CN105135667B - 一种获得生化仪高精度清洗水温的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水温控制技术领域。一种获得生化仪高精度清洗水温的方法，包括如下步骤：设置循环清洗水加热系统，在三通阀(3)与加热器(2)之间接有换热器(1)，由清洗泵(7)抽取水箱(4)中的水经调压阀(9)和加热器(2)进行加热和换热器(1)换热后，经三通阀(3)输入至清洗水管路或水箱(4)；设置冷水循环换热系统，由冷水泵(6)抽取冷水循环水箱(5)中的水，经调压阀(8)输送至换热器(1)换热后进入冷水循环水箱(5)，冷水循环水箱(5)上装有制冷部件(12)。本发明先将清洗水加热再降温的方法来提供获得高精度，高稳定性清洗水的水温，提高了临床测试的准确度和精密度。

Description

一种获得生化仪高精度清洗水温的方法和装置

技术领域

本发明涉及水温控制技术领域，特别是一种获得生化仪高精度清洗水温的方法和装置。

背景技术

生化仪酶类项目对温度极其敏感。过低温度或者过高温度都会降低酶催化反应的效率。在生化仪检测项目反应过程中，温度的不稳定直接影响到反应结果的不同。反应杯清洗水温会影响反应液升温的过程，如果有高精度的清洗水温，会降低由清洗水导致测试结果的影响，提高测试的准确度和精度。现有的生化仪获得加热后的清洗水方法主要有两种。一种是清洗水通过水泵输送，在清洗反应杯前，采用加热器将清洗水的温度升高，加热后的清洗水再去清洗反应杯，由于清洗水是间歇供应的，需要清洗时，电加热PID控制对清洗水加热；当不需要清洗时，则电加热断电，不进行加热。每次清洗水工作时间在0.5秒左右，所以加热器加热的时间很短，加热的时间短，传递的热量也很少，如果需要在固定的时间内将水温提高到目标水温，则需要增加换热面积，所以相对要求的加热器散热面积也会偏大；加热PID控制方面会频繁断开，再配合加热器加热后的余热，导致清洗水的温度稳定性和精度很差。而且当加热器温度超限时，并没有相应的解决方法，温度超限时会导致反应温度超过设定的温度，影响测试结果。另一种是采用两级加热的方式，先在水箱放置加热器，将水箱中的水加热到指定的温度，然后通过水泵运输水箱中加热后的温水，此温水再进行第二次加热，达到预定的水温，由于整个循环系统中只能对水进行加热，因此也没有在水箱水温温度超限情况下的处理方法。而且清洗水有两级加热，一级加热在水箱中，二级加热在清洗水前。水箱中的水量比较多，导致一级加热的功率较大，该位置加热器一般选用220V交流电，具有一定的安全隐患；而且水箱本身体积较大，水量也比较多，水箱内的水温并不稳定；不稳定的水温进入二级加热器前，对PID控制加热的难度加大，在一定程度上影响到PID控制水温的精度，但相对于第一种方案，好处就是二级加热的第二级加热器功率较小，加热的温差也偏小，最后的清洗水的温度的稳定性比第一种方案略优，但是还是具有比较大的波动性。由于PID高精度温度一般是基于冷源吸热稳定的条件下获得的，当控制的对象受到固定的冷源时，经过累积较长时间的控制，PID控制的加热器及传导受热的载体可以获得比较高的精度，而且PID控制对加热时间上有较高的要求，随着控制的时间越长，PID控制的精度越高，波动度越小。而我们上述提到的两种方案，冷源都是非固定式的，而且时间上面的要求都比较苛刻，这就表明PID控制对象的温度精度必然不会很高，这就制约了PID直接控制并获得高精度温度的条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种将清洗水先升温再降温的生化仪高精度清洗水温的方法和装置。

