专利名称：一种用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及环境(调湿、净化)控制技术领域，尤其涉及一种用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器。
背景技术：
我国文物保存机构主要是国家级及省级博物馆，文物所处的保存环境一般以展柜为主。由此，构成了文物保存环境，但是文物保存的环境往往并非是一种理想状态。许多环境因素若处于不合理的状况下就会在无形中对文物造成损坏。在馆藏文物的保存环境中，温度和湿度是所有研究工作的基础，它们是间接或直接影响，甚至决定文物一切物理、化学、生物作用的两个基本条件；其中，湿度调控对于文物的保存尤为重要，而湿度对文物破坏的机制可分为物理破坏、化学破坏以及生物破坏。湿度对文物的物理破坏主要表现为:湿度较高时，对于吸湿性较强的有机材料或者有细胞结构的文物吸收外界水分而发生体积膨胀；而湿度较低时，则某些物质就会脱水失去水分，造成文物的干裂，材料脆化等。湿度对文物的化学破坏主要体现为:由于水能够附着于大多数物质的表面，或者是侵入部分物质的内部。水是一种较好的极性溶剂，易溶解空气中的酸性物质，加快金属物质腐蚀，并造成织物、纸制物等褪色或变色；湿度较高时，还可以加快环境中光化学反应速度。生物腐蚀同样是对于文物保存构成主要危害、危险之一，特别是对于那些由蛋白质、染料、纤维等有机物构成的文物，其自身是微生物赖以生存的营养物质。空气中相对/绝对湿度对于空气中携带微生物的存活量至关重要。不同微生物其最适应湿度各不相同，但总的来说，湿度越高越是适合微生物增长。另一方面，展柜中污染物根据来源和性质的不同，可以将其分成颗粒污染物、微生物污染以及气态污染物。而在这几个因素中，气态污染物是最具破坏性的。国内外对于博物馆馆藏文物的保护措施主要基于HVAC即采暖、通风和空调系统，一方面满足恒温的要求，另一方面将过滤材料纳入空气调节系统，达到净化空气的目的。另外一种系统就是通过局部控制文物保存微环境，也就是展柜、储藏柜中的环境质量，以达到对文物的保护目的。前者，能够有效的调解整个博物馆的环境温度，但存在着较大的波动，同时无法有效的控制湿度。然而后者，由于调控范围小也不易受到人为因素或者自然因素的影响，所以更经济有效。目前对于展柜文物的保护系统主要是以半导体调试技术为主的调湿器，但是其往往不具备净化展柜内污染物的作用。例如，法国卢浮宫的新型陈列柜采用了电脑数码技术、电子锁、自动控制升降技术以及陈列柜内的空气调节装置，可防潮防霉。再如，德国Hamburg为保存一张古地图设计了一个恒温恒湿陈列柜，陈列柜设置双层玻璃，在玻璃夹层中循环流动恒温空气以控制温度，另外，柜内还放有调湿剂以控制相对湿度。虽然市场上的室内空气净化器可谓数不胜数，但是针对于博物馆这类特殊室内(需要恒湿，污染物浓度远低于人类健康的阈值)空气净化器却甚为少见。
实用新型内容为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，以实现对博物馆文物保存微环境中相对湿度的调节，又可以有效地去除低浓度气态污染物，同时也可应用于一般微环境湿度的调节以及污染物的净化。本实用新型所述的一种用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其包括:依次连接在外围展柜的出气口和进气口之间的循环气泵、空气净化模块和调湿模块；以及与所述循环气泵、空气净化模块和调湿模块连接以实现空气净化和湿度控制的PLC控制模块和MCU控制板。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述空气净化模块包括化学吸收单元、生物质竹炭净化单元和臭氧净化单元中的至少一个，且包括两个或三个时，所述单元依次连接。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述化学吸收单元包括内部含有高锚酸佣的硅胶和/或沸石颗粒的第一筒体以及设置在该第一筒体内部的折返结构。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述生物质竹炭净化单元包括内部含有生物质填料的第二筒体以及设置在该第二筒体内部的折返结构。