专利名称：一种载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体浓度控制技术领域，尤其涉及一种载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统。
背景技术：
实现载人航天器的长距离星际旅行，宇航员在密闭舱室中新陈代谢产生的二氧化碳的处理是必须要解决的问题，要将密闭舱室的二氧化碳浓度控制在人体可承受范围内， 否则将会危害宇航员的安全。载人航天器在近地空间运行时，密闭舱室中二氧化碳浓度的控制可以采用短期解决方案，通过二氧化碳吸附剂吸附密闭舱室中的二氧化碳或通过二氧化碳吸收剂吸收密闭舱室中的二氧化碳，之后通过发射补给船补充新的吸附剂或吸收剂，并将含有二氧化碳的吸附剂或吸收剂运回地面，实现密闭舱室二氧化碳的浓度控制。但是当载人航天器进行长距离的远地飞行时，限于发射条件或经济考虑无法发射补给船，此时，将无法补充新的吸附剂或吸收剂，也无法将含有二氧化碳的吸附剂或吸收剂运出，上述短期解决方案不能满足载人航天器在长距离飞行过程中对密闭舱室二氧化碳浓度控制的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，可以在载人航天器长距离飞行过程中长期控制密闭舱室中的二氧化碳浓度。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案—种载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，包括设置于所述密闭舱室的气体流动系统内的二氧化碳提取装置；一端与所述二氧化碳提取装置连接的二氧化碳传输通道；与所述二氧化碳传输通道的另一端连接、可固化二氧化碳的电解池；可为所述电解池提供电能的供电装置。优选的，所述电解池的阴极材料为铜、锡和铬中的一种或多种，阳极材料为镍，电
解液为硫酸钠。优选的，所述二氧化碳提取装置为进气口位于所述密闭舱室气体流动系统内、出气口与所述二氧化碳传输通道连接的筒体，在所述进气口与所述出气口之间设置有仅容二氧化碳通过的聚丙烯膜或聚乙烯膜。优选的，所述二氧化碳提取装置包括内置二氧化碳吸附剂或吸收剂的二氧化碳收集装置；可释放所述吸附剂或吸收剂中二氧化碳的二氧化碳释放装置；可将所述二氧化碳收集装置中的吸附剂或吸收剂传输至所述二氧化碳释放装置的第一传输装置；可将所述二氧化碳释放装置中的吸附剂或吸收剂传输至所述二氧化碳收集装置的第二传输装置。优选的，还包括燃料电池，以及可将所述电解池中的有机物传输至所述燃料电池的第三传输装置。
优选的，还包括连接所述电解池与所述燃料电池的第四通道。优选的，还包括有机物存储装置，以及可将所述电解池中的有机物传输至所述有机物存储装置的第五传输装置。优选的，所述供电装置包括光电池和储能电池。由此可见，本发明的有益效果为在本发明公开的二氧化碳浓度控制系统中，在收集密闭舱室气体流动系统中的二氧化碳之后，通过还原反应将收集到的二氧化碳固化为有机物，直接消除气体流动系统中的二氧化碳，进而降低密闭舱室中的二氧化碳浓度，实现对二氧化碳浓度的长期控制。
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例一公开的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统的结构示意图；图2为本发明实施例二公开的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统的结构示意图；图3为本发明实施例三公开的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统的结构示意图；图4为本发明实施例四公开的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统的结构示意图；图5为本发明实施例五公开的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。