CN109595945A - 一种精确控制温度变化的系统及热处理设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种精确控制温度变化的系统，包括：进风机构，所述进风机构包括多根进风管，所述进风管分别连接位于炉体不同位置的进风口，每一根所述进风管分别设有一个第一阀门；所述进风机构还包括风机；出风机构，所述出风机构包括至少一根出风管，所述出风管连接炉体的出风口；换热机构，所述换热机构的一端与所述进风机构相连通，另一端与所述出风机构相连通；检测机构，所述检测机构包括至少一个第一温度传感器，所述第一温度传感器用于检测炉体内的温度；控制机构，所述控制机构接收所述检测机构的信息，并控制所述进风机构、出风机构、换热机构的运转。本申请还提供一种使用上述系统的热处理设备。上述系统及设备可以精确控制降温速率。

Description

一种精确控制温度变化的系统及热处理设备

技术领域

本申请涉及热处理设备技术领域，特别是涉及一种精确控制温度变化的系统及热处理设备。

背景技术

现有的所有的真空热工装备都无法有效控制降温速率，通常都是自然降温，或者开快冷直接降温，降温速率不能调节，更加无法根据不同的产品所需不同工艺曲线执行。这样直接影响产品性能的好坏，如果能实现降温速率精准可控，那么将对许多材料的性能突破及成品率高低有着至关重要的作用。

如何实现储存盒的自动切换，从而保证批量样本的连续检测是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的第一个目的为提供一种精确控制温度变化的系统；本发明的第二个目的为提供一种使用上述系统的热处理设备；本申请提供的精确控制温度变化的系统及热处理设备，尤其适合需要对热处理后的产品进行降温，可以精确控制降温速率并能保持较高的动态均温性，遵循严格降温工艺曲线，可根据给定工艺曲线进行降温，以实现产品预期的形状、尺寸及性能。

本发明提供的技术方案如下：

一种精确控制温度变化的系统，包括：

进风机构，所述进风机构包括多根进风管，所述进风管分别连接位于炉体不同位置的进风口，每一根所述进风管分别设有一个第一阀门；所述进风机构还包括风机；

出风机构，所述出风机构包括至少一根出风管，所述出风管连接炉体的出风口；

换热机构，所述换热机构的一端与所述进风机构相连通，另一端与所述出风机构相连通；

检测机构，所述检测机构包括至少一个第一温度传感器，所述第一温度传感器用于检测炉体内的温度；

控制机构，所述控制机构接收所述检测机构的信息，并控制所述进风机构、出风机构、换热机构的运转。

优选地，还设有换热机构变温装置，所述换热机构变温装置用于冷却所述换热机构中的冷却介质，所述控制机构控制所述换热机构变温装置的运转。

优选地，所述换热机构包括多个串联的换热器，所述进风机构与串联的所述换热器的一端相连，所述出风机构与串联的所述换热器的另一端相连。

优选地，所述换热机构变温装置设有多根输入管、多根输出管，所述输入管和所述输出管分别连通一个所述换热器与所述换热机构变温装置，使所述换热器和所述换热机构变温装置之间形成回路。

优选地，每一根所述输入管分别设有控制流量的第二阀门；和/或，

每一根所述输出管分别设有控制流量的第三阀门。

优选地，所述换热机构变温装置设有第二温度传感器、第一流量传感器、第一压力传感器中的任意一个或多个。

优选地，所述检测机构还包括第二流量传感器、第三温度传感器、第二压力传感器中的任意一个或多个，所述第二流量传感器或所述第三温度传感器或所述第二压力传感器设置在所述进风机构和/或所述出风机构上。

优选地，所述进风管与所述炉体连接的一端设有导流部件，所述导流部件用于将所述进风管提供的风打散。

优选地，所述导流部件具体包括锥形导流槽和设有多个通孔的导流板。

一种热处理设备，包括炉体，还包括上述任一项所述的系统。

本申请提供一种精确控制温度变化的系统，包括：进风机构，所述进风机构包括多根进风管，所述进风管分别连接位于炉体不同位置的进风口，每一根所述进风管分别设有一个第一阀门；所述进风机构还包括风机；出风机构，所述出风机构包括至少一根出风管，所述出风管连接炉体的出风口；换热机构，所述换热机构的一端与所述进风机构相连通，另一端与所述出风机构相连通；检测机构，所述检测机构包括至少一个第一温度传感器，所述第一温度传感器用于检测炉体内的温度；控制机构，所述控制机构接收所述检测机构的信息，并控制所述进风机构、出风机构、换热机构的运转。

