CN111891565A - 一种真空充氮控湿装置及真空充氮环境湿度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空充氮控湿装置，包括：气密围护，所述气密围护具有刚性结构；真空泵，其连接到所述气密围护，经配置以抽取所述气密围护中的气体；控湿装置，其连接在所述氮气气源与所述气密围护之间，配置为调节输入所述气密围护的氮气湿度；氮气气源，其与控湿装置相连，经配置以向所述气密围护提供氮气；以及控制器，其经配置以控制真空泵抽取所述气密围护中的气体，以及控制氮气气源向所述气密围护提供氮气。本发明还涉及一种真空充氮环境湿度调节方法。

Description

一种真空充氮控湿装置及真空充氮环境湿度调节方法

技术领域

本发明涉及一种控湿装置，特别地涉及一种应用于真空充氮系统的控湿装置及湿度调节方法。

背景技术

中国有着五千年悠久的历史和灿烂的文化，历朝历代均遗留下大量的珍贵文物。然而，这些珍贵物品尤其是有机质文物由于其主要成分(纤维素、半纤维素、蛋白质、淀粉和木质素)可被昆虫或微生物吸收和代谢，因而极易受到腐蚀和破坏。

研究表明，温湿度、光照、空气污染物、PH值、霉菌害虫等各种环境因素的共同作用均会加速文物档案的老化速度和受损程度。相比之下，湿度的剧烈变化对文物档案的损害更加严重，在抽真空过程中湿度会加速下降，而有机材质藏品(图书、档案等)适宜保存的湿度为40～60％RH。但是目前普遍应用的真空充氮杀虫装置都不能对湿度做出有效的调控，以至在杀虫过程中不能对有机文物带来伤害。

因此，亟需一种真空充氮装置湿度调控方法，既可有效杀虫抑菌，又能对有机材质藏品进行良好保护。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种一种真空充氮控湿装置，包括：密围护，所述气密围护具有刚性结构；真空泵，其连接到所述气密围护，经配置以抽取所述气密围护中的气体；控湿装置，其连接在所述氮气气源与所述气密围护之间，配置为调节输入所述气密围护的氮气湿度；氮气气源，其与控湿装置相连，经配置以向所述气密围护提供氮气；以及控制器，其经配置以控制真空泵抽取所述气密围护中的气体，以及控制氮气气源向所述气密围护提供氮气。

特别的，其中所述控湿装置包括加湿管路和干燥管路，所述控制器经配置控制来自所述氮气气源的氮气通过加湿管路和/或干燥管路以控制所述氮气气源的气体的比例。

特别的，其中所述氮气气源的氮气输出压力不低于10Pa，不高于100kPa。

特别的，其中所述控制器经配置以响应于所述气密围护的真空度达到第一阈值，启动氮气气源。

特别的，其中所述第一阈值为绝对压力10～30kPa。

特别的，其中所述控制器经配置以响应于所述气密围护的真空度达到第二阈值，所述控制器经配置再次控制所述真空泵抽取所述气密围护中的气体。

特别的，其中所述控制器经配置以在充氮过程中先进行两次粗调至气密围护内湿度接近预设值相差约5％，后测出气密围护内实际湿度，经过多次精调接近预设值并在最后一次充氮过程中，调整所述气密围护内的湿度为预设的湿度范围。

特别的，其中所述控制器经配置以响应于所述气密围护内的湿度变化超过预设的变化量，调整所述气密围护内的湿度为预设的湿度范围。

特别的，其中所述控制器经配置以响应于所述气密围护的气压值高于预设值，所述控制器经配置控制所述真空泵先抽取所述气密围护中的气体至气压值等于预设值。

特别的，其中所述控制器经配置以响应于所述气密围护的氧浓度高于预设值，所述控制器经配置控制氮气气源对气密围护重新进行气体置换和湿度控制。

本申请进一步包括一种真空充氮环境湿度调节方法，包括：抽取气密围护中的气体；响应于所述气密围护的真空度达到第一阈值，启动氮气气源经过控湿装置；利用所述氮气气源向所述气密围护提供氮气至第二阈值；再次抽取气密围护中的气体至第一阈值；基于预设的湿度范围，第二次调整所述氮气的湿度；检测气密围护内实际湿度，经过多次精调接近预设值并在最后一次充氮过程中，调整所述气密围护内的湿度为预设的湿度范围。

