CN106167136B - 一种向文物实验舱充入保护气体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种向文物实验舱充入保护气体的方法。该方法为将气源装置中的确定浓度的保护气体充入文物实验舱内完全置换文物实验舱内的空气以使文物实验舱内的保护气体的浓度达到所需浓度，通过这种方法最终文物实验舱内的保护气体的浓度等于气源装置的出来的保护气体的浓度，文物实验舱内的保护气体的浓度容易保证。

Description

一种向文物实验舱充入保护气体的方法

技术领域

本发明属于文物保护技术领域，具体涉及一种向文物实验舱充入保护气体的方法。

背景技术

目前，在考古发掘现场即文物刚刚出土时，未采取有效的预防性保护手段或设备，无法对发掘现场的文物进行及时保护和处理，会导致出土文物因氧气、湿度、污染性气体、有害生物及霉菌等因素造成氧化、劣化等破坏。

授权公告号为CN201536872U的中国专利公开了一种主动富氮文物保护系统，包括放置文物的保护空间（相当于文物实验舱），保护空间外连接有制氮装置，制氮装置的出口与保护空间之间连接有氮气管，制氮装置的进口与保护空间之间连接有循环管，通过氮气管向保护空间内通入氮气，通过循环管将保护空间内的空气通入到制氮装置内用作氮源。在保护空间内设置有压力探头、温湿度探头和氮气探头，还设置有恒温调节装置和恒湿调节装置，用于将保护空间调节为一个恒温恒湿环境。制氮装置向保护空间内充入高纯度的氮气，保护空间内的空气排出，当氮气探头检测到的保护空间内的氮气浓度达到设定值时，停止通入氮气。但是，对保护空间内的氮气浓度（或氧气浓度）的调整通过充入浓度高于所需浓度的氮气的量来保证的，也就是说最终保护空间内的保护气体是充入的浓度高的氮气与保护空间内原始存在的部分空气的混合。由于保护空间内的空间较大，在充入氮气过程中，充入的氮气与原始存在的部分空气之间混合不均匀，保护空间内不同处的氮浓度是不均匀的，氮气探头检测到的氮浓度是不准确的，可能整个空间的氮浓度还没达到设定值，氮气探头处的氮浓度已达到设定值，制氮装置就停止向保护空间充入氮气，这会导致保护空间整体的氮浓度很难达到设定值。对于不同的文物来说，对氮浓度的要求是不一样的，由于保护空间的氮浓度不准确，将会影响到文物，对文物造成损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种向文物实验舱充入保护气体的方法以解决现有技术中文物实验舱内的氮气浓度难以达到设定值（所需浓度）的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种向文物实验舱充入保护气体的方法，其特征在于：将气源装置中的确定浓度的保护气体充入文物实验舱内完全置换文物实验舱内的空气以使文物实验舱内的保护气体的浓度达到所需浓度。

气源装置的保护气体的浓度可调。

所述的保护气体为氮气，气源装置为制氮浓度可调的制氮装置。

制氮装置包括控制器和制氮单元，制氮单元包括用于储存制得氮气的氮气储罐，还包括用于检测氮气储罐内氮气浓度和/或氧气浓度的第一浓度检测装置，第一浓度检测装置的输出端与控制器相连，氮气储罐上设有氮气输出阀和不合格氮排空阀，氮气输出阀的控制端和不合格氮排空阀的控制端均与控制器相连，文物实验舱上设有用于向文物实验舱送入氮气的进气口、用于向文物实验舱外部排出空气的出气口，进气口与氮气储罐通过氮气输出阀相连。

所述的制氮单元为膜制氮机。

制氮单元包括用于调节制得氮气湿度的湿度调节装置和用于检测氮气储罐内氮气湿度的第一湿度检测装置。

所述的湿度调节装置包括采用等焓加湿工艺的加湿器。

所述文物实验舱包括用于对文物实验舱体内的温度进行调节的空调装置。

所述的文物实验舱包括实验舱体，实验舱体包括可充入氮气的操作间和连接于操作间上的风淋间，操作间与风淋间之间设置有可开闭的第一舱门，操作间内设有操作台。

实验舱体还包括连接于风淋间上的更衣间，更衣间与风淋间上设有可开闭的第二舱门，更衣门上设有可开闭的第三舱门。

本发明的有益效果是：将气源装置中的确定浓度的保护气体充入文物实验舱内完全置换文物实验舱内的空气以使文物实验舱内的保护气体的浓度达到所需浓度，通过这种方法最终文物实验舱内的保护气体的浓度等于气源装置的出来的保护气体的浓度，文物实验舱内的保护气体的浓度容易保证。

