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多源微量有害气体祛除装置。本装置包括：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，下部分吸附器中以以大孔径疏水型中空纤维分子筛作为吸附剂，用于吸附原料气体中的有毒有害气体；上部分吸附器中中小孔径疏水型中空纤维分子筛作为吸附剂，用于吸附少量粒径更小的有毒有害气体分子和水份；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。该装置可有效的实现舱内多源微量有害气体的广谱性综合祛除，降低了系统重量、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多源微量有害气体祛除装置，更具体的，涉及一种非消耗型多源微量有害气体祛除装置。
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，设备、装修材料、人居环境产生的杂质气体严重影响飞行器乘员的作业功效甚至生命健康；目前，有关有害气体净化的方法有多种，如活性炭吸附法、催化氧化法、化学分解法、分子筛变压吸附法等。目前美国、俄罗斯、国际空间站内的有害气体净化技术方案主要有以下几种：早期采用活性炭吸附技术，依靠活性炭对各种有害气体的物理吸附来解决密闭舱室有害气体净化的要求。而后，随着技术的不断进步，开始采用活性炭与催化剂催化氧化的方法对有害气体进行净化。同时在空间站引入分子筛变压吸附去除二氧化碳的同时，附带将部分有害气体一同经过变压吸附而去除，而后通过太空的真空环境对分子筛进行再生，并且采用多床式设计（如两床式、四床式）保证有害气体净化的连续性不因分子筛的再生而打断。目前其采用分子筛主要为5A分子筛、13X分子筛及硅胶，其对有害气体的净化受二氧化碳等物质的影响较大。最近有报道，美国航空航天局(NASA)与威斯康星大学合作研制了Airocide空气净化系统，其采用催化氧化的方式，通过紫外线激发纳米二氧化钛来实现催化氧化有机物的目的，使各类有机物分解为二氧化碳和水，从而实现对有害气体的净化。但此技术未提及诸如二氧化氮等无机气体净化的情况。目前我国航天器有害气体净化技术主要采取两种方式：一种是化学分解法，另一种为活性炭吸附与催化法相结合。化学分解法已应用于天宫一号，其通过净化风机将舱内的大气引入净化罐，经过化学分解吸收后，使洁净的空气重新流回舱内。净化风机是空气净化装置正常工作的关键，它的能耗极低，仅相当于一个普通照明灯的能耗。为提高空气净化装置的可靠性，采用了双机方案，一旦主风机出现故障，即刻能自动切换到副风机工作状态，保障净化风机一直是处于工作状态。另一种净化方式将高效活性炭和少量常温催化剂设置于净化罐内，形成组合式的净化装置，吸附吸收飞行器舱内的微量有害气体，这比较适用于飞船类短期飞行的航天器。同时国内相关科研院所也对密闭舱室有害气体控制进行了大量的研究，如中船重工718所研制的一氧化碳催化剂、氢催化剂专门用于密闭空间一氧化碳及氢气的催化去除；东南大学、北京工业大学等对光激发二氧化钛催化降解有害气体做了大量的工作；其他还有采用活性炭纤维、生物活性炭、负离子、低温等离子体、气体膜分离法等方法或手段对有害气体的净化做了研究。但这些研究及成果还无法解决未来深空探测等更加长期或是对重量、功耗、补给限制更严格的任务的需求。对于中长期飞行数月乃至数年的飞行器，如空间实验室或空间站，由于任务周期长，航天员所需的消耗性物质和产生的废物，如果全靠地面与空间往返飞行支持，则必然要投入巨大的维持飞行的运行费用。为此，需要发展可再生式的有害气体净化系统，实现部分消耗性物质的再生重复使用，最大限度地提高综合效益，降低运行费用。物理化学再生式有害气体净化技术将是空间实验室和空间站环控生保技术研究的重点，利用物理化学方法着重解决有害气体净化装置的再生使用就可节省出很大的等效发射重量，降低运行费用，提高综合效益。非再生式有害气体祛除技术因吸收/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，显然在长期的载人航天飞行任务中，物理尤其可再生式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，但是，因为传统分子筛对有害杂质气体与水存在竞争性吸附，甚至水还更为容易被分子筛吸附而大幅降低了其吸附能力，而使得装置设计更复杂，控制困难，重量、体积、功耗较大。同时，即使采用吸附处理技术，传统单一分子筛床难以做到对复杂、多源的有害杂质气体做到广谱性吸附、祛除，此外，还有因为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，研制一种“基于吸附分离技术的可再生式多源微量有害气体广谱性综合去除技术”，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，使用寿命长的非消耗型多源微量有害气体祛除装置。为更好的描述本技术，有关部分名字释义如下：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有毒有害杂质的原料气体来说，吸附塔出口即获得较该原料气更低的浓度，称为贫气、净化后气体；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分而言。附图中，以字母V为头的符号，代表自动控制阀门：如V1A/V1B，V2，V3，V4，等等，都是自动控制阀门，它们可根据预先设定的逻辑开启或关闭，当然，也可以是带有流量控制调节性能的自动控制阀门，这些阀门可以是气动控制的，也可以是电动、液压控制的自动控制阀，在特定条件下，甚至可手动操作。101A，101B，等是吸附器编号，装填有至少一种或多种吸附剂；101C是安装在吸附器中的解吸装置，如微波加热器；AB01，等代表压缩机械、升压设备；如鼓风机。本技术设计的非消耗型多源微量有害气体祛除装置，参见图1所示，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（如鼓风机）；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本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非消耗型多源微量有害气体祛除装置，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, 吸附器101A、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中以大孔径疏水型中空纤维分子筛作为吸附剂，吸附剂孔径为0.5～40nm，主要用于吸附原料气体中的有毒有害气体；吸附器101B中以中小孔径疏水型中空纤维分子筛作为吸附剂，吸附剂孔径为0.05～1nm，主要用于吸附少量粒径更小的有毒有害气体分子和水份；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101B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V2；吸附与解吸单元还设有通向舱外的第三管道支路，该管道支路上设有自控制调节阀V4。...
【技术特征摘要】
1.一种非消耗型多源微量有害气体祛除装置，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,吸附器101A、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中以大孔径疏水型中空纤维分子筛作为吸附剂，吸附剂孔径为0.5～40nm，主要用于吸附...
【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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