CN115127309A - 文物冻干库用空气循环系统及其温湿度独立控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及文物冻干库用空气循环系统及其温湿度独立控制方法，包括除湿机设备室(1)和环境舱(15)，环境舱(15)前后都有侧墙格栅(7)、顶部设有天花板格栅(6)，天花板格栅(6)上有冷风机(5)，除湿机设备室(1)内有除湿机(2)，除湿机(2)的风机(3)回风风口(10)通过回风口风道(4)、冷风机(5)的回风室(13)和天花板格栅(6)与环境舱(15)相通，送风风口(9)通过除湿机送风口风道(16)、送风布管风道(12)和侧墙格栅(7)与环境舱(15)相通，冷风机(5)的风机(11)出风口通过侧壁格栅(7)与环境舱(15)相通。其能最大程度减少温湿度的空气流场相互干扰，保证除湿干燥和控温工艺持续稳定运行。

Description

文物冻干库用空气循环系统及其温湿度独立控制方法
技术领域
本发明属于空气循环技术领域，涉及一种空气循环系统，尤其是一种文物冻干库用空气循环系统及其温湿度独立控制方法。
背景技术
含水文物的保存和处理需要使用冻干工艺，所以文物冻干库需要对温度和湿度进行有效控制，以避免环境因素对文物造成不可逆影响。目前，文物冻干库一般都是使用除湿机来实现除湿和温度一并控制。
现有的除湿机一般利用的原理是：利用低于露点/霜点温度的翅片管将高温高湿空气直接冷却，并使空气中的水蒸气直接凝结在翅片管表面，以达到除湿的目的。
但是，现有的除湿机也存在一些不足：1)、由于冷却和除湿是同时进行，其除湿效率低下；2)、现有的除湿机本身的主要功能为除湿，兼具冷却能力，但难以同时对两者进行连续控制，即排出空气的干球温度只能比吸入空气的温度低，但是对于目标空间不能达到有效控温的效果，对在温度和除湿有共同需求的空间来讲，无疑带来了更多的冷负荷。为了避免除湿效率低下的问题，在系统设计和工程上往往在除湿换热器前先将空气冷却至露点温度附近，再进行除湿以提升除湿效率。
鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种能够实现文物冻干库除湿和温度控制的系统和方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种文物冻干库用空气循环系统及其温湿度独立控制方法，其能减少温湿度之间的干扰问题，并保证冻干库除湿和控温持续不断运行。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种文物冻干库用空气循环系统，其包括位于由库板围成的冻干库内的除湿机设备室和环境舱，其特征在于，所述环境舱的前后两侧都设有侧墙格栅、顶部设有天花板格栅，所述天花板格栅上设有冷风机，所述除湿机设备室内设有除湿机，所述除湿机的风机的回风风口通过回风口风道、所述冷风机的回风室和所述天花板格栅与所述环境舱相通，所述除湿机的风机的送风风口通过送风口风道、送风布管风道和所述侧墙格栅与所述环境舱相通，所述冷风机的风机的出风口通过所述侧壁格栅与所述环境舱相通。
优选地，所述天花板格栅上还设有形成所述回风室的回风室隔板。
优选地，所述回风口风道由回风口风道隔板与库板围成。
优选地，所述除湿机设备室和环境舱由设备室隔板间隔开。
优选地，所述除湿机设备室设有设备室侧门。
优选地，所述除湿机设备室内设有两台所述除湿机且所述除湿机为带回热器的低温除湿机。
优选地，所述除湿机的风机为高压离心风机。
优选地，所述天花板格栅上设有两台所述冷风机且所述冷风机内含有电加热器。
