一种用于空间植物培养的气体循环净化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于空间植物培养的气体循环净化装置，该装置包括：它包括CO2气瓶、比例阀、O2气瓶、输气泵、单向阀、风扇、CO2传感器、O2传感器、LED光照单元、植物培养单元、培养箱体、KMnO4气体净化盒和LiOH气体调节盒。在植物培养过程中，植物会吸收CO2并释放O2，CO2浓度低于阈值，开启比例阀，通过CO2气瓶供气。LED光照单元停止工作时，植物进行呼吸作用，CO2浓度增加，O2浓度降低，通过O2气瓶供气。定期开启输气泵、单向阀，将空气通入到LiOH气体调节盒内，将CO2降低到阈值之内。定期将气体输送到KMnO4气体净化盒中，降低培养箱体内的乙烯等有害气体浓度。本装置利用KMnO4和活性炭去除有机气体和乙烯，LiOH降低CO2浓度，体积小、工艺简单，换装方便等优点。

A gas circulation purification device for space plant culture

The invention discloses a gas circulation purifying device for space plant culture, which comprises a CO2 cylinder, a proportional valve, an O2 cylinder, a gas pump, a one-way valve, a fan, a CO2 sensor, an O2 sensor, an LED illumination unit, a plant culture unit, a culture box, a KMnO4 gas purifying box and a LiOH gas regulating box. . In the process of plant culture, plants absorb CO2 and release O2, CO2 concentration below the threshold, open the proportional valve, through the CO2 cylinder gas supply. When the LED light unit stops working, the plants breathe, the CO2 concentration increases, the O2 concentration decreases, and the gas is supplied by the O2 cylinder. Regularly open the air pump, one-way valve, air into the LiOH gas control box, CO2 will be reduced to the threshold. Gas is regularly transported to KMnO4 gas purification box to reduce the concentration of harmful gases such as ethylene in the incubator. The device uses KMnO4 and activated carbon to remove organic gases and ethylene, LiOH reduces the concentration of CO2, small size, simple process, easy replacement and other advantages.

【技术实现步骤摘要】
一种用于空间植物培养的气体循环净化装置
本专利技术涉及一种基于化学方法处理的气体循环净化装置，具体涉及一种应用于空间植物培养中的气体组分控制。
技术介绍
