專利名稱：生物再生生命保障系統(tǒng)生物單元間關(guān)系模擬綜合實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一個生物再生生命保障系統(tǒng)生物單元間關(guān)系模擬綜合實驗裝置，主要用 于探索研究生物再生生命保障系統(tǒng)(BLSS)中植物、動物等生物單元間的物質(zhì)循環(huán)關(guān)系，為 保持生命保障系統(tǒng)中生物單元間的物質(zhì)平衡提供一定的實驗論據(jù)。
背景技術(shù)：
生物再生生命保障系統(tǒng)(BLSS, Biological Life Support System)已被各航天大國公認 為建立永久月球、火星空間基地的根本保障技術(shù)。BLSS中的水和氣體再生主要由高等植物 通過光合作用來完成，同時宇航員從高等植物那里獲取植物性食物。另外，從宇航員心理生 理角度考慮，同時實現(xiàn)宇航員食物的自給自足并增加系統(tǒng)的閉合性，宇航員也要在BLSS內(nèi) 生產(chǎn)動物蛋白，即再生生命保障系統(tǒng)包括植物、動物等生物單元，在有限的空間站內(nèi)，動植 物之間必然存在物質(zhì)交換，從而共同維持生命保障系統(tǒng)物質(zhì)和能量的平衡。另外，由于空間 站內(nèi)宇航員需要的氧氣主要由高等植物提供，所以有必要研究高等植物對人呼出氣體的凈化 情況。因此，研究探索這些生物單元間的物質(zhì)循環(huán)關(guān)系便成為維持再生生命保障系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì) 平衡的重要問題之一。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種結(jié)構(gòu)相對簡單、易于觀察控制、便于操作 的研究動植物生長單元間物質(zhì)交換關(guān)系的實驗裝置。
為實現(xiàn)上述研究目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案是設(shè)計了此生物再生生命保障系 統(tǒng)生物單元間關(guān)系模擬綜合實驗裝置，此長方體形裝置由動物間(37)、植物間(38)、位于 動物間(37)和植物間(38)之間的物流間(3)和動物間(37)后部的空氣溫度調(diào)節(jié)間(39) 等構(gòu)成。
動物間(37)上部設(shè)有紫外燈(5)，紫外燈消毒通道隔板(9),板高5"20cm，此板前端 與箱體保持2-10cm距離，來自空氣溫度調(diào)節(jié)間(39)的空氣經(jīng)過風扇(10)進入紫外燈消毒 通道(32)，從板前端開口 (33)處流出，再從紫外燈通道(32)下的紫外線擋光板(1)的 兩側(cè)開口 (29)流入動物間(37),紫外線擋光板(1)的作用是防止紫外線直射動物間(37) 對其中動物造成傷害。動物放出的二氧化碳、氨氣等氣體從氣管(40)流出，經(jīng)過氣管(41) 進入植物間(38),氣管(41)分成支管(42、 43)。動物間(37)正面中部設(shè)法蘭開孔(2)， 用于安裝加長無菌醫(yī)用手套，實驗人員可以通過它們對動物間(37)進行操作，從而避免了 裝置內(nèi)氣體的泄漏。此單元正面還設(shè)有一為動物生長提供照明的熒光燈(15),其上部為反光 板(16),將熒光燈發(fā)出的光反射進動物間(37)。動物間(37)從頂部到承托板(30)處的
箱體為密閉空間，高卯一140cm的板面(36)與動物間(37)箱體為法蘭連接，可拆卸。
植物間(38)頂部為紅藍LED (25)光源，其中紅光70%-卯％,藍光10%-30%。光源 區(qū)前部設(shè)有透氣不銹鋼網(wǎng)(4)，后部的不銹鋼板(31)上裝有兩個給LED光源(25)降溫的 排風扇(10);光源(25)下部是透光鋼化玻璃板(6)。透光鋼化玻璃板(6)下方70cm處 是不銹鋼多孔板(20)，此板在承托其上部的植物生長基質(zhì)(34)的同時，可以使基質(zhì)(34) 中多余的水流回植物間(38)下部的集水容器(28)中。植物間(38)側(cè)壁上裝有接觸式溫 度傳感器(14)。
