CN104128213B - 一种使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置 - Google Patents

Abstract

一种使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置，它包括恒温恒湿箱箱体以及填充在恒温恒湿箱箱体内侧壁上的保温棉层，它还包括位于恒温恒湿箱箱体内的液体恒温装置、风道和工作腔室，所述液体恒温装置中的恒温液体经位于液体恒温装置和风道之间的金属板与风道内的空气进行热交换，风道的两端分别连接工作腔室的两端连通，工作腔室和风道之间还设有用于驱动气体循环的风机以及用于调节气体温度和湿度的加湿器和除湿器。本发明使风速的稳定性和均匀性，分别能够达到±0.2m/s和0.5m/s的水平，且风向具有单向性。它把气候环境试验设备风速的稳定性和均匀性，提高到一个新的高度，从而提高气候环境试验的质量。

Description

一种使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置

技术领域

本发明涉及一种气候环境试验用的设备，尤其涉及一种使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置。

背景技术

任何产品都会经受不同的环境条件，特别是电工电子产品的应用领域日益广泛，所经受的环境条件越来越复杂多样。因而，对电工电子产品进行人工模拟环境试验是保证其高质量必不可少的重要环节。人工模拟环境试验是实际环境影响的科学概括，具有典型化、规范化、使用方便和便于比较等特点。环境条件的多样化和环境试验的重要性，也对环境试验设备提出了更严格的要求。

对机载电子设备全年的故障进行分析表明，50％以上的故障是由各种环境因素引起的，而气候环境因素造成电子设备约38.3％的故障率，可见气候环境试验在环境试验中的重要性。

因此，努力提高气候环境试验箱(设备)的技术性能，对提高产品的环境试验质量有着重要的作用。

环境试验一般分为气候环境试验和机械环境试验，对应地环境试验设备分为气候环境试验设备和机械环境试验设备。温度试验箱、温湿度试验箱、霉菌试验箱和盐雾试验箱等都属于气候环境试验设备。所谓气候环境试验，实质上是针对大气环境而言的，大气中的空气涉及温度、湿度、气压、含盐量、含有害气体量等各种参数。因此，气候环境试验需要气候试验设备模拟出各种气候环境条件，而要使模拟的气候环境条件达到一种稳定和均匀的状态，则需要空气保持一定的流动速度。

气候环境试验设备基本上都需要对温度进行控制，即对空气进行加热或冷却，以实现不同的空气温度条件。空气热容量小和导热性差的特性决定了要获得稳定和均匀的空气温度，必须设法使空气循环流动起来，以加速空气与加热源或冷却源的热交换。因此，气候环境试验设备基本上都需要有促使空气循环流动的装置，如使用风机搅拌等。气候环境试验设备工作空间中空气流动的速度，即是一般所说的设备风速。

在气候环境试验中，设备的风速直接影响试验样品的试验情况，特别是对于发热的试验样品而言，风速直接影响该试验样品的散热，即影响试验样品的热效应。因此，在气候环境试验中，通常会提出设备的风速要稳定和均匀，且风向具有单向性。目前气候环境试验设备风速的稳定性和均匀性，一般只能分别达到±0.5m/s和1.5m/s的水平，且风向凌乱没有单向性。

目前的气候环境试验设备，无论是温度试验箱，还是温湿度试验箱、高低温低气压试验箱等，对温度的控制有两种设计方式，第一种方法是在设备的工作空间内，直接安装加热器、制冷器和搅拌风机，风机搅拌工作空间内的空气上下循环流动；第二种方法是在设备工作空间的后部设置一个风道，风道内安装加热元件、制冷器，风道上部安装风机驱动空气循环至工作空间，空气再经工作空间底部回流到风道内形成循环。

基于空气的流动特性，第一种使用风机在工作空间内直接进行搅拌的方法，工作空间的风速既不稳定又不均匀，而且风向凌乱，同时还涉及到加热器对试验样品的直接热辐射等问题，现在已基本不再采用。第二种设置风道的方法，工作空间风速的稳定性和均匀性虽然有了提高，但同样达不到较高的水平，且同样存在风向凌乱的问题。

