CN104819537A - 一种用于环境舱的调温系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于环境舱的调温系统，涉及室内环境检验设备，特别是应用于室内建筑材料及物品的气态化学污染物释放量的检测设备领域。该调温系统包括：恒温水机组、换热管帘、均温层、保温层和膨胀罐，所述换热管帘由多根换热管间隔并联组成，所述换热管的内径为2～4mm，所述换热管的外径为3～5mm，且每根所述换热管均固定贴附在所述环境舱内舱的外壁面上。本发明中通过采用管径很小的换热管形成换热管帘的形式，实现热量传递，调温系统占用的空间小；同时，通过均温层保证了内舱温度的均匀性，所以，本发明实施例提供的调温系统节省了调温系统占用的空间，降低了环境舱的成本。

Description

一种用于环境舱的调温系统

技术领域

本发明涉及室内环境检验设备，特别是应用于室内建筑材料及物品的气态化学污染物释放量的检测设备领域，尤其涉及一种用于环境舱的调温系统。

背景技术

人的一生中大部分时间是在室内度过的，室内空气品质的优劣影响着居住者的舒适、健康和工作效率。室内空气污染物包括甲醛、挥发性有机物(VOC)和颗粒物等，来源于居室中的物品、建筑材料、装饰材料以及电器产品等。为了从源头上控制污染物的散发，保证健康的室内环境，国内外的相关标准都规定了各种污染物的散发限值。要贯彻执行这些标准，准确的测量污染物的散发量(率)是一个非常关键的技术环节。环境舱就是模拟居室内的实际环境条件，测量污染物散发的有效设备。

环境舱一般包括不锈钢内舱，外舱、调温系统、送排风系统、自控系统以及其它组件等。其中，调温系统用于调节环境舱内的温度。温度是环境舱使用过程中，准确测量，发挥效应的必须要控制的基本参数之一，如果环境舱内的温度控制精度不够，不能保持舱内的温度保持均匀可控，则可能使环境舱的测量效率下降。环境舱内要有足够的温度控制精度，温度分布均匀，不结露。因此，调温系统对于环境舱准确有效的测量具有重要的意义。

目前，环境舱的调温系统大都通过在内、外舱之间设置夹层，并在夹层内填充空气或者水等介质(绝大部分为空气夹层)，利用介质进行热传递的方式实现对内仓温度的调控；另外，在夹层中，通过对介质的搅动，保证夹层内介质温度的均匀性，进而保证内舱的温度的均匀可控。这种结构的调温系统虽然能够有效的对环境舱内的温度进行有效的调节，也能够保证内仓温度的均匀性，但为了保证内舱温度的均匀性，通常都需要设置厚度比较大的夹层，这样，会使得环境舱占用较多的空间，从而增加环境舱的造价。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于环境舱的调温系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于环境舱的调温系统，包括：恒温水机组、换热管帘、均温层、保温层和膨胀罐；

所述恒温水机组的供水端与所述换热管帘的进水端通过管路连通，所述换热管帘的出水端与所述恒温水机组的回水端通过管路连通，所述膨胀罐通过管路连接到所述恒温水机组的回水端，且所述膨胀罐安装在所述调温系统的上方；

