Công nghệ thử nghiệm môi trường là công nghệ cơ bản thực tế và là một trong những biện pháp kỹ thuật quan trọng để ổn định và cải thiện chất lượng sản phẩm. Nhiệm vụ chính của nó là nghiên cứu tác động của ứng suất môi trường đến hiệu suất sản phẩm và giải quyết các vấn đề về độ tin cậy của sản phẩm trong quá trình lưu trữ, vận chuyển hoặc sử dụng. Trong số đó, thử nghiệm chu kỳ nhiệt là một loại thử nghiệm khí hậu phổ biến trong công nghệ thử nghiệm môi trường. Trong quá trình thử nghiệm, do nhiệt độ và độ ẩm môi trường trong buồng thử nghiệm thay đổi , có thể xảy ra hiện tượng ngưng tụ. Hiện tượng này thường xảy ra ở giai đoạn điều kiện làm việc từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao, khi nhiệt độ và độ ẩm thay đổi đột ngột. Nhiều sản phẩm điện tử bị ảnh hưởng bởi các giọt nước ngưng tụ, dẫn đến phản ứng hóa học tăng tốc của quá trình oxy hóa kim loại hoặc ăn mòn điện hóa trên bề mặt lớp phủ kiểm soát nhiệt, hiệu suất cách điện bị giảm hoặc thậm chí là hư hỏng chức năng như đoản mạch. Do hư hỏng do ngưng tụ gây ra cho sản phẩm, một số người tiền nhiệm đã cố gắng ngăn chặn hiện tượng ngưng tụ làm thay đổi hồ sơ thử nghiệm. Tuy nhiên, vì hồ sơ thử nghiệm thường thay đổi theo đơn vị dự án tổng thể và sự thay đổi sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đánh giá hiệu suất sản phẩm nên tính khả thi của nó bị giảm đi rất nhiều. Do đó, bài báo này bắt đầu bằng việc khám phá nguyên nhân và điều kiện ngưng tụ. Các biện pháp khả thi để giảm độ ẩm tương đối trong buồng thử nghiệm được thảo luận.

Tại sao nước lại ngưng tụ trong quá trình thử nghiệm? 

Điều kiện làm việc ở nhiệt độ thấp có nghĩa là khi nhiệt độ trong buồng thấp hơn nhiệt độ điểm đóng băng theo điều kiện khí quyển của phòng thí nghiệm tại thời điểm đó, phần lớn độ ẩm trong không khí ẩm trong buồng được gắn vào bề mặt dàn bay hơi, phần nhiệt độ thấp nhất trong buồng, dưới dạng sương giá. Khi buồng hoạt động ở nhiệt độ thấp trong thời gian dài, có rất nhiều sương giá trên bề mặt dàn bay hơi. Khi nhiệt độ tăng lên, lớp sương giá trên bề mặt dàn bay hơi hấp thụ nhiệt trong không khí và dần dần trải qua quá trình hóa lỏng và khí hóa trở lại, Nước lại đi vào không khí lưu thông trong buồng dưới dạng hơi nước, làm tăng hàm lượng độ ẩm trong buồng.

Đồng thời, thành buồng được làm nóng bởi không khí tuần hoàn cũng bắt đầu nóng lên. Nhiệt dung của thành buồng lớn hơn nhiều so với nhiệt dung của khí, khiến tốc độ tăng nhiệt độ của thành buồng chậm hơn nhiều so với tốc độ tăng nhiệt độ của không khí. Do đó, độ dốc nhiệt độ vuông góc với thành buồng sẽ tăng theo tốc độ tăng nhiệt độ. Độ dốc nhiệt độ làm cho áp suất riêng phần của không khí và hơi nước gần thành bể lớn hơn áp suất riêng phần của không khí tuần hoàn trong bể, điều này có nghĩa là nhiệt độ điểm sương của không khí gần thành cao hơn, điều này có nghĩa là dễ ngưng tụ hơn. Ngay cả khi độ ẩm tương đối của không khí ẩm tuần hoàn trong buồng không đạt 100%, không khí gần thành đã đạt 100%, gây ra hiện tượng ngưng tụ.

Giải pháp

Khi nhiệt độ trong buồng thử nghiệm thay đổi từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao, lớp băng giá của bộ bay hơi sẽ bốc hơi, làm tăng hàm lượng ẩm trong buồng. Do đó, để giảm hoàn toàn hàm lượng ẩm trong buồng, hãy cố gắng loại bỏ lớp băng giá trên bề mặt bộ bay hơi. Hiện nay, các phương pháp rã đông trong ngành công nghiệp làm lạnh chủ yếu bao gồm: rã đông phun nước, rã đông bằng điện, rã đông bằng khí nóng và các phương pháp rã đông phun nước khác. Mục đích của việc rã đông là làm tan lớp băng giá bằng cách phun nước lỏng lên bề mặt bộ bay hơi để nó có thể tiến hành trao đổi nhiệt ẩn với đá rắn. Phương pháp này chỉ áp dụng để rã đông khi máy dừng.

