本發(fā)明涉及一種受控密閉實驗艙及其氣密性測試方法。

背景技術(shù)：

我國從開展CELSS系統(tǒng)概念論證以來，對其生物部件的研究一直沒有停止過。科學(xué)家正致力于研究能在太空環(huán)境下生長，卻生長周期短，營養(yǎng)成分高，同時能利用光合作用吸收掉二氧化碳，放出氧氣的植物作為該閉式循環(huán)系統(tǒng)的生物部件。科學(xué)家還呼吁，有必要建立適合植物生長的小型受控密閉植物栽培系統(tǒng)，充分進行地面模擬研究，在此基礎(chǔ)上進行動物和微生物生物部件的研究，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的整合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種受控密閉實驗艙及其氣密性測試方法，不僅機構(gòu)簡單，而且方便用于地面模擬研究，同時氣密性測試方法簡便。

本發(fā)明的技術(shù)方案在于：一種受控密閉實驗艙，包括由前、后、左、右側(cè)板及頂棚組成的艙體，所述艙體各側(cè)板分別由雙面附膜彩鋼板拼接組裝而成，且艙體的各側(cè)板下端分別套置有與地基相連接的槽鋁，所述頂棚由夾角為鈍角的兩斜板組成，所述斜板由彩鋼瓦楞板拼接而成，所述艙體內(nèi)位于頂棚下側(cè)設(shè)置有吊頂，所述吊頂由夾角為鈍角的兩第二斜板組成。

進一步地，所述艙體相鄰兩側(cè)板的連接端面分別呈45°并配合形成90°夾角，且相鄰兩側(cè)板的配合端面的縫隙內(nèi)現(xiàn)場嵌填有發(fā)泡保溫材料，相鄰兩側(cè)板形成的外側(cè)拐角處鉚接有角鋁，相鄰兩側(cè)板形成的內(nèi)側(cè)拐角處扣接有弧形板，所述角鋁及弧形板與兩側(cè)板分別經(jīng)密封膠勾縫。

進一步地，所述左側(cè)板和右側(cè)板的上部分別設(shè)置有與其相配合形成插接空間的第二角鋁，所述第二斜板的外端嵌入插接空間，所述插接空間內(nèi)填充有發(fā)泡保溫材料，所述第二角鋁與第二斜板的上側(cè)面之間的縫隙填充有密封膠，所述第二斜板的下側(cè)面與左側(cè)板或右側(cè)板的內(nèi)側(cè)面形成的拐角處扣置有第二弧形板。

進一步地，所述槽鋁與各側(cè)板的下端部之間填充有密封膠，所述兩第二斜板的內(nèi)側(cè)端上表面經(jīng)第三角鋁相連接，兩第二斜板之間的縫隙內(nèi)填充有發(fā)泡保溫材料。

進一步地，所述前、后側(cè)板的上部分別設(shè)置有與其固定連接并用于第二斜板的前側(cè)端或后側(cè)端嵌入的第二槽鋁，所述第二槽鋁與前側(cè)板或后側(cè)板相配合的上側(cè)縫隙填充有密封膠，所述第二斜板與前側(cè)板或后側(cè)板相配合形成的下側(cè)拐角處設(shè)置有第三弧形板。

進一步地，所述密封膠為丁基密封膠，所述發(fā)泡保溫材料為發(fā)泡膠。

進一步地，所述艙體內(nèi)后部并排設(shè)置有門廳及與門廳相連通的緩沖廳，所述緩沖廳后側(cè)設(shè)置有與其相連通的居住間，所述居住間的旁側(cè)設(shè)置有設(shè)備間，所述艙體的前部設(shè)置有植物栽培室。

進一步地，所述后側(cè)板上設(shè)置有通入門廳的凈化門，所述門廳與緩沖間之間設(shè)置有第一密閉門，門廳與設(shè)備間之間設(shè)置有傳遞窗，所述緩沖間于居住間之間設(shè)置有第二密閉門，所述植物栽培室與居住間及設(shè)備間之間分別經(jīng)玻璃板隔斷，植物栽培室與居住之間設(shè)置有第一推拉門，植物培養(yǎng)室與設(shè)備間之間設(shè)置有第二推拉門，所述第一密閉門與第二密閉門上分別設(shè)置有氯丁海綿橡膠密封條。