動物間(37)的出氣通過氣管(40、 41)和氣管支管(42、 43)進入植物間(38):當通 過支管(43)進入植物間(38)時，氣管(19)將氣體均勻分布在植物生長基質(zhì)(34)表面； 當通過支管(42)進入植物間(38)時，氣體將經(jīng)過植物生長基質(zhì)(34)進入植物間(38)。 植物間(38)正面的開孔(8)用于連接密封呼吸罩，用于進行植物凈化人呼出氣體的實驗。 植物間(38)從透明鋼化玻璃板(6)到承托板(20)處為密封空間。中部髙50-120cm的板 面(35)與植物間(38)箱體之間為法蘭連接、可拆卸。
空氣溫度調(diào)節(jié)間(39)包括銅質(zhì)熱交換器(12)、氧氣傳感器(24)、氣體增壓泵(26)、 水泵(27)和帶法蘭蓋的集水容器(22)等部件。集水容器(22)器壁上標有刻度，以觀察 系統(tǒng)循環(huán)水量的變化。
氣管(44)上設(shè)有兩個可接氣體測定儀的可密封的孔(11)。制冷時，從空氣中凝結(jié)下來 的冷凝水通過水閥(27)流入集水容器(22)中。根據(jù)需要，集水容器(22)中的冷凝水可 以通過水閥(51)流入集水容器(28)，其中的水可以由水泵(50)通過滴灌和漫灌兩種方式 為植物供水，即或通過水閥(49)流入植物生長基質(zhì)(34)表面的水管，或通過水閥(48) 流入斜斗(23)，進而淹沒植物生長基質(zhì)(34),完成漫灌布水。
動物間與植物間的隔壁上設(shè)有物流間(3)，進行各室間及室內(nèi)外的固體物質(zhì)傳遞。在空 氣溫度調(diào)節(jié)間(39)出氣進入動物間(37)的氣管(40)上開有兩孔(11)，以取氣體進行在 線分析。
本實用新型的有益效果是，和國內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域中的實驗設(shè)備相比，本密閉裝置體積 小，氣體循環(huán)速度快，可為生物再生生命保障系統(tǒng)內(nèi)氣體循環(huán)方面的研究提供充足可靠的數(shù) 據(jù)；利用本裝置，可以實現(xiàn)在人和動植物等生物單元相互隔離的情況下進行不同生物間物質(zhì) 交換和氣體循環(huán)關(guān)系的研究；本裝置易于操作，便于維修。該實驗裝置還可用于進行實驗生 態(tài)學研究。

圖l為本實用新型裝置的俯視圖2為本實用新型裝置的前視圖； 圖3為本實用新型裝置的左視圖； 圖4為本實用新型裝置的右視圖； 圖5為本實用新型裝置的I - I剖面圖6為本實用新型裝置的n-n剖面圖； 圖7為本實用新型裝置的m-ni剖面圖8為本實用新型裝置的IV-IV剖面圖； 圖9為本實用新型裝置的后視圖10為本實用新型裝置內(nèi)植物間植物生長基質(zhì)上的布水管布氣管分布圖。 圖中l(wèi).紫外線擋光板，2.安裝膠皮手套的開孔，3.物流間，4.透氣不銹鋼網(wǎng)，5.紫外燈，6.鋼 化玻璃板，7.不銹鋼板，8.連接呼吸面罩的開孔，9.紫外燈消毒通道板，IO.排風扇，11.連接 氣體測定儀的開孔，12.銅質(zhì)熱交換器，13.氣閥，14.接觸式溫度傳感器，15.照明熒光燈，16. 不銹鋼擋光板，17.帶鎖不銹鋼門，18.排氣口， 19.布氣管，20.多孔不銹鋼板，21.布水管，22. 集水容器(底面為邊長5cm的正方形，高15cm), 23.不銹鋼斜斗，24.氧氣傳感器，25.發(fā)光二 極管，26.氣泵，27.水闊，28.集水容器(長70cm,寬55cm，高30cm), 29.紫外線擋光板出 氣口， 30.不銹鋼承托板，31.排風扇不銹鋼外罩，32.紫外燈消毒通道，33.紫外燈消毒通道前 端開口， 34.植物生長基質(zhì)，35.植物間法蘭不銹鋼面，36.動物間法蘭不銹鋼面，37.動物間， 38.植物間，39.空氣溫度調(diào)節(jié)間，40.動物間空氣出氣管，41.氣體進入植物間的空氣干管，42. 氣體通過植物生長基質(zhì)進入植物間的氣管，43.氣體從植物生長基質(zhì)表面進入植物間的氣管， 44.氣體進入紫外燈消毒通道的氣管，4S.空氣溫度調(diào)節(jié)間出氣管，46.水分傳感器，47.液位計， 48.三通管上的水閥，49.三通管支管上的水閥，50.植物間下水泵，51.兩集水容器間水閥。
具體實施方式

本實用新型裝置主要由動物間(37)、植物間(38)和空氣溫度調(diào)節(jié)間(39)等三部分組 成。其中植物間配件包括紅藍發(fā)光二極管(25)、排風扇(10)、接觸式溫度傳感器(14)、液 位計(47)、水分傳感器(46)、布水管(21)、布氣管(19)、多孔不銹鋼承托板(20)、不銹 鋼斜斗(23)、氣體增壓泵(26)、集水容器(22)、集水容器(28)、氣閥(13)、水閥(27) 等；動物間裝置有紫外燈(5)、排風扇(10)等；空氣溫度調(diào)節(jié)間包括銅質(zhì)熱交換氣管(12)、 氧氣傳感器(24)、氣體增壓泵(26)、氣閥(13)等。利用此裝置可進行植物培養(yǎng)、動物培 養(yǎng)單獨實驗，植物凈化人呼出的氣體實驗，也可以進行動植物聯(lián)合培養(yǎng)實驗。
