空間植物培養溫度控制裝置的製作方法

2023-04-29 22:05:16

專利名稱：空間植物培養溫度控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及載人航天環控生保技術研究領域，特別涉及一種用於空間 植物培養的溫度控制裝置。
技術背景人們以空間站為平臺進行空間環境條件下的植物栽培技術研究，其目的之 一在於突破空間植物栽培技術、為未來長期空間飛行的航天員定時定量提供新鮮食品和少量的氧氣，並對緩解航天員的心理壓力發揮重要作用；此外，進行 空間產品開發和培育優良品種等，為地面農業現代化生產提供技術服務；再者， 為下一步深空探測和地外星球基地受控生態生保系統的建立奠定J^出。如何進行針對空間微重力條件下的植物栽培室中溫度控制，是研製性能良 好的植物栽培裝置必須解決的關鍵技術，也是空間條件下植物正常生長的根本 保障。在空間進行高等植物培養，必須由相對獨立的單元一一空間植物培養裝 置來完成。如何設計其中的溫度控制子系統，對該裝置功能的發揮、植物能否 正常生長具有非常重要的作用。從目前地面所採取的密閉環境中的溫度控制技術來看，主要採用功率較大 的壓縮機和風扇等，通過氟利昂等介質進行冷凝熱交換，因此存在構造複雜、 能耗高、體積大以及維護成本高等缺點，不適合空間條件下植物栽培等小型裝 置的使用。目前國外已有用於空間環境的溫度控制技術，但未見相關文獻報導。國內 用於空間環境溫度控制技術的研究，尚處於起步階段，無相應的技術使用和文 獻報導。 實用新型內容本實用新型需要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種體積3小、能耗低、設計簡單的空間植物培養溫度控制裝置，解決空間微重力條件下 高等植物、微藻等生物培養過程中的溫度控制技術難題。
本實用新型的技術解決方案是空間植物培養溫度控制裝置，用於主要包 含栽培室、溫度控制子系統的空間植物培養系統，所述溫度控制裝置包括降溫 組件、升溫組件和通風風扇；降溫組件由冷卻液泵、電磁閥、壁面熱交換器、 栽培室外散熱裝置和流量傳感器組成，通過冷凝熱交換介質管道順次連接；升 溫組件固定在栽培室內側靠近壁面熱交換器的位置；通風風扇位於壁面熱交換 器的下方，用於調節栽培室內空氣的流速和溫度。栽培室外散熱裝置包括半導體製冷器、散熱冷板、散熱器和散熱風扇。半 導體製冷器的熱端和散熱器相連，半導體製冷器的冷端和散熱冷板相連；散熱 冷板內部為蛇形的通道，與冷凝熱交換介質管道相連。
所述的半導體製冷器、散熱器和散熱風扇對稱安裝在散熱冷板兩側。
所述的升溫組件釆用薄膜電阻加熱片。
所述壁面熱交換器前方安裝擋板，通風風扇安裝在壁面熱交換器與擋板之 間的下方位置。
本實用新型的工作原理是在植物生長過程中，必須接受光能，才能正常 生長。在空間植物培養裝置中，只能依靠人工光源為植物的生長提供光能。而 從目前的人工光照技術現狀來看，並不是100%電能全部轉化為光能，也並不是 100%的光能被植物吸收利用，這些損失的能量大部分以熱能的形式輻射到栽培 室的空氣中，從而使植物栽培室的溫度上升。此外，植物栽培室內的其它裝置 也散發一些熱量。因此，為保證植物正常生長，必須對植物栽培室的環境溫度 進行控制。溫度控制的作用是保證植物栽培室內的溫度保持在設定的範圍之間， 如15 35°c，包括升溫和降溫兩種工況。
本實用新型的空間植物培養溫度控制裝置包括升溫組件、降溫組件和通風 風扇。降溫組件的工作原理是降溫組件主要在降溫時工作，由於受能耗和體 積等因素的限制，本實用新型採用栽培室內、外同時散熱的方式。栽培室內採用壁面熱交換器和熱交換風扇散熱，栽培室外採用半導體技術進行製冷。半導 體製冷器安裝在植物栽培室的外部，和散熱風扇、散熱冷板、散熱器一起組成栽培室外的散熱裝置。半導體製冷器利用Peltier效應製冷的，由一個P型半導 體和一個N型半導體組成迴路， 一片半導體製冷器由多個半導體器件構成，以 提高製冷功率。植物栽培室和外界環境的換熱過程為光源和植物栽培室內的其它電器產 生的熱能，在植物栽培室內的通風風扇的作用下，將這些熱能傳遞給植物栽培 室中的大氣和栽培室內壁，然後傳導給熱交換器，同時由冷卻液迴路傳導給栽 培室外的半導體製冷器，最後在散熱風扇的作用下通過散熱器將熱能傳遞給外 部環境。升溫組件的工作原理升溫組件的加熱元件採用薄膜電阻加熱片，貼在植 物栽培室內的熱交換器上。在沒有光照而需要升高植物栽培室內的溫度時，通 過測控系統的控制向薄膜電阻加熱片供電並加熱，通過熱交換器，在通風風扇 的強迫對流和栽培室壁的熱傳導下，將熱傳遞給^t物栽培室內的空氣和栽培室 內的各壁面。本實用新型相比現有技術的有益效果是1、 由於採用的溫度控制裝置包括降溫組件、升溫組件和通風風扇，合理安 排升級溫和通風結構，使本實用新型體積小、能耗低、設計簡單，且各點的空 氣流速和溫度均勻 一致。。2、 降溫組件採用的半導體製冷器，利用Peltier效應製冷，具有結構簡單、 體積小、重量輕、無汙染、無震動、無噪聲、溫度可控等優點，非常適合於小 型密閉環境的溫度控制。3、 此外，升溫組件的加熱元件採用薄膜電阻加熱片，固定在栽培室內側靠 近壁面熱交換器的位置，可使升溫速度加快。4、 冷凝熱交換介質管道在壁面熱交換器位置為蛇形，散熱冷板內部為蛇形 的通道，這些都可以增大接觸面積，提高散熱效果。