所述换热管帘由多根换热管间隔并联组成，所述换热管的内径为2～4mm，所述换热管的外径为3～5mm，且每根所述换热管均固定贴附在所述环境舱内舱的外壁面上；

所述均温层包覆在每个所述换热管的外壁上，同时，所述均温层贴附在所述换热管之间的所述环境舱内舱的外壁面上；

所述保温层设置在所述均温层的外侧。

优选地，相邻两根所述换热管之间的间距为15～30mm。

优选地，所述换热管帘设置为多个，且每个所述换热管帘中的所述换热管均采用同程连接方式。

进一步地，还包括水泵，所述水泵位于所述恒温水机组的供水端与所述换热管帘的进水端之间的管路上。

优选地，所述恒温水机组为供水温度恒定且可调的小型热泵机组或具有电热功能的冷水机组。

优选地，所述均温层采用柔性硅胶导热片。

优选地，所述柔性硅胶导热片的厚度为1～2mm。

优选地，所述保温层采用保温夹芯板。

优选地，所述保温夹芯板为保温型材，包括保温层外壳、保温层内壳和内芯，所述内芯设置在所述保温层外壳和所述保温层内壳之间。

优选地，所述保温层敷设在所述均温层的外侧。

本发明的有益效果是：与现有的采用夹层中的空气介质进行温度调节，通过搅动来保证内舱温度的均匀性的技术相比，本发明实施例中，以水为介质，采用管径很小的换热管形成换热管帘的形式，实现热量传递，进而实现环境舱的温度调控，因此，调温系统占用的空间很小，无需采用较大厚度的夹层；同时，通过均温层保证了内舱温度的均匀性，所以，本发明实施例提供的调温系统节省了调温系统占用的空间，降低了环境舱的成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于环境舱的调温系统的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的用于环境舱的调温系统的一种局部结构示意图；

图3是本发明实施例提供的用于环境舱的调温系统的另一种局部结构示意图；

图4是本发明实施例提供的用于环境舱的调温系统的传热途径示意图；

图5是本发明实施例提供的用于环境舱的调温系统的传热效果图。

图中，各符号的含义如下：

1恒温水机组，2水泵，3管路，4换热管帘，5膨胀罐，6环境舱内舱的外壁面，7换热管，8均温层，9保温层，10保温层外壳，11保温层内壳。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1-3所示，本发明实施例提供了一种用于环境舱的调温系统，包括：恒温水机组1、换热管帘4、均温层8、保温层9和膨胀罐5；

恒温水机组1的供水端与换热管帘4的进水端通过管路3连通，换热管帘4的出水端与恒温水机组1的回水端通过管路3连通，膨胀罐5通过管路3连接到恒温水机组1的回水端，且膨胀罐5安装在调温系统的上方(可参见图1)；

换热管帘4由多根换热管7间隔并联组成，所述换热管的内径为2.0～4.0mm，所述换热管的外径为3.0～5.0mm，且每根换热管7均固定贴附在环境舱内舱的外壁面6上(可参见图2或3)；

均温层8包覆在每个换热管7的外壁上，同时均温层8贴附在换热管7之间的环境舱内舱的外壁面6上(可参见图2或3)；

保温层9设置在均温层8的外侧(可参见图2或3)。

本发明实施例提供的调温系统实际工作过程为：恒温水机组调温系统提供适合环境舱温控的热水或冷水介质，该热水或冷水介质从调温系统的供水端进入换热管帘的进水端，并从换热管帘的进水端流向换热管帘的出水端，在流动的过程中，将热量传递给内舱，实现温度调节。水介质从换热管帘的出水端流出，进入恒温水机组的回水端，经过恒温水机组的加热或降温操作，得到满足内舱温度调控的水介质后，再次进入换热管帘中。如此循环，实现内舱的温度调控，也保证了内舱温度的均匀性。

其中，膨胀罐用于调节调温系统因介质热胀冷缩而增加或减小的体积，以及调节调温系统压力的上升或下降，因此，膨胀罐安装在恒温水机组的回水一侧，且安装高度高于水系统的最高点。

保温层设置在均温层的外侧，用于减少热量的损失，节约能源。

在上述工作过程中，热量主要通过以下三种途径从换热管帘传递到环境舱内:

途径一；通过固定贴附在环境舱内舱的外壁面上的每根换热管传递热量，即通过换热管与壁面直接接触，传递热量；

途径二：环境舱外壁、换热管和均温层之间形成封闭的空间，热量从换热管传递至该封闭空间的空气中，再通过空气将热量传递至环境舱的壁面；

途径三：通过在每个换热管的外壁上，以及换热管之间的环境舱内舱的外壁面上设置均温层，换热管内的热量可传递至管外的均温层，均温层可以将换热管外壁处的热量传递至换热管之间的环境舱内舱的外壁面上即通过均温材料将热量传递给空气和壁面。

上述热量传递的方式可参见图4。.

