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湿热试验箱除湿原理与方法介绍

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    2025年10月11日
关键词
高低温箱,可程式高低温试验箱,高低温交变试验箱,高低温湿热试验箱,高低温冲击试验箱
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东莞市皓天试验设备有限公司
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资料简介

湿热试验箱除湿原理与方法介绍

东莞皓天作为环境试验设备领域的企业,深耕湿热试验技术二十余载,深刻知晓除湿系统是湿热试验箱实现精准温湿度控制的核心环节。湿热试验箱通过模拟高湿、湿热交替等复杂环境,考核电子、汽车、航空航天等领域产品的耐湿热性能,而除湿效果的优劣直接决定试验环境参数的稳定性与准确性 —— 若除湿不,会导致试验腔内湿度持续偏高,偏离预设试验条件,影响产品性能评估结果;若除湿方式选择不当,还可能造成能源浪费、设备损耗加剧等问题。本文将围绕湿热试验箱的 “除湿原理” 与 “除湿方法” 两大核心,从除湿系统的重要性、主流除湿原理解析、多样化除湿方法应用、除湿性能优化策略、常见故障处理及东莞皓天技术实践案例六个维度,为行业提供系统化、可落地的技术参考,助力企业提升试验效率与数据可靠性。

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一、湿热试验箱除湿系统的核心作用:保障试验环境精准可控

在湿热试验中,“除湿” 与 “加湿” 共同构成湿度控制的闭环,其核心目标是根据试验标准(如 GB/T 2423.3-2006《环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 Cab:恒定湿热试验》、IEC 60068-2-78:2012)要求,将试验腔内湿度稳定控制在特定范围(通常为 20% RH~98% RH,精度 ±2% RH),并能在不同湿度区间快速切换。东莞皓天通过对上万组试验数据的分析,总结出除湿系统的三大核心作用:

(一)维持湿度稳定性,确保试验条件一致性

湿热试验常需持续数十至数百小时(如汽车电子件需进行 1000 小时恒定湿热试验),若除湿系统无法实时抵消环境或样品自身产生的湿气(如样品呼吸作用释放的水分),会导致腔内湿度缓慢上升,出现 “超湿” 现象。例如,在 50℃、95% RH 的恒定湿热试验中,若湿度波动超过 ±5% RH,可能导致塑料件加速老化、金属件腐蚀速率异常,使试验数据失去参考价值。东莞皓天除湿系统通过 “实时监测 - 动态调节” 机制,可将湿度波动控制在 ±1.5% RH 以内,保障试验全程条件一致。

(二)实现湿度快速切换,满足复杂试验程序需求

部分试验标准(如 GB/T 2423.4-2008《环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 Db:交变湿热试验》)要求湿度在短时间内完成切换(如从 40% RH 升至 95% RH 需≤30 分钟,从 95% RH 降至 40% RH 需≤60 分钟)。这就需要除湿系统具备快速响应能力,若除湿速率不足,会延长湿度切换时间,导致试验周期增加。东莞皓天针对交变湿热试验需求,优化除湿系统 airflow 设计,可实现湿度切换速率提升 30%,满足严苛的程序试验要求。

(三)保护试验样品与设备,降低异常风险

若试验腔内长期处于高湿状态且除湿不及时,冷凝水可能附着在样品表面(如电路板、精密传感器),导致样品短路、功能失效;同时,冷凝水还可能渗入设备内部,腐蚀加热管、风机等核心部件,缩短设备使用寿命。东莞皓天除湿系统内置 “防冷凝监测模块”,当检测到腔内湿度超出安全阈值时,会自动启动强化除湿模式,并触发报警,有效规避样品损坏与设备故障风险。

二、湿热试验箱主流除湿原理解析:从技术本质看除湿逻辑

湿热试验箱的除湿原理基于 “水汽转移” 核心,通过物理或化学方式将试验腔内的水汽排出或吸附,常见原理主要包括制冷除湿、转轮除湿、吸附除湿三种,不同原理的适用场景、效率与成本存在显著差异。东莞皓天结合不同行业试验需求,对三种原理进行技术优化,形成覆盖全场景的除湿解决方案。

