物栽培裝置必須解決的關(guān)鍵技術(shù)，也是空間條件下植物正常生長(zhǎng)的根本 保障。在地面植物培養(yǎng)裝置中，通過(guò)降低栽培室內(nèi)整個(gè)環(huán)境的溫度達(dá)到除濕目的， 而且除濕過(guò)程中產(chǎn)生的水通過(guò)重力作用自然凝聚在艙的底部，然后收集排出。 這種利用重力作用的方式在空間微重力情況下不能適用。而且，地面條件下植 物栽培系統(tǒng)中產(chǎn)生的冷凝水一般并不加以回收利用。而空間環(huán)境下需要將冷凝 水在植物培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)^f亍回收利用，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)水的循環(huán)再生，滿足了空間 受控生態(tài)生保系統(tǒng)的要求，降低了空間飛行任務(wù)中的發(fā)射質(zhì)量，節(jié)約發(fā)射費(fèi)用。國(guó)內(nèi)對(duì)空間微重力條件下的植物栽培室中濕度控制尚無(wú)相關(guān)的研究和應(yīng) 用，國(guó)際上空間條件下的植物栽培室中有濕度控制技術(shù)的應(yīng)用，但未見(jiàn)相關(guān)技 術(shù)的文獻(xiàn)報(bào)道。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型需要解決的主要技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種在 空間微重力條件下植物栽培室中的濕度控制裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置，用于包含栽 培室、溫度控制子系統(tǒng)等的空間植物培養(yǎng)系統(tǒng)，包括除濕盤、多孔板、半導(dǎo)體 制冷器、除濕散熱器、冷凝水泵、冷凝水貯箱；除濕盤位于栽培室內(nèi)壁底部， 多孔板焊接在除濕盤上，多孔板和除濕盤形成密閉的水腔；水腔、冷凝水泵和 冷凝水貯箱組成冷凝水回路；除濕盤的下面和半導(dǎo)體制冷器的冷接點(diǎn)緊密相連， 半導(dǎo)體制冷器的熱接點(diǎn)和除濕散熱器緊密相連；除濕散熱器中的介質(zhì)與溫度控制子系統(tǒng)相連。半導(dǎo)體制冷器是由一個(gè)P型半導(dǎo)體和一個(gè)N型半導(dǎo)體組成的回路。 多孔板的孔隙率為30%~50%，其上孩吏孔的最大孔徑為1 jum，平均孔徑為0.7jim，厚度為1mm。多孔板的材質(zhì)為鎳，釆用將鎳粉軋制-燒結(jié)-軋制的制造過(guò)程。 所述冷凝水貯箱為嚢式結(jié)構(gòu)，分為氣室和液室兩部分，中間裝有隔膜，氣室與栽培室內(nèi)部通過(guò)氣路連接。 除濕散熱器中的介質(zhì)為水。 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是1、 本實(shí)用新型采用局部降低空氣溫度的方法，栽培室內(nèi)的空氣在循環(huán)子系 統(tǒng)的作用下，濕度高的空氣流經(jīng)局部溫度低的除濕盤時(shí)，空氣中的水汽凝結(jié)在 除濕盤的上面，并通過(guò)冷凝水泵在除濕盤和冷凝水回路間產(chǎn)生的壓力差的作用 下，有多孔板上的微孔而進(jìn)入冷凝水回路。2、 在濕度控制過(guò)程中，采用了金屬多孔板技術(shù)。不僅充分利用了金屬熱傳 導(dǎo)性能良好的特點(diǎn)，提高了溫度控制子系統(tǒng)的降溫能力，而且利用其良好的耐 腐蝕性能和親水性能，提高了植物栽培室內(nèi)水分的清除，進(jìn)一步提高了濕度控 制子系統(tǒng)的除濕能力。3、本實(shí)用新型采用將嚢式水貯箱作為收集冷凝水的貯箱，該水箱通過(guò)隔膜 分隔成氣室和液室。液室作為冷凝水的貯箱，氣室和栽培室相通，這樣保證了 冷凝水回路和栽培室中的大氣壓力一致，從而克服了栽培室的氣壓變化而影響 除濕子系統(tǒng)的除濕效果這一技術(shù)難題。此外，本實(shí)用新型可直接應(yīng)用于小型密閉環(huán)境中的濕度控制，如植物、微 藻等生物培養(yǎng)裝置等，也將對(duì)地面條件下大型密閉環(huán)境溫濕度控制技術(shù)的改進(jìn) 具有良好的借鑒作用。

