CN102698821B

CN102698821B - 具有气体压力平衡装置的环境模拟实验室

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Publication number: CN102698821B
Application number: CN201210203012.5A
Authority: CN
Inventors: 刘扬; 彭建新; 张建仁; 王磊; 杨建武
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: CN102698821A

Abstract

本发明涉及具有气体压力平衡装置的环境模拟实验室，包括模拟室主体，密封门，及环境模拟装置和控制系统；所述环境模拟装置包括气体压力平衡装置；该气体压力平衡装置包括一个出气系统和一个进气系统；出气系统包括气体处理容器及出气管，进气系统包括一个具有进气阀的进气管，所述出气管和进气管与模拟室主体的壁板密封连接。本发明优点是：适应温度及压力变化的范围大、气体实验无泄漏、安全性高、密封性能稳定、排出气体无污染、节能降耗，且结构简单，制造、维护和运行成本低。

Description

具有气体压力平衡装置的环境模拟实验室

技术领域

本发明涉及具有气体压力平衡装置的环境模拟实验室，适于涉及环境温度、湿度、压力、气体对实验物影响的应用，特别适用于长时期的耐久性能实验，属于环境模拟实验技术领域。

背景技术

现有的具有密封模拟室主体的多功能环境模拟实验室，其模拟室主体的结构为实验箱体型。模拟室主体其内部的环境模拟装置少不了有温度和湿度调节装置，同时，要进行气体侵蚀实验，因此，对模拟室主体的密封性要求很严格，不会对环境产生气体的泄漏。但是，由于环保保温材料库板组装成的箱体型模拟室主体，其构成材料及结构形式承压极其有限，当模拟室主体内的温度产生变化时，其室内气压将随之发生变化。按设计要求，模拟室主体内温度变化范围为-20℃～+40℃，室内气压产生kpa的变化，室内外kpa的压力差将使模拟室主体的密封性遭到破坏。现有的模拟室主体有一种压力平衡装置，用来确保室内外压力差平衡。该类平衡装置是用简单的叶轮式或多级翻盖式叶片制作，在模拟室主体室内压力过大或过小时，自动通气补压，但由于模拟室主体材料和连接的密封材料综合性能差，在进行气体实验时，以通气补压方式处理压力差问题，极易造成严重泄漏现象。因此，该类补压方式的压力平衡装置尤其不适应多功能环境实验室在环境温度变化大的条件下使用，因为，当温度、压力变化即造成模拟室主体密封失效的情况，于是造成有害气体泄漏，这样不但对环境及人群造成伤害，同时，也因试验失败，不旦造成延误试验周期，而且浪费人力、物力、财力。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的缺点，提供一种对模拟室主体密封性能不造成损害的、且适应温度变化范围大、全天候保持模拟室主体内气压稳定的结构简单，制造、维护和运行成本低的具有气体压力平衡装置的环境模拟实验室。

本发明的技术方案是：

一种具有气体压力平衡装置的环境模拟实验室，包括模拟室主体，密封门，及环境模拟装置和控制系统，所述环境模拟装置包括气液供应和流量调节及温控系统和气体压力平衡装置，气体压力平衡装置用于使模拟室主体内部空间的气体压力与外部大气压力保持一定平衡差值的气体压力平衡装置；该气体压力平衡装置包括一个出气系统和一个进气系统；出气系统包括气体处理容器及出气管，该出气管一端为与模拟室主体空间联通的出气管室内端，另一端为插入气体处理容器处理液中的出气管进入液体端，所述的处理液其液面与大气直接接触，或通过出气管与大气联通的出气管出气端与大气接触；进气系统包括一个具有进气阀的进气管，该进气管一端为与模拟室主体空间联通的进气管室内端，另一端为与大气联通的进气管室外端；所述出气管和进气管与模拟室主体的壁板密封连接。

在上述技术方案的基础上进一步的技术方案是：

所述的环境模拟实验室，其气体处理容器设置在模拟室主体外部，气体处理容器为具有防护罩的池，或为具有与大气联通口的箱体；出气管室内端与模拟室主体的壁板密封连接。

所述的环境模拟实验室，其气体处理容器设置在模拟室主体内部，气体处理容器为具有密封盖的池，或为具有密封盖的箱体；气体处理容器在处理液的液面上部壁板上或密封盖上密封连接有与模拟室主体外部大气联通的出气管出气端；该出气管出气端与模拟室主体的壁板密封连接。

