CN207367079U - 定速槽及定速槽用定速降温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种定速槽以及定速槽用定速降温系统，通过冷媒换热单元和压缩机制冷单元配合使用，使得定速槽除了具有普通定速槽的恒温功能和升温功能外，还增加了“定速降温”功能，使槽温在较宽的温度范围(如160℃～0℃)内，创造了一个稳定、均匀、连续的自动调整的温度场，实现了定速降温，降温速度可控制在1℃/min，极大地提高了变压器温控器校准的效率和准确度，填补了国内变压器温控器校准/检验装置在定速降温技术上的空白。

Description

定速槽及定速槽用定速降温系统

技术领域

本实用新型涉及温控技术领域，具体为一种温度仪表校准、测试用定速槽及定速槽的温度控制系统。

背景技术

带有电气接点的温控器、温度开关等温度测控装置，具有结构简单、工作可靠等一系列优点，被广泛应用于仪器仪表、自动化、汽车、高铁动车、军工、高压输变电、家电、农业等诸多领域，上述温度测控装置中电接点动作的准确度是该类装置的主要技术指标之一。

温控器在高压输变电领域的应用最为典型，为此下面以高压输变电领域为例，为保证变压器本身及电网的安全、稳定运行，在每台变压器上均安装有多台“变压器用油面温控器”和至少一台“变压器用绕组温控器”，用于对上述变压器运行过程中温升的监测、控制和保护。

“变压器用油面温控器”、“变压器用绕组温控器”最重要的功能是监测变压器油面温度和绕组温度，并对不同程度的超温分别提供报警信号、冷却装置控制信号甚至跳闸信号，这些信号均以独立的电接点方式对外提供。每一台温控器中有3～5对电接点输出信号，若变压器油面（绕组）温度从环境温度分别上升至各电接点的温度切换点（如55℃、65℃、75℃等）附近，相应的电接点将从断开状态切换到闭合状态，通过外部不同的执行机构分别执行超温报警、冷却、跳闸等控制功能；反之，若油面（绕组）温度从较高的温度（如100℃左右）分别下降至各电接点的温度切换点附近，相应的电接点将从闭合状态切换到断开状态。温控器的测量范围可达（0～160）℃，测量准确度为1.5级（即量程的1.5%），其数据监控的准确与否，会直接影响电力变压器本身及电网的安全与稳定运行，因此温控器的示值误差、动作接点误差等指标必须准确可靠，新制的温控器在使用前应对示值误差、动作接点误差、切换差等重要技术指标进行校准，使用中的温控器应按校准周期对上述指标进行周期校准。温控器的校准需要在“温控器校准装置”中进行，温控器校准装置主要包括的检验设备如下：

1.标准铂电阻温度计及配套电测仪表，或满足测量不确定度要求并具有通讯接口的其它温度测量标准器，负责实时、精确读取槽温，该温度通过上述标准器溯源至国家最高温度基准；

2.定速槽：定速槽主要作为温度源，提供理想的动态和静态温度（槽温）环境，槽温控制范围通常在（0～160）℃，按要求的速率升温、降温，并具有恒温功能，定速槽的定速升温速率通常规定为1℃/min；定速降温速率通常规定为-1℃/min。目前由于技术限制，在没有成熟的定速变温恒温槽的情况下，只能使用普通恒温槽代替，普通恒温槽的自然降温非常慢，工作效率非常低；

