一种针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统

摘要

本发明公开了一种针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统，由水温控制器、超声雾化器和导热装置组成。水温控制器包括水温控器和热交换器；超声雾化器包括水位控制阀、超声波雾化头和水雾风机；导热装置包括金属导热棒和隔热层。本发明通过深埋于地下的导热装置使得和空气直接接触的金属表面与深层土壤保持基本一致的低温。恒温水箱中的纯净水经过超声雾化器后以雾化汽的形式进入土遗址葬坑内，雾化水汽不会对遗址文物表面造成直接的物理性破坏，其与低温金属表面接触后迅速液化，并渗流进入土壤环境，间接实现给遗址文物补水的目的，维持遗址文物与周围耦合土壤环境的含水量处于一个有利于遗址文物长期保存的稳定状态。

权利要求

1.一种针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统，其特征在于，包括超声雾化器(1)、温控装置以及设置于文物保存区(13)葬坑内的土壤中的导热装置；超声雾化器(1)安装于遗址展厅(12)的外部，通过水雾管道将产生的水雾导入文物保存区(13)内，在遗址文物(10)的土壤上方形成一层空气雾化层(9)；水汽能够在导热装置的表面冷凝液化并渗入底部土壤；温控装置用于控制超声雾化器(1)中的水温，使其与葬坑内空气环境温度保持一致或低于葬坑空气环境温度；

导热装置包括埋设于遗址文物(10)间隔处的土壤中的金属导热棒(7)，金属导热棒(7)的上端伸出土壤表面与葬坑内的空气雾化层(9)相接处；金属导热棒(7)的中段包裹有用于避免周围土壤温度变化对金属导热棒温度产生影响的隔热层(8)；金属导热棒(7)的下端与深层土壤接触，使其与深层土壤温度保持一致；

金属导热棒(7)等间距埋放于相邻遗址文物(10)之间的土壤中。

2.根据权利要求1所述的针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统，其特征在于，温控装置包括水温控制器(2)和热交换器(3)，水温控制器(2)安装在超声雾化器(1)外部，热交换器(3)设置于超声雾化器(1)内的盛水容器中。

3.根据权利要求2所述的针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统，其特征在于，超声雾化器(1)的盛水容器内还设置有超声波雾化头(5)和水位控制阀(4)；超声波雾化头(5)的上方开设水雾出口，并与水雾管道的入口相连通，水雾管道的入口处设置有水雾风机(6)。

4.根据权利要求1所述的针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统，其特征在于，金属导热棒(7)为长度2m、横截面直径为5cm的圆柱棒状。

5.根据权利要求4所述的针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统，其特征在于，金属导热棒(7)伸出土壤表面的长度为10cm；隔热层(8)包裹在地表以下1m的范围内，1m以外的

90cm部分裸露并与深层土壤直接接触。

6.根据权利要求1所述的针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统，其特征在于，隔热层(8)为岩棉。

说明书

一种针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统

技术领域

[0001] 本发明属于建筑环境与能源应用领域，特别涉及一种利用坑底深层土壤作为冷却源对超声波雾化水汽进行液化冷凝，从而达到对遗址文物进行合理补水的目的系统，具体是一种针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统。

背景技术

[0002] 在遗址现场建立博物馆对出土遗址文物进行原位保护是遗址文物保护的一种重要方式，也是遗址文物保护发展的主流方向。尽管遗址博物馆可以保护出土遗址文物免受风吹、日晒、雨淋等外界自然因素的影响，但被隔离保护的遗址文物表层仍然存在水分因蒸发作用持续减少的现象，进而导致干裂、盐析等病害的发生。因此，采用合理的方法使遗址文物及其赋存的土壤环境维持合理的含水量，改变固有的水盐单向迁移规律，对遗址文物的可持续保存具有重要的意义。

[0003] 当前，很多遗址博物馆中的遗址文物都出现了干裂干化及盐害的现象，其根本原因是遗址文物及其赋存土壤环境中的水分在蒸发作用下携带盐分持续单向运移至遗址表面。因此，对遗址文物及其周围土环境进行合理有效的补水是解决上述土遗址病害的根本途径。针对这一现象，本发明提出了一种利用超声波雾化水汽进行补水的方式，以深层土壤作为冷源，利用金属导热棒装置将低温传导至遗址文物保存的空气环境中，雾化水汽不仅不会对遗址文物表面造成直接的物理性破坏，同时可利用金属导热棒装置加快雾化水汽的冷凝液化，该装置以深层土壤作为冷源，能有效实现补水目的。

