專利名稱：一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽的制作方法
一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽
(一) 技術領域-
本發(fā)明涉及一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，尤其指一種既可以進行傳感器溫度標 定，又可以帶較大熱負荷的基于冷熱液體混合控溫的液體恒溫槽。屬于液體恒溫槽。
(二) 背景技術-
在流體熱物性分析的很多場合需要可帶較大熱負荷的精密液體恒溫槽，尤其是將熱交換 器置于其內部溫度場精確控溫。其特點是容量大、功率大、精度高、抗干擾能力強。
目前，國外及我國普遍生產(chǎn)和使用的液體恒溫槽如圖1、圖2所示。
圖1所示的恒溫槽體2'包括工作區(qū)3'和調溫區(qū)4'兩個腔體，在工作區(qū)的上下端設 有循環(huán)通道22'，調溫區(qū)設有攪拌器l'，還設有冷凝器19'、加熱器20'用來調節(jié)溫度。
采用這種結構的液體恒溫槽存在如下缺陷
1. 工作區(qū)底端進液體，上端出液體，在原理上存在豎直方向的溫度差；
2. 無水平方向的攪拌，故水平方向的溫度場均勻性有待提高；
3. 工作區(qū)的速度分布不均勻，對形成均勻的溫度場不利；
4. 恒溫槽的一半為工作區(qū)，去除邊界后有效工作區(qū)間??；
5. 帶體積大的負荷會嚴重影響溫度場的形狀及性能。
圖2所示的恒溫槽為兩級精密控溫恒溫槽，輔助恒溫槽18，比主恒溫槽17，的設定溫 度低20度，輔助恒溫槽的主加熱器25，與冷凝器19，以整流柵23'隔開，攪拌器l'將液 體攪拌均勻以獲得高性能溫度場。主恒溫槽17'分為工作區(qū)3'和調溫區(qū)4'， 二者以整流 柵23'隔開。調溫區(qū)有大功率的主加熱器25'，小功率的輔助加熱器26'，前者用來提高升 溫速度，后者用來提高控溫精度，攪拌器將液體攪拌均勻。管道泵ir抽取輔助恒溫槽的 低溫液體經(jīng)閥門24'送至主恒溫槽的換熱底板21'，實現(xiàn)主恒溫槽的制冷調節(jié)，自身的主加 熱器和輔助加熱器實現(xiàn)升溫調節(jié)。
采用這種結構的液體恒溫槽存在如下缺陷
1. 冷熱源與工作區(qū)都在一個槽體內，源影響難以消除，造成溫度不均勻；
2. 工作區(qū)的攪拌較弱，且無豎直攪拌與水平攪拌的劃分；
3. 加熱的液體與工作區(qū)液體直接混合，造成溫度場不均勻；
4. 冷源進入主恒溫槽后雖經(jīng)換熱底板換熱，但缺乏進一步的混合攪拌措施。
(三)

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，能夠帶較大熱負荷且容量 大、精度高、抗干擾能力高，便于熱交換器在其內部溫度場工作，以克服現(xiàn)有技術中的不足。
本發(fā)明為一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其技術方案為該恒溫槽的主體，即恒溫槽體采用熱導率大的金屬材料，并具有一定厚度，起到均衡液體溫度的作用；該恒溫槽分 為工作區(qū)和調溫區(qū)，中間以帶孔金屬隔板隔開。攪拌器在調溫區(qū)和工作區(qū)都設有攪拌槳，調 溫區(qū)實行水平攪拌，工作區(qū)實行豎直方向的攪拌。工作區(qū)內設置有環(huán)狀的熱交換器，且該熱 交換器于適當?shù)母叨葒嚢铇?，以獲得較穩(wěn)定的流場。所述的工作區(qū)側壁開孔，接有回流 管道及自循環(huán)管道，回流管道可根據(jù)液位控制液體回流至冷熱源；所述的調溫區(qū)側壁開孔， 接有液體注入管道。
其中，所述的熱交換器，是根據(jù)攪拌流場設計的管殼式熱交換器，發(fā)明人己同時提出另 案申請，其形狀為環(huán)形，可充當恒溫槽導流桶，該熱交換器外壁設有熱交換器液體輸入管道、 熱交換器液體輸出管道、換熱介質輸入管道及換熱介質輸出管道。其中，所述的換熱介質輸 入管道及換熱介質輸出管道垂直穿出工作區(qū)側壁；熱交換器液體輸出管道垂直穿過工作區(qū)側 壁，串聯(lián)一管道泵后，再分別連接自循環(huán)管道和液體注入管道。