3.电接点采集器，负责监测并记录各被校温控器各电接点的切换动作和上、下切换值。

4.示值读数装置，负责实时读取变压器温控器表盘指针示值，并转换成数字，通常有人工读数和图像识别两种模式。

5.对于变压器用绕组温控器，需进行热模拟特性和热模拟时间常数测定的，应增加可调恒流源、变流器、电流表等。

6.专用控制、校准软件，负责控制协调装置各模块和部件的工作、控制校准进程、人机交互，数据处理、报表、证书输出等。

以上变压器温控器校准装置中，除定速槽外，其它的配套仪表、设备均无技术瓶颈，只有定速槽是校准装置中亟待攻克的最大难题。

温控器电接点校准过程中，要求恒温槽均匀升、降温以测得电器接点的切换值，相关产品标准规定槽温变化速率（绝对值，下同）应不大于1℃/min，即升温速率不大于1.0℃/min，降温速率不小于-1.0℃/min。槽温变化速率过大会因温控器温包式探头的滞后效应，造成较大的校准误差，槽温变化速率过小则导致校准过程耗时过多，降低工作效率。从升温工况到恒温工况过渡及恒温过程中应注意，这个过程通常用于进行上行程示值测试，槽温应呈逐渐升高趋势，而且升温速率逐渐减小，趋向于恒温，目的是为了准确测出被校仪表的阻尼、滞后等因素所带来的误差；同理，从降温工况到恒温工况过渡及恒温过程中应注意，这个过程属于下行程示值测试，温度应呈逐渐降低趋势，而且降温速率绝对值逐渐减小，趋向于恒温，校准过程中，无论对于上行程和下行程，均要求槽温单调变化，避免槽温波动。

目前用于上述带电接点温度控制仪表及温度开关校准的温度源基本上仍为传统的恒温水槽、恒温油槽或制冷恒温槽，或上述传统恒温槽的组合使用，上述恒温槽在（50～160）℃温度范围内的降温只能采用自然降温（停止电加热），由于恒温槽中盛有大量热介质（如水、硅油等，体积通常有20升～40升左右），且槽体采取了良好的隔热措施，恒温槽的保温能力很强，单靠槽体的自然降温需要等待很长时间，校准效率极低。如图2所示恒温槽自然降温过程的部分记录曲线，从曲线可见，恒温槽从160℃降自然降温至50℃，大约耗时14h。

由于上述恒温槽降温效果很差，其对温控器等带电接点仪表或温度开关的校准效率非常低，根本无法满足实际工作需要。

传统的制冷恒温槽虽然带有制冷压缩机所构成的制冷系统，但是，一方面该制冷系统不适合在较高的槽温（如50℃以上）工作，否则制冷回路中的氟利昂可能遇高温而分解失效；另一方面上述制冷恒温槽不具备定速降温功能，一旦启动制冷，只能进行全功率制冷。

总之，如果使用普通恒温槽校准变压器温控器，即便使用不同温度范围的多台普通恒温槽分温区校准，也无法取得理想的校准效果和效率，这是当前的现实情况，是亟待解决的技术瓶颈。

发明内容

本实用新型的目的就是提出一种可定速升降温的定速槽，使得定速槽除了具有普通定速槽的恒温功能和升温功能外，还增加了“定速降温”功能，使槽温在较宽的温度范围(如160℃～0℃)内，按照设定的降温速率连续下降，并允许中间设置恒温点。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种定速槽，它包括油槽，油槽设置有槽盖、搅拌器、电加热器、槽内筒、槽媒、控温传感器，槽内筒盛放槽媒作为温度源，槽盖设置在槽内筒上开口处，电加热器为槽媒加热，控温传感器测取槽媒温度，其特征在于：还包括冷媒换热单元、压缩机制冷单元、槽冷蒸发器、隔板、冷媒换热盘管，隔板将槽内筒隔成大、小筒两个筒腔，使两个筒腔形成连通器，小筒内安装有电加热器、搅拌器、冷媒换热盘管、槽冷蒸发器、控温传感器，冷媒换热单元和压缩机制冷单元均为闭环式制冷回路，槽冷蒸发器与压缩机制冷单元连通，冷媒换热盘管与冷媒换热单元连通，油槽内槽媒温度（槽温）的整个范围分为两个温区，即高温区和低温区，当槽温处于高温区时，冷媒换热单元通过冷媒换热盘管对槽媒制冷；温处于低温区时，压缩机制冷单元通过槽冷蒸发器对槽媒进行制冷；该装置还包括控制器，控制器与控温传感器、冷媒换热单元和压缩机制冷单元连接，通过控制器对冷媒换热单元中的冷媒和压缩机制冷单元的制冷剂的流量进行控制。

所述的控制还与搅拌器、电加热器连接。

所述的槽冷蒸发器沿小筒内壁环绕，冷媒换热盘管设置在槽冷蒸发器的内侧或者外侧。

槽盖设置有控温传感器插口，控温传感器插入插口浸入槽媒中，所述的控温传感器为双支的A级三线制Pt100铂电阻，其中一支作为控温传感器，接控温仪表输入端；另一支作为速率传感器使用，接到控制器，主要用于槽温及其升、降温速率的测量。