本发明的目的是通过如下途径实现的：

一种获得生化仪高精度清洗水温的方法，包括如下步骤：

a.设置循环清洗水加热系统，在三通阀3与加热器2之间接有换热器1，由清洗泵7抽取水箱4中的水，经调压阀9和加热器2进行加热和换热器1换热后，经三通阀3输入至清洗水管路或水箱4；

b.设置冷水循环换热系统，由冷水泵6抽取冷水循环水箱5中的水，经调压阀8输送至换热器1换热后进入冷水循环水箱5，冷水循环水箱5上装有制冷部件12。

更进一步是：所述加热器2是PID控制的电加热器。

更进一步是：所述冷水循环水箱5冷水温度在±2℃。

获得生化仪高精度清洗水温的装置，包括由清洗泵7抽取水箱4中的水经调压阀9输送至加热器2加热和换热器1进行降温后，经三通阀3输入至清洗水管路或水箱4。由冷水泵6抽取冷水循环水箱5中的水，经调压阀8输送至换热器1换热后接冷水循环水箱5，冷水循环水箱5上装有制冷部件12。

本发明获得生化仪高精度清洗水温的装置,水箱4时刻由外来水补充水位，经过清洗泵7输送清洗水，一部分清洗水通过调压阀9返回水箱，一部分清洗水进入加热器2中加热，将加热过后的清洗水通过换热器1之后进行降温，再经过三通阀3，如果需要清洗反应杯，则进入清洗水管路，如果不需要清洗反应杯，则返回进入水箱4。冷水循环水箱5中的水由冷水泵6输送。通过调压阀8，一部分冷水进入换热器1与清洗水换热，最后回流到冷水循环水箱5，一部分冷水经过调压阀8后进入冷水循环水箱5。冷水循环水箱5中的热量被半导体制冷片12冷侧吸收，半导体制冷片12热侧通过翅片10和风扇11将热量散到大气中。

冷水泵6可以输送低温且比重不小于1的冷水。冷水泵6输送到与换热器1交换的冷水量通过调压阀8调节，根据从调压阀9出来的热水量，利用不同水量的热交换获得目标水温。调压阀8可调节的冷水泵6输送到换热器1的冷水流量，以满足不同清洗水量和温度的清洗水。半导体制冷片12通电后一侧制冷，一侧制热,制冷一侧可以吸收冷水循环水箱5中的冷水的热量，制热的一侧通过翅片10和风扇11的方式增加换热面积和强化对流换热，将半导体制冷片12热侧的热量散到大气中，以保证冷侧的的热量足够吸收冷水的热量。冷水循环水箱5中冷水的能量被半导体制冷片12的冷侧吸收热量。半导体制冷片12需对冷水循环水箱5中的冷水的温度范围进行控制，冷水循环水箱5中放置温度传感器，这种换热方式可以将获得温度控制在±2℃以内的冷水。清洗泵7提供的流量稳定可靠，经过调压阀9后进入换热器1的流量同样稳定可靠。

清洗泵7输送到与加热器2加热的清洗水量通过调压阀9调节，经过调压阀9调节的清洗水进入加热器2加热，通过PID调节控制得到一定温度波动范围内的清洗水，此时清洗水的温度波动度与背景技术中提到的两种技术方案的水温波动度类似；不同的是本发明中经过PID加热后的温度略高于目标温度，高于目标温度的清洗水再经过换热器1与冷水换热后降温，降温到目标温度，并进一步提高温度波动的准确度和稳定性。换热器1的主要作用是降低清洗水的温度，而且具有缩小加热器1PID控制的清洗水温度的波动度。最后通过三通阀3控制，可以控制清洗水的用途，当需要清洗反应杯时，三通阀3控制进入清洗反应杯管路；当不需要清洗反应杯时，三通阀控制进入循环水箱4，起到保持PID控制的加热器2持续工作，进而解决上述市面上两种方案中清洗水温精度较差及水温不稳定的问题。