(一)制冷除湿原理:基于温度对水汽饱和度的影响

制冷除湿是湿热试验箱最主流的除湿方式,其核心逻辑是 “降低空气温度至露点以下,使水汽冷凝成液态水排出”,具体过程可分为四个步骤:
  1. 湿热空气吸入:试验腔内的湿热空气(含高浓度水汽)在风机作用下,被吸入除湿系统的蒸发器(制冷系统核心部件);

  1. 降温冷凝:蒸发器内的制冷剂(如 R410A 环保制冷剂,符合欧盟 RoHS 标准)通过相变吸热,将蒸发器表面温度降至空气露点温度以下(通常为 5~10℃)。当湿热空气流经蒸发器表面时,空气中的水汽遇冷冷凝,形成液态水珠附着在蒸发器翅片上;

  1. 冷凝水排出:翅片上的冷凝水在重力作用下流入接水盘,再通过排水管排出试验箱外,完成 “水汽→液态水” 的转移;

  1. 干冷空气回流:除湿后的干冷空气(湿度显著降低)经冷凝器(回收制冷剂热量)略微升温后,重新送回试验腔内,维持腔内温度稳定。

技术特点
  • 优势:除湿效率高(适用于中高湿度区间,如 50% RH~98% RH)、成本较低、维护简便,可与加热系统联动实现温湿度协同控制;

  • 局限:当腔内湿度低于 40% RH 时,蒸发器表面易结霜(温度低于 0℃),导致除湿效率下降,需启动化霜程序(如电加热化霜、热气旁通化霜),可能造成腔内温度短暂波动;

  • 东莞皓天优化:采用 “双蒸发器交替工作” 设计,一个蒸发器除湿时,另一个蒸发器化霜,避免化霜对试验温度的影响,同时将低湿度控制下限拓展至 20% RH,满足电子元器件低湿试验需求。

(二)转轮除湿原理:基于吸附材料的水汽吸附特性

转轮除湿适用于低湿度(≤40% RH)或高精度湿度控制场景,其核心是 “利用多孔吸附材料(如硅胶、分子筛)吸附空气中的水汽,再通过加热再生吸附材料”,具体原理如下:
  1. 吸附区除湿:除湿转轮(由蜂窝状吸附材料制成,分为吸附区与再生区,面积占比通常为 3:1)缓慢旋转(转速 1~5r/h),当湿热空气流经吸附区时,空气中的水汽被吸附材料牢牢捕获,空气湿度降低;

  1. 再生区脱附:同时,高温再生空气(温度 120~150℃,由电加热器或热泵系统提供)流经再生区,加热吸附材料,使吸附的水汽脱附(变成水蒸气),随再生空气排出试验箱外;

  1. 持续循环:转轮持续旋转,吸附区与再生区交替工作,实现连续除湿,配合温度控制系统,可将腔内湿度稳定控制在 10% RH~40% RH。

技术特点
  • 优势:低湿度控制能力强(可实现 10% RH 以下超低湿度)、除湿过程不依赖温度变化,适合对温度敏感的样品(如光学元件、精密仪表);

  • 局限:设备初期成本较高、再生过程需消耗额外能源(能耗约为制冷除湿的 1.5~2 倍)、吸附材料需定期更换(使用寿命约 2~3 年);

  • 东莞皓天优化:采用 “热泵辅助再生” 技术,回收再生空气中的热量用于加热再生风,降低能耗 30%;同时选用高寿命分子筛吸附材料(使用寿命延长至 5 年),减少维护成本。

(三)吸附除湿原理:基于化学吸附剂的水汽固定作用

吸附除湿属于 “静态除湿” 方式,主要用于小容积试验箱(如容积≤50L)或短期低湿试验,其原理是 “将化学吸附剂(如氯化钙、五氧化二磷)放置在试验腔内,通过吸附剂与水汽的化学反应,将水汽固定为固态物质,实现除湿”。
  1. 吸附剂放置:根据试验腔容积与目标湿度,计算所需吸附剂用量(如每 10L 容积需放置 50g 无水氯化钙,可将湿度降至 30% RH 以下),将吸附剂装入透气布袋中,放置在试验腔角落(远离样品,避免吸附剂粉末污染);

  1. 水汽吸附:吸附剂与腔内空气接触,通过物理吸附(如氯化钙吸水潮解)或化学吸附(如五氧化二磷与水反应生成磷酸),消耗腔内水汽,降低湿度;

