專利名稱：一種用于大空間試驗(yàn)室的溫度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫度控制領(lǐng)域，具體來說，是一種用于大空間試驗(yàn)室的溫度控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在工業(yè)迅猛發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，科技的進(jìn)步都是以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的，而往往很多實(shí)驗(yàn)無法直接利用自然界中的環(huán)境或者自然界環(huán)境條件下的實(shí)驗(yàn)效率很低，這就需要人工建立試驗(yàn)室來完成科學(xué)研究，進(jìn)而應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)，生活當(dāng)中去。中國(guó)軍事標(biāo)準(zhǔn) GJB150. 1A-2009《軍用裝備試驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》、美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-810F及最新的美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-810G中對(duì)環(huán)境試驗(yàn)室內(nèi)溫度的通用要求為“各個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度均不應(yīng)超過規(guī)定溫度的士 2 °C。試件不工作時(shí)其周圍的溫度梯度不應(yīng)超過1°C /m，且總溫差不應(yīng)超過2. 2V ”。然而，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中可能對(duì)溫度的控制及溫度均勻度的控制有更高的要求，需要達(dá)到更高的控制精度。特別是實(shí)驗(yàn)空間非常大的時(shí)候，溫度控制有較大難度。因此有必要對(duì)特大空間的溫度控制進(jìn)行研究，以保證更加真實(shí)地模擬所需環(huán)境，進(jìn)而獲得更有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。溫度控制就是實(shí)現(xiàn)環(huán)境的溫度均勻，穩(wěn)定和準(zhǔn)確的控制。隨著空間的加大，溫度控制的難度就會(huì)越大，因此一些小型空間內(nèi)的溫度控制方法不適用于大型空間里的溫度控制。大型空間里的溫度控制就是要保證空間內(nèi)的空氣換熱量基本一致，因此就需要在通風(fēng)和傳熱方面盡可能實(shí)現(xiàn)空氣溫度的均勻性要求，同時(shí)減少空氣與外界的換熱，進(jìn)而減小特大空間的溫差。本發(fā)明正是從以上幾個(gè)角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特大空間的溫度控制的。而目前對(duì)大空間試驗(yàn)室降溫后，試驗(yàn)室內(nèi)溫度的均勻性通常都難以實(shí)現(xiàn)，一般都是冷風(fēng)機(jī)附近溫度與遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的部分有溫度差。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可以保證大空間試驗(yàn)室內(nèi)溫度的精確度和均勻度要求的溫度控制系統(tǒng)。本發(fā)明一種用于大空間試驗(yàn)室的溫度控制系統(tǒng)，在大空間試驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置有側(cè)壁風(fēng)道A、側(cè)壁風(fēng)道B、頂部風(fēng)道、冷風(fēng)機(jī)、電加熱器及冷卻盤管。其中，大空間試驗(yàn)室的頂部安裝有頂部風(fēng)道，大空間試驗(yàn)室內(nèi)側(cè)壁上相對(duì)設(shè)置有側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B，側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B與頂部風(fēng)道相通；所述側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B的下端開有回風(fēng)口，側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B內(nèi)水平方向上均勻安裝有至少一個(gè)冷風(fēng)機(jī)；側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B內(nèi)還設(shè)置有冷卻盤管與電加熱器，其中，冷卻盤管設(shè)置在冷風(fēng)機(jī)下方，且每一個(gè)冷風(fēng)機(jī)下方對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)冷卻盤管，每一個(gè)冷卻盤管均穿過側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B外壁，與大空間試驗(yàn)室外部的制冷機(jī)相連接。