CN106545938B - 一种遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统，利用布置在文物保存区的传感器监测氮气浓度，控制设备房中氮气浓度控制系统运行模式，保证文物富氮区氮气浓度大于95％；根据布置在游客区的传感器测量空气温度，控制设备房中的氮气温度调控系统的运行模式，将氮气温度降至低于游客区温度10℃以上，使得送入文物保存区的氮气密度大于展示厅空气密度，在葬坑内形成逆温稳定的富氮环境；利用轴流风机、氮气过滤器、氮气喷口，送回风管道组成的氮气输配系统，将氮气均匀低速送入葬坑底部，并从葬坑上部回收循环利用，实现长期维葬坑内文物保存区的富氮环境，抑制文物保存区霉菌及虫害的滋生，实现出土遗址文物的长久保存。

Description

一种遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统

【技术领域】

本发明属于遗址文物保护领域，涉及一种遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统。

【背景技术】

我国是世界上历史最悠久的古国之一，境内遗存大量的遗址文物，目前已经发现超过70万处。我们常见的文物保存是将文物放置于封闭的展示柜中，通过调节展示柜中的环境实现文物的长久妥善保存，但这种保存方法并不适宜于遗址文物，原因在于遗址文物与遗址所处周边自然环境一起代表人类历史活动的遗迹，根据文物保护最小干预原则，遗址文物保护应以原址保护为主，而不宜移动至展示柜中保存展出。在文物出土原址建立遗址博物馆，既能有效解决风吹、雨淋、日晒等因素所对文物的危害，又能集保护、展示、科普、教育等功能于一体，代表遗址文物保护发展趋势。目前我国已经建立遗址博物馆数百座，其中兵马俑博物馆和汉阳陵博物馆等帝王墓葬类博物馆是其中的最著名的代表，随着考古工作的广泛开展及文物保护技术的不断进步，更多的遗址、陵墓文物将被考古发掘和建馆保护。

遗址博物馆虽然能解决室外自然环境对文物的危害，但馆内遗址文物依然面临多种病害，其中霉菌是最常见的病害之一，严重危害文物本体。常见霉菌病害治理方法有紫外线照射灭杀和化学药剂喷杀两种，但这两种方法都会对文物本体造成损害，因此难以应用于文物保护领域。为了克服文物霉菌病害，一些博物馆利用富氮可以抑制霉菌繁殖的原理，将高浓度氮气充入文物封闭展示柜中，将密闭环境中氮气含量控制在95％以上，解决文物霉菌病害。该技术应用于兵马俑和汉阳陵这类遗址博物馆中时，还面临以下问题：1)遗址文物在出土原址展出，依附于土壤环境，难以创造一个密封的文物保存环境；2)室内环境温度下，高纯度氮气密度略微小于空气密度，如果直接在开放空间文物区释放高浓度氮气，氮气会向上很快逸散稀释，难以维持文物保存区所需的浓度。

针对兵马俑与汉阳陵这类葬坑类遗址博物馆文物保存需求，本发明提出一种将高浓度氮气冷却至室温以下10℃以上，使氮气密度大于室内空气密度，然后通过葬坑底部喷口送入文物保存区，从葬坑的上部回风口进行收集再循环，在坑内文物保存区形成稳定的高浓度氮气逆温层分布，实现文物保存区富氮环境的营建，拓展富氮保护方法的应用场合，解决坑式结构遗址文物出土后霉菌滋生的问题，同时该方法具有良好的运行经济性，具备大规模推广的前景。

经过对现有技术文献的检索发现，利用富氮技术在文物及物品储存方面的应用，目前已经申请的专利有：(1)专利《一种主动富氮文物保护系统》(专利申请号：2009202452826)公开了一种主针对放置密闭保护空间内文物的富氮保护方法；(2)专利《一种烟叶的富氮低氧密封贮藏养护方法》(专利申请号：2015110162045)公开了一种控制控制密闭仓内氮气浓度实现烟叶贮藏养护方法；(3)专利《用于文献资源保存的富氮低氧实验装置》(专利申请号：2015211059390)公开了一种用于密闭馆藏室文献资料富氮保护的方法，以上专利所公开的方法都是针对密闭空间所提出富氮保护方法。无法应用于兵马俑博物馆和汉阳陵博物馆这类开放葬坑中遗址文物的富氮保护。