进一步地，气源装置的保护气体的浓度可调，也就是可将文物实验舱内的保护气浓度调整为不同的值，这可以适应不同文物需要不同浓度的保护气体的要求。

进一步地，气源装置为制氮浓度可调的制氮装置，制氮装置制得的氮气完全置换文物实验舱内的空气，文物实验舱内的氮气浓度等于制氮装置的制取的氮气的浓度。

进一步地，第一浓度传感器检测到氮气储罐内的氮气浓度和/或氧气浓度，当氮气浓度或氧气浓度达到设定值时，控制器控制氮气输出阀打开，向文物实验舱内充入氮气以完全置换文物实验舱内的空气，当氮气浓度或氧气浓度达不到设定值时，控制器控制不合格氮排空阀打开，不合格的氮气向外排出。

进一步地，制氮单元为膜制氮机，膜制氮机采用膜制氮技术，氮气纯度稳定可调。

进一步地，湿度调节装置包括采用等焓加湿工艺的加湿器，采用等焓加湿工艺对制氮装置制取的氮气进行加湿，保证加湿的同时又不影响氮气浓度。

进一步地，实验舱体包括操作间和连接于操作间上的风淋间，进入操作间的操作人员在风淋间进行风淋，除去操作者身体上的细菌和尘埃，避免其对操作间内的保护气体环境造成破坏。

附图说明

图1为向文物实验舱充入保护气体的方法中用到的制氮舱的结构示意图；

图2为向文物实验舱充入保护气体的方法中用到的文物实验舱的结构示意图；

图3为文物实验舱与制氮舱的工作原理图。

图中：1、制氮舱；2、文物实验舱；3、制氮舱体；4、控制柜；5、配电柜；6、空压机；7、空气储罐；8、氮气储罐；9、实验舱体；10、操作间；11、更衣间；12、风淋间；13、第一舱门；14、第二舱门；15、第三舱门；16、传感器组；17、报警装置；18、进气管道；19、输出管道；20、操作台；21、角件旋锁接口；22、空调装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明中向文物实验舱充入保护气体的方法的实施例如图1-2所示。向文物实验舱充入保护气体的方法包括步骤：将气源装置中确定浓度的保护气体充入文物实验舱内完全置换文物实验舱内的空气以使文物实验舱内的保护气体的浓度达到所需浓度。

保护气体为氮气，气源装置为制氮浓度可调的制氮装置。制氮装置设于制氮舱1的制氮舱体3内，制氮舱1和文物实验舱2通过进气管道18相连，制氮舱通过进气管道向文物实验舱输送氮气。制氮舱1包括制氮舱体3，制氮舱体采用标准集装箱结构，制氮舱体的顶部的角处和底部的角处采用标准角件旋锁接口21，起吊方便，便于运输。制氮舱体3内设有制氮装置，制氮装置包括控制器、制氮单元和氮气储罐，控制器为PLC控制器，控制器设于控制柜4内，制氮舱体3内还设有配电柜5。制氮单元为膜制氮机，膜制氮机包括依次相连的空压机6、空气储罐7、膜分离器和氮气储罐8。制氮单元包括用于检测氮气储罐内氧气浓度的第一浓度检测装置和用于检测氮气储罐内氮气湿度的第一湿度检测装置，第一浓度检测装置为氧气分析仪，第一湿度检测装置为湿度仪，氧气分析仪和湿度仪均设于控制柜4内，第一浓度检测装置的输出端和第一湿度检测装置的输出端均与控制器相连。氮气储罐上设有氮气输出阀和不合格氮排空阀，氮气输出阀的控制端和不合格氮排空阀的控制端均与控制器相连。制氮单元包括用于调节制得氮气湿度的湿度调节装置，湿度调节装置包括加湿器，加湿器采用等焓加湿工艺和PID加湿控制技术，加湿后水分子极小，可完全融入环境气体而不会产生也产生液滴，更加稳定可靠，而且保证了加湿同时不影响氮气浓度，湿度调节装置的控制端与控制器相连。控制柜上设有与控制器相连的触摸屏，触摸屏上显示第一氧浓度检测装置检测到的氧浓度、第一湿度检测装置的检测到的湿度值。

制氮装置的制氮过程为：氮气经过压缩之后，进入到膜分离器，空气中的氮气和氧气分离，被分离出来的氮气进入存储到氮气储罐中，当氮气储罐内的氧气浓度和湿度达到设定值时，控制器控制氮气输出阀打开，通过进气管道18向文物实验舱的操作间内输送氮气，氮气储罐内的氧气浓度和湿度未达到设定值时，控制器控制不合格氮排空阀打开，将氮气储罐内不合格的氮气排入空气中。制取氮气的氮气浓度的调节也可以说是制取氮气中氧气浓度的调节是通过上述制氮控制过程实现的，当氮气储罐内的氧气浓度未达到设定值时，将不合格的氮气排出，直至存储在氮气储罐中的氮气是氧气浓度符合要求的。同样，通过上述制氮控制过程保证制取氮气的湿度是符合要求的。

