一種非消耗型二氧化碳和水份的一體化處理裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術屬于航天航空生保環控技術領域，具體為一種非消耗型二氧化碳和水份的一體化聯合處理裝置與方法。本實用新型專利技術裝置包括：送風單元、吸附與解吸單元，及必要的控制閥門、連接管路及控制系統；其中，吸附與解吸單元是一體化分離器，分為下、上吸附器兩部分，下部分吸附器中以疏水型二氧化碳中空纖維分子篩作為吸附劑，用于吸附氣體中的二氧化碳，上部分吸附器中以介孔沸石中空纖維分子篩作為吸附劑，用于吸附氣體中的水份；兩部分中間設置有解吸裝置，用于對使用過的吸附劑進行加熱再生。該一體化分離器可以有多個，并聯或串聯運行。該裝置可有效實現艙內二氧化碳和水份的一體化處理，降低系統重量、功耗和消耗品補給需求。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于航天航空生保環控
，具體涉及一種生保環控系統中大氣再生子系統的二氧化碳與水份的處理裝置，更具體的，涉及一種非消耗型二氧化碳和水份的一體化聯合處理裝置。
技術介紹
環境控制與生命保障系統（簡稱環控生保系統，ECLSS）是載人航天飛行器最重要的系統，通常，環控生保系統有六個子系統組成：溫度與濕度控制子系統、大氣控制與供應子系統、大氣再生子系統、火情探測與滅火子系統、水回收與管理子系統以及廢物管理子系統。大氣再生子系統直接關系到飛行器乘員生命安全保障，主要功能包括二氧化碳清除、大氣監測、微量污染物的控制等，在載人航天飛行器等密閉空間中，因人的呼吸會不斷的產生二氧化碳，烹調等燃燒過程及有機材料的氧化過程等也會產生二氧化碳，二氧化碳在密閉空間大氣中累積，其濃度不斷升高，而過高的二氧化碳濃度會導致人員的生理功能和工作效率，嚴重時甚至會危及生命，當人員長期暴露于二氧化碳濃度超過0.1%的環境下，會給人帶來不愉快感，含量為1%時，能使正常人呼吸量增加25%，含量為3%時,使呼吸量增加2倍，繼續積累達一定程度后,便會使人頭暈眼花、思維混亂、惡心、嘔吐等等，對人體的機能造成損壞和基本生理功能的變更，達到5%濃度時，人的呼吸僅能維持30分鐘，當含量為25%時，則可使呼吸中樞麻痹，并引起酸中毒，按照國家相關標準規定，工作環境中二氧化碳含量不得超過1%，因此，必須及時、有效地清除密閉空間人居環境所產生的二氧化碳，保證密閉空間大氣中二氧化碳濃度在一個適當的水平。目前，有關二氧化碳的處理及控制技術主要有非再生式、物理化學再生式和受控生態再生式三類：非再生式二氧化碳清除技術因吸收/吸附劑不可再生，屬于消耗型處理技術，不僅需要大量攜帶，而且在中長期載人航天飛行任務時面臨質量增加過快和再補給困難等問題，典型的有采用氫氧化鋰和超氧化物吸收二氧化碳的技術，僅適應于短期載人航天，或作為再生式技術必要的補充，如艙外航天服及緊急情況下的短時使用用途。在長期的載人航天飛行任務中，物理或化學再生式二氧化碳清除技術顯然更具競爭力，它克服了非再生式處理技術的缺陷，因可再生，可獲得更高的經濟性、效費比，典型的，如采用分子篩吸附、固態胺吸附、電化學吸收、膜分離等技術，尤其是分子篩吸附分離技術，美國天空實驗室、俄羅斯和平號以及現在的國際空間站采用的都是這種可再生式分子篩清除技術，但是，因為傳統分子篩吸附二氧化碳的同時吸附水份，存在競爭性吸附，甚至水還更為容易被分子篩吸附而大幅降低了其吸附二氧化碳的能力，而使得裝置設計更復雜，控制困難，重量、體積、功耗較大。