本申请提供的精确控制温度变化的系统，通过将进风机构、出风机构、换热机构构成一个闭合的回路，并通过控制机构接收检测机构的信息，控制进风机构、出风机构、换热机构的运转，对风的循环进行精准控制，从而实现对炉内温度变化的精准调控。尤其是进风机构包括多根进风管，进风管连接至位于炉体不同位置的进风口，使得进入炉内的风由各个位置进入，流经炉内产品的表面。其中，可以在进风机构设置进风总管，并连通至各个进风管，将风机设置在进风总管上，提供气体流动的作用力。此外，通过对不同出风管11上的第一阀门的控制，还可以通过精准控制不同位置进入的风的流量和温度，实现对炉内产品的某一部分先冷却或加热，再对其他部分进行冷却或加热的操作。更优选出风管上还设有出风管阀门，以控制流出的气体的流量。在此过程中，第一温度传感器实时反馈炉内温度的变化，便于控制机构进行调控；更优选在炉内多处分别设置第一温度传感器，实现对产品不同部位的温度进行分别检测、调控。第一温度传感器可以使用热电偶或红外仪等。

本申请提供的精确控制温度变化的系统，以及使用上述系统的热处理设备，尤其适合需要对热处理后的产品进行降温，可以精确控制降温速率并能保持较高的动态均温性，遵循严格降温工艺曲线，可根据给定工艺曲线进行降温，以实现产品预期的形状、尺寸及性能。此外，由于整个系统为闭合的回路，可以使用惰性气体进行循环来降温，避免待冷却的产品与氧气等发生反应，影响最终的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明实施例中精确控制温度变化的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中精确控制温度变化的系统的局部放大示意图(包括进风机构、出风机构、部分检测机构、导流部件)；

图3为本发明实施例中精确控制温度变化的系统的局部放大示意图(包括换热机构、部分检测机构、换热机构变温装置)；

附图标记：1-进风机构；11-进风管；12-第一阀门；13-第一风机；2-出风机构；21-出风管；3-换热机构；4-检测机构；41-第一温度传感器；42-第二流量传感器；43-第三温度传感器；44-第二压力传感器；5-换热机构变温装置；51-输入管；52-输出管；53-第二阀门；54-第三阀门；55-第二温度传感器；56-第一流量传感器；57-第一压力传感器；6-导流部件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请如图1至图3所示，本发明实施例提供一种精确控制温度变化的系统，包括：

进风机构1，所述进风机构1包括多根进风管11，所述进风管11分别连接位于炉体不同位置的进风口，每一根所述进风管11分别设有一个第一阀门12；所述进风机构1还包括风机13；

出风机构2，所述出风机构2包括至少一根出风管21，所述出风管21连接炉体的出风口；

换热机构3，所述换热机构3的一端与所述进风机构1相连通，另一端与所述出风机构2相连通；

检测机构4，所述检测机构4包括至少一个第一温度传感器41，所述第一温度传感器41用于检测炉体内的温度；

控制机构，所述控制机构接收所述检测机构4的信息，并控制所述进风机构1、出风机构2、换热机构3的运转。

本申请提供一种精确控制温度变化的系统，包括：进风机构1，所述进风机构1包括多根进风管11，所述进风管11分别连接位于炉体不同位置的进风口，每一根所述进风管11分别设有一个第一阀门12；所述进风机构1还包括风机13；出风机构2，所述出风机构2包括至少一根出风管21，所述出风管21连接炉体的出风口；换热机构3，所述换热机构3的一端与所述进风机构1相连通，另一端与所述出风机构2相连通；检测机构4，所述检测机构4包括至少一个第一温度传感器41，所述第一温度传感器41用于检测炉体内的温度；控制机构，所述控制机构接收所述检测机构4的信息，并控制所述进风机构1、出风机构2、换热机构3的运转。

