專利名稱：一種用于大空間試驗室的溫度控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及溫度控制領域，具體來說，是一種用于大空間試驗室的溫度控制系統。
背景技術：
在工業迅猛發展的當今社會，科技的進步都是以科學實驗為依據的，而往往很多實驗無法直接利用自然界中的環境或者自然界環境條件下的實驗效率很低，這就需要人工建立試驗室來完成科學研究，進而應用到實際生產，生活當中去。中國軍事標準 GJB150. 1A-2009《軍用裝備試驗室環境試驗方法》、美國軍用標準MIL-STD-810F及最新的美國軍用標準MIL-STD-810G中對環境試驗室內溫度的通用要求為“各個測點的溫度均不應超過規定溫度的士 2 °C。試件不工作時其周圍的溫度梯度不應超過1°C /m，且總溫差不應超過2. 2V ”。然而，實際的實驗中可能對溫度的控制及溫度均勻度的控制有更高的要求，需要達到更高的控制精度。特別是實驗空間非常大的時候，溫度控制有較大難度。因此有必要對特大空間的溫度控制進行研究，以保證更加真實地模擬所需環境，進而獲得更有效的實驗數據。溫度控制就是實現環境的溫度均勻，穩定和準確的控制。隨著空間的加大，溫度控制的難度就會越大，因此一些小型空間內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的空氣換熱量基本一致，因此就需要在通風和傳熱方面盡可能實現空氣溫度的均勻性要求，同時減少空氣與外界的換熱，進而減小特大空間的溫差。本發明正是從以上幾個角度出發，實現對特大空間的溫度控制的。而目前對大空間試驗室降溫后，試驗室內溫度的均勻性通常都難以實現，一般都是冷風機附近溫度與遠離風機的部分有溫度差。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種可以保證大空間試驗室內溫度的精確度和均勻度要求的溫度控制系統。本發明一種用于大空間試驗室的溫度控制系統，在大空間試驗室內設置有側壁風道A、側壁風道B、頂部風道、冷風機、電加熱器及冷卻盤管。其中，大空間試驗室的頂部安裝有頂部風道，大空間試驗室內側壁上相對設置有側壁風道A與側壁風道B，側壁風道A與側壁風道B與頂部風道相通；所述側壁風道A與側壁風道B的下端開有回風口，側壁風道A與側壁風道B內水平方向上均勻安裝有至少一個冷風機；側壁風道A與側壁風道B內還設置有冷卻盤管與電加熱器，其中，冷卻盤管設置在冷風機下方，且每一個冷風機下方對應設置有一個冷卻盤管，每一個冷卻盤管均穿過側壁風道A與側壁風道B外壁，與大空間試驗室外部的制冷機相連接。電加熱器位于冷風機上方，每一個冷風機上方對應設置有一個可調的電加熱器，所述頂部風道均勻布置有送風孔。所述大空間試驗室內壁面為金屬材料或混凝土材料，大空間試驗室內壁面為金屬材料時，在大空間試驗室外壁上安裝保溫材料；當大空間試驗室內壁為混凝土材料時，在大空間試驗室內壁上安裝保溫材料，在保溫材料的內側安裝玻璃鋼板，且玻璃鋼板內側通過固定掛架支撐金屬冷板。本發明的優點在于1、本發明溫度控制系統在風道內設置了冷風機，直接實現了對特大空間的降溫， 且在冷風機的上方設置一個可調節的電加熱器，由此通過微度調節實現對環境溫度的精確控制；2、本發明溫度控制系統在大空間頂部設置了頂部風道，且在頂部風道上均勻開有送風孔，由此可實現整個特大空間試驗室內冷量的均勻輸送，從而使特大空間中溫差更小； 還可以促進冷風與空間中空氣的良好換熱，可以使溫度均勻性更好；3、本發明溫度控制系統中的大空間試驗室的內壁面采用金屬材料或在內壁上設置金屬冷板，由此可實現熱量迅速的傳遞，利用金屬壁面或金屬冷板良好的導熱性能及較大的熱容量，使壁面的溫度均勻，實現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是本發明溫度控制系統中大空間試驗室內部結構剖視圖；圖2是本發明溫度控制系統中金屬內壁的大空間試驗室壁面剖視圖；圖3是本發明溫度控制系統中混凝土內壁的大空間試驗室壁面剖視圖；圖4是應用本發明溫度控制系統在大空間試驗室進行降溫試驗，考察室內溫度控制效果及溫度均勻性時測試點分布圖；圖5是應用本發明溫度控制系統在大空間試驗室內進行降溫試驗，目標溫度為-10°c時，測點！；的降溫曲線圖；圖6是應用本發明溫度控制系統在大空間試驗室內進行降溫試驗，目標溫度為-10°c時，測點Tb的降溫曲線圖；圖7是應用本發明溫度控制系統在大空間試驗室內進行降溫試驗，目標溫度為-20. 5°C時，測點Ta的降溫曲線圖；圖8是應用本發明溫度控制系統在大空間試驗室內進行降溫試驗，目標溫度為-20. 5°C時，測點Tb的降溫曲線圖。圖中1-大空間試驗室 101-側壁風道A 102-側壁風道B 103-頂部風道104-冷風機105-電加熱器 106-冷卻盤管 107-制冷機108-回風口109-送風孔2_保溫材料3_玻璃鋼板4-固定掛架5-金屬冷板
