CN1834544A - 智能空气质量自动控制的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了由两个结构相同的控湿净化装置，在监控系统指令下，按再生时间段的时间长度与鼓风吸附干燥净化时间段的时间长度相等的方式轮换换向的方法进行工作，并与控温装置协同，实现了对被控空间空气质量自动控制，并可派生出多种智能空气质量自动控制装置。
Description
技术领域
本发明属于空气质量控制技术领域，涉及一种空气的湿度温度控制和净化的方法和装置。
背景技术
现代工业和科研很多项目的操作和存储都对环境空气的湿度温度和净化提出了要求。例如，金属氧化腐蚀、有机物水解、霉变、粉末材料变性、化学品成份改变等，都与环境的湿度温度密切相关。因此在电子、化学、精密机械、生物、制药等很多工业生产和科研工作中作为存储型或工具型使用要求控制环境空气相对湿度，有的甚至要求能将环境湿度快速降低至5％RH以下，还有的同时要求控制环境温度和净化环境空气。对环境湿度温度的控制，有的单向控制即可满足要求，而有的则需要进行恒湿恒温双向控制。而在生物、制药等行业，需要将淬取的蛋白质与溶剂进行分离干燥，去除溶剂，获得纯净的提取物。如采用传统的冻干机提取，会有大量提取物附着在冻干机上不能利用，导致收得率降低，但又不能采用会造成蛋白质生物活性丧失的高温干燥方法提取，因此需要一种高收得率的新型干燥提取设备。
传统的空气干燥技术分为高温除湿、冷凝除湿和本人在94110924.8号中国专利中所提出的常温自动干燥三种技术方案。
高温干燥由于会损坏物品，不能在此领域使用，而冷凝除湿在环境气温20℃以下时由于冷凝器结霜而丧失除湿能力，同时也不具备将空气湿度降低到10％RH以下的超低湿除湿能力，并且也不能净化空气，因此也不能胜任此领域的工作。
虽然本人在94110924.8号中国专利中提出了一种常温除湿干燥的空气质量控制方案，但由于该方案是通过对吸潮剂加热烘烤，然后再冷却降温和鼓风吸附干燥这三个工作段，反复循环来实现除湿目的，而在约占总工作时间长度约一半的加热和冷却降温这两个属于预运行性质的吸潮剂再生时间段中，干燥装置是不能除湿的，只有在鼓风吸附干燥阶段才能除湿，因此属间隙式除湿。由此带来的问题是：以干燥箱为例，在生产科研场所，往往需要每天多次频繁的开启干燥箱门取放物品，而湿度刚降下来，一开门箱外高湿空气进入导致箱内湿度上升，使干燥装置立即又启动进入不除湿的预运行时间段。实际上每天真正用于除湿的时间只有约一半的时间，也就是每天约有一半的时间不能除湿，因此开门升湿后再把湿度降到原来的水平需要数小时以上。而用户往往要求在开门升湿后半小时或一小时之内湿度就要重新降到原来的水平。显然，这就不能满足用户要求。此外，这种方案是单向除湿控制，不能进行加湿，也不能控制温度，因此，也难以全面满足现代工业科研对环境空气质量快速控制的要求。目前，能同时满足上述要求，完成湿度温度快速控制和净化空气的装置，还没有出现。
发明内容
本发明要解决的问题是：提供一种模块化的智能空气质量控制系统，实现对被控空间空间空气的除湿、加湿、降温、升温、净化。该系统既可用作干燥箱满足每天多次频繁的开启箱门取放物品的用户的需要，也可满足作为干燥工具型用途的要求以及进行超低湿除湿，还可作为干燥净化存储型用途。既可以小型化用作干燥箱以及作为高收得率的新型生物制药淬取物干燥提取设备使用，又可大型化用作库房车间大型干燥净化工程使用，并可进行连结记录打印、信号传输、自动报警等外围设备，实现远程中央集中监控，成为一个智能空气质量控制系统。此外还可通过对模块的组合应用和软件设置及硬件增减，派生出连续除湿净化的智能空气质量控制装置、连续除湿的恒湿净化智能空气质量控制装置、连续除湿的低温净化智能空气质量控制装置、连续除湿的恒湿低温净化智能空气质量控制装置、连续除湿的恒温净化智能空气质量控制系统等多种空气质量控制设备。