此外，本发明还提供一种基于上述文物冻干库用空气循环系统的温度独立控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、采集所述环境舱(15)的实际室内温度Ta并确定所述环境舱(15)的设定室内温度Ts；
2)、判断所述实际室内温度Ta是否位于Ts±△T范围内，如果位于Ts±△T范围内，进入步骤3)；如果Ta＞Ts+△T，进入步骤4)；如果Ta小于Ts-△T，进入步骤5)；
3)、判断Ta是否大于Ts，如果是，则对所述冷风机(5)的电加热器降低占空比；如果否，则对所述冷风机(5)的电加热器增加占空比；之后，返回步骤2)；
4)、开启所述冷风机(5)并关闭其电加热器，之后，返回步骤2)；
5)、关闭所述冷风机(5)并开启其电加热器，之后，返回步骤2)。
再者，本发明还提供一种基于上述文物冻干库用空气循环系统的湿度独立控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、设定所述环境舱内的设定室内湿度RHs以及所述除湿机的压缩机的设定最低吸气压力Ps；
2)、开启所述除湿机，判断除霜条件是否达到，如果是则进入步骤3)，如果否，则进入步骤5)；其中，所述除霜条件为对换热器前后压差最大限定值判断、对压缩机最低吸气压力设定判断或对除湿机组运行时间的判定；
3)、关闭所述冷风机并开启其电加热器；
4)、判断退出除霜条件是否达到，如果是则关闭电加热器后返回步骤2)；如果否，则返回步骤3)；所述退出除霜条件为对换热器前后压差最小限定值判断、对盘管温度或盘管周围设定的实时监测温度判断或对除湿机组电加热除霜运行时间的判定；
5)、判断所述实际室内湿度RHa是否位于RHs±△RH范围内，若是则维持当前系统不变并返回步骤2)；若RHa＞RHs+△RH，则开启所述冷风机并返回步骤2)；若RHa＜RHs-△RH，则关闭所述冷风机并返回步骤2)。
与现有技术相比，本发明的文物冻干库用空气循环系统及其温湿度独立控制方法具有如下有益技术效果中的一者或多者：
1、其能够实现文物冻干库的温度和湿度的独立控制，避免温度和湿度的相互干扰。
2、其可根据不同文物冻干的工况需求进行温度和湿度控制的设定，再基于需求设定自动转换不同的运行模式，可为珍贵的含水文物的高质量冻干加工提供可靠的技术保障。
3、其结构简单，造价低，控制方便且精确，有助于推广应用。
附图说明
图1是本发明的文物冻干库用空气循环系统的纵向剖视图，也就是图2的A-A剖视图。
图2是图1的B-B剖视图。
图3是图2的C-C剖视图。
图4是图2的D-D剖视图。
图5是基于本发明的文物冻干库用空气循环系统的温度独立控制方法的流程图。
图6是基于本发明的文物冻干库用空气循环系统的湿度独立控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。
本发明涉及一种温湿度独立控制的空气循环系统，以减少温湿度之间的干扰问题，并保证冻干库除湿和控温持续不断运行。
如图1-4所示，本发明的文物冻干库用空气循环系统包括除湿机设备室1、除湿机2、除湿机的风机3、回风口风道4、冷风机5、天花板格栅6、侧墙格栅7、库板8、送风风口9、回风风口10、冷风机的风机11、送风布管风道12、回风室13、设备室侧门14、环境舱15、送风口风道16、设备室隔板17和回风室隔板18。
所述库板8用于围成文物冻干库。并且，所述除湿机设备室1、除湿机2、除湿机的风机3、回风口风道4、冷风机5、天花板格栅6、侧墙格栅7、库板8、送风风口9、回风风口10、冷风机的风机11、送风布管风道12、回风室13、设备室侧门14、环境舱15、送风口风道16、设备室隔板17和回风室隔板18构成温度控制和湿度控制的空气循环系统的主要风道。