Trong quá trình thử nghiệm, nước sẽ được thổi vào buồng do tiếp xúc trực tiếp với không khí lưu thông, làm tăng hàm lượng ẩm của không khí lưu thông, Không khí ẩm có hàm lượng ẩm tăng nhanh chóng ngưng tụ thành sương giá dưới nhiệt độ thấp và bám vào bề mặt của vật thử nghiệm trong buồng, gây hư hỏng cho vật thử nghiệm. Do đó, không áp dụng cho thử nghiệm chu trình nhiệt. Phương pháp rã đông bằng điện là sắp xếp một dây điện sưởi ấm xung quanh bộ phận bay hơi để làm nóng lớp sương giá. Làm tan lớp sương giá từ bên ngoài vào bên trong. Theo cách này, quá trình truyền nhiệt được thực hiện trên bề mặt lớp sương giá. Nước bốc hơi trực tiếp đi vào không khí lưu thông để làm tăng hàm lượng ẩm của nó. Đồng thời, tiếp xúc trực tiếp giữa dây điện sưởi ấm và không khí lưu thông sẽ mang lại rất nhiều nhiệt, khiến độ ổn định ở nhiệt độ thấp khó kiểm soát. Do đó, không phù hợp cho thử nghiệm chu trình nhiệt. Rã đông bằng khí nóng là chất làm lạnh ở nhiệt độ thấp được đưa vào bộ phận bay hơi trong giai đoạn sương giá. Ưu điểm của phương pháp này là lớp sương giá tan chảy từ trong ra ngoài. Trong giai đoạn đầu của quá trình rã đông, khí nóng trong ống bay hơi tiến hành trao đổi nhiệt tiềm ẩn với lớp băng giá bên ngoài ống. Nhiệt được sử dụng để làm tan lớp băng giá trên thành ống. Vào thời điểm này, lớp băng giá gần bộ bay hơi tan chảy và tạo thành lớp xen kẽ chứa hỗn hợp khí-lỏng giữa lớp băng giá bên ngoài và bộ bay hơi.

Lúc này, do lớp phủ sương giá bên ngoài, phần lớn hơi nước bị bịt kín trong lớp xen kẽ, lớp sương giá tan dần từ bên trong ra bên ngoài cho đến khi tan hoàn toàn và rơi ra, sau đó được xả ra khỏi bể thông qua bộ thu nước. Toàn bộ quá trình không chỉ làm giảm lượng hơi nước bốc hơi từ bộ bay hơi mà còn kiểm soát hàm lượng ẩm trong buồng thử nghiệm ở mức thấp. Ngoài ra, nhiệt trên bộ bay hơi sẽ chỉ tỏa ra bên ngoài sau khi quá trình rã đông kết thúc, có lợi cho việc kiểm soátĐộ ổn định nhiệt độ của không khí lưu thông trong buồng thử nghiệm trong giai đoạn đóng băng rõ ràng là tốt hơn khi sử dụng phương pháp rã đông bằng không khí nóng trong thử nghiệm chu trình nhiệt.

Hệ thống rã đông khí nóng truyền thống có hai cách: phương pháp đảo ngược bốn chiều và phương pháp bỏ qua khí nóng máy nén. Phương pháp đảo ngược bốn chiều là chuyển hướng đường dẫn dòng chất làm lạnh thông qua van đảo ngược bốn chiều được bố trí trên hệ thống làm lạnh khi cần rã đông để đảo ngược dòng chất làm lạnh. Lúc này, chức năng của bộ bay hơi ở đầu hấp thụ nhiệt và bộ ngưng tụ ở đầu giải phóng nhiệt được trao đổi, và chất làm lạnh nhiệt độ cao chảy vào bộ bay hơi nhiệt độ thấp để làm tan lớp băng giá

Phương pháp rã đông sẽ dẫn đến việc làm lạnh bị gián đoạn, không thể đảm bảo sự ổn định của nhiệt độ trong điều kiện nhiệt độ thấp trong buồng thử nghiệm. Đồng thời, hơi nước tan chảy sẽ quay trở lại buồng, làm tăng độ ẩm trong buồng và làm trầm trọng thêm tình trạng ngưng tụ. Phương pháp bỏ qua khí nóng của máy nén sử dụng một phần chất làm lạnh nhiệt độ cao thải ra từ máy nén đi qua bộ bay hơi nhiệt độ thấp để rã đông. Một số trong số chúng được sử dụng để làm lạnh sau khi tiết lưu, điều này cũng sẽ làm tăng độ ẩm trong buồng và làm trầm trọng thêm tình trạng ngưng tụ.

Để duy trì độ ổn định nhiệt độ của buồng thử nghiệm môi trường nhiệt độ và độ ẩm cũng như độ ẩm trong buồng điều khiển ở mức thấp, tác giả xem xét việc bổ sung một bộ bay hơi, một số van điện từ và hai van độc lập vào cấu trúc của hệ thống làm lạnh truyền thống. Ống dẫn khí tạo nên hệ thống buồng thử nghiệm môi trường điểm sương thấp.

Hệ thống này khác với cấu trúc bay hơi đơn của hệ thống chu trình làm lạnh nén hơi truyền thống. Nó sử dụng một hệ thống với hai máy bay hơi. Khi hai máy bay hơi đang chạy để làm lạnh, máy bay hơi kia sẽ rã đông. Hai máy bay hơi được trang bị các ống dẫn khí độc lập tương ứng. Chu kỳ mở và đóng của ống dẫn khí 1 và 2 ngược nhau. Luôn đảm bảo rằng máy phát điện làm lạnh được kết nối với luồng không khí tuần hoàn trong buồng, trong khi máy bay hơi rã đông được cách ly khỏi luồng không khí trong buồng. Hệ thống này không chỉ có thể liên tục duy trì công việc làm lạnh ổn định trong điều kiện nhiệt độ thấp mà còn liên tục loại bỏ độ ẩm của không khí ẩm trong buồng.