CN114253324A - 一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统与方法，所述系统包括空气处理装置、除湿装置、液氮供应装置和送回风管路。空气处理装置包括按照气流方向依次串联的低温风机、液氮冷却器和电加热器，液氮供应装置用于向液氮冷却器输送液氮，液氮冷却器用于以液氮蒸发吸热、间接换热的方式对流经的空气进行冷却，电加热器用于对流经的空气进行加热。本发明的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统可实现‑170℃至100℃温度范围内的深冷温区、普冷温区、空调温区和高温温区的高低温环境模拟，具有低温模拟性能好、模拟温度范围广、工作可靠、机房面积小、投资较少等优点，在高低温环境模拟领域具有广阔应用前景。

Description

一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统与方法

技术领域

本发明涉及气候环境模拟技术领域，具体涉及一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统与方法。

背景技术

低温环境可对航天、航空、兵器、车辆和电子仪器等工业产品的性能和工作可靠性产生不良影响，低温环境试验是各类工业产品研制和出厂检验过程中必须进行的一项重要的基础性环境试验项目，其中航天产品的工作环境为太空环境，其环境温度很低，因此对低温环境试验的要求高，需要进行深冷低温环境试验，甚至要求试验温度降到-160℃以下。

低温环境试验室是在室内人工模拟出要求的低温环境，进行工业产品低温环境试验的试验室，在低温试验过程中需要人员进入检测的情况下，出于安全性考虑，通常要求低温环境试验室的室内气体为空气。

复叠式蒸汽压缩机制冷方案是目前存在的一种大型低温环境试验室制冷方案，虽然其能够保证室内气体为空气，但是其制冷温度只能达到-80℃，无法模拟出-160℃以下的低温环境，因此其使用范围较窄；

目前采用的另外一种制冷方案是先将液氮气化为低温氮气，然后将低温氮气直接送入室内，对室内空气进行置换降温，可使室内温度达到-160℃以下，该种方案尽管低温制冷系统比较简单，但会导致试验室的环境为氮气，在试验过程中人员无法进入室内进行检测，存在安全性问题，另外，液氮气化过程中大量冷热抵消，能耗高，运行费用高。

因此，在室内气体环境为空气时，如何能够实现对-160℃以下的低温环境进行模拟是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，能够实现对-160℃以下的低温环境进行模拟。

本发明还公开了一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法。

为达到上述目的，本发明中所公开的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统包括空气处理装置、除湿装置、液氮供应装置和送回风管路，其中：

所述送回风管路包括送风管道和回风管道，所述回风管道设置有回风阀；

所述空气处理装置包括按照气流方向依次串联的低温风机、液氮冷却器和电加热器，所述空气处理装置的进风端通过所述回风管道与环境室的回风口相连，且出风端通过所述送风管道与环境室的送风口相连，所述液氮冷却器用于以液氮蒸发吸热、间接换热的方式对流经所述空气处理装置的空气进行冷却，所述电加热器用于对流经所述空气处理装置的空气进行加热，所述低温风机用于将环境室内的空气抽到所述空气处理装置，并依次送到所述液氮冷却器和所述电加热器进行降温或升温处理，经过降温或升温处理后的空气再送到环境室内，以实现空气的循环流动和室内空气的降温或升温；

所述液氮供应装置用于向所述液氮冷却器输送液氮；

所述除湿装置安装于除湿送风管，用于对进入所述空气处理装置前的空气进行除湿，所述除湿送风管串联循环除湿回风管道后构成与所述回风管道并联的管道，所述循环除湿回风管道设置有循环除湿阀，所述除湿送风管和所述循环除湿回风管道的连接处设置有新风入口。

可选地，在上述用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统中，所述低温风机的驱动电机设置在所述空气处理装置的箱体外部，所述低温风机的转轴为加长轴，所述加长轴穿出所述空气处理装置的箱体，所述加长轴的箱体外侧采用直连方式或皮带轮连接方式与所述驱动电机连接。

可选地，在上述用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统中，所述除湿装置采用直接蒸发冷却除湿和吸附除湿两级串联除湿方案，包括按照气流方向依次串联的风机、冷干机、水分离器和吸附除湿机。

