微小型恒温恒湿控制装置及其温湿度控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种微小型恒温恒湿控制装置及其温湿度控制方法。包括测试舱体，温湿度控制装置，温湿度控制装置包括冷凝水箱、冷凝换热器、半导体制冷片、半导体制冷散热器、升温换热器、翅片式散热器、加热装置、超声波加湿器，冷凝水箱设置在测试舱体外部，冷凝换热器设置在冷凝水箱内，半导体制冷片设置在冷凝水箱内，半导体制冷散热器设置在冷凝水箱的外侧壁上，升温换热器设置在半导体制冷散热器的后部，加热装置和翅片式散热器均设置在测试舱体内，翅片式散热器通过循环水泵及连接管路与冷凝水箱连接组成循环水路，测试舱体通过循环气泵及连接管路组成循环气路，循环气路依次经过循环气泵、冷凝换热器、升温换热器、超声波加湿器进入测试舱体。
【专利说明】
微小型恒温恒湿控制装置及其温湿度控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种恒温恒湿控制装置，特别涉及一种微小型的恒温恒湿控制装置。本发明还涉及该微小型恒温恒湿控制装置的温湿度控制方法。
【背景技术】
[0002]微电子、材料学检测中很大一部分需要恒温恒湿的实验环境，在一定的范围维持设定的温湿度并维持相应的精度，例如摩擦磨损检测领域，随着检测样件的小型化，对小范围内的温湿度控制提出了要求。目前恒温恒湿测试领域内多为大型恒温恒湿箱、步入式恒温恒湿箱等检测设备，其舱体容积多数为100L以上，制冷系统多采用压缩机氟利昂热量交换方式进行，设备体积大，能耗大，压缩机启停过程中震动和干扰较大，会影响舱内设备的检测数据。现有技术中的这些大容量的测试舱体，由于容量大，温湿度控制精度相对较低，并不适用于对小型的检测样件进行检测。现有技术中，也有舱体容积在20L以及以下容积的小型及微小型测试舱，这些测试舱的温度控制，目前常用的控制方式为冷热调节式，通过PID控制的方式达到用户的设置温度值，但是这些测试舱的降温方式是采用压缩机制冷，压缩机体积较大，管路复杂，制冷系统中冷凝器、蒸发器截留装置必不可少，一方面仅制冷系统的体积就远大于测试舱的体积，另一方面压缩机的启动和停止存在一定的滞后性且不能频繁启动，而微小型测试舱内的温度热容量小，制冷装置的启动和停止过程中会发生制冷量突变，容易产生温度过冲的现象;此外，微小型测试舱的湿度控制，目前针对于20L以下的测试舱体，受体积限制无法使用传统的加湿去湿控湿方式，因此现有技术中的20L以下的微小型测试舱均不带湿度控制功能。由于以上原因，现有技术中的小型测试舱尤其是微小型测试舱的温湿度控制精度低，不能满足高精度的实验环境的要求，影响舱内设备检测数据的准确性。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种温湿度控制精度高、能够实现微小型测试舱内恒温恒湿环境控制的微小型恒温恒湿控制装置。
[0004]本发明是通过如下技术方案来实现的:一种微小型恒温恒湿控制装置，包括测试舱体，温湿度控制装置，其特殊之处是:所述测试舱体设有保温层，所述保温层采用聚氨酯发泡工艺成型，所述温湿度控制装置主要包括冷凝水箱、冷凝换热器、半导体制冷片、半导体制冷散热器、升温换热器、翅片式散热器、加热装置、超声波加湿器，所述冷凝水箱设置在测试舱体的外部，所述冷凝换热器设置在所述冷凝水箱内，所述半导体制冷片设置在所述冷凝水箱内的其中一个侧壁处，所述半导体制冷散热器对应所述半导体制冷片设置在冷凝水箱的外侧壁上，所述升温换热器设置在所述半导体制冷散热器的后部并与所述半导体制冷散热器贴近，所述加热装置和所述翅片式散热器均设置在测试舱体内，所述超声波加湿器设置在测试舱体外部，所述翅片式散热器通过循环水栗及连接管路与所述冷凝水箱连接组成循环水路，所述测试舱体通过循环气栗及连接管路组成循环气路，所述循环气路依次经过循环气栗、冷凝换热器、升温换热器、超声波加湿器进入测试舱体。