而受控生態再生式二氧化碳清除技術主要指在非再生和再生式系統的基礎上加入了生物技術，利用植物的光合作用凈化二氧化碳，并提供食物給航天員或動物，從而將各種再生循環整合到一起，為長時間、遠距離的航天飛行任務，比如更大型的空間站、月球基地甚至未來的火星基地等，因為物資的再補給難度進一步升高，需要考慮再生的物資除氧氣和水外，又增加了食品，并且對可靠性和效率的要求也更加嚴格，受控需調整凈化平衡時使用非再生或再生式系統輔助運行，基本模擬地球生態環境的循環過程，以實現在完全不依靠外部補給的情況下維持人類生存，總體上，生態生保系統面臨的技術挑戰更高，迄今距離實用階段還差得很遠。如上所述，盡管凈化二氧化碳的方法有很多,如金屬氧化物吸收、固態胺吸收、醇胺吸收和電化學去極化膜分離技術、分子篩變壓吸附等，但在中長期的載人航天飛行任務中航天器乘員艙內的二氧化碳的處理技術，物理或化學再生式二氧化碳清除技術因可再生，可獲得更高的經濟性、效費比，尤其是分子篩吸附分離技術，是國內外重點的研究方向，如美國，早在上世紀八十年代就在天空實驗室中采用了沸石分子篩的處理技術，目前，美國天空實驗室、俄羅斯和平號以及現在的國際空間站二氧化碳凈化采用的都是這種可再生式分子篩清除技術，較為成熟的典型技術方案是四床分子篩變壓吸附處理技術：四床分子篩變壓吸附處理技術主要是根據分子之間的物理吸附來進行設計,采用5A分子篩，它可選擇性地吸附來自座艙中的二氧化碳，但由于5A分子篩與水蒸汽的親和力也較大，吸附空氣中的水蒸汽將引起對二氧化碳的吸附失效(降低分子篩對二氧化碳的吸附能力)，因此，在進入二氧化碳吸附床之前，空氣必須經過干燥處理，為此在二氧化碳吸附床前串接了一個硅膠和13X分子篩分層結構構成的干燥床，構成以兩套裝填干燥劑的干燥床串聯兩套裝填可吸附二氧化碳的沸石分子篩吸附床的分離裝置，可連續完成吸附與解吸工作，其解吸則采用太空的真空環境并適當輔助以熱能（或僅依賴真空）直接將吸附質脫附到太空，宏觀上，前級處理水份，后級凈化二氧化碳，其主要優點是能獨立地運作，與環控生保系統中的其它功能件無關，也不存在對座艙濕度負荷的沖擊，吸附材料穩定、無氣味，不需更換，在緊急狀態下能用飛行器外部的高真空資源進行解吸,還可降低功率負荷。但是，由于傳統的5A分子篩吸附二氧化碳的同時強力吸附水份，存在競爭性吸附，不得已采用前級干燥處理，這將使得裝置設計更復雜，控制困難，重量、體積、再生功耗較大，而且，傳統的沸石分子篩為顆粒類分子篩，在發射等存在振動、沖擊的環境條件下這些分子篩容易破碎成粉末，即使正常運行也將因存在空間、體積等限制條件下，頻繁切換、設計空速過高等客觀設計條件帶來分子篩的流化現象，不但降低了系統的使用壽命，也將污染其下游設備。因此，在面向未來深空探測等更加長期或是對重量、功耗、補給限制更嚴格的飛行任務，本技術的“基于疏水性分子篩吸附分離技術構建的非消耗型二氧化碳和水份的一體化處理裝置”，可降低環控生保系統的初始發射重量，降低系統本身能源消耗，減少消耗品補給量，實現系統的輕量化的同時并提高系統的可靠性，為我國空間站后續環控生保技術的升級奠定基礎。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種重量輕、功耗低，使用壽命長的二氧化碳和水份的一體化處理裝置。為更好的描述本技術，有關本技術中的部分名字釋義如下：貧氣，是指相對進入吸附器之前的原料氣中的特定組分而言，經吸附器之后獲得的較原料氣中的該組分更低濃度的氣體，如相對進入吸附器中的含二氧化碳的原料氣體來說，吸附塔出口即獲得較該原料氣更低的濃度，稱為貧二氧化碳氣，如相對進入吸附器中的含水份的原料氣體來說，吸附塔出口即獲得較該原料氣更低的濃度，稱為貧水汽。吸附器，也可稱為吸附塔、吸附床、分離器，是指裝填了至少一種比如上面所說的吸附劑的容器，吸附劑對混合氣體中較易吸附的組分有較強的吸附能力。變壓吸附、吸附分離，PSA等詞，本專業的技術人員會承認，這些方法所指不僅是PSA方法，還包括與之類似的方法，如真空變壓吸附(VacuumSwingAdsorption-VSA)或混合壓力變壓吸附(MixedPressureSwingAdsorption-MPSA)方法等等，要在更寬廣的意義上理解。