本实用新型是通过以下技术措施来实现的：
本系统由内装具有吸收水分和有害工业废气分子及微粒粉尘功能的吸附剂以及电热元件构成的吸附管阵列与活门及其驱动机构和鼓风吸附净化装置构成控湿净化装置，再将两个控湿净化装置组成双工位净化控湿装置，并加上具有制冷和制热部件的温度控制装置和电子监控系统而构成。
本系统的要点是：两个控湿净化装置的对应关系在于：当A控湿净化装置处于对加热和冷却降温的吸附剂再生时间段时，B控湿净化装置处于鼓风吸附干燥净化时间阶段。而当B控湿净化装置处于加热和冷却降温的吸附剂再生时间段时，A控湿装置就处于鼓风吸附干燥净化时间阶段。其时间控制要点是：加热再生吸附剂和冷却降温这两个过程阶段的时间长度相等于鼓风吸附干燥阶段的时间长度。如此两个干燥装置按一个再生吸附剂，另一个就吸附干燥净化的方式反复轮换工作，实现连续工作。
在需要加湿时，其中一个控湿装置或两个控湿装置均可对被控空间开放，也就是处于鼓风吸附干燥净化状态但不进行鼓风，而是进行加热将吸附剂内已吸附的水分烘出送入被控空间完成加湿功能。此外也可另配独立的加湿装置来完成加湿工作。
电子监控系统的硬件是由湿度信号输入子系统、温度信号输入子系统、显示子系统、控制执行子系统、按键输入子系统的单片计算机控制系统构成。
湿度信号输入子系统和温度信号输入子系统负责把湿度和温度传感器采集到的湿度温度变化信号输入单片机；显示子系统负责显示湿度值、温度值等人机交换信息；控制执行子系统根据单片机发出的操作信号执行相应的动作；按键输入子系统把按键闭合情况输入单片机。各种信息汇合单片机后，由单片机协调各子系统工作。
监控系统的软件分为出厂参数设置软件和用户应用软件，
出厂参数设置软件由按键输入模块与显示模块组成。按键输入模块主要处理按键输入，并根据按键输入定义执行相应操作，显示模块显示设置值。
用户应用软件由信号处理模块、显示模块、按键输入模块、控制模块、运行参数读写模块构成。
信号处理模块将湿度和温度信号以数字信号形式进入单片机芯片处理，并送到显示模块。
显示模块的功能是接收从各模块传来的需要显示的信息：如信号处理模块传来的当前湿度值、按键输入模块的提示信息与调整的值等，经过译码，转换为七段显示码，驱动数码显示管显示。
按键输入模块主要完成按键输入识别，并按照设计定义执行相应操作。
运行参数读写模块负责存贮数据读写。在系统加电启动时，读写模块将存贮于存储器内的参数读出加载。当用户修改湿度控制基准时，读写模块将设定的控制基准写入存储器内保存。
湿度控制部分工作时，信号处理模块送来的实时湿度采样信号高于存储于运行参数读写模块内的控制基准，控制执行子系统送出除湿信号，按出厂参数设置的运行参数，驱动A控湿装置活门驱动机构运行，关闭吸附管阵列与被控空间的通道，开放吸附管阵列与大气空间的通道，并进行由加热和降温两个时间段组成的吸附剂再生工作，将吸附剂内已吸附的水分、工业废气和粉尘排出到大气；同时B控湿装置活门驱动机构运行，关闭吸附管阵列与大气空间的通道，开放吸附管阵列与被控空间的通道，并进行鼓风，将被控空间空气抽入吸附水分和工业废气和粉尘后，再将干燥清洁的空气送回被控空间的鼓风吸附干燥净化时间段工作。
当上述工作时间段计时完毕，监控系统指令驱动两个控湿装置换向工作，B控湿装置关闭吸附管阵列与被控空间的通道，开放吸附管阵列与大气空间的通道，并进行由加热和降温两个时间段组成的吸附剂再生工作，将吸附剂内已吸附的水分、工业废气和粉尘排出到大气；同时A控湿装置关闭吸附管阵列与大气空间的通道，开放吸附管阵列与被控空间的通道，并进行鼓风将被控空间空气抽入吸附水分和工业废气和粉尘后，再将干燥清洁的空气送回被控空间的鼓风吸附干燥净化时间段工作。