[0005]进一步的，所述加热装置和所述翅片式散热器均设置在测试舱体的一侧，所述测试舱体内在加热装置和翅片式散热器的侧方设有挡风板将测试舱体内分为工作舱和隔离舱，挡风板上设有风机。
[0006]本发明中，所述冷凝水箱、半导体制冷散热器、升温换热器、超声波加湿器可与所述测试舱体分体放置。或者所述温湿度控制装置与所述测试舱体设置为一体。
[0007]本发明中，测试舱体的保温采用聚氨酯发泡工艺成型，其保温效果好，有利于测试舱内的温度控制。本发明中，为了确保控温准确，采用恒定温度的冷却介质作为冷源，其中，半导体制冷片用于对冷凝水箱内的冷却介质进行降温，保证冷凝水箱内的冷却介质保持恒定温度，冷凝水箱根据不同的温度设定值可维持在1-1o°c的范围内，半导体制冷片体积小，制冷效率高，其制冷功率可自行调节。同时，利用露点冷凝除湿原理作为除湿方式，通过循环气栗使测试舱内的含饱和水蒸汽的空气经过设置在冷凝水箱内的冷凝换热器时发生冷凝进行除湿。冷凝水箱内的恒定温度的冷却介质同时作为冷凝换热器的冷源。升温换热器用于对经过冷凝换热器除湿后的空气进行升温，防止冷干空气直接进入测试舱引起温度波动，同时升温换热器可提高与其贴近的半导体制冷散热器的散热效率。超声波加湿器用于对进入测试舱内的气体进行加湿，当需要加湿的时候，超声波加湿器启动对进入测试舱内的气体进行雾化加湿，提高舱内湿度。设置在测试舱内的加热装置和翅片式散热器用于对测试舱进行控温，当需要提高温度时，加热装置启动，提高舱内温度，当需要降低舱内温度时，循环水栗启动，使冷凝水箱内的冷却介质流经翅片式散热器，通过舱内风机的循环实现降温。
[0008]本发明还提供了一种上述的微小型恒温恒湿控制装置的温湿度控制方法，其采用的技术方案是:利用所述半导体制冷片对所述冷凝水箱内的冷却介质降温并保持温度在1-10°c，当需要对测试舱体内的空气进行除湿时，通过循环气栗使测试舱体内的空气经过冷凝换热器通过露点冷凝的方式进行除湿，除湿后的空气再经过升温换热器进行升温，然后经过超声波加湿器后回到测试舱体内，当需要加湿时，超声波加湿器对经过的空气进行超声波雾化加湿；当测试舱体内需要降温时，通过循环水栗使冷凝水箱内的冷却介质流经翅片式散热器与测试舱体内的空气进行热交换，实现降温；当需要提高测试舱体内温度时，通过加热装置对舱内的空气进行加热。
[0009]进一步的，所述冷凝水箱内的冷却介质为水，工作时所述冷凝水箱内的水的温度保持在2-5 °C。
[0010]本发明的有益效果是:本发明采用恒定温度的冷却介质作为冷源，利用露点冷凝除湿原理作为除湿方式，其对湿度控制更加精确;利用半导体制冷片对冷凝水箱内的冷却介质进行降温，其体积小，制冷效率高，且制冷功率可自行调节，避免了采用压缩机制冷时压缩机启动、停机带来的冷量变化和电器干扰及机械震动，能够大大提高测试数据的准确性。同时，本发明采用的控温控湿方式，可以实现小容积测试舱内温湿度的控制，解决了小容积测试舱内湿度无法控制的问题;半导体制冷片的应用和利用冷凝水箱同时控制温湿度有效的减少了设备的体积，避免了其他制冷装置带来的电器干扰和机械震动；同时，可根据不同的温湿度范围选择合适的制冷介质。本发明中的温湿度控制不受测试舱的体积限制，仅通过两个气路接头和两个水路接头即可连接测试舱实现温湿度的控制，可扩展性能较尚ο
【附图说明】
[0011 ]图1是本发明的结构示意图；