一種受控密閉實驗艙的氣密性測試方法，包括以下步驟：

1）將受控密閉實驗艙的所有的門關(guān)閉，所有管線也密封，僅留一個進風(fēng)口與一鼓風(fēng)機的出口相連；

2）將一微壓差計安裝在進風(fēng)口的安全閥上，然后開啟一與鼓風(fēng)機相連接的空壓機，向受控密閉實驗艙內(nèi)充氣，壓力稍大于限度值時停止充氣；

3）當(dāng)艙內(nèi)壓力恢復(fù)到限度值時開始記錄壓力隨時間的變化關(guān)系，直至受控密閉實驗艙內(nèi)外壓力一致；

4）將記錄結(jié)果繪制成受控密閉實驗艙壓力變化曲線，重復(fù)測試幾次，比較每次結(jié)果是否一致，并求出氣密系數(shù)，氣密系數(shù)值越小，表明氣密性能越好。

進一步地，測試開始后，每間隔15min，測試1次艙內(nèi)大氣壓力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1）密閉實驗艙屬暗型，不受地球表面晝夜和太陽能輻射的影響，實驗系統(tǒng)與自然環(huán)境隔絕，內(nèi)部實現(xiàn)空氣、水的閉式循環(huán)，艙內(nèi)植物所需的光照也全部靠人工光源調(diào)控，有利于模擬空間晝夜規(guī)律；

2）艙體采用雙面附膜彩鋼板材料，該材料具備良好的隔熱保溫性能，材質(zhì)輕，穩(wěn)定性好，不變形，易于加工與安裝；尤其是該材料不吸潮，有利于艙內(nèi)冷凝水的收集和循環(huán)使用；

3）艙體設(shè)計遵循嚴(yán)格的氣密性為基本原則，側(cè)板與地基、側(cè)板與側(cè)板、側(cè)板與吊頂、吊頂與吊頂之間都設(shè)置多重防泄漏結(jié)構(gòu)；

4）艙體的頂高與肩高相差500mm，即吊頂有10°的斜度，顯示較好的穩(wěn)定性；同時，冷凝水不會集結(jié)在吊頂上，避免連續(xù)水滴對艙內(nèi)植物的損傷；

5）艙體外部的鋼結(jié)構(gòu)框架將確保艙體的整體穩(wěn)定性，可抵御強臺風(fēng)和冰雹的襲擊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的圖1的A區(qū)放大圖；

圖3為本發(fā)明的圖1的B區(qū)放大圖；

圖4為本發(fā)明的圖1的C區(qū)放大圖；

圖5為本發(fā)明的圖1的D區(qū)放大圖；

圖6為本發(fā)明的圖1的E區(qū)放大圖；

圖7為本發(fā)明的受控密閉實驗艙平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明的受控密閉實驗艙內(nèi)大氣壓力隨時間變化情況表；

圖9為本發(fā)明的受控密閉實驗艙氣密性性能曲線圖；

圖10為本發(fā)明的氣體豐度法檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明的受控密閉實驗艙內(nèi)C₃H₈濃度測定結(jié)果表；

圖12為本發(fā)明的受控密閉實驗艙內(nèi)C₃H₈濃度變化曲線圖；

圖中：a-前側(cè)板 c-左側(cè)板 d-右側(cè)板 1-槽鋁 2-頂棚 2a-斜板 2b-斜板 2c-夾角 3-吊頂 3a-第二斜板 3b-第二斜板 3c-夾角 4-發(fā)泡保溫材料 5-角鋁 6-弧形板 7-密封膠 8-第二角鋁 9-第二弧形板 10-第三角鋁 11-第二槽鋁 12-第三弧形板 13-門廳 14-緩沖廳 15-居住間 16-設(shè)備間 16a-配電箱 16b-空調(diào)主機 17-植物栽培室 18-凈化門 19-第一密閉門 20-傳遞窗 21-第二密閉門 22-玻璃板 23-第一推拉門 24-第二推拉門 25-地基 26-控制箱 27-三防燈 28-軸流風(fēng)機 31-壓力鋼瓶 32-減壓閥 33-第一閥門 34-第一軟管 35-第二軟管 36-第二閥門 37-循環(huán)泵 38-第三閥門。

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下，但本發(fā)明并不限于此。

參考圖1至圖12

一種受控密閉實驗艙，包括由前側(cè)板a、后側(cè)板、左側(cè)板c、右側(cè)板b及頂棚組成的艙體，所述艙體各側(cè)板分別由寬度S＝100mm的雙面附膜彩鋼板拼接組裝而成，且艙體的各側(cè)板下端分別套置有與地基25相連接的槽鋁1，所述頂棚2由夾角為鈍角的兩斜板2a、2b組成，所述斜板由寬度S＝50mm的彩鋼瓦楞板拼接而成，所述艙體內(nèi)位于頂棚下側(cè)設(shè)置有吊頂3，所述吊頂由夾角為鈍角的兩第二斜板3a、3b組成，所述第二斜板由寬度S＝150mm的雙面附膜彩鋼板拼接組成，所述頂棚由50mm×50mm×3mm方管焊接制作的鋼結(jié)構(gòu)框架支承；各側(cè)板也置于艙體的整體框架內(nèi)部。