本申请提供的精确控制温度变化的系统，通过将进风机构1、出风机构2、换热机构3构成一个闭合的回路，并通过控制机构接收检测机构4的信息，控制进风机构1、出风机构2、换热机构3的运转，对风的循环进行精准控制，从而实现对炉内温度变化的精准调控。尤其是进风机构1包括多根进风管11，进风管11连接至位于炉体不同位置的进风口，使得进入炉内的风由各个位置进入，流经炉内产品的表面。其中，可以在进风机构1设置进风总管，并连通至各个进风管11，将风机13设置在进风总管上，提供气体流动的作用力。此外，通过对不同出风管11上的第一阀门12的控制，还可以通过精准控制不同位置进入的风的流量和温度，实现对炉内产品的某一部分先冷却或加热，再对其他部分进行冷却或加热的操作。更优选出风管21上还设有出风管阀门，以控制流出的气体的流量。在此过程中，第一温度传感器41实时反馈炉内温度的变化，便于控制机构进行调控；更优选在炉内多处分别设置第一温度传感器41，实现对产品不同部位的温度进行分别检测、调控。第一温度传感器41可以使用热电偶或红外仪等。

本申请提供的精确控制温度变化的系统，尤其适合需要对热处理后的产品进行降温，可以精确控制降温速率并能保持较高的动态均温性，遵循严格降温工艺曲线，可根据给定工艺曲线进行降温，以实现产品预期的形状、尺寸及性能。此外，由于整个系统为闭合的回路，可以使用惰性气体进行循环来降温，避免待冷却的产品与氧气等发生反应，影响最终的性能。

优选地，还设有换热机构变温装置5，所述换热机构变温装置5用于冷却所述换热机构3中的冷却介质，所述控制机构控制所述换热机构变温装置5的运转。

设置换热机构变温装置5，通过对换热机构变温装置5的工作效率的控制，调节由换热机构变温装置5循环处理的换热介质的温度，从而调节换热机构3的换热效率，从而可以控制本申请提供的精确控制温度变化的系统这一闭合回路中气体的温度，进一步精准控制炉内降温速率。

优选地，所述换热机构3包括多个串联的换热器31，所述进风机构1与串联的所述换热器31的一端相连，所述出风机构2与串联的所述换热器31的另一端相连。

进一步的，将换热机构3设置为多个串联的换热器31，出风机构2排出的气体的温度进行多级调控尤其是多级冷却，使得由换热机构3换热处理后进入进风机构1中的气体温度可调节。

优选地，所述换热机构变温装置5设有多根输入管51、多根输出管52，所述输入管51和所述输出管52分别连通一个所述换热器31与所述换热机构变温装置5，使所述换热器31和所述换热机构变温装置5之间形成回路。

换热机构变温装置5设置多根输入管51和输出管52时，每一个换热器31可以通过一根输入管51和输出管52与换热机构变温装置5形成一个回路，使得该换热器31中的换热介质能够单独流经换热机构变温装置5进行热交换，从而使得回流到换热器31中的换热介质温度可调，则每一级换热器31对出风管2排出的气体的换热温度可调。换热机构变温装置5可以是冷却水塔或冷冻机。

优选地，每一根所述输入管51分别设有控制流量的第二阀门53；和/或，每一根所述输出管52分别设有控制流量的第三阀门54。

优选在输入管51上设置第二阀门53用于控制流量；或在输出管52上社遏制第三阀门54用于控制流量。更优选第二阀门53和第三阀门54同时设置，通过第二阀门53和第三阀门54开启的大小，控制流经输入管51和/或输出管52的换热介质流量，实现对回流到换热器31中的换热介质温度可调，则每一级换热器31对出风管2排出的气体的换热温度可调。