可选地，在上述用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统中，测控装置包括：

设置于所述环境室内的室内温度传感器、室内露点传感器和室内正压传感器，分别用于对所述环境室内的温度、空气露点温度以及室内压力进行检测；

设置于所述空气处理装置的出风端的室内送风温度传感器，用于对经过所述空气处理装置处理后的空气的温度进行监测；

设置于所述除湿装置的出风端的新风送风温度传感器和新风送风露点传感器，分别用于对所述除湿装置出风端的空气温度和露点温度进行监测。

可选地，在上述用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统中，所述液氮供应装置包括液氮罐和与所述液氮罐的底部相连的气化器，所述液氮罐的出液口通过液氮供应管与所述液氮冷却器相连，所述气化器用于从所述液氮罐取液氮并将液氮气化后的氮气排入所述液氮罐，使所述液氮罐内产生足以将液氮从所述出液口挤出并输送到所述液氮冷却器的压力。

可选地，在上述用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统中，所述液氮罐的罐体为真空多层绝热结构或者真空粉末绝热结构，所述液氮供应管为不锈钢真空多层绝热管或者采用低温泡沫绝热材料绝热的不锈钢管。

可选地，在上述用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统中，所述液氮罐的顶部连接有安全排气管，所述安全排气管上设置有安全阀，当所述液氮罐内的压力大于所述安全阀的阈值时，所述液氮罐内的氮气从所述安全排气管排出。

本发明还公开了一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法，所述方法使用如上述任意一项所公开的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，温度调控方法如下：

在低温试验时，关闭所述电加热器，开启所述液氮冷却器，通过调整所述液氮供应装置向所述液氮冷却器输送液氮的流量，实现对环境室内的温度进行控制，当需要调低环境室内的温度时，开大液氮流量，当需要调高环境室内的温度时，关小液氮流量；

在高温试验时，关闭所述液氮冷却器，开启所述电加热器，通过可控硅或分组调控方式对所述电加热器进行功率调节，实现对环境室内温度的控制，当需要调高环境室内的温度时，开大所述电加热器的功率，当需要调低环境室内的温度时，调小所述电加热器的功率。

可选地，在上述用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法中，除湿工况运行方法如下：

在对环境室进行初次除湿时，开启所述循环除湿阀，关闭所述新风入口和所述回风阀，处于闭式循环除湿工况；

当环境室的室内空气达到要求的露点温度后，打开所述新风入口和所述回风阀，关闭所述循环除湿阀，所述除湿装置将新风的露点温度降到要求值以下，这时处于开式的新风除湿、正压送风工况。

可选地，在上述用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法中，室内正压调控方法如下：

当室内正压高于第一预设值时，调低所述除湿装置的风机频率，当室内正压低于第二预设值时，调高所述除湿装置的风机频率，使环境室的室内正压维持在5～15Pa。

由以上技术方案可以看出，本发明所公开的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统中，液氮供应装置为空气处理装置的液氮冷却器提供液氮，而液氮冷却器以液氮蒸发吸热、间接换热的方式对流经空气处理装置的空气进行冷却，冷却后的空气沿送回风管路的送风管道流入环境室，从而达到对环境室内的空气进行降温的目的；在常压下，液氮的蒸发温度为-196℃，其蒸发吸热过程能够将流经空气处理装置的空气冷却至-160℃以下(最低可达-170℃)的超低温环境；同时，间接换热保证了液氮冷却器内液氮蒸发形成的氮气不会混入环境室的循环空气中，确保了环境室内试验人员的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中所公开的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统的流程原理示意图。

其中，1为空气处理装置，11为空气过滤器，12为低温风机，13为第一检修段，14为液氮冷却器，15为第二检修段，16为电加热器，17为出风端，18为检修门，121为驱动电机，122为风机转轴，123为风机本体；

