專利名稱：基于微重力下親水/疏水復(fù)合微孔膜除濕的新裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種“氣-液型”膜空氣除濕裝置，通過親水/疏水復(fù)合微孔膜對航天器艙內(nèi)熱濕空氣進(jìn)行脫濕除熱，是微重力下“膜除濕和水蒸汽回收”合二為一的一種新技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著載人航天事業(yè)的飛速發(fā)展，發(fā)射長期在軌、內(nèi)載多人的宇宙飛船和空間站等大型航天器是未來幾年、幾十年內(nèi)終將完成的重大任務(wù)。其中如何對這些航天器艙內(nèi)的空氣濕度進(jìn)行可靠、高效、節(jié)能、長期穩(wěn)定的控制，且水蒸汽可循環(huán)利用 ，是飛船和空間站環(huán)境控制和生命保障分系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。航天器艙內(nèi)的空氣溫濕度控制極為重要，但微重力下氣液無法自然分離，因此造成艙內(nèi)空氣濕度的控制非常困難。航天器艙內(nèi)環(huán)境的濕度控制主要采用露點(diǎn)除濕后再氣液分離的方法。但現(xiàn)有方法要么需要消耗較大的電功率、且有運(yùn)動機(jī)械，要么需要一次性吸水材料且不能將冷凝水回收利用，不適于大量和長期使用。因此，目前航天器艙內(nèi)的空氣濕度控制技術(shù)均存在一定的不足。開發(fā)、研制新型除濕技術(shù)是解決航天器艙內(nèi)微重力下空氣除濕、水汽分離難題的關(guān)鍵。本發(fā)明針對上述難題，提出了“基于膜”的微重力環(huán)境下空氣除濕新的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
針對航天器內(nèi)空氣除濕的特點(diǎn)，本發(fā)明提供一種針對微重力條件下空氣濕度控制的新裝置——基于親水和疏水復(fù)合微孔膜的水蒸汽冷凝回收型空氣減焓除濕裝置，與傳統(tǒng)的航天器除濕系統(tǒng)相比，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，不僅巧妙地解決了微重力下氣液分離的難題，省去了原系統(tǒng)中的水汽分離裝置，從而大幅度降低了系統(tǒng)的重量；還可直接全部回收航天器艙內(nèi)寶貴的水蒸汽。由于復(fù)合膜的除濕過程靠具有親水性的膜管外壁對熱濕空氣進(jìn)行除濕，而復(fù)合膜管的內(nèi)壁為疏水性，使得管內(nèi)的冷水在正常或較低壓力下不能向管外側(cè)滲透，保證了水蒸氣由膜管外壁向膜管內(nèi)壁傳遞的單向性。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種適用于微重力環(huán)境的復(fù)合膜除濕裝置，其特征在于包括復(fù)合膜除濕器，用于使所述微重力環(huán)境中的熱濕空氣與流過所述除濕器的冷水進(jìn)行脫濕換熱，一個輻射散熱器，用于把所述冷水經(jīng)由復(fù)合膜除濕器后所獲得的熱量散失到外界。


圖I顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的復(fù)合膜管結(jié)構(gòu)詳圖。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的復(fù)合膜冷卻除濕器示意圖。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的復(fù)合膜除濕系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
具體說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖I為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的親水/疏水復(fù)合微孔膜管5的橫截面圖。除濕器內(nèi)的中空膜管管壁為親水/疏水復(fù)合微孔膜結(jié)構(gòu)，復(fù)合膜管的內(nèi)壁是疏水性膜層3，使得管內(nèi)的冷水在正?；蜉^低壓力下不能向管外側(cè)滲透；而膜管外壁是親水性膜層2，有效保證了水蒸汽在其表面冷凝后順利進(jìn)入膜內(nèi)微孔，且由膜管外壁向膜管內(nèi)壁傳遞的單向性。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的膜除濕器包括熱濕空氣入口 21，干冷空氣出口 22，冷水入口 23，冷水出口 24，殼體25，中空纖維膜管束26，擋板27。殼體25通常為圓筒形，內(nèi)部裝有中空復(fù)合膜管束26 ;中空纖維膜管束26的兩端固定在擋板27上。冷水流經(jīng)復(fù)合膜管束26，吸收熱濕空氣中的潛熱和顯熱，焓值增加，熱濕空氣減焓減濕；風(fēng)機(jī)32(圖3)將熱濕空氣從入口 21抽入殼體25內(nèi)，熱濕空氣流經(jīng)復(fù)合膜管管束26外側(cè)，水蒸汽經(jīng)膜管5的親水層2、疏水層3后最終進(jìn)入膜管5內(nèi)的冷水，從而完成除濕過程，從熱濕空氣入口 21進(jìn)入的熱濕空氣經(jīng)過降溫和除濕后變?yōu)閺母衫淇諝獬隹?22排出的干冷空氣而重新進(jìn)入航天器艙內(nèi)環(huán)境。隨著濕空氣焓熱的不斷加入，膜管內(nèi)冷水溫度升高，升溫后的冷卻水流經(jīng)航天器的輻射散熱器34(圖3)向太空散熱降低溫度，從而再次成為低溫冷水，供冷卻除濕循環(huán)使用；冷卻水因冷凝而多出的部分則可以被重復(fù)利用。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的基于微重力下親水/疏水復(fù)合微孔膜除濕系統(tǒng)包括除濕器31，風(fēng)機(jī)32，水泵33，輻射散熱器34以及儲液罐35。