CN111896682A - 一种多舱法voc释放量测定气候舱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多舱法VOC释放量测定气候舱，包括机箱和洁净气体发生装置，所述机箱设有前箱体和、后箱体，前箱体中六个实验舱和夹套控温系统，前箱体正面设有压力调节阀，所述实验舱的舱门上设有取样管，实验舱后侧的后箱体内设有干湿气混合湿度调节系统和数控采集系统；所述机箱一侧设有电控机械室，电控机械室中设有逻辑控制系统、制冷系统和人机交互系统；所述洁净气体发生装置连接干湿气混合湿度调节系统和电磁阀流量调节控制系统，干湿气混合湿度调节系统连接实验舱，实验舱连接数控采集系统。本发明与现有技术相比的优点是：完全满足国标中规定的本底浓度要求；较低的能耗；节省脱附时间提高设备的使用效率。
Description
技术领域
本发明涉及VOC释放量测定设备，尤其涉及一种多舱法VOC释放量测定气候舱。
背景技术
近年来，国家发布了一系列甲醛、TVOC浓度限量的标准，但是，市面上的有毒有害气体释放量检测舱本底浓度不能满足各大科研机构、企业院校、检测机构的要求，无法分析出材料中挥发性有机物的释放量。因此，研发一种多舱法VOC释放量测定气候舱，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述不足，提供了一种多舱法VOC释放量测定气候舱。
本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种多舱法VOC释放量测定气候舱，包括机箱和洁净气体发生装置，
所述机箱设有前箱体和后箱体，前箱体中六个实验舱和夹套控温系统，前箱体正面设有压力调节阀，所述实验舱的舱门上设有取样管，实验舱后侧的后箱体内设有干湿气混合湿度调节系统和数控采集系统；所述机箱一侧设有电控机械室，电控机械室中设有逻辑控制系统、制冷系统和人机交互系统；
所述洁净气体发生装置连接干湿气混合湿度调节系统，干湿气混合湿度调节系统连接实验舱，实验舱连接数控采集系统，所述干湿气混合湿度调节系统、数控采集系统、制冷系统通过逻辑控制系统与人机交互系统连接。
进一步地，所述洁净气体发生装置包括壳体，壳体内设有依次连接的空气焚烧净化器、散热器、不锈钢微粒过滤器、无油气泵、除湿器、二级活性炭过滤器、一级不锈钢微粒棉过滤器，所述空气焚烧净化器顶部设有进气口；洁净气体发生装置的工作原理：洁净空气系统抽取室外空气进行高温焚烧，除去空气中有毒有害气体，经过散热器（蒸发器）降温后，通过过滤装置，除去空气中的杂质，在除湿器（冷凝管）中除湿，从而将洁净无污染，干燥低湿的空气供应给设备使用。
进一步地，所述夹套控温系统包括循环风机、加热器、导风板、夹套排气阀、夹套循环冷却风机，以及前箱体中实验舱外部的循环风道，所述循环风机固定于前箱体侧壁，并位于电控机械室内；所述加热器固定在循环风道中，所述夹套排气阀、夹套循环冷却风机设置在循环风道顶侧的机箱顶部。
进一步地，所述干湿气混合湿度调节系统包括组合式加湿器和电磁阀流量调节控制系统，洁净气体发生装置产生的洁净空气通过六路气体质量流量计精确控制每个舱的流量供给，每个实验舱流量计出口的洁净干燥空气分为两路，一路是干燥气体直接送进实验舱内，一路通过电磁阀流量调节控制系统控制，送入组合式加湿器的加湿水箱内进行湿润；根据仪表PID调节控制湿气电磁阀的开启时间，使得干湿空气按一定的比例在实验舱内混合，从而控制实验舱内湿度。