2为除湿装置，21为风机，22为冷干机，23为水分离器，24为吸附除湿机，25为除湿送风管，26为新风入口，27为循环除湿回风管道；

3为液氮供应装置，31为进液阀，32为进液管，33为液氮罐，34为气化器，35为液氮供应管，36为供液阀，37为氮气排放管，38为安全排气管，39为安全阀；

4为送风管道，41为送风管段，42为送风口；

5为回风管道，51为第一回风管段，52为第二回风管段，53为第三回风管段，54为回风口；

6为测控装置，601为控制柜，602为室内温度传感器，603为室内露点传感器，604为室内正压传感器，605为室内送风温度传感器，606为新风送风温度传感器，607为新风送风露点传感器，608为液氮罐压力传感器，609为气化器进液阀，610为液氮流量调节阀，611为新风阀，612为循环除湿阀，613为回风阀。

具体实施方式

本发明的核心之一是提供一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，该系统能够实现对-170℃至100℃的多温区高低温空气环境进行模拟。

本发明的另一核心是提供一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面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，所描述的实施例仅仅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。

首先对本发明中所公开的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统进行介绍，请参考图1，在该实施例中，该系统包括空气处理装置1、除湿装置2、液氮供应装置3和送回风管路，其中，送回风管路包括送风管道4和回风管道5，除湿装置2安装于除湿送风管25，除湿送风管25串联循环除湿回风管道27后构成与回风管道5并联的管道，空气处理装置1包括按照气流方向依次串联的低温风机12、液氮冷却器14和电加热器16，空气处理装置1的进风端通过回风管道5与环境室的回风口54相连，且出风端17通过送风管道4与环境室的送风口42相连。

除湿送风管25和循环除湿回风管道27的连接处设置有新风入口26，即新风入口26设置在除湿装置2的入口一侧，除湿装置2能够对进入空气处理装置1前的空气进行深度除湿，液氮供应装置3能够向液氮冷却器14输送液氮。

回风管道5的第二回风管段52上设置有回风阀613，循环除湿回风管道27上设置有循环除湿阀612，新风入口26处设置有新风阀611，通过控制回风阀613、循环除湿阀612和新风阀611的开闭能够有选择地将系统设置为闭式循环除湿工况或者开式的新风除湿、正压送风工况。具体来说，开启循环除湿阀612，关闭回风阀613和新风阀611，系统进行闭式循环除湿工况；关闭循环除湿阀612，打开新风阀611和回风阀613，并由新风入口26向系统通入室外空气，系统进行开式的新风除湿、正压送风工况，使室内维持一定的正压。

液氮冷却器14与液氮供应装置3相连，能够以液氮蒸发吸热、间接换热的方式对流经空气处理装置1的空气进行冷却，低温风机12能够将环境室的空气抽到空气处理装置1，并依次送到液氮冷却器14和电加热器16，实现空气处理装置1中和环境室内的空气循环流动。

如图1中的箭头所示，环境室内的空气从回风口54流出进入到第一回风管段51，然后经过第二回风管段52(或循环除湿回风管道27和除湿装置2)进入到第三回风管段53，再然后进入空气处理装置1，在空气处理装置1内完成升温或降温后经过送风管段41，最后从送风口42重新流回至环境室内，实现对环境室内空气的升温或降温。

液氮冷却器14以液氮蒸发吸热、间接换热的方式对流经空气处理装置1的空气进行冷却，在常压下，液氮的蒸发温度为-196℃，其蒸发吸热过程能够将流经空气处理装置1的空气冷却至-180℃以下，这可以模拟出用于产品低温试验的低温甚至超低温的环境。“间接换热”是指液氮冷却器14的液氮及氮气通道与空气通道是相互独立的，这样保证了液氮冷却器14内液氮蒸发形成的氮气不会混入环境室的循环空气中，为保障环境室内试验人员的安全提供了重要条件。

需要说明的是，本发明中的高低温环境模拟是指-170℃～100℃之间的环境模拟。

空气循环流经的管路可采用不锈钢材料制造，并进行绝热处理，环境室的送风口42可设置一个或多个，回风口54也可设置一个或多个。液氮冷却器14通常采用管翅式结构，液氮在管内流动，空气在管外流动，可以采用铜管铝翅片制造液氮冷却器14，铝翅片通过钎焊工艺固定在铜管上，以避免往常用的胀管工艺在大幅度温度变化下热胀冷缩造成铝翅片松动而影响换热的问题。

