CN102107150B - 一种用于环境模拟的复合舱系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：它包括舱体结构系统、真空系统、除湿及温度控制系统、气体调配系统和计算机自动控制系统；舱体结构系统由一实验舱和一缓冲舱组成；真空系统包括依次连接的真空机组、第一真空电磁阀和缓冲罐；除湿及温度控制系统包括一除湿机，除湿机的出风端连接两个气体管路，两个气体管路通过流量调节装置和气气置换器分别连接实验舱和缓冲舱的进气口；两个气气置换器的进气口分别连接实验舱和缓冲舱的出气口，出气口分别连接缓冲罐的进气口；气体调配系统包括若干输气管路、一混合器和一分配器，每路输气管路的出气端分别与混合器的进气端连接，混合器的出气端通过管道和一控制阀门连接分配器，分配器设置在实验舱中；计算机自动控制系统对复合舱系统进行集中监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合舱系统，特别是关于一种用于环境模拟的复合舱系统。
背景技术
目前，国内进行各种环境模拟的设备虽然不少，但多限于单一环境参数模拟(即只有一个环境参数)，且多为小型设备，主要应用于工业产品的试验、鉴定。
复合舱系统主要是模拟高空环境下各种有害气体的环境状态，包括用以模拟CO2、CO、SO2、NO2、N2、舱内氧浓度和温度等参数的单一环境，或用以模拟多种环境因素的复合环境，以满足科研实验的需要。模拟的气体种类多、调节的范围广是复合舱系统的特点，正确分析舱内气体状态、准确计算有害气体调配量、精确控制有害气体调配流量及其在舱内的分布状况，是有害气体调配的难点。这些特点，不仅关系到复合舱系统设计的理论计算、检测和调节设备的精度及安全系数，还关系到计算机自动控制系统的计算精确程度、控制程序的编制等多方因素，直接影响复合舱系统在有害气体模拟方面的实验结果。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于环境模拟的复合舱系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：它包括舱体结构系统、真空系统、除湿及温度控制系统、气体调配系统和计算机自动控制系统；所述舱体结构系统由一实验舱和一缓冲舱组成，所述实验舱用于模拟各类实验所需的环境，所述缓冲舱是连接所述实验舱及舱外的通道；所述真空系统为两套，每套真空系统包括依次连接的真空机组、第一真空电磁阀和缓冲罐，且所述真空机组的出风端设置为排空，进风端连接所述第一真空电磁阀；所述除湿及温度控制系统包括一除湿机，所述除湿机的进风端连接新风入口，所述除湿机的出风端连接两个气体管路，其中一个气体管路通过第一流量调节装置和第一气气置换器连接所述实验舱的进气口，另一个气体管路通过第二流量调节装置和第二气气置换器连接所述缓冲舱的进气口；所述第一气气置换器换热端的进气口连接所述实验舱的出气口，其出气口连接其中一套所述真空系统中的缓冲罐的进气口；所述第二气气置换器换热端的进气口连接所述缓冲舱的出气口，其出气口连接另一套真空系统中的缓冲罐的进气口；所述气体调配系统包括若干输气管路、一混合器和一分配器；每一所述输气管路包括至少一个减压器和一个流量控制器，若干路所述输气管路分别用来载入不同的气体；每路所述输气管路的出气端分别与所述混合器的进气端连接，所述混合器的出气端通过管道和一控制阀门连接所述分配器，所述分配器设置在所述密封实验空间中；所述计算机自动控制系统采用SIEMENS可编程控制器为基础的集散型控制系统，并按照“集中监测、分散控制”的原则，由监控工作站和现场控制站组成工业级控制网络，配置有工程师站与操作员站，对复合舱系统进行集中监控。
所述实验舱和缓冲舱的舱壁由外至内依次包括舱体钢板、防潮层、空气层、绝热层和绝热层护板，所述绝热层的厚度为200mm，所述绝热层的材料采用聚氨脂；所述防潮层的厚度为5mm，所述防潮层的材料采用HDPE防渗膜。
所述真空机组由依次连接的真空泵、可屈挠接头、真空止回阀和第二真空电磁阀组成。
在两台所述真空机组之间并联一气体管路，且在该气体管路上设置一第一截止阀；同时，与所述缓冲舱连接的真空机组再并联另一台真空机组。
所述流量控制装置包括依次连接板孔流量计、电磁阀、电动调节阀和第二截止阀，且所述电磁阀、电动调节阀和第二截止阀同一第三截止阀并联。
在所述缓冲罐和所述第一、第二气气置换器之间的管路上均串联一气水置换器。
