[发明专利]一种微重力环境下植物水分循环利用的装置

说明书

本发明公开了一种微重力环境下植物水分循环利用的装置，包括冷凝控制器、植物培养盒、毛细管和多孔培养介质；冷凝控制器、毛细管和多孔培养介质安装在植物培养盒上，冷凝控制器和多孔培养介质之间采用毛细管相连。植物在培养盒中生长，会蒸腾出大量水分，培养盒内湿度提高，冷凝控制器根据培养盒内湿度情况，控制制冷器工作，使得水蒸气在制冷器冷面附近局部出现露点，并通过毛细管利用毛细作用将冷凝得到的水回送至土壤室的扩孔培养介质中。植物水分蒸腾，冷凝回送水分，从而实现在微重力环境下的植物水分循环利用，该方法可以大大减少植物生长过程对水分供给的需求，对太空植物长期培养具有重要意义。

技术领域

本发明属于太空高等植物培养技术领域，也可用于水的生物净化领域，特别涉及一种太空微重力环境下高等植物长期培养水分循环利用技术。

背景技术

目前宇航员的食物和水，以及高等植物太空培养所需的水都是靠地面运送上去，对发射运载要求很高，同时代价极大。在太空开展高等植物培养技术研究，对于研究微重力对高等植物的影响及未来宇航员在太空实现自给自足具有重要意义。在太空中，由于处于微重力环境中，水滴无法像在地球上落回地面，或从高处往低处流，必须研制专用的水回收装置，解决水的收集和输运等难题。本发明针对高等植物光合作用过程中会蒸腾出大量水分，重点解决蒸腾水分循环利用问题，具有能效比高，适合太空高等植物培养使用，降低了高等植物培养过程对水分供给、储存的需求，同时高等植物蒸腾出来的水分也洁净可直接饮用的水，对未来我国空间站水的循环利用奠定技术基础。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种微重力环境下植物水分循环利用的装置。

本发明提供一种微重力环境下植物水分循环利用的方法，包括如下步骤：A1.植物光合作用蒸腾出水分；A2.植物培养盒内湿度增加，冷凝控制器启动工作；A3.制冷器冷面温度降低，周围出现露点，水在冷面凝结；A4.安装在制冷器冷面上的毛细管将水分输运至土壤室的多孔材料中；A5.植物的根吸收多孔材料中的水分，供给光合作用和蒸腾，如此循环，达到微重力环境下植物水分的循环利用。

本发明还提供一种微重力环境下植物水分循环利用的装置，包括冷凝控制器、植物培养盒、毛细管和多孔培养介质；冷凝控制器、毛细管和多孔培养介质安装在植物培养盒上，冷凝控制器和多孔培养介质之间采用毛细管相连。所述的冷凝控制器由控制器和制冷器组成，制冷器的热面与散热通道相连，冷面暴露在培养空间的空气中；所述的植物培养盒为封闭并隔菌的培养盒，由土壤室和生长室组成；所述毛细管为亲水的纤维材料，其一端安装在制冷器上，另一端安装在土壤室的多孔培养介质间；所述的多孔培养介质为生物相容性良好的多孔吸水材料，可以是蛭石，也可以是多孔陶瓷材料，用于保持水分和养分。植物在培养盒中生长，会蒸腾出大量水分，培养盒内湿度提高，冷凝控制器根据培养盒内湿度情况，控制制冷器工作，使得水蒸气在制冷器冷面附近局部出现露点，并通过毛细管利用毛细作用将冷凝得到的水回送至土壤室的扩孔培养介质中。植物水分蒸腾，冷凝回送水分，从而实现在微重力环境下的植物水分循环利用。

所述的冷凝控制器包括控制器和制冷器，其中控制器以湿度传感器得到的培养盒内湿度作为控制依据，高于预设湿度时，启动制冷器工作；优选地，制冷器可以选择半导体制冷器，具有体积小、可靠性高等优点。

所述的植物培养盒由土壤室和生长室组成，其中生长室为透明聚碳酸酯材料结构，便于照明和成像观察，并设计有透气、不透水且隔菌窗口，便于培养盒内外气体流通。

所述的毛细管选用亲水的纤维材料，分别连接制冷器和多孔培养介质，便于建立液桥和输运水分。

所述的多孔培养介质必须具有良好的生物相容性和吸水性，优选地，选用经过灭菌的蛭石或多孔陶瓷材料。

本发明的有益效果为：通过植物水分蒸腾，冷凝回收水分，毛细管输运水分，从而实现在微重力环境下的植物水分循环利用，该方法可以大大减少植物生长过程对水分供给的需求，对太空植物长期培养和未来空间水净化处理和循环利用具有重要意义。