目前气候环境试验设备基本上采用第二种设计结构，如图5所示，它包括温湿度试验箱箱体1以及位于温湿度试验箱箱体1内侧壁上的保温层2，温湿度试验箱箱体1内设有风向调节板3、风机5、风道隔板3、加热元件7、风道8、制冷器9和加湿器10，其中风机5由位于温湿度试验箱箱体1外的风机驱动电机5驱动，并且图5还显示了温湿度试验箱的工作原理；它在工作空间的后部设置一个风道8，风道8内安装加热元件7、制冷器9(兼作除湿器，冷凝除湿)、加湿器10。空气在风道8内经加热元件7、制冷器9的直接加热和冷却，经加湿器10加湿，风道8上部安装的风机5强制将空气循环至工作空间，空气再经工作空间底部回流到风道8内形成循环。

这种强制空气循环的方法主要缺点可归纳为：

(1)基于空气的流动特性，风机5对空气的搅拌所获得的空气流速，具有“一阵一阵”间歇的特性，即空气流速具有不稳定和不均匀的特性，这与我们夏天日常使用的降温风扇，即可感觉到吹过来的风是“一阵一阵”间歇不连续的；

(2)尽管在风机5的前面安装了风向调节板3，但风机5安装在一个侧面的上部，当空气被吹向对面的壁面时，空气被反弹，这就造成了空气流动的风向凌乱。

上述两点原因，即可导致不可能获得理想稳定性和均匀性的风速，同时也不能获得稳定的风向。

发明内容

本发明的目的是提供一种使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置，它能使风速的稳定性和均匀性分别能够达到±0.2m/s和0.5m/s的水平，且风向具有单向性。

本发明是克服了目前气候环境试验设备采用风机直接搅拌和风向调节板，不能获得良好的风速稳定性和均匀性，以及风向凌乱的问题，本发明创造采取的技术方案是：

(1)使用一种风机驱动空气循环，风机出气口为一圆形管道，这样基于空气的流动特性，空气经风机压缩后在圆形管道内排出，就会获得一股稳定和均匀的气流；

(2)设备工作空间上部和下部设计成漏斗状，上部漏斗状的作用是促使空气均匀扩散，下部漏斗状的作用是促使空气均匀回收；

(3)风机连接的圆形管道出气口安装一个多层的、漏斗状的气流分配器，这样圆形管道排出的气流被初步向下导流；

(4)接着在气流分配器下方安装一个多孔的空气导流板，这样促使空气均匀地垂直向下流向工作空间，这样就解决了空气风速稳定和均匀问题，以及空气风向凌乱问题；

(5)设备工作空间下部同样安装一个多孔空气导流板，这样促使空气均匀地垂直向下流动，接着被工作空间下部的漏斗状结构均匀回收至调节风道内。

本发明具体的技术结构是，它包括恒温恒湿箱箱体以及填充在恒温恒湿箱箱体内侧壁上的保温棉层，其结构特点是，它还包括位于恒温恒湿箱箱体内的液体恒温装置、风道和工作腔室，所述液体恒温装置中的恒温液体经位于液体恒温装置和风道之间的金属板与风道内的空气进行热交换，风道的两端分别连接工作腔室的两端连通，工作腔室和风道之间还设有用于驱动气体循环的风机以及用于调节气体温度和湿度的加湿器和除湿器。

所述风机的外周为保温棉层，这保证了来自风道气体的热量不损失，保证气体温度的均匀性。所述风机与固定在恒温恒湿箱箱体外的第一驱动电机传动连接。

所述液体恒温装置包括液体恒温槽以及位于液体恒温槽内的液体恒温槽搅拌器，所述液体恒温槽搅拌器与固定在恒温恒湿箱箱体外侧的第二驱动电机，所述液体恒温槽的上部侧壁设有溢流孔以及用于密封液体恒温槽内液体的密封胶。

所述风道的一侧壁为金属板，另一侧壁为保温棉层，所述风道的上端与风机的进气口连通，风道的下端与工作腔室的下端连通，所述风道的下端和工作腔室下端的连通处设有加湿器和除湿器。所述金属板的上端与恒温恒湿箱箱体内壁的连接处设有用于密封液体恒温槽内液体密封胶；所述风机的出气口与工作腔室的顶部通过圆形管道连通。