進行植物單獨實驗時，需關(guān)閉通往紫外燈消毒通道的氣管(44)上的氣閥(13),從空氣 溫度調(diào)節(jié)間(39)流出的氣體經(jīng)過氣管(45、 41)，從支管(42)或支管(43)進入植物間(38)。
當氣體從氣管(42)經(jīng)過植物生長基質(zhì)進入植物間(38)時，進行植物生長基質(zhì)凈化植物釋 放的乙烯等微量污染物實驗。實驗過程中，在氣管(45)的孔口 (11)上連接氣體測定儀測 定植物的產(chǎn)氧速率、二氧化碳的消耗速率及基質(zhì)中異養(yǎng)生物的呼吸速率以及微量污染物濃度 的變化。
采取以下方式對植物間(38)的植物進行供水。首先向集水容器(28)中注入足夠量的 水；同時選擇向植物供水的方式。當選擇漫灌布水方式時，打開水閥(48)同時關(guān)閉水閥(49)， 并將液位計(48)與電源連通，當水分傳感器(46)監(jiān)測到植物生長基質(zhì)中水分不足時，發(fā) 出啟動灌溉指令開啟水泵(50)，此時集水容器(28)中的水將進入斜斗(23)并從下到上淹 沒植物生長基質(zhì)(34)。當液位計監(jiān)測到植物生長基質(zhì)表面的水位達到要求時，發(fā)出停止灌溉 指令控制水泵(50)停止工作，斜斗(23)和植物生長基質(zhì)(34)中的自由水將流回集水容 器(28)中。當采取滴灌的布水方式時，打開水閥(49)關(guān)閉水閥(48)，水泵(50)連續(xù)向 布水管(21)供水，通過布水管(21)上的開孔對植物進行滴灌。
進行動物植物聯(lián)合培養(yǎng)實驗時，打開通往紫外燈消毒通道的氣管(44)上的氣閥(13)， 同時關(guān)閉氣管(45)上的氣閥(13)。從空氣溫度調(diào)節(jié)間(39)流出的氣體通過氣管(44)和 排風扇(10)進入紫外燈消毒通道(32),經(jīng)過消毒的氣體從紫外線擋光板(1)兩側(cè)開口處 流入動物間(37)，為動物提供新鮮空氣。動物產(chǎn)生的廢氣經(jīng)氣管(40、 41和42或40、 41和 43)流回植物間(38)。此廢氣從氣管(42)流入植物間(38)時，可進行植物生長基質(zhì)凈化 其中的氨氣、乙烯等微量污染物及植物利用此混合氣體中的二氧化碳進行光合作用的實驗； 當動物產(chǎn)生的廢氣通過氣管(43)和連接2-12根布氣管的氣管(19)進入植物間(38)時， 進行植物直接利用其中的二氧化碳進行光合作用實驗。實驗中，利用氣管(44)上與開孔(11) 連接的氣體測定儀測定進入動物間(37)的氣體主要成分。實驗人員通過物流間(3)將植物 間(38)的植物的的葉等取出送入動物間(37)，對其進行簡單處理，將其作為食物飼養(yǎng)動物 間(37)的動物，研究動植物之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系。
進行植物對人呼出氣體的凈化效果實驗時，在植物間正面中部開孔(8)處連接實驗人員 佩戴的密封呼吸面罩，此面罩只允許人呼吸的氣體同植物間(38)內(nèi)空氣進行交換；同時關(guān) 閉通往紫外燈消毒通道(32)的氣管(44)上的氣閥(13)，利用氣管(45)上的氣體測定儀 考察植物凈化人呼出氣體的效果。
權(quán)利要求1、一種生物再生生命保障系統(tǒng)生物單元間關(guān)系模擬綜合實驗裝置，其特征在于此長方體形裝置由動物間(37)、植物間(38)、位于動物間(37)和植物間(38)之間的物流間(3)和動物間(37)后部的空氣溫度調(diào)節(jié)間(39)等構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物再生生命保障系統(tǒng)生物單元間關(guān)系模擬綜合 實驗裝置，其特征在于動物間(37)上部的紫外燈消毒通道(32)中設(shè)有紫 外燈(5)，紫外燈消毒通道隔板(9)髙5-20cm,前端與箱體保持2-10cm距離， 來自空氣溫度調(diào)節(jié)間(39)的空氣經(jīng)過風扇(10)進入紫外燈消毒通道(32), 從板前端開口 (33)處流出，再從紫外燈消毒通道(32)下的紫外線擋光板(1) 兩側(cè)的開口 (29)流入動物間(37);動物放出的二氧化碳、氨氣等氣體從氣管(40)流出，經(jīng)過氣管(41)進 入植物間(38),氣管(41)分成兩個支管(42、 43);在動物間正面中部的法蘭開孔(2)處安裝加長無菌醫(yī)用手套，此間正面還 設(shè)有一熒光燈(15),其上部為反光板(16)，動物間從頂部到承托板(30)處 的箱體為密閉空間，高卯-140cm的板面(36)與動物間(37)的箱體之間為法 蘭連接、可拆卸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物再生生命保障系統(tǒng)生物單元間關(guān)系模擬綜合 實驗裝置，其特征在于植物間(38)頂部為紅藍LED光源(25)，其中紅光 70%-90%,藍光10%-30%,設(shè)有透氣網(wǎng)(4)、排氣風扇(10)等，排風扇四 周為不銹鋼板(31)，光源(25)下部為透光鋼化玻璃板(6),此單元還設(shè)有不 銹鋼多孔板(20),植物間(38)側(cè)壁上裝有接觸式溫度傳感器(14);在植物生長基質(zhì)(34)表面安裝有液位計(48)，在植物生長基質(zhì)(34)中 部設(shè)有水分傳感器(46),集水容器(28)中的水可在水泵(50)作用下通過兩 種方式為植物供水，或經(jīng)過水閥(48)進入植物生長基質(zhì)(34)下部，或通過 水閥(49)流入植物生長基質(zhì)(34)表面的布水管(21)中；動物間的一部分氣體通過氣管(40、 43)進入植物間(38)時，連接2-12 根布氣管的氣管(19)將氣體均勻分布在植物生長基質(zhì)(34)表面；另一部分 氣體通過支管(42)進入植物生長基質(zhì)(34)下部斜斗(23)，通過植物生長基 質(zhì)(34)凈化后進入植物間(38);植物間(38)正面開孔(8)可與密封呼吸罩連接，植物間(38)從透明鋼 化玻璃板(6)到承托板(20)處為密封空間，中部高50-120cm的板面(35) 與植物間(38)箱體之間法蘭連接、可拆卸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物再生生命保障系統(tǒng)生物單元間關(guān)系模擬綜合 實驗裝置，其特征在于空氣溫度調(diào)節(jié)間(39)包括熱交換器(12)、氧氣傳感 器(24)、氣體增壓泵(26)和帶法蘭蓋的集水容器(22)等部件，在氣管(45) 上設(shè)有兩個可接氣體測定儀的可密封的孔(ll)，制冷時，從空氣中凝結(jié)下來的 冷凝水通過水閥(27)流入器壁上標有刻度的集水容器(22)中，集水容器(22) 中的水可以經(jīng)過水閥(51)流入較大的集水容器(28)中。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物再生生命保障系統(tǒng)生物單元間關(guān)系模擬綜合 實驗裝置，其特征在于動物間(37)與植物間(38)中間設(shè)有物流間(3)， 在空氣溫度調(diào)節(jié)間(39)出氣進入動物間(37)上部紫外燈消毒通道(32)的 氣管(44)上開有兩孔(11)。
專利摘要本實用新型公開了一種生物再生生命保障系統(tǒng)生物單元間關(guān)系模擬綜合實驗裝置。該裝置主要包括動物間、植物間和空氣溫度調(diào)節(jié)間三部分。主要特征是植物間配件包括紅藍發(fā)光二極管、排風扇、水分傳感器、布水管、布氣管、水泵等；動物間裝置有紫外燈、排風扇、壓力計等；空氣溫度調(diào)節(jié)間包括銅質(zhì)熱交換管、氣體增壓泵、氣閥等。利用此裝置可進行植物培養(yǎng)、動物培養(yǎng)單獨實驗，植物凈化人呼出的氣體實驗，也可以進行動植物聯(lián)合培養(yǎng)實驗，從而研究生物再生生命保障系統(tǒng)(BLSS)中植物、動物等生物單元間的氣體等物質(zhì)的交換關(guān)系，為在生命保障系統(tǒng)中建立生物單元間的物質(zhì)平衡提供一定的實驗論據(jù)。該實驗裝置還可用于開展實驗生態(tài)學研究。
文檔編號G01N33/00GK201203598SQ20072014957
公開日2009年3月4日 申請日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日
發(fā)明者玲 佟, 紅 劉 申請人:北京航空航天大學