优选地，所述换热机构变温装置5设有第二温度传感器55、第一流量传感器56、第一压力传感器57中的任意一个或多个。

为了使控制机构对换热机构变温装置5的工作效率进行更精准的调控，设置第二温度传感器55，实时反馈换热机构变温装置5内的温度，便于控制机构调整换热机构变温装置5的工作功率，或调整第二阀门53和第三阀门54的口径大小。优选将第二温度传感器55设置在输入管51或输出管52上，更优选输入管51和输出管52分别设置一个第二温度传感器55，可以对输入和输出的换热介质温度进行检测。同样的，第一流量传感器56也可以设置在输入管51或输出管52上，更优选输入管51和输出管52分别设置，以检测输入管51和/或输出管52的流量。同样的，第一压力传感器57也可以设置在输入管51或输出管52上，更优选输入管51和输出管52分别设置。优选第二温度传感器55、第一流量传感器56、第一压力传感器57同时设置，或在设置第二温度传感器55的情况下，第一流量传感器56或第一压力传感器57任选设置一种。

优选地，所述检测机构4还包括第二流量传感器42、第三温度传感器43、第二压力传感器44中的任意一个或多个，所述第二流量传感器42或所述第三温度传感器43或所述第二压力传感器44设置在所述进风机构1和/或所述出风机构2上。

为了进一步提高控制的精准度，可以在进风机构1或出风机构2中的一个或两个上设置第二流量传感器42，检测气体流量。优选在进风管11或出风管21上设置第二流量传感器42，更优选每一根进风管11或出风管21都设置一个第二流量传感器42，对炉体不同位置的气体的流量进行检测。同样的，第三温度传感器43、第二压力传感器44可以分别对炉体不同位置流出的气体的温度或压力进行检测，而控制机构可以根据检测的数据，调节风机13的功率，从而调节进入炉体内气体的流速和流量。炉内压力的变化主要由调控额风机13的功率进行调整，优选风机13为变频风机。

优选地，所述进风管11与所述炉体连接的一端设有导流部件6，所述导流部件6用于将所述进风管11提供的风打散。

优选地，所述导流部件6具体包括锥形导流槽和设有多个通孔的导流板。

设置导流部件6，可以将进风管11送入炉体内的气体打散，使进入炉体内的气流更加均匀，利于对炉体内的产品进行热交换(尤其是根据降温曲线进行降温)。优选导流部件6包括锥形导流槽和设置在所述锥形导流槽靠近炉体一侧的导流板，气流在锥形导流槽中流动时，由于管径的增大，流速减缓，然后穿过导流板上的任意一个通孔进入炉体内，实现对换热气体的分散。

一种热处理设备，包括炉体，还包括上述任一项所述的系统。

本申请还提供一种热处理设备，包括炉体，还包括上述任一项所述的系统。本申请提供的热处理设备，在处理的产品需要精确控制降温速率、有严格的降温工艺曲线时，可以精确控制产品降温速率并保持较高的动态均温性，根据给定工艺曲线进行降温，以实现产品预期的形状、尺寸及性能。优选在炉体表面各处、或炉体的上表面、下表面设置多个进风口，更优选进风口均匀设置，使通过进风口进入的气体可以在炉内风道均匀流动，流经炉内产品表面带走部分热量，再从出风口流出，进入换热机构换热，然后流经进风机构1进行循环。

本申请提供的精确控制温度变化的系统及热处理设备，控制机构的精确控制主要通过以下方式实现：

1、炉内的压力主要通过风机13输出的风量进行调整。

2、换热过程中的换热速率(尤其是降温过程中的降温速率)通过风机13输出的风量，以及换热机构3的换热能力进行调节。其中，换热机构3的换热能力是通过调节换热机构冷却装置5对换热介质(如水)的冷却温度和流量的调控实现。其中，换热介质的流量通过对第二阀门53、第三阀门54的调节实现。

3、换热过程中的动态温度均匀性(尤其是降温过程中的动态温度均匀性)通过对各个进风管11进入炉内的风量进行调控而实现。各个进风管11进入炉内的风量通过第一阀门12进行调节。

4、每个进风管11进入炉内的风，会以一定的风道流经产品表面，则产品某部位的温度控制有对应进风口(进风管11)进入的气体流量进行调节，也就是通过对应的第一阀门12进行调节。

实施例1

如图1所述，提供一种热处理设备，炉体设置8个进风口，下部5个，上部3个，并对应设置进风管11。炉体下部侧边的两个进风口分别作用于炉内产品的两个侧面，用于控制侧面降温；下部中间的3个进风口对准产品底部左中右3个位置，用于控制这3个位置的降温。而炉体上部3个进风口对准产品上部左中右3个位置，用于控制这3个位置的降温。每个进风口连接的进风管11都设有导流机构6，进风管内的气体导流机构6上导流板的多个小孔分散后流向炉内产品。