所述工作腔室的顶部为倒立漏斗结构，工作腔室的底部为漏斗结构，这便于工作腔室顶部空气进入均匀扩散以及底部空气排出时的集中；所述工作腔室的倒立漏斗结构内固定有与其尺寸贴合的漏斗状的气流分配器，气流分配器是将来自风机的空气均匀扩散开来；紧靠气流分配器正下方的工作腔室内固定有上空气导流板，它将气体均匀导入到工作腔室中；所述工作腔室内紧靠底部漏斗结构的正上方固定有下空气导流板，下空气导流板和上空气导流板保证了工作腔室风速的稳定性和均匀性。

所述上空气导流板和下空气导流板均为多孔的空气导流板，所述上空气导流板和下空气导流板均通过与其相连的角架由固定螺钉固定连接在工作腔室的内侧壁上。

所述气流分配器为层状结构，气流分配器顶部的层状结构为圆台状，每相邻层之间由若干个结构连接条连接，结构连接条通过位于其端部的焊接连接点焊接在相邻的层之间；位于气流分配器底端的层状结构通过带有角架连接件的固定连接条与工作腔室的内侧壁相连。

本发明的有益效果为：本发明使风速的稳定性和均匀性，分别能够达到±0.2m/s和0.5m/s的水平，且风向具有单向性。它把气候环境试验设备风速的稳定性和均匀性，提高到一个新的高度，从而提高气候环境试验的质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中气流分配器沿A方向的结构示意图。

图3为图1中气流分配器沿B方向的结构示意图。

图4为图1中上空气导流板沿C方向的结构示意图。

图5为本发明申请日以前的气候环境试验设备的结构示意图。

在图中，1、温湿度试验箱箱体2、保温层3、风向调节板4、风机驱动电机5、风机6、风道隔板7、加热元件8、风道9、制冷器10、加湿器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明

如图1所示，本发明是这样来实现的，它包括恒温恒湿箱箱体109以及填充在恒温恒湿箱箱体109内侧壁上的保温棉层105，其结构特点是，它还包括位于恒温恒湿箱箱体109内的液体恒温装置、风道123和工作腔室104，所述液体恒温装置中的恒温液体经位于液体恒温装置和风道123之间的金属板124与风道123内的空气进行热交换，风道123的两端分别连接工作腔室104的两端连通，工作腔室104和风道123之间还设有用于驱动气体循环的风机108、用于调节气体温度和湿度的加湿器125和除湿器126。

所述风机108的外周为保温棉层105，这保证了来自风道123气体的热量不损失，保证气体温度的均匀性。所述风机108与固定在恒温恒湿箱箱体109外的第一驱动电机107传动连接。

所述液体恒温装置包括液体恒温槽119以及位于液体恒温槽119内的液体恒温槽搅拌器122，所述液体恒温槽搅拌器122与固定在恒温恒湿箱箱体109外侧的第二驱动电机118，所述液体恒温槽119的上部侧壁设有溢流孔121以及用于密封液体恒温槽119内液体的密封胶120。

所述风道123的一侧壁为金属板124，另一侧壁为保温棉层105，所述风道123的上端与风机108的进气口111连通，风道123的下端与工作腔室104的下端连通，所述风道123的下端和工作腔室104下端的连通处设有加湿器125和除湿器126。所述金属板124的上端与恒温恒湿箱箱体109内壁的连接处设有用于密封液体恒温槽119内液体密封胶117；所述风机108的出气口110与工作腔室104的顶部通过圆形管道连通。

所述工作腔室104的顶部为倒立漏斗结构，工作腔室104的底部为漏斗结构，这便于工作腔室104顶部空气进入均匀扩散以及底部空气排出时的集中；所述工作腔室104的倒立漏斗结构内固定有与其尺寸贴合的漏斗状的气流分配器114，气流分配器114是将来自风机108的空气均匀扩散开来；紧靠气流分配器114正下方的工作腔室104内固定有上空气导流板106，它将气体均匀导入到工作腔室104中；所述工作腔室104内紧靠底部漏斗结构的正上方固定有下空气导流板101，下空气导流板101和上空气导流板106保证了工作腔室104风速的稳定性和均匀性。