其次，通过文献检索发现，针对葬坑内文物保存环境调控方面，目前已经申请的申请专利主要有(1)专利《一种坑式结构遗址文物隔离式保存的局部环境调控系统》(专利申请号：2012100091124)公开了一种在葬坑顶部布置送风空气幕，将葬坑局部区域隔离及温湿度调控的方法；(2)专利《一种空气伞隔离式葬坑局部环境调控系统及调控方法》(专利申请号：2014100322698)针对宽度较大的葬坑保存区公开了一种采用特殊送风口在葬坑上部分两侧送风形成空气伞的环境隔离及温度调控系统；(3)专利《一种遗址博物馆葬坑环境置换通风调控与净化保护装置》(专利申请号：2015101196733)公开了一种针对葬坑的文物保存环境的置换通风净化与环境温湿度调控技术，以上专利的共同点都是针对葬坑文物保存所提出的环境温湿度调控与大气污染气体隔离保护方法，与本发明所提的富氮灭菌在原理上在根本性差别。

因此，经过对现有技术文献的检索，没有发现利用氮气在开放式葬坑内形成富氮灭菌保护遗址文物的相关专利报道。

【发明内容】

本发明针对现有富氮灭菌系统主要针对封闭区域使用，而不能应用于开放文式文物保存区的问题，针对具有坑式结构的土遗址文物，提供一种通过富氮方法处理博物馆霉菌病害的遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统。博物馆游客区温度夏季控制在26℃左右，冬季控制在21℃左右，根据气体状态方程推算可以得知，当氮气温度比游客区温度低10℃以上时，氮气密度将大于室内空气密度，利用这一特性，将比室内游客区温度低10℃的低温氮气送入葬坑底部，可以在葬坑文物保存区形成氮气活塞流，实现氮气逆温稳定分布，在文物保存区形成一个稳定的富氮环境，满足遗址文物出土后长久妥善保存的需求。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统，包括氮气纯化机、在系统氮气浓度不足时或氮气纯化机出现故障时补充氮气的氮气浓度控制系统、控制进入遗址坑内氮气温度的氮气温度调控系统以及实现氮气在遗址坑内循环的氮气输配系统；氮气浓度控制系统和氮气温度调控系统设置于组合机箱内，组合机箱的入口与氮气纯化机的出口相连通，组合机箱的出口接送风管道，氮气纯化机的入口接回风管道；送风管道的出口位于遗址坑的底部，回风管道的入口位于遗址坑的上部。

本发明进一步的改进在于：

氮气浓度控制系统包括氮气控制开关、安装于组合机箱内部上方的氮气布气器以及布置于文物区的氮气浓度传感器，氮气布气器通过氮气控制开关与储氮罐相连通；氮气控制开关的控制端与氮气浓度传感器电连接。

氮气温度调控系统包括布置于游客区的温度传感器、安装于组合机箱内的冷却盘管以及冷却温度控制器；冷却盘管通过冷却温度控制器与制冷室外机相连，冷却温度控制器的控制端与温度传感器电连接。

氮气输配系统包括设置于组合机箱内部下方的轴流风机和氮气过滤器、送风管道和回风管道；氮气过滤器设置于轴流风机的下方，送风管道的出口处设置若干分布于遗址坑内的氮气喷口；回风管道的入口处设置有格栅回风口。

送风管道埋藏在遗址坑底部。

格栅回风口埋藏在土梁侧壁。

氮气纯化机采用布置在设备房中的变压吸附制氮机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用气体逆温层稳定分布原理，将高浓度氮气处理至低于馆内游客区温度10℃以下，直接送入文物保存局部区域，构建葬坑文物保存局部区域富氮环境，减少霉菌的滋生，可以用较小的运行代价，实现对开放时遗址博物馆文物保存环境的富氮保护，满足文物保存环境需求。