本实施例中，空气处理装置1还包括空气过滤器11，如图1中所示，空气过滤器11优选的靠近进风端设置，并位于液氮冷却器14的上游，以将进入空气处理装置1的空气中的杂质滤除，对空气处理装置1中的低温风机12、液氮冷却器14和电加热器16等部件起到保护作用。

需要进行说明的是，本案中的上下游是按照如下方式定义的，以环境室的回风口54为起点，跟随空气进行流动，空气若先经过部件A，后经过部件B，则定义为部件A位于部件B的上游，或者说部件B位于部件A的下游。

实际运行过程中，还需要考虑到空气处理装置1中各部件的检修，因此，有必要设置检修段，检修段的数量不受限制，可以根据实际检修需要灵活设置，图1中所示的空气处理装置1中包括二个检修段，其中两个检修段分别为第一检修段13和第二检修段15，第一检修段13和第二检修段15分置在液氮冷却器14的上游和下游，每个检修段都设置一个人员进出的检修门18，另外在空气过滤器11入口处也设置一个检修门18，以便对空气过滤器11进行更换清洗等检修工作。

空气处理装置1的箱体结构均采用铝合金板或不锈钢板制造，并进行绝热处理。本实施例中，低温风机12设置在液氮冷却器14的上游，可以避免低温风机12的热量对冷却后的空气造成影响，并提高了低温风机12的工作温度。考虑到低温空气对驱动电机121可能造成不利的影响，本实施例中的驱动电机121设置在空气处理装置1的箱体之外，并通过穿过空气处理装置1箱体的风机转轴122与风机本体123相连，由于风机转轴122的长度较大(即加长轴)，在设计时风机转轴122选用刚度强的结构。风机本体123采用耐低温的不锈钢或铝合金制造，采用变频调节的离心风机，以满足不同试验项目对风量的不同需求，并减少运行能耗。

请继续参考图1，在本实施例中，液氮供应装置3具体包括液氮罐33、液氮供应管35、氮气排放管37以及气化器34，液氮罐33带有出液口，液氮供应管35的一端与出液口相连，另一端与液氮冷却器14的液氮入口相连；氮气排放管37与液氮冷却器14的氮气出口相连，气化器34与液氮罐33相连，其作用是从液氮罐33取液氮并将液氮气化后的氮气排入液氮罐33，使液氮罐33内产生足以将液氮从出液口挤压到液氮冷却器14的压力，采用挤压输送的方式替代以往液氮泵输送的方式进行液氮输送，使系统更加简化，同时提高了系统的工作可靠性，降低了投资成本。

气化器34上设置有气化器进液阀609，能够调整进入气化器34的液氮流量。液氮罐33通常采用立式罐，以增加液氮输送时的静压，液氮罐33通常采用真空多层绝热或真空粉末绝热的方式实现保温，液氮罐33中通常储存一次低温试验所需要的全部液氮量，试验过程中不需要进行补液，操作比较简单；当然，为了减小工程投资，也可以减小液氮罐33的体积，试验过程中可进行补液操作，如图1中所示的液氮罐33上就设置有进液管32，进液管32上设置有进液阀31，以实现液氮罐33的补液。

液氮在液氮冷却器14中蒸发后产生的氮气通过氮气排放管37高空排放，为了能够对进入液氮冷却器14内的液氮的通断以及流量进行调节，液氮供应管35上还设置有供液阀36以及液氮流量调节阀610，液氮罐33的顶部还设置有液氮罐压力传感器608，以便实时掌握液氮罐33中的压力；为了保证安全，液氮罐33的顶部还设置有安全排气管38，安全排气管38上设置有安全阀39，在液氮罐33中的压力超过警戒值(如1MPa)之后，氮气自动从安全阀39释放，通过安全排气管38引到对人员和环境无污染的排放区域，也可引到氮气排放管37，与液氮冷却器14中液氮蒸发后所产生的氮气一起高空排放。液氮供应装置3所有的液氮和氮气管道均进行绝热处理。