换热器1是本发明中最重要的元器件之一。换热器1的结构设计需考虑流体在其内流通换热的流动状态。冷水在内外套管间流动时，流体处于层流状态，且层流段远离层流与湍流之间的中间态；清洗水在内套管内流动时，流体处于层流状态，且层流段远离层流与湍流之间的中间态。要求清洗水和冷水在内部换热时，换热器1内外夹层流体的流态需要非常稳定。清洗水侧流量因为泵的选型偏向流量稳定，在设计过程中需要保持换热系数稳定，清洗水侧的横截面积要足够使流体的流层状态处于层流且远离中间层流态，可以适当偏大来保证流体的状态。冷水侧也需要保证流体的状态是和清洗水侧相同。但由于冷水泵6的流量是非稳定性的，所以设计换热器1冷水侧只需要考虑最大流量即可，但结构设计时需考虑结构变化是否会引起流层状态的变化。

冷水泵6抽取冷水进入换热器1,在换热器1中流动状态稳定；清洗泵7抽取清洗水进入换热器1,在换热器1中流动状态稳定。清洗水被冷水包围，只与冷水进行热交换；冷水一方面与清洗水进行热交换，一方面吸收来自四周环境的热量。换热器1外部需包裹保温棉保温。

根据热力学第一定律和热平衡原理，当换热器1两侧的换热系数稳定不变、清洗水温度超过冷水温度30℃、清洗水流量大于冷水流量十倍时，通过设计计算，可以得出清洗水的在换热器出口温度变化不超过0.03℃。当PID加热器加热的水温波动的高点时，清洗水与冷水两侧水温的温差加大，根据热传递原理，温差越大，换热能力越高，吸收清洗水的热量增多,清洗水温度降低的更多；当PID加热器加热的水温波动的低点时，清洗水与冷水两侧的温差减小，根据热传递原理，温差越小，换热能力降低，吸收清洗水的热量减少清洗水温度降低的更少。所以通过引入换热器会减少清洗水温度的波动度，有助于降低PID控制波动度，提高清洗水的稳定性。

本发明的积极效果：本发明获得生化仪高精度清洗水温的方法和装置,由于清洗水是持续提供的，通过三通阀控制清洗水的流向。清洗水经过加热器PID加热后，在换热器中降温，最后达到目标的温度。清洗泵的水量远大于冷水泵的水量,由于热平衡和能量守恒的原理，冷水泵的流量不稳定极少影响到清洗泵经过换热器之后水温的稳定性。冷水循环水箱提供的冷水温度与清洗水温温差大，当冷水循环水箱温度不稳定时，经过清洗泵提供的稳定温度清洗水经过换热器后也可很稳定。通过换热降温的方法，可以降低加热器PID控制水温的波动度，提高水温的稳定性。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图中:1.换热器,2.加热器,3.三通阀,4.水箱,5.冷水循环水箱,6.冷水泵,7.清洗泵,8.调压阀,9.调压阀,10.翅片,11.风扇,12.半导体制冷片

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作详细说明:

本发明获得生化仪高精度清洗水温的方法采用如下步骤:

a.设置循环清洗水加热系统，在三通阀3与加热器2之间接有换热器1，由清洗泵7抽取水箱4中的水经调压阀9输送至加热器2进行加热后，输送至换热器1进行换热，再经三通阀3输入至清洗水管路或水箱4；