如此两个控湿装置按一个再生吸附剂，另一个就鼓风吸附干燥净化的方式反复轮换工作，实现了连续干燥净化。当湿度达到控制设定基准时，处于鼓风吸附干燥净化时间段的控湿装置风扇停转处于停机待命状态，这期间如有开门造成湿度上升，则风扇启动再行除湿直到达到控制设定基准又再停转，而处于再生吸附剂状态的控湿装置则继续进行加热和降温程序，直到计时完毕后，其活门驱动机构运行，关闭其吸附管阵列与大气空间的通道，开放吸附管阵列与被控空间的通道，然后A，B两控湿装置均进入停机待命状态。
当控制执行子系统又送出除湿信号时，才进行过再生吸附剂程序的控湿装置进入鼓风吸附干燥净化程序，而才进行过鼓风吸附干燥净化程序的控湿装置则进入再生吸附剂程序。
在鼓风吸附干燥净化状态下，被控空间空气中的有害工业废气和微粒粉尘被抽入控湿装置并被吸附管阵列吸附，在再生吸附剂状态下被加温随水蒸气排到大气之中，从而实现空气自动净化。
当信号处理模块送来的实时湿度采样信号低于存储于运行参数读写模块内的控制基准，即湿度低于湿度控制设定基准时，控制执行子系统送出加湿信号，如此时A，B两控湿装置均处于停机待命状态，则同时进行加热，将被吸附剂吸附的水分烘烤出来送到被控空间进行加湿，当湿度达到湿度控制设定值时，自动转入停机待命状态。如其中一个控湿装置处于再生吸附状态，而另一个控湿装置处于鼓风吸附干燥净化时间段的停机待命状态，则仅对该处于停机待命状态的控湿装置进行加热，将被吸附剂吸附的水分烘烤出来送到被控空间进行加湿，而处于再生吸附剂状态的控湿装置则继续进行其加热降温程序。当湿度上升达到湿度控制设定基准时，又自动转入停机待命状态。
也可配置独立加湿器，由控制执行子系统向该独立加湿器送出加湿信号时，启动加湿器进行加湿，当湿度上升达到湿度控制设定基准时，停止加湿。
当湿度再次上升高于湿度控制设定基准时，控制执行子系统又送出除湿信号，由最后进行过完整的再生吸附剂程序的控湿装置进入鼓风吸附干燥净化程序，而最后进行的是鼓风吸附干燥净化程序的控湿装置则进入再生吸附剂程序。
温度控制部分工作时，信号处理模块送来的实时温度采样信号高于存储于运行参数读写模块内的控制基准，控制执行子系统送出降温信号，按出厂参数设置的运行参数，启动控温装置中的制冷器件进行制冷降温。
当信号处理模块送来的实时温度采样信号低于存储于运行参数读写模块内的控制基准，控制执行子系统送出加温信号，按出厂参数设置的运行参数，启动控温装置中的制热装置进行加温，从而实现温度自动控制。
湿度和温度控制部分协同工作，实现了对被控空间的湿度温度双控制即恒湿恒温和空气净化，完成目标任务。
在监控系统上配置打印机，可对被控空间的实时湿度温度变化情况进行打印，或设置输出接口将信号传输到远端控制中心进行监控，以及装设自动报警装置，一个能双向工作的恒湿恒温自动净化空气的智能空气质量控制系统即构成。
附图为本实用新型的一个实施例。
图1，空气质量控制系统控湿装置结构和处于鼓风吸附除湿及加湿时活门状态
图2，空气质量控制系统控湿装置结构和处于加热及降温阶段时活门状态
图3，空气质量控制系统与被控空间的安装方式
以下结合附图实施例对本发明做进一步描述：