如图4所示，所述上空气导流板106和下空气导流板101均为多孔的空气导流板，所述上空气导流板106和下空气导流板101均通过与其相连的角架103由固定螺钉102固定连接在工作腔室104的内侧壁上。

如图2和图3所示，所述气流分配器114为层状结构，气流分配器114顶部的层状结构为圆台状，每相邻层之间由若干个结构连接条115连接，结构连接条115通过位于其端部的焊接连接点113焊接在相邻的层之间；位于气流分配器114底端的层状结构通过带有角架连接件112的固定连接条116与工作腔室104的内侧壁相连。

为说明本发明创造的使气候环境试验设备风速稳定和均匀的方法及装置，本实施例以一种温湿度试验箱的风速稳定和均匀为例，进一步说明本发明，其它的如温度试验设备等气候环境试验设备类同。

它是一种以液体恒温槽119中的液体为冷热源的恒温恒湿箱，液体恒温槽119的一个侧面设计成没有保温层的金属板124，金属板124同时也是温湿度试验箱箱体109中风道123的一个侧面。风道123下部安装除湿器126和加湿器125。

在这样一种恒温恒湿箱的基础上，工作腔室104上下部被改进设计成漏斗状，风道123设计成延长至工作腔室104的上部，并与风机108的进气口111连接。风机108的出气口110由圆形管道与倒立漏斗状的工作腔室104的上部连通。接着在倒立漏斗状口处安装一个多层的漏斗状的气流分配器114。

多层漏斗状的气流分配器114的层数由工作腔室104的大小决定(例如直径)，工作腔室104大需要的层数多些，工作腔室104小需要的层数少些。本实施例工作空间的截面积约0.25m²，多层漏斗状的气流分配器采用4层，层与层之间采用多条结构连接条115两端焊接固定，即，层与层之间在其上部和下部用多条结构连接条115通过焊接连接点113焊接固定。多层漏斗状的气流分配器114的上部外层为圆台状，与具有连通作用的圆形管道匹配，即气流分配器114可以往上与圆形管道塞紧连接，下部通过4条一端带有角架连接件112的固定连接条116与工作腔室104的内壁固定连接，即角架连接件112通过螺钉固定在内壁上，另一端焊接在多层漏斗状的气流分配器114上。这样保证了气流分配器114在气体冲击下的结构稳定性。

如图4所示，所述上空气导流板106和下空气导流板101的厚100mm，大小与工作空间截面积匹配。上空气导流板106和下空气导流板101的孔径约φ1mm，孔与孔之间的间隔约2mm，它们均通过与其相连的角架103由固定螺钉102固定连接在工作腔室104的内侧壁上。这保证了上空气导流板106和下空气导流板101在承受风阻时的结构稳定性。

本发明的工作原理是这样的。

由于保温棉层105的保温作用，使得液体恒温槽119中的液体以及风道123和工作腔室104的气体温度的恒定，液体恒温槽119内的恒温液体通过金属板124加热风道123内的气体；由于金属板124是风道123的一整个侧壁，整个风道123内的气体是同时受热的，这保证了风道123内气体在起始阶段的温度均匀性；

风机108在第一驱动电机107的带动下，压缩驱动来自风道123内的气体，其中风机108的风压只要能够达到驱动空气循环所需的压力即可；风机108耐受的温度只要能够覆盖试验设备所能达到的温度即可；风机108并将气体输送到工作腔室104的顶部，工作腔室104的顶部为倒立漏斗状，利于气体在工作腔室104内的均匀扩散，气体从上向下依次经过气流分配器114、上空气导流板106和下空气导流板101，然后经过工作腔室104底部的漏斗结构集中进入风道123，同时在进入风道123时，空气将会被位于风道123底部的加湿器125和除湿器126进行温度和湿度的调节，然后进入风道123，再次与液体恒温槽119中的液体进行热交换，进而完成整个的循环。

