CN111659481B - 一种恒温槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒温槽，属于温度计量检测领域和环境实验领域。提供的恒温槽包括环形外壳体和设置在该环形外壳体内的若干层环形挡板，共同形成恒温槽内的中心恒温区和若干流动保温层，槽体内的液体可以在若干流动保温层和中心恒温区内作循环流动，不仅可以实现槽内液体的保温和掺混，使得中心恒温区温场的稳定性和均匀性指标都获得大幅度提升，还可以大幅减小槽体体积，使其重量轻，空间占用小，便于移动搬运。

Description

一种恒温槽

技术领域

本发明属于温度计量检测领域和环境实验领域，具体涉及一种恒温槽。

背景技术

恒温槽适用于需要维持稳定低温、常温、高温条件的场合，特别是在温度计量检测领域和环境实验领域，其对恒温温场的稳定性和均匀性提出非常高的要求。传统的恒温槽为满足上述温场的稳定性和均匀性指标要求，往往把槽体体积设计的很大，这样有两方面的优势，其一，承装的液体量大，热容也大，外界的热扰动对大热容的槽液温度影响被极大的弱化，其温度稳定性高；其二，通过设置的厚层保温层，以及中心区域至外壳的液体本身，都极大减少与外界的散热量，对温场的稳定性和均匀性都有益。但是体积大的传统恒温槽也存在显著的弊端，它由于笨重体积庞大，可移动性差，大大限制了应用场景，同时，由于热容大，槽体的升温和降温速度非常慢，导致相关的工作效率大大降低。于是，小型便携式的恒温槽应运而生，如CN201140074Y所公开的便携式恒温槽，其包括槽体，槽体包括搅拌腔和至少一个工作腔，工作腔上下端通过连通管路分别与搅拌腔的上下端连接，搅拌腔外部设有加热器，搅拌腔内设有搅拌叶片和控温热电阻，搅拌叶片连接设于搅拌腔外上部的搅拌电机。但是当前由于技术的限制，小型便携式的恒温槽往往在温场稳定性和温场均匀性上，指标显著落后于体积大的传统恒温槽。

减少恒温槽的体积重量和提升温场的稳定性和均匀性具有一定的矛盾性，如何在维持较高的稳定性和均匀性指标的同时减少恒温槽体积重量成为当前的技术难题。其中对于均匀性指标，需要在极为有限的空间内实现较好的保温效果，对于稳定性指标，则需要在有限的热容下实现快速的制冷/加热补偿，并进行高效的掺混搅动同时提升两项指标。

发明内容

针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明提供一种恒温槽，包括环形外壳体，还包括设置于环形外壳体内的若干层环形挡板；其中：

所述环形外壳体包括位于圆周的环形槽壁和位于底部的槽底；

所述若干层环形挡板由外向内依次为第一层环形挡板、第二层环形挡板、……、第N层环形挡板；所述第一层环形挡板和所述环形槽壁之间形成的环形空间为第一流动保温层，所述第二层环形挡板和所述第一层环形挡板之间形成的环形空间为第二流动保温层，……，所述第N层环形挡板和第N-1层环形挡板之间形成的环形空间为第N流动保温层，所述第N层环形挡板围成的空间为中心恒温区；其中所述N为≥1的奇数；

所述恒温槽内的液体可顺序在第一流动保温层、第二流动保温层、……、第N流动保温层、中心恒温区、第一流动保温层的循环中进行循环流动。

上述若干层环形挡板形成曲别针式布局，其中：奇数层环形挡板的底部与所述槽底之间均设置有空隙，且相邻的两奇数层环形挡板的顶部密封连接；所述若干层环形挡板中偶数层环形挡板的底部与所述槽底密封连接，顶部与相邻的两奇数层环形挡板的顶部密封连接处之间设置有空隙。

上述若干层环形挡板形成曲别针式布局，其中：相邻的两奇数层环形挡板的底部密封连接，并与所述槽底之间设置有空隙，该空隙将所述第一流动保温层和中心保温区连通；且所述若干层环形挡板中，各偶数层环形挡板的底部与其相邻的两奇数层环形挡板的底部连接处之间设置有空隙；所述第二层环形挡板的顶部与所述环形槽壁密封连接；所述若干层环形挡板中，相邻的两偶数层环形挡板的顶部密封连接，且相邻的两偶数层环形挡板之间的奇数层环形挡板的顶部与该密封连接处之间设置有空隙；优选地，在所述第N流动保温层的上部还设置有盖板，且所述盖板与所述第N层环形挡板的顶部之间设置有空隙。