湿度控制部分的A控湿装置(1)和B控湿装置(2)均是将带有散热片(3)的电热元件(4)和分子筛吸附剂(5)装入由网孔材料制造的吸附管(7)内。将多个吸附管(7)固定，并在吸附管(7)之间留出气流通过的风道(9)，横向或纵向安装构成吸附管阵列(10)后装入壳体，并与壳体(8)之间留出气流通过的风道(9)。在吸附管阵列(10)的两端各设一个能改变空气进出方向的上活门(11)和下活门(12)，并与活门驱动机构(13)连结。在壳体(8)与上活门(11)和下活门(12)对应处开有上气道(14))和下气道(15)。当活门驱动机构受控(13)运行，驱动上活门(11)与下活门(12)相互之间运动形成“八”字结构后外界空气可经过上气道(14))和下气道(15)与吸附管阵列(10))接触，或经活门驱动机构(13)反向运行，驱动上活门(11)与下活门(12)相互之间作反向运动形成相反的“八”字结构后切断外界空气与吸附管阵列(10)的接触。在壳体(8)上设有“人”字状气密台阶(16)作为上活门(11)和下活门(12)的止动和气密装置。在下活门(12)与吸附管阵列(10)之间安装风机(6)，再将A控湿装置(1)和B控湿装置(2)安装于被控空间(17)壁上，并通过监控系统(19)和温控装置(18)连结即可。
工作时，监控系统(19)的信号处理模块送来的实时湿度采样信号高于存储于运行参数读写模块内的控制基准，单片机控制系统按出厂参数设置的动作和定时程序，由控制执行子系统送出除湿信号，进行以下工作：
使A控湿装置(1)进入加热计时和降温计时阶段的吸附剂再生时间段，驱动活门驱动机构(13)正向运行，使上活门(11)和下活门(12)相互之间运动形成一个正“八”字，切断被控空间(17)空气与吸附管阵列(10)的接触，并进入加热计时，向其电热元件(4)供电加热，烘烤吸附剂(5)，将其所吸附的水分和有害工业废气分子及微粒粉尘烘出，经过上活门(11)从上气道(14)排到大气，当加热计时完毕，则断电进入降温计时；
与此同时，驱动B控湿装置(2)的活门驱动机构(13)反向运行，使上活门(11)和下活门(12)相互之间运动形成一个反“八”字，开放被控空间(17)空气与吸附管阵列(10)的接触，进入鼓风吸附干燥净化运行计时，风机(6)运行鼓风，将被控空间(17)内的空气从下气道(15)抽入经过下活门(12)进入吸附管阵列(10)，被吸附剂(5)将水分和有害工业废气及微粒粉尘吸附后，形成清洁干空气，经风道(9)和上活门(11)及上气道(14))送回被控空间(17)，使被控空间(17)的湿度降低，空气净化。
当A控湿装置(1)的加热计时和降温计时阶段完毕之时，也就是B控湿装置(2)风机(15)运行鼓风吸附干燥净化计时阶段完毕之时。此时，控制执行子系统机构送出信号，使A控湿装置(1)和B控湿装置(2)换向工作，活门驱动机构(13)相互作相反方向运行，驱动上活门(11)和下活门(12)作反向运动，使B控湿装置(2)进入加热计时和降温计时阶段，而A控湿装置(1)则进入鼓风吸附干燥净化计时阶段。
随着被控空间(17)空气湿度值的不断下降，当信号处理模块送来的实时湿度采样信号已达到控制基准时，控制执行子系统送出信号，使处于鼓风吸附干燥净化阶段的控湿装置停止鼓风，如这期间信号处理模块又送来湿度上升到高于控制基准标准的信号，则鼓风再行启动，湿度下降达到控制基准则又停止鼓风。而处于加热计时和降温计时阶段的控湿装置继续运行程序，直到计时完毕后活门驱动机构(13)驱动上活门(11)和下活门(12)作反向运动，如此时湿度下降已达到控制基准，两控湿装置都停机待命，如湿度高于控制基准，则进入鼓风吸附干燥净化阶段，而先前处于鼓风吸附干燥净化阶段的控湿装置则进入加热计时和降温计时阶段。
按如此程序A干燥装置(1)和B干燥装置(2)反复轮流加热再生吸附剂(5)和鼓风吸附，干燥净化，实现了连续除湿和净化空气的功能。
当A控湿装置(1)和B控湿装置(2)都处于停机待命状态，即两控湿装置的吸附管阵列(10)都处于与被控空间(17)相通的状态下，而信号处理模块送来的实时湿度采样信号低于控制基准，即需要加湿时，单片机控制系统按出厂参数设置由控制执行子系统送出信号，同时向两控湿装置的电热元件(4)供电加热，烘烤吸附剂(5)，将其已吸附的水分烘出经风道(9)和上活门(11)及上气道(14)送到被控空间(17)，从而实现对被控空间(17)的加湿。当加湿达到控制基准则停止加湿。如此加湿工作即完成。
