CN103830993B - 环境试验机及其除湿装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种除湿装置，用于环境试验机中的试验箱内空气进行除湿。该除湿装置包括蒸发器、除湿阀、膨胀阀、蒸发压力调节阀、除湿管及出气管。所述除湿管与蒸发器连接，用于向蒸发器中引入液氮。所述除湿阀及膨胀阀设于所述除湿管上，用于控制进入蒸发器内的液氮量。所述出气管与蒸发器连接，用于排出蒸发器中的氮气。所述蒸发压力调节阀设于所述出气管上，用于控制蒸发器内的气压，以控制蒸发器内液氮的汽化温度。本发明的除湿装置结构简单、造价便宜、操作方便、环保。本发明还提供一种利用上述除湿装置的除湿方法以及具有上述除湿装置的环境试验机。

Description

环境试验机及其除湿装置及方法

技术领域

本发明涉及环境试验机及人工环境控制技术，尤其涉及一种环境试验机及其除湿装置及方法。

背景技术

为了客观、全面地考察产品的可靠性，通常需要对产品进行湿热可靠性试验。国标、国军标以及各个行业都制定了相关标准。

与传统的可靠性试验不同，可靠性强化试验是对受试产品施加单一或综合的环境应力，该应力水平远超过受试产品的正常使用环境，以期快速激发产品的潜在缺陷，通过分析受试产品的故障原因与失效模式，测试出受试产品的性能，指导产品的后续设计。

传统湿热试验箱主要由箱体、加热装置、制冷装置、加湿装置、除湿装置、空气循环模块以及控制模块等组件构成。其中，制冷装置采用机械式压缩机制冷方式。存在的问题主要有：

1)制冷效率低，降温速率慢，最低可控温度在-70℃左右，最大降温速率在10℃/min左右，不能满足强化试验的宽温度范围与高温变率要求；

2)当试验箱内的热负荷较大时，需要配备庞大的制冷机组，不但造价昂贵、结构复杂，而且运行成本高。

3)除湿机组结构复杂功耗大且操作不方便。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种结构简单的高温变率的环境试验机及其除湿装置及方法。

一种除湿装置，用于环境试验机中的试验箱内空气进行除湿。该除湿装置包括蒸发器、除湿阀、膨胀阀、蒸发压力调节阀、除湿管及出气管。所述除湿管与蒸发器连接，用于向蒸发器中引入液氮。所述除湿阀及膨胀阀设于所述除湿管上，用于控制进入蒸发器内的液氮量。所述出气管与蒸发器连接，用于排出蒸发器中的氮气。所述蒸发压力调节阀设于所述出气管上，用于控制蒸发器内的气压，以控制蒸发器内液氮的汽化温度。

一种利用上述的除湿装置的除湿方法，其包括以下步骤：液氮经过除湿阀和膨胀阀通过除湿管进入蒸发器；所述液氮在蒸发器中汽化变成氮气，降低蒸发器的温度，使得试验箱内空气中的水蒸汽在蒸发器表面凝结液化，从而降低试验箱内空气的湿度；液氮汽化后的氮气通过出气管排至大气中。

一种环境试验机，包括试验箱、控制器、温湿度检测模块、温度控制模组、加湿装置以及上述的除湿装置。所述试验箱用于放置待测产品。所述温湿度检测模块用于检测试验箱中空气的温湿度，并将该温湿度反馈给控制器。所述控制器用于控制温度控制模组、加湿装置及除湿装置以改变试验箱中空气的温湿度。

所述环境试验机通过采用液氮制冷技术，其最低温度可低至-100℃，最大降温速率可达到60℃/min。因此所述环境试验机具有更宽的温变范围以及更高的温变率。另外，所述除湿装置利用液氮汽化降温冷凝除湿技术对所述试验箱除湿，整个除湿装置结构简单，而由于所述蒸发压力调节阀可以调节所述蒸发器内的气压，因此，可以控制液氮蒸发温度高于水的冰点，有效避免水蒸汽在蒸发器表面结霜，有利于维持所述蒸发器通过降温而在其表面冷凝水的工作效率。再次，由于蒸发器内液氮汽化得到的氮气不属于有害气体，对环境没有污染，可以直接排入大气中，因此，所述除湿装置的整个除湿过程环保。综上，所述环境试验机结构简单、造价便宜、操作方便、节能环保，并且可以作为对待测产品同时或者分别做温度及湿度可靠性强化试验的设备。

