CN108628358B - 一种恒温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的恒温系统，包括箱体、气液相变蓄冷单元、温度控制单元；所述箱体包括壳体及内胆；所述气液相变蓄冷单元包括液浴层及气浴层，所述液浴层与所述内胆形成的空间内设置有液浴工质；所述温度控制单元包括加热模块、制冷模块、压力采集模块、搅拌模块以及控制模块，所述加热模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行加热，所述制冷模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行制冷，所述搅拌模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行搅拌，所述压力采集模块用于采集所述气浴层内的气相压力信号，所述控制模块用于获取气相压力信号，并根据所述气相压力信号控制压力波动实现恒温，相较于以温度值为参考信号控温精度更高。
Description
技术领域
本发明涉及温控技术领域，尤其涉及一种高精度的恒温系统。
背景技术
受控恒温环境广泛用于石油、化工、电子仪表、物理、化学、生物工程、医药卫生、生命科学、轻工食品、物性测试及化学分析等领域，提供一个热冷受控、温度空间均匀度及时间波动满足要求的场源，温度的均匀程度严重影响受测物理量的准确程度，尤其是在计量领域。
从实现恒温的条件来说，必备2个条件：一是要有较为稳定的冷源和热源，在室温区以下，冷源可以为各种制冷方式，根据温区不同多采用如蒸汽压缩式制冷、半导体制冷、斯特林制冷、液氮制冷、流体载冷等制冷手段，在室温区以上，冷源还可以为空气或冷却水，而热源一般采用电加热或半导体制热等手段；二是要有适合的控温策略，即合理调配热量和冷量，使其在温控点平衡，现多采用PID程序控制。一般而言，冷源及热源温度越稳定，精确的温度控制越容易实现。
通过对其它与温度相关的物理量的控制间接实现温度控制也是一种实现方式，以流体为例，安妥因方程可精确地描述饱和液体的温度-压力关系，其方程形式如下：
A、B、C是与流体相关的常数，p为压力，T为流体的开尔文温度，对该式微分可得：
对于变化微小的压力Δp及温度ΔT，可代替微分量：
以p＝100kPa,Δp＝0.05kPa,
为例，可得：
对于沸点近室温区(300K)的物质而言，参数B大致在[1000,1500]范围内，参数C大致在[200,230]范围内，如异戊烷(沸点300.98K)的B和C分别为1040.73，235.445，带入下式可得，
因此，通过控制压力的波动，可以实现温度的控制，且较大水平的压力波动可实现更小水平的温度波动。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的恒温系统温度波动大、控温速度慢的缺陷，提供一种控温精度更高的恒温系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种恒温系统，包括：箱体、设置于所述箱体内的气液相变蓄冷单元以及温度控制单元；其中：
所述箱体包括壳体以及设置于所述壳体内的内胆；
所述气液相变蓄冷单元包括液浴层及由所述液浴层与所述壳体形成的气浴层，所述液浴层与所述内胆形成的空间内设置有液浴工质；
所述温度控制单元包括加热模块、制冷模块、压力采集模块、搅拌模块以及控制模块，所述加热模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行加热，所述制冷模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行制冷，所述搅拌模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行搅拌，所述压力采集模块用于采集所述气浴层内的气相压力信号，所述控制模块用于获取气相压力信号，并根据所述气相压力信号控制压力波动实现恒温。
在一些较佳的实施例中，所述壳体为隔热材料，所述隔热材料包括聚氨酯发泡。
在一些较佳的实施例中，所述内胆为金属材料，所述金属材料为大热容材料，所述大热容材料包括不锈钢或者铝合金。