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述臭氧净化单元包括内部含有二氧化锚的沸石、活性炭、高岭土、硅藻土颗粒中至少一种的第三筒体以及设置在该第三筒体内部的折返结构。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述调湿模块包括:水槽，其进口端与所述空气净化模块连接，其出口端通过一半导体冷凝器与所述展柜的进气口连接；以及设置在所述水槽上方的冷却风扇，其与所述PLC控制模块和MCU控制板连接；其中，所述半导体冷凝器的冷端通过一用于检测半导体冷凝器的温度值的热电阻与一换热片贴紧，所述热电阻和所述半导体冷凝器均与所述PLC控制模块和MCU控制板连接。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述净化器还包括与所述PLC控制模块和MCU控制板连接且分别用于检测所述展柜的实际温度值和实际湿度值的温度探头和湿度探头。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述PLC控制模块和MCU控制板包括:湿度控制器，其接收外围输入的湿度设定值以及通过一湿度变送器反馈的所述展柜的实际湿度值；[0025]与所述湿度控制器连接的温度控制器，其接收所述湿度控制器输出的温度设定值以及通过一温度变送器反馈的所述半导体冷凝器的温度值；以及与所述温度控制器连接的执行器，其根据所述温度控制器输出的控制信号，向所述半导体冷凝器输出相应的电流信号，以调节所述半导体冷凝器的冷端的温度。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述PLC控制模块和MCU控制板与所述空气净化模块之间连接有压力传感器和质量流量计模块。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述调湿模块包括与所述PLC控制模块和MCU控制板连接的液位传感器。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述净化器还包括用于容置所述循环气泵、空气净化模块、调湿模块、PLC控制模块和MCU控制板、压力传感器、质量流量计模块以及液位传感器的机壳。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述净化器还包括设置在所述机壳外表面上、并与所述PLC控制模块和MUC控制板连接的触摸屏。在上述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器中，所述净化器还包括设置在所述机壳上的散热风扇。由于采用了上述的技术解决方案，本实用新型针对现有技术在调湿过程中无法集成净化效果的不足，本净化器可以有效地调节展柜内的相对湿度，并有效地集成了空气净化模块，可针对馆藏文物保存环境下不同污染状况选用相应的净化单元；该空气净化模块能将多种净化技术结合，使得在调节展柜相对湿度的同时，污染物降解过程反应条件温和，无二次污染，结构简单，操作方便，更换和维修方便，可以实现对文物针对性的保护和保存。
图1是本实用新型的一种用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器的结构示意图；图2是本实用新型中机壳内底板的结构布置俯视图；图3是本实用新型中机壳内上层的结构布置俯视图；图4是本实用新型中机壳的结构正视图；图5是本实用新型中机壳的结构后视图；图6是本实用新型的工作流程图；图7是本实用新型中调湿模块的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。请参阅图1-图7，本实用新型，即一种用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，包括:机壳20、设置在机壳20内并依次连接在外围展柜10的出气口和进气口之间的循环气泵1、空气净化模块2和调湿模块3，以及与循环气泵1、空气净化模块2和调湿模块3连接以实现空气净化和湿度控制的PLC控制模块和MCU控制板4 ;还包括与PLC控制模块和MCU控制板4连接且分别用于检测展柜10的实际温度值和实际湿度值的温度探头5和湿度探头6、连接在PLC控制模块和MCU控制板4与空气净化模块2之间的压力传感器7和质量流量计模块8。