本发明公开了一种载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，可以在载人航天器长距离飞行过程中长期控制密闭舱室中的二氧化碳浓度。实施例一参见图1，图1为本发明实施例一公开的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统的结构示意图。该控制系统包括二氧化碳提取装置11、二氧化碳传输通道12、电解池13和供电装置14。其中，二氧化碳提取装置11设置于密闭舱室的气体流动系统15中，气体流动系统 15在其动力装置16的作用下，使得处于无重力或微重力下的密闭舱室中的气体得到流动， 二氧化碳提取装置11用于提取气体流动系统15中的二氧化碳；二氧化碳传输通道12的两端分别与二氧化碳提取装置11和电解池13连接；二氧化碳提取装置11获得的二氧化碳可以通过二氧化碳传输通道12进入电解池13中，在电解池13中二氧化碳发生还原固化反应，形成甲酸、甲醇和甲醛等有机小分子；供电装置14为电解池13供电，保证二氧化碳还原固化反应的进行。在上述实施例一公开的二氧化碳浓度控制系统中，在收集密闭舱室气体流动系统中的二氧化碳之后，通过还原反应将收集到的二氧化碳固化为有机物，消除气体流动系统中的二氧化碳，进而降低密闭舱室中的二氧化碳浓度，实现对二氧化碳浓度的控制。实施例二参见图2，图2为本发明实施例二公开的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统的结构示意图。该控制系统包括二氧化碳收集装置21、二氧化碳释放装置22、第一传输装置23、 第二传输装置对、二氧化碳传输通道25、电解池沈和供电装置27。其中，二氧化碳收集装置21设置在密闭舱室的气体流动系统中，在二氧化碳收集装置21中放置有二氧化碳吸附剂或吸收剂，可吸附或吸收气体流动系统中的二氧化碳，之后吸附有二氧化碳的吸附剂或吸收有二氧化碳的吸收剂通过第一传输装置23传输至二氧化碳释放装置22中，二氧化碳释放装置22将吸附剂或吸收剂中的二氧化碳释放出来，并通过与之连接的二氧化碳传输通道25传输至电解池沈中固化为有机物，而二氧化碳释放装置22中释放二氧化碳后的吸附剂或吸收剂通过第二传输装置M返回到二氧化碳收集装置 21中，重新吸附二氧化碳，供电装置27为电解池沈中的还原反应供电。在实施中，二氧化碳收集装置21中的吸收剂可以采用氨水、乙醇胺、四乙基五胺或其他含有胺基基团的物质。当二氧化碳收集装置21中的吸收剂为氨水时，氨水吸收气体流动系统中的二氧化碳，其化学反应方程式为=NH3 -H20+C02 — NH4HCO3，之后，吸收有二氧化碳的氨水通过第一传输装置23进入二氧化碳释放装置22中，二氧化碳释放装置22中的压力较二氧化碳收集装置21中的压力低、温度较二氧化碳收集装置21中的温度高，此时氨水中吸收的二氧化碳被释放，其化学反应方程式为=NH4HCO3 — NH3 · H2(HO)2丨。释放二氧化碳之后的氨水通过第二传输装置对返回二氧化碳收集装置21中，用于再次吸收二氧化碳，实现了氨水的循环利用。需要指出的是乙醇胺、四乙基五胺或其他含有胺基团的物质均可与二氧化碳发生反应吸收二氧化碳，当改变反应条件之后，发生可逆反应释放吸收的二氧化碳，可以重复使用。二氧化碳收集装置21中的吸附剂可以为氧化钙、三氧化二铝、氧化镁或者活性炭。气体流动系统中的二氧化碳被二氧化碳收集装置21中的固体吸附剂吸附，之后吸附有二氧化碳的固体吸附剂通过第一传输装置23进入二氧化碳释放装置22，在低压高温的条件下，吸附于固体吸附剂中的二氧化碳被释放，释放二氧化碳后的固体吸附剂通过第二传输装置M返回二氧化碳收集装置21，用于再次吸附二氧化碳。在上述实施例二公开的二氧化碳浓度控制系统中，二氧化碳收集装置和二氧化碳释放装置中的吸附剂和吸收剂可以重复用于二氧化碳的提取和释放，在不提供新的吸附剂和吸收剂的情况下可以长期完成二氧化碳的提取，经过电解池将二氧化碳固化为有机物， 消除气体流动系统中的二氧化碳，进而降低密闭舱室中的二氧化碳浓度，实现对二氧化碳浓度的控制。