特别的，所述方法进一步包括：响应于所述气密围护内的湿度变化超过预设的变化量，调整所述气密围护内的湿度为预设的湿度范围。

本发明所述的真空充氮控湿装置和控湿方法可以对气密围护内的湿度进行精准的调控，不仅可实现杀虫操作，且注重对有机文物的保护操作。在初始阶段，通过多次分步调节，能将气密围护内湿度参数调整至预设值。然后，在后续维持阶段也能实时监控气密围护内湿度等环境参数，以进行动态维持。两个调整过程都能实现高精度调整。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的真空充氮控湿装置结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的真空充氮控湿装置结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施例一种真空充氮环境湿度调节方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

本发明提出一种真空充氮控湿装置。图1是根据本发明的一个实施例的真空充氮控湿装置结构示意图。如图1所示，真空充氮控湿装置包括：氮气发生装置1、加湿电磁阀2、干燥电磁阀3、加湿装置4、气密围护5、压力检测装置6、湿度检测装置7、抽气电磁阀8、真空泵9、控制器10、触摸屏11以及排气电磁阀12。其中，加湿电磁阀2、干燥电磁阀3和加湿装置4共同构成控湿装置。

氮气发生装置1是一种氮气气源，配置为真空充氮控湿装置提供高纯度氮气。所述氮气发生装置1的氮气输出压力不低于10Pa，不高于100kPa。

氮气发生装置1的出气口分别连接至加湿电磁阀2和干燥电磁阀3，其中加湿电磁阀2和干燥电磁阀3分属两条不同管路，加湿电磁阀2和加湿装置4构成加湿管路，干燥电磁阀3构成干燥管路。加湿电磁阀2、干燥电磁阀3和加湿装置4共同构成控湿装置，其具有加湿或除湿两种功能。加湿电磁阀2连接至加湿装置4，加湿装置4与干燥电磁阀3的出气口连接至气密围护5。加湿装置4的加湿方法包括但不限于管路加湿、超声波加湿、电极式加湿等。在一些实施例中，加湿装置4内可配置消毒灭菌棒等，来保证水的洁净度，并需定期更换。在一些实施例中，加湿装置4出口管径与进口管径相同或稍大。

在一些实施例中，气密围护5是真空柜。所述的控湿装置，其中气密围护5是能够承受负压的刚性结构。气密围护5上设置有压力检测装置6和湿度检测装置7。其中压力检测装置6能够检测气密围护结构内的真空度，在一些实施例中，压力检测装置6的量程为10～100000Pa(绝对压力)，并且可以将检测结果传给控制器。所述的湿度检测装置能够实时监测气密围护结构内的相对湿度变化，并将检测结果上传至控制器。在一些实施例中，湿度检测装置7、压力检测装置6可输出4-20mA模拟量或数字量等信号。

气密围护5上还设置有排气电磁阀12和抽气电磁阀8。抽气电磁阀8连接有真空泵9。

氮气发生装置1、加湿电磁阀2、干燥电磁阀3、压力检测装置6、湿度检测装置7、抽气电磁阀8、真空泵9和排气电磁阀12都连接至控制器10。其中，控制器10是一种可编程控制器。控制器10连接至触摸屏11，操作人员通过触摸屏11，设定气密围护5内的预设气压、湿度等环境参数，控制器10接受指令后逐步实现气密围护5内环境达到预期值。这里所设定的气密围护内气压值为第一阈值，其中控制器10经配置以响应于所述气密围护的真空度达到第一阈值，启动氮气气源，所述第一阈值为绝对压力10～30kPa。具体视实际需求而定。操作人员还可以通过触摸屏11设定气密围护第二阈值，当气密围护内绝对压力达到第二阈值时，氮气气源停止向气密围护结构内充氮气，其中所述的氮气已经过湿度调节。所述第二阈值为40～80kPa。通过数次抽真空、充氮气，控制器10通过多次调节使得围护结构内的湿度、氧含量及压力值达到预期。

下面结合图1进一步阐述装置的控湿原理。

如图1所示，所述装置采用并联控湿系统，即通过控制加湿与干燥管路通断对进入气密围护5内的氮气湿度进行调节。

如图1所示控湿系统，其运行步骤如下：

首先，在触摸屏11设定相关参数，如第一阈值(抽气真空度)、第二阈值(充氮真空度)、抽气充氮次数、预设气压、湿度等参数。然后，启动系统设备，压力检测装置6、湿度检测装置7将检测到的信号上传至控制器10，控制器10将压力值、湿度值上传至触摸屏11进行实时显示；控制器10依据程序进行抽真空操作，开启抽气电磁阀8及真空泵9，至真空度达到设定第一阈值后，关闭抽气电磁阀8及真空泵9。