電加熱器位于冷風(fēng)機(jī)上方，每一個(gè)冷風(fēng)機(jī)上方對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)可調(diào)的電加熱器，所述頂部風(fēng)道均勻布置有送風(fēng)孔。所述大空間試驗(yàn)室內(nèi)壁面為金屬材料或混凝土材料，大空間試驗(yàn)室內(nèi)壁面為金屬材料時(shí)，在大空間試驗(yàn)室外壁上安裝保溫材料；當(dāng)大空間試驗(yàn)室內(nèi)壁為混凝土材料時(shí)，在大空間試驗(yàn)室內(nèi)壁上安裝保溫材料，在保溫材料的內(nèi)側(cè)安裝玻璃鋼板，且玻璃鋼板內(nèi)側(cè)通過固定掛架支撐金屬冷板。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)在風(fēng)道內(nèi)設(shè)置了冷風(fēng)機(jī)，直接實(shí)現(xiàn)了對(duì)特大空間的降溫， 且在冷風(fēng)機(jī)的上方設(shè)置一個(gè)可調(diào)節(jié)的電加熱器，由此通過微度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的精確控制；2、本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)在大空間頂部設(shè)置了頂部風(fēng)道，且在頂部風(fēng)道上均勻開有送風(fēng)孔，由此可實(shí)現(xiàn)整個(gè)特大空間試驗(yàn)室內(nèi)冷量的均勻輸送，從而使特大空間中溫差更小； 還可以促進(jìn)冷風(fēng)與空間中空氣的良好換熱，可以使溫度均勻性更好；3、本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)中的大空間試驗(yàn)室的內(nèi)壁面采用金屬材料或在內(nèi)壁上設(shè)置金屬冷板，由此可實(shí)現(xiàn)熱量迅速的傳遞，利用金屬壁面或金屬冷板良好的導(dǎo)熱性能及較大的熱容量，使壁面的溫度均勻，實(shí)現(xiàn)了溫度的均勻性控制；且在在大空間的壁面上涂有保溫材料，可以使冷量的損失減小。


圖1是本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)中大空間試驗(yàn)室內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2是本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)中金屬內(nèi)壁的大空間試驗(yàn)室壁面剖視圖；圖3是本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)中混凝土內(nèi)壁的大空間試驗(yàn)室壁面剖視圖；圖4是應(yīng)用本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)在大空間試驗(yàn)室進(jìn)行降溫試驗(yàn)，考察室內(nèi)溫度控制效果及溫度均勻性時(shí)測(cè)試點(diǎn)分布圖；圖5是應(yīng)用本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)在大空間試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行降溫試驗(yàn)，目標(biāo)溫度為-10°c時(shí)，測(cè)點(diǎn)！；的降溫曲線圖；圖6是應(yīng)用本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)在大空間試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行降溫試驗(yàn)，目標(biāo)溫度為-10°c時(shí)，測(cè)點(diǎn)Tb的降溫曲線圖；圖7是應(yīng)用本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)在大空間試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行降溫試驗(yàn)，目標(biāo)溫度為-20. 5°C時(shí)，測(cè)點(diǎn)Ta的降溫曲線圖；圖8是應(yīng)用本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)在大空間試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行降溫試驗(yàn)，目標(biāo)溫度為-20. 5°C時(shí)，測(cè)點(diǎn)Tb的降溫曲線圖。圖中1-大空間試驗(yàn)室 101-側(cè)壁風(fēng)道A 102-側(cè)壁風(fēng)道B 103-頂部風(fēng)道104-冷風(fēng)機(jī)105-電加熱器 106-冷卻盤管 107-制冷機(jī)108-回風(fēng)口109-送風(fēng)孔2_保溫材料3_玻璃鋼板4-固定掛架5-金屬冷板
