阅读说明：本技术 用于环境测试舱性能检定的温控式气体释放装置 (Temperature control type gas release device for performance verification of environment test chamber ) 是由 蔡广凯 李旻雯 李景广 孙婵娟 于 2020-12-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于环境测试舱性能测定的温控式气体释放装置,包括水槽和圆筒,水槽有一开口,开口具有凹入水槽槽体内的筒状开口壁,开口壁上设连接内螺纹；圆筒上端为开口端,下端为封闭的筒底；圆筒筒体外壁设有与内螺纹匹配的连接外螺纹,圆筒螺纹固定于筒状开口壁上；圆筒开口端箍有渗透膜；水槽槽壁沿径向设有凸入槽体内的第一管状体,第一管状体的空心腔体连通水槽外并与水槽内相阻隔,第一管状体腔体内安有加热管；第一管状体位于水槽槽底和圆筒筒底间；水槽槽壁上还设有凸入槽体内的第二管状体,第二管状体的空心腔腔体连通水槽外并与水槽内相阻隔,第二管状体腔体内安有温度传感器；第二管状体位于圆筒周缘所对应水槽槽壁上。(The invention discloses a temperature control type gas release device for measuring the performance of an environment test chamber, which comprises a water tank and a cylinder, wherein the water tank is provided with an opening, the opening is provided with a cylindrical opening wall recessed into the tank body of the water tank, and the opening wall is provided with a connecting internal thread; the upper end of the cylinder is an open end, and the lower end of the cylinder is a closed cylinder bottom; the outer wall of the cylindrical barrel body is provided with a connecting external thread matched with the internal thread, and the cylindrical thread is fixed on the wall of the cylindrical opening; the open end of the cylinder is hooped with a permeable membrane; a first tubular body protruding into the trough body is arranged on the wall of the trough along the radial direction, a hollow cavity of the first tubular body is communicated with the outside of the trough and isolated from the inside of the trough, and a heating pipe is arranged in the cavity of the first tubular body; the first tubular body is positioned between the bottom of the water tank and the bottom of the cylinder; a second tubular body protruding into the trough body is further arranged on the wall of the water trough, a hollow cavity of the second tubular body is communicated with the outside of the water trough and is isolated from the inside of the water trough, and a temperature sensor is arranged in the cavity of the second tubular body; the second tubular body is positioned on the wall of the water tank corresponding to the periphery of the cylinder.)

用于环境测试舱性能检定的温控式气体释放装置

技术领域

本发明属于室内环境检测技术领域，具体涉及一种用于环境测试舱系统性能检验检测的温控式气体释放装置。

背景技术

目前环境舱测试法已经成为国内外主流的测试污染物散发特性的方法。环境舱被广泛应用于建筑装修材料、室内装饰材料、家具、电子产品、汽车内饰等有害气体释放研究和检测。随着环境舱测试技术的不断发展，现阶段测试舱法测试污染源释放量的一个重要的难题在于测试结果的准确性。测试结果的准确性也是研究室内VOCs源散发机理、人体暴露和健康风险以及工程控制与治理的重要基础。

但是，一方面，目前行业中与市场上技术成熟的、可直接使用的标准释放装置较少，并且其操作过程复杂不便，已有的部分气体释放装置由于自身装置的构造特点限制，无法简便快捷地制备出可自由设定的稳定释放速率的测试条件，由此相关技术标准条文中虽有相关规定，但在实际中却难以操作，无法对市场上已有的测试舱系统进行相关的性能检定，从而难以判断环境测试舱系统性能及所测结果的准确性。另一方面，往往需要在同一套测试舱系统内开展不同种类的装饰装修材料、家具散发污染物的检测工作，但它们的释放速率范围不同，需要研发可快捷设定不同释放速率范围的释放装置，以便检查检验环境测试舱系统在测试不同装饰装修材料及家具时的测试准确度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有VOCs污染物释放速率测试用环境测试舱无标准释放装置，导致较难进行回收率、测试准确度的性能检定，从而难以判断环境测试舱系统性能及所测结果准确性这一关键问题的不足，提供一种释放速率可控、适用范围广、安装操作方便的用于环境测试舱性能测定中污染物释放速率测试的温控式气体释放装置。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种用于环境测试舱性能测定的温控式气体释放装置，其特点为，包括：

一水槽，所述水槽上部设有一开口，所述开口具有凹入水槽槽体内的筒状开口壁，所述开口壁上设有连接内螺纹；以及

一圆筒，所述圆筒的上端为开口端，下端为封闭的筒底；所述圆筒的筒体外壁上设有与所述连接内螺纹相匹配的连接外螺纹，并经两者的配合，所述圆筒螺纹固定于所述筒状开口壁上；所述圆筒的开口端箍设有渗透膜；