圖1 空間植物栽培濕度控制裝置工作原理圖； 圖2空間植物栽培裝置半導(dǎo)體制冷器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置，用于主要包含栽培室1、溫度 控制子系統(tǒng)的空間植物培養(yǎng)系統(tǒng)。所述的濕度控制裝置包括除濕盤2、多孔板3、 半導(dǎo)體制冷器5、除濕散熱器6、冷凝水泵7和冷凝水貯箱9。除濕盤2位于栽培室內(nèi)壁底部，多孔板3焊接在除濕盤2上，多孔板3和 除濕盤2形成密閉的水腔4;水腔4、冷凝水泵7和冷凝水貯箱9組成冷凝水 回路14。如圖2所示，半導(dǎo)體制冷器5是一個(gè)P型半導(dǎo)體和一個(gè)N型半導(dǎo)體組成的 回路。當(dāng)半導(dǎo)體兩端通以直流電流時(shí)，P型半導(dǎo)體內(nèi)的空穴和N型半導(dǎo)體內(nèi)的 電子在外電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致21、 22點(diǎn)的內(nèi)能增加，表現(xiàn)為溫度上 升，以熱能的形式向周圍環(huán)境釋》文；而17、 18點(diǎn)的內(nèi)能減少，表現(xiàn)為溫度降 低，從周圍環(huán)境中吸收能量。因此，21、 22點(diǎn)稱為熱接點(diǎn)，17、 18點(diǎn)稱為冷 接點(diǎn)。 一片半導(dǎo)體制冷器由多個(gè)半導(dǎo)體器件構(gòu)成，以提高制冷功率。半導(dǎo)體制冷器5的熱接點(diǎn)21、 22和除濕散熱器6緊密相連，半導(dǎo)體5的 冷接點(diǎn)17、 18和水腔4底部緊密相連。除濕散熱器6中的介質(zhì)與溫度控制子系統(tǒng)16相連。本實(shí)施例中多孔板3的孔隙率為40%，其上微孔的最大孔徑為1 平 均孔徑為0.7jnm，厚度為1mm。多孔板3的材質(zhì)為鎳，采用將鎳粉軋制-燒結(jié)-軋制的制造過(guò)程。冷凝水貯箱9為嚢式結(jié)構(gòu)，分為氣室11和液室12兩個(gè)部分，中間裝有隔 膜10，氣室11與栽培室1內(nèi)部通過(guò)氣路13連接。當(dāng)冷凝水到達(dá)冷凝水貯箱9 時(shí)，液室12的體積增加，氣室11體積減少，氣壓將增加。為防止氣室11內(nèi)壓 力逐漸增大對(duì)除濕過(guò)程產(chǎn)生影響，將嚢式冷凝水貯箱9的氣室11與栽培室1 通過(guò)氣路13相通，使得冷凝水回路14中的壓力與栽培室1內(nèi)的壓力相同。空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置在植物生長(zhǎng)的全過(guò)程中必須處于工作狀態(tài)，才 能滿足栽培室內(nèi)的濕度控制要求，需要控制的部分主要將冷凝水排放到營(yíng)養(yǎng)液 回路中。其工作流程為由于植物的蒸騰作用和栽培盤的蒸發(fā)作用，栽培室1 環(huán)境中的濕度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)栽培室1的濕度高于設(shè)定值時(shí)，濕度控制裝置 開(kāi)始工作，電磁閥8開(kāi)啟，冷凝水回路14接通，半導(dǎo)體制冷器5、除濕散熱器 6開(kāi)始工作。在半導(dǎo)體制冷器5的作用下，除濕盤2、多孔板3的溫度低于栽 培室1大氣溫度，流經(jīng)多孔板3的空氣由于溫度的降低，其中的水汽變成液態(tài) 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上的水會(huì)通過(guò)孩吏 孔到達(dá)水腔4而進(jìn)入到冷凝水回路14，最后到達(dá)冷凝水l&箱9中，從而實(shí)現(xiàn)了 除濕過(guò)程。為保證整個(gè)除濕過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，水腔4和冷凝水回3各14中必須沒(méi)有氣體， 否則由于表面張力作用，整個(gè)除濕過(guò)程無(wú)法實(shí)現(xiàn)，冷凝水會(huì)積累在多孔板3的 表面。因此，水腔4和冷凝水回路14中預(yù)先裝滿水。半導(dǎo)體制冷器5產(chǎn)生的熱能通過(guò)除濕散熱器6傳遞給溫度控制子系統(tǒng)16 的冷卻水回路，最后通過(guò)栽培室1外的散熱裝置6輻射給外部環(huán)境。此外，當(dāng) 冷凝水j3i箱9中的冷凝水達(dá)到一定量時(shí)，進(jìn)入到供水回路15供植物生長(zhǎng)使用。