实验舱的湿度调节方式采用干湿气体混合的方式调节。洁净空气由分流器将一路空气分流为六路空气。六路空气连接到个实验舱的气体质量流量计进口，气体质量流量计根据触摸屏上设置的流量通过PID调节，将恒定流速的空气送入湿度调节装置。一路空气进入舱内，一路空气经过电磁阀进入空气湿润装置，通过PID调节控制电磁阀的通断时间控制干湿气体的混合比例，从而控制实验舱的舱内湿度。
湿度测量技术：由于本设备试验后舱内残留有毒有害气体，使得本底浓度较高，所以必须采用高温脱附的方式除去舱内有害气体的残留。由于大部分高精度湿度传感器无法耐受高达摄氏度的高温，所以根据空气等焓原理间接测量计算出舱内湿度，通过计算常温下空气的绝对含湿量，再根据舱内实际温度求出实验舱内湿度，具体步骤如下：
Step1：
由水蒸汽饱和蒸汽压方程，从状态点1的干球温度得水蒸气当前温度下饱和蒸汽压：
Step2：
由相对湿度定义：
得出水蒸汽分压：
Step3：
由含湿量计算公式得含湿量：
Step4：
则状态点2含湿量确定；
则由状态点2的干球温度和含湿量，可确定相对湿度；
Step5：
由饱和蒸汽压方程求出状态2点的饱和水蒸汽压（干球温度下）；
Step6：
由含湿量方程反带入求出水蒸汽分压：
可得出水蒸汽分压力：
Step7：
按照相对湿度定义即可以求出：
进一步地，所述数控采集系统包括六个空气质量流量计、六个压力传感器、六个湿度传感器、六个温度传感器，六个空气质量流量计分别设置在分流器和控湿电磁阀之间的六条管道上，六个压力传感器、六个湿度传感器和六个温度传感器固定在机箱的后箱体内部，并分别连接至六个实验舱。
进一步地，所述逻辑控制系统包括PLC 和接触器，所述人机交互系统连接PLC，PLC连接中间继电器，中间继电器连接接触器，接触器连接各个用电设备。
进一步地，所述制冷系统包括制冷机组、冷凝器、干燥过滤器、蒸发器、恒温水箱、循环水泵和补水系统，所述制冷机组、冷凝器、干燥过滤器、蒸发器、恒温水箱、循环水泵依次连接，所述补水系统连接恒温水箱。
进一步地，所述人机交互系统设有集成电路板和触摸屏，触摸屏连接集成电路板。
本发明与现有技术相比的优点是：
1、完全满足国标中规定的本底浓度要求：23℃条件下，甲醛本底浓度≤0.006mg/m3，TVOC本底浓度≤0.02mg/m3，单体VOC本底浓度≤0.002mg/m3。
2、较低的能耗，充分利用制冷系统排气余热对恒温系统平衡调控，SCR无级性风量调节循环风速，实现较低的运行功率。响应国家节能环保的号召。
3、快速高效的脱附系统。节省脱附时间提高设备的使用效率，为客户创造更多的价值。
4、更洁净的空气发生装置，使得本底浓度低于国标要求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中洁净气体发生装置的结构示意图。
图3是本发明中夹套控温系统的结构示意图。
图4是本发明中干湿气混合湿度调节系统的结构示意图。
图5是本发明中数控采集系统的结构示意图。
图6是本发明中电控机械室的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详述。
如图1至图6所示，一种多舱法VOC释放量测定气候舱，包括机箱1和洁净气体发生装置2，
所述机箱1设有前箱体和后箱体，前箱体中六个实验舱3和夹套控温系统4，前箱体正面设有压力调节阀5，所述实验舱3的舱门上设有取样管301，实验舱3后侧的后箱体内设有干湿气混合湿度调节系统6和数控采集系统7；所述机箱1一侧设有电控机械室8，电控机械室8中设有逻辑控制系统9、制冷系统10和人机交互系统11；
所述洁净气体发生装置2连接干湿气混合湿度调节系统6，干湿气混合湿度调节系统6连接实验舱3，实验舱3连接数控采集系统7，所述干湿气混合湿度调节系统6、数控采集系统7、制冷系统10通过逻辑控制系统9与人机交互系统11连接。