[0004] 经过对现有技术文献的检索发现，尚无利用深层土壤作为冷源对雾化水汽进行冷凝液化，以达到对遗址文物进行补水目的的相关专利报道。

发明内容

[0005] 本发明针对兵马俑博物馆、汉阳陵博物馆等遗址博物馆中葬坑式遗址文物的保存现状，利用土壤作为冷源对超声波雾化产生的高湿度水汽进行冷凝液化，从而实现对土遗址进行补水的保护方式，提供一种针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统，该系统能够避免土遗址因水分持续单向蒸发而产生一系列的干裂及盐害。

[0006] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

[0007] 一种针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统，包括超声雾化器、温控装置以及设置于文物保存区葬坑内的土壤中的导热装置；超声雾化器安装于遗址展厅的外部，通过水雾管道将产生的水雾导入文物保存区内，在遗址文物的土壤上方形成一层空气雾化层；水汽能够在导热装置的表面冷凝液化并渗入底部土壤；温控装置用于控制超声雾化器中的水温，使其与葬坑内空气环境温度保持一致或低于葬坑空气环境温度。

[0008] 本发明进一步的改进在于：

[0009] 温控装置包括水温控制器和热交换器，水温控制器安装在超声雾化器外部，热交换器设置于超声雾化器内的盛水容器中。

[0010] 超声雾化器的盛水容器内还设置有超声波雾化头和水位控制阀；超声波雾化头的上方开设水雾出口，并与水雾管道的入口相连通，水雾管道的入口处设置有水雾风机。

[0011] 导热装置包括埋设于遗址文物间隔处的土壤中的金属导热棒，金属导热棒的上端伸出土壤表面与葬坑内的空气雾化层相接处；金属导热棒的中段包裹有用于避免周围土壤温度变化对金属导热棒温度产生影响的隔热层；金属导热棒的下端与深层土壤接触，使其与深层土壤温度保持一致。

[0012] 金属导热棒为长度2m、横截面直径为5cm的圆柱棒状。

[0013] 金属导热棒伸出土壤表面的长度为10cm；隔热层包裹在地表以下1m的范围内，1m以外的90cm部分裸露并与深层土壤直接接触。

[0014] 金属导热棒等间距埋放于相邻遗址文物之间的土壤中。

[0015] 隔热层为岩棉。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0017] 本发明利用葬坑底部深层低温土壤作为冷源，将导热装置埋于土壤中并裸露一部分与葬坑空气直接接触，使得裸露部分金属表面的温度与深层低温土壤保持一致。雾化水汽进入葬坑空气中，与裸露金属接触并凝结成液态水最终渗入土壤环境。为了更好地保护遗址文物，利用超声波雾化水汽进行补水，可以避免液态水滴降落时对遗址文物表面造成直接的物理性破坏。该补水系统的冷源由深层低温土壤提供，深层土壤温度始终低于空气温度，且由隔热层包裹的金属导热棒温度一直与葬坑底部深层土壤温度保持一致，不需要人为调控，具有良好的节能性和实用性。

附图说明

[0018] 图1是本发明的总体结构示意图。

[0019] 其中：1-超声雾化器；2-水温控制器；3-热交换器；4-水位控制阀；5-超声波雾化头；6-水雾风机；7-金属导热棒；8-隔热层；9-遗址文物区空气雾化层；10-遗址文物；11-土遗址；12-遗址展厅；13-文物保存区。

具体实施方式

[0020] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0021] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0022] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

[0023] 参见图1，遗址博物馆中遗址文物的保存环境包括空气和土壤两种环境介质，其中空气环境的温度由空调系统进行调控，通常夏季为26℃，冬季为21℃，而文物保存区13底部的土环境温度则相对较低且比较稳定，特别是已经建馆保护的土遗址文物，由于阳光不会直射到土壤表面，底部土壤温度相对更低。以陕西遗址博物馆内的黄土环境为例，土壤表面1m深度以下的土温夏季为18℃左右，冬季为12℃左右。因此，遗址展厅12内深层土壤环境温度比空气环境低8℃左右，是一个天然的冷源。经测试，利用超声波雾化加湿可使文物保存局部区域的空气湿度达到90％以上，根据湿空气焓湿图计算，若将该区域高湿度空气的温度降低2℃左右，其相应的空气相对湿度将达到饱和，如果温度进一步降低，将析出凝结水。
因此利用深层土壤作为冷源与超声雾化器1相结合，通过对雾化水汽进行冷凝液化，可以实现对土遗址进行补水保护的目标。