其中，所述的液體注入管道可進一步連接有高溫液體注入管道和低溫液體注入管道。
其中，所述的自循環(huán)管道位于工作區(qū)頂端。
其中，假定恒溫槽液體的水平攪拌方向為順時針，所述的熱交換器液體輸入管道的方向 是逆著調溫區(qū)水平攪拌方向伸入工作區(qū)的，與工作區(qū)內部一圓周相切，并在切點處沿圓周繼 續(xù)延伸出一段圓弧，可對流場實施旋轉抽流攪拌。
其中，所述的自循環(huán)管道是順著液體水平攪拌方向伸入恒溫槽，與恒溫槽內某一圓周相 切，且在切點處沿圓周繼續(xù)伸展出一段圓弧，可對液體實施旋轉射流攪拌。
其中，所述的工作區(qū)側壁的回流管道是逆著調溫區(qū)水平攪拌方向伸入恒溫槽，與工作區(qū) 內某一圓周相切，并在切點處沿圓周繼續(xù)伸展出一段圓弧，可對液體實施旋轉抽流攪拌。
其中，所述的液體注入管道順著調溫區(qū)水平攪拌方向伸入恒溫槽，與調溫區(qū)內某一圓周 相切，并在切點處繼續(xù)沿圓周伸展出一段圓弧，可對液體實施旋轉射流攪拌。
上述各處管道的旋轉射流與旋轉抽流作用，都可提高恒溫槽的水平攪拌力度，可提高恒 溫槽的溫度場性能。
本發(fā)明一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其優(yōu)點及功效在于
1、 恒溫槽體采用熱導率大并有一定厚度的金屬材料，整體起到均衡液體溫度的作用。 尤其在工作區(qū)的豎直方向環(huán)流過程中，對調溫區(qū)注入的液體有很好的均衡溫度作用。
2、 冷熱液體與熱交換器排出的液體在管道混合，減小了冷熱液體與恒溫液體的溫度差 異， 一起注入調溫區(qū)后，與調溫區(qū)內的液體經(jīng)攪拌混合，淡化了調溫區(qū)與工作區(qū)液體的溫度 差異，減小了對工作區(qū)溫度場的溫度沖擊。
3、 液體自循環(huán)管道、熱交換器輸入管道、液體注入管道、回流管道根據(jù)調溫區(qū)水平攪拌方向確定管道朝向，且都與恒溫槽內的假想的圓周相切，在切點處沿圓周繼續(xù)伸展出一段 圓弧，實施旋轉射流或旋轉抽流，可加劇恒溫槽的水平攪拌力度，促進溫度場的均勻性。
5、 金屬孔板隔離調溫區(qū)與工作區(qū)，可避免調溫區(qū)對工作區(qū)直接的溫度沖擊，利用金屬
孔板的孔眼將調溫區(qū)的液體以多股細流的方式注入工作區(qū)，可使金屬隔板接近的液體整體變 溫，有利于工作區(qū)溫度場的整體控溫。
6、 本發(fā)明把恒溫槽的控溫過程轉換為冷熱液體的注入與混合問題，避免了直接的冷熱 源影響，又可在不改變恒溫槽液體溫度場性能的基礎上，在較大范圍內改變升降溫的速度。 既有調溫速度，又保證了控溫精度。
(四)


圖l是現(xiàn)有技術中單桶分區(qū) 圖2是現(xiàn)有技術中兩級恒溫
圖3是本發(fā)明實施例的結構 圖4是本發(fā)明的管道方向示
下面是各圖的標號說明 1、 r 一攪拌器 4、 4' _調溫區(qū) 7 —熱交換器 IO —液體注入管道 13 —低溫液體注入管道 16 —熱交換器液體輸入管道 19' 一冷凝器 22' —循環(huán)通道 25， 一主加熱器
(五)
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發(fā)明的技術方案做進一步的說明。
請參閱圖3所示，本發(fā)明一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，該恒溫槽的主體，即恒 溫槽體采用熱導率大的金屬材料，并具有一定厚度，起到均衡液體溫度的作用；該恒溫槽分 為工作區(qū)3和調溫區(qū)4，中間以帶孔金屬隔板8隔開，可減小調溫區(qū)4對工作區(qū)3的溫度沖
恒溫槽的結構示意
槽的結構示意
示意
思
