[发明专利]一种受控生态生保系统集成试验平台的环境温湿度控制系统

说明书

技术领域

本发明属于长期载人航天环控生保技术研究领域，特别涉及一种用于模拟空间站、地外航天器以及星球基地等载人航天空间环境条件下的受控生态生保系统集成试验平台环境温湿度控制系统。

背景技术

就目前的航天技术发展水平来看，人类并非不能登上月球或火星等地外星球，而关键问题是无法长期驻留，解决这一问题的根本途径就是建立与之相适应的长期载人航天生命保障系统-受控生态生命保障系统。

在真正建成一个大型复杂的空间基地受控生态生保系统之前，有必要在地面上首先建成用于综合模拟研究的受控生态生保系统地基试验平台，通过该平台开展整个密闭生态系统的平衡性、稳定性、可控性及密闭程度与人的生存能力与安全性等方面的研究，并研究这种环境因素对生物生长过程及人生存的影响，从而为将来建立真正的空间基地受控生态生保系统提供科学依据。在平台的建立和运行过程中，有许多关键技术需要突破和解决，如系统总体技术、舱内环境控制及监测技术、植物栽培系统技术、人-系统集成试验技术等等。其中舱内环境监测与控制关键技术又包括舱内环境温湿度与通风控制、氧气浓度控制、二氧化碳浓度控制、大气微量污染物控制等子技术。从中可以看出，环境温湿度监控不仅影响到整个系统的成败与否，而且关系到乘员舱内乘员的生命安全，是整个平台建立和运行过程中的重要研究内容之一。

发明内容

本发明的目的就是设计一套受控生态生保系统集成试验平台内部环境温湿度控制系统，确保受控生态生保系统集成试验平台乘员舱内乘员生活和工作所需的安全、舒适的环境温湿度，确保受控生态生保系统集成试验平台植物舱内不同植物或同一植物不同培养阶段所需的环境温湿度，同时解决用于植物栽培的特定光照系统中LED灯板的散热问题。

实现本发明的技术方案：

根据受控生态生保系统集成试验平台舱体内部功能区的划分以及各功能区的环境温湿度技术指标要求，在分析计算的基础上，设计了“制冷+载冷(水冷)”的环境温湿度控制方案，通过iRV智能人工控制系统，实时测量平台内所产生的热负荷以及温湿度需求，比例调节供应载冷剂的流量，并通过加载或卸载的方式自动控制空调制冷量的变容量输出，实现冷热平衡，实现平台舱内的恒温恒湿。采用风冷冷水机组制冷与制热的方式，利用乙二醇水溶液作为载冷剂与舱内进行能量交换。通过冷板换热方式让LED灯的热量能够直接被载冷剂带走，做到哪发热哪制冷，避免平台舱内局部温度过高的不均匀性。利用多台小风机，在各培养架上方构成小循环的气流组织方式，既节省了空间，又保证了植物培养区域温度、湿度、气流的均匀性。设计的整个受控生态生保系统集成试验平台内部环境温湿度控制系统原理图如图1，系统各部件在舱内的布局见图2。

针对LED灯板15的局部散热问题，设计了如图3“双排管+逆流”方式的特殊结构冷板。冷板4由铝板18和铝排管16、17组成。先在铝板上铣出相应的槽，在槽中布上铝排管，靠铝排管中的载冷剂来带走灯板15的热量。铝排管采用双排、逆流的方式，更有利于冷板的温度均匀性。

每层培养架安装有三块冷板4，分成两套系统，系统间并联。所有一、三号冷板并联为一套系统，通过载冷剂散热。所有二号冷板并联为另一套系统，结构上设计成图4所示“水冷(冷板4)+风冷(轴流风扇3)”的复合式特殊散热方式，既能利用载冷剂散热，也能通过风散热，保证了植物舱内的温湿度符合指标要求。

附图说明

图1为环境温湿度控制系统原理图；

图2为环境温湿度控制系统各部件在舱内的布局图；

图3为用于LED灯板散热的冷板结构图；

图4为用于LED灯板散热的“水冷(冷板)+风冷”的复合式散热方式。

具体实施方式

如图1、图2所示，受控生态生保系统集成试验平台的环境温湿度控制系统包括制冷除湿风机盘管1(内部装有PTC加热器)、iRV智能控制系统2(包括PLC控制器、安装在乘员舱内用于数据显示及输入操作的触摸屏、布置于植物舱内的6个温湿度传感器等)、轴流风扇3、冷板4、球阀5、截止阀6、回水管7、供水管8、电动调节阀9、换热器10、风冷模块冷水机组11、载冷机组(包括载冷储液箱12及水泵13等)、高压微雾加湿器14等，按照图示原理及布局进行连接及装配施工。载冷储液箱12、水泵13、风机盘管1(内部装有PTC加热器)、冷板4通过管路形成内循环通道，对内环境进行温湿度调节和控制。风冷模块冷水机组11通过换热器10与内循环通道中的储液箱12内液体(30％乙二醇水溶液)进行热交换。