充氮期间，控制器会根据预设湿度和气密围护5内当前湿度计算出前两次充氮过程中每次充入的氮气需要经过加湿管路和/或干燥管路的时间，以控制出入氮气的干湿比例。然后控制器10会控制氮气发生装置1向气密围护5充氮，此次充氮的目的既是对湿度的第一次粗调，也是为了降低氧含量，并为再次抽真空做准备。此次充氮过程的氮气经由加湿管路和/或干燥管路进入气密围护5内。当气密围护5内真空度达到第二阈值时，停止充氮并再次对气密围护5抽真空，使其气压达到第一阈值。此时气密围护5内的气压为第一阈值，湿度为第一次粗调后的湿度值。

接下来，控制器10会根据前述计算结果对气密围护进行第二次充氮。控制器10会控制氮气发生装置1向气密围护5充氮，此次充氮的目的既是对湿度的第二次粗调，也是为了降低氧含量，以达到更低的氧气浓度。此时气密围护5内的湿度为第二次粗调后的湿度值，与湿度设定值相差在5％以内。

粗调过程中，氮气经过加湿管路或干燥管路后，其气体湿度值为定值，故其与气密围护5内气体混合后湿度可经计算得出。控制器10可根据当前湿度和预设湿度选择两次粗调时应通过气体的时间。通过前两次的粗调会将气密围护5内湿度调整至与湿度设定值相差在5％以内。

接下来，控制器10会检测当前湿度，根据当前湿度和预设湿度之间的差计算加湿充氮的次数，计算的加湿充氮次数为精调过程的次数，其中充氮次数与湿度差大小正相关。一般地，加湿充氮次数为1～3次。控制器10再根据气密围护5内湿度检测结果和预设湿度的差值，调整并联管路的加湿或非加湿阀门的启闭；即当检测到气密围护5内湿度低于设定值时，控制器10启动氮气发生装置1、加湿电磁阀2，通过加湿装置4进入气密围护5；反之，将打开干燥管路进行降湿。

精调调整过程中，湿度检测装置7检测气密围护5内实际湿度值，后根据当前湿度值与预设湿度再次精确调整气密围护5内湿度，并在最后一次加湿充氮过程中通过对输入氮气湿度的调整将所述气密围护内的湿度调至预设的湿度范围。依程序进行如上所述的抽气充氮操作，并调节气密围护5内湿度等参数，直至气密围护5内空气环境合格后停机。此时气密围护5内湿度值已达到预设湿度，检测气密围护5内气压值，当其大于预设气压时，开启抽气电磁阀8及真空泵9，将气压值降低至预设值。当其小于预设气压时，开启氮气发生装置1，控制器10会在此通过上述精细调整过程控制氮气经过加湿和/或干燥管路将气压值升高至预设值的同时维持气密围护内湿度值为预设值。

在一些实施例中，预设气压为常压，湿度调节完成后，当气密围护5内气压大于常压时，开启排气电磁阀12，将气压值降低至常压。当其小于常压时，开启氮气发生装置1，控制器10在此通过上述精细调整过程控制氮气经过加湿和/或干燥管路维持气密围护内湿度值为预设值的同时将气压值升高至常压。

然后，装置进入维持阶段。当气密围护5内湿度值低于或高于预设值时，可通过上述抽真空充氮气的方法重新对气密围护结构内的气体进行置换。在一些实施例中，若湿度不合格，则依据湿度设定值，开启氮气发生装置1、加湿电磁阀2或干燥电磁阀3、排气电磁阀12，继续进行开环湿度调控，直至湿度合格，系统停机。

在充氮或维持阶段，如果湿度值已经达到预设湿度但氧气含量未达到设定值，控制器10会再次启动真空泵和氮气气源进行抽真空和充氮气动作直至将气密围护5内氧气含量调整至预设值。当湿度值和氧含量均已经达到预设值但气压值低于预设气压时，控制器10会控制氮气发生装置1、加湿电磁阀2或干燥电磁阀3开启，通过前述方法提升气压的同时，维持气密围护5内湿度和氧气含量不变。由于此时湿度值符合预设需求，因此在调整过程中只需进行精调过程即可。