在所述缓冲罐和气水置换器、所述第一气气置换器和实验舱、以及所述第二气气置换器和缓冲舱之间的管路上均串联一消声器。
设置有一清污罐，所述清污罐的进口连接所述缓冲舱的出口，所述清污罐的出口连接排污坑。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明包括舱体结构系统、真空系统、除湿及温度控制系统、气体调配系统和计算机自动控制系统，复合程度高，模拟的环境复杂多样，控制精度高，自动化程度高，且涉及机械、制冷、真空和自动控制等多学科技术，其复杂程度及主要控制指标不仅在国内绝无仅有，在国际上也属领先水平。2、本发明的实验舱和缓冲舱的舱壁由外至内依次包括舱体钢板、防潮层、空气层、绝热层和绝热层护板，绝热层的材料采用聚氨脂，防潮层的材料采用HDPE防渗膜，这种内保温、外承压结构设计，有效提高绝热效果，且材料环保可靠；同时设置防潮层，保证绝热层干燥，隔热效果好，防止舱体表面凝露及人员接触时冻伤。3、本发明在两台真空机组之间并联一气体管路，且使两台真空机组互为并联状态，从而可交替给实验舱抽气，延长真空机组的使用寿命；同时，与缓冲舱连接的真空机组再并联另一台真空机组，从而可交替给缓冲舱抽气，延长真空机组使用寿命。4、本发明在缓冲罐和气气置换器之间的管路上串联一气水置换器，气水置换器用于对抽出气体进行热交换，实现能量回收，达到节能降耗。5、本发明在缓冲罐和气水置换器、气气置换器和实验舱以及气气置换器和缓冲舱之间的管路上均串联一消声器，以消除“串声”的产生。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图
图2是本发明的舱体结构示意图
图3是本发明气体调配装置的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括舱体结构系统、真空系统、除湿及温度控制系统、气体调配系统和计算机自动控制系统。
舱体结构系统由一实验舱11和一缓冲舱12组成，其中实验舱11用于模拟各类实验所需的环境，缓冲舱12是连接实验舱11及舱外的通道，用于在不中断实验的情况下，实现人员和较大实验设备进出实验舱11。实验舱11和缓冲舱12的舱壁由外至内依次包括舱体钢板111、防潮层112、空气层113、绝热层114和绝热层护板115(如图2所示)，其中绝热层114的厚度为200mm，绝热层114的材料采用聚氨脂；防潮层112的厚度为5mm，防潮层112的材料采用HDPE防渗膜。
如图1所示，真空系统为两套，每套真空系统包括依次连接的真空机组21、真空电磁阀22和缓冲罐23，且真空机组21的出风端设置为排空，进风端连接真空电磁阀22。真空机组21用于将实验舱11和缓冲舱12中的混合气体抽出并排至室外；第一真空电磁阀22用于两台真空机组21工作的相互切换；缓冲罐23用于减小气压振荡，提高模拟度及上升、下降速率的控制精度。
上述实施例中，真空机组21由依次连接的真空泵211、可屈挠接头212、真空止回阀213和真空电磁阀214组成。可屈挠接头212用于消除热胀冷缩引起的两段管路连接问题；真空止回阀213的作用是防止空气回流，实现在真空机组21停机状态下，保持舱内压力稳定；真空电磁阀214用于实现真空机组21对舱体进行抽气的开闭。
上述实施例中，在两台真空机组21之间并联一气体管路，且在该气体管路上设置一截止阀24，该气体管路作用是使两台真空机组21互为并联状态，从而可交替给实验舱11抽气，延长真空机组21的使用寿命。同时，与缓冲舱12连接的真空机组21再并联另一台真空机组21，从而可交替给缓冲舱12抽气，延长真空机组21使用寿命。
除湿及温度控制系统包括一除湿机31，除湿机31的进风端连接新风入口，除湿机31的出风端连接两个气体管路，其中一个气体管路通过流量控制装置32和气气置换器33连接实验舱11的进气口，另一个气体管路通过流量控制装置34和气气置换器35连接缓冲舱12的进气口。气气置换器33换热端的进气口连接实验舱11的出气口，气气置换器33换热端的出气口连接其中一套真空系统中的缓冲罐23的进气口。气气置换器35换热端的进气口连接缓冲舱12的出气口，气气置换器35换热端的出气口则连接另一套真空系统中的缓冲罐23的进气口。气气置换器33、35的作用是将进入舱内气体和抽出舱外气体进行热交换，以提高进入舱内气体温度。
上述实施例中，流量控制装置32、34包括依次连接板孔流量计321、电磁阀322、电动调节阀323和截止阀324，且电磁阀322、电动调节阀323和截止阀324同另一截止阀325并联，流量控制装置32、34通过调节气气置换器33、35中风量的变化以实现对温度的粗调和精调。