[0012]图中，I是测试舱体，2是温湿度传感器，3是挡风板，4是循环气栗，5是超声波加湿器，6是升温换热器，7是半导体制冷片，8是半导体制冷散热器，9是冷凝换热器，10是冷凝水放水电磁阀，11是冷凝水箱，12是循环水栗，13是加热装置，14是翅片式散热器，15是风机，16是保温层，17是隔离舱。
【具体实施方式】
[0013]下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明:
[0014]如附图所示，一种微小型恒温恒湿控制装置，包括测试舱体1、温湿度控制装置。测试舱体I为微小型舱体，通常其舱内容积为1- 2 O L，本实施例中的测试舱体内部尺寸为:300mm*300mm*320mm。测试舱体I设有保温层16，所述保温层16采用聚氨酯发泡工艺成型。所述温湿度控制装置主要包括冷凝水箱11、冷凝换热器9、半导体制冷片7、半导体制冷散热器8、升温换热器6、翅片式散热器14、加热装置13、超声波加湿器5。其中，所述冷凝水箱11设置在测试舱体I的外部，工作时，冷凝水箱11内装有冷却介质，本实施例中冷却介质采用水，冷凝换热器9设置在冷凝水箱11内，半导体制冷片7设置在冷凝水箱11内的其中一个侧壁处，半导体制冷散热器8对应所述半导体制冷片7设置在冷凝水箱11的外侧壁上，半导体制冷散热器8用于对半导体制冷片进行散热，所述升温换热器6设置在半导体制冷散热器8的后部并与所述半导体制冷散热器8贴近，升温换热器6可吸收半导体制冷散热器8散出的热量。所述加热装置13和所述翅片式散热器14均设置在测试舱体I内，并均设置在测试舱体I的一侧，在加热装置13和翅片式散热器14的侧方设有挡风板3将测试舱体I内分为工作舱和隔离舱17，挡风板3上设有风机15。加热装置13采用合金加热器，用于对测试舱内的空气进行加热，本实施例中的翅片式散热器14为10mm长、直径25mm的翅片管道散热器。所述超声波加湿器5设置在测试舱体I外部，用于雾化加湿。所述翅片式散热器14通过循环水栗12及连接管路与所述冷凝水箱11连接组成循环水路，所述测试舱体I通过循环气栗4及连接管路组成循环气路，所述循环气路依次经过循环气栗4、冷凝换热器9、升温换热器6、超声波加湿器5进入测试舱体I。测试舱体I内设有温湿度传感器2。本实施例中的温湿度控制装置均通过控制系统进行控制。
[0015]本发明工作时，需要温湿度环境的设备或者材料放置在测试舱体I内。在控制系统中设置温湿度参数，温湿度传感器2将采集到的测试舱体内的温湿度数据传递到控制系统，使用者点击启动设备后，控制系统启动半导体制冷片7对冷凝水箱11内的水降温，直到降低至|J2-5°C的范围(此时半导体制冷片7通过半导体制冷散热器8进行散热)，循环气栗4开始工作，测试舱体I内的空气通过冷凝换热器9，舱内一部分空气形成的饱和水蒸汽发生冷凝就在留其中，空气被除湿，而冷凝水集聚一段时间后通过冷凝水放水电磁阀10放出，经过除湿的空气继续经过升温换热器6，半导体制冷散热器8所排出的热量对经过升温换热器6的空气进行升温，与此同时带走半导体制冷片7所散发的热量，经过升温的空气最后经过超声波加湿器5后返回测试舱体I内，在整个循环过程中，控制系统控制超声波加湿器5的运行功率和运行时间对舱内的湿度进行循环控制，到达设定之后循环气栗4可关闭，维持舱内的相对湿度。
[0016]控温操作，当控制系统判断需要降温时，循环水栗12启动，冷凝水箱11内的冷水通过循环水栗12进入翅片式散热管14，风机15提供舱内循环气流，舱内空气经过翅片式散热管14进行热交换实现降温。当需要加温时，加热装置13启动，对舱内的空气进行加热，用于提升舱内的温度。在设备运行过程中，冷凝水箱11内的水始终维持在2-5°C。
[0017]本发明中，冷凝水箱根据不同的温度设定值可设置在1-10°C的范围内，控湿装置的相对湿度控制范围可根据冷凝的露点温度变化，最低可达O 0C露点。