当两控湿装置一个处于加热计时和降温计时阶段，而另一个处于鼓风吸附干燥净化阶段但风机停止的停机待命状态下，湿度采样信号低于控制基准，送来加湿信号时，控制执行子系统向处于鼓风吸附干燥净化阶段的控湿装置的电热元件(4)供电加热，烘烤吸附剂(5)，将其已吸附的水分烘出经风道(9)和上活门(11)及上气道(14))送到被控空间(17)，从而实现对被控空间(17)的加湿。当加湿达到控制基准则停止加热，加湿工作即完成。
也可另装设超声波加湿器(20)，当控制执行子系统送出加湿信号时，启动加湿器(20)进行加湿，当湿度上升达到湿度控制设定基准时，停止加湿。
通过上述措施，湿度高了就除湿，湿度低了就加湿，从而完成对被控空间(17)的空气湿度进行恒湿的工作。用户可从监控系统(19)显示模块的数码湿度表了解实时湿度状况。
温度控制工作是由具有制冷部件和制热部件的温控装置(18)完成。
工作时，监控系统(19)信号处理模块送来的被控空间(17)的实时温度采样信号高于控制基准时，单片机控制系统按出厂参数设置的动作和定时程序，由控制执行子系统送出信号，启动制冷部件(18)对被控空间(17)进行制冷降温，当达到温度控制基准时，停止制冷，进入停机待命状态。
当实时温度采样信号低于控制基准时，启动制热部件(19)，对被控空间(17)进行升温，当达到温度控制基准时，停止升温，进入停机待命状态。
通过温度高了就降温，温度低了就升温，从而完成对被控空间(17)的空气温度恒温的工作。用户可从监控系统(19)显示模块的数码温度表了解实时温度状况。
在监控系统上装设打印机、信号输出接口、报警装置等就可实现湿度和温度数据的打印、数据传输、中央集中监制和自动报警功能。
根据上述措施，一个恒湿恒温并自动净化空气的智能空气质量控制系统即构成。
通过对监控系统(19)软件的设置中对加湿功能和控温装置(18)的制冷和制热功能进行屏蔽和不装设独立加湿器(20)和制冷加热部件及相关电路零件，即构成连续除湿净化的智能空气质量控制系统。
通过对监控系统(19)软件的设置中对控温装置(18)的制冷和制热功能进行屏蔽和不装设制冷和加热部件及相关电路零件，即构成连续除湿的恒湿净化智能空气质量控制系统。
通过对监控系统(19)软件的设置中对加湿功能和控温装置(18)的制热功能进行屏蔽和不装设独立加湿器(20)，和制热部件及相关电路零件，即构成连续除湿的低温净化智能空气质量控制系统。
通过对监控系统(19)软件的设置中对控温装置(18)的制热功能进行屏蔽和不装设加热部件及相关电路零件，即构成连续除湿的恒湿低温净化智能空气质量控制系统。
通过对监控系统(19)软件的设置中对加湿功能进行屏蔽和不装设独立加湿器(20)及相关电路零件，即构成连续除湿的恒温净化智能空气质量控制系统。
根据上述措施，即可派生出仅具备干燥净化功能，或具备恒湿净化功能，或低温干燥净化、低温恒湿净化、恒温干燥净化等多种设备即构成。
Claims (11)
1，智能空气质量自动控制的方法，其特征是：使两个结构相同的A控湿净化装置(1)和B控湿净化装置(2)及控温装置(18)在监控系统(19)的指令下完成除湿加湿空气净化和温度控制工作。
2，根据权利要求1所述的智能空气质量自动控制的方法，其特征是：A控湿净化装置(1)和B控湿净化装置(2)之间按吸附剂(5)再生时间段和鼓风吸附干燥净化时间段长度相等的方法，轮换换向进行工作，实现连续除湿。