上述第N层环形挡板的底部向内延伸，在中心保温区底部设置有转轮体以使恒温槽内液体流动与循环；优选地，所述转轮体为轴向叶轮、离心叶轮的一种。

上述恒温槽中，第N层环形挡板的底部通过一底板连接，底板的中心设有第一通孔；所述转轮体的转轴向下穿过所述第一通孔与一驱动装置连接，且所述第一通孔的孔径大于转轮体的转轴直径以使液体通过。

上述驱动装置选自以下中的任一种形式：在所述环形外壳体的槽底开设第二通孔，所述转轮体的转轴穿过所述第一通孔后固定密封安装在该第二通孔中，且与外部驱动电机的转子连接；或在所述环形外壳体的槽底设置永磁体，该永磁体与所述转轮体同轴连接形成一个整体，在环形外壳体的槽底外侧设置外磁体，该外磁体与驱动电机的转子同轴连接，磁力驱动所述永磁体转动，进而驱动转轮体转动；或在所述环形外壳体的槽底设置永磁体，该永磁体与所述转轮体同轴连接形成一个整体，在环形外壳体的槽底外侧设置若干螺旋线圈，该螺旋线圈内按照时序周期性通电，产生周期性变化的磁场，带动所述永磁体转动，进而驱动转轮体转动。

上述转轮体的转头上方设置有盖板，该盖板固定于第N层环形挡板的底部延伸段或底板。

上述恒温槽还外设一液体泵，所述第一层环形挡板的上部与所述环形外壳体的环形槽壁密封连接，连接处下部的环形槽壁上设进液口与液体泵的出口连接，连接处上部的环形槽壁上设出液口与液体泵的进口连接；优选地，进液口处设有进液管道，所述进液管道在所述第一流动保温层内的一端开口方向为第一流动保温层形成的环形空间的切向方向；进一步优选地，在所述液体泵的上下游均设置有加热器件和/或制冷器件，其中所述加热器件为电加热丝、热流体管、换热器中的一种或多种，所述制冷器件为制冷管、冷流体管、换热器中的一种或多种。

上述环形外壳体为环柱形外壳体或多边形柱状外壳体；所述环形挡板为环柱形挡板或多边形柱状挡板。

上述恒温槽还在流动保温层中的一层或多层中和/或环形外壳体上设置有加热器件和/或制冷器件；优选地，所述加热器件为电加热丝、热流体管路、电加热棒或加热片中的一种或多种；所述制冷器件为制冷管或冷流体管路中的一种或两种。

上述恒温槽还在流动保温层中的一层或多层中设置有水平方向的搅拌轮。

基于以上技术方案提供的恒温槽包括环形外壳体和设置在该环形外壳体内的若干层环形挡板，其中环形外壳体和环形挡板可以将恒温槽内槽液区域分隔成中心恒温区和若干流动保温层，使得恒温槽内槽液可以在驱动力作用下从最外层流动保温层开始，整体向中心依次折返流过各流动保温层，最后进入中心恒温区，随后从中心恒温区流入最外层流动保温层，完成恒温槽槽液的一个循环流动。这种循环流动，可以使得本发明提供的恒温槽的整体槽体大幅减小，液体充注量少，同时可以大幅减少或取消传统的保温包裹，因而具有结构紧凑，重量轻，空间占用小，便于移动搬运的优点；更为重要的是，中心恒温区和多层流动保温层之间的循环流动实现了很好的保温和掺混，中心恒温区温场的稳定性和均匀性指标都获得大幅度提升；并且由于本发明提供的恒温槽的充液量减少，其带来的热容大幅减小，以及相对传统恒温槽的外保温层的极大减少，使液槽的升温和降温速度都大幅提升，可显著的提升工作效率，达到加热或制冷的快速响应，可以极大的缩短温场稳定时间，进一步提升工作操作效率。

具体实施方式

图1为本发明的一个实施例提供的恒温槽的剖面结构示意图；

图2为本发发明的一个实施例提供的恒温槽的俯视结构示意图；

图3为本发明的另一个实施例提供的恒温槽的剖面结构示意图；

图4为本发明的又一个实施例提供的恒温槽的剖面结构示意图；

图5为本发明的又一个实施例提供的恒温槽的剖面结构示意图；

图6为本发明的又一个实施例提供的恒温槽的俯视结构示意图；

图7为本发明的又一个实施例提供的恒温槽的俯视结构示意图；

图8为本发明的一个实施例提供的恒温槽的整体中心切面温度模拟效果图；

图9为本发明的一个实施例提供的恒温槽的整体流场模拟效果图；

图10为本发明的一个实施例提供的恒温槽的整体中心切面流速模拟效果图；

图11为对比例1提供的恒温槽的俯视结构示意图。

图中附图标记表示为：

1-中心恒温区；2-第三层环形挡板；3-第三流动保温层；4-第二层环形挡板；5-第二流动保温层；6-第一层环形挡板；7-第一流动保温层；8-环形外壳体；9-转轮体；10-永磁体；11-驱动电机；12-外磁体；13-液体泵；14-搅拌轮；15-驱动轮；16-驱动线圈；17-盖板。

