一種用於環境模擬的複合艙系統的製作方法

2023-04-27 18:10:36 2

專利名稱：一種用於環境模擬的複合艙系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種複合艙系統，特別是關於一種用於環境模擬的複合艙系統。
背景技術：
目前，國內進行各種環境模擬的設備雖然不少，但多限於單一環境參數模擬(即 只有一個環境參數)，且多為小型設備，主要應用於工業產品的試驗、鑑定。複合艙系統主要是模擬高空環境下各種有害氣體的環境狀態，包括用以模擬C02、 CO、SO2, NO2,隊、艙內氧濃度和溫度等參數的單一環境，或用以模擬多種環境因素的複合環 境，以滿足科研實驗的需要。模擬的氣體種類多、調節的範圍廣是複合艙系統的特點，正確 分析艙內氣體狀態、準確計算有害氣體調配量、精確控制有害氣體調配流量及其在艙內的 分布狀況，是有害氣體調配的難點。這些特點，不僅關係到複合艙系統設計的理論計算、檢 測和調節設備的精度及安全係數，還關係到計算機自動控制系統的計算精確程度、控制程 序的編制等多方因素，直接影響複合艙系統在有害氣體模擬方面的實驗結果。

發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種用於環境模擬的複合艙系統。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種用於環境模擬的複合艙系統，其 特徵在於它包括艙體結構系統、真空系統、除溼及溫度控制系統、氣體調配系統和計算機 自動控制系統；所述艙體結構系統由一實驗艙和一緩衝艙組成，所述實驗艙用於模擬各類 實驗所需的環境，所述緩衝艙是連接所述實驗艙及艙外的通道；所述真空系統為兩套，每套 真空系統包括依次連接的真空機組、第一真空電磁閥和緩衝罐，且所述真空機組的出風端 設置為排空，進風端連接所述第一真空電磁閥；所述除溼及溫度控制系統包括一除溼機，所 述除溼機的進風端連接新風入口，所述除溼機的出風端連接兩個氣體管路，其中一個氣體 管路通過第一流量調節裝置和第一氣氣置換器連接所述實驗艙的進氣口，另一個氣體管路 通過第二流量調節裝置和第二氣氣置換器連接所述緩衝艙的進氣口 ；所述第一氣氣置換器 換熱端的進氣口連接所述實驗艙的出氣口，其出氣口連接其中一套所述真空系統中的緩衝 罐的進氣口 ；所述第二氣氣置換器換熱端的進氣口連接所述緩衝艙的出氣口，其出氣口連 接另一套真空系統中的緩衝罐的進氣口 ；所述氣體調配系統包括若干輸氣管路、一混合器 和一分配器；每一所述輸氣管路包括至少一個減壓器和一個流量控制器，若干路所述輸氣 管路分別用來載入不同的氣體；每路所述輸氣管路的出氣端分別與所述混合器的進氣端連 接，所述混合器的出氣端通過管道和一控制閥門連接所述分配器，所述分配器設置在所述 密封實驗空間中；所述計算機自動控制系統採用SIEMENS可編程控制器為基礎的集散型控 制系統，並按照「集中監測、分散控制」的原則，由監控工作站和現場控制站組成工業級控制 網絡，配置有工程師站與操作員站，對複合艙系統進行集中監控。所述實驗艙和緩衝艙的艙壁由外至內依次包括艙體鋼板、防潮層、空氣層、絕熱層 和絕熱層護板，所述絕熱層的厚度為200mm，所述絕熱層的材料採用聚氨脂；所述防潮層的厚度為5mm，所述防潮層的材料採用HDPE防滲膜。所述真空機組由依次連接的真空泵、可屈撓接頭、真空止回閥和第二真空電磁閥 組成。在兩臺所述真空機組之間並聯一氣體管路，且在該氣體管路上設置一第一截止 閥；同時，與所述緩衝艙連接的真空機組再並聯另一臺真空機組。所述流量控制裝置包括依次連接板孔流量計、電磁閥、電動調節閥和第二截止閥， 且所述電磁閥、電動調節閥和第二截止閥同一第三截止閥並聯。在所述緩衝罐和所述第一、第二氣氣置換器之間的管路上均串聯一氣水置換器。在所述緩衝罐和氣水置換器、所述第一氣氣置換器和實驗艙、以及所述第二氣氣 置換器和緩衝艙之間的管路上均串聯一消聲器。設置有一清汙罐，所述清汙罐的進口連接所述緩衝艙的出口，所述清汙罐的出口 連接排汙坑。