建立受控生态生保系统是开展长期载人航天探测和地外星球定居与开发的重要保障条件。空间植物培养能够主要利用植物的光合作用，持续再生航天员所需的食物、氧气等最基本的生保物质。美国等多国航天员在国际空间站吃上了自己亲手培育的新鲜蔬菜，这对改善长期驻站航天员的生理和心理状态以及提供长期载人深空探测和载人火星飞行的生命保障等具有重大意义。在密闭环境下，植物培养箱内的气体组分直接影响植物生长。已有的空间实验结果表明，乙烯也是影响空间密闭生态系统中植物生长发育的关键因素之一。空间微重力环境会导致植物乙烯释放增加，乙烯浓度过高则会导致植物细胞伸长受到抑制、叶片衰老、不能开花结实等。因此，去除乙烯是所有高等植物培养箱中所必须具备的条件之一。目前国际空间站上的植物培养实验主要是通过光化学反应来分解乙烯，这种方法需要较高的电压，消耗能量。二氧化碳浓度对植物生长也有较大影响，浓度太低会影响植物的光合作用；浓度较高会影响植物的光呼吸作用。随着植物培养的进行，密闭培养箱中因植物蒸腾作用而产生的水汽使环境湿度不断增大。当环境湿度过高时，培养箱内具备各种细菌和霉菌的滋生条件，它们的芽孢和孢子侵入植物培养盒，造成培养植物的污染，不利于植物的生长。因此，对处于空间密闭环境中的植物，如何控制环境湿度以保证植物能在合适的环境中生长就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决空间植物培养箱中气体环境变化而影响植物生长问题，改善植物生长条件，提供一种用于空间植物培养的气体净化装置。本专利技术气体净化装置，它包括CO2气瓶、比例阀1、O2气瓶、比例阀2、输气泵、单向阀1、单向阀2、风扇1、CO2传感器、O2传感器、LED光照单元、风扇2、植物培养单元、培养箱体、KMnO4气体净化盒和LiOH气体调节盒。所述的CO2气瓶，材料为6061铝合金外包覆碳纤维，容积为0.5L，承受最大压强30MPa；所述的O2气瓶，材料为6061铝合金外包覆碳纤维，容积为0.5L，承受最大压强30MPa；所述的KMnO4气体净化盒，净化盒内有KMnO4和活性炭混合吸附性乙烯去除剂；所述的LiOH气体调节盒，内置有LiOH，用于去除多余的CO2气体；所述的输气泵标称电压5V，常压下流量最大可以达到0.45l/min；所述的CO2传感器，检测范围为400～10000ppm，检测精度为±70ppm；所述的风扇，最大风量8m3/h，寿命45000h；所述的LED光照单元，内置有红、白、蓝和绿四种波段发光二级管，供植物光照之用；所述的植物培养箱体为7075-T651铝合金材料。各零件相互之间的连接关系为：CO2气瓶出口与比例阀1通过管路连接后均安装在培养箱体，O2气瓶出口与比例阀2通过管路连接后均安装在培养箱体。LED光照单元安装在培养箱体顶部。风扇1、风扇2分别安装在培养箱体的左侧与右侧。KMnO4气体净化盒和LiOH气体调节盒安装在培养箱体的左侧板下部。输气泵、单向阀1、CO2传感器和O2传感器分别安装在培养箱体的左侧板中部。本专利技术气体循环净化装置的原理是：CO2传感器实时监测培养箱中的CO2浓度。当培养箱内的CO2浓度低于要求值时，比例阀1开启，CO2气瓶工作，使培养箱内CO2浓度达到设计值；当培养箱内的CO2浓度高于要求时，开启单向阀1、输气泵，LiOH气体调节盒开始工作，降低培养箱内CO2浓度。O2传感器实时监测培养箱体中的O2浓度，当培养箱体内的O2浓度低于极限值时，比例阀2开启，O2气瓶工作，提高培养箱内O2浓度至要求值。每天开启单向阀2，通过输气泵向KMnO4净化盒输送培养箱体的气体，去除乙烯等有害气体，从而保证培养的气体组分能够保证的合适的区间范围内，使植物能更好地生长。本专利技术的优点如下：因空间站内植物培养在轨飞行实验时间较长(≥3个月)，其内部空间和资源有限，不适合较复杂的气体循环净化装置使用。本装置利用CO2、O2气瓶供给气体，利用KMnO4和LiOH净化、调节气体组分，体积小，工艺简单，装配方便。附图说明图1为气体净化装置示意图，其中：(1)CO2气瓶、(2)比例阀1、(3)O2气瓶、(4)比例阀2、(5)输气泵、(6)单向阀1、(7)单向阀2、(8)风扇1、(9)CO2传感器、(10)O2传感器、(11)LED光照单元、(12)风扇2、(13)植物培养单元、(14)培养箱体、(15)KMnO4气体净化盒、(16)LiOH气体调节盒。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。如图1所示，从气体净化装置图可以看出，本装置主要包括CO2气瓶1、比例阀12、O2气瓶3、比例阀24、输气泵5、单向阀16、单向阀27、风扇18、CO2传感器9、O2传感器10、LED光照单元11、风扇212、植物培养单元13、培养箱体14、KMnO4气体净化盒15和LiOH气体调节盒16。下面结合图1进一步阐述本专利技术气体净化装置：CO2气瓶1材料为6061铝合金外包覆碳纤维，容积为0.5L，承受最大压强30MPa，用于补给CO2。