圖1為本實用新型空間植物培養溫度控制裝置工作原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。如圖1所示，1為植物栽培室，2為栽培室外的散熱裝置，3為壁面熱交換 器，4為升溫組件，5為擋板，6為通風風扇，7為電i茲閥，8為冷卻液泵，9 為流量傳感器，10為冷凝熱交換介質管道，11為散熱風扇，12為散熱器，13 為半導體製冷器，14為散熱冷板。空間植物培養溫度控制裝置，用於包含植物栽培室1的空間植物培養系統。 包括降溫組件、升溫組件和通風風扇6;降溫組件包括冷卻液泵8、電;茲閥7、 壁面熱交換器3、栽培室外散熱裝置2和流量傳感器9，各部件通過冷凝熱交換 介質管道10順次連接。本實施例的升溫組件4採用薄膜電阻加熱片，貼在栽培室內側靠近壁面熱 交換器3的位置。栽培室外的散熱裝置2包括半導體製冷器13、散熱冷板14、散熱器12和 散熱風扇11。半導體製冷器13的熱端和散熱器12粘接，半導體製冷器13的 冷端和散熱冷板14粘接，散熱冷板14內部為蛇形的通道，與栽培室外的冷凝 熱交換介質管道10相連。冷凝熱交換介質管道10在壁面熱交換器3位置為蛇形。 壁面熱交換器3前方安裝擋板5，其與擋板5之間的下方位置安裝通風風扇 6，通風風扇6可以加速植物栽培室1內空氣向壁面熱交換器3流動，使植物栽 培室1內空氣的溫度趨於一致。當需要升高溫度時，向升溫組件4供電將栽培 室1側壁面加熱，並通過通風風扇6的強迫對流和栽培室壁的熱傳導，將熱量 傳遞給植物栽培室1內的空氣和各壁面。這樣可筒化系統設計，並能提高系統 的安全穩定性。冷凝熱交換介質管道10的材質為紫銅，迴路的工作介質為純淨水，其循環動力由連接在迴路中的冷卻液泵8提供，本實施例中選用具有電》茲離合機構的 塑料齒輪泵作為冷卻液泵。當然，對本實用新型的各組成部件及連接方式在不改變其功能的情況下， 進行的等效變換或替代，也落入本實用新型的保護範圍。
權利要求1、空間植物培養溫度控制裝置，用於主要包含植物栽培室(1)的空間植物培養系統，其特徵在於所述的溫度控制裝置包括降溫組件、升溫組件(4)和通風風扇(6)；所述降溫組件由冷卻液泵(8)、電磁閥(7)、壁面熱交換器(3)、植物栽培室外散熱裝置(2)和流量傳感器(9)組成，通過冷凝熱交換介質管道(10)順次連接；所述植物栽培室外散熱裝置(2)包括半導體製冷器(13)、散熱冷板(14)、散熱器(12)和散熱風扇(11)；半導體製冷器(13)的熱端和散熱器(12)相連，半導體製冷器(13)的冷端和散熱冷板(14)相連；散熱冷板(14)內部為蛇形的通道，與冷凝熱交換介質管道(10)相連；所述升溫組件固定在植物栽培室(1)內側靠近壁面熱交換器(3)的位置；所述通風風扇(6)位於壁面熱交換器(3)的下方。
2、 根據權利要求1的空間植物培養溫度控制裝置，其特徵在於所述的半 導體製冷器(13)、散熱器(12)和散熱風扇(11)對稱安裝在散熱冷板(14) 兩側。
3、 根據權利要求1的空間植物培養溫度控制裝置，其特徵在於所述的升 溫組件(4)採用薄膜電阻加熱片。
4、 根據權利要求1的空間植物培養溫度控制裝置，其特徵在於所述的冷 凝熱交換介質管道(10)在靠近壁面熱交換器(3)位置處的形狀為蛇形。
5、 根據權利要求1的空間植物培養溫度控制裝置，其特徵在於所述壁面 熱交換器(3)前方安裝擋板(5)，通風風扇(6)安裝在壁面熱交換器(3)與 擋板(5)之間的下方位置。
6、 根據權利要求1的空間植物培養溫度控制裝置，其特徵在於所述冷凝 熱交換介質管道(10)的材質為紫銅。
專利摘要本實用新型公開了一種空間植物培養溫度控制裝置，用於包含栽培室的空間植物培養系統，其包括降溫組件、升溫組件和通風風扇；降溫組件由冷卻液泵、電磁閥、壁面熱交換器、栽培室外散熱裝置和流量傳感器組成，通過冷凝熱交換介質管道順次連接；升溫組件固定在栽培室內側靠近壁面熱交換器的位置；風扇位於壁面熱交換器的下方。本實用新型的降溫組件採用的半導體製冷器，利用Peltier效應製冷，升溫組件的加熱元件採用薄膜電阻加熱片，冷凝熱交換介質管道在壁面熱交換器位置為蛇形，散熱冷板內部為蛇形的通道，使本實用新型具有結構簡單、體積小、重量輕等優點，適合於小型密閉環境的溫度控制。
文檔編號F24F11/02GK201149352SQ20072030934
公開日2008年11月12日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者劉向陽, 唐永康, 尹永利, 牟加金, 秦利鋒, 艾為黨, 郭雙生 申請人:中國人民解放軍總裝備部航天醫學工程研究所