附图说明

图1是本发明环境试验机的功能模块图。

图2为图1中的环境试验机的原理框图。

图3是图2中的环境试验机的结构示意图。

主要元件符号说明

100	环境试验机
		10	试验箱
11	试验空间
		12	空气循环部分
121	风机
		122	风轮
123	风流通道
		124	入风口
125	出风口
		126	排水管
20	上位机
		30	控制器
40	温度控制模组
		41	加热装置
410	加热器
		42	制冷装置
421	制冷阀
		422	制冷管
50	湿度控制模组
		51	加湿装置
511	水箱
		512	蒸汽发生器
513	加湿阀
		514	加湿管
52	除湿装置
		521	除湿阀
522	膨胀阀
		523	蒸发器
524	蒸发压力调节阀
		525	出气口
526	除湿管
		60	液氮供给装置
70	温湿度检测模块
		71	温度传感器
72	湿度传感器
		200	支架

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的环境试验机100包括试验箱10、上位机20、控制器30、温度控制模组40、湿度控制模组50、液氮供给装置60以及温湿度检测模块70。

所述试验箱10用于放置待测产品，并为待测产品提供测试需求的温湿度环境。所述温湿度检测模块70用于检测试验箱10中空气的温湿度，并将该温湿度反馈给控制器30，然后通过控制器30控制温度控制模组40和湿度控制模组50来改变试验箱10中空气的温湿度，以使试验箱10中空气的温湿度满足产品测试的需求。所述上位机20与控制器30连接，该上位机20可将用户的各种操作通过串口通讯通知控制器30并接受控制器30返回的各种参数如温度、湿度、加热量、制冷输出量、加湿输出量、除湿量等。环境试验机100工作过程中，所述的上位机20通过与控制器30进行通讯，其可将其获取的湿度值实时的显示出来和历史数据存储，并与湿度设定值进行比较，执行相关控制算法程序，实时计算出相应需要执行加湿、除湿控制量。所述温度控制模组40包括制冷装置41以及加热装置42，分别用于对试验箱10内空气进行降温和升温。所述湿度控制模组50包括加湿装置51以及除湿装置52，分别用于对试验箱10内空气进行加湿和除湿。所述控制器30分别与试验箱10、温度控制模组40、湿度控制模组50以及温湿度检测模块70连接，用于控制整个环境试验机100的运作。所述液氮供给装置60用于为温度控制模组40以及湿度控制模组50提供液氮，以实现对试验箱10内空气进行降温和除湿。

请同时参阅图2和图3，所述试验箱10包括试验空间11以及空气循环部分12。所述试验空间11具有一个入风口124及一个出风口125。本实施例中，所述入风口124及出风口125分别位于试验空间11的底部及顶部。所述空气循环部分12包括一个风流通道123、设置于所述风流通道123内的由风机121驱动的风轮122。所述风流通道123的两端分别与试验空间11的入风口124及出风口125连通。所述风轮122用于将来自试验空间11的出风口125的空气吹向试验空间11的入风口124。所述风机121通过所述控制器30控制其开启、关闭及转速。如图3所示，本实施例中，所述风轮122靠近所述试验空间11的出风口125处设置。通过风轮122转动，气流从风轮122流经风流通道123，从入风口124流入试验空间11，再从出风口125流出试验空间11，实现试验空间11的空气循环。所述试验箱10还包括排水管126。优选地，所述排水管126设置于试验箱10的底部。需要说明的是，所述排水管126在试验箱10中的具体位置并不限于本实施例，只要其能够便于排出试验箱10中的水蒸汽液化产生的水即可。

所述温湿度检测模块70包括温度传感器71以及湿度传感器72。优选地，所述温度传感器71以及该湿度传感器72设置于试验箱10的试验空间11内，以更准确得获取测试环境中的温度及湿度信息。所述温度传感器71以及该湿度传感器72分别与所述控制器30连接，分别向所述控制器30传输温度和湿度检测数据。

所述温度控制模组40的加热装置41包括设置于所述风流通道123内的加热器410。所述加热器410与所述控制器30连接，通过所述控制器30控制其工作。加热器410优选镍铬合金加热器，也可以选择陶瓷加热器、不锈钢加热器、铸件加热器等中的一种。优选地，所述加热器410设置于所述风流通道123内靠近所述入风口124的一端，以保证进入试验空间11中的空气温度满足要求。所述温度控制模组40的制冷装置42包括一个制冷管422及一个制冷阀421。所述制冷管422一端伸入风流通道123内，另一端与液氮供给装置60连通。可以理解，所述制冷管422与液氮供给装置60连通的方式可以为直接连通或间接连通。所述制冷阀421设置于所述制冷管422上，用于控制进入风流通道123内的液氮注入量。所述制冷阀421与所述控制器30连接，由所述控制器30控制其开关。所述制冷装置42从所述液氮供给装置60中获取液氮，通过开启制冷阀421将液氮注入所述气流通道123中，利用液氮汽化潜热及低温氮气显热快速冷却气流通道123中的空气，再通过空气循环降低所述试验空间11中的空气的温度。由于所述制冷装置42采用液氮制冷技术，其最低温度可低至-100℃，最大降温速率可达到60℃/min。因此所述环境试验机100具有更宽的温变范围以及更高的温变率。可以理解，所述制冷装置42的具体结构并不限于本实施例，例如，所述制冷装置42也可包括多个制冷管422和/或多个制冷阀421。