O2气瓶3材料为6061铝合金外包覆碳纤维，容积为0.5L，承受最大压强30MPa，用于补给O2；比例阀12和比例阀24用于控制CO2气瓶1、O2气瓶2供气；输气泵5用于将培养箱体内的气体输送到KMnO4净化盒13或LiOH气体调节盒16内，其型号为NMP05S，标称电压5V，常压下流量最大可以达到0.45L/min；单向阀16和单向阀27分别用于控制KMnO4净化盒13、LiOH气体调节盒16与培养箱体14的通断；风扇18和风扇212用于培养箱体14内的空气循环；CO2传感器9、O2传感器10分别用于检测培养箱体14内的CO2、O2气体浓度；LED光照单元11用于培养箱体内14的植物培养单元13光照；KMnO4净化盒15内有200gKMnO4和活性炭混合吸附性乙烯去除剂、LiOH气体调节盒16内有100gLiOH，用于去除培养箱体14内多余的CO2气体。本冷凝装置的工作原理是：CO2传感器9实时监测培养箱14中的CO2浓度。当培养箱内的CO2浓度低于0.44％时，比例阀12开启，CO2气瓶1工作，使培养箱内CO2浓度达到0.44％；当培养箱内的CO2浓度高于0.5％时，开启单向阀16、输气泵5，LiOH气体调节盒16开始工作，降低培养箱内CO2浓度至0.44％。O2传感器10实时监测培养箱体14中的O2浓度，当培养箱体14内的O2浓度低于15％时，比例阀24开启，O2气瓶3工作，提高培养箱内O2浓度至22％。每天开启单向阀27，通过输气泵5向KMnO4净化盒13输送培养箱体14的气体，去除乙烯等有害气体，从而保证培养的气体组分能够保证的合适的区间范围内，使植物能更好地生长。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于空间植物培养的气体循环净化装置，包括CO2气瓶(1)、比例阀1(2)、O2气瓶(3)、比例阀2(4)、输气泵(5)、单向阀1(6)、单向阀2(7)、风扇1(8)、CO2传感器(9)、O2传感器(10)、LED光照单元(11)、风扇2(12)、植物培养单元(13)、培养箱体(14)、KMnO4气体净化盒(15)和LiOH气体调节盒(16)，其特征在于：所述的CO2气瓶(1)材料为6061铝合金外包覆碳纤维，承受最大压强30MPa；所述的O2气瓶(3)，材料为6061铝合金外包覆碳纤维，承受最大压强30MPa；所述的KMnO4气体净化盒(15)内有KMnO4和活性炭混合吸附性乙烯去除剂；所述的输气泵(5)标称电压5V，常压下流量最大可以达到0.45L/min；所述的CO2传感器(9)检测范围为400～10000ppm，检测精度为±70ppm；所述的风扇1(8)标称电压12V，最大风量8m3/h，寿命45000h；所述的LED光照单元(11)内置有红、白、蓝和绿四种波段发光二级管；CO2气瓶(1)出口与比例阀(2)通过管路连接后均安装在培养箱体(14)，O2气瓶(3)出口与比例阀(4)通过管路连接后均安装在培养箱体(14)；LED光照单元(11)安装在培养箱体(14)顶部。风扇1(8)、风扇2(12)分别安装在培养箱体(14)的左侧与右侧；KMnO4气体净化盒(15)和LiOH气体调节盒(16)安装在培养箱体(14)的左侧板下部；输气泵(5)、单向阀1(6)、CO2传感器(9)和O2传感器(10)分别安装在培养箱体(14)的左侧板中部。...

【技术特征摘要】
1.一种用于空间植物培养的气体循环净化装置，包括CO2气瓶(1)、比例阀1(2)、O2气瓶(3)、比例阀2(4)、输气泵(5)、单向阀1(6)、单向阀2(7)、风扇1(8)、CO2传感器(9)、O2传感器(10)、LED光照单元(11)、风扇2(12)、植物培养单元(13)、培养箱体(14)、KMnO4气体净化盒(15)和LiOH气体调节盒(16)，其特征在于：所述的CO2气瓶(1)材料为6061铝合金外包覆碳纤维，承受最大压强30MPa；所述的O2气瓶(3)，材料为6061铝合金外包覆碳纤维，承受最大压强30MPa；所述的KMnO4气体净化盒(15)内有KMnO4和活性炭混合吸附性乙烯去除剂；所述的输气泵(5)标称电压5V，常压下流量最大可以达到0.45L/min；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐增闯，张涛，郑伟波，童广辉，许大钊，顾建忠，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31