实施例三参见图3，图3为本发明实施例三公开的二氧化碳提取装置的结构示意图。二氧化碳提取装置为筒体结构，该筒体31具有进气口 311和出气口 312，其中，进气口 311位于密闭舱室的气体流动系统32内，出气口 312与二氧化碳传输通道33的一端连接，二氧化碳传输通道33的另一端与电解池34连接，在筒体31的进气口 311与出气口 312之间设置有仅容二氧化碳通过的聚丙烯膜或聚乙烯膜313，供电装置35用于为电解池 34 ^[共 ο密闭舱室气体流动系统中的气体进入筒体31之后，由于在进气口 311和出气口 312之间设置有仅容二氧化碳通过的聚丙烯膜或聚乙烯膜313，这导致空气流动系统中的其他气体将被阻隔，只有二氧化碳可以依次通过出气口 312和二氧化碳传输通道33进入电解池34中，在电解池34的作用下发生还原反应固化为有机物。在上述实施例三公开的二氧化碳浓度控制系统中，只需要设置仅容二氧化碳通过的聚丙烯膜或聚乙烯膜即可完成二氧化碳的提取，之后通过还原反应将二氧化碳固化为有机物，消除气体流动系统中的二氧化碳，进而降低密闭舱室中的二氧化碳浓度，实现对二氧化碳浓度的控制，与实施例二公开的二氧化碳浓度控制系统的差别在于，无需借助吸附剂就完成对二氧化碳浓度的控制，系统结构更加简单。实施例四参见图4，图4为本发明实施例四公开的二氧化碳提取装置的结构示意图。该控制系统包括二氧化碳提取装置41、二氧化碳传输通道42、电解池43、供电装置44、燃料电池45、第三传输装置46和第四传输通道47。其中，二氧化碳提取装置41设置于密闭舱室的气体流动系统48中，用于提取气体流动系统48中的二氧化碳；二氧化碳传输通道42的两端分别与二氧化碳提取装置41和电解池43连接；二氧化碳提取装置41获得的二氧化碳可以通过二氧化碳传输通道42进入电解池43中，在电解池43中二氧化碳发生还原固化反应，形成甲酸、甲醇和甲醛等有机小分子；供电装置44为电解池43供电，保证二氧化碳还原固化反应的进行；电解池43中生成的甲酸、甲醇和甲醛等有机小分子，可以通过第三传输装置46传输至燃料电池45中，燃料电池45以有机小分子作为燃料、以空气作为氧化剂，将化学能转换成电能，该电能可为电解池43、气体流动系统48的动力装置49或载人航天器中的照明系统供电。优选的，在燃料电池45与电解池43之间设置第四传输通道47。燃料电池45在反应过程中会产生二氧化碳，如果直接将二氧化碳排放到密闭舱室中，则二氧化碳只有进入到气体流动系统48之后才可以被提取进而固化，这会导致密闭舱室中的二氧化碳含量的增加，在燃料电池45与电解池43中设置第四传输通道47之后，燃料电池45产生的二氧化碳可以直接通过第四传输通道47进入电解池43中进行固化。本发明实施例四公开的二氧化碳浓度控制系统，燃料电池可以利用二氧化碳固化产生的有机物产生电能，为电解池43、气体流动系统48的动力装置49或载人航天器中的照明系统供电，减小了系统对外部电能的需求。
实施例五参见图5，图5为本发明实施例五公开的二氧化碳提取装置的结构示意图。该控制系统包括二氧化碳提取装置51、二氧化碳传输通道52、电解池53、供电装置M、燃料电池55、第三传输装置56、第四传输通道57、有机物存储装置58和第五传输装置59。实施例五公开的二氧化碳浓度控制系统与实施例四公开的二氧化碳浓度控制系统的区别在于，进一步设置有机物存储装置58和第五传输通道59。而二氧化碳提取装置 51、二氧化碳传输通道52、电解池53、供电装置M、燃料电池55、第三传输通道56和第四传输通道57的功能与实施例四公开的二氧化碳浓度控制系统中各装置的功能一致，在此不再赘述。当电解池53中产生大量有机物而燃料电池55无法全部利用时，就会在电解池53 中产生剩余的有机物，此时可以通过第五传输装置59将剩余的有机物传输至有机物存储装置56，由有机物存储装置56进行存储。在本发明各实施例公开的二氧化碳浓度控制系统中，供电装置可以由光电池和储能电池组成，光电池可以将光能直接转换为电能为电解池、气体流动系统的动力装置或载人航天器中的照明系统供电，当产生剩余电能时可以将其储存在储能电池中，储能电池可以是铅酸电池、镍镉电池或锂离子电池。