上述实施例中，在缓冲罐23和气气置换器33、35之间的管路上串联一气水置换器25，气水置换器25用于对抽出气体进行热交换，实现能量回收，达到节能降耗。
上述实施例中，在缓冲罐23和气水置换器25、气气置换器33和实验舱11以及气气置换器35和缓冲舱12之间的管路上均串联一消声器26，以消除“串声”的产生。
如图3所示，气体调配系统包括五路输气管路41(仅以此为例，并不限于此)、一混合器42和一分配器43。每路输气管路4包括至少一个减压器411和一个流量控制器412，五路输气管路41分别用来载入N2、NO2、CO、CO2和SO2五种气体。五路输气管路41的出气端分别与混合器42的进气端连接，混合器42的出气端通过管道和控制阀门44连接分配器43，分配器43设置在实验舱11中，其作用是将混合出来的调配气体按量的大小均匀分配到实验舱11的各个点上，以便于调配气体的扩散，加快实验舱11的气体成份的均匀速度。
计算机自动控制系统采用SIEMENS(西门子)可编程控制器为基础的集散型控制系统，并按照“集中监测、分散控制”的原则，由监控工作站51和现场控制站52组成工业级控制网络，配置有工程师站与操作员站，对复合舱进行集中监控，两台操作站同时又互为备份，具备完善的过程控制、工艺流程显示、设备运行状态监控，故障检测及报警等功能。
上述实施例中，还设置有一清污罐61，清污罐61的进口连接缓冲舱12的出口，清污罐61的出口连接排污坑62，清污罐61用于收集实验过程中舱内的废液，维持实验的正常进行，并定期将废液排出。
本发明使用时，其工作原理如下：
启动真空系统的真空机组21，室外空气先通过除湿机31冷冻除湿后，一部分送入实验舱11，另一部分送入缓冲舱12。这两部分气体因经过除湿机31而均为冷空气，所以均需先在气气置换器33、35中进行换热升温，然后空气送入舱内。气体调配装置将调配好的多元气体送入舱内进行各类环境状态模拟。气体流出舱体后，进入气气置换器33、35中进行热交换，再进入气水置换器25进行热交换，最后经过相关部件流入真空机组21并被排出。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (19)
1.一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：它包括舱体结构系统、真空系统、除湿及温度控制系统、气体调配系统和计算机自动控制系统；
所述舱体结构系统由一实验舱和一缓冲舱组成，所述实验舱用于模拟各类实验所需的环境，所述缓冲舱是连接所述实验舱及舱外的通道；
所述真空系统为两套，每套真空系统包括依次连接的真空机组、第一真空电磁阀和缓冲罐，且所述真空机组的出风端设置为排空，进风端连接所述第一真空电磁阀；
所述除湿及温度控制系统包括一除湿机，所述除湿机的进风端连接新风入口，所述除湿机的出风端连接两个气体管路，其中一个气体管路通过第一流量调节装置和第一气气置换器连接所述实验舱的进气口，另一个气体管路通过第二流量调节装置和第二气气置换器连接所述缓冲舱的进气口；所述第一气气置换器换热端的进气口连接所述实验舱的出气口，所述第一气气置换器换热端的出气口连接其中一套所述真空系统中的缓冲罐的进气口；所述第二气气置换器换热端的进气口连接所述缓冲舱的出气口，所述第二气气置换器换热端的出气口连接另一套真空系统中的缓冲罐的进气口；
所述气体调配系统包括若干输气管路、一混合器和一分配器；每一所述输气管路包括至少一个减压器和一个流量控制器，若干路所述输气管路分别用来载入不同的气体；每路所述输气管路的出气端分别与所述混合器的进气端连接，所述混合器的出气端通过管道和一控制阀门连接所述分配器，所述分配器设置在所述实验舱中；
所述计算机自动控制系统采用SIEMENS可编程控制器为基础的集散型控制系统，并按照“集中监测、分散控制”的原则，由监控工作站和现场控制站组成工业级控制网络，配置有工程师站与操作员站，对复合舱系统进行集中监控。
2.如权利要求1所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：所述实验舱和缓冲舱的舱壁由外至内依次包括舱体钢板、防潮层、空气层、绝热层和绝热层护板，所述绝热层的厚度为200mm，所述绝热层的材料采用聚氨脂；所述防潮层的厚度为5mm，所述防潮层的材料采用HDPE防渗膜。