所述的槽内筒由金属材料压制或焊接成形；槽内筒上部设有溢油口，下部设有放油口。

进一步地，所述的槽媒与冷媒换热单元中循环的制冷介质为同一种工作介质，槽内筒设置有溢流口，溢流口通过管路与冷媒换热单元中工作介质储存装置连通，槽内筒还设置有补液管路，补液管路通过泵与冷媒换热单元中工作介质储存装置连通，通过该补液管路可对槽体内的槽媒进行快速、自动补液操作。槽升温过程中槽媒膨胀，高出溢流口的部分槽媒通过溢流口流向冷媒箱。定速槽下次使用时，槽温通常接近室温，此时槽媒液位因上次的溢流而有所降低，为保证槽内有效工作温区及安全加热，使用前应补充槽媒，槽媒为槽内筒中所充满的液态热载体，通常选择满足工作温度范围、无污染的硅油。

隔板的作用是将内筒内部空间分隔为相互连通的连通器，以利于槽媒的强制循环；电加热器属于电加热单元的加热源，负责定速槽升温、恒温等过程中为槽媒加热。

所述的搅拌器包括、搅拌电机、搅拌叶和搅拌杆，搅拌杆上端与搅拌电机连接，搅拌器的作用是强制槽媒快速搅拌，将电加热器提供的热量及槽冷蒸发器或冷媒换热盘管提供的“冷量”迅速、均匀分布到整个槽内的槽媒中，保证槽内工作区域均匀的温度场及定速槽尽可能小的热滞后。

冷媒换热盘管作为较高槽温下冷媒换热降温的热交换器；所述的油槽还包括保温隔热层，其包裹在内筒外壁，起保温、隔热作用。

所述高温区和低温区之间的衔接点设置在40℃--50℃之间，作为冷媒换热单元和压缩机制冷单元两种降温途径的临界温度点（临界槽温），该温度点的设定与压缩机制冷单元所使用的冷媒（氟利昂）型号有关。以43℃为例，当所述油槽中槽媒的温度大于等于43℃时采用冷媒换热单元对高温区降温；槽媒的温度低于43℃时采用压缩机制冷单元对低温区降温。

一种定速槽用定速降温系统，它包括定速槽、冷媒换热单元、压缩机制冷单元、主控制单元，定速槽内设置有控温传感器、槽冷蒸发器、冷媒换热盘管，定速槽内装满槽媒，冷媒换热单元、压缩机制冷单元均为闭环式冷却回路，冷媒换热单元与冷媒换热盘管连通，压缩机制冷单元与槽冷蒸发器连通，主控制单元包括控制器，控制器分别与控温传感器、冷媒换热单元、压缩机制冷单元连接；所述的槽媒变化温区被划分为高温区和低温区，若槽温处于高温区，主控制单元控制冷媒换热单元对定速槽进行换热降温，若槽温处于低温区，主控制单元控制压缩机制冷单元对定速槽进行换热降温。

进一步地，高温区和低温区之间的衔接点设置在40℃--50℃之间，作为冷媒换热单元和压缩机制冷单元两种降温途径的临界温度点，该温度点的设定与压缩机制冷单元所用冷媒（氟利昂）的规格型号有关，通常槽温达到50℃以上，主控制器将禁止压缩机制冷单元工作。

该系统还包括电加热单元，其包括定速槽内设置的电加热器，PID调节器与电加热单元连接，通过控温传感器采集数据由PID调节器控制电加热器工作，实现对定速槽升温、恒温等过程中对槽媒的加热。PID调节器可以是控温仪表，也可由主控制单元担任，控温仪表应带有通讯接口。

主控制单元是定速槽的控制中枢，以ARM7 MCU为核心作为控制器，对整个定速槽的工作过程进行管理、控制，并具有RS-232和RS-485通讯接口。

所述的冷媒换热单元为闭环式制冷回路，回路上依次设置有冷媒箱、调速泵组，冷媒换热盘管，调速泵组与控制器连接，通过调速泵组控制回路内冷媒的流量，冷媒箱用于冷媒的储存和冷却（二级制冷）；进一步地，冷媒箱与冷媒换热盘管之间回路上设置有冷媒风冷换热器，冷媒风冷换热器对经过冷媒换热盘管换热后的高温冷媒进行初步降温（一级制冷），通过风冷和冷媒箱冷却两种换热方式，二次阶梯式降温，提高换热效率。

