专利名称：可调节大气环境压力的实验舱系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于烟草制品的标准化研究、烟草制品品质评判和烟草加工工艺研究所用的可调节大气环境压力的实验舱系统，是一种通过调节控制一个局部区域内的大气环境压力，创造出满足特定实验所需要的稳定小环境，大气压力调节范围为 80000Pa"l05000Pao
背景技术：
中国专利(ZL200620134989. 6)公开了一种用于烟草制品品质差异研究及相关标准评判的环境烟草烟气实验舱，但这种实验舱仅能实现对温度和湿度条件进行控制，缺少对大气压环境条件的控制功能。由于受当地环境大气压的影响，烟草工艺及烟草制品的许多相关标准和工艺规范难于适用于所有地域。目前许多相关国家标准以及烟草行业标准都要求测试环境大气压条件为(96士 10 )kPa，而实际上云南、贵州等我国重要的卷烟生产地区，其大气环境条件与诸多标准中规定的大气环境要求有较大的差别，例如昆明海拔高度1890m，大气压力一般为 81kPa，大气压值已经超出了诸多标准要求的范围。因此对烟草制品品质评判以及烟草加工工艺等受环境大气压力影响进行研究就显得非常重要。目前的现状是相关工作只能依赖工作人员携带相关仪器设备在不同大气压环境地域重复进行实验，需要花费大量的人力、物力和时间，若需要补充或验证实验时，更难于选择与原实验相同的大气压环境条件。特别是在有些需要感官评测的实验项目在不同大气压环境条件下的差异性就更明显，并且无法通过数据分析处理得到正确的判定，很难获得重现试验结果。在其他领域中，像增压舱或减压舱，虽然在舱内有可以调节气压的条件，但存在 1、无法满足烟草实验研究对舱内大气压力在实验要求的范围内精确调节和严格的调节偏差控制的需要；2、无法满足部分烟草实验研究所需要的舱内均勻气流；3、无法对烟草燃烧后的有害气体进行收集和净化处理，不能满足保障实验人员长时间进行烟草燃烧实验时所需的自然空气；4、无法满足烟草实验研究时舱内实验人员对舱内大气压力在实验要求的范围内根据需要随时任意调节的需要。另外也不能满足多名工作人员同时开展实验工作以及烟草实验仪器设备的安置等方面的需要。总之，其他领域存在的增压舱或减压舱无法满足在烟草研究领域的应用。本发明的可调节大气环境压力的实验舱，创造一个可控制的大气压环境实验条件，满足烟草制品的标准化研究、烟草制品品质评判和烟草加工工艺研究手段的需要。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的实验环境大气压力条件无法实现人为调控的实际情况而专门设计的一种可调节大气环境压力的实验舱系统，该实验舱创造一个可控制的大气压环境实验条件，能够满足烟草制品的标准化研究、烟草制品品质评判和烟草加工工艺研究手段的需要。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本发明的可调节大气环境压力的实验舱系统，包括设置在恒温恒湿环境室中的实验舱以及与舱体相通的正负气压发生单元、 通风调节单元、空气净化处理单元、气象传感器以及具有舱内外均可操控的系统控制单元。所述实验舱是由通过通风透气材料隔开的顶舱、工作舱和底舱构成。正负气压发生单元包括可同时产生正压和负压的通风泵、工作电磁阀和进气、排气电磁阀构成，并由系统控制单元对其自动控制，正负气压发生单元与实验舱的底舱相连
ο通风调节单元包括比例调节阀、安全平衡电磁阀、舱内外手动安全阀、自然通风管，以及室外排气和室内进气电磁阀构成，并由系统控制单元进行控制，通风调节单元与实验舱的顶舱相连通。工作舱舱门上设置有门禁传感器和自动舱门密封机构，自动舱门密封机构由围绕舱门设置的环形密封胶囊和自动密封气压装置构成。自动密封气压装置由充气阀、泄气阀、节流阀、减压阀、可调压力开关以及压缩空气气源构成。空气净化处理单元包括安装在顶舱中的空气净化处理单元外壳、轴流风机、低温催化室和涂有光触媒的活性炭吸附层构成。