  2. 吸附剂更换:当吸附剂达到饱和(如氯化钙潮解、五氧化二磷表面出现液态磷酸),需及时更换新吸附剂,确保除湿效果。

    技术特点
    • 优势:设备结构简单、成本极低、无需电力驱动,适合无电源或户外临时试验场景;

    • 局限:除湿精度低(湿度波动 ±5% RH)、无法实现连续除湿(需频繁更换吸附剂)、吸附剂可能释放有害物质(如五氧化二磷具有腐蚀性,需谨慎使用);

    • 东莞皓天优化:研发 “安全型复合吸附剂”(以氯化钙为核心,包裹防泄漏透气膜),避免吸附剂粉末污染样品;同时提供吸附剂用量计算工具,帮助用户精准匹配用量,减少浪费。

    三、湿热试验箱多样化除湿方法应用:按场景选择优方案

    不同行业、不同样品的湿热试验需求差异显著(如汽车零部件需高湿长周期试验,电子芯片需低湿短期试验),东莞皓天基于上述除湿原理,结合实际应用场景,形成 “单一除湿方法 + 复合除湿方法” 两大类应用方案,确保除湿效果与试验需求精准匹配。

    (一)单一除湿方法应用:适用于常规试验场景

    1. 制冷除湿方法:中高湿度常规试验

    • 适用场景:恒定湿热试验(如 GB/T 2423.3)、交变湿热试验(如 GB/T 2423.4),涉及行业包括汽车、家电、通信,样品类型如汽车仪表盘、洗衣机控制面板、手机外壳;

    • 典型参数:温度范围 10~85℃,湿度范围 40% RH~98% RH,试验容积 100~1000L,除湿速率≥2kg/h(在 60℃、95% RH 条件下);

    • 东莞皓天应用案例:为某汽车零部件厂商提供 HT-SC-800 湿热试验箱(容积 800L),采用制冷除湿方法,配合 PID 模糊控制算法,实现 50℃、95% RH 恒定湿热试验,连续运行 1000 小时,湿度波动≤±1.2% RH,满足客户 Q/CT 200-2022 企业标准要求。

    2. 转轮除湿方法:低湿度高精度试验

    • 适用场景:低湿恒定试验(如 GB/T 2423.50-2012《环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 Cy:恒定湿热 主要用于元件》)、超低湿存储试验,涉及行业包括电子、光学、航空航天,样品类型如芯片、镜头、卫星部件;

    • 典型参数:温度范围 5~60℃,湿度范围 5% RH~40% RH,试验容积 50~500L,除湿速率≥0.5kg/h(在 30℃、40% RH 条件下);

    • 东莞皓天应用案例:为某光学企业提供 HT-RD-300 转轮除湿型湿热试验箱(容积 300L),用于镜头低湿稳定性试验,控制条件 25℃、10% RH,连续运行 500 小时,湿度波动≤±0.8% RH,镜头透光率无明显变化,符合客户质量要求。

    3. 吸附除湿方法:小容积临时试验补充

    • 适用场景:小容积短期低湿试验(如实验室样品存储、小型电子元件测试),涉及行业包括科研、高校,样品类型如传感器、微型芯片;

    • 典型参数:温度范围常温(20~25℃),湿度范围 20% RH~50% RH,试验容积 10~50L,吸附剂更换周期 1~7 天(根据湿度需求);

    • 东莞皓天应用案例:为某高校实验室提供 HT-AD-20 吸附除湿型小容积试验箱(容积 20L),配合安全型复合吸附剂,用于微型传感器湿度敏感性测试,控制条件 25℃、30% RH,测试周期 7 天,无需中途更换吸附剂,湿度稳定在 28% RH~32% RH,满足试验需求。

    (二)复合除湿方法应用:适用于复杂试验场景

    当单一除湿方法无法满足试验需求(如既要实现低湿度,又要快速切换湿度),东莞皓天采用 “制冷除湿 + 转轮除湿”“制冷除湿 + 吸附除湿” 等复合方案,结合两种原理的优势,提升除湿性能。

    1. 制冷除湿 + 转轮除湿:宽湿度范围快速切换方案

    • 适用场景:宽湿度区间交变试验(如从 10% RH 升至 95% RH,再降至 10% RH),涉及行业包括新能源、航空航天,样品类型如电池、航天器部件;