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明包括艙體結構系統、真 空系統、除溼及溫度控制系統、氣體調配系統和計算機自動控制系統，複合程度高，模擬的 環境複雜多樣，控制精度高，自動化程度高，且涉及機械、製冷、真空和自動控制等多學科技 術，其複雜程度及主要控制指標不僅在國內絕無僅有，在國際上也屬領先水平。2、本發明 的實驗艙和緩衝艙的艙壁由外至內依次包括艙體鋼板、防潮層、空氣層、絕熱層和絕熱層護 板，絕熱層的材料採用聚氨脂，防潮層的材料採用HDPE防滲膜，這種內保溫、外承壓結構設 計，有效提高絕熱效果，且材料環保可靠；同時設置防潮層，保證絕熱層乾燥，隔熱效果好， 防止艙體表面凝露及人員接觸時凍傷。3、本發明在兩臺真空機組之間並聯一氣體管路，且 使兩臺真空機組互為並聯狀態，從而可交替給實驗艙抽氣，延長真空機組的使用壽命；同 時，與緩衝艙連接的真空機組再並聯另一臺真空機組，從而可交替給緩衝艙抽氣，延長真空 機組使用壽命。4、本發明在緩衝罐和氣氣置換器之間的管路上串聯一氣水置換器，氣水置 換器用於對抽出氣體進行熱交換，實現能量回收，達到節能降耗。5、本發明在緩衝罐和氣水 置換器、氣氣置換器和實驗艙以及氣氣置換器和緩衝艙之間的管路上均串聯一消聲器，以 消除「串聲」的產生。


圖1是本發明的整體結構示意2是本發明的艙體結構示意3是本發明氣體調配裝置的結構示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，本發明包括艙體結構系統、真空系統、除溼及溫度控制系統、氣體調 配系統和計算機自動控制系統。艙體結構系統由一實驗艙11和一緩衝艙12組成，其中實驗艙11用於模擬各類實 驗所需的環境，緩衝艙12是連接實驗艙11及艙外的通道，用於在不中斷實驗的情況下，實 現人員和較大實驗設備進出實驗艙11。實驗艙11和緩衝艙12的艙壁由外至內依次包括艙體鋼板111、防潮層112、空氣層113、絕熱層114和絕熱層護板115(如圖2所示)，其中絕 熱層114的厚度為200mm，絕熱層114的材料採用聚氨脂；防潮層112的厚度為5mm，防潮層 112的材料採用HDPE防滲膜。如圖1所示，真空系統為兩套，每套真空系統包括依次連接的真空機組21、真空電 磁閥22和緩衝罐23，且真空機組21的出風端設置為排空，進風端連接真空電磁閥22。真 空機組21用於將實驗艙11和緩衝艙12中的混合氣體抽出並排至室外；第一真空電磁閥22 用於兩臺真空機組21工作的相互切換；緩衝罐23用於減小氣壓振蕩，提高模擬度及上升、 下降速率的控制精度。上述實施例中，真空機組21由依次連接的真空泵211、可屈撓接頭212、真空止回 閥213和真空電磁閥214組成。可屈撓接頭212用於消除熱脹冷縮引起的兩段管路連接問 題；真空止回閥213的作用是防止空氣回流，實現在真空機組21停機狀態下，保持艙內壓力 穩定；真空電磁閥214用於實現真空機組21對艙體進行抽氣的開閉。上述實施例中，在兩臺真空機組21之間並聯一氣體管路，且在該氣體管路上設置 一截止閥對，該氣體管路作用是使兩臺真空機組21互為並聯狀態，從而可交替給實驗艙11 抽氣，延長真空機組21的使用壽命。同時，與緩衝艙12連接的真空機組21再並聯另一臺 真空機組21，從而可交替給緩衝艙12抽氣，延長真空機組21使用壽命。除溼及溫度控制系統包括一除溼機31，除溼機31的進風端連接新風入口，除溼機 31的出風端連接兩個氣體管路，其中一個氣體管路通過流量控制裝置32和氣氣置換器33 連接實驗艙11的進氣口，另一個氣體管路通過流量控制裝置34和氣氣置換器35連接緩衝 艙12的進氣口。氣氣置換器33換熱端的進氣口連接實驗艙11的出氣口，氣氣置換器33 換熱端的出氣口連接其中一套真空系統中的緩衝罐23的進氣口。氣氣置換器35換熱端的 進氣口連接緩衝艙12的出氣口，氣氣置換器35換熱端的出氣口則連接另一套真空系統中 的緩衝罐23的進氣口。氣氣置換器33、35的作用是將進入艙內氣體和抽出艙外氣體進行 熱交換，以提高進入艙內氣體溫度。