一种固态风扇耦合半导体恒温恒湿文物陈展柜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及恒温恒湿控制技术，特别涉及一种固态风扇耦合半导体恒温恒湿文物陈展柜。
【背景技术】
[0002]文物储藏、保存以及展示需要特定的空气环境以防止其受到破坏，其中温度和湿度是影响文物保存的重要因素。因此非常需要对文物陈展柜进行温湿度调节。
[0003]在文献《博物馆恒温恒湿文物环境控制系统设计》中姜国梁指出在大空间面积的文物陈列和保存环境中，采用冷冻除湿型恒温恒湿系统较为合理，其对大连市博物馆系统进行了设计，采用冷水机组提供冷冻水给空气处理机组实现在空气处理机组实现空间的制冷除湿，加热加湿等过程，通过控制柜对温湿度进行控制，将处理的空气通过风管输送到各个展柜。该技术采用传统蒸汽压缩式制冷方式，制冷量大，能很好的满足大空间的调温除湿功能，但是其机组体积大，质量大，压缩机和输送风机会产生振动和噪音，需要单独设计机房来放置机组，且对各个展柜端的温湿度控制需要设置复杂的控制器，使得成本提高，同时展柜的移动不易实现，故在大型的系统以及对大空间进行热湿调节中采用较为合适。
[0004]申请号为ZL201110443214.2的专利文献中提出了一种精品保管柜，其通过在保管柜的设备室内设置有加湿模块、制冷模块、加热模块、制冷机组来实现对空气的热湿处理，其采用制冷机组的蒸发器来实现制冷，采用电加热以及水箱实现加热和加湿，通过风机来对处理的空气进行管道输送。由于其只对单个文物柜进行处理，系统的体积较小，并且实现了断电保护但是其制冷机组和输送的风机均放置在柜体附近，也会产生振动和噪音，而且采用电加热加热效率较低、能耗增加，系统机械部件过多增加了重量不易于柜体移动。
[0005]申请号为ZL201410317617.6的专利文献中提出了新的制冷方案来处理文物陈展空间，该专利采用半导体热电堆作为制冷元件，通过半导体制冷片与加热器、加湿器等实现空气的热湿处理，由于半导体制冷片体积小，质量轻，对微环境的控制很好，且完成微环境湿度调控的目的过程中设备不需加水、排水减少管道设计，系统简单。但是为保证半导体制冷片正常高效的工作在制冷片冷热端需要设置散热器，现有技术多采用机械风扇实现，机械风扇也会产生振动和噪音，且效率、风量单一不易控制，功耗较大，输送系统的风机也存在振动噪音的问题。
[0006]综上可以看出，采用蒸汽压缩式制冷的文物恒温恒湿系统适用于大型系统，对单一陈展柜的控制处理能力较弱，体积大重量大，结构复杂，不易移动，同时存在振动噪音的问题，采用半导体制冷技术的恒温恒湿系统虽然体积和质量减小了，但是也存在振动和噪首的冋题，系统效率还有待提尚。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种固态风扇耦合半导体恒温恒湿文物陈展柜，具有结构简单、体积小、无振动和噪音、便于移动、低能耗的优点。
[0008]一种固态风扇耦合半导体恒温恒湿文物陈展柜，包括柜体、恒温恒湿单元以及输气单元，所述输气单元用于循环柜体内气体与恒温恒湿单元所产生的恒温恒湿气体，所述输气单元包括连接柜体和恒温恒湿单元的风管，提供气体循环动力的第一固态风扇以及驱动电源。
[0009]本发明的输气装置采用固态风扇来提供气体流通的动力，固态风扇是利用电晕放电产生的离子气流实现管道内空气的循环流动；所述固态风扇可以通过设置多个来调节和提高风量，多个固态风扇串联或并联在风管管路中提供气体的驱动力，风管在与恒温恒湿装置以及柜体连接形成气流回路。
[0010]固态风扇与传统机械风扇不同，固态风扇的效率和风量会受到结构参数如换热面、间距，以及供电电压和换热面的热通量的影响，同时散热面的热通量也会对半导体制冷元件的效率产生影响，因此存在最优的参数来使得整个半导体恒温恒湿系统能在最佳状态下运行，而且也能通过调整参数满足不同的环境工况需求。