具体实施方式

针对现有技术中存在的减少恒温槽的体积重量和提升温场的稳定性和均匀性之间的矛盾，本发明旨在提供一种整体体积重量相对于传统恒温槽大幅减小，同时具有较高的稳定性和均匀性指标的恒温槽。

下面将结合实施例和附图，对本发明的内容进行清楚、完整地描述，显然，实施例将有助于理解本发明，但不应作为对本发明内容的限制。

实施例1

如图1所示，示出了该实施例提供的恒温槽的剖面结构示意图。可见，该实施例提供的恒温槽包括环形外壳体8，和设置在该环形外壳体8内的3层环形挡板，其中该环形外壳体8包括位于圆周的环形槽壁和位于底部的槽底，该3层挡板由外向内依次为第一层环形挡板6、第二层环形挡板4和第三层环形挡板2。其中第一层环形挡板6和环形外壳体8的环形槽壁之间形成的环形空间为第一流动保温层7；第二层环形挡板4和第一层环形挡板6之间形成的环形空间为第二流动保温层5；第三层环形挡板2和第二层环形挡板4之间形成的环形空间为第三流动保温层3；第三层环形挡板2也为最内层挡板，其围成的空间为中心恒温区1。第一层环形挡板6和第三层环形挡板2的底部与环形外壳体8的槽底之间均设置有空隙，该空隙允许槽体内的液体流过，并且第一层环形挡板6和第三层环形挡板2的顶部密封连接，该密封连接处与第二层环形挡板4的顶部之间也设置有空隙，该空隙允许槽体内的液体流过，并且第二层环形挡板4的底部与环形外壳体8的槽底密封连接，这样便在该实施例提供的恒温槽中形成一个液体循环流动通道。

根据上述结构，将恒温槽内液体区域分隔成中心恒温区1和三个流动保温层，并形成槽体内液体(槽液)循环流动的通道，在该通道中，如图1所示，恒温槽内的液体从第一流动保温层7开始由上至下流动，从下部折返流入第二流动保温层5并向上流动，从上部折返流入第三流动保温层3并向下流动，从下部流入中心恒温区1，再整体向上流过中心恒温区1，从顶部向四周流入第一流动保温层7，从而完成恒温槽槽液的一个循环流动。可见，该实施例提供的恒温槽内的液体在进入中心恒温区1之前，在三个流动保温层进行了折返流动，流动过程中进行了充分的掺混，有利于槽内液体在中心恒温区1内的温度均匀性；同时，中心恒温区1外围的三个流动保温层也具有一定的保温能力，外界的热扰动经过三个流动保温层，传递到中心恒温区1会被极大的弱化和抹匀。因此该实施例提供的恒温槽可以在极为有限的空间内，较少的液槽充液量下，获取高质量高指标的稳定均匀温场。

在该实施例提供的恒温槽中，环形外壳体8为环柱形外壳体，环形挡板为环柱形挡板，其中所述的环柱形是指环形外壳体8围绕形成的空间的俯视图为环形，例如圆形或椭圆形，各环形挡板围绕形成的空间的俯视图为环形，例如圆形或椭圆形。

该实施例提供的恒温槽包括三层环形挡板，即形成三个流动保温层，本领域技术人员将理解，该实施例提供的恒温槽还可以包括一层环形挡板，即形成一个流动保温层，可以使得恒温槽槽体具有更小的体积，液体在恒温槽内的流动阻力更小。该实施例提供的恒温槽还可以包括五层环形挡板，即形成五个流动保温层，可以使得恒温槽的中心恒温区1内具有更好的温场均匀性稳定性，实现更好的保温效果。该实施例提供的恒温槽还可以包括7层环形挡板，即形成七个流动保温层，可以使得该恒温槽的中心恒温区1内具有更好的温场均匀性稳定性，实现更好的保温效果。依次类推，在此不再一一赘述，可以根据恒温槽的便携性和温场指标的要求，选择合适的环形挡板的层数以达到便携性和温场指标的平衡。

