CN108523539A - 一种用于文物保存环境的制氮调湿系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体加湿领域，具体涉及一种用于文物保存环境的制氮调湿系统。本发明通过制氮调湿系统从空气中分离出所需的氮气并进行主动式调湿处理，加湿后水分子极小，可完全融入气体而不会产生液滴，通过智能控制系统使干燥气体变为湿度值从0‑80％可调的气体，通过对制氮装置和调湿装置的统一控制从而满足保存文物微环境的控制要求。本发明针对不同的文物保存微环境对湿度的要求，可通过文物保存环境的制氮调湿系统持续提供所需氮气，同时输入不同湿度的气体置换保存环境的气体，使微环境既满足低氧状态又能保持适宜的湿度要求。解决了目前市场上现有的充气低氧设备的气体来源不稳定导致环境控制不持续以及不精确的问题。

Description

一种用于文物保存环境的制氮调湿系统

技术领域

本发明涉及气体加湿领域，具体涉及一种用于文物保存环境的制氮调湿系统。

背景技术

氮气是一种无色无味的气体，是空气中主要组成部分，具有良好的化学稳定性，在常温、常压下，不与其他物质发生化学反应。氮气作为保护性气体，能有效保护有机质文物中的书籍字画、纺织品、粮食、漆木器、皮革、尸体、骨质文物、象牙制品、无机质类文物中彩绘陶器、铁器以及其他带有彩绘的文物不被氧化；同样，惰性气体与氮气类似，也可以用于文物保护领域，它们的作用日益被文物保护领域的专家学者所关注，并在文物保护领域得到应用。

有资料介绍，美国的“独立宣言”就密封于氮气环境中永久保护，意大利和法国十多年前就成功的将充氮气降氧技术应用于文物保护；近年来，北京市文物研究所、湖北省荆州市博物馆等单位先后利用充氮降氧技术在文物保护方面做了一些有益的工作，取得较为满意的结果。

“氮气置换空气保护文物”的氮气为干燥氮气，这样经过干燥氮气置换空气的文物保存环境相对湿度很低，不能满足文物对湿度的要求。在文物保存环境中，湿度的调控对文物的保存起着重要作用，如果湿度不适合，将给文物带来较大破坏，这种破坏分为物理破坏、化学破坏、生物破坏。

专利CN206311982U提供了一种“氮气调湿装置”，用于调节输送到文物展柜中的氮气的湿度，但是现有的调湿系统不仅湿度控制模式较为单一，而且氮气来源一般采用储气瓶，这样就需要定期更换，导致在更换的过程中对文物存储环境中氮气的湿度、含量的调节缺乏持续性，工作量较大，且对环境的稳定性造成影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于文物保存环境的制氮调湿系统，用以解决现有技术中气源不稳定导致对文物存储环境的控制缺乏持续性且环境稳定性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于文物保存环境的制氮调湿系统，包括调湿单元，所述调湿单元包括加湿支路，以及用于连接干燥氮气的氮气入口和用于连接文物展柜的氮气出口，所述氮气出口用于输出预设湿度的氮气，所述调湿单元还设置有用于湿度调节的控制器，还包括用于从空气中分离氮气的膜制氮单元，所述膜制氮单元的输出口连接所述调湿单元的氮气入口。

进一步的，所述调湿单元包括与所述加湿支路并联的不加湿支路，所述调湿单元将所述加湿支路与不加湿支路的氮气混合后输送到所述氮气出口。

进一步的，所述控制器还控制所述膜制氮单元，包括：所述控制器采样连接用于采样所述膜制氮单元输出的流量传感器，所述控制器控制连接用于调节所述膜制氮单元输出的流量调节阀。

进一步的，所述加湿支路设置有加湿器，所述加湿器包括气体进口、气体出口和进水口。

本发明的有益效果是：通过制氮调湿系统从空气中分离出所需的氮气并进行主动式调湿处理，加湿后水分子极小，可完全融入气体而不会产生液滴，通过智能控制系统使干燥气体变为湿度值从0-80％可调的气体，通过对制氮装置和调湿装置的统一控制从而满足保存文物微环境的控制要求。