如图1所示，加湿阀2与干燥阀3可选用比例调节阀、角度阀等，根据气密围护5内湿度的检测结果，通过控制器10控制各自的开度，动态调节加湿氮气与非加湿氮气的流量比例；或者采用PID调控技术调节加湿阀2与干燥阀3的启停频率，实现气密围护5内湿度的精准调控。

在一些实施例中，本发明所述真空充氮控湿装置，为了进一步保持气密围护5内气压或氧浓度，需要定期重复上述抽气充氮的过程。在一些实施例中，气密围护5内的氧浓度也是气密围护5内气氛所述真空充氮控湿装置中还进一步包括氧浓度检测装置。氧浓度检测装置用于检测真空充氮控湿装置内氧气浓度。当气密围护5内氧浓度高于所设置阈值时，真空充氮控湿装置会在此重复上述抽气充氮的过程以降低气密围护5内氧浓度。

本发明提出另一种真空充氮控湿装置。图2是根据本发明的一个实施例的并联控湿真空充氮控湿装置结构示意图。如图2所示，真空充氮控湿装置包括：氮气发生装置21、加湿电磁阀22、加湿装置24、气密围护25、压力检测装置26、湿度检测装置27、抽气电磁阀28、真空泵29、控制器30、触摸屏31以及排气电磁阀32。相较图1的实施例相比，图2的实施例做出一定程度的简化，不包含干燥电磁阀。其中，控制器30是一种可编程控制器。

图2所示结构调节过程略有不同，其中与图1所示结构相同或相近部分在此不再赘述。加湿装置24可将氮气加湿到固定湿度。当气密围护25内的湿度高于或低于所设定的阈值时，控制器30控制开启氮气气源21、加湿电磁阀22、加湿装置24和排气电磁阀32。当固定湿度的氮气进入气密围护25内，可以将气密围护25内置换至所设定的阈值。

如图2所示，管路更加简单。当需要对进入真空气密围护5内的气体湿度进行调节时，直接通过控制器30调控控湿装置24的工作状态或输出频率；调控方法包括但不仅限于内部加湿装置的直接通断控制、加湿装置24变频调节或PID调节等形式，以实现气密围护25内湿度比较精确地调控。

本发明还涉及一种真空充氮环境湿度调节方法，如图3所示，在设备启动之前，在触摸屏上设置第一压力阈值、第二压力阈值、预设气压、预设湿度、氧含量及回差等参数，然后设备按以下步骤进行，包括：

步骤301：抽取气密围护中的气体，使气密围护中的压力降至第一压力阈值。其中所述第一阈值为绝对压力10～30kPa。在一些实施例中，抽气设备为真空泵。

步骤302：响应于所述气密围护的真空度达到第一阈值，启动氮气气源经过控湿装置。在一些实施例中，控湿装置包括：加湿电磁阀、加湿装置和干燥电磁阀。通过调整氮气通过加湿支路和/或干燥支路时间以调整氮气干湿比例。

步骤303：利用所述氮气气源向所述气密围护提供氮气至第二阈值。气发生装置经过控湿装置向气密围护充氮。这一步的目的是第一次湿度粗调。

步骤304：再次抽取气密围护中的气体至第一阈值。这里的目的是再次除氧，此时气密围护内湿度不变。

步骤305：对气密围护进行第二次充氮。氮气发生装置经过控湿装置再次向气密围护充氮，此次充氮的目的既是对湿度的第二次粗调，也是为了降低氧含量，以达到更低的氧气浓度。

在一些实施例中，在步骤301之前会根据预设湿度和气密围护内当前湿度计算出前两次充氮过程中每次充入的氮气需要经过加湿管路和/或干燥管路的时间以控制充入氮气的干湿比例。

粗调过程中，氮气经过加湿管路或干燥管路后，其气体湿度值为定值，故其与气密围护5内气体混合后湿度可经计算得出。控制器10可根据当前湿度和预设湿度选择两次粗调时应通过气体的时间。通过前两次的粗调会将气密围护5内湿度调整至与湿度设定值相差在5％以内。