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。本發明一種用于大空間試驗室的溫度控制系統，在大空間試驗室1為圓柱形結構設置有側壁風道A101、側壁風道B102、頂部風道103、冷風機104、電加熱器105、冷卻盤管 106。其中，大空間試驗室1的頂部固定安裝有頂部風道103。大空間試驗室1內側壁上相
4對設置有垂直于水平面的側壁風道AlOl與側壁風道B102，側壁風道AlOl與側壁風道B102 與大空間試驗室1內側壁貼合且與頂部風道103相通，如圖1所示。所述側壁風道AlOl與側壁風道B102的下端開有回風口 108，側壁風道AlOl與側壁風道B102內水平方向均勻安裝有至少一個冷風機104，側壁風道AlOl與側壁風道B102 內的冷風機104相互對稱。側壁風道AlOl與側壁風道B102內還設置有冷卻盤管與電加熱器，其中，冷卻盤管106設置在冷風機104下方，且每一個冷風機104下方對應設置有一個冷卻盤管106，每一個冷卻盤管106均穿過側壁風道AlOl與側壁風道B102外壁，與大空間試驗室1外部的制冷機107相連接。電加熱器105位于冷風機上方，每一個冷風機104上方對應設置有一個可調的電加熱器105，且每一個電加熱器105由外部的自動控制系統控制其溫度的調節，實現溫度的精確控制。所述制冷機107用來向冷卻盤管106內提供低溫工質，用于與室內空氣換熱降溫，并將吸收了試驗室內空氣熱量的制冷劑輸送回制冷機，工質在制冷劑組的冷凝器內放熱，重新獲得低溫工質，實現制冷循環，即實現制冷劑的循環， 并獲得冷量使空氣降溫。所述頂部風道103的下表面上設計有均勻布置的送風孔109，頂部風道103中的風可通過送風孔109進入到大空間試驗室1中，實現大空間試驗室1內的均勻送風，實現溫度的均勻性控制。如圖2所示，本發明中大空間試驗室1內壁采用金屬材料，可作為金屬冷板實現熱量迅速的傳遞，利用金屬壁面良好的導熱性能及較大的熱容量，使壁面的溫度均勻，實現了溫度的均勻性控制。且在大空間試驗室1外壁上安裝有保溫材料2，有效減少了大空間試驗室1內部的冷量損失，且不會占用大空間試驗室1內部空間，更有利于充分利用大空間試驗室1內部空間。所述保溫材料2為聚氨酯硬泡，它具有粘結力強；保溫隔熱性好；防水性能好；整體密封、無空腔無縫粘結，適應各種形狀基面；尺寸穩定性小，具有一定的韌性，延伸率大，不會開裂；有很強的抗風揭性；阻燃性好。因此保溫材料2可有效減少試驗室1內部的冷量損失，利于大空間試驗室1內各子系統的安裝、調試、維修，而且還不存在大空間試驗室1內水滲入保溫材料2、降低保溫性能及影響保溫結構壽命的問題。若大空間試驗室1內壁為混凝土材料時，由于混凝土材料的導熱性能差，為避免試驗室內出現溫度不均勻的現象，需采用金屬冷板5和內保溫方案，即在大空間試驗室1內壁上安裝保溫材料2，并在保溫材料2內側設置玻璃鋼板3，該玻璃鋼板3用于保護保溫材料。在玻璃鋼板3內側通過固定支架4固定金屬冷板5，金屬冷板5有良好的導熱性能及較大的熱容量，可實現熱量迅速的傳遞，使壁面的溫度均勻，實現了溫度的均勻性控制。大空間試驗室1內的空氣通過冷風機104的泵入作用，由側壁風道AlOl與側壁風道B102下端的回風口 108進入到側壁風道AlOl與側壁風道B102中。冷風機104與冷風盤管106通過與外部制冷機107相連，對側壁風道AlOl與側壁風道B 102中的空氣進行制冷，使空氣溫度降到所需環境溫度以下。通過電加熱器105對降溫后的空氣進行溫度的微調，可以使用手動或自動對電加熱器105進行調節電加熱器的功率，使側壁風道AlOl與側壁風道B 102內的空氣溫度升高達到所需溫度，最終經過頂部風道103下表面的送風孔109 送入道大空間試驗室1內，實現空氣的均勻換熱。在半徑為22m、高為3 !的大空間試驗室1內布置兩個測溫點Ta、Tb，其中Ta設置在側壁風道AlOl上，位于側壁風道AlOl的回風口處，Tb在大空間試驗室1設置在在側壁風道B102上，位于側壁風道B102的回風口處，且Tb位置高于Ta位置。