其中，途径一理论上是线接触传热，传热面积非常小，传热量非常有限，可以通过增加传热硅脂或者将管材下部加工成平面等措施来强化传热，但通过这种方式可增加的传热量相对于整体而言并不明显。

途径二是上述过程主要的传热途径，在封闭空间内，空气的对流作用可以忽略，主要靠空气的导热作用，而静止空气的导热系数很低，约为0.03W/mK，因此要增加这途径二的传热量，应该尽量降低空间的尺度。

从对传热途径一和二的分析可以看出，增加与壁面接触的排管的数量可以有效的提高传热量。从另一个角度来讲，增加排管的数量还可以增加环境舱内壁的温度均匀度。

本领域中，当需要通过增加排管的数量来增加传热量、提高传热的均匀度时，容易想到使用水管与壁面换热的方式，并按照传统的设计计算方法计算换热管的管径，采用传统的方式，计算得到的换热管管径一般在10mm以上。

这种大管径的换热管虽然能够实现传热调温的功效，但是，大管径会导致管间距增大，而管间距增大，势必又会减少排管的数量，进而造成环境舱壁面换热性能不理想，同时壁面平面温差大。

本发明实施例中，通过采用小管径的换热管，保证了使用的换热管的数量，从而解决了传统水管在使用过程中造成的环境舱壁面换热性能不理想，同时壁面平面温差大的问题。本实施例中，采用的换热管的内径仅为2.0～4.0mm，换热管的外径为3.0～5.0mm。

虽然降低管径，增加排管密度可以强化换热管帘与舱体壁面的换热，降低舱体内壁面的平面温差，但当管径过低时，管内液体流动逐渐变为层流，流动阻力增加，另外流体输送能力降低，管壁厚度不能正比降低时，过小的管径反而会引起换热管造价的增高。因此，本发明实施例中，采用的优化的换热管内径为2.0～4.0mm，外径为3.0～5.0mm，既可以保证较高的换热，也可以保证较低的造价和管内液体较高的流动速率。

本实施例中，由于采用均温材料得到的传热途径三，进一步强化了换热管帘的传热，是在途径一和二的基础上对传热的进一步优化，通过计算和实验验证，结果均表明，采用均温材料后，总换热量可有10～15％的提高。

而且采用均温层之后，不仅减少了换热管的热量损失，强化了换热管帘的传热，也减小了换热管处与换热管间隔处内舱外壁面之间的温差，保证了内舱外壁面温度的均匀性，进而保证了内舱温度的均匀性。

本发明实施例提供的用于环境舱的调温系统，与现有的采用夹层中的空气介质进行温度调节，通过搅动来保证内舱温度的均匀性的技术相比，本发明实施例中，以水为介质，采用管径很小的换热管形成换热管帘的形式，实现热量传递，进而实现环境舱的温度调控，因此，调温系统占用的空间很小，无需采用较大厚度的夹层；同时，通过均温层保证了内舱温度的均匀性，所以，本发明实施例提供的调温系统节省了调温系统占用的空间，降低了环境舱的成本。

本发明实施例中，相邻两根换热管7之间的间距可以为15～30mm。由前述分析可知，管间距越小越有利于传热，但由于本实施例中，优选采用的换热管很细，如果管间距过小，会妨碍换热管的工程安装。因此，本实施例中，采用的管间距为15～30mm，既可以保证环境舱壁面的传热量处于高效传热区域，参见图5，也不会妨碍换热管的工程安装。

图5为设定流体温度与舱内空气温度为5℃时，进行数值模拟计算得到的结果。图5中，换热管的中心位于横标0.05m处，在管中心处存在一个传热奇点，离开接触点，由于接触点附近的高传热量，在接触点附近形成部分反向的传热，出现两个传热的凹点，其后，离接触点越远，传热量迅速降低。从图5中可见，接触点附近15～30mm范围内是高效传热的区域。