沿径向，所述水槽的槽壁上设有一个以上凸入槽体内部的第一管状体，所述第一管状体具有一空心腔，其腔体连通水槽外部并与水槽内部相阻隔，所述第一管状体的腔体内安放有加热管；所述第一管状体位于所述水槽的槽底和所述圆筒的筒底间；

所述水槽的槽壁上还设有凸入槽体内部的第二管状体，所述第二管状体具有一空心腔，其腔体连通水槽外部并与水槽内部相阻隔，所述第二管状体的腔体内安放有温度传感器；所述第二管状体位于所述圆筒周缘所对应的水槽槽壁上。

作为本技术方案的进一步改进，除所述开口处，所述水槽的槽体外围包裹有保温层。

也作为本技术方案的进一步改进，其特征在于，所述水槽的槽壁上设有三个所述第一管状体，三个所述第一管状体两两呈120°夹角布置。

作为本发明的优选实施例，以所述圆筒的连接外螺纹为第一外螺纹，所述圆筒的开口端设有第二外螺纹，所述渗透膜经一与所述第二外螺纹相匹配的密封螺母箍设于所述圆筒的开口面。

也作为本发明的优选实施例，所述第二管状体与所述圆筒的竖直中间位大致相对应。

还作为本技术方案的进一步改进，所述水槽的基体为不锈钢件；所述圆筒的筒体也为不锈钢件。

优选的，所述加热管为电加热棒。

作为本发明的更进一步改进，所述加热管和温度传感器与温控器电连接。

优选的，所述渗透膜为耐高温、具有较高化学稳定性和耐腐蚀性的多孔均匀质膜。

采用上述技术方案的用于环境测试舱性能测定的温控式气体释放装置，具有如下的特点及效果：

本发明涉及的气体释放速率是通过电加热棒对不锈钢水槽中的水进行加热，再利用水浴加热的原理对圆筒内的目标溶液进行加热。进一步可通过调节温控仪的设定温度值，使电加热棒加热水槽中的水达到该设定温度值。水被加热时，温度传感器将实时的温度信号传递给温控仪，温控仪通过控制固态继电器不停的断开和闭合，使得水温保持恒定，进而通过导热原理，溶液温度与水温发生热量传递。待水槽中的水温与圆筒中溶液的温度达到热量平衡时，圆筒中溶液的温度维持恒定。圆筒中部分溶液由液相变为气相，气相再透过渗透膜，此恒定温度下，气体透过渗透膜的释放速率是不变的，进而通过此方式来控制其释放速率。再通过装置试验前后质量的减少量来计算不同温度下的气体释放速率。对此装置进行操作可以达到释放速率可定、可控、稳定以及范围广的目的。

附图说明

图1为本发明温控式气体释放装置的结构示意图；

图2为电加热管位置示意图；

图中：1——保温材料 2——密封螺母 21——内螺纹 3——渗透膜 5——水槽51——槽壁 52——槽底 53——槽口壁 531——内螺纹 54——槽口 6——套筒 8——圆筒 81——筒 壁 811——外螺纹 82——筒底 83——腔体 9——套筒10——电路导线11——温控仪

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。

本发明提供了一种污染物释放速率测试用的标准释放装置，通过调节可以快速并简单地达到范围较广的不同的气体稳定释放速率，从而对环境舱测试系统的实验测试进行相应的检验与校核，以解决目前环境测试舱系统准确性的问题。

参照图1和图2所示，本发明提供的环境舱测试系统的检验检测气体释放装置，包括一不锈钢材质的水槽5，水槽5的上部开设有槽口54，槽口54具有凹入水槽槽体内部的筒状槽口壁53，槽口壁53内侧设有内螺纹531。

一不锈钢材质的圆筒8(可以理解为圆桶状结构)依靠筒壁81外侧的外螺纹811旋入槽口壁53上所设的内螺纹531，以实现将圆筒8定位于槽口54处的目的。圆筒8具有一腔体83，腔体上部的开口端的筒壁上设有另一外螺纹812，通过一个密封螺母2的内螺纹21的配合，将渗透膜3(例如，耐高温、化学性稳定、耐腐蚀性强的多孔均匀质膜)压合密封于圆筒8的上端开口处，实现了在开口端箍设(固定)一层渗透膜的目的，进而“分隔”腔体83与外部，实现相应的目的。