[0024] 本发明在葬坑内遗址文物10间隔的土壤中埋设导热装置，将超声雾化器1产生的雾化水汽通过管道运送入葬坑内，水汽会在裸露金属表面冷凝液化并渗入底部土壤。导热装置由隔热层8包裹金属导热棒7组成，金属导热棒7两端裸露，一端深埋于地下与深层土壤接触，使其与深层土壤温度保持一致的低温状态，并通过传导使金属导热棒7裸露于空气的一端温度与深层土壤低温基本一致，中间段包裹的隔热层8可以避免周围土壤温度变化对金属导热棒7温度的影响；另一端直接暴露于葬坑内的空气中，用于直接接触并冷凝进入葬坑的水汽，液化后最终渗入坑底土壤，进而实现对遗址文物10及其耦合土壤环境的补水。

[0025] 温控装置用于调控超声雾化器1盛水容器中的水温，使其与葬坑内空气环境温度保持一致或略低于葬坑空气环境温度。热交换器3部分置于超声雾化器1外部，与置于内部盛水容器中的温控装置连接。

[0026] 超声雾化器1可以储存一定的自来水，温控装置调控供水温度，使其与葬坑内空气温度保持相近，避免雾化水汽对坑内温度分布产生干扰，并通过管路系统直接将雾化水汽送入遗址葬坑空气环境中，雾化水汽不会对遗址文物10表面造成直接的物理性破坏；

[0027] 导热装置由长2m，横截面直径为5cm的圆柱形金属导热棒7和隔热层8(岩棉)组成。地表以上裸露10cm于葬坑空气环境中，地表以下深度1m范围内由隔热层8包裹，1m以下的
90cm部分裸露并与深层土壤直接接触，该金属导热棒7等间距埋放于相邻遗址文物10之间的土壤中。

[0028] 本发明的具体结构如下：

[0029] 如图1所示，本发明针对葬坑土遗址的超声波雾化补水系统，包括温控装置、超声雾化器1及导热装置。具体连接方式如下：温控装置与超声雾化器1连接，超声雾化器1置于盛水容器中；超声雾化器1产生的雾化水汽通过管路被输送进入遗址葬坑内；导热装置等间距埋于遗址文物10间的土壤中，地上部分直接与坑内空气接触。

[0030] 系统运行时，雾化水汽进入葬坑内，遗址文物10表面与水汽直接接触可获取的水分补充较少，这是由于水汽体积和质量较小，冷凝液化速度较慢，造成雾化水汽在葬坑内的空气中长时间滞留并大量蒸发。裸露部分的金属由于温度低，与水汽直接接触后可促使其冷凝液化，再渗流进入周围土壤，与此同时可间接为遗址文物10提供一定的水分，保证遗址文物10处于有利于其长期保存的含水状态。

[0031] 本发明的原理：

[0032] 本发明通过金属导热对超声波雾化形成的水汽进行冷凝液化，实现对土遗址进行补水的系统。该系统由温控装置、超声雾化器1和导热装置组成。温控装置包括水温控器2和热交换器3；超声雾化器1包括水位控制阀4、超声波雾化头5和水雾风机6；导热装置包括金属导热棒7和隔热层8。水温控制器2与超声雾化器1相连，超声雾化器1与导热装置相连，导热装置埋藏于坑底遗址文物10间的土壤中。

[0033] 深层土壤作为雾化汽液化的冷源，通过深埋于地下的导热装置使得和空气直接接触的金属表面与深层土壤保持基本一致的低温。恒温水箱中的纯净水经过超声雾化器1后以雾化汽的形式进入土遗址葬坑内，雾化水汽不会对遗址文物10表面造成直接的物理性破坏，其与低温金属表面接触后迅速液化，并渗流进入土壤环境，间接实现给遗址文物10补水的目的，维持遗址文物10与周围耦合土壤环境的含水量处于一个有利于遗址文物10长期保存的稳定状态。

[0034] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。