本发明实施例中，换热管帘4可以设置为多个，且每个换热管帘4中的换热管7均可采用同程连接方式。

如本领域技术人员可以理解的，如果整个调温系统只使用一个换热管帘，则该换热管帘的尺寸必定很大，而由于管间距比较小，且换热管的管径也较小，所以，当其中有换热管出现故障时，则对其进行维修、拆装等实际工程作业就会及其困难和不便，从而耽误整个调温系统的正常使用，进而导致环境舱无法正常工作。另外，如果整个调温系统只使用一个换热管帘，则当其中一个换热管出现故障需要维修或更换时，该换热管帘就无法正常工作，而调温系统只使用了一个换热管帘，所以，整个调温系统就无法正常工作，进而导致环境舱无法正常工作。

本实施例中，通过使用多个结构相同的换热管帘，减小了每个换热管帘的尺寸，从而当换热管出现故障需要维修或更换时，使实际工程作业容易进行；同时，当其中一个换热管帘发生故障时，由于还有其他的换热管帘在正常工作，所以，不会对环境舱的整个调温系统造成极大的影响，致使环境舱的温度不可调，影响环境舱的工作进度。

本发明实施例提供的用于环境舱的调温系统，还包括水泵2，水泵2位于恒温水机组1的供水端与换热管帘4的进水端之间的管路3上。

水泵为介质水提供其在系统中循环的动力，恒温水机组的内部可以集成水泵，如果恒温水机组内部集成的水泵提供的动力能够满足水力循环的要求，可不再另外设置水泵，否则，可以在恒温水机组与换热管帘之间的管路上设置水泵，同时，可以设置流量较大的水泵，使较多的介质水能够在调温系统中循环，使水泵的供回水的温差在2℃之内，从而保证环境舱内舱中温度的均匀性。

本发明实施例中，恒温水机组1可以为供水温度恒定且可调的小型热泵机组或具有电热功能的冷水机组。

恒温水机组为调温系统提供满足环境舱温控需求的冷水或热水。可以选择小型热泵机组，也可以选择具有电热功能的冷水机组。

本实施例中，恒温水机组可从市场购买。

本发明实施例中，均温层8可以采用柔性硅胶导热片。其中，柔性硅胶导热片的导热系数可以在0.8～5W/mK范围内。为了提高传热性能，可选择导热系数高的硅胶片。导热系数高的导热片往往价格很高，使用者可根据价格与传热量两方面权衡优选。

如本领域技术人员可以理解的，除了柔性硅胶导热片之外，均温层还可以采用其他的导热性能良好的柔性材料。

本发明实施例中，柔性硅胶导热片的厚度可以为1～2mm。柔性硅胶导热片的厚度一般在0.3～15mm，而厚度低于0.5mm的导热硅胶片不易加工，成本较高；超过2mm后提高厚度对强化传热效果已经不明显，同时由于自重增加，增加了脱落的风险，所以，本发明实施例中，采用的柔性硅胶导热片的厚度为1～2mm。

本发明实施例中，保温层9可以采用保温夹芯板(可参见图3)。保温夹芯板为保温型材，包括保温层外壳10和保温层内壳11，在保温层外壳10和保温层内壳11之间设置有保温材料，采用保温夹芯板，可以使调温系统的安装操作简便。

本发明实施例中，保温层9还可以敷设在均温层8的外侧(可参见图2)。即保温材料直接铺设在均温层的外侧，然后在保温材料的外侧再安装保温层外壳10，这种结构的保温层虽然在安装调温系统过程中，操作费时，但是保温效果会更好。

本发明实施例中，保温层9的厚度可以为100mm。对环境舱而言，其热扰来自于自身电器设备的发热量和舱体壁面的传热，电器设备的热扰不可避免，舱体壁面传热则应该尽量减少。舱体壁面与外界的传热热阻由舱体内部对流换热热阻，舱体壁面导热热阻、舱体外侧对流换热热阻组成。舱体壁面导热热阻随保温层厚度的增加而增大，总传热量与热阻是成反比关系的，当热阻增加到一定程度时，再增加热阻，其传热量的降低并不明显。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：与现有的采用夹层中的空气介质进行温度调节，通过搅动来保证内舱温度的均匀性的技术相比，本发明实施例中，以水为介质，采用管径很小的换热管形成换热管帘的形式，实现热量传递，进而实现环境舱的温度调控，因此，调温系统占用的空间很小，无需采用较大厚度的夹层；同时，通过均温层保证了内舱温度的均匀性，所以，本发明实施例提供的调温系统节省了调温系统占用的空间，降低了环境舱的成本。