实施例2

如图2所示，示出了该实施例提供的恒温槽的俯视结构示意图。其与实施例1提供的恒温槽的区别仅在于该实施例提供的恒温槽的环形外壳体为多边形柱状外壳体(即该外壳体围成的结构的俯视图为多边形)，环形挡板也为多边形柱状挡板(即该挡板围成的结构的俯视图为多边形)，其中多边形例如为等边多边形或非等边多边形。在该实施例中提供的恒温槽的多边形外壳体和多边形挡板均为正六边形，本领域技术人员应当理解，其还可以为正三角形、正四边形、正五边形、非等边三角形、非等边四边形、非等边五边形等，都属于本发明的内容。当环形挡板设计成多边形柱状挡板时，会在流动保温层的边缘形成凹凸不平的结构，当槽液在槽内作循环流动时，能够起到对流动的槽液进行阻挡折流的作用，进一步提升槽液在循环流动过程中的掺混效果。

实施例3

如图3所示，示出了该实施例提供的恒温槽的剖面结构示意图。该实施例提供的恒温槽与实施例1提供的恒温槽的区别在于：第一层环形挡板6和第三层环形挡板2的底部密封连接，并且与环形外壳体8的槽底之间均设置有空隙，该空隙允许槽体内的液体从中心恒温区1进入第一流动保温层7。第二层环形挡板4的顶部与环形外壳体8的槽壁密封连接，并且在该密封连接处与第一层环形挡板6的顶部之间设置有空隙，该空隙允许槽液从第一流动保温层7进入第二流动保温层5内。还在第二层环形挡板4的底部与第一层环形挡板6和第三层环形挡板2的底部密封处之间设置空隙，该空隙允许槽液从第二流动保温层5进入第三流动保温层3内。还在第三层环形挡板2的顶部上方设置有盖板，该盖板与第三层环形挡板2的顶部之间留有空隙，该空隙允许槽液从第三流动保温层3进入中心恒温区1内，这样便在该实施例提供的恒温槽中形成一个液体循环流动通道。

根据上述结构，将恒温槽内液体区域分隔成中心恒温区1和三个流动保温层，并形成槽液循环流动的通道，在该通道中，如图3所示，恒温槽内的液体从第一流动保温层7开始由下至上流动，从上部折返流入第二流动保温层5并向下流动，从下部折返流入第三流动保温层3并向上流动，从上部流入中心恒温区1，再整体向下流过中心恒温区1，从底部向四周流入第一流动保温层7，从而完成恒温槽槽液的一个循环流动。可见，该实施例提供的恒温槽内的液体在进入中心恒温区1之前，在三个流动保温层进行了折返流动，流动过程中进行了充分的掺混，有利于槽内液体在中心恒温区1内的温度均匀性；同时，中心恒温区1外围的三个流动保温层也具有一定的保温能力，外界的热扰动经过三个流动保温层，传递到中心恒温区1会被极大的弱化和抹匀。因此该实施例提供的恒温槽可以在极为有限的空间内，较少的液槽充液量下，获取高质量高指标的稳定均匀温场。

在该实施例提供的恒温槽中，环形外壳体8为环柱形外壳体或多边形柱状外壳体，环形挡板为环柱形挡板或多边形柱状挡板，都属于本发明的内容。

该实施例提供的恒温槽包括三层环形挡板，即形成三个流动保温层，本领域技术人员将理解，该实施例提供的恒温槽还可以包括一层环形挡板，即形成一个流动保温层，可以使得恒温槽槽体具有更小的体积，液体在恒温槽内的流动阻力更小。该实施例提供的恒温槽还可以包括五层环形挡板，即形成五个流动保温层，可以使得恒温槽的中心恒温区1内具有更好的温场均匀性稳定性，实现更好的保温效果。该实施例提供的恒温槽还可以包括7层环形挡板，即形成七个流动保温层，可以使得该恒温槽的中心恒温区1内具有更好的温场均匀性稳定性，实现更好的保温效果。依次类推，在此不再一一赘述，可以根据恒温槽的便携性和温场指标的要求，选择合适的环形挡板的层数以达到便携性和温场指标的平衡。

实施例4

如图4所示，示出了该实施例提供的恒温槽的剖面结构示意图。其与实施例1提供的恒温槽的区别在于：该实施例提供的恒温槽还外设有液体泵13，槽体内循环流动的液体在向上流过中心恒温区1后，不直接流入第一流动保温层7，而是将第一层环形挡板6的上部与环形外壳体8的环形槽壁进行密封连接，在连接处下部的槽壁上开设进液口与液体泵13的出口连接，在连接处上部的槽壁上开设有出液口与液体泵13的进口连接。中心恒温区1内的液体沿管道流动至液体泵13，然后经该液体泵增压后，再沿管道流入第一流动保温层7，形成循环流动。