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明一種用于大空間試驗(yàn)室的溫度控制系統(tǒng)，在大空間試驗(yàn)室1為圓柱形結(jié)構(gòu)設(shè)置有側(cè)壁風(fēng)道A101、側(cè)壁風(fēng)道B102、頂部風(fēng)道103、冷風(fēng)機(jī)104、電加熱器105、冷卻盤管 106。其中，大空間試驗(yàn)室1的頂部固定安裝有頂部風(fēng)道103。大空間試驗(yàn)室1內(nèi)側(cè)壁上相
4對(duì)設(shè)置有垂直于水平面的側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B102，側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B102 與大空間試驗(yàn)室1內(nèi)側(cè)壁貼合且與頂部風(fēng)道103相通，如圖1所示。所述側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B102的下端開有回風(fēng)口 108，側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B102內(nèi)水平方向均勻安裝有至少一個(gè)冷風(fēng)機(jī)104，側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B102 內(nèi)的冷風(fēng)機(jī)104相互對(duì)稱。側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B102內(nèi)還設(shè)置有冷卻盤管與電加熱器，其中，冷卻盤管106設(shè)置在冷風(fēng)機(jī)104下方，且每一個(gè)冷風(fēng)機(jī)104下方對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)冷卻盤管106，每一個(gè)冷卻盤管106均穿過側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B102外壁，與大空間試驗(yàn)室1外部的制冷機(jī)107相連接。電加熱器105位于冷風(fēng)機(jī)上方，每一個(gè)冷風(fēng)機(jī)104上方對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)可調(diào)的電加熱器105，且每一個(gè)電加熱器105由外部的自動(dòng)控制系統(tǒng)控制其溫度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制。所述制冷機(jī)107用來向冷卻盤管106內(nèi)提供低溫工質(zhì)，用于與室內(nèi)空氣換熱降溫，并將吸收了試驗(yàn)室內(nèi)空氣熱量的制冷劑輸送回制冷機(jī)，工質(zhì)在制冷劑組的冷凝器內(nèi)放熱，重新獲得低溫工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)，即實(shí)現(xiàn)制冷劑的循環(huán)， 并獲得冷量使空氣降溫。所述頂部風(fēng)道103的下表面上設(shè)計(jì)有均勻布置的送風(fēng)孔109，頂部風(fēng)道103中的風(fēng)可通過送風(fēng)孔109進(jìn)入到大空間試驗(yàn)室1中，實(shí)現(xiàn)大空間試驗(yàn)室1內(nèi)的均勻送風(fēng)，實(shí)現(xiàn)溫度的均勻性控制。如圖2所示，本發(fā)明中大空間試驗(yàn)室1內(nèi)壁采用金屬材料，可作為金屬冷板實(shí)現(xiàn)熱量迅速的傳遞，利用金屬壁面良好的導(dǎo)熱性能及較大的熱容量，使壁面的溫度均勻，實(shí)現(xiàn)了溫度的均勻性控制。且在大空間試驗(yàn)室1外壁上安裝有保溫材料2，有效減少了大空間試驗(yàn)室1內(nèi)部的冷量損失，且不會(huì)占用大空間試驗(yàn)室1內(nèi)部空間，更有利于充分利用大空間試驗(yàn)室1內(nèi)部空間。所述保溫材料2為聚氨酯硬泡，它具有粘結(jié)力強(qiáng)；保溫隔熱性好；防水性能好；整體密封、無空腔無縫粘結(jié)，適應(yīng)各種形狀基面；尺寸穩(wěn)定性小，具有一定的韌性，延伸率大，不會(huì)開裂；有很強(qiáng)的抗風(fēng)揭性；阻燃性好。因此保溫材料2可有效減少試驗(yàn)室1內(nèi)部的冷量損失，利于大空間試驗(yàn)室1內(nèi)各子系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、維修，而且還不存在大空間試驗(yàn)室1內(nèi)水滲入保溫材料2、降低保溫性能及影響保溫結(jié)構(gòu)壽命的問題。