机壳20包括设置在其外表面上、并与PLC控制模块和MUC控制板4连接的触摸屏201、设置在其上的散热风扇202、与展柜10的出气口连接的进气管接口 203以及与展柜10的进气口连接的出气管接口 204。空气净化模块2依次通过循环气泵I和机壳20的进气管接口 203与展柜10的出气口连接，该空气净化模块2包括化学吸收单元21、生物质竹炭净化单元22和臭氧净化单元23中的至少一个，且包括两个或三个时，这些单元依次连接，其中:化学吸收单元21包括内部含有高锚酸佣的硅胶和/或沸石颗粒的第一筒体(图中未示)以及设置在该第一筒体内部的折返结构(图中未示)；生物质竹炭净化单元22包括内部含有生物质填料的第二筒体(图中未示)以及设置在该第二筒体内部的折返结构(图中未示);臭氧净化单元23包括内部含有二氧化锚的沸石、活性炭、高岭土、硅藻土颗粒中至少一种的第三筒体(图中未示)以及设置在该第三筒体内部的折返结构(图中未示)；由于采用了折返结构，因此气流在第一、二和三筒体中的流向方式均为折返式，且第一、二和三筒体及折返结构均采用薄壁不锈钢制成。调湿模块3包括:水槽31，其进口端与空气净化模块2连接，其出口端通过一半导体冷凝器32通过机壳20的出气管接口 204与展柜10的进气口连接；设置在水槽31上方的冷却风扇33，其与PLC控制模块和MCU控制板4连接；以及与PLC控制模块和MCU控制板4连接的用于测量水槽31中液位的液位传感器(图中未示);其中，半导体冷凝器32的冷端通过一用于检测半导体冷凝器32的温度值的热电阻34与一换热片35贴紧，并用导热硅胶填充，热电阻34和半导体冷凝器32均与PLC控制模块和MCU控制板4连接。PLC控制模块和MCU控制板4包括:湿度控制器41，其接收外围输入的湿度设定值以及通过一湿度变送器42反馈的展柜10的实际湿度值(该实际湿度值由湿度探头6测量)；与湿度控制器41连接的温度控制器43，其接收湿度控制器41输出的温度设定值以及通过一温度变送器44反馈的半导体冷凝器32的温度值(该温度值由热电阻34测量)；以及与温度控制器43连接的执行器45，其根据温度控制器43输出的控制信号，向半导体冷凝器32输出相应的电流信号，以调节半导体冷凝器32的冷端的温度。由上述PLC控制模块和MCU控制板4的内部结构可知，本实用新型含有2个闭环控制系统，外环为湿度控制环，内环为温度控制环:湿度控制器41对湿度设定值和反馈的实际湿度值之差进行PID运算，湿度控制器41的输出作为内环温度控制环的设定值，温度控制器43对温度设定值和反馈的实际温度值之差进行PID运算，从而对半导体冷凝器32温度进行闭环控制。本实用新型的工作原理如下:通过PLC控制模块和MCU控制板4来控制本净化器的运行，其运行方式有二种，一种为自动运行方式，另一种为于动运行方式；自动运行方式是指PLC控制模块和MCU控制板4按照设定的程序，自动控制循环气泵I的开启/关闭；于动运行方式则是通过操作人员利用与PLC控制模块和MCU控制板4连接的上位机30控制本净化器工作。展柜10中的被污染空气由机壳20的进气管接口经循环气泵I进入机体内后，进入空气净化模块2中的化学吸收单元21、生物质竹炭净化单元22和/或臭氧净化单元23，从而被净化处理，净化后的气体进入调湿模块3。为了保证空气净化模块2能正常可靠工作，在PLC控制模块和MCU控制板4中设定了净化介质使用寿命，一旦净化介质使用寿命到了，PLC控制模块和MCU控制板4都将会停止运行本净化器，同时发出报警，提醒用户要更换净化介质；如要解除报警，在更换净化介质后可通过在PLC控制模块和MCU控制板4中再次设定净化介质的使用寿命。调湿模块3接收到净化后的空气后，通过冷却风扇33将空气强制对流，使空气吹过水槽31中的水表面，从而得到湿度较高的空气，然后送入半导体冷凝器32。热电阻34用来检测半导体冷凝器32的温度值，并送给温度控制器43，通过PLC控制模块和MCU控制板4改变PWM占空比，来改变流过半导体冷凝器32的平均电流，从而改变半导体冷凝器32冷端温度，即实现对半导体冷凝器32温度的控制；PLC控制模块和MCU控制板4还可以对热电阻34检测到的温度进行判断，如果温度突然过高，则可以马上断开半导体冷凝器32，从而起到保护半导体冷凝器32的作用。