本发明针对不同的文物保存微环境对湿度的要求，可通过文物保存环境的制氮调湿系统持续提供所需氮气，同时输入不同湿度的气体置换保存环境的气体，使微环境既满足低氧状态又能保持适宜的湿度要求。解决了目前市场上现有的充气低氧设备的气体来源不稳定导致环境控制不持续以及不精确的问题。

附图说明

图1是本发明系统结构框图；

图2是本发明系统的连接示意图；

图3是现有的调湿系统示意图；

附图中：J1为针阀；G1为过滤器；Y1和Y2为压力表；JYI为Ⅰ级减压阀；JY2为Ⅱ级减压阀；A1和A2为安全阀；PTL为压力变送器；BL1和BL2为比例流量阀；LL1和LL2为流量变送器；JSQ为加湿器；DX1和DX2为单向阀；STL为湿度变送器；A为空压机；B为散热器；NM-Co7F为膜组；C为氮气缓冲罐；ASC200-08S为针阀；S1为水箱；B1为水泵；HHQ为加湿器；DCF1、DCF2、DCF3和DCF4均为电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

在文物保存环境中，湿度的调控对文物的保存起着重要作用，如果湿度不适合，将给文物带来较大破坏，这种破坏分为物理破坏、化学破坏、生物破坏。

现有的调湿系统处理的氮气来源一般存储在存储器件中，例如储气罐或者储气瓶，这样就需要定期更换储气装置，而在更换的过程中，文物保存环境的稳定性就得不到保证。

本发明考虑从空气分离出氮气从而获取持续的氮气来源，但是传统的空气分离装置一般体型较大，耗能高，使用过程中会产生振动和噪声，不适用于文物保存环境的要求，因此本发明采用小型化后的膜制氮装置进行空气分离进行制氮。

本发明为了克服现有技术不足，提供了一种用于文物保存环境的制氮调湿系统，如图1所示，以氮气为例，制氮调湿系统包括控制单元，控制单元连接膜制氮单元以及调湿单元；膜制氮单元将输入的空气进行分离处理，将分离后得到的氮气输送到调湿单元，调湿单元对氮气进行湿度调节，然后将氮气输送到文物展柜当中。在此过程中，控制单元获取文物展柜中的湿度情况以及膜制氮单元的制氮情况(例如流量、氮气纯度等)，同时还获取调湿单元中氮气的湿度、流量以及压力大小，控制单元根据获取到的各项数据对膜制氮单元以及调湿单元进行控制调节，使文物展柜中的湿度满足要求。调湿单元对输入的干燥氮气进行主动式调湿处理，加湿后水分子极小，可完全融入氮气而不会产生液滴，通过智能控制系统使干燥氮气变为湿度值从0-80％可调的氮气，满足保存文物微环境的控制要求。

控制器监测控制膜制氮装置的流量传感器、氮气纯度传感器、电磁阀以及空压机的启停；可根据需求氮气流量的大小自动控制空压机的启停，氮气纯度未达到合格标准时，自动从废气管中排出；空压机在膜分离器前端，流量传感器、氮气纯度传感器、电磁阀分别在膜分离器后端。

空气经膜制氮单元制得符合氮气纯度要求的低压氮气；氮气直接进入到调湿单元进行湿度调节，湿度满足设定值后，送到文物展柜，进行其内部空气置换，以满足文物储存环境。控制单元负责膜制氮单元的启停、控制纯度合格的氮气恒定输出及各种运行参数的监控，同时实时控制调湿单元进行湿度调节，并监控各参数。

针对不同的文物保存微环境对湿度和含氧量的要求，用户可通过文物保存环境的制氮调湿系统输入不同湿度的氮气置换保存环境的空气，使微环境既满足低氧状态又能保持适宜的湿度要求。着重解决了目前市场上现有的充氮低氧设备的氮气来源不持续导致文物保存环境控制不稳定、工作量大等问题。

制氮调湿设备气路连接图如图2所示，原料空气经无油空压机压缩至0.65～0.85MPa，经过后部冷却器强制风冷，冷却后的压缩空气进一步经精过滤器除去粉尘颗粒和水分；进入膜组(NM-C07F)实现氮氧分离，得到纯度符合要求的氮气，经减压阀减压后，存储到氮气缓冲罐内。