除了能够对低温空气环境进行模拟，本发明中所公开的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统还能够对高温空气环境进行模拟，根据对大多数产品高温试验需求分析，其模拟的高温环境温度范围通常不超过100℃，如图1中所示，电加热器16设置在液氮冷却器14的下游，在进行低温空气环境模拟时，电加热器16不工作，仅有液氮冷却器14工作；在进行高温空气环境模拟时，电加热器16工作，而液氮冷却器14不工作。

如图1中所示，除湿装置2能够对空气进行深度干燥，以使空气的露点温度达到低于-70℃的露点温度，确保低温试验时，液氮冷却器14的表面不会结霜冻堵，使其能够安全、高效工作。

除湿装置2内至少包括冷干机22和水分离器23，并且冷干机22和水分离器23在空气流动方向上依次布置，冷干机22的作用在于对空气进行冷冻除湿，水分离器23的作用在于将空气中经过冷干机22降温后冷凝出的液态水分分离出来；在水分离器23的下游串联吸附除湿机24，可对空气进行深度除湿。

该系统的除湿工作方式分为闭式循环除湿方式和开式新风除湿方式两种，在低温环境试验之前，先进行闭式循环除湿，待室内空气达到要求的干燥度之后转为开式新风除湿，然后可以进行低温环境试验。

闭式循环除湿：关闭新风阀611和回风阀613，开启循环除湿阀612，使环境室内的空气由回风口54进入循环除湿回风管道27回到除湿装置2内，经除湿处理后干燥空气进入空气处理装置1，然后通过送风管道4送到环境室送风口42，干燥空气通过送风口42进入环境室内进行除湿，然后进入下一个除湿循环。

开式新风除湿：开启新风阀611和回风阀613，关闭循环除湿阀612，新风入口26处的室外空气经过风机21抽吸后进入除湿装置2内进行除湿，使除湿装置2出风端的空气露点温度达到要求的干燥度，干燥空气与回风管的回风混合后送入第三回风管段53进入空气处理装置1，从而实现对环境室的新风除湿、正压送风，以使室内维持一定正压。

冷干机22可以采用冷水冷却，也可采用直接蒸发冷却的方式，经过冷干机22的空气温度达到12℃以下，然后水分离器23将冷凝出的液态水分离出来，经过吸附除湿机24进一步除湿。吸附除湿机24可以采用低露点转轮除湿机，也可采用吸附干燥塔。除湿装置2的风机21通常采用高压风机，风压应达到0.1MPa，并且该风机为变频风机，以能够灵活调节新风量，保证环境室内维持一定的正压，避免外界潮湿的空气进入到环境室内。也就是说，当风机21为变频风机时，令测控装置根据环境室内的正压变化来控制风机21的运行频率，以使环境室内的正压维持在预设范围。一般情况下，在环境室的室温高于5℃，对室内湿度没有要求时，除湿装置2可以不工作。

本发明中所公开的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统还包括一套测控装置6，该测控装置6主要包括控制柜601以及各种传感器，具体的，如图1中所示，环境室内设置有室内温度传感器602、室内露点传感器603以及室内正压传感器604，以便对于环境室内的温度、空气露点温度以及室内正压进行检测，在空气处理装置1的出风端设置有室内送风温度传感器605，以便对送入环境室的空气温度进行监测；除湿装置2的出风端设置有新风送风温度传感器606和新风送风露点传感器607，以便对经过除湿处理后的新风的温度以及露点温度进行监测。

进行低温试验时的室温控制方法为：根据室内温度传感器602的数据，控制柜601调整供液阀36的开度，以对进入液氮冷却器14的液氮量进行控制，在室温低于设定温度时，调小供液阀36的开度，在室温高于设定温度时，调大供液阀36的开度，当室温处于设定范围内时，保持供液阀36的开度不变。

进行高温试验时的室温控制方法为：根据室内温度传感器602的数据，控制柜601控制电加热器16的功率，当室温高于设定温度时，调低电加热器16的功率，当室温低于设定温度时，调高电加热器16的功率，当室温处于设定温度范围内时，保持电加热器16的功率不变，电加热器16功率可以采用可控硅调节的控制方式，也可采用分组调控方式或者以上两种方式相结合的控制方式。需要说明的是，可控硅控制方式和分组调控方式都是现有技术中的成熟技术。

