[發(fā)明專利]綜合冷凍和機(jī)械壓縮的火星大氣增壓收集裝置及其方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811325252.6 | 申請日： | 2018-11-08 |
| 公開（公告）號： | CN109224498A | 公開（公告）日： | 2019-01-18 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張偉偉;季節(jié);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(quán)）人： | 哈爾濱工業(yè)大學(xué) |
| 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(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211 | 代理人： | 劉景祥 |
| 地址： | 150001 黑龍*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 火星大氣 冷凍室 空氣壓縮機(jī) 入口過濾器 機(jī)械壓縮 收集裝置 制冷機(jī) 增壓 冷凍 葉片式熱交換器 二氧化碳固體 二氧化碳冷凍 二氧化碳?xì)怏w 輸入處理系統(tǒng) 升壓 功率需求 降溫溫差 氣管連接 溫度回升 出氣閥 解凍期 進(jìn)氣閥 冷凍期 排氣閥 濾塵 制冷 升華 壓縮 | ||
本發(fā)明是綜合冷凍和機(jī)械壓縮的火星大氣增壓收集裝置及其方法。該裝置包括入口過濾器(1)、空氣壓縮機(jī)(2)、進(jìn)氣閥(3)、制冷機(jī)(5)、冷凍室(6)、葉片式熱交換器(4)、出氣閥(7)、排氣閥(8),各部分由氣管連接。進(jìn)入冷凍期時，火星大氣經(jīng)由入口過濾器(1)濾塵，由空氣壓縮機(jī)(2)壓縮，再由制冷機(jī)(5)降溫制冷，將二氧化碳冷凍為固體置于冷凍室(6)。進(jìn)入解凍期時，隨火星大氣溫度回升，二氧化碳固體升華為氣體，冷凍室(6)內(nèi)升壓至0.1Mpa，二氧化碳?xì)怏w輸入處理系統(tǒng)。本發(fā)明功率需求約為20W，解決了現(xiàn)有收集技術(shù)降溫溫差大和所需功率大的問題，更加適合火星大氣收集任務(wù)。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及火星大氣收集領(lǐng)域，是一種綜合冷凍和機(jī)械壓縮的火星大氣增壓收集裝置及其方法。
背景技術(shù)
對于火星大氣的收集，國內(nèi)尚未有專門的技術(shù)方案；國外NASA則提出利用沸石X-13的物理性質(zhì)吸附二氧化碳、冷凍火星大氣收集二氧化塔干冰、空氣壓縮機(jī)直接壓縮三種辦法。
但是，三種方案都存在缺陷：利用沸石X-13吸附二氧化碳所需溫度為0到100攝氏度，而火星環(huán)境溫度為-70到-30攝氏度，溫差達(dá)到170攝氏度，需要大功率的溫度調(diào)節(jié)裝置，不適合作為一個單獨(dú)的大氣收集裝置；冷凍火星大氣收集二氧化碳干冰需要降溫至火星氣壓下的二氧化碳凝華溫度-123攝氏度，為減少降溫，在火星溫度最低時進(jìn)行收集工作，且最少時仍需降溫50攝氏度；空氣壓縮機(jī)直接壓縮，不具有將二氧化碳從火星大氣中分離出來的能力，不利于接下來的二氧化碳制備氧氣、甲烷任務(wù)，并且功率需求達(dá)到240W，遠(yuǎn)超50W的功率要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為減小降溫以及降低功率，提供了一種綜合冷凍和機(jī)械壓縮的火星大氣增壓收集裝置及其方法，提供了以下技術(shù)方案：
一種火星大氣中二氧化碳增壓收集裝置，由入口過濾器1、空氣壓縮機(jī)2、進(jìn)氣閥3、制冷機(jī)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(jī)2的進(jìn)氣口端，空氣壓縮機(jī)2的出氣口端通過氣管連接進(jìn)氣閥3的進(jìn)氣口端，進(jìn)氣閥3的出氣口端通過氣管連接冷凍室6的進(jìn)氣口端，所述冷凍室6內(nèi)部設(shè)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(jī)5，所述制冷機(jī)5設(shè)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(jìn)氣口端，出氣閥7的出氣口端連接處理系統(tǒng)，在用于所述連接冷凍室6的出氣口和出氣閥7的進(jìn)氣口端連接的氣管中心點位置設(shè)有垂直氣管，并通過垂直氣管連接排氣閥8的進(jìn)氣口端。
優(yōu)選地，所述入口過濾器1為網(wǎng)格狀過濾紗。
一種綜合冷凍和機(jī)械壓縮的火星大氣增壓收集裝置的收集方法，包括如下步驟：
步驟一：當(dāng)探測器上的溫度傳感器測得火星環(huán)境溫度低于-50到-70攝氏度時，進(jìn)入冷凍周期，進(jìn)氣閥3和排氣閥8打開，出氣閥7關(guān)閉，空氣壓縮機(jī)2、葉片式熱交換器4和制冷機(jī)5開始工作，火星大氣通過入口過濾器1進(jìn)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(jī)2的進(jìn)氣口端的氣管進(jìn)入空氣壓縮機(jī)2，空氣壓縮機(jī)2對過濾后的火星大氣進(jìn)行壓縮；
步驟三：所述壓縮后的火星大氣通過空氣壓縮機(jī)2的出氣口端進(jìn)入打開的進(jìn)氣閥3，經(jīng)過進(jìn)氣閥3和冷凍室6連接的氣管進(jìn)入冷凍室6；
步驟四:所述制冷機(jī)5對壓縮后的火星大氣中的二氧化碳進(jìn)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(nèi)，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(dāng)冷凍室6內(nèi)收集一定質(zhì)量固體二氧化碳后，進(jìn)入解凍周期，進(jìn)氣閥3、排氣閥8關(guān)閉和出氣閥7打開，空氣壓縮機(jī)2和制冷機(jī)5停止工作；
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