所述的环境模拟实验室，其，进气阀为“U”型管式的液封阀，由位于进气管中部的 “U”型弯曲部分的液体阀门和管壁及空气导通腔组成；液体阀门的液面线O-O超过“U”型管弯曲处的内腔上壁，空气导通腔为在进气管室内端位于液面线O-O的上方一定高度处的空腔，该空腔的容积大于“U”型管内的液体体积。

所述的环境模拟实验室，其进气阀为压力自动控制的电动截止阀。

所述的环境模拟实验室，其出气管室内端和进气管室内端的管口处有一个用于模拟室主体内喷淋水时防止水溅入出气管和进气管内的罩，或为管口处安装的向下的管弯头，或直接将出气管室内端和进气管室内端靠近管口处弯成管口向下的弯头。

所述的环境模拟实验室，其气体处理容器中的处理液为对排出模拟室主体空间的气体能起综合吸收净化的液体，使排至大气的气体符合排放标准。

所述的环境模拟实验室，其处理液为碱溶液。

所述的环境模拟实验室，其液体阀门为水，或加有防冻液的水。

所述的环境模拟实验室，其模拟室主体内部空间的气体压力与外部大气压力保持一定平衡差值由下式确定：

δ＝ρg(h1-h2)

式中：δ是模拟室主体内部空间的气体压力与外部大气压力压差：

ρ 是液体密度， h1-h2是两端气管的液面高度差。

本发明的技术效果显著：

1、适应温度变化范围大；2、不影响密封性，坚实可靠；3、排出的气体经过综合处理，对环境不造成污染；4、出气进气系统不需要电源维持工作，节能且不受停电影响，全天候保持模拟室主体内的气压稳定；5、结构简单，制造、维护和运行成本低。

附图说明

图1是本发明具有气体压力平衡装置的环境模拟实验室平面结构示意图;

图2是图1中A-A局部剖视示意图，为出气系统5的气体处理容器5.1设置在模拟室主体1外部的一个实施例；

图3是图1中A-A局部剖视示意图，为出气系统5的气体处理容器5.1设置在模拟室主体1内部的一个实施例；

图4是图1中B-B局部剖视示意图，为进气系统6是“U”型管式的液封阀实施例。

图中各标记名称为： 1—模拟室主体；1.1—壁板；2—密封门； 3—环境模拟装置；3.0—气液供应和流量调节及温控系统； 4—气体压力平衡装置；5—出气系统；5.1—气体处理容器；5.2—出气管；5.21—出气管室内端；5.22—出气管进入液体端；5.23—出气管出气端；5.24—处理液；5.3—密封盖；6—进气系统；6.1—进气阀；6.11—液体阀门；6.2—进气管；6.21—进气管室内端；6.22—进气管室外端；7—监控系统；8—物料存放架。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下：