在该实施例中，伸入第一流动保温层7内的管道端口可以从切向方向伸入第一流动保温层7内，当槽内液体经液体经泵增压后，可以经管道从切向注入第一流动保温层7，利用流体流动的惯性，可以在流动保温层形成一定的周向流动。如图5所示，示出了槽液切向注入流动保温层及周向流动的方式，这种方式可以对槽体内的液体进一步进行掺混，提升液体的温度均匀性。

在该实施例中，还可以在液体泵13的上下游管道上布置加热器件和制冷器件，其中加热器件可以是电加热丝、热流体管或换热器中的一种或多种，制冷器件可以是制冷管、冷流体管或换热器中的一种或多种，可以依据目标的需求调节升温/降温。

实施例5

如图6所示，示出了该实施例提供的恒温槽的剖面结构示意图。其与上述任一实施例提供的恒温槽的区别在于：在该实施例提供的恒温槽中，在中心恒温区1的底部还设置有底板，该底板与第三层环形挡板2的底部连接，并在该底板的中心开设第一通孔，该第一通孔允许槽体内的液体从第三流动保温层进入中心恒温区1。还在中心恒温区1底部具体设置驱动槽液流动的转轮体9，用于驱动槽液在恒温槽内的循环流动。其中转轮体9的转头位于底板的上方，并在该转头的上方设置有盖板17，以防止恒温槽槽顶掉落物体卡住转轮体9的转头，同时还可以防止因中心恒温区1内的温度计掉落，而损坏温度计。转轮体9的转轴则穿过第一通孔与驱动装置连接。其中第一通孔的孔径大于转轮体9的转轴的直径，这样的设置使得转轮体9的转头在上方设置的盖板17和底板之间转动，既能保证转轮体9的转动，从而带动槽液在恒温槽内的循环流动，又不影响槽液从第一通孔中通过。转轮体9可以选择离心叶轮、轴向叶轮或者其它类型转轮中的一种。

图6示出的是驱动装置驱动转轮体9的一种方式，其中转轮体9选择离心叶轮，并与同轴相连接的永磁体10形成一个整体，其中永磁体10贴近环形外壳体8的槽底，并在该槽底的外侧设置与永磁体10配对使用的外磁体12，该外磁体12与驱动电机11的转子同轴连接，进而驱动电机11可以带动外磁体12转动，然后外磁体12通过磁力驱动槽内的永磁体10转动，永磁体10则带动同轴连接的转轮体9转动，进而驱动槽液流动。

图6中仅仅示出了一种驱动连接方式，该实施例提供的恒温槽还可以在槽底的两侧不设置外磁体12和永磁体10，而是在槽底设置第二通孔，将驱动电机11的转子与转轮体9直接同轴相连，并在转轮体的转轴与槽底第二通孔间设置密封结构，使得驱动电机11直接驱动转轮体9转动，进而驱动槽内液体形成流动。或者仅在槽底内侧设置永磁体10，该永磁体10与转轮体9同轴连接形成一个整体，在槽底外侧设置若干螺旋线圈，该螺旋线圈内按照时序周期性通电，产生周期性变化的磁场，带动永磁体10转动，进而驱动转轮体9转动，实现槽液的循环流动。

实施例6

该实施例提供的恒温槽与上述任一实施例提供的恒温槽的区别仅在于：该实施例提供的恒温槽在环形外壳体8上和/或第一流动保温层7和/或第二流动保温层5和/或第三流动保温层3内设置有加热器件，通过该加热器件的设置，可以在环形外壳体8上和/或第一流动保温层7和/或第二流动保温层5和/或第三流动保温层3内对槽体内的液体进行加热，并可通过加热调节槽液温度升高或维持在目标温度值。

其中使用的加热器件可以选择电加热丝、热流体管路、电加热棒或加热片中的一种或多种组合，其中热流体管路内有热流体流动，可以通过调节热流体管路内流体的温度和流量，调节槽液温度升高或维持在目标温度值。也可以将电加热棒竖直插入在流动保温层内，对其内的液体进行加热。使用电加热片时，可以将其设置在流动保温层内，或者贴合在环形挡板或环形外壳体的外表面上。