本实施例中，所述湿度控制模组50中的加湿装置51包括水箱511、蒸汽发生器512、加湿阀513以及加湿管514。所述蒸汽发生器512从水箱511中获取水，并将其变成水蒸汽通过加湿管514喷入所述试验箱10的风流通道123内。

湿度控制模组50中的除湿装置52包括除湿阀521、膨胀阀522、蒸发器523、蒸发压力调节阀524、出气管525及除湿管526。所述除湿阀521及膨胀阀522设于所述除湿管526上。所述蒸发压力调节阀524设于所述出气管525上。所述蒸发器523设置于所述风流通道123中，且相对于加热器410更靠近试验空间11的出风口125。由于蒸发器523对风流通道123内空气除湿的同时会降低风流通道123内空气的温度，通过开启靠近试验空间11的入风口124处的加热器410进行加热，可以补偿因通过蒸发器523对风流通道123内空气除湿后，温度也出现降低的空气的温度，使空气温度达到试验所须温度，避免降温后的空气直接进入试验空间11内。所述除湿装置52的除湿过程如下：液氮经过除湿阀521和膨胀阀522通过除湿管526进入蒸发器523；所述液氮在蒸发器523中汽化变成氮气，降低蒸发器523的温度，达到空气露点温度以下，使得风流通道123中的水蒸汽在蒸发器523表面凝结液化，从而降低风流通道123中空气的湿度；液氮汽化后的氮气直接通过出气管525排至大气中。所述膨胀阀522用于控制进入蒸发器523内的液氮量。所述蒸发压力调节阀524用以控制蒸发器523内的气压。通过蒸发压力调节阀524控制蒸发器523内的气压，可以调节蒸发器523内的液氮的汽化温度，从而可以控制蒸发器523表面的温度。优选地，所述蒸发器523表面的温度控制在风流通道123内水蒸汽变为露珠时候的温度，即露点。本实施例中，所述蒸发器523表面的温度控制在2-3℃。由于风流通道123内水蒸汽变为露珠时候的温度受到风流通道123内的湿度、气压等影响，因此，在实际操作中，可通过蒸发压力调节阀524持续改变蒸发器523内的气压，并同时测试蒸发器523表面温度的方式，得出蒸发器523表面温度为露点时蒸发器523内的气压。所述除湿阀521、膨胀阀522与蒸发压力调节阀524可分别与所述控制器30连接，由所述控制器30控制三者的工作状态。优选地，所述蒸发器523与所述加热器410在垂直于竖直方向的平面内的投影无重合区域，以防止蒸发器523表面的水滴滴到加热器410上。优选地，所述蒸发器523设置于所述气流通道123内临近其顶部的位置处，以与加热器410保持一定距离，避免所述蒸发器523低温与所述加热器410的高温之间相冲突。

本实施例中，所述液氮供给装置60为液氮罐，优选地，所述液氮罐为为自增压液氮杜瓦罐。所述自增压液氮罐引出的液氮管由主管分成制冷管422和除湿管526两路。

所述试验箱10可直接置放于地面上、桌面上，或者由支架200支承。

优选地，所述制冷阀421、除湿阀521以及加湿阀513均为电磁阀，可通过电磁控制，从而方便控制器30对他们的控制。上述膨胀阀522、蒸发压力调节阀的控制可以进行手动控制，也可以通过控制器30协调控制。

所述环境试验机100工作时，试验箱内10的湿度传感器72实时检测湿度数据传递给控制器30，控制器30与上位机20进行通讯，上位机20将其获取的湿度值与设定值进行比较，并执行相关控制算法程序，实时计算相应需要执行加湿、除湿控制量。当采样湿度低于设定值时，控制器30通过获取到的加湿控制量，可通过数字输出端口的输出结果以占空比模式控制加湿阀513的开合，以控制试验箱10内的蒸气注入量。当采样湿度高于设定值时，控制器30通过获取到的除湿控制量，通过数字输出端口的输出结果协调控制膨胀阀522的开度和蒸发压力调节阀524的开度，以控制进入蒸发器523的液氮量以及蒸发器523的氮气蒸发压力把空气冷却到露点温度以下，使大于饱和含湿量的水汽在蒸发器523表面冷凝成水析出，降低空气中的绝对含湿量，从而降低试验箱10内空气的相对湿度，直到试验箱10内的湿度值满足要求。