实施例1：

如图1、2、4所示是本发明的一个基本实施例。本发明的具有气体压力平衡装置的环境模拟实验室包括模拟室主体1，密封门2，及环境模拟装置3和控制系统7，所述环境模拟装置3包括气液供应和流量调节及温控系统3.0和气体压力平衡装置4，其特征在于，气体压力平衡装置4用于使模拟室主体1内部空间的气体压力与外部大气压力保持一定平衡差值的气体压力平衡装置；该气体压力平衡装置4包括一个出气系统5和一个进气系统6；出气系统5包括气体处理容器5.1及出气管5.2，该出气管5.2一端为与模拟室主体1空间联通的出气管室内端5.21，另一端为插入气体处理容器5.1处理液5.24中的出气管进入液体端5.22，所述的处理液5.24其液面与大气直接接触，或通过出气管与大气联通的出气管出气端5.23与大气接触；进气系统6包括一个具有进气阀6.1的进气管6.2，该进气管6.2一端为与模拟室主体1空间联通的进气管室内端6.21，另一端为与大气联通的进气管室外端6.22；所述出气管5.2和进气管6.2与模拟室主体1的壁板1.1密封连接。本实施例中，所述的气体处理容器5.1如图1、2所示，设置在模拟室主体1外部，气体处理容器5.1为具有防护罩的池，或为具有与大气联通口的箱体，本实施例为容器形箱体，当气体处理容器5.1不在露天时，可以不加阻止雨水和杂物进入的防护罩；出气管室内端5.21与模拟室主体1的壁板1.1密封连接。本实施例所述的进气阀6.1如图4所示，为“U”型管式的液封阀，由位于进气管6.2中部的 “U”型弯曲部分的液体阀门6.11和管壁及空气导通腔组成；液体阀门6.11的液面线O-O超过“U”型管弯曲处的内腔上壁，空气导通腔为在进气管室内端6.21位于液面线O-O的上方一定高度处的空腔，该空腔的容积大于“U”型管内的液体体积。“U”型管式的液封阀的优点在于，不受停电影响，全天候保证有效换气，并且阀门不受有害气体侵蚀，安全可靠。所述的出气管室内端5.21和进气管室内端6.21的管口处有一个用于模拟室主体1内喷淋水时防止水溅入出气管5.2和进气管6.2内的罩，或为管口处安装的向下的管弯头，或直接将出气管室内端5.21和进气管室内端6.21靠近管口处弯成管口向下的弯头。本实施例所述的相应管弯头均为靠近管口处弯成管口向下的弯头。所述的气体处理容器5.1中的处理液5.24为对排出模拟室主体1空间的气体能起综合吸收净化的液体，使排至大气的气体符合排放标准。本实施例处理液5.24为碱溶液，供模拟室主体1空间内气体为SO₃气体排出时的综合处理。所述的液体阀门6.11为水，当模拟室主体1空间内外温度为接近摄氏零度时，则液体阀门6.11为加有防冻液的水。

所述的环境模拟实验室，其模拟室主体1内部空间的气体压力与外部大气压力保持一定平衡差值由下式确定：

δ＝ρg(h1-h2)

式中：δ是模拟室主体1内部空间的气体压力与外部大气压力压差：

ρ 是液体密度，h1-h2是两端气管的液面高度差。

本发明出气系统5的工作原理：如图2、3所示，当模拟室主体1内的温度升高，则引起压力上升，如冬季室外温度为-10℃，当室内上升到40℃时，则室内压力上升0.18kgf/cm² ,于是排出的SO₃气体被处理液5.24碱溶液吸收，变成盐，再将经处理的无害气体排入大气，避免了对环境的污染。

本发明进气系统6的工作原理，如图4所示，当模拟室主体1内的温度降低，则引起模拟室1内压力下降，如夏季室外40℃，当室内降低到-20℃时，则室内压力下降0.218kgf/cm² , 于是，当压差达到使“U”型管型的液体阀门6.11打开时，空气随着液体进入出气端的空腔内溢出，但气体进入到一定数量后，模拟室的压力也逐步增加，到压力平衡后就不再有外部气体进入空腔内，空腔内的液体也回流到“U”型管内，进入到新的平衡状态。外部气体进入模拟室主体1内，空气导通腔是为防止液体被吸至模拟室主体1内而破坏液体阀门6.11。

为保持模拟室主体1内的气压与其外部大气压力的平衡值，压差值δ由两端气管的液面高度差确定，出气系统5的出气管进入液体端5.22插入处理液5.24中，随着模拟室1内温度的上升，室内压力也逐步增大，当模拟室1内的压力大到一定时候，室内的气体就通过出气系统5的出气管进入到5.24处理液中，经处理后的气体随与大气联通的出气管出气端5.23排出，一段时间的持续工作后，室体内外的压力也就处于平衡或安全状态，压差值δ根据需要调整。

实施例2：

与实施例1不同的是，如图3所示，所述的气体处理容器5.1设置在模拟室主体1内部，气体处理容器5.1为具有密封盖5.3的池，或为具有密封盖5.3的箱体；气体处理容器5.1在处理液5.24的液面上部壁板1.1上或密封盖5.3上密封连接有与模拟室主体1外部大气联通的出气管出气端5.23；该出气管出气端5.23与模拟室主体1的壁板1.1密封连接。