若大空間試驗(yàn)室1內(nèi)壁為混凝土材料時(shí)，由于混凝土材料的導(dǎo)熱性能差，為避免試驗(yàn)室內(nèi)出現(xiàn)溫度不均勻的現(xiàn)象，需采用金屬冷板5和內(nèi)保溫方案，即在大空間試驗(yàn)室1內(nèi)壁上安裝保溫材料2，并在保溫材料2內(nèi)側(cè)設(shè)置玻璃鋼板3，該玻璃鋼板3用于保護(hù)保溫材料。在玻璃鋼板3內(nèi)側(cè)通過固定支架4固定金屬冷板5，金屬冷板5有良好的導(dǎo)熱性能及較大的熱容量，可實(shí)現(xiàn)熱量迅速的傳遞，使壁面的溫度均勻，實(shí)現(xiàn)了溫度的均勻性控制。大空間試驗(yàn)室1內(nèi)的空氣通過冷風(fēng)機(jī)104的泵入作用，由側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B102下端的回風(fēng)口 108進(jìn)入到側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B102中。冷風(fēng)機(jī)104與冷風(fēng)盤管106通過與外部制冷機(jī)107相連，對(duì)側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B 102中的空氣進(jìn)行制冷，使空氣溫度降到所需環(huán)境溫度以下。通過電加熱器105對(duì)降溫后的空氣進(jìn)行溫度的微調(diào)，可以使用手動(dòng)或自動(dòng)對(duì)電加熱器105進(jìn)行調(diào)節(jié)電加熱器的功率，使側(cè)壁風(fēng)道AlOl與側(cè)壁風(fēng)道B 102內(nèi)的空氣溫度升高達(dá)到所需溫度，最終經(jīng)過頂部風(fēng)道103下表面的送風(fēng)孔109 送入道大空間試驗(yàn)室1內(nèi)，實(shí)現(xiàn)空氣的均勻換熱。在半徑為22m、高為3 !的大空間試驗(yàn)室1內(nèi)布置兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)Ta、Tb，其中Ta設(shè)置在側(cè)壁風(fēng)道AlOl上，位于側(cè)壁風(fēng)道AlOl的回風(fēng)口處，Tb在大空間試驗(yàn)室1設(shè)置在在側(cè)壁風(fēng)道B102上，位于側(cè)壁風(fēng)道B102的回風(fēng)口處，且Tb位置高于Ta位置。
為了測(cè)試大空間試驗(yàn)室1內(nèi)的溫度均勻性，因此在大空間試驗(yàn)室1中15m高度處水平方向上均勻布置10個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，在大空間試驗(yàn)室1內(nèi)中心豎直方向上均勻布置10個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，如圖4所示。從圖5及圖6中可以看出，設(shè)置大空間試驗(yàn)室1內(nèi)初始溫度為-4°C，目標(biāo)溫度為-10°C，降溫50分鐘后達(dá)到目標(biāo)溫度-10°C，為了穩(wěn)定大空間試驗(yàn)室1內(nèi)的溫度，外部制冷機(jī)107繼續(xù)工作，啟動(dòng)電加熱器105 (最大可用功率57. 6kff)，實(shí)現(xiàn)大空間試驗(yàn)室1內(nèi)的精確控溫。如圖5所示，從50分鐘到120分鐘的控溫期間，Ta的最高溫度為-9. 83°C， 最低為-10. 20 °C，最高與最低溫度之間相差0. 37 0C ；Tb的最高溫度為-9. 86 °C，最低為-10. 270C，最高與最低溫度之間相差0. 41°C。由此可看出，大空間試驗(yàn)室內(nèi)的溫度控制在一個(gè)較為精確地范圍(< 士0. 5°C )。從圖7及圖8中可以看出，設(shè)置是大空間試驗(yàn)室1內(nèi)初始溫度為_6°C，目標(biāo)溫度為-20. 5°C，降溫約579分鐘后到達(dá)目標(biāo)溫度-20. 5°C。在制冷機(jī)開啟大約579分鐘之后， Ta的最高溫度為-20. 27°C、最低溫度為-20. 45°C，最高與最低溫度之間相差0. 18°C ；Tb的最高溫度為-20. 41°C、最低溫度-20. 52°C，最高與最低溫度之間相差0. 11°C。由此可看出， 大空間試驗(yàn)室1內(nèi)溫度控制在一個(gè)較為精確的范圍(< 士0. 5°C )。設(shè)置大空間試驗(yàn)室1內(nèi)初始溫度為_4°C，目標(biāo)溫度為-10°C時(shí)，開始降溫后第60 分鐘時(shí)，大空間試驗(yàn)室1內(nèi)豎直中心線上10個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度值。由下表1中測(cè)量結(jié)果可看出，最高溫度-10. 1 °C、最低溫度-10. 3°C，與設(shè)定值最大偏差0. 3°C，垂直方向溫度均勻性良好，不均勻度小于0.5°C。
權(quán)利要求