实施例7

该实施例提供的恒温槽与上述任一实施例提供的恒温槽的区别仅在于：该实施例提供的恒温槽在环形外壳体8上和/或第一流动保温层7和/或第二流动保温层5和/或第三流动保温层3内设置有制冷器件，通过该制冷器件的设置，可以在环形外壳体8上和/或第一流动保温层7和/或第二流动保温层5和/或第三流动保温层3内吸收槽液释放的热量进行降温调温，通过调节制冷调节槽液温度降低或维持在目标温度值。

其中使用的制冷器件可以选择制冷管、冷流体管路中的一种或两种组合，其中可以通过调节制冷管制冷剂的温度和流量调节槽液温度降低或维持在目标温度值。冷流体管路内有冷流体流动，可以通过调节热流体管路内流体的温度和流量，调节槽液温度降低或维持在目标温度值。

实施例8

该实施例提供的恒温槽与上述任一实施例提供的恒温槽的区别仅在于：该实施例提供的恒温槽在环形外壳体8上和/或第一流动保温层7和/或第二流动保温层5和/或第三流动保温层3内设置有加热器件和制冷器件，通过该加热器件和制冷器件的设置，可以在环形外壳体8上和/或第一流动保温层7和/或第二流动保温层5和/或第三流动保温层3内依据目标的需求对槽液的温度进行调节。

实施例9

如图7所示，示出了该实施例提供的恒温槽的剖面结构示意图。其与上述任一实施例提供的恒温槽的区别在于：该实施例提供的恒温槽在第一流动保温层7中设置水平方向的搅拌轮14，通过该搅拌轮14的转动，可以在流动保温层形成一定的周向流动，并且流动保温层内的周向流动将传导到整个恒温槽内的全部槽液，整体的周向流动将有利于温场的均匀性，尤其是周向的温场均匀性。

在该实施例中，搅拌轮14也可以设置在第二流动保温层，或者第三流动保温层，或者中心恒温区1内，也可以在各个流动保温层和中心恒温区内设置搅拌轮。

实施例10

该实施例提供的恒温槽与上述任一实施例提供的恒温槽的不同之处仅在于：该实施例提供的恒温槽在环形外壳体8的外侧设置有保温材料，其中保温材料可以为聚氨酯发泡保温层、胶木板保温层、保温棉或绝热毯中的一种或多种组合。

实施例11

该实施例提供的恒温槽与上述实施例5提供的恒温槽的不同之处仅在于：该实施例提供的恒温槽还在第一流动保温层7内设置有加热器件，例如上述实施例6中描述的电加热丝或加热片，其以螺旋的方式设置在第一层环形挡板6上。其中该实施例提供的恒温槽的整体外径为153mm，整体高度为353mm，中心恒温区的高度为300mm，中心恒温区的内径为90mm。

本发明人以该实施例提供的恒温槽为模型，对其中心恒温区1的温度均匀性和稳定性，以及槽内槽液的流动阻力进行了模拟计算。其中模拟计算采用简单的液体内部流动模型，流动阻力采用真实的水流阻力计算，计算点温度为90℃，磁力驱动的功率为5.6W。

如图8所示，为经模拟计算的恒温槽内整体中心切面温度热像图，可见在中心恒温区1内，从底部转轮体转头两侧至中间位置以及顶部位置处的槽液的温度均为90.051℃，这与设定的90℃温度值基本上无差别，因此中心恒温区内的槽液温度表现出极高的均匀性和稳定性，超出现有技术中存在的其他恒温槽的温度均匀性精度极限。

如图9所示，为经模拟计算的恒温槽内整体流场图，可见该实施例提供的恒温槽设计能够有效驱动槽内槽液在流动保温层和中心恒温区之间的循环流动，保证槽液在槽内进行充分掺混和保温，从而实现中心恒温区内槽液的温度均匀性和稳定性。如图10所示，为经模拟计算的恒温槽内整体中心切面流速图，可见在转轮体位置处及其附近的槽液流速较大，达到0.5m/s以上，而在中心保温区的上部以及各流动保温层中的槽液的流速基本上维持在0.1m/s左右，因此，该实施例提供的恒温槽内的槽液在转轮体的驱动下，不仅可以保证槽液完成流动保温层-中心恒温区-流动保温层的循环流动，还能够保证槽内中心恒温区上层槽液的流动稳定性，有利于进行温度计量检测和环境实验。

对比例

该对比例提供的恒温槽与上述实施例11提供的恒温槽的区别仅在于：该对比例提供的恒温槽的驱动方式是在第一流动保温层7内设置有环形中空的驱动轮15，并在其上设置有与水平方向成一定倾角的叶片，如图11所示，该驱动轮15上固定有永磁体，该永磁体与驱动轮15同轴连接形成一个整体，同时在环形外壳体8的外侧贴近驱动轮15的对应位置，设置有环形的驱动磁圈16，当该驱动磁圈16转动时，将通过磁力带动永磁体转动，并同步带动驱动轮15转动，形成槽内槽液的驱动力。