实施例3：

与实施例1不同的是，所述的进气阀6.1为压力自动控制的电动截止阀，其优点是体积较小，但容易腐蚀。本实施例要保持模拟室主体1内的气压与其外部大气压力的平衡值，一方面要调定电动截止阀控制压力，另一方面要调定出气系统5的出气管进入液体端5.22插入处理液5.24中的深度h_1。

本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims

1.一种具有气体压力平衡装置的环境模拟实验室，包括模拟室主体（1），密封门（2），及环境模拟装置（3）和控制系统（7），所述环境模拟装置（3）包括气液供应和流量调节及温控系统（3.0）和气体压力平衡装置（4），其特征在于，所述气体压力平衡装置（4）是用于使模拟室主体（1）内部空间的气体压力与外部大气压力保持一定平衡差值，它包括一个出气系统（5）和一个进气系统（6）；出气系统（5）包括气体处理容器（5.1）及出气管（5.2），该出气管（5.2）一端为与模拟室主体（1）空间联通的出气管室内端（5.21），另一端为插入气体处理容器（5.1）处理液（5.24）中的出气管进入液体端（5.22），所述的处理液（5.24）其液面与大气直接接触，或通过出气管与大气联通的出气管出气端（5.23）与大气接触；进气系统（6）包括一个具有进气阀（6.1）的进气管（6.2），该进气管（6.2）一端为与模拟室主体（1）空间联通的进气管室内端（6.21），另一端为与大气联通的进气管室外端（6.22）；所述出气管（5.2）和进气管（6.2）与模拟室主体（1）的壁板（1.1）密封连接。

2.根据权利要求1所述的环境模拟实验室，其特征在于，所述的气体处理容器（5.1）设置在模拟室主体（1）外部，气体处理容器（5.1）为具有防护罩的池，或为具有与大气联通口的箱体；出气管室内端（5.21）与模拟室主体（1）的壁板（1.1）密封连接。

3.根据权利要求1所述的环境模拟实验室，其特征在于，所述的气体处理容器（5.1）设置在模拟室主体（1）内部，气体处理容器（5.1）为具有密封盖（5.3）的池，或为具有密封盖（5.3）的箱体；气体处理容器（5.1）在处理液（5.24）的液面上部壁板（1.1）上或密封盖（5.3）上密封连接有与模拟室主体（1）外部大气联通的出气管出气端（5.23）；该出气管出气端（5.23）与模拟室主体（1）的壁板（1.1）密封连接。

4.根据权利要求1所述的环境模拟实验室，其特征在于，进气阀（6.1）为“U”型管式的液封阀，由位于进气管（6.2）中部的 “U”型弯曲部分的液体阀门（6.11）和管壁及空气导通腔组成；液体阀门（6.11）的液面线O-O超过“U”型管弯曲处的内腔上壁，空气导通腔为在进气管室内端（6.21）位于液面线O-O的上方一定高度处的空腔，该空腔的容积大于“U”型管内的液体体积。

5.根据权利要求1所述的环境模拟实验室，其特征在于，进气阀（6.1）为压力自动控制的电动截止阀。

6.根据权利要求1所述的环境模拟实验室，其特征在于，所述的出气管室内端（5.21）和进气管室内端（6.21）的管口处有一个用于模拟室主体（1）内喷淋水时防止水溅入出气管（5.2）和进气管（6.2）内的罩，或为管口处安装的向下的管弯头，或直接将出气管室内端（5.21）和进气管室内端（6.21）靠近管口处弯成管口向下的弯头。

7.根据权利要求1所述的环境模拟实验室，其特征在于，所述的气体处理容器（5.1）中的处理液（5.24）为对排出模拟室主体（1）空间的气体能起综合吸收净化的液体，使排至大气的气体符合排放标准。

8.根据权利要求7所述的环境模拟实验室，其特征在于，所述的处理液（5.24）为碱溶液。

9.根据权利要求4所述的环境模拟实验室，其特征在于，所述的液体阀门（6.11）为水，或加有防冻液的水。

10.根据权利要求1所述的环境模拟实验室，其特征在于，所述的模拟室主体（1）内部空间的气体压力与外部大气压力保持一定平衡差值由下式确定：

δ＝ρg(h1-h2)

其中：δ是模拟室主体（1）内部空间的气体压力与外部大气压力压差：

ρ 是液体密度， h1-h2是两端气管的液面高度差。