2、 2， 一恒溫槽體 5 —回流管道 8 —金屬孔板 11、 11' _管道泵 14一換熱介質輸入管道 17' —主恒溫槽 20' —加熱器 23' —整流柵 26' —輔助加熱器
3、 3， 一工作區(qū) 6—自循環(huán)管道 9一熱交換器液體輸出管道 12 —高溫液體注入管道 15 —換熱介質輸出管道 18' —輔助恒溫槽 21' —換熱底板 24， 一閥門擊。攪拌器l在調溫區(qū)和工作區(qū)都設有攪拌槳，調溫區(qū)實行水平攪拌，工作區(qū)實行豎直方向 的攪拌，工作區(qū)的熱交換器7置于適當?shù)母叨葒嚢铇?，以獲得較穩(wěn)定的流場；所述的工 作區(qū)3側壁開孔，接有回流管道5及自循環(huán)管道6，其中，自循環(huán)管道6位于工作區(qū)頂端， 回流管道5可根據(jù)液位控制液體回流至冷熱源；所述的調溫區(qū)4側壁開孔，接有液體注入管 道10，冷熱液體與由熱交換器抽出的部分液體匯入該管道，經(jīng)初步混合調溫后注入調溫區(qū)， 減小了調溫區(qū)與工作區(qū)的溫度差異。
所述的熱交換器7，是根據(jù)攪拌流場設計的管殼式熱交換器，發(fā)明人已同時提出另案申 請，其形狀為環(huán)形，可充當恒溫槽導流桶，該熱交換器外壁設有熱交換器液體輸入管道16、 熱交換器液體輸出管道9、換熱介質輸入管道14及換熱介質輸出管道15。其中，換熱介質 輸入管道14及換熱介質輸出管道15垂直穿出工作區(qū)側壁；熱交換器液體輸出管道9垂直穿 過工作區(qū)側壁，串聯(lián)一管道泵后，再分別連接自循環(huán)管道6和液體注入管道10,從而形成 兩股回流，即管道泵11通過熱交換器液體輸出管道9抽取熱交換器內液體，然后分別注入 工作區(qū)3內頂部與調溫區(qū)4;注入調溫區(qū)的一股液體與來自冷熱源的液體在管道內混合，可 平衡溫度，減小對調溫區(qū)的溫度沖擊；另一股回流注入工作區(qū)頂端，形成液體自循環(huán)。
其中，所述的液體注入管道10可進一步連接有高溫液體注入管道12和低溫液體注入管 道13。
其中，調溫區(qū)4的作用是調節(jié)溫度，有來自冷源的液體經(jīng)低溫液體注入管道13與來自 熱源的液體經(jīng)高溫液體注入管道12在液體注入管道10匯合，熱交換器7輸出的液體也進入 液體注入管道與兩股液體匯合，然后注入調溫區(qū)，經(jīng)充分攪拌實現(xiàn)溫度的一致性。工作區(qū)的 作用是將調溫區(qū)的液體與恒溫槽溫度場內的液體均勻混合，實現(xiàn)工作區(qū)的控溫，并完成環(huán)形 熱交換器7的換熱。
其中，假定恒溫槽液體的水平攪拌方向為順時針，熱交換器液體輸入管道16是逆著調 溫區(qū)水平攪拌方向伸入工作區(qū)的，與工作區(qū)內部一圓周相切，并在切點處沿圓周繼續(xù)延伸出 一段圓弧，如'〔0)形，其中，實線小圓為熱交換器7，熱交換器液體輸入管道16沿弧線 與虛線所示圓周相切，并在切點處沿圓周繼續(xù)伸展出一段圓弧，可對流場實施旋轉抽流攪拌。
其中，自循環(huán)管道6是順著液體水平攪拌方向伸入恒溫槽，與恒溫槽內某一圓周相切， 且在切點處沿圓周繼續(xù)伸展出一段圓弧，如^Q)形，可對液體執(zhí)行旋轉射流攪拌。
其中，工作區(qū)側壁的回流管道5是逆著調溫區(qū)4水平攪拌方向伸入恒溫槽，與工作區(qū)內 某一圓周相切，并在切點處沿圓周繼續(xù)伸展出一段圓弧，如^Q)形，可對液體實施旋轉抽 流攪拌。其中，液體注入管道10是順著調溫區(qū)水平攪拌方向伸入恒溫槽，與調溫區(qū)4內某一圓 周相切，并在切點處繼續(xù)沿圓周伸展出一段圓弧，如^0形，可對液體實施旋轉射流攪拌。
上述各處管道的旋轉射流與旋轉抽流攪拌作用，都可提高恒溫槽的水平攪拌力度，可提 高恒溫槽的溫度場性能，它們與攪拌槳一起促成恒溫槽內液體的水平方向大環(huán)流。
其中，恒溫槽體與金屬孔板采用銅材制作，能起到均衡溫度的作用。
權利要求