按照上述实施例11中所述的模型计算方法和条件对该对比例提供的恒温槽的模型进行计算，结果发现该对比例提供的恒温槽的驱动方法并不能驱动槽内的槽液在流动保温层和中心恒温区之间形成折返流动，即循环流动，无法对槽内的槽液进行充分掺混和保温，因此不能保证该对比例提供的恒温槽的中心恒温区内槽液的温度均匀性和稳定性。

根据以上实施例的描述，在本发明提供的恒温槽内设置流动保温层具有以下特点和优势：

1)槽体的槽液在流动保温层内可以兼具两项功能，其一作为必需的温场液体，提供稳定的热容；其二，常用的恒温槽液体往往具有较低的导热系数，其在流动保温层内不会直接与中心恒温区液体发生掺混，在周向分层充当良好的保温材料，极大的节省了保温空间和重量。

2)流动保温层的厚度可以控制得很紧凑，可以在有限空间内设置多层，整个槽体可以设计的紧凑，还可以实现便携式目标。

3)流动保温层本身在流动中实现掺混，经多次折返掺混后，在中心温场时，已经具有优秀的均匀性。

4)流动保温层内可以有利于附加周向的流动(该周向流动可以通过底部转轮体、泵驱槽液的切向注入、设置水平方向搅拌的任一种实现)，槽液除了上下折返流动，还在周向有一定的流动，这极大的利于温场的周向温度均匀性。

5)在流动保温层中，槽液全部参与了高效的循环流动，利用在其中设置的加热和制冷器件，实现制冷/加热补偿可以实现快速响应，外界的热扰动可以得到快速补偿。

6)构成流动保温层的环形挡板和外壳体结构简单，易于实现，制造组装成本低。

综上所述，本发明提供的恒温槽具有以下有益效果：

A、可以在有限的空间内设置多层流动保温层，整体槽体大幅减小，液体充注量少，同时可以大幅减少或取消传统的保温包裹，因而具有结构紧凑，重量轻，空间占用小，便于移动搬运；

B、在中心恒温区底部设置的驱动装置的驱动作用下，槽液在多层流动保温层实现了很好的保温和掺混，使得中心温场的稳定性和均匀性指标都获得大幅度提升；

C、由于槽内充液量减少带来的热容大幅减小，以及相对于传统恒温槽的外保温层的极大减少，使液槽的升温和降温速度都大幅提升，可显著的提升工作效率；能够实现加热或制冷的快速响应，极大地缩短温场稳定时间，从而进一步提升工作操作效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种恒温槽，包括环形外壳体，其特征在于，还包括设置于环形外壳体内的若干层环形挡板；其中：

所述环形外壳体包括位于圆周的环形槽壁和位于底部的槽底；

所述若干层环形挡板由外向内依次为第一层环形挡板、第二层环形挡板、……、第N层环形挡板；所述第一层环形挡板和所述环形槽壁之间形成的环形空间为第一流动保温层，所述第二层环形挡板和所述第一层环形挡板之间形成的环形空间为第二流动保温层，……，所述第N层环形挡板和第N-1层环形挡板之间形成的环形空间为第N流动保温层，所述第N层环形挡板围成的空间为中心恒温区；其中所述N为≥3的奇数；

所述恒温槽内的液体可顺序在第一流动保温层、第二流动保温层、……、第N流动保温层、中心恒温区、第一流动保温层的循环中进行循环流动；且所述第一流动保温层配置为使所述恒温槽内的液体在所述第一流动保温层中由上至下流动；

所述若干层环形挡板形成曲别针式布局，其中：奇数层环形挡板的底部与所述槽底之间均设置有空隙，且相邻的两奇数层环形挡板的顶部密封连接；所述若干层环形挡板中偶数层环形挡板的底部与所述槽底密封连接，顶部与相邻的两奇数层环形挡板的顶部密封连接处之间设置有空隙。

2.根据权利要求1所述的恒温槽，其特征在于，所述第N层环形挡板的底部向内延伸，在中心保温区底部设置有转轮体(9)以使恒温槽内液体流动与循环。

3.根据权利要求2所述的恒温槽，其特征在于，所述转轮体(9)为轴向叶轮、离心叶轮中的一种。

4.根据权利要求2所述的恒温槽，其特征在于，第N层环形挡板的底部通过一底板连接，底板的中心设有第一通孔；所述转轮体(9)的转轴向下穿过所述第一通孔与一驱动装置连接，且所述第一通孔的孔径大于转轮体(9)的转轴直径以使液体通过。