3，根据权利要求1所述的智能空气质量自动控制的方法，其特征是：在加湿状态下，可以是A控湿装置(1)或B控湿装置(2)的吸附管阵列(10)与被控空间(17)相通，也可以是A控湿装置(1)和B控湿装置(2)的吸附管阵列(10)与被控空间(17)相通，还可另设置由监控系统(19)控制的独立加湿器(20)进行除湿工作。
4，根据权利要求1所述的智能空气质量自动控制的方法，其特征是：控温装置(18)由受控于监控系统(19)的制冷装置和制热装置构成。
5，根据权利要求1至4所述的智能空气质量自动控制的方法，其特征是：监控系统(19)由包括湿度信号输入子系统、温度信号输入子系统、显示子系统、控制执行子系统、按键输入子系统的单片机控制系统构成，并可配置记录打印装置和自动报警装置及信号输出装置实行远程中央集中监控。
6，根据权利要求1至5所述的智能空气质量自动控制的方法，其特征是：通过对监控系统(19)软件的设置中对加湿功能和控温装置(18)的制冷和加热功能进行屏蔽和不装设独立加湿器(20)和制冷加热部件及相关电路零件，即构成连续除湿净化智能空气质量控制装置。
7，根据权利要求1至5所述的智能空气质量自动控制的方法，其特征是：通过对监控系统(19)软件的设置中对控温装置(18)的制冷制热功能进行屏蔽和不装设制冷制热部件及相关电路零件，即构成连续除湿的恒湿净化智能空气质量控制装置。
8，根据权利要求1至5所述的智能空气质量自动控制的方法，其特征是：通过对监控系统(19)软件的设置中对加湿功能和控温装置(18)的加热功能进行屏蔽和不装设加热部件与独立加湿器及相关电路零件，即构成连续除湿低温净化智能空气质量控制装置。
9，根据权利要求1至5所述的智能空气质量自动控制的方法，其特征是：通过对监控系统(19)软件的设置中对控温装置(18)的制热功能进行屏蔽和不装设制热部件及相关电路零件，即构成连续除湿的恒湿低温净化智能空气质量控制装置。
10，根据权利要求1至5所述的智能空气质量自动控制的方法，其特征是：通过对监控系统(19)软件的设置中对加湿功能进行屏蔽和不装设独立加湿器(20)及相关电路零件，即构成连续除湿的恒温净化智能空气质量控制装置。
11，根据权利要求1所述的智能空气质量自动控制装置，其特征是：A控湿净化装置(1)和B控湿净化装置(2)均是将带有散热片(3)的电热元件(4)和分子筛吸附剂(5)装入由网孔材料制造的吸附管(7)内，将多个吸附管(7)横向或纵向固定，相互之间留出气流通过的风道(9)构成吸附管阵列(10)装入壳体，并与壳体(8)之间留出气流通过的风道(9)，在吸附管阵列(10)的两端各设一个与活门驱动机构(13)连结控制能改变空气进出方向的上活门(11)和下活门(12)，在壳体(8)与上活门(11)和下活门(12)对应处开有上气道(14))和下气道(15)，在下活门(12)与吸附管阵列(10)之间安装风机(6)，再将A控湿净化装置(1)和B控湿净化装置(2)安装于被控空间(17)壁上，使风道(9)与被控空间(17)相通而构成。
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| CNA2006100203942A CN1834544A (zh) | 2006-03-02 | 2006-03-02 | 智能空气质量自动控制的方法和装置 |
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| CNA2006100203942A CN1834544A (zh) | 2006-03-02 | 2006-03-02 | 智能空气质量自动控制的方法和装置 |
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