[0018]本发明的舱内温度的控制范围可根据制冷介质不同在一定范围内变化，可实现-5°C_40°C的温控范围。
[0019]本发明中，所述冷凝水箱11、半导体制冷散热器8、升温换热器6、超声波加湿器5与所述测试舱体I可采用分体放置。当然，所述温湿度控制装置与所述测试舱体I也可设置为一体。
[0020]本实施例中的其他部分采用已知技术，在此不再赘述。
【主权项】
1.一种微小型恒温恒湿控制装置，包括测试舱体(I)，温湿度控制装置，其特征是:所述测试舱体(I)设有保温层，所述保温层采用聚氨酯发泡工艺成型，所述温湿度控制装置主要包括冷凝水箱(11)、冷凝换热器(9)、半导体制冷片(7)、半导体制冷散热器(8)、升温换热器(6)、翅片式散热器(14)、加热装置(13)、超声波加湿器(5)，所述冷凝水箱(11)设置在测试舱体(I)的外部，所述冷凝换热器(9)设置在所述冷凝水箱(11)内，所述半导体制冷片(7)设置在所述冷凝水箱(11)内的其中一个侧壁处，所述半导体制冷散热器(8)对应所述半导体制冷片(7)设置在冷凝水箱(11)的外侧壁上，所述升温换热器(6)设置在所述半导体制冷散热器(8)的后部并与所述半导体制冷散热器(8)贴近，所述加热装置(13)和所述翅片式散热器(14)均设置在测试舱体(I)内，所述超声波加湿器(5)设置在测试舱体(I)外部，所述翅片式散热器(14)通过循环水栗(12)及连接管路与所述冷凝水箱(11)连接组成循环水路，所述测试舱体(I)通过循环气栗(4)及连接管路组成循环气路，所述循环气路依次经过循环气栗(4)、冷凝换热器(9)、升温换热器(6)、超声波加湿器(5)进入测试舱体(I)。2.根据权利要求1所述的微小型恒温恒湿控制装置，其特征是:所述加热装置(13)和所述翅片式散热器(14)均设置在测试舱体(I)的一侧，所述测试舱体(I)内在加热装置(13)和翅片式散热器(14)的侧方设有挡风板(3)将测试舱体(I)内分为工作舱和隔离舱(17)，挡风板(3)上设有风机(15)。3.根据权利要求1或2所述的微小型恒温恒湿控制装置，其特征是:所述冷凝水箱(11)、半导体制冷散热器(8)、升温换热器(6)、超声波加湿器(5)与所述测试舱体(I)分体放置。4.根据权利要求1或2所述的微小型恒温恒湿控制装置，其特征是:所述温湿度控制装置与所述测试舱体(I)设置为一体。5.—种根据权利要求1所述的微小型恒温恒湿控制装置的温湿度控制方法，其特征是:利用所述半导体制冷片(7)对所述冷凝水箱(11)内的冷却介质降温并保持温度在1-10°C，当需要对测试舱体内的空气进行除湿时，通过循环气栗(4)使测试舱体(I)内的空气经过冷凝换热器(9)通过露点冷凝的方式进行除湿，除湿后的空气再经过升温换热器(6)进行升温，然后经过超声波加湿器(5)后回到测试舱体(I)内，当需要加湿时，超声波加湿器(5)对经过的空气进行超声波雾化加湿;当测试舱体内需要降温时，通过循环水栗(4)使冷凝水箱(11)内的冷却介质流经翅片式散热器(14)与测试舱体内的空气进行热交换，实现降温；当需要提高测试舱体内温度时，通过加热装置(13)对测试舱体内的空气进行加热。6.根据权利要求5所述的温湿度控制方法，其特征是:所述冷凝水箱(11)内的冷却介质为水，工作时所述冷凝水箱(11)内的水的温度保持在2-5°C。
【文档编号】F24F11/00GK106052044SQ201610562325
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】肖华, 程俊, 朱家锋, 李西贞
【申请人】济南益华摩擦学测试技术有限公司