5.根据权利要求4所述的恒温槽，其特征在于，所述驱动装置选自以下中的任一种形式：在所述环形外壳体的槽底开设第二通孔，所述转轮体(9)的转轴穿过所述第一通孔后固定密封安装在该第二通孔中，且与外部驱动电机(11)的转子连接；或

在所述环形外壳体的槽底设置永磁体(10)，该永磁体(10)与所述转轮体(9)同轴连接形成一个整体，在环形外壳体的槽底外侧设置外磁体(12)，该外磁体(12)与驱动电机(11)的转子同轴连接，磁力驱动所述永磁体(10)转动，进而驱动转轮体(9)转动；或

在所述环形外壳体的槽底设置永磁体(10)，该永磁体(10)与所述转轮体(9)同轴连接形成一个整体，在环形外壳体的槽底外侧设置若干螺旋线圈，该螺旋线圈内按照时序周期性通电，产生周期性变化的磁场，带动所述永磁体(10)转动，进而驱动转轮体(9)转动。

6.根据权利要求2所述的恒温槽，其特征在于，所述转轮体(9)的转头上方设置有盖板(17)，该盖板(17)固定于第N层环形挡板的底部延伸段或底板。

7.根据权利要求1所述的恒温槽，其特征在于，还外设一液体泵，所述第一层环形挡板的上部与所述环形外壳体的环形槽壁密封连接，连接处下部的环形槽壁上设进液口与液体泵的出口连接，连接处上部的环形槽壁上设出液口与液体泵的进口连接。

8.根据权利要求7所述的恒温槽，其特征在于，所述进液口处设有进液管道，所述进液管道在所述第一流动保温层内的一端开口方向为第一流动保温层形成的环形空间的切向方向。

9.根据权利要求7所述的恒温槽，其特征在于，在所述液体泵的上下游均设置有加热器件和/或制冷器件，其中所述加热器件为电加热丝、热流体管、换热器中的一种或多种，所述制冷器件为制冷管、冷流体管、换热器中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的恒温槽，其特征在于，所述环形外壳体为环柱形外壳体或多边形柱状外壳体；所述环形挡板为环柱形挡板或多边形柱状挡板。

11.根据权利要求1所述的恒温槽，其特征在于，在流动保温层中的一层或多层中和/或环形外壳体上设置有加热器件和/或制冷器件。

12.根据权利要求11所述的恒温槽，其特征在于，所述加热器件为电加热丝、热流体管路、电加热棒或加热片中的一种或多种；所述制冷器件为制冷管或冷流体管路中的一种或两种。

13.根据权利要求1所述的恒温槽，其特征在于，还在流动保温层中的一层或多层中设置有水平方向的搅拌轮。

14.一种恒温槽，包括环形外壳体，其特征在于，还包括设置于环形外壳体内的若干层环形挡板；其中：

所述环形外壳体包括位于圆周的环形槽壁和位于底部的槽底；

所述若干层环形挡板由外向内依次为第一层环形挡板、第二层环形挡板、……、第N层环形挡板；所述第一层环形挡板和所述环形槽壁之间形成的环形空间为第一流动保温层，所述第二层环形挡板和所述第一层环形挡板之间形成的环形空间为第二流动保温层，……，所述第N层环形挡板和第N-1层环形挡板之间形成的环形空间为第N流动保温层，所述第N层环形挡板围成的空间为中心恒温区；其中所述N为≥3的奇数；

所述恒温槽内的液体可顺序在第一流动保温层、第二流动保温层、……、第N流动保温层、中心恒温区、第一流动保温层的循环中进行循环流动；

所述若干层环形挡板形成曲别针式布局，其中：相邻的两奇数层环形挡板的底部密封连接，并与所述槽底之间设置有空隙，该空隙将所述第一流动保温层和中心保温区连通；且所述若干层环形挡板中，各偶数层环形挡板的底部与其相邻的两奇数层环形挡板的底部连接处之间设置有空隙；所述第二层环形挡板的顶部与所述环形槽壁密封连接；所述若干层环形挡板中，相邻的两偶数层环形挡板的顶部密封连接，且相邻的两偶数层环形挡板之间的奇数层环形挡板的顶部与该密封连接处之间设置有空隙。

15.根据权利要求14所述的恒温槽，其特征在于，在所述第N流动保温层的上部还设置有盖板，且所述盖板与所述第N层环形挡板的顶部之间设置有空隙。

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