具体地，所述除湿机设备室1、除湿机2、除湿机的风机3、回风口风道4、天花板格栅6、侧墙格栅7、库板8、送风风口9、回风风口10、送风布管风道12、回风室13、设备室侧门14、环境舱15、送风口风道16、设备室隔板17和回风室隔板18构成湿度控制空气循环系统的主要风道。
其中，在所述除湿机的风机3的作用下，低温低湿空气从所述送风风口9吹出，流向所述除湿机设备室1，并在压差的作用下，通过两侧相连接的所述送风布管风道12再将低温低湿空气送到两侧的所述侧墙格栅7、库板8和回风室隔板18所形成的空间，然后穿过所述侧墙格栅7到达所述环境舱15，可将放置在所述环境舱15的湿料的水分带走，形成低温高湿空气。
进一步地，低温高湿空气经过所述天花板格栅6到达所述回风室13，然后流向所述回风口风道4，最终经所述回风风口10回到所述除湿机2，完成湿度控制的空气循环。
所述冷风机5、天花板格栅6、侧墙格栅7、库板8、冷风机的风机11、回风室13、环境舱15和回风室隔板18构成温度控制空气循环系统的主要风道。
其中，在所述冷风机5的风机11的作用下，低温空气从所述冷风机5吹向两侧的所述侧墙格栅7、库板8和回风室隔板18所形成的空间，然后穿过所述侧墙格栅7到达所述环境舱15，以保障放置在所述环境舱15的物料储存在设定的低温环境下。空气受热升温后变成相对高温空气，最终高温空气经过所述天花板格栅6到达所述回风室13，再流回到所述冷风机5完成温度控制的空气循环。
在本发明中，所述除湿机设备室1是指所述除湿机2所放置的空间以及所述出风风口9后的缓冲区，其由库板8、风道隔板和设备室隔板17等围成。其既可以作为所述除湿机2放置的空间使用，又可以作为两台所述除湿机2在单台工作工况下的均流区和检修空间使用。如仅单侧所述除湿机2工作时，同样可以经所述除湿机设备室1同时向两侧的所述送风布管风道12输送低温低湿空气，还可以配合所述设备室侧门14使用，达到除湿机检修和检测便利的效果。
所述除湿机2优选为带回热器的低温除湿机，但不仅限于此类型低温除湿机。为了保障除湿效果的可持续性，优选设计为两台所述除湿机2，在满足单台达到设计性能的基础上，保障一用一备的效果。
所述除湿机的风机3是指在除湿机内的风机，其包含在所述除湿机2的内部。优选为高压离心风机，但能实现相同效果的其它形式风机也在本专利的保护范围之内。
所述回风口风道4主要由回风口风道隔板和库板8所构成，与所述回风室13和回风风口10相通。其主要起到两个作用：一是将除湿流出的低温低湿空气与流回的低温高湿空气有效隔离，二是可以将所述环境室15内的低温高湿空气有效流回到所述除湿机2。
所述冷风机5设计数量优选为两台，既可以实现快速降温，又可以在单台满足设计冷负荷的前提下，还可以实现一用一备的可持续低风险运行的保障效果。
所述冷风机的风机11是指所述冷风机5自带的内部风机，优选为风机形式，以实现均流的效果。此外，所述冷风机5内含有电加热器，也可以设计为冷风机的外部放置，以此实现温度控制的目的。
所述回风室13由所述冷风机5的下表面、库板8、回风室隔板18、设备室隔板17及天花板格栅6组成。其可以实现在单台冷风机运行的状态下，将所述环境室15内的各部位空气通过所述天花板格栅6引入所述冷风机5，配合所述天花板格栅6以达到均流的效果。
所述侧墙格栅7平行放置于距离库体侧墙一定距离的位置。其优选为均孔格栅，以实现均流效果，但不限于单一空洞形式的格栅。
所述送风布管风道12可实现将所述除湿机设备室1的低温低湿空气远距离输送和均匀分流的效果，其开孔出风方向为面向所述库板8的侧墙斜向下，以达到气流可在侧墙格栅和侧墙内均分的目的。