1. 一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其主體即恒溫槽體采用熱導率大的金屬材料，并具有一定厚度；其特征在于該恒溫槽分為工作區(qū)和調溫區(qū)，中間以帶孔金屬隔板隔開；攪拌器在調溫區(qū)和工作區(qū)都設有攪拌槳，調溫區(qū)實行水平攪拌，工作區(qū)實行豎直方向的攪拌；工作區(qū)內設置有環(huán)狀的熱交換器，且該熱交換器圍住攪拌槳；所述的工作區(qū)側壁開孔，接有回流管道及自循環(huán)管道；所述的調溫區(qū)側壁開孔，接有液體注入管道。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其特征在于所述的 熱交換器為環(huán)形，充當恒溫槽導流桶，該熱交換器外壁設有熱交換器液體輸入管道、熱交換 器液體輸出管道、換熱介質輸入管道及換熱介質輸出管道；其中，所述的換熱介質輸入管道 及換熱介質輸出管道垂直穿出工作區(qū)側壁；熱交換器液體輸出管道垂直穿過工作區(qū)側壁，串 聯(lián)一管道泵后，再分別連接自循環(huán)管道和液體注入管道。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其特征在于所述的 液體注入管道可進一步連接有高溫液體注入管道和低溫液體注入管道。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其特征在于所述的 自循環(huán)管道位于工作區(qū)頂端。
5、 根據(jù)權利要求2所述的一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其特征在于所述的 熱交換器液體輸入管道的方向是逆著調溫區(qū)水平攪拌方向伸入工作區(qū)的，與工作區(qū)內部一圓 周相切，并在切點處沿圓周繼續(xù)延伸出一段圓弧，對流場實施旋轉抽流攪拌。
6、 根據(jù)權利要求1或4所述的一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其特征在于所 述的自循環(huán)管道是順著液體水平攪拌方向伸入恒溫槽，與恒溫槽內某一圓周相切，且在切點 處沿圓周繼續(xù)伸展出一段圓弧，對液體實施旋轉射流攪拌。
7、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其特征在于所述的 工作區(qū)側壁的回流管道是逆著調溫區(qū)水平攪拌方向伸入恒溫槽，與工作區(qū)內某一圓周相切， 并在切點處沿圓周繼續(xù)伸展出一段圓弧，對液體實施旋轉抽流攪拌。
8、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其特征在于所述的 液體注入管道順著調溫區(qū)水平攪拌方向伸入恒溫槽，與調溫區(qū)內某一圓周相切，并在切點處 繼續(xù)沿圓周伸展出一段圓弧，對液體實施旋轉射流攪拌。
全文摘要
本發(fā)明一種基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其主體即恒溫槽體采用熱導率大的金屬材料，并具有一定厚度；其特征在于該恒溫槽分為工作區(qū)和調溫區(qū)，中間以帶孔金屬隔板隔開；攪拌器在調溫區(qū)和工作區(qū)都設有攪拌槳，調溫區(qū)實行水平攪拌，工作區(qū)實行豎直方向的攪拌；工作區(qū)內設置有環(huán)狀的熱交換器，且該熱交換器圍住攪拌槳；所述的工作區(qū)側壁開孔，接有回流管道及自循環(huán)管道；所述的調溫區(qū)側壁開孔，接有液體注入管道。本發(fā)明的基于冷熱液體混合控溫的恒溫槽，其能夠帶較大熱負荷且容量大、精度高、抗干擾能力高，便于熱交換器在其內部溫度場工作。
文檔編號B01L7/02GK101284251SQ20081011282
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月26日 優(yōu)先權日2008年5月26日
發(fā)明者余云飛, 孟曉風, 張衛(wèi)軍 申請人:北京航空航天大學