其中光电池位于载人航天器的外部，便于接收光能，而储能电池可以放置于载人航天器的外部，也可以放置于载人航天器的内部。在实施中，电解池的阴极可以采用镍、金、钛、锆、铜、锡和铬中的一种或多种制成， 阳极可以采用镍制成，电解液选用硫酸钠或碳酸钠。从金属的成本考虑，本发明中电解池阴极的制作材料优选为铜、锡和铬中的一种或多种。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
权利要求
1.一种载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，其特征在于，包括 设置于所述密闭舱室的气体流动系统内的二氧化碳提取装置； 一端与所述二氧化碳提取装置连接的二氧化碳传输通道；与所述二氧化碳传输通道的另一端连接、可固化二氧化碳的电解池； 可为所述电解池提供电能的供电装置。
2.根据权利要求1所述的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，其特征在于， 所述电解池的阴极材料为铜、锡和铬中的一种或多种，阳极材料为镍，电解液为硫酸钠。
3.根据权利要求2所述的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，其特征在于， 所述二氧化碳提取装置为进气口位于所述密闭舱室气体流动系统内、出气口与所述二氧化碳传输通道连接的筒体，在所述进气口与所述出气口之间设置有仅容二氧化碳通过的聚丙烯膜或聚乙烯膜。
4.根据权利要求2所述的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，其特征在于， 所述二氧化碳提取装置包括内置二氧化碳吸附剂或吸收剂的二氧化碳收集装置； 可释放所述吸附剂或吸收剂中二氧化碳的二氧化碳释放装置； 可将所述二氧化碳收集装置中的吸附剂或吸收剂传输至所述二氧化碳释放装置的第一传输装置；可将所述二氧化碳释放装置中的吸附剂或吸收剂传输至所述二氧化碳收集装置的第二传输装置。
5.根据权利要求1所述的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，其特征在于， 还包括燃料电池，以及可将所述电解池中的有机物传输至所述燃料电池的第三传输装置。
6.根据权利要求5所述的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，其特征在于， 还包括连接所述电解池与所述燃料电池的第四通道。
7.根据权利要求6所述的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，其特征在于， 还包括有机物存储装置，以及可将所述电解池中的有机物传输至所述有机物存储装置的第五传输装置。
8.根据权利要求1所述的载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，其特征在于， 所述供电装置包括光电池和储能电池。
全文摘要
本发明公开了一种载人航天器密闭舱室二氧化碳浓度控制系统，包括设置于所述密闭舱室的气体流动系统内的二氧化碳提取装置；一端与所述二氧化碳提取装置连接的二氧化碳传输通道；与所述二氧化碳传输通道的另一端连接、可固化二氧化碳的电解池；可为所述电解池提供电能的供电装置。在本发明公开的二氧化碳浓度控制系统中，在收集密闭舱室气体流动系统中的二氧化碳之后，通过还原反应将收集到的二氧化碳固化为有机物，直接消除气体流动系统中的二氧化碳，进而降低密闭舱室中的二氧化碳浓度，实现对二氧化碳浓度的长期控制。
文档编号B64G1/46GK102398684SQ20101028534
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者吴军, 徐艳辉, 李德成, 郑军伟, 鞠华 申请人:苏州大学