本发明的文物冻干库用空气循环系统依靠各种隔板、风道、多部件等将低湿和高湿空气隔离的目的；依靠除湿机和冷风机独特位置布置及风道系统，既可实现温湿度独立控制，又可以尽最大可能减少控温风循环系统和控湿风循环系统相互干扰；依靠天花板格栅、侧墙格栅、布道风管等，实现风场最大程度均匀和最大空间循环流通的效果；依靠多台除湿机和多台冷风机的配置，以实现最低一用一备的不间断运行的效果；依靠除湿机设备室和侧门的设计，可达到对除湿机随时监测和检修的目的。
图5示出了基于本发明的文物冻干库用空气循环系统的温度独立控制方法的流程图。如图5所示，本发明的基于所述文物冻干库用空气循环系统的温度独立控制方法，包括以下步骤：
1、采集所述环境舱15的实际室内温度Ta并确定所述环境舱15的设定室内温度Ts；
2、判断所述实际室内温度Ta是否位于Ts±△T范围内，如果位于Ts±△T范围内，进入步骤3；如果Ta＞Ts+△T，进入步骤4；如果Ta小于Ts-△T，进入步骤5；
3、判断Ta是否大于Ts，如果是，则对所述冷风机5的电加热器降低占空比，也就是，使得所述冷风机5的电加热器的频率有P降为P-△P；如果否，则对所述冷风机5的电加热器增加占空比，也就是，使得所述冷风机5的电加热器的频率有P升为P+△P；之后，返回步骤2；
4、开启所述冷风机5并关闭其电加热器，之后，返回步骤2；
5、关闭所述冷风机5并开启其电加热器，之后，返回步骤2；
由此，最终实现所述实际室内温度Ta能够控制在Ts±△T范围之内。
其中，△T和△P可以根据需求进行设定，如设定为较小值，可以达到精准控温的效果。
图6示出了基于本发明的文物冻干库用空气循环系统的湿度独立控制方法的流程图。如图6所示，本发明的基于所述文物冻干库用空气循环系统的湿度独立控制方法包括以下步骤：
一、设定所述环境舱15内的设定室内湿度RHs、设定室内温度Ts以及所述除湿机2的压缩机的设定最低吸气压力Ps；
二、开启所述除湿机2，判断除霜条件是否达到，如果是则进入步骤三，如果否，则进入步骤五；
其中，所述除霜条件可以为对换热器前后压差最大限定值判断、也可以是对压缩机最低吸气压力设定判断，也可以是对除湿机组运行时间的判定，等等。例如，判断静压差ΔP是否小于200，或者判断所述除湿机2的压缩机的吸气压力P是否大于等于设定最低吸气压力Ps等等。
三、关闭所述冷风机5并开启其电加热器；
四、判断退出除霜条件是否达到，如果是则关闭电加热器后返回步骤二；如果否，则返回步骤三；
其中，所述退出除霜条件可以为对换热器前后压差最小限定值判断、也可以对盘管温度或盘管周围设定的实时监测温度判断，也可以是对除湿机组电加热除霜运行时间的判定，等等。例如，判断所述冷风机5的盘管温度T盘管是否大于等于20℃，或判断所述冷风机5的盘管周围空气温度T盘管，a是否大于等于30℃等等。
五、判断所述实际室内湿度RHa是否位于RHs±△RH范围内，若是则维持当前系统不变并返回步骤二；若RHa＞RHs+△RH，则开启所述冷风机5并返回步骤二；若RHa＜RHs-△RH，则关闭所述冷风机5并返回步骤二。
由此，最终实现所述实际室内湿度RHa能够控制在RHs±△RH范围之内。
其中，△RH可以根据需求进行设定，如设定为较小值，可以达到精准控湿的效果。
由此，本发明基于所述文物冻干库用空气循环系统提出了温湿度独立控制的相应自动化控制策略，可根据不同文物冻干的工况需求进行设定，再基于需求设定自动转换不同的运行模式，可为珍贵的含水文物的高质量冻干加工提供可靠的技术保障。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种文物冻干库用空气循环系统，其包括位于由库板(8)围成的冻干库内的除湿机设备室(1)和环境舱(15)，其特征在于，所述环境舱(15)的前后两侧都设有侧墙格栅(7)、顶部设有天花板格栅(6)，所述天花板格栅(6)上设有冷风机(5)，所述除湿机设备室(1)内设有除湿机(2)，所述除湿机(2)的风机(3)的回风风口(10)通过回风口风道(4)、所述冷风机(5)的回风室(13)和所述天花板格栅(6)与所述环境舱(15)相通，所述除湿机(2)的风机(3)的送风风口(9)通过送风口风道(16)、送风布管风道(12)和所述侧墙格栅(7)与所述环境舱(15)相通，所述冷风机(5)的风机(11)的出风口通过所述侧壁格栅(7)与所述环境舱(15)相通。