文物实验舱2包括实验舱体9，实验舱体9采用大板式厢体结构，重量轻。实验舱体9为方形结构，实验舱体9的顶部的角处和底部的角处设有标准角件旋锁接口21，起吊方便，便于运输。实验舱体9包括操作间10、更衣间11和风淋间12。风淋间12连接在操作间10上，操作间10与风淋间12沿左右方向依次布置，操作间10与风淋间12之间设置有可开闭的第一舱门13。更衣间11连接在风淋间12上，风淋间12与更衣间11沿前后方向依次布置，更衣间11与风淋间12之间设置有可开闭的第二舱门14。更衣间11上设有用于与实验舱体9外部相连通的第三舱门15。风淋间与更衣间整体在前后方向的宽度与操作间在前后方向的宽度相等。更衣间11内配备有高性能氧呼吸器。操作间10内设有操作台，操作间10内设有传感器组16和报警装置17，传感器组16包括第二氧气检测装置、第二湿度检测装置、压力变送器和温度传感器，第二湿度检测装置和温度传感器为一体的温湿变送器，第二氧气检测装置为氧气检测仪。温湿变送器的输出端、压力变送器的输出端和氧气检测仪的输出端均与控制器相连。操作间10的顶部设有用于向操作间送入氮气的进气口、用于向操作间外部排出空气的出气口和用于对操作间内温度进行调节的空调装置，操作间在水平方向的截面为方形，操作台位于操作间的中部，进气口和出气口均位于操作间的顶部，进气口和出气口在水平方向的投影分别位于操作台的左右两侧。进气口上设有进气管道18，出气口上设有出气管道19，操作间10内还设有排风扇。排风扇的控制端与控制器相连。操作间10通过进气管道18与制氮舱体3的氮气储罐相连压力设定值一般设定在略大于外界压力的微正压。报警装置的控制端与控制器相连，当操作间内的温度、湿度、氧浓度和压力中任意一个或多个参数没有达到设定值时，控制器控制报警装置发出报警信号。实验舱体2具有具备隔热、防淋能力，工作环境适应性强，可满足野外恶劣环境下正常工作，具有良好的气密性，有效避免了与外界气体的流通。实验舱体2机动性强，可随时随地进行转移，便于野外考古现场使用。实验舱体2强度高，配备高强度钢丝吊绳，起吊安全。实验舱体2内安全设施齐全，操作人员可在低氧环境下连续工作4h。

制氮舱和文物实验舱的工作原理图如图3所示，空气进入制氮单元，制得的氮气存储在氮气储罐内，氧分析仪和湿度仪检测到的氧气浓度和湿度达到设定值时，控制器控制氮气输出阀打开，氧气浓度和湿度合格的氮气通过进气管道进入到操作间内，控制器控制排风扇打开，将操作间的空气通过输出管道排出，当操作间内的温湿变送器、氧气检测仪和压力变送器检测到的湿度、氧浓度和压力达到设定值时，控制器控制氮气输出阀关闭，控制排风扇关闭。接着，控制器控制空调装置启动，空调装置将操作间内合格的氮气调整到设定温度，并使操作间保持在恒温的环境。当操作间的氧浓度升高时，控制器控制氮气储罐上的氮气输出阀打开，控制排风扇打开，直至操作间内的湿度、氧气浓度达到设定值。

为创造相对安静、舒适的工作环境，经分析，设备的噪音的主要来源在于空压机运行时发出声音，对此在设计时拟采取以下措施加以解决：（1）选用静音型空压机，运行噪音控制在69dB(A)以下，噪音明显减小；（2）对空压机所处的制氮舱体采用降噪技术，利用多孔板和玻璃棉的吸音特性，将运行噪音进一步降低；（3）当氮气的纯度和湿度达到用户设定要求时，制氮装置自动停止运行，空压机停机，后端氮气储罐能继续向低氧工作舱内输送合格气体，在较长时间内无须启动制氮装置。

本发明中的制氮舱和文物实验舱，采用先进的低氧气调技术，通过先进的现代控制技术，建立低氧、微正压、洁净、恒湿、恒温的文物操作环境，在处理不同种类文物时，可设置不同的氧气浓度、湿度、温度等，最大限度的保护了文物，为文物现场发掘提供了有效的预防性保护措施技术，在行业内处于领先地位。本发明解决了考古发掘现场文物破坏严重，保护设备缺乏的难题，实现了文物的预防性保护，符合考古发掘现场文物保护需求的发展方向，在现在和未来有着广阔的使用和发展空间，能够产生较高的经济效益。