实施例二

本实例中的环境舱为一个30m³的大型VOC测试舱，内部温度控制范围在15～35℃，温度波动±0.5℃，经计算选择一个低温恒温循环器作为恒温水机组。此恒温循环器可提供0～100℃的恒温水，水温波动±0.05℃，水量和总制冷制热功率满足设计要求。机组带有供外部水循环的水泵，在最大制冷制热负荷下，供回水温差小于2℃，水量与扬程经校核满足设计要求。

管路为常规设计，不再赘述。

换热管帘选择一种PE管，管中心间距为20mm。在不锈钢内舱的外壁面均匀敷设。均温材料选择一种厚度为2mm的硅胶导热片，此硅胶导热片的导热系数为3.0W/m.K，两面有胶，可以采取如图2的的方式，贴附固定在不锈钢壁面上。采用100mm厚度的保温夹芯板。

本实例中，由于采用了比较好的保温，可以大幅降低环境舱的冷热负荷，因此选择较小功率的恒温冷热源成为可能。

本实例中，换热管帘可以采用其它材料，如铜管或其它合成管材。

本实例中，均温材料可选择其它的柔性导热材料。

本发明提供的调温系统，可采用市场上成熟的小型恒温水机组，降低了建造成本，提高了控制精度。

本发明提供的调温系统，在环境舱内外夹层中间采用换热管帘换热，替代了传统环境舱采用的空气夹层，可节省安装空间和费用。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于环境舱的调温系统，其特征在于，包括：恒温水机组、换热管帘、均温层、保温层和膨胀罐；

所述恒温水机组的供水端与所述换热管帘的进水端通过管路连通，所述换热管帘的出水端与所述恒温水机组的回水端通过管路连通，所述膨胀罐通过管路连接到所述恒温水机组的回水端，且所述膨胀罐安装在所述调温系统的上方；

所述换热管帘由多根换热管间隔并联组成，所述换热管的内径为2～4mm，所述换热管的外径为3～5mm，且每根所述换热管均固定贴附在所述环境舱内舱的外壁面上；

所述均温层包覆在每个所述换热管的外壁上，同时，所述均温层贴附在所述换热管之间的所述环境舱内舱的外壁面上；

所述保温层设置在所述均温层的外侧。

2.根据权利要求1所述的用于环境舱的调温系统，其特征在于，相邻两根所述换热管之间的间距为15～30mm。

3.根据权利要求1所述的用于环境舱的调温系统，其特征在于，所述换热管帘设置为多个，且每个所述换热管帘中的所述换热管均采用同程连接方式。

4.根据权利要求1所述的用于环境舱的调温系统，其特征在于，还包括水泵，所述水泵位于所述恒温水机组的供水端与所述换热管帘的进水端之间的管路上。

5.根据权利要求1所述的用于环境舱的调温系统，其特征在于，所述恒温水机组为供水温度恒定且可调的小型热泵机组或具有电热功能的冷水机组。

6.根据权利要求1所述的用于环境舱的调温系统，其特征在于，所述均温层采用柔性硅胶导热片。

7.根据权利要求6所述的用于环境舱的调温系统，其特征在于，所述柔性硅胶导热片的厚度为1～2mm。

8.根据权利要求1所述的用于环境舱的调温系统，其特征在于，所述保温层采用保温夹芯板。

9.根据权利要求8所述的用于环境舱的调温系统，其特征在于，所述保温夹芯板为保温型材，包括保温层外壳、保温层内壳和内芯，所述内芯设置在所述保温层外壳和所述保温层内壳之间。

10.根据权利要求1所述的用于环境舱的调温系统，其特征在于，所述保温层敷设在所述均温层的外侧。