本實施例中，所述頂棚的夾角2c為130°，所述吊頂?shù)膴A角3c為160°，吊頂有10°的斜度，顯示較好的穩(wěn)定性；同時，冷凝水不會集結(jié)在吊頂上，避免連續(xù)水滴對艙內(nèi)植物的損傷。

本實施例中，所述艙體相鄰兩側(cè)板的連接端面分別呈45°并配合形成90°夾角，且相鄰兩側(cè)板的配合端面的縫隙內(nèi)現(xiàn)場嵌填有發(fā)泡保溫材料4，相鄰兩側(cè)板形成的外側(cè)拐角處鉚接有角鋁5，相鄰兩側(cè)板形成的內(nèi)側(cè)拐角處扣接有弧形板6，所述角鋁及弧形板與兩側(cè)板分別經(jīng)密封膠7勾縫，以保證密封效果。

本實施例中，所述左側(cè)板和右側(cè)板的上部分別設(shè)置有與其相配合形成插接空間的第二角鋁8，所述第二斜板的外端嵌入插接空間，所述插接空間內(nèi)填充有發(fā)泡保溫材料4，所述第二角鋁與第二斜板的上側(cè)面之間的縫隙填充有密封膠7，所述第二斜板的下側(cè)面與左側(cè)板或右側(cè)板的內(nèi)側(cè)面形成的拐角處扣置有第二弧形板9。

本實施例中，所述槽鋁與各側(cè)板的下端部之間填充有密封膠7，所述兩第二斜板的內(nèi)側(cè)端上表面經(jīng)呈鈍角的第三角鋁10相連接，兩第二斜板之間的縫隙內(nèi)填充有發(fā)泡保溫材料4。

本實施例中，所述前、后側(cè)板的上部分別設(shè)置有與其固定連接并用于第二斜板的前側(cè)端或后側(cè)端嵌入的第二槽鋁11，所述第二槽鋁與前側(cè)板或后側(cè)板相配合的上側(cè)縫隙填充有密封膠7，所述第二斜板與前側(cè)板或后側(cè)板相配合形成的下側(cè)拐角處設(shè)置有第三弧形板12。

本實施例中，所述密封膠為丁基密封膠，所述發(fā)泡保溫材料為發(fā)泡膠。丁基密封膠是一種以丁基橡膠為基質(zhì)的單組份中性密封膠，具有極佳的耐老化、耐腐蝕、耐氧化等性能，對于界面形變的適應(yīng)性很強，尤其是防水、密封、耐候追隨性能最為突出。因此，對彩鋼板咬口、開孔、搭接等部位起到密封保護作用。

本實施例中，所述艙體內(nèi)后部并排設(shè)置有門廳13及與門廳相連通的緩沖廳14，所述門廳與緩沖間通過雙面附膜彩鋼板隔斷。所述緩沖廳前側(cè)設(shè)置有與其相連通的居住間15，所述居住間的旁側(cè)設(shè)置有設(shè)備間16，所述艙體的后部設(shè)置有植物栽培室17，所述植物栽培室內(nèi)設(shè)置有控制箱26、三防燈27及軸流風(fēng)機28，所述居住間內(nèi)還設(shè)置有可視探頭，所述設(shè)備間內(nèi)設(shè)置有配電箱16a和空調(diào)主機16b。

本實施例中，所述后側(cè)板上設(shè)置有通入門廳的凈化門18，所述門廳與緩沖間之間設(shè)置有第一密閉門19，門廳與設(shè)備間之間設(shè)置有氣路接頭、液路接頭和傳遞窗20，分別用于試驗取樣和臨時物質(zhì)供給。所述緩沖間于居住間之間設(shè)置有第二密閉門21，所述植物栽培室與居住間及設(shè)備間之間分別經(jīng)玻璃板22隔斷，植物栽培室與居住之間設(shè)置有第一推拉門23，植物培養(yǎng)室與設(shè)備間之間設(shè)置有第二推拉門24，所述第一密閉門與第二密閉門上分別設(shè)置有氯丁海綿橡膠密封條，通過螺栓強制緊定，確保密閉艙的氣密性。所述第一、第二推拉門分別為玻璃推拉門。