【附图说明】

图1为本发明的总体结构示意图。

其中：1-氮气纯化机；2-组合机箱；3-储氮罐；4-氮气控制开关；5-氮气布气器；6-冷却盘管；7-冷却温度控制器；8-制冷室外机；9-轴流风机；10-氮气过滤器；11-送风管道；12-氮气喷口；13-格栅回风口；14-回风管道；15-温度传感器；16-氮气浓度传感器。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统，包括氮气纯化机1、氮气浓度控制系统、氮气温度调控系统、及氮气输配系统四个部分组成的，氮气纯化机1利用变压吸附分离较高浓度的氮气；氮气浓度控制系统由布置在文物区的氮气浓度传感器16，氮气控制开关4及储氮罐3组成，负责在系统氮气浓度不足时或氮气纯化机1出现故障时，补充氮气，以达到指定的富氮浓度要求；温度调控系统由布置在游客区的温度传感器15、冷却盘管6、冷却温度控制器7；以及制冷室外机8组成，负责控制进入遗址坑内氮气温度，减少氮气逸散；氮气输配系统由轴流风机9，氮气过滤器10，送风管道11，氮气喷口12，格栅回风口13，回风管道14组成，实现氮气在遗址坑内循环，维持氮气的浓度。

氮气纯化机布置在设备房中，为变压吸附制氮机，与回风管道及组合机箱连接，用于生产纯化氮气，为整个富氮系统提供充足的高纯度氮气。组合机箱布置在设备房中，与氮气纯化机，送风管道以及储氮罐连接，用于组合安装各种氮气处理设备。储氮罐安装在设备房中，与氮气控制开关相连，用于储存纯氮，当氮气纯化机出现故障或所提供的氮气浓度达不到95％以上时，可以为辅助系统提供氮气。氮气布气器布置在组合机箱中，与储氮罐连接，用于将纯氮均匀送入组合机箱。冷却盘管安装在组合机箱中，与制冷室外机及冷却温度控制器连接，用于冷却氮气，将热量传递给制冷室外机。制冷室外机安装在设备房外，与温度控制开关及冷却盘管相连，用于驱动换热介质在冷却换热管中循环，实现制冷室外机与冷却盘管之间的热量传递，并将热量散发到室外环境中。轴流风机安装在组合机箱中，用于为循环氮气提供动力。氮气过滤器安装在组合机箱中，用于对空气进行过滤净化。送风管道埋藏在葬坑底部，与组合机箱及氮气喷口连接，用于将氮气输送至氮气喷口。氮气喷口布置在葬坑底部，与送风管连接，用于将处理好的高浓度低温度氮气均匀缓慢送入葬坑内。格栅回风口埋藏在土梁侧壁，与回风管道连接，用于将循环氮气风送回氮气纯化机进一步提纯。空气温度传感器安装在游客区，与冷却温度控制器连接，用于采集游客区温度，判断温度控制系统的运行模式，保证送入葬坑氮气温度低于博物馆游客区温度10℃以上。氮气浓度传感器安装在葬坑文物保存区，与氮气控制开关开关连接，用于采集文物区氮气浓度，判断储氮罐的运行模式，保证葬坑文物区氮气浓度大于95％。

本发明的原理：

根据布置在遗址区文物顶部的氮气浓度传感器所测得的葬坑氮气浓度参数与调控目标浓度比较，当氮气浓度达不到设定目标值(95％)时，通过开启氮气控制开关，将储氮罐中纯氮补充进组合机箱，提高送入葬坑氮气浓度，直到氮气浓度达或超过目标值，关闭氮气控制开关，停止从储氮罐中进行补氮，从而实现对氮气浓度的调节。