為了測試大空間試驗室1內的溫度均勻性，因此在大空間試驗室1中15m高度處水平方向上均勻布置10個溫度測點，在大空間試驗室1內中心豎直方向上均勻布置10個溫度測點，如圖4所示。從圖5及圖6中可以看出，設置大空間試驗室1內初始溫度為-4°C，目標溫度為-10°C，降溫50分鐘后達到目標溫度-10°C，為了穩定大空間試驗室1內的溫度，外部制冷機107繼續工作，啟動電加熱器105 (最大可用功率57. 6kff)，實現大空間試驗室1內的精確控溫。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，大空間試驗室內的溫度控制在一個較為精確地范圍(< 士0. 5°C )。從圖7及圖8中可以看出，設置是大空間試驗室1內初始溫度為_6°C，目標溫度為-20. 5°C，降溫約579分鐘后到達目標溫度-20. 5°C。在制冷機開啟大約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， 大空間試驗室1內溫度控制在一個較為精確的范圍(< 士0. 5°C )。設置大空間試驗室1內初始溫度為_4°C，目標溫度為-10°C時，開始降溫后第60 分鐘時，大空間試驗室1內豎直中心線上10個測點的溫度值。由下表1中測量結果可看出，最高溫度-10. 1 °C、最低溫度-10. 3°C，與設定值最大偏差0. 3°C，垂直方向溫度均勻性良好，不均勻度小于0.5°C。
權利要求
1.一種用于大空間試驗室的溫度控制系統，包括大空間試驗室，其特征在于在大空間試驗室內設置有側壁風道A、側壁風道B、頂部風道；在側壁風道A與側壁風道B內均設置有冷風機、電加熱器、冷卻盤管；其中，大空間試驗室的頂部安裝有頂部風道，大空間試驗室內側壁上相對設置有側壁風道A與側壁風道B，側壁風道A與側壁風道B與頂部風道相通；所述側壁風道A與側壁風道B的下端開有回風口，側壁風道A與側壁風道B內水平方向上均勻安裝有至少一個冷風機；側壁風道A與側壁風道B內還設置有冷卻盤管與電加熱器，其中，冷卻盤管設置在冷風機下方，且每一個冷風機下方對應設置有一個冷卻盤管，每一個冷卻盤管均穿過側壁風道A 與側壁風道B外壁，與大空間試驗室外部的制冷機相連接；電加熱器位于冷風機上方，每一個冷風機上方對應設置有一個可調的電加熱器，所述頂部風道均勻布置有送風孔；所述大空間試驗室內壁面為金屬材料或混凝土材料，大空間試驗室內壁面為金屬材料時，在大空間試驗室外壁上安裝保溫材料；當大空間試驗室內壁為混凝土材料時，在大空間試驗室內壁上安裝保溫材料，在保溫材料的內側安裝玻璃鋼板，且玻璃鋼板內側通過固定掛架支撐金屬冷板。
2.如權利要求1所述一種用于大空間試驗室的溫度控制系統，其特征在于所述側壁風道A與側壁風道B垂直于水平面。
3.如權利要求1所述一種用于大空間試驗室的溫度控制系統，其特征在于所述側壁風道A與側壁風道B內的冷風機相互對稱。
4.如權利要求1所述一種用于大空間試驗室的溫度控制系統，其特征在于所述頂部風道下表面上均勻布置有送風孔。
5.如權利要求1所述一種用于大空間試驗室的溫度控制系統，其特征在于所述保溫材料為聚氨酯硬泡。
全文摘要
本發明公開一種大空間試驗室溫度控制系統，包括兩側壁風道、頂部風道、冷風機、電加熱器、制冷機、冷卻盤管。兩側壁風道下端開有回風口，在兩側壁風道內，回風口上方均安裝有冷風機、冷風機下方均設置有冷卻盤管，冷卻盤管與側壁風道外的制冷機相連。冷風機上方設置有電加熱器。側壁風道與頂部風道相通，頂部風道上開有送風孔。大空間試驗室的內壁面采用金屬材料或在內壁面上設置金屬冷板，且在大空間的壁面上涂有保溫材料，使冷量損失減小。本發明的優點在于通過冷風機對大空間試驗室降溫，通過微調電加熱器對環境溫度的精確控制；通過頂部風道上的送風孔，使大空間試驗室中溫差更小，還可促進冷風與空間中空氣的良好換熱，使溫度均勻性更好。
文檔編號G05D23/20GK102156492SQ20101060344
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者劉曄, 王浚, 黃勇 申請人:北京航空航天大學