1.一種用于大空間試驗(yàn)室的溫度控制系統(tǒng)，包括大空間試驗(yàn)室，其特征在于在大空間試驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置有側(cè)壁風(fēng)道A、側(cè)壁風(fēng)道B、頂部風(fēng)道；在側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B內(nèi)均設(shè)置有冷風(fēng)機(jī)、電加熱器、冷卻盤管；其中，大空間試驗(yàn)室的頂部安裝有頂部風(fēng)道，大空間試驗(yàn)室內(nèi)側(cè)壁上相對(duì)設(shè)置有側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B，側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B與頂部風(fēng)道相通；所述側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B的下端開有回風(fēng)口，側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B內(nèi)水平方向上均勻安裝有至少一個(gè)冷風(fēng)機(jī)；側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B內(nèi)還設(shè)置有冷卻盤管與電加熱器，其中，冷卻盤管設(shè)置在冷風(fēng)機(jī)下方，且每一個(gè)冷風(fēng)機(jī)下方對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)冷卻盤管，每一個(gè)冷卻盤管均穿過側(cè)壁風(fēng)道A 與側(cè)壁風(fēng)道B外壁，與大空間試驗(yàn)室外部的制冷機(jī)相連接；電加熱器位于冷風(fēng)機(jī)上方，每一個(gè)冷風(fēng)機(jī)上方對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)可調(diào)的電加熱器，所述頂部風(fēng)道均勻布置有送風(fēng)孔；所述大空間試驗(yàn)室內(nèi)壁面為金屬材料或混凝土材料，大空間試驗(yàn)室內(nèi)壁面為金屬材料時(shí)，在大空間試驗(yàn)室外壁上安裝保溫材料；當(dāng)大空間試驗(yàn)室內(nèi)壁為混凝土材料時(shí)，在大空間試驗(yàn)室內(nèi)壁上安裝保溫材料，在保溫材料的內(nèi)側(cè)安裝玻璃鋼板，且玻璃鋼板內(nèi)側(cè)通過固定掛架支撐金屬冷板。
2.如權(quán)利要求1所述一種用于大空間試驗(yàn)室的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于所述側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B垂直于水平面。
3.如權(quán)利要求1所述一種用于大空間試驗(yàn)室的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于所述側(cè)壁風(fēng)道A與側(cè)壁風(fēng)道B內(nèi)的冷風(fēng)機(jī)相互對(duì)稱。
4.如權(quán)利要求1所述一種用于大空間試驗(yàn)室的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于所述頂部風(fēng)道下表面上均勻布置有送風(fēng)孔。
5.如權(quán)利要求1所述一種用于大空間試驗(yàn)室的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于所述保溫材料為聚氨酯硬泡。
全文摘要
本發(fā)明公開一種大空間試驗(yàn)室溫度控制系統(tǒng)，包括兩側(cè)壁風(fēng)道、頂部風(fēng)道、冷風(fēng)機(jī)、電加熱器、制冷機(jī)、冷卻盤管。兩側(cè)壁風(fēng)道下端開有回風(fēng)口，在兩側(cè)壁風(fēng)道內(nèi)，回風(fēng)口上方均安裝有冷風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)下方均設(shè)置有冷卻盤管，冷卻盤管與側(cè)壁風(fēng)道外的制冷機(jī)相連。冷風(fēng)機(jī)上方設(shè)置有電加熱器。側(cè)壁風(fēng)道與頂部風(fēng)道相通，頂部風(fēng)道上開有送風(fēng)孔。大空間試驗(yàn)室的內(nèi)壁面采用金屬材料或在內(nèi)壁面上設(shè)置金屬冷板，且在大空間的壁面上涂有保溫材料，使冷量損失減小。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過冷風(fēng)機(jī)對(duì)大空間試驗(yàn)室降溫，通過微調(diào)電加熱器對(duì)環(huán)境溫度的精確控制；通過頂部風(fēng)道上的送風(fēng)孔，使大空間試驗(yàn)室中溫差更小，還可促進(jìn)冷風(fēng)與空間中空氣的良好換熱，使溫度均勻性更好。
文檔編號(hào)G05D23/20GK102156492SQ20101060344
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者劉曄, 王浚, 黃勇 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)