进一步地，如图2所示，所述洁净气体发生装置2包括壳体201，壳体201内设有依次连接的空气焚烧净化器202、散热器203、不锈钢微粒过滤器204、无油气泵205、除湿器206、二级活性炭过滤器207、一级不锈钢微粒棉过滤器208，所述空气焚烧净化器202顶部设有进气口209；洁净气体发生装置2的工作原理：洁净空气系统抽取室外空气进行高温焚烧，除去空气中有毒有害气体，经过散热器（蒸发器）降温后，通过过滤装置，除去空气中的杂质，在除湿器（冷凝管）中除湿，从而将洁净无污染，干燥低湿的空气供应给设备使用。
进一步地，如图3所示，所述夹套控温系统4包括循环风机401、加热器402、导风板406、夹套排气阀403、夹套循环冷却风机404，以及前箱体中实验舱3外部的循环风道405，所述循环风机401固定于前箱体侧壁，并位于电控机械室8内；所述加热器402固定在循环风道405中，所述夹套排气阀403、夹套循环冷却风机404设置在循环风道405顶侧的机箱1顶部。
进一步地，如图4所示，所述干湿气混合湿度调节系统6包括组合式加湿器601和电磁阀流量调节控制系统602，洁净气体发生装置2产生的洁净空气通过六路气体质量流量计精确控制每个舱的流量供给，每个实验舱3流量计出口的洁净干燥空气分为两路，一路是干燥气体直接送进实验舱3内，一路通过电磁阀流量调节控制系统602控制，送入组合式加湿器601的加湿水箱内进行湿润；根据仪表PID调节控制湿气电磁阀的开启时间，使得干湿空气按一定的比例在实验舱3内混合，从而控制实验舱3内湿度。
实验舱3的湿度调节方式采用干湿气体混合的方式调节。洁净空气由分流器将一路空气分流为六路空气。六路空气连接到6个实验舱的气体质量流量计进口，气体质量流量计根据触摸屏上设置的流量通过PID调节，将恒定流速的空气送入湿度调节装置。一路空气进入舱内，一路空气经过电磁阀进入空气湿润装置，通过PID调节控制电磁阀的通断时间控制干湿气体的混合比例，从而控制实验舱的舱内湿度。
湿度测量技术：由于本设备试验后舱内残留有毒有害气体，使得本底浓度较高，所以必须采用高温脱附的方式除去舱内有害气体的残留。由于大部分高精度湿度传感器无法耐受高达180摄氏度的高温，所以根据空气等焓原理间接测量计算出舱内湿度，通过计算常温下空气的绝对含湿量，再根据舱内实际温度求出实验舱内湿度，具体步骤如下：
Step1：
由水蒸汽饱和蒸汽压方程，从状态点1的干球温度得水蒸气当前温度下饱和蒸汽压：
Step2：
由相对湿度定义：
得出水蒸汽分压：
Step3：
由含湿量计算公式得含湿量：
Step4：
则状态点2含湿量确定；
则由状态点2的干球温度和含湿量，可确定相对湿度；
Step5：
由饱和蒸汽压方程求出状态2点的饱和水蒸汽压（干球温度下）；
Step6：
由含湿量方程反带入求出水蒸汽分压：
可得出水蒸汽分压力：
Step7：
按照相对湿度定义即可以求出：
进一步地，如图5所示，所述数控采集系统7包括六个空气质量流量计701、六个压力传感器702、六个湿度传感器703、六个温度传感器704，六个空气质量流量计701分别设置在分流器603和控湿电磁阀602之间的六条管道上，六个压力传感器702、六个湿度传感器703和六个温度传感器704固定在机箱1的后箱体内部，并分别连接至六个实验舱3；六个温度传感器704分别固定在六个实验舱3后侧壁。
进一步地，如图6所示，所述逻辑控制系统9包括PLC 901和接触器902，所述人机交互系统11连接PLC 901，PLC 901连接中间继电器（图中未示），中间继电器（图中未示）连接接触器902，接触器902连接各个用电设备。