某产品降温工艺要求为：产品的降温速率由左至右依次增大，以控制产品由左至右晶粒逐渐减小，则进风管11的第一阀门12的调节应当是从左至右依次增大。

首先操作人员应在控制机构上设置8条工艺曲线，每条工艺曲线控制一个进风口的风量调节。当产品下部左侧的第一温度传感器41测量到温度高于当前工艺要求温度时，开启对应产品下部左侧位置的进风管11上的第一阀门12为30％开度，1分钟后产品下部左侧的第一温度传感器41测量温度仍高于当前工艺要求温度时，对应的第一阀门12开度加大到60％，又过1分钟后温度仍高于当前工艺要求温度时，再继续增加开度，如到开度为100％时，测量温度仍然不能跟随工艺曲线温度时，控制机构控制风机13的频率加大，总风量增加。当产品下部左侧的第一温度传感器41测量温度低于当前工艺要求温度时，调小对应的进风管11上的第一阀门12的开度，直到测量的温度与工艺曲线吻合跟随为止。控制机构的反应速度可根据情况设置，其他的进风管11根据对应的工艺曲线进行调节，至此，一个闭环PID降温速率精确控制系统形成。

当仅调节第一阀门12、风机13无法满足工艺曲线要求时，控制机构可以控制换热机构变温装置5中的第二阀门53、第三阀门54的开度。或当产品对气体流量、压力有要求时，控制机构根据相应的压力传感器或流量传感器检测的数据，对第一阀门12、第二阀门53、第三阀门54、风机13等进行调节，以满足产品的工艺要求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种精确控制温度变化的系统，其特征在于，包括：

进风机构(1)，所述进风机构(1)包括多根进风管(11)，所述进风管(11)分别连接位于炉体不同位置的进风口，每一根所述进风管(11)分别设有一个第一阀门(12)；所述进风机构(1)还包括风机(13)；

出风机构(2)，所述出风机构(2)包括至少一根出风管(21)，所述出风管(21)连接炉体的出风口；

换热机构(3)，所述换热机构(3)的一端与所述进风机构(1)相连通，另一端与所述出风机构(2)相连通；

检测机构(4)，所述检测机构(4)包括至少一个第一温度传感器(41)，所述第一温度传感器(41)用于检测炉体内的温度；

控制机构，所述控制机构接收所述检测机构(4)的信息，并控制所述进风机构(1)、出风机构(2)、换热机构(3)的运转。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还设有换热机构变温装置(5)，所述换热机构变温装置(5)用于冷却所述换热机构(3)中的冷却介质，所述控制机构控制所述换热机构变温装置(5)的运转。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其特征在于，所述换热机构(3)包括多个串联的换热器(31)，所述进风机构(1)与串联的所述换热器(31)的一端相连，所述出风机构(2)与串联的所述换热器(31)的另一端相连。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述换热机构变温装置(5)设有多根输入管(51)、多根输出管(52)，所述输入管(51)和所述输出管(52)分别连通一个所述换热器(31)与所述换热机构变温装置(5)，使所述换热器(31)和所述换热机构变温装置(5)之间形成回路。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，每一根所述输入管(51)分别设有控制流量的第二阀门(53)；和/或，

每一根所述输出管(52)分别设有控制流量的第三阀门(54)。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述换热机构变温装置(5)设有第二温度传感器(55)、第一流量传感器(56)、第一压力传感器(57)中的任意一个或多个。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述检测机构(4)还包括第二流量传感器(42)、第三温度传感器(43)、第二压力传感器(44)中的任意一个或多个，所述第二流量传感器(42)或所述第三温度传感器(43)或所述第二压力传感器(44)设置在所述进风机构(1)和/或所述出风机构(2)上。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述进风管(11)与所述炉体连接的一端设有导流部件(6)，所述导流部件(6)用于将所述进风管(11)提供的风打散。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述导流部件(6)具体包括锥形导流槽和设有多个通孔的导流板。

10.一种热处理设备，包括炉体，其特征在于，还包括权利要求1-9中任一项所述的系统。