膜除濕換熱回路的運(yùn)行方式是風(fēng)機(jī)32推動航天器艙內(nèi)熱濕空氣流入膜除濕循環(huán)回路，經(jīng)膜除濕換熱器31中的親水/疏水復(fù)合微孔膜層2和3(圖I)進(jìn)行脫濕換熱，其中水蒸氣微層4中的水蒸氣由冷水吸收；冷卻水由水泵33驅(qū)動循環(huán)流動，經(jīng)膜除濕器31吸收來自熱濕空氣的熱量升溫后，由輻射散熱器34將熱量輻射到太空中，使水溫下降重新變?yōu)槔渌?，進(jìn)入除濕器31循環(huán)使用；循環(huán)冷水吸收的由熱濕空氣中水蒸汽轉(zhuǎn)變而成的液態(tài)水存于儲液罐35中。本發(fā)明的有益特點(diǎn)包括(I)本發(fā)明的除濕器中所用的膜為親水/疏水復(fù)合微孔膜，由于復(fù)合膜管的內(nèi)壁具有疏水性，使得管內(nèi)的冷水在正?；蜉^低壓力下不能向管外側(cè)滲透；而膜管外壁具有親水性，有效保證了水蒸汽在其表面冷凝后順利進(jìn)入膜內(nèi)微孔，且由膜管外壁向膜管內(nèi)壁傳遞的單向性。(2)本發(fā)明裝置，在微重力下的除濕過程，通過膜內(nèi)微孔的表面張力作用，巧妙避免了傳統(tǒng)方法帶來的氣液分離難題。(3)全部回收航天器艙內(nèi)熱濕空氣中的水蒸汽，形成的液態(tài)水可以被重復(fù)利用，對于長期、多人在軌的航天器，意義重大。(4)膜法除濕主要利用膜的選擇透過性進(jìn)行除濕，與其他除濕方法相比，具有除濕過程連續(xù)進(jìn)行、無運(yùn)動部件、工作可靠、分離效率高、能耗小等突出優(yōu)點(diǎn)，在航天器艙內(nèi)空氣除濕方面具有明顯優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種適用于微重力環(huán)境的復(fù)合膜除濕裝置，其特征在于包括 復(fù)合膜除濕器(31)，用于使所述微重力環(huán)境中的熱濕空氣與流過所述除濕器的冷水進(jìn)行脫濕換熱， 一個輻射散熱器(34)，用于把所述冷水經(jīng)由復(fù)合膜除濕器(31)后所獲得的熱量散失到外界。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合膜除濕裝置，其特征在于進(jìn)一步包括一個儲液罐(35)，用于儲存所述冷水與所述熱濕空氣進(jìn)行脫濕換熱而回收的水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合膜除濕裝置，其特征在于進(jìn)一步包括 一個液體泵(33)，用于提供所述冷水的循環(huán)動力， 風(fēng)機(jī)(32)，應(yīng)用推動所述熱濕空氣在除濕回路中循環(huán)流動。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合膜除濕裝置，其特征在于所述復(fù)合膜除濕器(31)包括親水/疏水復(fù)合微孔膜管(5)，親水/疏水復(fù)合微孔膜管(5)的中空膜管的管壁為親水/疏水復(fù)合微孔膜結(jié)構(gòu)并包括 作為內(nèi)壁的疏水性膜層(3)，用于使管內(nèi)流過的所述冷水在正常和/或較低壓力下不能向親水/疏水復(fù)合微孔膜管(5)的外側(cè)滲透； 作為外壁的親水性膜層(2)，用于保證熱濕空氣中的水蒸汽在親水性膜層(2)的表面冷凝后順利進(jìn)入親水性膜層(2)內(nèi)的微孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合膜除濕裝置，其特征在于 儲液罐(35)設(shè)置于輻射散熱器(34)上游，以保證經(jīng)輻射散熱器之后的冷水直接進(jìn)入復(fù)合膜除濕器(31)，減少冷量損失。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合膜除濕裝置，其特征在于進(jìn)一步包括 設(shè)置在儲液罐(35)之前的單向閥門(36)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合膜除濕裝置，其特征在于 膜除濕器(31)又是換熱組件，可看作是管殼式換熱器，以封閉在殼體中的中空纖維管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求要求3所述的復(fù)合膜除濕裝置，其特征在于 冷水流經(jīng)膜除濕器(31)管束后會吸收熱濕空氣的熱量使自身溫度升高，該部分熱量通過輻射散熱器(34)散放到太空中。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種“基于親水/疏水復(fù)合微孔膜的空氣降溫除濕”新裝置，用于微重力條件下航天器艙內(nèi)溫濕度控制。該裝置采用管殼式結(jié)構(gòu)，低溫冷水在數(shù)量眾多的膜管管內(nèi)流過，待處理的濕空氣由膜管外側(cè)流過。膜管管壁為“疏水-親水性”復(fù)合材料，膜管的內(nèi)壁為疏水性，使得管內(nèi)的低溫液體在正?；蜉^低壓力下不能向管外側(cè)滲透；而膜管外壁為親水性，有效保證了水蒸汽在其表面冷凝后順利進(jìn)入膜內(nèi)微孔、以及冷凝水由膜管外壁向膜管內(nèi)壁傳遞的單向性。隨著濕空氣焓熱的不斷加入，膜管內(nèi)低溫冷水溫度升高，升溫后的涼水經(jīng)航天器的輻射散熱器向宇宙空間輻射散熱、降低溫度，再次成為低溫冷水，可供冷卻除濕循環(huán)使用；濕空氣中的水蒸汽冷凝后進(jìn)入管內(nèi)冷卻水，被重復(fù)利用。
文檔編號B64G1/46GK102814104SQ20111015288
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者袁衛(wèi)星, 劉穎, 楊波, 袁修干 申請人:北京航空航天大學(xué)