进一步地，如图6所示，所述制冷系统10包括制冷机组1001、冷凝器1002、干燥过滤器（图中未示）、蒸发器（图中未示）、恒温水箱1003、循环水泵1004和补水系统1005，所述制冷机组1001、冷凝器1002、干燥过滤器、蒸发器、恒温水箱1003、循环水泵1004依次连接，所述补水系统1005连接恒温水箱1003。
进一步地，如图6所示，所述人机交互系统11设有集成电路板（图中未示）和触摸屏1101，触摸屏1101连接集成电路板。
本发明根据人机交互系统11设置的温湿度和空气流速进行控制。由于本系统采用夹套控温的方式进行实验舱的温度调节，稳定循环风道的温度，采用热传导的方式控制实验舱温度。为保证温度波动性小于0.5℃必须获得一个固定的较低的冷源，由于水的比热大大大于空气的比热，所以通过制冷系统恒定水箱温度固定在一个较低的温度上，恒温水在蒸发器中循环，从而使的空气循环系统中有一个固定的冷源。通过PID-SSR固态继电器空气加热器进行加热。循环风道循环风机将冷热风在风道中均质后，通过导风板使得空气在循环风道中循环，经过一段时间的稳定，从而控制各个实验舱的稳定。采用夹套+冷水循环的方式控温，可极大地降低温度的波动性，从而使得实验舱内温度的稳定性。
本发明的节能系统设计：充分利用制冷系统排气余热对恒温系统平衡调控，SCR无级性风量调节循环风速，实现较低的运行功率。平衡后运行功率控制在1.5KW左右。
本发明的宽环境温度使用技术：蒸发段设置有能量调节阀，通过监控蒸发压力的反馈信号，自动控制系统的负载平衡，防止制冷和除湿系统在低负荷运行时换热器结冰故障，从而设备能满足全年无空调环境下的实验室环境工况（-10～40℃）稳定运行。
本发明的智能控制技术：由工控PLC＋PID调节仪表和触摸屏监控管理，实现自动控温、控湿、补水、报警以及运行状态数据显示、自动记录、存储、分析、报警预警提示等。
本发明的多舱法VOC释放量测定气候舱能够解决本底浓度过高的问题。主要有以下几个方面的技术特点：
1、洁净空气柜的气源处理系统。
本底浓度是否达标很大程度上取决于所供气体的洁净程度。为此我们采取了抽气→一级过滤→高温焚烧→冷却→二级过滤→除湿的步骤。为设备提供了低湿洁净的气源。
2、管道系统的设计
为保证气体在系统运行中不被管路污染，所有的管道全部采用铜管，避免采用橡胶管从而导致有毒有害气体的污染。
3、密封条的设计
市场上的密封条在设备使用过程中会产生有毒有害气体，为此我公司定制了一款密封条，在使用前进行高温烘烤，加速材料内挥发性物质的挥发，保证密封条的洁净度。
4、创新的控温系统
采用夹套式控温，实验舱内嵌在循环风道内部，通过控制循环风道的温度，实验舱5个面受到循环风道均匀的热辐射，能够保证实验舱温度的稳定性、均匀性。由于是6个独立的舱门，可以独立开启6个舱门，不影响其他实验舱的工作。而一些竞争对手在打开实验舱时必须关闭设备，影响其他实验舱的实验。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种多舱法VOC释放量测定气候舱，其特征在于：包括机箱和洁净气体发生装置，
所述机箱设有前箱体和后箱体，前箱体中六个实验舱和夹套控温系统，前箱体正面设有压力调节阀，所述实验舱的舱门上设有取样管，实验舱后侧的后箱体内设有干湿气混合湿度调节系统和数控采集系统；所述机箱一侧设有电控机械室，电控机械室中设有逻辑控制系统、制冷系统和人机交互系统；