    • 工作逻辑:高湿度区间(40% RH~98% RH)采用制冷除湿,实现高效除湿;低湿度区间(5% RH~40% RH)切换为转轮除湿,确保低湿精度;湿度切换时,通过 PLC 控制系统同步调节两种除湿模块的工作状态,实现无缝衔接;

    • 东莞皓天优势:开发 “湿度梯度控制算法”,可预设 100 段湿度程序,切换时间缩短至≤40 分钟(从 95% RH 降至 10% RH),且切换过程中温度波动≤±0.5℃,避免样品因温湿度突变受损。

    2. 制冷除湿 + 吸附除湿:小容积低湿节能方案

    • 适用场景:小容积低湿长周期试验(如 50L 容积、15% RH、1000 小时试验),涉及行业包括医疗、精密制造,样品类型如医疗植入器械、精密轴承;

    • 工作逻辑:试验初期,采用制冷除湿快速将湿度降至 20% RH;随后启动吸附除湿,利用吸附剂维持低湿度,同时关闭制冷系统,降低能耗;系统实时监测湿度,当湿度高于 18% RH 时,自动启动制冷除湿辅助降湿,确保湿度稳定;

    • 东莞皓天优势:相比纯转轮除湿,能耗降低 40%;吸附剂采用 “可重复再生” 设计(通过设备内置加热模块再生),使用寿命延长至 1 年,减少更换频率。

    四、湿热试验箱除湿性能优化策略:从设计到运维的全周期提升

    除湿性能不仅取决于除湿原理与方法,还与设备设计、操作规范、日常维护密切相关。东莞皓天基于 “全周期优化” 理念,从设备研发、用户操作、运维管理三个层面,制定除湿性能优化策略,帮助用户除湿系统效用。

    (一)设备设计层面:提升除湿系统基础性能

    1. 气流组织优化:确保腔内湿度均匀

    • 问题:若试验腔内气流循环不畅,易出现 “局部高湿区”(如角落、样品遮挡处),导致除湿不均;

    • 优化方案:采用 “上送下回” 气流循环设计,配备高风压离心风机(风压≥200Pa)与导流板,使气流在腔内形成均匀涡流,风速控制在 0.5~1.5m/s(避免风速过高损伤样品),湿度均匀度提升至 ±2% RH 以内;

    • 东莞皓天实践:在 HT-SC 系列湿热试验箱中,通过 CFD 流体仿真优化导流板角度,使腔内不同位置湿度差≤1.5% RH,优于 GB/T 10586-2022《湿热试验箱技术条件》中 ±3% RH 的要求。

    2. 制冷系统升级:提升制冷除湿效率

    • 问题:传统制冷系统采用单级压缩,在高温高湿环境下(如 80℃、95% RH),冷凝压力过高,除湿效率下降;

    • 优化方案:采用 “双级压缩制冷系统”,搭配高效换热器(换热系数提升 25%)与电子膨胀阀(精准控制制冷剂流量),在高温高湿条件下,制冷量提升 30%,除湿速率从 2kg/h 增至 2.6kg/h;

    • 东莞皓天实践:为某新能源企业定制的 HT-SC-1000 湿热试验箱(用于电池湿热循环试验),采用双级压缩制冷,在 60℃、95% RH 条件下,连续除湿 10 小时,腔内湿度稳定在 94% RH~96% RH,满足电池标准 GB/T 31485-2015 要求。

    (二)用户操作层面:规范操作保障除湿效果

    1. 试验前准备:避免外部湿气干扰

    • 操作要点:

      • 样品预处理:试验前将样品在常温常湿环境下放置 24 小时,平衡样品自身湿度,避免样品带入过多湿气;

      • 试验腔检查:关闭试验箱门前,用干布擦拭腔内壁(去除冷凝水),检查密封条是否完好(若密封条老化,需及时更换,防止外部高湿空气渗入);

      • 参数设置:根据样品特性设置合理的除湿启动时机(如先升温至目标温度,再启动除湿,避免低温下除湿结霜)。

    2. 试验中监控:及时调整除湿参数

    • 操作要点:

      • 实时监测:通过试验箱触摸屏或远程监控系统(东莞皓天 HT-Cloud 系统)


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