根据空气温度传感器所测得游客区温度参数与氮气目标温度比较，当游客区温度与氮气目标温度之间差值小于10℃时，增加冷却温度控制器的开度，提高冷却盘管对氮气的冷却效果，直到游客区温度与氮气目标温度之间差值大于12℃，停止增加冷却温度控制器的开度，从而实现对氮气温度的调节，保证富氮区温度低于游客区温度10℃以上。

将经过组合机箱处理好的氮气，经轴流风机加压及氮气过滤器处理后，送入布置在葬坑底部的氮气喷口，以低于0.2m/s的速度，缓慢而均匀的送入坑内，在坑内形成低温富氮层，然后经过格栅回风口回收循环，实现文物区域富氮要求。

本发明的工作过程：

系统运行时：氮气纯化机1压缩回收氮气，将回收氮气中的氧气去除，使氮气浓度升高至95％以上，将纯化后的氮气送入组合机箱2，当氮气纯化机1出现故障或者氮气浓度传感器16监测到文物区氮气浓度达不到95％时，储氮罐3中的氮气将通过氮气控制开关4由氮气布气器5补充进入组合机箱2，氮气在组合机箱2中将首先经过冷却盘管6进行冷却，同时冷却温度控制器7根据空气温度传感器15所测量的博物馆游客区温度，控制制冷室外机8的运行模式，实现将氮气温度降至低于馆内游客区温度10℃以下，经过降温后的氮气经过轴流风机9加压，经过氮气过滤器10去除气体中携带的杂质，获得较为纯净的氮气，流经送风管道11，从氮气喷口12以0.2m/s以下的速度缓慢而均匀送入葬坑内文物保存区，由于经过处理的氮气具有低温度高密度特性，因此可以实现富氮在坑内稳定分层分布，减少逸散，实现文物区的富氮环境。在扩散和对流等的作用下，高浓度氮气沿着葬坑高度方向浓度将会逐步降低，为了持续保持葬坑区的富氮环境，在葬坑上不布置格栅回风口13，将浓度稍低的氮气回收，通过回风管道14送入氮气纯化机1循环利用。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统，其特征在于，包括氮气纯化机（1）、在系统氮气浓度不足时或氮气纯化机（1）出现故障时补充氮气的氮气浓度控制系统、控制进入遗址坑内氮气温度的氮气温度调控系统以及实现氮气在遗址坑内循环的氮气输配系统；氮气浓度控制系统和氮气温度调控系统设置于组合机箱（2）内，组合机箱（2）的入口与氮气纯化机（1）的出口相连通，组合机箱（2）的出口接送风管道（11），氮气纯化机（1）的入口接回风管道（14）；送风管道（11）的出口位于遗址坑的底部，回风管道（14）的入口位于遗址坑的上部；

氮气浓度控制系统包括氮气控制开关（4）、安装于组合机箱（2）内部上方的氮气布气器（5）以及布置于文物区的氮气浓度传感器（16），氮气布气器（5）通过氮气控制开关（4）与储氮罐（3）相连通；氮气控制开关（4）的控制端与氮气浓度传感器（16）电连接；

氮气温度调控系统包括布置于游客区的温度传感器（15）、安装于组合机箱（2）内的冷却盘管（6）以及冷却温度控制器（7）；冷却盘管（6）通过冷却温度控制器（7）与制冷室外机（8）相连，冷却温度控制器（7）的控制端与温度传感器（15）电连接；

氮气输配系统包括设置于组合机箱（2）内部下方的轴流风机（9）和氮气过滤器（10）、送风管道（11）和回风管道（14）；氮气过滤器（10）设置于轴流风机（9）的下方，送风管道（11）的出口处设置若干分布于遗址坑内的氮气喷口（12）；回风管道（14）的入口处设置有格栅回风口（13）。

2.根据权利要求1所述的遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统，其特征在于，送风管道（11）埋藏在遗址坑底部。

3.根据权利要求1或2所述的遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统，其特征在于，格栅回风口（13）埋藏在土梁侧壁。

4.根据权利要求1所述的遗址博物馆开放式葬坑文物保存局部富氮保护系统，其特征在于，氮气纯化机采用布置在设备房中的变压吸附制氮机。

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