本实用新型专利技术属于航天航空生保环控技术领域，具体为一种非消耗型二氧化碳和水份的一体化联合处理装置与方法。本实用新型专利技术装置包括：送风单元、吸附与解吸单元，及必要的控制阀门、连接管路及控制系统；其中，吸附与解吸单元是一体化分离器，分为下、上吸附器两部分，下部分吸附器中以疏水型二氧化碳中空纤维分子筛作为吸附剂，用于吸附气体中的二氧化碳，上部分吸附器中以介孔沸石中空纤维分子筛作为吸附剂，用于吸附气体中的水份；两部分中间设置有解吸装置，用于对使用过的吸附剂进行加热再生。该一体化分离器可以有多个，并联或串联运行。该装置可有效实现舱内二氧化碳和水份的一体化处理，降低系统重量、功耗和消耗品补给需求。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于航天航空生保环控
，具体涉及一种生保环控系统中大气再生子系统的二氧化碳与水份的处理装置，更具体的，涉及一种非消耗型二氧化碳和水份的一体化联合处理装置。
技术介绍
环境控制与生命保障系统（简称环控生保系统，ECLSS）是载人航天飞行器最重要的系统，通常，环控生保系统有六个子系统组成：温度与湿度控制子系统、大气控制与供应子系统、大气再生子系统、火情探测与灭火子系统、水回收与管理子系统以及废物管理子系统。大气再生子系统直接关系到飞行器乘员生命安全保障，主要功能包括二氧化碳清除、大气监测、微量污染物的控制等，在载人航天飞行器等密闭空间中，因人的呼吸会不断的产生二氧化碳，烹调等燃烧过程及有机材料的氧化过程等也会产生二氧化碳，二氧化碳在密闭空间大气中累积，其浓度不断升高，而过高的二氧化碳浓度会导致人员的生理功能和工作效率，严重时甚至会危及生命，当人员长期暴露于二氧化碳浓度超过0.1%的环境下，会给人带来不愉快感，含量为1%时，能使正常人呼吸量增加25%，含量为3%时,使呼吸量增加2倍，继续积累达一定程度后,便会使人头晕眼花、思维混乱、恶心、呕吐等等，对人体的机能造成损坏和基本生理功能的变更，达到5%浓度时，人的呼吸仅能维持30分钟，当含量为25%时，则可使呼吸中枢麻痹，并引起酸中毒，按照国家相关标准规定，工作环境中二氧化碳含量不得超过1%，因此，必须及时、有效地清除密闭空间人居环境所产生的二氧化碳，保证密闭空间大气中二氧化碳浓度在一个适当的水平。目前，有关二氧化碳的处理及控制技术主要有非再生式、物理化学再生式和受控生态再生式三类：非再生式二氧化碳清除技术因吸收/吸附剂不可再生，属于消耗型处理技术，不仅需要大量携带，而且在中长期载人航天飞行任务时面临质量增加过快和再补给困难等问题，典型的有采用氢氧化锂和超氧化物吸收二氧化碳的技术，仅适应于短期载人航天，或作为再生式技术必要的补充，如舱外航天服及紧急情况下的短时使用用途。在长期的载人航天飞行任务中，物理或化学再生式二氧化碳清除技术显然更具竞争力，它克服了非再生式处理技术的缺陷，因可再生，可获得更高的经济性、效费比，典型的，如采用分子筛吸附、固态胺吸附、电化学吸收、膜分离等技术，尤其是分子筛吸附分离技术，美国天空实验室、俄罗斯和平号以及现在的国际空间站采用的都是这种可再生式分子筛清除技术，但是，因为传统分子筛吸附二氧化碳的同时吸附水份，存在竞争性吸附，甚至水还更为容易被分子筛吸附而大幅降低了其吸附二氧化碳的能力，而使得装置设计更复杂，控制困难，重量、体积、功耗较大。而受控生态再生式二氧化碳清除技术主要指在非再生和再生式系统的基础上加入了生物技术，利用植物的光合作用净化二氧化碳，并提供食物给航天员或动物，从而将各种再生循环整合到一起，为长时间、远距离的航天飞行任务，比如更大型的空间站、月球基地甚至未来的火星基地等，因为物资的再补给难度进一步升高，需要考虑再生的物资除氧气和水外，又增加了食品，并且对可靠性和效率的要求也更加严格，受控需调整净化平衡时使用非再生或再生式系统辅助运行，基本模拟地球生态环境的循环过程，以实现在完全不依靠外部补给的情况下维持人类生存，总体上，生态生保系统面临的技术挑战更高，迄今距离实用阶段还差得很远。