所述洁净气体发生装置连接干湿气混合湿度调节系统，干湿气混合湿度调节系统连接实验舱，实验舱连接数控采集系统，所述干湿气混合湿度调节系统、数控采集系统、制冷系统通过逻辑控制系统与人机交互系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种多舱法VOC释放量测定气候舱，其特征在于：所述洁净气体发生装置包括壳体，壳体内设有依次连接的空气焚烧净化器、散热器、不锈钢微粒过滤器、无油气泵、除湿器、二级活性炭过滤器、一级不锈钢微粒棉过滤器，所述空气焚烧净化器顶部设有进气口；洁净气体发生装置的工作原理：洁净空气系统抽取室外空气进行高温焚烧，除去空气中有毒有害气体，经过散热器降温后，通过过滤装置，除去空气中的杂质，在除湿器中除湿，从而将洁净无污染，干燥低湿的空气供应给设备使用。
3.根据权利要求1所述的一种多舱法VOC释放量测定气候舱，其特征在于：所述夹套控温系统包括循环风机、加热器、导风板、夹套排气阀、夹套循环冷却风机，以及前箱体中实验舱外部的循环风道，所述循环风机固定于前箱体侧壁，并位于电控机械室内；所述加热器固定在循环风道中，所述夹套排气阀、夹套循环冷却风机设置在循环风道顶侧的机箱顶部。
4.根据权利要求1所述的一种多舱法VOC释放量测定气候舱，其特征在于：所述干湿气混合湿度调节系统包括组合式加湿器和电磁阀流量调节控制系统，洁净气体发生装置产生的洁净空气通过六路气体质量流量计精确控制每个舱的流量供给，每个实验舱流量计出口的洁净干燥空气分为两路，一路是干燥气体直接送进实验舱内，一路通过电磁阀流量调节控制系统控制，送入组合式加湿器的加湿水箱内进行湿润；根据仪表PID调节控制湿气电磁阀的开启时间，使得干湿空气按一定的比例在实验舱内混合，从而控制实验舱内湿度。
5.根据权利要求1所述的一种多舱法VOC释放量测定气候舱，其特征在于：所述数控采集系统包括六个空气质量流量计、六个压力传感器、六个湿度传感器、六个温度传感器，六个空气质量流量计分别设置在分流器和控湿电磁阀之间的六条管道上，六个压力传感器、六个湿度传感器和六个温度传感器固定在机箱的后箱体内部，并分别连接至六个实验舱。
6.根据权利要求1所述的一种多舱法VOC释放量测定气候舱，其特征在于：所述逻辑控制系统包括PLC 和接触器，所述人机交互系统连接PLC，PLC连接中间继电器，中间继电器连接接触器，接触器连接各个用电设备。
7.根据权利要求1所述的一种多舱法VOC释放量测定气候舱，其特征在于：所述制冷系统包括制冷机组、冷凝器、干燥过滤器、蒸发器、恒温水箱、循环水泵和补水系统，所述制冷机组、冷凝器、干燥过滤器、蒸发器、恒温水箱、循环水泵依次连接，所述补水系统连接恒温水箱。
8.根据权利要求1所述的一种多舱法VOC释放量测定气候舱，其特征在于：所述人机交互系统设有集成电路板和触摸屏，触摸屏连接集成电路板。
9.根据权利要求1所述的一种多舱法VOC释放量测定气候舱，其特征在于：由于实验舱内需要高温脱附清洁，常用湿度传感器无法承受180℃的高温，所以根据空气等焓原理间接测量计算出舱内湿度，所述实验舱内湿度的测量方法，具体步骤如下：
Step1：
由水蒸汽饱和蒸汽压方程，从状态点1的干球温度得水蒸气当前温度下饱和蒸汽压：
Step2：
由相对湿度定义：
得出水蒸汽分压：
Step3：
由含湿量计算公式得含湿量：
Step4：
则状态点2含湿量确定；
则由状态点2的干球温度和含湿量，可确定相对湿度；
Step5：
由饱和蒸汽压方程求出状态2点的饱和水蒸汽压（干球温度下）；
Step6：
由含湿量方程反带入求出水蒸汽分压：
可得出水蒸汽分压力：
Step7：
按照相对湿度定义即可以求出：
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