步骤306：检测气密围护内实际湿度，经过多次精调接近预设值并在最后一次充氮过程中，调整所述气密围护内的湿度为预设的湿度范围。

在一些实施例中，所述的方法进一步包括：

步骤307：调整气密围护内气压至预设气压值。在一些实施例中，检测气密围护内气压值，当其大于预设气压时，再次抽取气密围护内气体，将气压值降低至预设值。当其小于预设气压时，再次启动氮气气源经过控湿装置，通过前述方式控制氮气经过加湿和/或干燥管路将气密围护内湿度维持在预设范围内，并将气压值升高至预设值。

在一些实施例中，所述的方法进一步包括：

步骤308：响应于所述气密围护内的湿度或者氧气含量变化超过预设的变化量，通过前述方法调整所述气密围护内的湿度或氧含量为预设的范围。

在一些实施例中，本方法可以应用在前述真空充氮控湿装置。

本方法可以对真空充氮装置的湿度进行精准的调控，提供湿度适宜、稳定的低氧环境，不仅可实现杀虫操作，且注重对有机文物的保护。首先，在初始阶段，通过多次分步调节，能将气密围护内湿度、氧含量等参数调整至预设值。然后，在后续维持阶段也能实时监控气密围护内气体环境参数，以进行动态维护。两个调整过程都能实现高精度调整。所述的充氮控湿装置和方法采用同步调控模式实现气密围护内氧含量与湿度的同步调节，整个装置和调控过程可以通过触摸屏进行操控和监控，操作简单。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (12)

1.一种真空充氮控湿装置，包括：

气密围护，所述气密围护具有刚性结构；

真空泵，其连接到所述气密围护，经配置以抽取所述气密围护中的气体；

控湿装置，其连接在所述氮气气源与所述气密围护之间，配置为调节输入所述气密围护的氮气湿度；

氮气气源，其与控湿装置相连，经配置以向所述气密围护提供氮气；以及

控制器，其经配置以控制真空泵抽取所述气密围护中的气体，以及控制氮气气源向所述气密围护提供氮气。

2.根据权利要求1所述的真空充氮控湿装置，其中所述控湿装置包括加湿管路和干燥管路，所述控制器经配置控制来自所述氮气气源的氮气通过加湿管路和/或干燥管路以控制所述氮气气源的气体的比例。

3.根据权利要求1所述的真空充氮控湿装置，其中所述氮气气源的氮气输出压力不低于10Pa，不高于100kPa。

4.根据权利要求1所述的真空充氮控湿装置，其中所述控制器经配置以响应于所述气密围护的真空度达到第一阈值，启动氮气气源。

5.根据权利要求4所述的真空充氮控湿装置，其中所述第一阈值为绝对压力10～30kPa。

6.根据权利要求1所述的真空充氮控湿装置，其中所述控制器经配置以响应于所述气密围护的真空度达到第二阈值，所述控制器经配置再次控制所述真空泵抽取所述气密围护中的气体。

7.根据权利要求6所述的真空充氮控湿装置，其中所述控制器经配置以在充氮过程中先进行两次粗调至气密围护内湿度接近预设值相差约5％，后测出气密围护内实际湿度，经过多次精调接近预设值并在最后一次充氮过程中，调整所述气密围护内的湿度为预设的湿度范围。

8.根据权利要求1所述的真空充氮控湿装置，其中所述控制器经配置以响应于所述气密围护内的湿度变化超过预设的变化量，调整所述气密围护内的湿度为预设的湿度范围。

9.根据权利要求1所述的真空充氮控湿装置，其中所述控制器经配置以响应于所述气密围护的气压值高于预设值，所述控制器经配置控制所述真空泵先抽取所述气密围护中的气体至气压值等于预设值。

10.根据权利要求1所述的真空充氮控湿装置，其中所述控制器经配置以响应于所述气密围护的氧浓度高于预设值，所述控制器经配置控制氮气气源对气密围护重新进行气体置换和湿度控制。

11.一种真空充氮环境湿度调节方法，包括：

抽取气密围护中的气体；

响应于所述气密围护的真空度达到第一阈值，启动氮气气源经过控湿装置；

利用所述氮气气源向所述气密围护提供氮气至第二阈值；

再次抽取气密围护中的气体至第一阈值；

基于预设的湿度范围，第二次调整所述氮气的湿度；

检测气密围护内实际湿度，经过多次精调接近预设值并在最后一次充氮过程中，调整所述气密围护内的湿度为预设的湿度范围。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：响应于所述气密围护内的湿度变化超过预设的变化量，调整所述气密围护内的湿度为预设的湿度范围。

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