基于斯特林制冷机的文物恒湿展柜设计及实验研究

发布时间：2021-02-18 23:33

　　博物馆文物保存过程中相对湿度对文物的影响尤其重要,因此针对目前小型展柜广泛采用的半导体制冷存在制冷量小的缺点,结合斯特林制冷机制冷量大、寿命长、安全可靠等优点,设计并搭建了一台基于斯特林制冷的文物恒湿展柜装置,实现对微环境中相对湿度的精确调节。将斯特林制冷机的冷头置于优化设计的水槽中用于控制水温,采用空气与水直接接触的方式控制展柜内空气湿度。结果表明:使用散热片以及小型循环水泵可以大幅提升冷头与水之间的换热效率;合理的风机控制策略可以有效提升展柜湿度调节速度,维持湿度稳定,降低系统能耗;展柜内的相对湿度在45.0%～65.0%之间连续可调,并能保持稳定。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(S1)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

冷头加装散热片结构

基于斯特林制冷的恒湿展柜装置结构如图1所示，主要包括展柜、机箱、送/回风口、水槽、斯特林制冷机、展柜内外温湿度传感器、铂电阻温度计、数据采集仪和计算机。展柜由厚度为0.01 m的玻璃构成，其长、宽、高分别为0.6 m、0.6 m和1 m，展柜内采用对角线下送下回的送风方式。将斯特林制冷机的冷头作为冷源置于水槽中，通过冷头与水直接接触换热来控制水温，展柜内空气在风机的作用下通过回风口进入水槽，与水面直接接触，利用空气与水面之间的热质交换调节展柜内空气的相对湿度，经处理后的空气经送风口送回展柜。将斯特林制冷机和水槽整合置于展柜下方的机箱内，机箱的左右侧板可拆卸，整体结构紧凑，方便调试。在展柜内外分别布置VAISALA HTM100的温湿度传感器测量展柜内外空气的温度和相对湿度，在实验范围内其精度分别为±1.5%和±0.2℃，水槽中采用精度为±0.2℃的铂电阻Pt100测量水温，所有采集的数据通过Agilent 34970A数据采集仪传送至计算机端进行处理。斯特林制冷机通过电路板传递功率、温度等信号给可触摸控制显示屏，通过显示屏控制制冷机的运行状态和目标值。

本实验选用某公司生产的自由活塞式斯特林制冷机作为冷源，其实物如图2所示，主要由冷端、热端、铝散热器和散热风扇等部分组成，该制冷机体积小，结构紧凑，移动方便，温度控制迅速精确，噪声小，制冷量大，使用氦气作为制冷剂，安全环保。另外，该斯特林制冷机自带控制电路板，小巧轻便，附有可触摸显示屏，可实现简单精准控制。1.2 空气处理装置


本文编号：3040264