环境室正压的控制方法：在低温试验时，根据室内正压传感器604的数据，控制柜601调节除湿装置2中的风机21的运行频率，当环境室内的正压超过设定值时，降低风机21的运行频率，当环境室内的正压低于设定值时，调高风机21的运行频率，当环境室内的正压值处于设定压力范围内时，保持风机21的运行频率不变。环境室内的正压通常控制在5Pa～15Pa。

液氮罐33中气体压力的控制方法：根据液氮罐压力传感器608的数据，控制柜601调节气化器进液阀609的开度来对液氮罐33中的气体压力进行调整，当液氮罐33中的压力低于设定值时，调大气化器进液阀609的开度；当液氮罐33中的压力高于设定值时，调小气化器进液阀609的开度；当液氮罐33中的压力处于设定范围内时，保持气化器进液阀609的开度不变。液氮罐33中的气体压力通常控制在0.15MPa～0.25MPa。

本发明还公开了一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法，该方法包括：在对环境室进行初次除湿时，进行闭式循环除湿；当环境室的室内空气达到要求的露点温度后，除湿装置将新风的露点温度降到-70℃以下，系统切换为开式的新风除湿、正压送风工况。

本发明中所公开的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法包括低温模拟方法，该低温模拟方法包括：

使环境室内的空气由回风口54流出，并经回风管道5进入空气处理装置1，通过液氮冷却器14进行冷却后的空气由送风管道4送到环境室的送风口42，送回环境室，其中，液氮冷却器14内流通有液氮。

进一步的，在液氮冷却器14工作之前，该低温模拟方法还包括空气除湿，空气除湿包括：

使环境室内的空气由回风口54流出，通过循环除湿回风管道27进入除湿装置2除湿后，进入空气处理装置1，然后通过送风管道4送到送风口42进入环境室，如此循环除湿，直至环境室内的空气干燥度达到预设值后停止闭式循环除湿，转入开式新风除湿工况。

在开式新风除湿过程中，低温模拟方法进一步包括：通过新风入口26从外界引入新风，并将经过除湿装置2除湿后的新风送入液氮冷却器14的上游，以使干燥的新风与室内回风混合，进入空气处理装置1，经过冷却降温处理后通过送风管道4送到送风口42进入环境室，实现开式新风除湿、正压送风，维持室内正压。

本发明中所公开的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法还包括高温模拟方法，该高温模拟方法包括：

使环境室内的空气由回风口54流出，并经回风管道5进入空气处理装置1，通过电加热器16进行加热后的高温空气由送风管道4送到环境室的送风口42，然后送入环境室，实现对室内空气的循环加热升温。

当然，在低温模拟试验过程中电加热器16不工作，在高温模拟试验过程中液氮冷却器14不工作。

本发明所公开的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统与方法可实现-170℃至100℃温度范围内的深冷温区、普冷温区、空调温区和高温温区的高低温环境模拟，试验温度跨度范围宽，适应范围广，解决了目前深冷低温环境模拟的一些技术难题；同时液氮间接冷却室内空气，保证环境室内始终为空气环境，便于人员进入环境室内检测；并且系统简单，机房面积较小，投资成本较低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，其特征在于，所述系统包括空气处理装置、除湿装置、液氮供应装置和送回风管路，其中：

所述送回风管路包括送风管道和回风管道，所述回风管道设置有回风阀；

所述空气处理装置包括按照气流方向依次串联的低温风机、液氮冷却器和电加热器，所述空气处理装置的进风端通过所述回风管道与环境室的回风口相连，且出风端通过所述送风管道与环境室的送风口相连，所述液氮冷却器用于以液氮蒸发吸热、间接换热的方式对流经所述空气处理装置的空气进行冷却，所述电加热器用于对流经所述空气处理装置的空气进行加热，所述低温风机用于将环境室内的空气抽到所述空气处理装置，并依次送到所述液氮冷却器和所述电加热器进行降温或升温处理，经过降温或升温处理后的空气再送到环境室内，以实现空气的循环流动和室内空气的降温或升温；

