[發(fā)明專利]火星表面產(chǎn)生氧氣的裝置和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810172284.0
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN108190842A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辛艷青;武中臣;王霄;王家豪;張江;凌宗成;李勃;付曉輝;郭愷琛
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02
• 代理公司: 青島清泰聯(lián)信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37256
• 代理人: 高洋

1.一種火星表面產(chǎn)生氧氣的裝置，其特征在于，包括：

火星氣體采集單元；

氧氣生成單元，所述氧氣生成單元與所述火星氣體采集單元相連，所述氧氣生成單元包括高壓高頻電源和等離子體發(fā)生器，用于將所述火星氣體采集單元采集的火星大氣等離子體化，使二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣；

氧氣分離提純單元，所述氧氣分離提純單元與所述氧氣生成單元相連，用于分離純化所述氧氣生成單元中反應(yīng)生成的氣體，得到純凈的氧氣；

氧氣壓縮儲存單元，所述氧氣壓縮儲存單元與所述氧氣分離提純單元相連，用于壓縮儲存純凈的氧氣；

供電單元，所述供電單元分別與所述火星氣體采集單元、氧氣生成單元、氣體檢測單元、氧氣分離提純單元、氧氣壓縮儲存單元相連，用于向所述火星氣體采集單元的進氣、氧氣生成單元、氧氣分離提純單元和氧氣壓縮儲存單元提供所需能量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述等離子體發(fā)生器包括第一等離子體發(fā)生器和第二等離子體發(fā)生器，所述第一等離子體發(fā)生器用于放電激發(fā)二氧化碳反應(yīng)生成氧氣與一氧化碳，所述第二等離子體發(fā)生器在用于激發(fā)由第一等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的部分一氧化碳反應(yīng)生成氧氣與碳的同時，進一步電離第一等離子體發(fā)生器中未完全參與反應(yīng)的殘留二氧化碳氣體反應(yīng)產(chǎn)生氧氣與一氧化碳。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述高壓高頻電源包括第一高壓高頻電源和第二高壓高頻電源，所述第一高壓高頻電源用于向所述第二等離子體發(fā)生器提供能量，所述第二高壓高頻電源用于向第一等離子體發(fā)生器提供能量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括氣體監(jiān)測單元，所述氣體監(jiān)測單元用于監(jiān)測所述第一等離子體發(fā)生器反應(yīng)產(chǎn)生的氣體成分，根據(jù)其監(jiān)測結(jié)果對所述第一高壓高頻電源進行能量調(diào)節(jié)，使其達到產(chǎn)氧量高的放電條件。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一等離子體發(fā)生器和所述第二等離子體發(fā)生器為兩個半徑不同的同心圓柱導(dǎo)體殼拼接成的一進一出密封性良好的環(huán)形柱體氣室，兩個圓柱導(dǎo)體殼分別為氣室的外壁和內(nèi)壁,所述氣室的外壁和內(nèi)壁分別連接所述高頻高壓電源的正極和負極，氣室的上底與下底用切割好的聚四氟乙烯代替并用密封膠嚴密密封膠和，所述第一等離子體發(fā)生器的外壁上設(shè)有分別連接第一進氣導(dǎo)管和第一出氣導(dǎo)管的孔。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述火星氣體采集單元包括與所述第一進氣導(dǎo)管順次緊密連接的氣體泵、過濾管和流量計。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述第一等離子體發(fā)生器的第一出氣導(dǎo)管通過小導(dǎo)管與所述第二等離子體發(fā)生器的第二進氣導(dǎo)管相連通，所述第二等離子體發(fā)生器的第二出氣導(dǎo)管與所述氧氣分離提純單元相連，其中，所述小導(dǎo)管同時連接插入所述氣體監(jiān)測單元中。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一等離子體發(fā)生器和第二等離子體發(fā)生器內(nèi)設(shè)有催化功能單元，所述催化功能單元包括由釔穩(wěn)定氧化鋯或氧化鈰制成的透氣層。

9.一種利用如權(quán)利要求1-8任一項所述的火星表面產(chǎn)生氧氣的裝置產(chǎn)生氧氣的方法，其特征在于，包括如下步驟：

利用供電單元將太陽能轉(zhuǎn)化成電能驅(qū)動火星大氣采集單元和氧氣生成單元，火星大氣采集單元將富含二氧化碳的火星大氣輸入氧氣生成單元內(nèi)，第一等離子體發(fā)生器內(nèi)通過放電激發(fā)二氧化碳生成氧氣和一氧化碳，利用氣體監(jiān)測單元監(jiān)測所述第一等離子體發(fā)生器內(nèi)反應(yīng)生成的氣體成分，并根據(jù)其結(jié)果對第一高壓高頻電源的能量進行調(diào)節(jié)，使其達到產(chǎn)氧量高的放電條件；

第二等離子體發(fā)生器內(nèi)在激發(fā)由第一等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的部分一氧化碳反應(yīng)生成氧氣與碳的同時，進一步電離第一等離子體發(fā)生器中未完全參與反應(yīng)的殘留的二氧化碳氣體反應(yīng)產(chǎn)生氧氣與一氧化碳；

將第二等離子體發(fā)生器內(nèi)反應(yīng)生成的氣體通過氧氣分離純化單元進行純化，去除反應(yīng)中的有害副產(chǎn)物，得到純凈的氧氣，將其輸入氧氣壓縮儲存單元內(nèi)，即時進行氣體壓縮與儲存操作。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法的反應(yīng)條件為：將火星大氣采集單元放置于氣壓300pa-700pa、含95.5％-100％二氧化碳氣體的模擬火星艙內(nèi)，且用可控制冷裝置將導(dǎo)管的溫度維持在-60℃-室溫之間。