也就是說，對于周期性循環的吸附壓力、一種較高的壓力是相對于解吸步驟的更高的壓力，可以包括大于或等于大氣壓力，而周期性循環的解吸壓力，一種較低的壓力是相對于吸附步驟的更低的壓力，則包括小于或等于大氣壓力。壓力，除注明是表壓，其它均指絕對壓力；難吸附組分，是指相對于較為容易吸附的組分而言，同樣的，易吸附組分則是指相對于較難吸附的組本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種非消耗型二氧化碳和水份的一體化處理裝置，其特征在于，包括：送風單元、吸附與解吸單元，及必要的控制閥門、連接管路及控制系統，其中：所述送風單元，至少為一個；該送風單元是一種升壓設備AB01；送風單元通過管道與所述吸附與解吸單元連接，在該連接管道上設有控制閥門V1A，而且，在升壓設備AB01與控制閥門?V1A之間的管道上還設有第一管道支路，在該支路上設置排空控制閥門?V1B?；所述吸附與解吸單元是一個一體化分離器，分為吸附器101A與吸附器101B下、上兩部分，對于軸向床而言,?吸附器101A與吸附器101B均為圓桶形空腔，內由中空纖維分子篩填充滿，兩端各有至少一個接口,稱之為進、出口；吸附器101A中以疏水型二氧化碳中空纖維分子篩作為吸附劑，用于吸附氣體中的二氧化碳，吸附器101B中以介孔沸石中空纖維分子篩作為吸附劑，用于吸附氣體中的水份；吸附器101A與吸附器101B組件之間為間壁空腔，其中設置有解吸裝置101C，用于對使用過的吸附劑進行加熱再生；吸附器101A設有通向艙內的第二管道支路，該管道支路上設有自控制調節閥V3；吸附器101B設有通向艙內的第三管道支路，該管道支路上設有自控制調節閥V2；吸附與解吸單元還設有通向艙外的第四管道支路，該管道支路上設有自控制調節閥V4。...

【技術特征摘要】
1.一種非消耗型二氧化碳和水份的一體化處理裝置，其特征在于，包括：送風單元、吸附與解吸單元，及必要的控制閥門、連接管路及控制系統，其中：所述送風單元，至少為一個；該送風單元是一種升壓設備AB01；送風單元通過管道與所述吸附與解吸單元連接，在該連接管道上設有控制閥門V1A，而且，在升壓設備AB01與控制閥門V1A之間的管道上還設有第一管道支路，在該支路上設置排空控制閥門V1B；所述吸附與解吸單元是一個一體化分離器，分為吸附器101A與吸附器101B下、上兩部分，對于軸向床而言,吸附器101A與吸附器101B均為圓桶形空腔，內由中空纖維分子篩填充滿，兩端各有至少一個接口,稱之為進、出口；吸附器101A中以疏水型二氧化碳中空纖維分子篩作為吸附劑，用于吸附氣體中的二氧化碳，吸附器101B中以介孔沸石中空纖維分子篩作為吸附劑，用于吸附氣體中的水份；吸附器101A與吸附器101B組件之間為間壁空腔，其中設置有解吸裝置101C，用于對使用過的吸附劑進行加熱再生；吸附器101A設有通向艙內的第二管道支路，該管道支路上設有自控制調節閥V3；吸附器101B設有通向艙內的第三管道支路，該管道支路上設有自控制調節閥V2；吸附與解吸單元還設有通向艙外的第四管道支路，該管道支路上設有自控制調節閥V4。2.根據權利要求1所述的非消耗型二氧化碳和水份的一體化處理裝置，其特征在于，所述升壓設備AB01為一鼓風機，所述解吸裝置101C為微波加熱器。3.根據權利要求1所述的非消耗型二氧化碳和水份的一體化處理裝置，其特征在于，所述的一體化分離器有多...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳宗蓬，王晨，謝東紅，趙自航，賈吉來，
申請(專利權)人：上海穗杉實業有限公司，
類型：新型
國別省市：上海;31