所述液氮供应装置用于向所述液氮冷却器输送液氮；

所述除湿装置安装于除湿送风管，用于对进入所述空气处理装置前的空气进行除湿，所述除湿送风管串联循环除湿回风管道后构成与所述回风管道并联的管道，所述循环除湿回风管道设置有循环除湿阀，所述除湿送风管和所述循环除湿回风管道的连接处设置有新风入口。

2.如权利要求1所述的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，其特征在于，所述低温风机的驱动电机设置在所述空气处理装置的箱体外部，所述低温风机的转轴为加长轴，所述加长轴穿出所述空气处理装置的箱体，所述加长轴的箱体外侧采用直连方式或皮带轮连接方式与所述驱动电机连接。

3.如权利要求1所述的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，其特征在于，所述除湿装置采用直接蒸发冷却除湿和吸附除湿两级串联除湿方案，包括按照气流方向依次串联的风机、冷干机、水分离器和吸附除湿机。

4.如权利要求1所述的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，包括测控装置，其特征在于，所述测控装置包括：

设置于所述环境室内的室内温度传感器、室内露点传感器和室内正压传感器，分别用于对所述环境室内的温度、空气露点温度以及室内压力进行检测；

设置于所述空气处理装置的出风端的室内送风温度传感器，用于对经过所述空气处理装置处理后的空气的温度进行监测；

设置于所述除湿装置的出风端的新风送风温度传感器和新风送风露点传感器，分别用于对所述除湿装置出风端的空气温度和露点温度进行监测。

5.如权利要求1～4中任意一项所述的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，其特征在于，所述液氮供应装置包括液氮罐和与所述液氮罐的底部相连的气化器，所述液氮罐的出液口通过液氮供应管与所述液氮冷却器相连，所述气化器用于从所述液氮罐取液氮并将液氮气化后的氮气排入所述液氮罐，使所述液氮罐内产生足以将液氮从所述出液口挤出并输送到所述液氮冷却器的压力。

6.如权利要求5所述的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，其特征在于，所述液氮罐的罐体为真空多层绝热结构或者真空粉末绝热结构，所述液氮供应管为不锈钢真空多层绝热管或者采用低温泡沫绝热材料绝热的不锈钢管。

7.如权利要求5所述的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，其特征在于，所述液氮罐的顶部连接有安全排气管，所述安全排气管上设置有安全阀，当所述液氮罐内的压力大于所述安全阀的阈值时，所述液氮罐内的氮气从所述安全排气管排出。

8.一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1～7中任意一项所述的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统，温度调控方法如下：

在低温试验时，关闭所述电加热器，开启所述液氮冷却器，通过调整所述液氮供应装置向所述液氮冷却器输送液氮的流量，实现对环境室内的温度进行控制，当需要调低环境室内的温度时，开大液氮流量，当需要调高环境室内的温度时，关小液氮流量；

在高温试验时，关闭所述液氮冷却器，开启所述电加热器，通过可控硅或分组调控方式对所述电加热器进行功率调节，实现对环境室内温度的控制，当需要调高环境室内的温度时，开大所述电加热器的功率，当需要调低环境室内的温度时，调小所述电加热器的功率。

9.如权利要求8所述的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法，其特征在于，除湿工况运行方法如下：

在对环境室进行初次除湿时，开启所述循环除湿阀，关闭所述新风入口和所述回风阀，处于闭式循环除湿工况；

当环境室的室内空气达到要求的露点温度后，打开所述新风入口和所述回风阀，关闭所述循环除湿阀，所述除湿装置将新风的露点温度降到要求值以下，这时处于开式的新风除湿、正压送风工况。

10.如权利要求9所述的用于环境室多温区高低温空气环境模拟的方法，其特征在于，室内正压调控方法如下：

当室内正压高于第一预设值时，调低所述除湿装置的风机频率，当室内正压低于第二预设值时，调高所述除湿装置的风机频率，使环境室的室内正压维持在5～15Pa。

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