通过上述所述的设计，从而使气候环境环境试验设备风速的稳定性和均匀性，得到有效提高，且风向具有单向性的。

与示意图5的结构相比，本发明的区别特征归纳如下：

(1)风道123延长至设备工作腔室104的顶部，空气在顶部段被风机108收集并加压排出；

(2)风机108的出气口110与圆形管道连接，这样在圆形管道内就容易获得一股稳定和均匀的气流；

(3)工作腔室104上下部设计成漏斗状，这样有利于空气的均匀扩散和均匀回收；

(4)风机108经圆形管道排出的稳定和均匀的气流，首先被多层的漏斗状的气流分配器114初步导流，然后接着被一个多孔的上空气导流板106均匀导流。这样既获得了均匀的风速，又使风速具有单向性；

(5)工作腔室104下部，同样由一个多孔的下空气导流板101均匀导流回收至风道123内形成循环。

Claims (8)

1.一种使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置，它包括恒温恒湿箱箱体(109)以及填充在恒温恒湿箱箱体(109)内侧壁上的保温棉层(105)，其特征在于，它还包括位于恒温恒湿箱箱体(109)内的液体恒温装置、风道(123)和工作腔室(104)，所述液体恒温装置中的恒温液体经位于液体恒温装置和风道(123)之间的金属板(124)与风道(123)内的空气进行热交换，风道(123)的两端分别连接工作腔室(104)的两端连通，工作腔室(104)和风道(123)之间还设有用于驱动气体循环的风机(108)、用于调节气体温度和湿度的加湿器(125)和除湿器(126)；

所述风机(108)的出风口(110)和工作腔室(104)的顶部通过圆形管道连通，工作腔室(104)的顶部为倒立漏斗结构，工作腔室(104)的底部为漏斗结构；所述工作腔室(104)的倒立漏斗结构内固定有与其尺寸贴合的漏斗状的气流分配器(114)，紧靠气流分配器(114)正下方的工作腔室(104)内固定有上空气导流板(106)，工作腔室(104)内紧靠底部漏斗结构的正上方固定有下空气导流板(101)。

2.如权利要求1所述的使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置，其特征在于，所述风机(108)的外周为保温棉层(105)，所述风机(108)与固定在恒温恒湿箱箱体(109)外的第一驱动电机(107)传动连接。

3.如权利要求1所述的使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置，其特征在于，所述液体恒温装置包括液体恒温槽(119)以及位于液体恒温槽(119)内的液体恒温槽搅拌器(122)，所述液体恒温槽搅拌器(122)与固定在恒温恒湿箱箱体(109)外侧的第二驱动电机(118)，所述液体恒温槽(119)的上部侧壁设有溢流孔(121)以及用于密封液体恒温槽(119)内液体的密封胶(120)。

4.如权利要求1所述的使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置，其特征在于，所述风道(123)的一侧壁为金属板(124)，另一侧壁为保温棉层(105)，所述风道(123)的上端与风机(108)的进气口(111)连通，风道(123)的下端与工作腔室(104)的下端连通，所述风道(123)的下端和工作腔室(104)下端的连通处设有加湿器(125)和除湿器(126)。

5.如权利要求1或4所述的使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置，其特征在于，所述金属板(124)的上端与恒温恒湿箱箱体(109)内壁的连接处设有用于密封液体恒温槽(119)内液体密封胶(117)。

6.如权利要求1所述的使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置，其特征在于，所述上空气导流板(106)和下空气导流板(101)均为多孔的空气导流板，所述上空气导流板(106)和下空气导流板(101)均通过与其相连的角架(103)由固定螺钉(102)固定连接在工作腔室(104)的内侧壁上。

7.如权利要求1所述的使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置，其特征在于，所述气流分配器(114)为层状结构，气流分配器(114)顶部的层状结构为圆台状，每相邻层之间由若干个结构连接条(115)连接，结构连接条(115)通过位于其端部的焊接连接点(113)焊接在相邻的层之间；位于气流分配器(114)底端的层状结构通过带有角架连接件(112)的固定连接条(116)与工作腔室(104)的内侧壁相连。

8.如权利要求1或6所述的使气候环境试验设备风速稳定和均匀的装置，其特征在于，所述上空气导流板(106)和下空气导流板(101)上孔的孔径为φ1mm，孔与孔之间的间隔为2mm。