控制半导体冷凝器32温度的主要目的是进行湿度控制，采用的算法是基于模糊PID的PWM控制方法；所谓模糊PID，就是将传统的PID控制算法进行改进，划分若干个控制区间，比如当前湿度是50，如果要控制到70，那么就全速加湿，湿度上升到65之后，才启动PID算法进行控制。经过调试，本净化器控制方法分为5个控制区间进行控制，每5%为一个控制区间，采用模糊PID控制算法。PLC控制模块和MCU控制板4控制冷却风扇33的目的是为了提高加湿的速度，冷却风扇33开启之后，会带走更多的水分，使得空气湿度更大。[0061 ] 液位传感器可以对水槽31中的水位进行测量，并向PLC控制模块和MCU控制板4输出水槽液位信号，如果液位低于某个位置，空气流过水槽31时，带走的水分就少，加湿效果会收到影响，此时，液位传感器就会发出一个闭合信号，这样PLC控制模块和MCU控制板4就可以通过捕获信号的闭合还是断开来判断液位是否在报警限位置，从而防止水槽31中的水位过低。另外，PLC控制模块和MCU控制板4还通过压力传感器7和质量流量计模块8对于空气净化模块2中的压力和流量进行检测，空气净化模块2的压力及流量信号分别为4 20mA和(T10V，其中，(TlOV信号可直接并联至PLC控制模块和MCU控制板4，4 20mA信号可用电阻分压后再并联至PLC控制模块和MCU控制板4。触摸屏201显示通过温、湿度探头5、6测量的展柜10的实际温、湿度值进行显示，同时还能够显示本净化器的流量、压力以及本净化器的使用寿命，并且能够在触摸屏201中设定目标湿度和使用寿命以及净化时间。在本实用新型中，循环气泵I可采用低能耗(微动力)、低噪声聚四氟隔膜泵；温度探头5和湿度探头6可采用SHTll数字式传感器；热电阻34采用PT100电阻；空气净化模块2与PLC控制模块和MCU控制板4之间的连接采用接插件，以便于拆卸；为了使空气净化模块2拆卸后本净化器仍可正常使用，空气净化模块2的电源可采用插座/插头的方式进行连接，通过控制插座通断来控制空气净化模块2的启动/停止；机壳20中还设有向PLC控制模块和MCU控制板4供电的PLC电源模块205、向调湿模块3供电的调湿单元电源模块206，以及过载漏电保护器207，该过载漏电保护器207和设置在PLC控制模块和MCU控制板4内部的中间继电器(图中未示)在过载或漏电时可以保障电器安全运行以及操作人员的安全。上述调湿模块3和调湿单元电源模块206均布置在机壳20的上层，其余部件均布置在机壳的底板上。综上所述，采用本实用新型的馆藏文物保存环境多功能组合式空气调湿净化器，具有如下优点:I)本实用新型将生物质净化技术以及多种净化措施的组合联用，净化效果好，能满足文物安全保护、安全保存的要求。由于文物保护环境的极限浓度远低于基于人体健康的浓度临界值，其污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、臭氧、有机酸、VOCs、甲醒、尘埃、病菌等，本实用新型通过化学吸收单元21可以矿化被污染空气中对文物产生威胁的有毒有害气体，通过生物质竹炭净化单元22能有效地强化净化效果，吸附容量大、吸附速度快，净化效果好，还具有调湿抗菌的功能，通过臭氧净化单元23能吸收臭氧。2)本实用新型首次将低浓度污染控制技术和湿度调节技术结合到一起，在满足馆藏文物保存环境对于不同湿度的要求的同时，能有效地去除由于室外空气污染物的输入、装饰材料释放等导致二氧化硫、氮氧化物、臭氧、VOCs、有机酸、甲醛低浓度等污染物。以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。
权利要求1.一种用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述净化器包括: 依次连接在外围展柜的出气口和进气口之间的循环气泵、空气净化模块和调湿模块；以及 与所述循环气泵、空气净化模块和调湿模块连接以实现空气净化和湿度控制的PLC控制模块和MCU控制板。
2.根据权利要求1所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述空气净化模块包括化学吸收单元、生物质竹炭净化单元和臭氧净化单元中的至少一个,且包括两个或三个时,所述单元依次连接。
3.根据权利要求2所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述化学吸收单元包括内部含有高锚酸佣的硅胶和/或沸石颗粒的第一筒体以及设置在该第一筒体内部的折返结构。
