一种面向地外星球的微波取水装置

1.本发明涉及空间微波加热技术领域，具体而言涉及一种面向地外星球的微波取水装置。


背景技术：

2.人类开始探索月球，水资源的获取是探索月球的关键问题。在月球地表富集水的地区，将水冰高效无污染的提取是关键。现有的适用于地球上的钻探取水装置依赖化石燃料与较重的机械设备，不适用于月球无液态水、缺氧的环境，不满足节省物资、高效运作的要求。月球富集水区域大多在没有光照的坑部，提高能源循环利用率也是月球取水的重要环节，一种集成度高的、就地取材、使用电能的面向月球富集水环境的微波取水装置可以用于高效提取水资源。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有的技术方案的缺陷，而提供一种面向地外星球的微波取水装置。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种面向地外星球的微波取水装置，由微波产生部分、加热制取水蒸气部分和水蒸气冷凝制水部分组成；微波产生部分包括电源(26)、稳压变压器(2) 和磁控管(4)，电源(26)、稳压变压器(2)和磁控管(4)三者依次通过导线串联，进而电源(26)释放的电经稳压变压器(2)后给磁控管(4)供电；加热制取水蒸气部分，包括转向装置(22)和加热装置(20)，微波产生部分和加热制取水蒸气部分在转向装置(22)处连接，微波产生部分与加热装置(20) 由管道连通；加热装置(20)设有氩气储藏室(20-1)、软填料室(20-2)和钻头(20-3)；水蒸气冷凝制水部分，包括加压装置c(19)、过滤装置(18)、混合射流装置(8)、制冷装置(10)、加压装置b(7)、储氮罐(5)、加压装置a (6)、风扇(12)、发电装置(11)、温度压力监测装置(13)和储水罐室(15)，加热制取水蒸气部分与加压装置c(19)和过滤装置(18)依次通过管道连接，过滤装置(18)将过滤后的水蒸气由管道引入混合射流装置(8)的喷头中，完成液氮和水蒸气的混合射流，使水蒸气冷凝、液氮蒸发，并利用流速差促进水蒸气进入混合射流装置(8)中；混合射流装置(8)的液体出口通过管道与储水罐(15)连接，回收液态水；混合射流装置(8)的气体出口与制冷装置 (10)、加压装置b(7)、储氮罐(5)、加压装置a(6)和混合射流装置(8) 的喷头依次通过管道串联，形成氮气的循环利用；风扇(12)、发电装置(11) 和温度压力监测装置(13)由导线串联，由液氮水蒸气混合射流吹动风扇(12)，发电装置(11)将风扇(12)转动的机械能转化为电能为温度压力监测装置 (13)供电。
6.优选地，所述微波频率在2.4～2.5ghz之间，功率在1000w以上。
7.优选地，混合射流装置(8)中间的喷嘴为水蒸气喷嘴，周围喷嘴为液氮喷嘴，所述喷嘴均为可调射流强度喷嘴，内管直径5mm，喷嘴口直径1～1.5mm。
8.优选地，包括混合射流装置(8)出水口处设有流量传感器(14)，出气口设有阀门
(9)。
9.优选地，所述储水罐室(15)，设有用铰链开闭的门(16)。
10.优选地，包括可伸长以适应地面的固定支座(17)。
11.优选地，包括可升降以平整地面的铲斗(23)。
12.优选地，包括可收集太阳能用以供能的太阳能发电装置(1)。
13.优选地，包括可在地面移动的车轮(24)。
14.本发明与现有技术相比的有益效果是：本装置采用微波加热取水技术，对地表无破坏，降低工作成本，可在月球环境下连续工作。本发明装置可使用太阳能发电，不消耗燃料，不产生污染，装置集成度高，可以方便地移动部署。
附图说明
15.图1为本发明优选实施例的剖视结构示意图；
16.图2为加热装置部分的剖视结构示意图；
17.图3为混合射流装置喷头部分的剖视结构示意图；
18.图4为混合射流装置喷头分布示意图。
19.图中标示：1-太阳能发电装置，2-稳压变压器，3-发动机，4-磁控管，5
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储氮罐，6-加压装置a，7-加压装置b，8-混合射流装置，9-阀门，10-制冷装置，11-发电装置，12-风扇，13-温度压力监测装置，14-流量传感器，15-储水罐，16-铰链门，17-稳固装置，18-过滤装置，19-加压装置c，20-加热装置， 20-1-氩气储藏室，20-2-软填料储藏室，20-3-钻头，21-升降装置，22-转向装置，23-铲斗，24-车轮，25-装置本体，26-电源。
具体实施方式
