改进的温控系统及方法
技术领域
本发明属于人工影响天气技术领域,具体涉及改进的温控系统及方法。
背景技术
云室是云物理和人工影响天气研究的基础设备,它可以模拟自然云和降水的关键环节,包括气溶胶粒子吸湿性增长、活化、凝结增长等过程。云室试验时需要进行温度控制,目前国内大多数云室的温度控制系统一般分为升温路与降温路,根据实验需要开启相应管路阀门,通过调节管路内流体流量与压力控制降温速率。但是,为扩展实验室功能性和提高试验可行性,云雾实验室模拟云雾环境需要实现快速降温,此时制冷机组需要全负荷运行,对整个温控系统的控制方式、传热换热过程提出更高的要求。传统的降温方式在快速降温过程中换热损耗大降温效率低,不但限制了云室实验类型与性能,并且增加制冷负荷能源浪费增加运行成本。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供了改进的温控系统及方法,能够实现实验室内高低温及快速降温。
为实现上述目的,采用如下技术方案:
改进的温控系统,包括:降温设备、升温设备、控制系统以及温控管路;
所述温控管路包括升温路、快速降温路和实验路;
所述降温设备包括:冷冻机组、外循环冷冻水泵及冷冻水箱;所述外循环冷冻水泵的一端连接冷冻机组出水口,另一端通过主管路切换阀分别与升温路、快速降温路、实验路连接;
所述升温设备包括:板式换热器;所述升温路经所述板式换热器换热后通入实验室流体管路,所述快速降温路直接与所述实验室流体管路连通,所述实验路依次经冷冻水箱、内循环冷冻水泵与所述实验室流体管路连通,所述实验室流体管路通入实验室内部;
所述控制系统包括:控制器,及分别设置在所述升温路、快速降温路、实验路和实验室内并与所述控制器连接的温度传感器;所述控制器分别同时连接冷冻机组、外循环冷冻水泵、主管路切换阀、内循环冷冻水泵。
进一步的,所述升温路与所述实验室之间设有升温回路;所述升温回路一端通入板式换热器内并与所述升温路连通,另一端与所述实验室流体管路出口连通形成循环。
进一步的,所述快速降温路与所述实验室之间设有快速降温回路,所述快速降温回路一端与所述实验室流体管路的出口连通,另一端直接与所述冷冻机组的入口连通形成循环。
进一步的,所述实验路与所述实验室之间设有实验路回路,所述实验路回路一端与所述实验室流体管路出口连通,另一端通入所述冷冻水箱形成循环。
进一步的,所述升温路中设置有升温路电磁阀,所述快速降温路中设置有快速降温路电磁阀10,所述实验路中设置有实验路电磁阀。
进一步的,所述冷冻水箱内的温度为设定值,当冷冻水箱内的温度高于设定值时,外循环冷冻水泵开启,实现冷冻机组与冷冻水箱之间的循环,降低冷冻水箱内的温度。
进一步的,所述升温路内设置有载冷剂,所述载冷剂在所述板式换热器内换热,升温后进入所述实验室流体管路,实现实验室温度上升。
进一步的,所述快速降温路内设置有载冷剂,所述外循环冷冻水泵直接将快速降温路内的载冷剂泵送至实验室流体管路中,实现实验室温度降低。
进一步的,所述升温设备还包括:热水箱、热水泵、管道加热器,所述热水泵分别连接热水箱的出水孔及管道加热器的入口;所述板式换热器的一端连接管道加热器出口,另一端通入所述热水箱。
本发明的另一个技术方案是:
改进的温控方法,根据所述的温控系统,包括:
实验室快速降温时,控制器设置实验室的目标室内温度,开启冷冻机组及外循环冷冻水泵,将主管路切换阀切换至快速降温路载冷剂通过实验室流体管路进入实验室,降低室内温度,当实验室内温度传感器反馈温度达到设定的目标室内温度时,关闭快速降温路电磁阀及冷冻机组;
实验温度维持稳定时,控制器设置实验室的目标室内维持温度,将主管路切换阀切换至实验路,载冷剂流入冷冻水箱,内循环冷冻水泵泵送冷冻水箱载冷剂通过实验室流体管路进入实验室换热,维持目标室内维持温度不变;
实验后升温时,控制器设置实验室的目标室内温度,将主管路切换阀切换至升温路,载冷剂流入板式换热器,板式换热器内的热水与载冷剂换热使载冷剂升温,升温后的载冷剂通过实验室流体管路进入实验室实现室内温度升高,达到目标室内温度。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
1、本发明实施例提供的温控系统,在传统升降温温控管路中,新增快速降温路,快速降温时冷冻机组需要以最大负荷运转,以最快的降温速度拉低实验室温度,外循环冷冻水泵直接泵送通过冷冻机组降温的载冷剂进入实验室中,从实验室流体管路出水孔流出的载冷剂不进入冷冻水箱而直接进入冷冻机组,减少了冷冻水箱中载冷剂的流动路径和降温热负荷。
2、本发明实施例提供的温控系统,主管路切换阀联通三组控温管路,减少控温管路复杂性,切换阀切换速率快,提高试验效率及稳定性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为改进的温度控制系统示意图;
图中:1-热水泵,2-管道加热器,3-板式换热器,4-外循环冷冻水泵,5-内循环冷冻水泵,6-升温路电磁阀,7-快速降温路电磁阀,8-实验路电磁阀,9-升温路,91-升温回路,10-快速降温路,101-快速降温回路,11-实验路,111-实验路回路,12-主管路切换阀,13-控制系统,14-热水箱,15-实验室流体管路,16-实验室,17-冷冻机组,18-冷冻水箱。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明,旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明,本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图1所示,改进的温控系统,包括:降温设备、升温设备、控制系统以及温控管路;所述降温设备用于将实验室温度降低至设定温度;所述升温设备用于将实验室温度提高至设定温度;所述控制系统用于集中控制各设备运行,检测调控室内温度。
