[發明專利]綜合冷凍和機械壓縮的火星大氣增壓收集裝置及其方法

在審

• 申請號: 201811325252.6
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109224498A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 張偉偉;季節;潘博;姜生元;劉賓;姜水清;王灝;李紅建;李國旺;楊白冰;鄧宗全;全齊全
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01D7/00
• 分類號: B01D7/00;B01D7/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種綜合冷凍和機械壓縮的火星大氣增壓收集裝置，其特征是：由入口過濾器(1)、空氣壓縮機(2)、進氣閥(3)、制冷機(5)、冷凍室(6)、葉片式熱交換器(4)、出氣閥(7)、排氣閥(8)和氣管組成；

所述入口過濾器(1)通過氣管連接空氣壓縮機(2)的進氣口端，空氣壓縮機(2)的出氣口端通過氣管連接進氣閥(3)的進氣口端，進氣閥(3)的出氣口端通過氣管連接冷凍室(6)的進氣口端，所述冷凍室(6)內部設有葉片式熱交換器(4)，并且所述冷凍室(6)通過葉片式熱交換器(4)連接制冷機(5)，所述制冷機(5)設置在所述冷凍室(6)的上方；冷凍室(6)的出氣口端通過氣管連接出氣閥(7)的進氣口端，出氣閥(7)的出氣口端連接處理系統，在用于所述連接冷凍室(6)的出氣口和出氣閥(7)的進氣口端連接的氣管中心點位置設有垂直氣管，并通過垂直氣管連接排氣閥(8)的進氣口端。

2.根據權利要求1所述的一種綜合冷凍和機械壓縮的火星大氣增壓收集裝置，其特征是：所述入口過濾器(1)為網格狀過濾紗。

3.一種如權利要求1所述綜合冷凍和機械壓縮的火星大氣增壓收集裝置的收集方法，其特征是：包括如下步驟：

步驟一：當探測器上的溫度傳感器測得火星環境溫度低于-50到-70攝氏度時，進入冷凍周期，進氣閥(3)和排氣閥(8)打開，出氣閥(7)關閉，空氣壓縮機(2)、葉片式熱交換器(4)和制冷機(5)開始工作，火星大氣通過入口過濾器(1)進入，過濾火星大氣中的沙塵顆粒；

步驟二：所述過濾后的火星大氣通過入口過濾器(1)連接空氣壓縮機(2)的進氣口端的氣管進入空氣壓縮機(2)，空氣壓縮機(2)對過濾后的火星大氣進行壓縮；

步驟三：所述壓縮后的火星大氣通過空氣壓縮機(2)的出氣口端進入打開的進氣閥(3)，經過進氣閥(3)和冷凍室(6)連接的氣管進入冷凍室(6)；

步驟四:所述制冷機(5)對壓縮后的火星大氣中的二氧化碳進行降溫冷凝到葉片式交換器(4)，待二氧化碳凝固為固體后收集到冷凍室(6)內，未被收集的二氧化碳和稀有氣體Ar、N₂通過打開的排氣閥(8)排出；

步驟五：當冷凍室(6)內收集一定質量固體二氧化碳后，進入解凍周期，進氣閥(3)、排氣閥(8)關閉和出氣閥(7)打開，空氣壓縮機(2)和制冷機(5)停止工作；

步驟六：隨著火星環境溫度回復，冷凍室(6)內溫度升溫至-100攝氏度，冷凍室(6)內固體二氧化碳升華為氣體二氧化碳，待到冷凍室(6)內增壓至0.1Mpa后，出氣閥(7)打開，高壓的二氧化碳氣體通過冷凍室(6)的出氣口和出氣閥(7)的進氣口端的連接氣管在經由出氣閥(7)進入處理系統。

4.根據權利要求3所述收集方法，其特征是：步驟四中所述制冷機(5)對火星大氣中的二氧化碳降溫至-100到-80攝氏度。

5.根據權利要求3所述收集方法，其特征是：所述空氣壓縮機(2)所需功率為10-14W,制冷機(5)所需功率為5W。