[0011]恒温恒湿装置用于处理来自柜体的气体，调节完温度和湿度后重新循环通入柜体，其循环动力由第一固态风扇提供。恒温恒湿装置通过设置温控装置和湿度控制装置来调节气体的温度和湿度。
[0012]优选的，所述第一固态风扇包括:两端开口且与风管连接的集电极筒以及与安装在集电极筒的一端与集电极筒配合形成离子风的第一放电电极。集电极筒可以方便地与风管对接，集电极筒内腔产生离子风，有效驱动气流流通。
[0013]所述第一放电电极为横跨集电极筒一端开口的线状放电电极。线状放电电极设计、加工简单，同时可以减少需要布置的电极数目，易于固定，可以节约设计时间以及成本。
[0014]所述第一放电电极为横跨集电极筒一端开口的针状放电电极，针状放电电极的针头指向集电极筒内且方向与集电极筒的中心轴平行。针状的放电电极由于曲率半径易于制作的更小，起晕电压可以更低，更易于实现电晕放电，同时针状电极能通过调整针的朝向更好的实现对产生的离子风气流流向的控制。
[0015]为了提高单一第一固态风扇的风量，所述针状放电电极沿集电极筒径向排布有多个，所有针状放电电极的针头均指向集电极筒内且方向与集电极筒的中心轴平行。
[0016]为了进一步减小装置的体积，避免产生噪音和振动，优选的，所述的恒温恒湿单元包括:与柜体循环连通的空气热湿处理室、安装在空气热湿处理室上的半导体制冷元件以及安装在半导体制冷元件上的散热模块。
[0017]半导体制冷元件通常采用片状结构，即半导体制冷片，半导体制冷是基于热电效应产生制冷效果从而实现温度和湿度控制的，在制冷除湿工况下，通过控制半导体制冷元件与电源的接入方式使制冷元件在在空气热湿处理空间侧为半导体冷端，冷端温度低于空气露点实现进行降温除湿；然后通过改变制冷元件与电源的连接使得电流反向流过，这时制冷元件在空气热湿处理空间侧为半导体热端，热端温度高对周围空间进行加热，实现对空间空气的温度的进一步调整控制。
[0018]空气热湿处理空间可以采用冷冻除湿的方式进行湿度控制，通过半导体冷冷端与热湿处理空间空气换热，冷端温度低于空气露点温度时，空气中水凝结为液态从空气中除去，热湿空间中得到低温低湿的空气，在通过对进入热湿处理空间的第一固态风扇的供电电压的控制，改变输送风速，提供不同风量的未处理空气，这些未处理的空气与空气热湿处理空间已经除湿过的空气混合达到所要求的相对湿度，实现空间的湿度的处理和控制。
[0019]本发明采用半导体制冷的方式实现恒温恒湿功能，因为其运用热电技术无需制冷剂不会有制冷剂泄漏而造成环境污染的问题，且体积小、无运动部件。
[0020]所述的半导体制冷元件可以采用单级热电堆或多级热电堆形式。单级热电堆所能达到的制冷温度较高，由于除湿量受到热电堆能实现的最低温度的，为了满足高湿负荷工况以及较低温度控制的需求，可以采用多级热电堆的形式。优选的，所述半导体制冷元件采用多级热电堆。
[0021]为了进一步减小装置的体积，避免产生噪音和振动，所述散热模块采用第二固态风扇。固态风扇是基于电晕放电产生的离子气流来实现对半导体热端冷却散热的，使半导体制冷元件能高效安静稳定的工作。
[0022]采用固态风扇来对半导体制冷元件的热端或冷端进行散热，因为其运用电晕放电形成的离子风来冷却热端取代了传统的机械风扇，减少了由于机械风扇所带来的噪声，其次机械风扇由于有旋转部件会存在运行可靠性的问题，而固态风扇不存在旋转部件很好的提高了散热的稳定性和可靠性，而且固态风扇由于其电流很小其运行功率低，所以克服了机械风扇能耗高的问题，固态风扇的体积相比机械风扇小很多，便于设备的小型化，且固态风扇由放电极和集电极组成设计形式多样，可以适用于不同形式的散热面，相比机械风扇其设计自由度高。