4.根据权利要求2所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述生物质竹炭净化单元包括内部含有生物质填料的第二筒体以及设置在该第二筒体内部的折返结构。
5.根据权利要求2所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述臭氧净化单元包括内部含有二氧化锚的沸石、活性炭、高岭土、硅藻土颗粒中至少一种的第三筒体以及设置在该第三筒体内部的折返结构。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述调湿模块包括: 水槽，其进口端与所述空气净化模块连接，其出口端通过一半导体冷凝器与所述展柜的进气口连接；以及 设置在所述水槽上方的冷却风扇，其与所述PLC控制模块和MCU控制板连接； 其中，所述半导体冷凝器的冷端通过一用于检测半导体冷凝器的温度值的热电阻与一换热片贴紧，所述热电阻和所述半导体冷凝器均与所述PLC控制模块和MCU控制板连接。
7.根据权利要求6所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述净化器还包括与所述PLC控制模块和MCU控制板连接且分别用于检测所述展柜的实际温度值和实际湿度值的温度探头和湿度探头。
8.根据权利要求7所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述PLC控制模块和MCU控制板包括: 湿度控制器，其接收外围输入的湿度设定值以及通过一湿度变送器反馈的所述展柜的实际湿度值； 与所述湿度控制器连接的温度控制器，其接收所述湿度控制器输出的温度设定值以及通过一温度变送器反馈的所述半导体冷凝器的温度值；以及 与所述温度控制器连接的执行器，其根据所述温度控制器输出的控制信号，向所述半导体冷凝器输出相应的电流信号，以调节所述半导体冷凝器的冷端的温度。
9.根据权利要求1_5、7、8中任意一项所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述PLC控制模块和MCU控制板与所述空气净化模块之间连接有压力传感器和质量流量计模块。
10.根据权利要求9所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述调湿模块包括与所述PLC控制模块和MCU控制板连接的液位传感器。
11.根据权利要求10所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述净化器还包括用于容置所述循环气泵、空气净化模块、调湿模块、PLC控制模块和MCU控制板、压力传感器、质量流量计模块以及液位传感器的机壳。
12.根据权利要求11所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述净化器还包括设置在所述机壳外表面上、并与所述PLC控制模块和MUC控制板连接的触摸屏。
13.根据权利要求11或12所述的用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其特征在于，所述净化器还包括 设置在所述机壳上的散热风扇。
专利摘要本实用新型涉及一种用于馆藏文物保护环境的组合式空气调湿净化器，其包括依次连接在外围展柜的出气口和进气口之间的循环气泵、空气净化模块和调湿模块；以及与所述循环气泵、净化模块和调湿模块连接以实现空气净化和湿度控制的PLC控制模块和MCU控制板。本实用新型针对现有技术在调湿过程中无法集成净化效果的不足，本净化器可以有效地调节展柜内的相对湿度，并有效地集成了空气净化模块，可针对馆藏文物保存环境下不同污染状况选用相应的净化单元；该空气净化模块能将多种净化技术结合，使得在调节展柜相对湿度的同时，污染物降解过程反应条件温和，无二次污染，结构简单，操作方便，更换和维修方便，可以实现对文物针对性的保护和保存。
文档编号F24F3/16GK202927989SQ20122048824
公开日2013年5月8日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者修光利, 詹天珍, 王震文, 徐方圆, 张萍, 吴来明, 陈远翔, 张大年 申请人:华东理工大学, 上海博物馆