2.根据权利要求1所述的文物冻干库用空气循环系统，其特征在于，所述天花板格栅(6)上还设有形成所述回风室(13)的回风室隔板(18)。
3.根据权利要求1所述的文物冻干库用空气循环系统，其特征在于，所述回风口风道(4)由回风口风道隔板与库板(8)围成。
4.根据权利要求1所述的文物冻干库用空气循环系统，其特征在于，所述除湿机设备室(1)和环境舱(15)由设备室隔板(17)间隔开。
5.根据权利要求1所述的文物冻干库用空气循环系统，其特征在于，所述除湿机设备室(1)设有设备室侧门(14)。
6.根据权利要求1所述的文物冻干库用空气循环系统，其特征在于，所述除湿机设备室(1)内设有两台所述除湿机(2)且所述除湿机(2)为带回热器的低温除湿机。
7.根据权利要求1所述的文物冻干库用空气循环系统，其特征在于，所述除湿机(2)的风机(3)为高压离心风机。
8.根据权利要求1所述的文物冻干库用空气循环系统，其特征在于，所述天花板格栅(6)上设有两台所述冷风机(5)且所述冷风机(5)内含有电加热器。
9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的文物冻干库用空气循环系统的温度独立控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、采集所述环境舱(15)的实际室内温度Ta并确定所述环境舱(15)的设定室内温度Ts；
2)、判断所述实际室内温度Ta是否位于Ts±△T范围内，如果位于Ts±△T范围内，进入步骤3)；如果Ta＞Ts+△T，进入步骤4)；如果Ta小于Ts-△T，进入步骤5)；
3)、判断Ta是否大于Ts，如果是，则对所述冷风机(5)的电加热器降低占空比；如果否，则对所述冷风机(5)的电加热器增加占空比；之后，返回步骤2)；
4)、开启所述冷风机(5)并关闭其电加热器，之后，返回步骤2)；
5)、关闭所述冷风机(5)并开启其电加热器，之后，返回步骤2)。
10.一种基于权利要求1-8中任一项所述的文物冻干库用空气循环系统的湿度独立控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、设定所述环境舱(15)内的设定室内湿度RHs以及所述除湿机(2)的压缩机的设定最低吸气压力Ps；
2)、开启所述除湿机(2)，判断除霜条件是否达到，如果是则进入步骤3)，如果否，则进入步骤5)，其中，所述除霜条件为对换热器前后压差最大限定值判断、对压缩机最低吸气压力设定判断或对除湿机组运行时间判定；
3)、关闭所述冷风机(5)并开启其电加热器；
4)、判断退出除霜条件是否达到，如果是则关闭电加热器后返回步骤2)；如果否，则返回步骤3)；其中，所述退出除霜条件为对换热器前后压差最小限定值判断、对盘管温度或盘管周围设定的实时监测温度判断或对除湿机组电加热除霜运行时间的判定；
5)、判断所述实际室内湿度RHa是否位于RHs±△RH范围内，若是则维持当前系统不变并返回步骤2)；若RHa＞RHs+△RH，则开启所述冷风机(5)并返回步骤2)；若RHa＜RHs-△RH，则关闭所述冷风机(5)并返回步骤2)。
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