如上所述，尽管净化二氧化碳的方法有很多,如金属氧化物吸收、固态胺吸收、醇胺吸收和电化学去极化膜分离技术、分子筛变压吸附等，但在中长期的载人航天飞行任务中航天器乘员舱内的二氧化碳的处理技术，物理或化学再生式二氧化碳清除技术因可再生，可获得更高的经济性、效费比，尤其是分子筛吸附分离技术，是国内外重点的研究方向，如美国，早在上世纪八十年代就在天空实验室中采用了沸石分子筛的处理技术，目前，美国天空实验室、俄罗斯和平号以及现在的国际空间站二氧化碳净化采用的都是这种可再生式分子筛清除技术，较为成熟的典型技术方案是四床分子筛变压吸附处理技术：四床分子筛变压吸附处理技术主要是根据分子之间的物理吸附来进行设计,采用5A分子筛，它可选择性地吸附来自座舱中的二氧化碳，但由于5A分子筛与水蒸汽的亲和力也较大，吸附空气中的水蒸汽将引起对二氧化碳的吸附失效(降低分子筛对二氧化碳的吸附能力)，因此，在进入二氧化碳吸附床之前，空气必须经过干燥处理，为此在二氧化碳吸附床前串接了一个硅胶和13X分子筛分层结构构成的干燥床，构成以两套装填干燥剂的干燥床串联两套装填可吸附二氧化碳的沸石分子筛吸附床的分离装置，可连续完成吸附与解吸工作，其解吸则采用太空的真空环境并适当辅助以热能（或仅依赖真空）直接将吸附质脱附到太空，宏观上，前级处理水份，后级净化二氧化碳，其主要优点是能独立地运作，与环控生保系统中的其它功能件无关，也不存在对座舱湿度负荷的冲击，吸附材料稳定、无气味，不需更换，在紧急状态下能用飞行器外部的高真空资源进行解吸,还可降低功率负荷。但是，由于传统的5A分子筛吸附二氧化碳的同时强力吸附水份，存在竞争性吸附，不得已采用前级干燥处理，这将使得装置设计更复杂，控制困难，重量、体积、再生功耗较大，而且，传统的沸石分子筛为颗粒类分子筛，在发射等存在振动、冲击的环境条件下这些分子筛容易破碎成粉末，即使正常运行也将因存在空间、体积等限制条件下，频繁切换、设计空速过高等客观设计条件带来分子筛的流化现象，不但降低了系统的使用寿命，也将污染其下游设备。因此，在面向未来深空探测等更加长期或是对重量、功耗、补给限制更严格的飞行任务，本技术的“基于疏水性分子筛吸附分离技术构建的非消耗型二氧化碳和水份的一体化处理装置”，可降低环控生保系统的初始发射重量，降低系统本身能源消耗，减少消耗品补给量，实现系统的轻量化的同时并提高系统的可靠性，为我国空间站后续环控生保技术的升级奠定基础。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种重量轻、功耗低，使用寿命长的二氧化碳和水份的一体化处理装置。为更好的描述本技术，有关本技术中的部分名字释义如下：贫气，是指相对进入吸附器之前的原料气中的特定组分而言，经吸附器之后获得的较原料气中的该组分更低浓度的气体，如相对进入吸附器中的含二氧化碳的原料气体来说，吸附塔出口即获得较该原料气更低的浓度，称为贫二氧化碳气，如相对进入吸附器中的含水份的原料气体来说，吸附塔出口即获得较该原料气更低的浓度，称为贫水汽。吸附器，也可称为吸附塔、吸附床、分离器，是指装填了至少一种比如上面所说的吸附剂的容器，吸附剂对混合气体中较易吸附的组分有较强的吸附能力。变压吸附、吸附分离，PSA等词，本专业的技术人员会承认，这些方法所指不仅是PSA方法，还包括与之类似的方法，如真空变压吸附(VacuumSwingAdsorption-VSA)或混合压力变压吸附(MixedPressureSwingAdsorption-MPSA)方法等等，要在更宽广的意义上理解。