上述受控密閉實驗艙的氣密性測試方法，包括以下步驟：

1）將受控密閉實驗艙的第二密閉門關(guān)閉，所有管線也密封，僅留一個進風(fēng)口與一鼓風(fēng)機的出口相連；

2）將一微壓差計安裝在進風(fēng)口的安全閥上，然后開啟一與鼓風(fēng)機相連接的空壓機，向受控密閉實驗艙內(nèi)充氣，壓力稍大于限度值時停止充氣；

3）當(dāng)艙內(nèi)壓力恢復(fù)到限度值時開始記錄壓力隨時間的變化關(guān)系（參見圖8），直至受控密閉實驗艙內(nèi)外壓力一致；

4）將記錄結(jié)果繪制成受控密閉實驗艙壓力變化曲線（參見圖9），重復(fù)測試幾次，比較每次結(jié)果是否一致，并通過公式公式：求出氣密系數(shù)，式中為t分鐘后艙內(nèi)壓力(Pa)；為t=0時艙內(nèi)的壓力，即限度壓力；將實際測得的、t 代入式中，即可求出氣密系數(shù)ζ，這個值越小，表明氣密性能越好。以氣密系數(shù)ζ≤0.07為合格。

本實施例中，測試開始后，每間隔15min，測試1次艙內(nèi)大氣壓力，1h內(nèi)，壓力從50Pa下降至20Pa，且下降幅度隨時間而減少。根據(jù)公式計算，每間隔15min的氣密系數(shù)ζ分別為0.024，0.020，0.011和0.006，均＜0.07，判定合格。1h后，艙內(nèi)大氣壓力基本恒定為20Pa，氣密系數(shù)ζ為0。由此可見，密閉艙氣密性符合設(shè)計要求。

為了進一步驗證艙體的氣密性，通過氣體豐度法檢測裝置進行測試氣密性，所述氣體豐度法檢測裝置包括壓力鋼瓶31，所述壓力鋼瓶經(jīng)減壓閥32與第一閥門33相連接，所述第一閥門泵經(jīng)第一軟管34通入密閉實驗艙內(nèi)，所述密閉實驗艙還設(shè)置有輸出的第二軟管35，所述第二軟管經(jīng)第二閥門36與循環(huán)泵37相連接，所述循環(huán)泵的輸出端經(jīng)第三閥門38與第一軟管相連接。

所述第一閥門為SRG541型低壓調(diào)壓閥，旨在降低輸氣壓力。循環(huán)泵采用ACO-004型電磁式空氣泵，流量60L/min。所述第二軟管的進氣段式設(shè)置于密閉實驗艙的中心位置。第一軟管穿過密閉實驗艙的墻體，墻體內(nèi)設(shè)置有穿墻連接管，雙面密封可靠，確保測試的準(zhǔn)確性。

利用植物光合作用微型密閉試驗艙，添加C₃H₈氣體，通過測定艙內(nèi)C₃H₈濃度，驗證其可行性。C₃H₈氣體添加濃度為1％時，用氣相色譜儀測定C₃H₈濃度的數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定；微型密閉艙內(nèi)設(shè)置一定的水體表面，隨著時間推移，C₃H₈濃度不變。這說明采用C₃H₈進行受控密閉艙的氣密性試驗是可行的，C₃H₈氣體添加濃度應(yīng)掌握在1％左右，既可靠又安全。

通過壓力鋼瓶相密閉實驗艙內(nèi)添加丙烷氣體，根據(jù)預(yù)備試驗結(jié)果，加氣時間8h后，關(guān)閉閥門c。試驗初期，每間隔4h，測定1次艙內(nèi)C₃H₈濃度，而后，每天測定1次，試驗持續(xù)7天。

為了確保測定的數(shù)據(jù)均是密閉實驗艙內(nèi)中心位置大氣的C₃H₈濃度，每次測定前1min，打開循環(huán)泵及第二、第三閥門，取樣后，關(guān)閉循環(huán)泵及相關(guān)閥門。測定儀器采用GC4000型氣相色譜儀。

受控密閉艙氣密性試驗開始后，隨著C₃H₈氣體的添加，艙內(nèi)C₃H₈濃度相應(yīng)上升。但是，上升速率明顯滯后于C₃H₈氣體實際添加速率，這是受被添加氣體的擴散影響。由于C₃H₈屬于可燃?xì)怏w，安全起見試驗全過程受控密閉艙斷電，空調(diào)系統(tǒng)和軸流風(fēng)機都無法運行，故C₃H₈擴散速率較慢。C₃H₈氣體持續(xù)添加8h，停止加氣時，艙內(nèi)C₃H₈濃度僅為0.583%；試驗24h時，艙內(nèi)C₃H₈濃度上升至0.967%；32 h時，上升至1.023%，并達到預(yù)期濃度。而后，試驗持續(xù)到168h（7天），艙內(nèi)C₃H₈濃度始終保持在1.007%~1.037%范圍內(nèi)（參見圖11、圖12）。這說明密閉艙內(nèi)的大氣與艙外大氣沒有進行交流，從而驗證了受控密閉艙的氣密性是好的。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計出不同形式的受控密閉實驗艙及其氣密性測試方法并不需要創(chuàng)造性的勞動，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化、修改、替換和變型，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。