上述實施例中，流量控制裝置32、34包括依次連接板孔流量計321、電磁閥322、電 動調節閥323和截止閥324，且電磁閥322、電動調節閥323和截止閥3 同另一截止閥325 並聯，流量控制裝置32、34通過調節氣氣置換器33、35中風量的變化以實現對溫度的粗調 和精調。上述實施例中，在緩衝罐23和氣氣置換器33、35之間的管路上串聯一氣水置換器 25，氣水置換器25用於對抽出氣體進行熱交換，實現能量回收，達到節能降耗。上述實施例中，在緩衝罐23和氣水置換器25、氣氣置換器33和實驗艙11以及氣 氣置換器35和緩衝艙12之間的管路上均串聯一消聲器26，以消除「串聲」的產生。如圖3所示，氣體調配系統包括五路輸氣管路41 (僅以此為例，並不限於此)、一混 合器42和一分配器43。每路輸氣管路4包括至少一個減壓器411和一個流量控制器412， 五路輸氣管路41分別用來載入隊、NO2, CO、CO2和五種氣體。五路輸氣管路41的出氣 端分別與混合器42的進氣端連接，混合器42的出氣端通過管道和控制閥門44連接分配器 43，分配器43設置在實驗艙11中，其作用是將混合出來的調配氣體按量的大小均勻分配到 實驗艙11的各個點上，以便於調配氣體的擴散，加快實驗艙11的氣體成份的均勻速度。計算機自動控制系統採用SIEMENS(西門子)可編程控制器為基礎的集散型控制系統，並按照「集中監測、分散控制」的原則，由監控工作站51和現場控制站52組成工業級 控制網絡，配置有工程師站與操作員站，對複合艙進行集中監控，兩臺操作站同時又互為備 份，具備完善的過程控制、工藝流程顯示、設備運行狀態監控，故障檢測及報警等功能。上述實施例中，還設置有一清汙罐61，清汙罐61的進口連接緩衝艙12的出口，清 汙罐61的出口連接排汙坑62，清汙罐61用於收集實驗過程中艙內的廢液，維持實驗的正常 進行，並定期將廢液排出。本發明使用時，其工作原理如下啟動真空系統的真空機組21，室外空氣先通過除溼機31冷凍除溼後，一部分送入 實驗艙11，另一部分送入緩衝艙12。這兩部分氣體因經過除溼機31而均為冷空氣，所以均 需先在氣氣置換器33、35中進行換熱升溫，然後空氣送入艙內。氣體調配裝置將調配好的 多元氣體送入艙內進行各類環境狀態模擬。氣體流出艙體後，進入氣氣置換器33、35中進 行熱交換，再進入氣水置換器25進行熱交換，最後經過相關部件流入真空機組21並被排 出ο本發明僅以上述實施例進行說明，各部件的結構、設置位置、及其連接都是可以有 所變化的，在本發明技術方案的基礎上，凡根據本發明原理對個別部件進行的改進和等同 變換，均不應排除在本發明的保護範圍之外。
權利要求
1.一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於它包括艙體結構系統、真空系統、除 溼及溫度控制系統、氣體調配系統和計算機自動控制系統；所述艙體結構系統由一實驗艙和一緩衝艙組成，所述實驗艙用於模擬各類實驗所需的 環境，所述緩衝艙是連接所述實驗艙及艙外的通道；所述真空系統為兩套，每套真空系統包括依次連接的真空機組、第一真空電磁閥和緩 衝罐，且所述真空機組的出風端設置為排空，進風端連接所述第一真空電磁閥；所述除溼及溫度控制系統包括一除溼機，所述除溼機的進風端連接新風入口，所述除 溼機的出風端連接兩個氣體管路，其中一個氣體管路通過第一流量調節裝置和第一氣氣置 換器連接所述實驗艙的進氣口，另一個氣體管路通過第二流量調節裝置和第二氣氣置換器 連接所述緩衝艙的進氣口 ；所述第一氣氣置換器換熱端的進氣口連接所述實驗艙的出氣 口，其出氣口連接其中一套所述真空系統中的緩衝罐的進氣口 ；所述第二氣氣置換器換熱 端的進氣口連接所述緩衝艙的出氣口，其出氣口連接另一套真空系統中的緩衝罐的進氣 Π ；所述氣體調配系統包括若干輸氣管路、一混合器和一分配器；每一所述輸氣管路包括 至少一個減壓器和一個流量控制器，若干路所述輸氣管路分別用來載入不同的氣體；每路 所述輸氣管路的出氣端分別與所述混合器的進氣端連接，所述混合器的出氣端通過管道和 一控制閥門連接所述分配器，所述分配器設置在所述密封實驗空間中；所述計算機自動控制系統採用SIEMENS可編程控制器為基礎的集散型控制系統，並按 照「集中監測、分散控制」的原則，由監控工作站和現場控制站組成工業級控制網絡，配置有 工程師站與操作員站，對複合艙系統進行集中監控。