在一些较佳的实施例中，所述液浴工质采用沸点高于0℃、臭氧消耗潜能值为零的工质。
在一些较佳的实施例中，所述液浴工质包括异戊烷、戊烷、R1336mzz、丙酮或乙醇。
在一些较佳的实施例中，所述加热模块包括加热控制器以及连接所述控制器的加热盘管，所述加热盘管设置于所述液浴工质中。
在一些较佳的实施例中，所述制冷模块包括制冷机以及连接所述制冷剂的蒸发器盘管，所述蒸发器盘管设置于所述液浴工质中。
在一些较佳的实施例中，所述搅拌模块包括搅拌叶轮、连接所述搅拌叶轮的转轴、固定于所述转轴上的磁铁和磁力泵、以及连接所述转轴的轴承和密封结构。
在一些较佳的实施例中，所述控制模块还电性连接于所述加热模块、所述制冷模块及所述搅拌模块。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的恒温系统，包括箱体、设置于所述箱体内的气液相变蓄冷单元以及温度控制单元；所述箱体包括壳体以及设置于所述壳体内的内胆；所述气液相变蓄冷单元包括液浴层及由所述液浴层与所述壳体形成的气浴层，所述液浴层与所述内胆形成的空间内设置有液浴工质；所述温度控制单元包括加热模块、制冷模块、压力采集模块、搅拌模块以及控制模块，所述加热模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行加热，所述制冷模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行制冷，所述搅拌模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行搅拌，所述压力采集模块用于采集所述气浴层内的气相压力信号，所述控制模块用于获取气相压力信号，并根据所述气相压力信号控制压力波动实现恒温，本发明提供的恒温系统以气液浴压力值为参考信号，通过控制模块控制压力波动使得温度稳定，相较于以温度值为参考信号控温精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的恒温系统的结构示意图。
具体实施方式
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明实施例提供的恒温系统10的结构示意图，包括：箱110体、设置于所述箱体110内的气液相变蓄冷单元120以及温度控制单元130。以下详细说明各个部件的结构以及连接关系。
所述箱体110包括壳体1以及设置于所述壳体1内的内胆2。
在一些较佳的实施例中，所述壳体1为隔热材料，所述隔热材料包括聚氨酯发泡材料。可以理解，所述隔热材料并不局限聚氨酯发泡材料，还可以采用其他的隔热材料。
在一些较佳的实施例中，所述内胆2为金属材料，所述金属材料为大热容材料，所述大热容材料包括不锈钢或者铝合金。可以理解，所述大热容材料并不局限不锈钢或者铝合金，还可以采用其他的大热容材料。
所述气液相变蓄冷单元120包括液浴层3及由所述液浴层3与所述壳体1形成的气浴层4，所述液浴层3与所述内胆2形成的空间内设置有液浴工质。
在一些较佳的实施例中，所述液浴工质采用沸点高于0℃、臭氧消耗潜能值为零的工质。所述液浴工质包括异戊烷、戊烷、R1336mzz、丙酮或乙醇。
可以理解，所述液浴工质并不局限不锈钢或者铝合金，还可以采用其他的沸点高于0℃、臭氧消耗潜能值为零的工质。
所述温度控制单元130包括加热模块8、制冷模块9、搅拌模块12、压力采集模块11、以及控制模块10。
在一些较佳的实施例中，所述加热模块8包括加热控制器(图未示)以及连接所述控制器的加热盘管6，所述加热盘管6设置于所述液浴工质中。可以理解，所述加热模块8用于对所述液浴层3内的液浴工质进行加热。
在一些较佳的实施例中，所述加热模块8加热方式包括电加热、半导体制热或热泵加热。
在一些较佳的实施例中，所述制冷模块9包括制冷机(图未示)以及连接所述制冷剂的蒸发器盘管5，所述蒸发器盘管5设置于所述液浴工质中。可以理解，所述制冷模块9用于对所述液浴层3内的液浴工质进行制冷。
在一些较佳的实施例中，所述制冷机制冷方式包括气体节流制冷方式、液氮或干冰制冷方式或半导体制冷。
在一些较佳的实施例中，所述加热盘管6和蒸发器盘管5中还可以设置有搅拌叶轮，配合加热盘管6和蒸发器盘管5使液浴快速达到均匀。