所述温控管路包括升温路9、快速降温路10和实验路11。
所述降温设备包括:冷冻机组17、外循环冷冻水泵4及冷冻水箱18;所述外循环冷冻水泵4的一端连接冷冻机组17出水口,另一端通过主管路切换阀12分别与升温路9、快速降温路10、实验路11连接;为实现实验室低温工况,冷冻机组17采用复叠式制冷机组,冷冻水箱18进行保温降低载冷剂冷量损失。
所述升温设备包括:热水箱14、热水泵1、管道加热器2、板式换热器3;所述热水泵1分别连接热水箱14的出水孔及管道加热器2的入口;所述板式换热器3的一端连接管道加热器2出口,另一端通入所述热水箱14;所述升温路9经所述板式换热器3换热后通入实验室流体管路15,所述快速降温路10直接与所述实验室流体管路15连通,所述实验路11依次经冷冻水箱18、内循环冷冻水泵5与所述实验室流体管路15连通,所述实验室流体管路15通入实验室16内部,将载冷剂送至实验室16。
所述控制系统包括:控制器13,及分别设置在所述升温路9、快速降温路10、实验路11和实验室16内并与所述控制器13连接的温度传感器;所述控制器13分别同时连接冷冻机组17、外循环冷冻水泵4、主管路切换阀12、内循环冷冻水泵5。控制器13能够采集温控管路中的液体的温度信息,以及实验室内温度信息,并根据所采集的温度信息调节降温设备或者所述升温设备的参数以稳定室内温度。
所述升温路9与所述实验室16之间设有升温回路91;所述升温回路91一端通入板式换热器3内并与所述升温路9连通,另一端与所述实验室流体管路15出口连通形成循环。所述快速降温路10与所述实验室16之间设有快速降温回路101,所述快速降温回路101一端与所述实验室流体管路15的出口连通,另一端直接与所述冷冻机组17的入口连通形成循环。所述实验路11与所述实验室16之间设有实验路回路111,所述实验路回路111一端与所述实验室流体管路15出口连通,另一端通入所述冷冻水箱18形成循环。
所述升温路9中设置有升温路电磁阀6,所述快速降温路10中设置有快速降温路电磁阀10,所述实验路11中设置有实验路电磁阀8,分别用于控制对应管路的通路与断路。
所述内循环冷冻水泵5分别连接冷冻水箱18与实验室流体管路15,实现载冷剂循环;所述冷冻水箱18内的温度为设定值,当冷冻水箱18内的温度高于设定值时,外循环冷冻水泵4开启,实现冷冻机组17与冷冻水箱18之间的循环,降低冷冻水箱18内的温度。所述升温路9内设置有载冷剂,所述载冷剂在所述板式换热器3内换热,升温后进入所述实验室流体管路15,实现实验室温度上升。所述快速降温路10内设置有载冷剂,所述外循环冷冻水泵4直接将快速降温路10内的载冷剂泵送至实验室流体管路15中,实现实验室温度降低。
如上所述的温控系统,在升温路9、快速降温路10、实验路11处分别布置与所述控制器13连接的温度传感器;所述控制器13能够监测所述升温路9、快速降温路10和实验路11中的液体的温度,以及所述实验室16内的温度信息,并根据所采集的温度信息调节所述降温设备或者所述升温设备的运行状态调节室内温度。
本发明的另一个技术方案是:根据所述温控系统的温控方法,包括:
1、实验室快速降温时,控制器13设置实验室16的目标室内温度,开启冷冻机组17及外循环冷冻水泵4,将主管路切换阀12切换至快速降温路10,打开快速降温路电磁阀7,载冷剂通过实验室流体管路15进入实验室,迅速降低室内温度,升温后的载冷剂再通过快速降温回路101流入冷冻机组17实现循环。当实验室16内温度传感器反馈温度达到设定的目标室内温度时,关闭快速降温路电磁阀7及冷冻机组17。
2、实验温度维持稳定时,控制器13设置实验室16的目标室内维持温度,将主管路切换阀12切换至实验路11,打开实验路电磁阀8,载冷剂流入冷冻水箱18,内循环冷冻水泵5泵送冷冻水箱载冷剂通过实验室流体管路15进入实验室换热,维持目标室内维持温度不变,升温后的载冷剂再通过实验路回路111循环至冷冻水箱18。
3、实验后升温时,控制器13设置实验室16的目标室内温度,将主管路切换阀12切换至升温路9,打开升温路电磁阀6,载冷剂流入板式换热器3。同时打开热水泵1及管道加热器2,将水加热后送至板式换热器3。在板式换热器3内,水与载冷剂换热使载冷剂升温,升温后的载冷剂通过实验室流体管路15进入实验室实现室内温度升高,达到目标室内温度。
本发明实施例提供的温控系统,在传统升降温温控管路中,新增快速降温路,快速降温时冷冻机组需要以最大负荷运转,以最快的降温速度拉低实验室温度,外循环冷冻水泵直接泵送通过冷冻机组降温的载冷剂进入实验室中,从实验室流体管路出水孔流出的载冷剂不进入冷冻水箱而直接进入冷冻机组,减少了冷冻水箱中载冷剂的流动路径和降温热负荷。主管路切换阀联通三组控温管路,减少控温管路复杂性,切换阀切换速率快,提高试验效率及稳定性。
由技术常识可知,本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此,上述公开的实施方案,就各方面而言,都只是举例说明,并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。