20.为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明。
21.如图1所示，为本发明优选实施例的剖视结构示意图，一种面向地外星球的微波取水装置，包括微波产生部分、加热制取水蒸气部分和水蒸气冷凝制水部分。
22.在上述面向地外星球的微波取水装置的微波产生部分包括电源(26)、稳压变压器(2)和磁控管(4)，电源(26)、稳压变压器(2)和磁控管(4)三者依次通过导线串联，进而电源(26)释放的电经稳压变压器(2)后给磁控管 (4)供电，产生微波。
23.在上述面向地外星球的微波取水装置的加热制取水蒸气部分，包括转向装置(22)和加热装置(20)，微波产生部分和加热制取水蒸气部分在转向装置 (22)处连接，微波产生部分与加热装置(20)由管道连通。由加热装置(20) 将微波发射到地面，加热装置(20)在工作时由钻头(20-3)钻入土体表层，氩气被挤压从氩气储藏室(20-1)挤出，软填料从软填料储藏室(20-2)挤出，将钻头(20-3)与土体间的缝隙填满，土体中的水冰受热汽化变为水蒸气进入加热装置中由管道进入水蒸气冷凝制水部分。
24.在上述面向地外星球的微波取水装置的水蒸气冷凝制水部分中包括包括加压装置c(19)、过滤装置(18)、混合射流装置(8)、制冷装置(10)、加压装置b(7)、储氮罐(5)、加压装置a(6)、风扇(12)、发电装置(11)、温度压力监测装置(13)和储水罐室(15)。所述加热制取水蒸气部分与加压装置c (19)和过滤装置(18)依次通过管道连接，过滤装置(18)将过滤
后的水蒸气由管道引入混合射流装置(8)的喷头中，完成液氮和水蒸气的混合射流，使水蒸气冷凝、液氮蒸发，并利用流速差促进水蒸气进入混合射流装置(8)中。混合射流装置(8)的液体出口通过管道与储水罐(15)连接，回收液态水；混合射流装置(8)的气体出口与制冷装置(10)、加压装置b(7)、储氮罐(5)、加压装置a(6)和混合射流装置(8)的喷头依次通过管道串联，氮气从混合射流装置(8)气体出口进入制冷装置(10)和加压装置b(7)中形成液氮，储存进储氮罐(5)中，储氮罐(5)中的氮气再由加压装置a(6)加压后，通过管道进入混合射流装置的喷嘴中，形成氮的循环利用。风扇(12)、发电装置 (11)和温度压力监测装置(13)由导线串联，由液氮水蒸气混合射流吹动风扇(12)，发电装置(11)将风扇(12)转动的机械能转化为电能为温度压力监测装置(13)供电，其中混合射流装置(8)内部温度控制在5～10℃。冷却后的水由管道进入储水罐(15)中，收集的水量被流量传感器(14)记录以分析土壤含水量。
25.在本优选实施例中，装置由四个车轮(24)在地面移动，工作时由四个固定支座(17)固定。加热装置(20)位置的移动由升降装置(21)实现，加热装置(20)的转动由发动机(3)实现，加热装置(20)的倾斜由转向装置(22) 实现。储水罐室(15)设置有铰链开合的门(16)，操作人员可方便地更换储水罐(15)。
26.优选地，所述微波频率在2.4～2.5ghz之间，功率在1000w以上。
27.如图2所示，为加热装置(20)的剖视结构示意图，在具体的实施中，氩气储藏室(20-1)设于软填料储藏室(20-2)上，钻头(20-3)位于加热罩两侧外沿。
28.如图3所示，为混合射流装置(8)的剖视结构示意图，在具体的实施中，各个喷嘴均为可调射流强度喷嘴，内管直径5mm，喷嘴口直径1～1.5mm。
29.如图4所示，为混合射流装置(8)的主视图，在具体的实施中，中间喷嘴为水蒸气喷嘴，周围喷嘴为液氮喷嘴。
30.一种面向地外星球的微波取水装置，其主要工作步骤如下：
31.步骤一：启动升降装置(21)，降下加热装置(20)，降下稳固装置(17)，启动发动机(3)，让加热装置(20)上的钻头(20-3)钻入土层；
32.步骤二：启动电源(26)，电流经过稳压变压器(2)升压传输到磁控管(4) 产生微波，由加热装置(20)对地面进行加热；
33.步骤三：在加热装置(20)将月球土壤中水冰加热为水蒸气后，水蒸气沿管道依次进入加压装置c(19)、过滤装置(18)和混合射流装置(8)中；
34.步骤四：混合射流装置(8)将液氮和水蒸气一同喷出，液氮变为氮气，氮气经过制冷装置(10)和加压装置b(7)后成为液氮进入储氮罐(5)中，经过加压装置a(6)加压后进入混合射流装置(8)中循环使用；
35.步骤五：混合射流装置(8)中冷却的水经管道进入储水罐(15)中。
36.以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。