在一些较佳的实施例中，所述搅拌模块12包括搅拌叶轮14、连接所述搅拌叶轮的转轴7、固定于所述转轴7上的磁铁(图未示)和磁力泵(图未示)、以及连接所述转轴7的轴承(图未示)和密封结构13。可以理解，所述搅拌模块12用于对所述液浴层3内的液浴工质进行搅拌。
可以理解，通过搅拌模块12可以使液浴温度快速达到均匀，整个气液相变蓄冷系统的内层液浴可以使液浴层3温度快速达到稳定，外层气浴可以增加系统热阻，减少热量外部热量传递，进一步维持温度稳定。
在一些较佳的实施例中，压力采集模块11用于采集所述气浴层4内的气相压力信号，所述控制模块10用于获取气相压力信号。
可以理解，本发明所述的温度控制单元130以气液浴压力值为参考信号，由压力采集模块11采集气相压力信号并传输到控制模块10，通过控制模块10控制压力波动，达到控制温度稳定的目的。
在一些较佳的实施例中，所述控制模块10还电性连接于所述加热模块8、所述制冷模块9及所述搅拌模块12。可以理解，所述控制模块10可通过调节加热模块8加热量和制冷模块9冷量实现所需液浴温度。
本发明提供的恒温系统，包括箱体110、气液相变蓄冷单元120以及温度控制单元130；所述箱体110包括壳体1以及设置于所述壳体1内的内胆2；所述气液相变蓄冷单元120包括液浴层3及由所述液浴层3与所述壳体1形成的气浴层4，所述液浴层3与所述内胆2形成的空间内设置有液浴工质；所述温度控制单元130包括加热模块8、制冷模块9、搅拌模块12、压力采集模块11、以及控制模块10，所述加热模块8用于对所述液浴层3内的液浴工质进行加热，所述制冷模块9用于对所述液浴层3内的液浴工质进行制冷，所述搅拌模块12用于对所述液浴层内的液浴工质进行搅拌，所述压力采集模块11用于采集所述气浴层4内的气相压力信号，所述控制模块10用于获取气相压力信号，并根据所述气相压力信号控制压力波动实现恒温，本发明提供的恒温系统以气液浴压力值为参考信号，通过控制模块控制压力波动使得温度稳定，相较于以温度值为参考信号控温精度更高。
当然本发明的恒温系统还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (8)
1.一种恒温系统，其特征在于，包括：箱体、设置于所述箱体内的气液相变蓄冷单元以及温度控制单元；其中：
所述箱体包括壳体以及设置于所述壳体内的内胆；
所述气液相变蓄冷单元包括液浴层及由所述液浴层与所述壳体形成的气浴层，所述液浴层与所述内胆形成的空间内设置有液浴工质；
所述温度控制单元包括加热模块、制冷模块、压力采集模块、搅拌模块以及控制模块，控制模块电性连接于加热模块、制冷模块、压力采集模块、搅拌模块，所述加热模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行加热，所述制冷模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行制冷，所述搅拌模块用于对所述液浴层内的液浴工质进行搅拌，所述压力采集模块用于采集所述气浴层内的气相压力信号，所述控制模块用于获取气相压力信号，并根据所述气相压力信号控制压力波动实现恒温。
2.如权利要求1所述的恒温系统，其特征在于，所述壳体为隔热材料，所述隔热材料包括聚氨酯发泡材料。
3.如权利要求1所述的恒温系统，其特征在于，所述内胆为金属材料，所述金属材料为大热容材料，所述大热容材料包括不锈钢或者铝合金。
4.如权利要求1所述的恒温系统，其特征在于，所述液浴工质采用沸点高于0℃、臭氧消耗潜能值为零的工质。
5.如权利要求4所述的恒温系统，其特征在于，所述液浴工质包括异戊烷、戊烷、R1336mzz、丙酮或乙醇。
6.如权利要求1所述的恒温系统，其特征在于，所述加热模块包括加热控制器以及连接所述控制器的加热盘管，所述加热盘管设置于所述液浴工质中。
7.如权利要求1所述的恒温系统，其特征在于，所述制冷模块包括制冷机以及连接所述制冷机 的蒸发器盘管，所述蒸发器盘管设置于所述液浴工质中。
8.如权利要求1所述的恒温系统，其特征在于，所述搅拌模块包括搅拌叶轮、连接所述搅拌叶轮的转轴、固定于所述转轴上的磁铁和磁力泵、以及连接所述转轴的轴承和密封结构。
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