其中，低温催化室主要作用是将收集烟气中的 CO经与以金属Pd为催化剂在45°C以上催化氧化反应形成金属氧化物，降低空气中的CO浓度，净化舱内环境空气。金属Pd以纳米材料形式制成类似电热丝的形状，对其通过加载一定的电流产生热量，在实际应用中采用45-50°C能获得较高的CO转化率和较长的催化剂寿命。更具体地说，舱体由顶舱、实验工作舱、底舱、舱门及舱门自动密封环形气压胶囊组成。其中，顶舱位于整个舱体的上部，在顶舱中有空气净化处理单元置于其中，能将实验工作舱内的废气抽吸至空气净化处理单元进行处理，并且在外部与自然通风及通风调节单元相通，同时顶舱也作为通风调节的气容舱，使气流分布均勻；实验工作舱是进行相关实验的工作区域，其中装有气象传感器和舱内控制操作部件，可由舱内人员对舱内的实验条件进行操作控制；底舱位于整个舱体的下部，在底舱外部与正负气压发生单元相通，也作为正负气压的气容舱，使气流分布均勻；顶舱、实验工作舱、底舱之间采用透气通风材料隔开； 舱门是人员的进出通道，舱门采用自动密封环形气压胶囊与舱体壁之间进行密封，密封环形气压胶囊敷设于门框的密封槽中，当关闭舱门后，在环形胶囊中自动充入一定压力的压缩空气，在受舱内气压变化形成门封间隙不一时，环形胶囊中的压缩空气能自动补充或释放，调整环形胶囊中的压缩空气的压力，使之保持门与舱壁之间始终密封。正负气压发生单元由通风泵、电磁阀组、管路和消音器组成，其中，通风泵的作用是产生正负压气流，其气流通过电磁阀组之间的切换为实验工作舱内提供所需的负压或正压工作条件。
自然通风及通风调节单元由常通的自然通风管路、可控制的比例调节阀管路、用于安全保护的电磁阀和手动阀组成。其中，自然通风管路是为舱内人员提供必要的新鲜空气；可控制的比例调节阀管路是为舱内能达到所设定的大气压环境条件进行压力调节和稳定作用的；安全保护的电磁阀和手动阀主要是为在特殊情况下平衡舱内外压力，使人员迅速出舱而设计的。空气净化处理单元由轴流风机组、低温催化器、光触媒涂层、活性炭吸附层组成， 其作用是净化舱内空气和催化舱内实验过程中的有害气体。气象传感器及控制系统单元中气象传感器实时检测舱内环境条件，由控制系统完成对舱内大气压环境条件控制，控制系统的主机设置在舱外，舱内、外各设一个操作控制面板，舱内控制面板为主操作，在舱内无授权时，舱外不能操作，同时舱内设置有紧急安全钮， 供紧急或故障情况使用。本发明的实质性特点是通过调节控制一个局部区域内的大气环境压力，创造出满足特定实验所需要的稳定小环境的大气环境压力控制系统。该系统可以在大气压力控制过程中通过由通风泵与自然通风口和可控比例调节通风口之间的压力差的平衡达到预设置所需的大气压环境条件，能快速有效地实现对实验舱的大气压环境条件进行安全的调控。 系统中的安全装置和安全控制系统能有效保障实验人员在该系统中工作的人身安全，该系统通过设定的程序自动控制和安全保护，能大大减轻实验人员的工作劳动强度、能大大节省实验成本和实验工作周期。本发明相比现有技术具有如下优点
1、该系统可以实现烟草研究实验中大气压环境条件的控制，其大气压力控制范围 80000Pa^l05000Pa ；控制误差< 士25 ，控制精度高，控制范围适用于人类生活的大部分地域。2、该系统内部空间大，可以满足多名工作人员同时开展实验工作。3、舱内设有较全面的空气净化处理单元，可对烟草燃烧后的有害气体进行收集和净化处理，能保障工作人员长时间正常工作所需的自然空气。4、该系统舱体内被分为顶舱、工作舱、底舱三个功能部分，除实现实验条件外，使在工作舱区域中形成层流现象，也使在该区域的工作气流是均勻的。5、该系统满足舱内实验人员对舱内大气压力在实验要求的范围内根据需要随时任意调节。6、舱门的主动密封方式，使之无论舱内高于或低于外界气压的条件下，都能保证舱门密封。7、该系统操作简单，在正常使用中实现单键操作，信息提示全面。8、该系统的安全性设计和人性化设计非常周到，内部设有自动安全装置，内外均设有手动安全装置。