3.如权利要求1所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：所述真空机组由依次连接的真空泵、可屈挠接头、真空止回阀和第二真空电磁阀组成。
4.如权利要求2所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：所述真空机组由依次连接的真空泵、可屈挠接头、真空止回阀和第二真空电磁阀组成。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：在两台所述真空机组之间并联一气体管路，且在该气体管路上设置一第一截止阀；同时，与所述缓冲舱连接的真空机组再并联另一台真空机组。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在 于：所述流量控制器包括依次连接板孔流量计、电磁阀、电动调节阀和第二截止阀，且所述电磁阀、电动调节阀和第二截止阀同一第三截止阀并联。
7.如权利要求5所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：所述流量控制器包括依次连接板孔流量计、电磁阀、电动调节阀和第二截止阀，且所述电磁阀、电动调节阀和第二截止阀同一第三截止阀并联。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：在所述缓冲罐和所述第一、第二气气置换器之间的管路上均串联一气水置换器。
9.如权利要求5所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：在所述缓冲罐和所述第一、第二气气置换器之间的管路上均串联一气水置换器。
10.如权利要求6所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：在所述缓冲罐和所述第一、第二气气置换器之间的管路上均串联一气水置换器。
11.如权利要求1或2或3或4或7或9或10所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：在所述缓冲罐和气水置换器、所述第一气气置换器和实验舱、以及所述第二气气置换器和缓冲舱之间的管路上均串联一消声器。
12.如权利要求5所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：在所述缓冲罐和气水置换器、所述第一气气置换器和实验舱以及所述第二气气置换器和缓冲舱之间的管路上均串联一消声器。
13.如权利要求6所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：在所述缓冲罐和气水置换器、所述第一气气置换器和实验舱以及所述第二气气置换器和缓冲舱之间的管路上均串联一消声器。
14.如权利要求8所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：在所述缓冲罐和气水置换器、所述第一气气置换器和实验舱以及所述第二气气置换器和缓冲舱之间的管路上均串联一消声器。
15.如权利要求1或2或3或4或7或9或10或12或13或14所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：设置有一清污罐，所述清污罐的进口连接所述缓冲舱的出口，所述清污罐的出口连接排污坑。
16.如权利要求5所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：设置有一清污罐，所述清污罐的进口连接所述缓冲舱的出口，所述清污罐的出口连接排污坑。
17.如权利要求6所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：设置有一清污罐，所述清污罐的进口连接所述缓冲舱的出口，所述清污罐的出口连接排污坑。
18.如权利要求8所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：设置有一清污罐，所述清污罐的进口连接所述缓冲舱的出口，所述清污罐的出口连接排污坑。
19.如权利要求11所述的一种用于环境模拟的复合舱系统，其特征在于：设置有一清污罐，所述清污罐的进口连接所述缓冲舱的出口，所述清污罐的出口连接排污坑。
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