所述环境试验机100通过采用液氮制冷技术，其最低温度可低至-100℃，最大降温速率可达到60℃/min。因此所述环境试验机100具有更宽的温变范围以及更高的温变率。另外，所述除湿装置52利用液氮汽化降温冷凝除湿技术对所述试验箱10除湿，整个除湿装置52结构简单，而由于所述蒸发压力调节阀524可以调节所述蒸发器523内的气压，因此，可以控制液氮蒸发温度高于水的冰点，有效避免水蒸汽在蒸发器523表面结霜，有利于维持所述蒸发器523通过降温而在其表面冷凝水的工作效率。再次，由于蒸发器523内液氮汽化得到的氮气不属于有害气体，对环境没有污染，可以直接排入大气中，因此，所述除湿装置52的整个除湿过程环保。综上所述，所述环境试验机100结构简单、造价便宜、操作方便、节能环保，并且可以作为对待测产品同时或者分别做温度及湿度可靠性强化试验的设备。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种除湿装置，用于环境试验机中的试验箱内空气进行除湿，其特征在于：该除湿装置包括蒸发器、除湿阀、膨胀阀、蒸发压力调节阀、除湿管及出气管，所述除湿管与蒸发器连接，用于向蒸发器中引入液氮，所述除湿阀及膨胀阀设于所述除湿管上，用于控制进入蒸发器内的液氮量，所述出气管与蒸发器连接，用于排出蒸发器中的氮气，所述蒸发压力调节阀设于所述出气管上，用于控制蒸发器内的气压，以控制蒸发器内液氮的汽化温度。

2.如权利要求1所述的除湿装置，其特征在于：所述蒸发器内液氮的汽化温度高于水的冰点温度。

3.如权利要求1所述的除湿装置，其特征在于：所述蒸发器内液氮的汽化温度控制在2-3℃之间。

4.一种利用权利要求1-3项中任一项所述的除湿装置的除湿方法，其包括以下步骤：液氮经过除湿阀和膨胀阀通过除湿管进入蒸发器；所述液氮在蒸发器中汽化变成氮气，降低蒸发器的温度，使得试验箱内空气中的水蒸汽在蒸发器表面凝结液化，从而降低试验箱内空气的湿度；液氮汽化后的氮气通过出气管排至大气中。

5.一种环境试验机，包括试验箱、控制器、温湿度检测模块、温度控制模组、加湿装置以及如权利要求1-3项中任一项所述的除湿装置，所述试验箱用于放置待测产品，所述温湿度检测模块用于检测试验箱中空气的温湿度，并将该温湿度反馈给控制器，所述控制器用于控制温度控制模组、加湿装置及除湿装置以改变试验箱中空气的温湿度。

6.如权利要求5所述的环境试验机，其特征在于：所述试验箱还包括一个设置于试验箱的底部的排水管。

7.如权利要求5所述的环境试验机，其特征在于：所述试验箱包括试验空间以及空气循环部分，所述试验空间具有一个入风口及一个出风口，所述空气循环部分包括一个风流通道、设置于所述风流通道内的风轮，所述风流通道的两端分别与试验空间的入风口及出风口连通，所述风轮用于将来自试验空间的出风口的空气吹向试验空间的入风口。

8.如权利要求7所述的环境试验机，其特征在于：所述温湿度检测模块包括一个温度传感器以及一个湿度传感器，所述温度传感器及湿度传感器设置于试验箱的试验空间内。

9.如权利要求7所述的环境试验机，其特征在于：所述温度控制模组包括一个加热装置及一个制冷装置，所述加热装置包括设置于所述风流通道内的加热器。

10.如权利要求9所述的环境试验机，其特征在于：所述加热器设置于所述风流通道靠近所述入风口的一端，所述除湿装置的蒸发器设置于所述风流通道中，且相对于加热器更靠近试验空间的出风口。

11.如权利要求9所述的环境试验机，其特征在于：所述制冷装置包括一个制冷管及一个制冷阀，所述制冷管一端伸入所述风流通道内，另一端与一个液氮供给装置连通，所述制冷阀设置于所述制冷管上，用于控制进入风流通道内的液氮注入量。

12.如权利要求9所述的环境试验机，其特征在于：所述蒸发器与所述加热器在垂直于竖直方向的平面内的投影无重合区域。

13.如权利要求7所述的环境试验机，其特征在于：所述加湿装置包括加湿装置包括水箱、蒸汽发生器、加湿阀以及加湿管，所述蒸汽发生器从水箱中获取水，并将其变成水蒸汽通过加湿管喷入所述试验箱的风流通道内。

14.如权利要求13所述的环境试验机，其特征在于：所述加湿阀以占空比模式控制该蒸汽发生器的蒸汽注入量。

15.如权利要求5所述的环境试验机，其特征在于：还包括与该控制器连接的上位机，该上位机用于将用户的各种操作通知控制器并接受控制器返回的各种参数。