缓冲罐中的氮气经Ⅰ级减压阀减压至0.5MPa左右，再经Ⅱ级减压阀减压至0.15MPa左右，Y1为I级减压阀的压力表，Y2为Ⅱ级减压阀的压力表；然后分为两道管路，一路经比例流量阀BL1调节合适的流量，进入加湿器进行高度加湿，得到的高湿气体与另外一路一定流量的干燥气体进行混合，即加湿氮气与干燥氮气按照一定的流量比例混合，达到湿度满足使用要求的氮气。控制系统采用PID闭环控制方式，即实时采集氮气纯度、湿度值，并根据氮气纯度经过内部控制算法实时改变进气、出气压力以及排除不合格氮气，并根据湿度值经过内部控制算法实时调节比例流量阀(BL1和BL2)的开度大小的比例；最终得到纯度、湿度合适的氮气。

本发明中的调湿系统可以根据具体结构有多种实施方式，如图3所示为一种调湿系统的连接图，系统气路图如图3所示，打开针阀J1，经过制氮装置获得的满足纯度的氮气经过滤器G1过滤后经Ⅰ级减压阀JY1减压至0.5MPa左右，再经Ⅱ级减压阀JY2减压至0.15MPa左右，然后分为两道管路，一路经比例流量阀BL1调节合适的流量，进入加湿器JSQ进行高度加湿，得到的高湿气体与另外一路一定流量的干燥气体进行混合，输出端的湿度变送器STL实时将采集的湿度值信号放大后反馈给控制系统PLC，与指令信号比较，采用PID闭环控制，将经控制算法计算后的控制量发给比例流量阀，调节比例流量阀BL1和BL2的开度大小比例，达到动态调节湿度值，使输出端的湿度值达到控制面板所设定的湿度值。

本发明系统中调湿单元采用膜渗透工艺，加湿后水分子极小，可完全融入氮气而不会产生液滴。这种加湿工艺克服了传统的超声波、高压雾化、离心式存在的加湿颗粒大、有粉尘、水气易凝为液滴、不稳定等缺点，保证加湿同时不影响氧浓度。

传统的超声波、高压雾化、离心式加湿技术采用开环控制技术，仅控制加湿量来实现加湿效果，加湿精度低，本发明采用先进的PID闭环控制技术，即通过末端湿度传感器实时采集湿度信号，反馈至控制系统，根据控制算法，实时调节比例流量阀的开口度控制气体流量，达到动态调节湿度值；使输出端的湿度值达到控制面板所设定的湿度值，提高了加湿精度。

本发明可以就地取材，将空气进行分离，分离后获取的氮气输送到调湿单元，调湿单元对输入的干燥氮气进行主动式调湿处理，针对不同的微环境，用户可对输入的氮气设置不同的湿度、流量等参数；使氮气的湿度可调范围为：0-80％RH，且精度高，气体流量为：≤200NL/min；膜渗透加湿后水分子极小，可完全融入氮气而不会产生液滴；氮气调湿装置的输入气体压强≤0.15MPa，输出气体压强≤0.1MPa，保证了文物和使用者的安全；PID闭环控制结构简单，计算量小，需要整定的参数少，参数调整方便。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式，例如采用其他形式的调湿装置，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于文物保存环境的制氮调湿系统，包括调湿单元，所述调湿单元包括加湿支路，以及用于连接干燥氮气的氮气入口和用于连接文物展柜的氮气出口，所述氮气出口用于输出预设湿度的氮气，所述调湿单元还设置有用于湿度调节的控制器，其特征在于：还包括用于从空气中分离氮气的膜制氮单元，所述膜制氮单元的输出口连接所述调湿单元的氮气入口。

2.根据权利要求1所述的一种用于文物保存环境的制氮调湿系统，其特征在于：所述调湿单元包括与所述加湿支路并联的不加湿支路，所述调湿单元将所述加湿支路与不加湿支路的氮气混合后输送到所述氮气出口。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于文物保存环境的制氮调湿系统，其特征在于：所述控制器还控制所述膜制氮单元，包括：所述控制器采样连接用于采样所述膜制氮单元输出的流量传感器，所述控制器控制连接用于调节所述膜制氮单元输出的流量调节阀。

4.根据权利要求3所述的一种用于文物保存环境的制氮调湿系统，其特征在于：所述加湿支路设置有加湿器，所述加湿器包括气体进口、气体出口和进水口。