2.如權利要求1所述的一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於所述實驗艙和 緩衝艙的艙壁由外至內依次包括艙體鋼板、防潮層、空氣層、絕熱層和絕熱層護板，所述絕 熱層的厚度為200mm，所述絕熱層的材料採用聚氨脂；所述防潮層的厚度為5mm，所述防潮 層的材料採用HDPE防滲膜。
3.如權利要求1所述的一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於所述真空機組 由依次連接的真空泵、可屈撓接頭、真空止回閥和第二真空電磁閥組成。
4.如權利要求2所述的一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於所述真空機組 由依次連接的真空泵、可屈撓接頭、真空止回閥和第二真空電磁閥組成。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於 在兩臺所述真空機組之間並聯一氣體管路，且在該氣體管路上設置一第一截止閥；同時，與 所述緩衝艙連接的真空機組再並聯另一臺真空機組。
6.如權利要求1或2或3或4所述的一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於 所述流量控制裝置包括依次連接板孔流量計、電磁閥、電動調節閥和第二截止閥，且所述電 磁閥、電動調節閥和第二截止閥同一第三截止閥並聯。
7.如權利要求5所述的一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於所述流量控制 裝置包括依次連接板孔流量計、電磁閥、電動調節閥和第二截止閥，且所述電磁閥、電動調 節閥和第二截止閥同一第三截止閥並聯。
8.如權利要求1 7所述的一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於在所述緩 衝罐和所述第一、第二氣氣置換器之間的管路上均串聯一氣水置換器。
9.如權利要求1 8所述的一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於在所述緩 衝罐和氣水置換器、所述第一氣氣置換器和實驗艙、以及所述第二氣氣置換器和緩衝艙之 間的管路上均串聯一消聲器。
10.如權利要求1 9所述的一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於設置有一 清汙罐，所述清汙罐的進口連接所述緩衝艙的出口，所述清汙罐的出口連接排汙坑。
全文摘要
本發明涉及一種用於環境模擬的複合艙系統，其特徵在於它包括艙體結構系統、真空系統、除溼及溫度控制系統、氣體調配系統和計算機自動控制系統；艙體結構系統由一實驗艙和一緩衝艙組成；真空系統包括依次連接的真空機組、第一真空電磁閥和緩衝罐；除溼及溫度控制系統包括一除溼機，除溼機的出風端連接兩個氣體管路，兩個氣體管路通過流量調節裝置和氣氣置換器分別連接實驗艙和緩衝艙的進氣口；兩個氣氣置換器的進氣口分別連接實驗艙和緩衝艙的出氣口，出氣口分別連接緩衝罐的進氣口；氣體調配系統包括若干輸氣管路、一混合器和一分配器，每路輸氣管路的出氣端分別與混合器的進氣端連接，混合器的出氣端通過管道和一控制閥門連接分配器，分配器設置在實驗艙中；計算機自動控制系統對複合艙系統進行集中監控。
文檔編號B01L1/00GK102107150SQ20101058100
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者劉超, 姚澤蒼, 張建明, 徐卸古, 房濤, 李悅, 楊松濤, 毛軍文, 陳浩宇 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院, 貴州風雷航空軍械有限責任公司