b.设置冷水循环换热系统，由冷水泵6抽取冷水循环水箱5中的水，经调压阀8输送至换热器1换热后接冷水循环水箱5，冷水循环水箱5上装有制冷部件12。

实施例,如图1所示

清洗水侧，水箱4充满常温去离子水，经过清洗泵7输送到加热器2，再进入换热器1，加热器2与换热器1采用软管连接，软管外部用保温棉包裹。清洗泵7的流量为a L/min。通过调压阀分流后，进入加热器2的流量为a/10L/min，剩余部分通过另外一路回流到水箱4中。软管与换热器1连接部分是管接头，换热器1结构设计时，连接管接头时，使流经管接头到换热器1之间未有直接的明显孔径变化，最后进入换热器1内外套管间时，流体的流速会逐渐降低，因为管接头的横截面积远小于换热器1内外套管间的衡截面积，设计时，管接头与换热器1横截面积是逐渐变大的，且在软管中，流体的状态也是在层流状态下，层流段离层流与湍流的中间态的距离相距较远。此阶段的判断可以通过设计计算雷诺数来判断流体处于层流状态下。所以管接头与流层流层状态是未变化的，过度阶段不会破坏冷水与换热器1的之间流动状态。稳定的流动状态有稳定的换热系数，可以确保整个换热过程是可预期的。经过换热器1后进入PID控制的加热器2中，加热到预定的温度，进入清洗结构清洗反应杯。

冷水侧,冷水循环水箱5制取了±2℃的冷水，通过冷水泵6输送，冷泵6与换热器1采用软管连接，软管外部用保温棉包裹。经过调压阀8后分流，一部分冷水回流到冷水循环水箱5中，一部分流体进入换热器中与清洗水换热，此部分流量为a/300--a/100L/min之间。软管与换热器1连接部分是管接头，换热器1结构设计时，连接管接头时，使流经管接头到换热器1之间未有直接的明显孔径变化，最后进入换热器1内外套管间时，流体的流速会逐渐降低，因为管接头的横截面积远小于换热器1内外套管间的衡截面积，设计时，管接头与换热器1横截面积是逐渐变大的，且在软管中，流体的状态也是在层流状态下，层流段离层流与湍流的中间态的距离相距较远。此阶段的判断可以通过设计计算雷诺数来判断流体处于状态下。所以管接头与流层流层状态是未变化的，过度阶段不会破坏冷水与换热器1的之间流动状态。稳定的流动状态有稳定的换热器系数，可以确保整个换热过程是可预期的。最后换热之后的冷水重新回流到冷水循环水箱5中冷却。当冷水流量变化，温度变化时，传感器检测到换热器1出口温度的变化为±0.1℃，而前面所述的目前市面上现有的两种技术方案所能达到的最好结果为±1℃，证明本发明确实可以提供稳定的清洗水水温。

Claims (6)

1.一种获得生化仪高精度清洗水温的方法，其特征是包括如下步骤：

a.设置循环清洗水加热系统，在三通阀(3)与加热器(2)之间接有换热器(1)，由清洗泵(7)抽取水箱(4)中的水，经调压阀(9)和加热器(2)加热后输送至换热器(1)进行换热，再经三通阀(3)输入至清洗水管路或水箱(4)；

b.设置冷水循环换热系统，由冷水泵(6)抽取冷水循环水箱(5)中的水，经调压阀(8)输送至换热器(1)换热后进入冷水循环水箱(5)，冷水循环水箱(5)上装有制冷部件(12)。

2.根据权利要求1所述获得生化仪高精度清洗水温的方法，其特征在于所述加热器(2)是PID控制的电加热器。

3.根据权利要求1所述获得生化仪高精度清洗水温的方法，其特征在于所述制冷部件(12)是半导体制冷片。

4.根据权利要求1所述获得生化仪高精度清洗水温的方法，其特征在于所述冷水循环水箱(5)设置温度传感器，冷水温度在±2℃内。

5.根据权利要求1所述获得生化仪高精度清洗水温的方法，其特征在于所述换热器不会影响到清洗水温的稳定性。

6.一种获得生化仪高精度清洗水温的装置，包括由清洗泵(7)抽取水箱(4)中的水经调压阀(9)输送至加热器(2)进行加热和换热器(1)换热后，经三通阀(3)输入至清洗水管路或水箱(4)，其特征是在三通阀(3)与加热器(2)之间接有换热器(1)，由冷水泵(6)抽取冷水循环水箱(5)中的水，经调压阀(8)输送至换热器(1)换热后接冷水循环水箱(5)，冷水循环水箱(5)上装有制冷部件(12)。