为保证出土文物在清洁、观察、包装以及修复过程中始终处于一个保持低氧、微正压、洁净、恒湿、恒温的文物操作环境中，本发明通过先进低氧气调技术和现代控制技术，实时调控湿度、氧浓度、温度等参数，模拟文物在地下的相对平衡体系，完整再现文物地下环境的原始形态，避免文物受外界环境的破坏。

本发明中向文物实验舱充入保护气体的方法的其他施例中，膜制氮机也可由采用变压吸附制氮原理的分子筛空分制氮机代替。

本发明中向文物实验舱充入保护气体的方法的其他实施例中，氮气浓度确定的氮气瓶代替制氮装置作为气源装置。氮气瓶可有一个或多个，氮气瓶为多个时可在每个氮气瓶内存储氮气浓度不同的氮气，以使得气源装置可提供不同浓度的氮气。

本发明中向文物实验舱充入保护气体的方法的其他实施例中，氮气浓度确定的氮气瓶代替制氮装置作为气源装置，气源装置包括两个氮气浓度不同的氮气瓶，一个氮气瓶中的氮气浓度高，另一个氮气瓶中的氮气浓度低，在使用时先将两个氮气瓶中的氮气按比例混合成所需的氮气浓度，再将混合后的氮气充入文物实验舱。两个氮气瓶中的氮气的混合比例不同，混合后的氮气浓度就不同，通过混合这两个氮气瓶中的氮气可得到氮气浓度可调的氮源。

本发明中向文物实验舱充入保护气体的方法的其他实施例中，检测氮气储罐内氮气浓度的氧分仪可由检测氮气储罐内氮气浓度的氮气检测装置代替，氮气浓度和氧气浓度可通过相互换算得到。

本发明中向本发明中向文物实验舱充入保护气体的方法的其他实施例中，制氮单元还包括由检测氮气储罐内氮气浓度的氮气检测装置。

本发明中向文物实验舱充入保护气体的方法的其他实施例中，可用氦气、氩气等稳定性好的其他代替氮气作为保护气体。

Claims (7)

1.一种向文物实验舱充入保护气体的方法，其特征在于：将气源装置中的确定浓度的保护气体充入文物实验舱内完全置换文物实验舱内的空气以使文物实验舱内的保护气体的浓度达到所需浓度；气源装置的保护气体的浓度可调；所述的保护气体为氮气，气源装置为制氮浓度可调的制氮装置；制氮装置包括控制器和制氮单元，制氮单元包括用于储存制得氮气的氮气储罐，还包括用于检测氮气储罐内氧气浓度的第一浓度检测装置，第一浓度检测装置的输出端与控制器相连，氮气储罐上设有氮气输出阀和不合格氮排空阀，氮气输出阀的控制端和不合格氮排空阀的控制端均与控制器相连，文物实验舱上设有用于向文物实验舱送入氮气的进气口、用于向文物实验舱外部排出空气的出气口，进气口与氮气储罐通过氮气输出阀相连；所述制氮单元包括用于检测氮气储气储罐内氮气湿度的第一湿度检测装置；所述制氮装置设置于制氮舱的制氮舱体内，制氮舱和文物实验舱通过进气管道相连；文物实验舱包括实验舱体，实验舱体包括操作间，操作间内设有传感器组，传感器组包括第二氧气检测装置、第二湿度检测装置、压力变送器和温度传感器。

2.根据权利要求1所述的向文物实验舱充入保护气体的方法，其特征在于：所述的制氮单元为膜制氮机。

3.根据权利要求1所述的向文物实验舱充入保护气体的方法，其特征在于：制氮单元包括用于调节制得氮气湿度的湿度调节装置。

4.根据权利要求3所述的向文物实验舱充入保护气体的方法，其特征在于：所述的湿度调节装置包括采用等焓加湿工艺的加湿器。

5.根据权利要求1所述的向文物实验舱充入保护气体的方法，其特征在于：所述文物实验舱包括用于对文物实验舱体内的温度进行调节的空调装置。

6.根据权利要求1所述的向文物实验舱充入保护气体的方法，其特征在于：所述的文物实验舱包括实验舱体，实验舱体包括可充入氮气的操作间和连接于操作间上的风淋间，操作间与风淋间之间设置有可开闭的第一舱门，操作间内设有操作台。

7.根据权利要求6所述的向文物实验舱充入保护气体的方法，其特征在于：实验舱体还包括连接于风淋间上的更衣间，更衣间与风淋间上设有可开闭的第二舱门，更衣门上设有可开闭的第三舱门。