并且，在水槽的槽壁51上沿径向还设有一组共三个凸入槽体内部的套筒9。在水槽的槽壁51上还设有一个凸入槽体内部的套筒6。套筒9和套筒6结构上与外部连通，与槽体内部相阻隔；电加热棒内置固定在不锈钢水槽内部的套筒9中，温度传感器内置在不锈钢水槽内部的微型的套筒6中。其中，各套筒内置于不锈钢水槽中，并焊接为一个整体；套筒的作用是方便更换损坏的电加热棒及温度传感器。

三根电加热管的套筒9与不锈钢水槽5焊接为一个整体，并且电加热管的套筒9在水平方向依次定距间隔分布，俯视其呈现出120°的夹角(如图2所示，标号91是电加热管套筒的中心线)。套筒9中的加热棒通过通电的电路导线10与温控仪11相连接，温度传感器套筒6中的温度传感器也通过电路导线10与温控仪11相连接。

其中，套筒9位于圆筒8的筒底82与水槽的槽底52之间的位置，而套筒6则从槽口壁53大致竖直中间位所对应的槽壁51处凸入槽体内，该位置正好处于圆筒8的筒深一半处。

另外，除了槽口54外，保温材料1包裹在不锈钢水槽的外侧面(包括底面)。

本发明装置的各部分实施例详细说明如下：

密封螺母2将渗透膜3通过螺旋压力将其与不锈钢圆筒8紧密连接在一起；保温材料1覆盖于不锈钢水槽5的外表面。不锈钢圆筒8可以通过内外螺旋(即内螺纹531和外螺纹811)进行旋转，并与水槽5可实现紧密贴合或分离的操作。

采用上述温控式气体释放装置进一步计算的工作原理如下：

温度是不同种类装饰装修材料、家具释放各类污染物的重要影响因素，因此本发明主要通过控制温度来控制污染物的释放速率。本发明装置的上部有专门固定渗透膜的密封螺母，当装置中的液体经过控温系统达到某一稳定的温度时，装置中的液体表面开始进行由液相变为气相的物理过程，然后气态再透过渗透膜散发到装置外，实现气体的释放。此过程中，气体透过渗透膜的强度即为其释放速率。

该气体渗透过程符合Fick气体扩散定律，由Fick定律和理想气体状态方程有：

其中，p_sat是渗透膜内表面侧的饱和蒸汽压力，R是理想气体常数。A是渗透膜的表面积，L是渗透膜的厚度，T是温度。

温度与气体扩散系数(D_m)的实验关联式：

其中，T是温度，A、B是拟合系数。

根据Clausius-Clapeyron关联式有：

C是拟合系数；ΔH是摩尔气化热(若温度变化的范围不大，即稳态时可将其视作常数)。

将(2)、(3)式带入(1)式中，可以得到温度与气体释放速率简化后的理论关联式(4)：

其中，M、N是简化系数。

由此可知，控制温度使其稳定就可以得到该温度下的释放速率，并且调节不同的温度就可以得到不同的释放速率，以达到释放速率广并且可控的目的。

另外，在某一恒定加热的温度下，温度t不变，气体释放速率ρ为常数。因此释放装置在恒温条件下工作时，其释放速率可以通过在合适的时间间隔内由称量法称量释放装置的质量减少量，即式(5)：

式中ρ：释放速率(g/min)；W₁：时间t₁时释放装置的质量(g)；W₂：时间t₂时释放装置的质量(g)。

因此可以将释放装置放置在环境舱内，通过温控仪调节电加热管套筒9中的加热棒加热状态进行水浴加热，来保证释放装置中溶液的温度可控、可调及恒温。一段时间内可以通过称量法得到溶液在试验过程中的质量减少量，再通过上述方法计算可得到溶液由液相变为气相再透过渗透膜的气体释放速率。

采用本发明温控式气体释放装置进一步的工作过程如下：

接通电源之前，先通过密封螺母2将不锈钢圆筒8的上部分打开，并将所测试的液体注入其中。注入量达到预定值后，将渗透膜3通过密封螺母2进行压合密封，然后再称量含有液体的不锈钢圆筒的总质量为m₁，随后将不锈钢圆筒8通过螺纹旋转与不锈钢水槽5进行紧密贴合，并将组合好的整套装置放入环境舱中。接通电源，通过调节温控仪11，将温度设定在某一数值，温控仪11会输出信号控制固态继电器，使得温度传感器套筒6中的传感器输出温度值与设定值相等。一段时间△t后，打开环境舱门，取出装置，并将不锈钢圆筒8通过螺纹旋转取出，再次称量并记录其质量为m₂。由此可以通过一段时间内液体质量的变化量来计算不同温度下气体的释放速率。