图1为本发明的结构示意图。图1中1、恒温恒湿环境室，2、底舱，3、实验工作舱，4、顶舱，5、气象传感器，6、舱门，7、正负气压发生单元，8、自然通风及通风调节单元，9、舱门环形密封胶囊，10、舱门自动密封气压装置，11、空气净化处理单元，12、门禁传感器。图2为正负气压发生单元的原理图。图2中7_1、通风泵，7-2、负压工作阀，7-3、正压进气阀，7-4正压工作阀，7-5、负压排气阀，7-6、消音器。图3为自然通风及通风调节单元原理图。图3中8-1、比例调节阀，8-2、安全平衡电磁阀，8-3、舱外手动安全阀，8-4、舱内手动安全阀，8-5、自然通风管，8-6、室外排气电磁阀，8-7、室内进气电磁阀，8-8、消音器。图4为舱门自动密封气压装置原理图。图4中10_1、压缩空气气源，10-2、可调压力开关，10-3、充气电磁阀，10-4、泄气电磁阀，10-5、节流阀，10-6、减压阀，10-7、消音器。图5为空气净化处理单元原理图。图5中11_1、空气净化处理单元外壳，11-2、轴流风机，11-3、低温催化室，11-4, 涂有光触媒的活性炭吸附层。图6为控制系统单元原理图。图6中5、气象传感器，7、正负气压发生单元，8、自然通风及通风调节单元，10、舱门自动密封气压装置，12、门禁传感器，13、程序控制器，14、PID控制模块，15、逻辑控制模块，16、舱外操作面板，17、舱内操作面板，18、声光报警器，19、紧急操作按钮。
具体实施例方式本发明以下结合附图做进一步描述
如图1-6所示本发明的可调节大气环境压力的实验舱系统，包括由顶舱4、实验工作舱3、底舱2组成的舱体，在舱体中实现可调节大气环境压力条件；由舱门6、门禁传感器 12、环形密封胶囊9、充气电磁阀10-3、泄气电磁阀10-4、节流阀10-5、可调压力开关10_2、 减压阀10-6以及相连的压缩空气气源10-1构成舱门自动密封气压装置10，为实验舱创造一个能完全自动密封的人员进出通道；由通风泵7-1、负压工作阀7-2、负压排气阀7-5、正压工作阀7-4、正压进气阀7-3构成正负气压发生单元7，通过管路与底舱2相通，为实验舱提供气压源；由比例调节阀8-1、室内进气电磁阀8-7、室外排气电磁阀8-6、安全平衡电磁阀8-2、舱外手动安全阀8-3、舱内手动安全阀8-4、自然通风管8-5组成自然通风及通风调节单元8，通过管路与顶舱相通，其作用是将实验舱内的大气环境压力条件调整至设定值，同时具有对实验舱内自然通风和安全平衡至环境大气压条件的功能；另外，为提高实验舱内的空气质量，在实验舱内安置一套独立的由空气净化处理单元外壳11-1、轴流风机 11-2、低温催化室11-3、涂有光触媒的活性炭吸附层11-4构成的空气净化处理单元11，其主要作用是降低实验舱内的有害气体。系统中设置的消音器是为降低气流噪声。系统中的控制部分由程序控制器13、PID控制模块14、逻辑控制模块15、舱外操作面板16、舱内操作面板17、声光报警器18、紧急操作按钮19组成。本发明的工作原理及过程如下
当人员进入实验舱关闭舱门6前，程序控制器13通过触发门禁传感器12读取并保存气象传感器5的当前大气压力值，我们将该值称为起始值，通过该值与人为设定的工作大气压环境条件设定值进行比较，由程序控制器13自动判断实验舱内是向负压条件或正压条件控制，也就是说当设定值小于起始值，系统将工作在负压状态，反之，系统就将工作在正压状态。整个系统除手动开关和手动阀外均由程序控制器13、PID控制模块14、逻辑控制模块15组成的控制单元自动控制。在正常情况下，安全平衡电磁阀8-2、舱外手动安全阀8-3、舱内手动安全阀8_4处于关闭状态，由舱内人员通过操作舱内操作面板17或舱外人员操作舱外操作面板16进行设置和启动。启动时，门禁传感器自动检查舱门是否关闭，只有舱门处于关闭时，系统才能启动。启动运行后，压缩空气依次通过减压阀10-6、打开的充气电磁阀10-3、节流阀 10-5、可调压力开关10-2充入舱门环形密封胶囊9，当舱门环形密封胶囊9中的压力达到可调压力开关10-2的设定值，充气电磁阀10-3关闭。若在工作过程中舱门环形密封胶囊 9中的压力低于可调压力开关10-2的设定值，充气电磁阀10-3重新开启，以保证舱门环形密封胶囊9中的充气压力，依此循环往复直至运行结束或中断后泄气电磁阀10-4打开和充气电磁阀10-3关闭。