[發(fā)明專利]一種受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成試驗平臺的環(huán)境溫濕度控制系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110246824.3
• 申請日: 2011-08-26
• 公開（公告）號: CN102306033A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭雙生;艾為黨;唐永康;秦利鋒;馬加爐;柯鋼;姜茜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍總裝備部航天醫(yī)學(xué)工程研究所
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于長期載人航天環(huán)控生保技術(shù)研究領(lǐng)域，特別涉及一種用于模擬空間站、地外航天器以及星球基地等載人航天空間環(huán)境條件下的受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成試驗平臺環(huán)境溫濕度控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

就目前的航天技術(shù)發(fā)展水平來看，人類并非不能登上月球或火星等地外星球，而關(guān)鍵問題是無法長期駐留，解決這一問題的根本途徑就是建立與之相適應(yīng)的長期載人航天生命保障系統(tǒng)-受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)。

在真正建成一個大型復(fù)雜的空間基地受控生態(tài)生保系統(tǒng)之前，有必要在地面上首先建成用于綜合模擬研究的受控生態(tài)生保系統(tǒng)地基試驗平臺，通過該平臺開展整個密閉生態(tài)系統(tǒng)的平衡性、穩(wěn)定性、可控性及密閉程度與人的生存能力與安全性等方面的研究，并研究這種環(huán)境因素對生物生長過程及人生存的影響，從而為將來建立真正的空間基地受控生態(tài)生保系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)。在平臺的建立和運行過程中，有許多關(guān)鍵技術(shù)需要突破和解決，如系統(tǒng)總體技術(shù)、艙內(nèi)環(huán)境控制及監(jiān)測技術(shù)、植物栽培系統(tǒng)技術(shù)、人-系統(tǒng)集成試驗技術(shù)等等。其中艙內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與控制關(guān)鍵技術(shù)又包括艙內(nèi)環(huán)境溫濕度與通風(fēng)控制、氧氣濃度控制、二氧化碳濃度控制、大氣微量污染物控制等子技術(shù)。從中可以看出，環(huán)境溫濕度監(jiān)控不僅影響到整個系統(tǒng)的成敗與否，而且關(guān)系到乘員艙內(nèi)乘員的生命安全，是整個平臺建立和運行過程中的重要研究內(nèi)容之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是設(shè)計一套受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成試驗平臺內(nèi)部環(huán)境溫濕度控制系統(tǒng)，確保受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成試驗平臺乘員艙內(nèi)乘員生活和工作所需的安全、舒適的環(huán)境溫濕度，確保受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成試驗平臺植物艙內(nèi)不同植物或同一植物不同培養(yǎng)階段所需的環(huán)境溫濕度，同時解決用于植物栽培的特定光照系統(tǒng)中LED燈板的散熱問題。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案：

根據(jù)受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成試驗平臺艙體內(nèi)部功能區(qū)的劃分以及各功能區(qū)的環(huán)境溫濕度技術(shù)指標(biāo)要求，在分析計算的基礎(chǔ)上，設(shè)計了“制冷+載冷(水冷)”的環(huán)境溫濕度控制方案，通過iRV智能人工控制系統(tǒng)，實時測量平臺內(nèi)所產(chǎn)生的熱負(fù)荷以及溫濕度需求，比例調(diào)節(jié)供應(yīng)載冷劑的流量，并通過加載或卸載的方式自動控制空調(diào)制冷量的變?nèi)萘枯敵觯瑢崿F(xiàn)冷熱平衡，實現(xiàn)平臺艙內(nèi)的恒溫恒濕。采用風(fēng)冷冷水機組制冷與制熱的方式，利用乙二醇水溶液作為載冷劑與艙內(nèi)進行能量交換。通過冷板換熱方式讓LED燈的熱量能夠直接被載冷劑帶走，做到哪發(fā)熱哪制冷，避免平臺艙內(nèi)局部溫度過高的不均勻性。利用多臺小風(fēng)機，在各培養(yǎng)架上方構(gòu)成小循環(huán)的氣流組織方式，既節(jié)省了空間，又保證了植物培養(yǎng)區(qū)域溫度、濕度、氣流的均勻性。設(shè)計的整個受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成試驗平臺內(nèi)部環(huán)境溫濕度控制系統(tǒng)原理圖如圖1，系統(tǒng)各部件在艙內(nèi)的布局見圖2。

針對LED燈板15的局部散熱問題，設(shè)計了如圖3“雙排管+逆流”方式的特殊結(jié)構(gòu)冷板。冷板4由鋁板18和鋁排管16、17組成。先在鋁板上銑出相應(yīng)的槽，在槽中布上鋁排管，靠鋁排管中的載冷劑來帶走燈板15的熱量。鋁排管采用雙排、逆流的方式，更有利于冷板的溫度均勻性。

每層培養(yǎng)架安裝有三塊冷板4，分成兩套系統(tǒng)，系統(tǒng)間并聯(lián)。所有一、三號冷板并聯(lián)為一套系統(tǒng)，通過載冷劑散熱。所有二號冷板并聯(lián)為另一套系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)上設(shè)計成圖4所示“水冷(冷板4)+風(fēng)冷(軸流風(fēng)扇3)”的復(fù)合式特殊散熱方式，既能利用載冷劑散熱，也能通過風(fēng)散熱，保證了植物艙內(nèi)的溫濕度符合指標(biāo)要求。

附圖說明

圖1為環(huán)境溫濕度控制系統(tǒng)原理圖；

圖2為環(huán)境溫濕度控制系統(tǒng)各部件在艙內(nèi)的布局圖；

圖3為用于LED燈板散熱的冷板結(jié)構(gòu)圖；

圖4為用于LED燈板散熱的“水冷(冷板)+風(fēng)冷”的復(fù)合式散熱方式。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成試驗平臺的環(huán)境溫濕度控制系統(tǒng)包括制冷除濕風(fēng)機盤管1(內(nèi)部裝有PTC加熱器)、iRV智能控制系統(tǒng)2(包括PLC控制器、安裝在乘員艙內(nèi)用于數(shù)據(jù)顯示及輸入操作的觸摸屏、布置于植物艙內(nèi)的6個溫濕度傳感器等)、軸流風(fēng)扇3、冷板4、球閥5、截止閥6、回水管7、供水管8、電動調(diào)節(jié)閥9、換熱器10、風(fēng)冷模塊冷水機組11、載冷機組(包括載冷儲液箱12及水泵13等)、高壓微霧加濕器14等，按照圖示原理及布局進行連接及裝配施工。載冷儲液箱12、水泵13、風(fēng)機盤管1(內(nèi)部裝有PTC加熱器)、冷板4通過管路形成內(nèi)循環(huán)通道，對內(nèi)環(huán)境進行溫濕度調(diào)節(jié)和控制。風(fēng)冷模塊冷水機組11通過換熱器10與內(nèi)循環(huán)通道中的儲液箱12內(nèi)液體(30％乙二醇水溶液)進行熱交換。