權(quán)利要求1、空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置，用于主要包含栽培室(1)、溫度控制子系統(tǒng)的空間植物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述濕度控制裝置包括除濕盤(2)、多孔板(3)、半導(dǎo)體制冷器(5)、除濕散熱器(6)、冷凝水泵(7)和冷凝水貯箱(9)；除濕盤(2)位于栽培室(1)的內(nèi)壁底部，多孔板(3)焊接在除濕盤(2)上，多孔板(3)和除濕盤(2)形成密閉的水腔(4)；水腔(4)、冷凝水泵(7)和冷凝水貯箱(9)組成冷凝水回路(14)；除濕盤(2)的下面和半導(dǎo)體制冷器(5)的冷接點(diǎn)緊密相連，半導(dǎo)體制冷器(5)的熱接點(diǎn)和除濕散熱器(6)緊密相連；除濕散熱器(6)中的介質(zhì)與溫度控制子系統(tǒng)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置，其特征在于半導(dǎo)體制 冷器(5)是一個(gè)由P型半導(dǎo)體和一個(gè)N型半導(dǎo)體組成的回路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置，其特征在于所述多孔 板(3)的孔隙率為30%~50%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3的空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置，其特征在于所述 多孔板(3)上每個(gè)微孔的最大孔徑為1lim,平均孔徑為0.7Mm，厚度為1mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或3的空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置，其特征在于所述 多孔板(3)的材質(zhì)為鎳。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1的空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置，其特征在于所述冷凝 水貯箱(9)為嚢式結(jié)構(gòu)，分為氣室(11)和液室(12)兩部分，中間裝有隔膜(10)，氣室(11)與栽培室(1)內(nèi)部通過(guò)氣路(13)連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1的空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置，其特征在于所述除濕 散熱器(6)中的介質(zhì)為水。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種空間植物培養(yǎng)濕度控制裝置，包括除濕盤、多孔板、半導(dǎo)體制冷器、除濕散熱器、冷凝水泵和冷凝水貯箱；除濕盤位于栽培室內(nèi)壁底部，多孔板焊接在除濕盤上，多孔板和除濕盤形成密閉的水腔；水腔、冷凝水泵和冷凝水貯箱組成冷凝水回路；除濕盤的下面和半導(dǎo)體制冷器的冷接點(diǎn)緊密相連，半導(dǎo)體制冷器的熱接點(diǎn)和除濕散熱器緊密相連；除濕散熱器中的介質(zhì)與溫度控制子系統(tǒng)相連。本實(shí)用新型采用金屬多孔板技術(shù)，不僅充分利用了金屬熱傳導(dǎo)性能良好的特點(diǎn)，提高了溫度控制子系統(tǒng)的降溫能力，而且利用其良好的耐腐蝕性能和親水性能，提高了植物栽培室內(nèi)水分的清除，進(jìn)一步提高了濕度控制子系統(tǒng)的除濕能力。
文檔編號(hào)F25B21/02GK201173553SQ20072030934
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者劉向陽(yáng), 唐永康, 尹永利, 勇 楊, 白延強(qiáng), 艾為黨, 郭雙生 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總裝備部航天醫(yī)學(xué)工程研究所