启动运行后，正负气压发生单元7开始运转工作，若系统处于负压状态工作时，负压工作阀7-2和负压排气阀7-5打开，正压工作阀7-4和正压进气阀7-3关闭，通风泵7_1 运行，舱内气流的通过管路依次经过负压工作阀7-2、通风泵7-1、负压排气阀7-5流向室外，此时，在实验舱中形成负压状态；反之，若系统处于正压状态工作时，正压工作阀7-4和正压进气阀7-3打开，负压工作阀7-2和负压排气阀7-5关闭，通风泵7-1运行，吸入室内空气，气流通过管路依次经过正压进气阀7-3、通风泵7-1、正压工作阀7-4流向舱内，此时， 在实验舱中形成正压状态。启动运行后，自然通风及通风调节单元8开始运行，由程序控制器13根据气象传感器5的舱内大气压实时值，通过PID控制模块14对比例调节阀8-1进行阀开度的PID控制，使舱内大气压稳定到设定值。另外，通过逻辑控制模块15根据正负压工作状态，即在负压状态时打开室内进气电磁阀8-7关闭室外排气电磁阀8-6，使室内恒温恒湿空气进入舱内；正压状态时打开室外排气电磁阀8-6关闭室内进气电磁阀8-7，使舱内空气排至室外。在安全方面，当系统出现故障或人员欲迅速出舱的情况，安全平衡电磁阀8-2会自动打开，同时也可以通过打开舱内手动安全阀8-4和舱外手动安全阀8-3的方式，迅速平衡舱内外的大气压力，以便人员迅速出入。
权利要求
1.一种可调节大气环境压力的实验舱系统，其特征在于包括设置在恒温恒湿环境室中的实验舱以及与舱体相通的正负气压发生单元、通风调节单元、空气净化处理单元、气象传感器以及具有舱内外均可操控的系统控制单元。
2.根据权利要求1所述的可调节大气环境压力的实验舱系统，其特征在于所述实验舱是由通过通风透气材料隔开的顶舱、工作舱和底舱构成。
3.根据权利要求1所述的可调节大气环境压力的实验舱系统，其特征在于正负气压发生单元包括可同时产生正压和负压的通风泵、工作电磁阀和进气、排气电磁阀构成，并由系统控制单元对其自动控制，正负气压发生单元与实验舱的底舱相连通。
4.根据权利要求1所述的可调节大气环境压力的实验舱系统，其特征在于通风调节单元包括比例调节阀、安全平衡电磁阀、舱内外手动安全阀、自然通风管，以及室外排气和室内进气电磁阀构成，并由系统控制单元进行控制，通风调节单元与实验舱的顶舱相连通。
5.根据权利要求2所述的可调节大气环境压力的实验舱系统，其特征在于工作舱舱门上设置有门禁传感器和自动舱门密封机构，自动舱门密封机构由围绕舱门设置的环形密封胶囊和自动密封气压装置构成。
6.根据权利要求5所述的可调节大气环境压力的实验舱系统，其特征在于自动密封气压装置由充气阀、泄气阀、节流阀、减压阀、可调压力开关以及压缩空气气源构成。
7.根据权利要求1或2所述的可调节大气环境压力的实验舱系统，其特征在于空气净化处理单元包括安装在顶舱中的空气净化处理单元外壳、轴流风机、低温催化室和涂有光触媒的活性炭吸附层构成。
全文摘要
一种可调节大气环境压力的实验舱系统，其特征是包括设置在恒温恒湿环境室中的实验舱以及与舱体相通的正负气压发生单元、通风调节单元、空气净化处理单元、气象传感器以及具有舱内外均可操控的系统控制单元。本发明相比现有技术具有如下优点1、该系统可以实现烟草研究实验中大气压环境条件的控制，控制范围适用于人类生活的大部分地域。2、该系统内部空间大，可以满足多名工作人员同时开展实验工作。3、舱内设有较全面的空气净化处理单元，可对烟草燃烧后的有害气体进行收集和净化处理。4、该系统操作简单，在正常使用中实现单键操作，信息提示全面。5、该系统的安全性设计和人性化设计非常周到，内部设有自动安全装置，内外均设有手动安全装置。
文档编号B01L1/02GK102489350SQ20111045813
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者常诚, 张勍, 曾波, 杨荣超, 苗芊, 范黎, 赵冰, 赵航, 陈连芳, 马明 申请人:中国烟草总公司郑州烟草研究院