也就是说，对于周期性循环的吸附压力、一种较高的压力是相对于解吸步骤的更高的压力，可以包括大于或等于大气压力，而周期性循环的解吸压力，一种较低的压力是相对于吸附步骤的更低的压力，则包括小于或等于大气压力。压力，除注明是表压，其它均指绝对压力；难吸附组分，是指相对于较为容易吸附的组分而言，同样的，易吸附组分则是指相对于较难吸附的组本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非消耗型二氧化碳和水份的一体化处理装置，其特征在于，包括：送风单元、吸附与解吸单元，及必要的控制阀门、连接管路及控制系统，其中：所述送风单元，至少为一个；该送风单元是一种升压设备AB01；送风单元通过管道与所述吸附与解吸单元连接，在该连接管道上设有控制阀门V1A，而且，在升压设备AB01与控制阀门 V1A之间的管道上还设有第一管道支路，在该支路上设置排空控制阀门 V1B ；所述吸附与解吸单元是一个一体化分离器，分为吸附器101A与吸附器101B下、上两部分，对于轴向床而言, 吸附器101A与吸附器101B均为圆桶形空腔，内由中空纤维分子筛填充满，两端各有至少一个接口,称之为进、出口；吸附器101A中以疏水型二氧化碳中空纤维分子筛作为吸附剂，用于吸附气体中的二氧化碳，吸附器101B中以介孔沸石中空纤维分子筛作为吸附剂，用于吸附气体中的水份；吸附器101A与吸附器101B组件之间为间壁空腔，其中设置有解吸装置101C，用于对使用过的吸附剂进行加热再生；吸附器101A设有通向舱内的第二管道支路，该管道支路上设有自控制调节阀V3；吸附器101B设有通向舱内的第三管道支路，该管道支路上设有自控制调节阀V2；吸附与解吸单元还设有通向舱外的第四管道支路，该管道支路上设有自控制调节阀V4。...
【技术特征摘要】
1.一种非消耗型二氧化碳和水份的一体化处理装置，其特征在于，包括：送风单元、吸附与解吸单元，及必要的控制阀门、连接管路及控制系统，其中：所述送风单元，至少为一个；该送风单元是一种升压设备AB01；送风单元通过管道与所述吸附与解吸单元连接，在该连接管道上设有控制阀门V1A，而且，在升压设备AB01与控制阀门V1A之间的管道上还设有第一管道支路，在该支路上设置排空控制阀门V1B；所述吸附与解吸单元是一个一体化分离器，分为吸附器101A与吸附器101B下、上两部分，对于轴向床而言,吸附器101A与吸附器101B均为圆桶形空腔，内由中空纤维分子筛填充满，两端各有至少一个接口,称之为进、出口；吸附器101A中以疏水型二氧化碳中空纤维分子筛作为吸附剂，用于吸附气体中的二氧化碳，吸附器101B中以介孔沸石中空纤维分子筛作为吸附剂，用于吸附气体中的水份；吸附器101A与吸附器101B组件之间为间壁空腔，其中设置有解吸装置101C，用于对使用过的吸附剂进行加热再生；吸附器101A设有通向舱内的第二管道支路，该管道支路上设有自控制调节阀V3；吸附器101B设有通向舱内的第三管道支路，该管道支路上设有自控制调节阀V2；吸附与解吸单元还设有通向舱外的第四管道支路，该管道支路上设有自控制调节阀V4。2.根据权利要求1所述的非消耗型二氧化碳和水份的一体化处理装置，其特征在于，所述升压设备AB01为一鼓风机，所述解吸装置101C为微波加热器。3.根据权利要求1所述的非消耗型二氧化碳和水份的一体化处理装置，其特征在于，所述的一体化分离器有多...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈宗蓬，王晨，谢东红，赵自航，贾吉来，
申请(专利权)人：上海穗杉实业有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31
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