与单纯的一级制冷相比，两级制冷方案为冷媒热交换过程提供了更大的温差，对于同样的槽温降温速率，两级制冷可使用较小的冷媒循环流量。

冷媒在调速泵的强制驱动下从冷媒箱流入槽体中的冷媒换热盘管，冷媒在进入冷媒换热盘管之前为低温冷媒（通常在-20℃～+15℃之间），在流经槽体内的冷媒换热盘管过程中，经与槽媒换热，从冷媒换热盘管流出之后则变为高温冷媒（通常在160℃～40℃之间，与槽温、降温速率等有关）；冷媒风冷换热器是一个风冷换热器，高温冷媒经冷媒风冷换热器后，部分热量被空气强制带走，冷媒温度接近（偏高于）室温，变为常温冷媒；

所述的冷媒箱内设置有冷媒箱蒸发器，其与压缩机制冷单元连接。

冷媒箱蒸发器负责对常温冷媒的二级降温，冷媒箱蒸发器安装于冷媒箱内并被冷媒充分浸没，冷媒箱蒸发器外部连接毛细管、过滤器等，构成压缩机制冷系统的一个制冷回路，定速槽开机后，压缩机制冷系统工作，冷媒箱蒸发器连续对冷媒箱中的冷媒进行制冷，来自冷媒风冷换热器出口的常温冷媒流入冷媒箱，通过冷媒箱蒸发器的二级冷却，冷媒温度进一步降低至（-20℃～20）℃。

进一步地，所述的调速泵组一端或者两端设置有过滤器，当调速泵组正转或者反转时，会对泵出口侧的过滤器进行清洗冲刷，一般在快速降温过程，且槽温在（35～25）℃之间，调速泵组中的所有泵均反转运行，实现自动清洗。

进一步地，该冷媒换热单元还包括一个小流量的槽媒循环回路，前提是冷媒与槽媒采用相同的工作介质，比如相同标号的硅油，该回路依次设置有冷媒箱、补油泵、槽体、槽体溢油管，该回路有3个辅助功能：第一是溢油功能，避免槽媒随槽温升高膨胀而从溢出到槽的上面甚至流到地面；第二是补油功能，在冷态启动时油位不足的情况下自动补充槽媒；第三是辅助快冷功能，可在一定程度上提高快速降温的降温速率；进一步地，该回路上设置有单向阀、过滤器、槽媒放液口。

所述的调速泵组由两个及以上不同最大流量的调速泵组合并联而成，通过上述不同最大流量的调速泵的组合，一方面可增大冷媒循环回路的最大流量，另一方面可以拓展流量的调节范围，满足不同槽温、不同降温速率设定值下对冷媒流量的需求，同时每一调速泵组均设置有单独的调节开关与控制器连接。

例如：1#泵的最大流量为500ml/min，流量调节范围为其最大流量的(30～100)%；2#泵的最大流量为2000ml/min，流量调节范围也是其最大流量的(30～100)%，两泵组合后，在软件的控制下，调速泵组的最小流量为1#泵的最小流量即150ml/min，最大流量为两泵的最大流量之和即2500ml/min。调速泵组的流量调节范围为其最大流量的(6～100)%，充分覆盖了定速降温的流量调节范围。

在高温区定速降温或快速降温时，冷媒箱中的冷媒在调速泵组的驱动下沿冷媒循环回路循坏，冷媒箱中经冷却的冷媒在调速泵组的驱动下，经槽体中的冷媒换热盘管与槽内的槽媒产生非接触式换热，冷媒吸热，冷媒温度升高，同时槽媒放热，槽温降低。

所述压缩机制冷单元为闭环式制冷回路，回路上依次设置有压缩机、氟利昂冷凝器、储液罐、槽冷电磁阀、槽冷毛细管、槽冷蒸发器，槽冷电磁阀与控制器连接，该回路为槽媒制冷回路。

其回路内的制冷介质为氟利昂，循环路径为：压缩机→氟利昂冷凝器→储液罐→槽冷电磁阀→槽冷过滤器→槽冷毛细管→槽冷蒸发器→压缩机。

进一步地，压缩机制冷单元还设置有冷媒制冷回路，对冷媒换热单元中的冷媒进行连续制冷，具体对冷媒箱内冷媒进行制冷，该回路内的制冷剂为氟利昂，其循环路径为：压缩机→氟利昂冷凝器→储液罐→媒冷电磁阀→媒冷过滤器→媒冷毛细管→冷媒箱蒸发器→压缩机。

定速槽开机后，冷媒制冷回路连续工作，一方面对冷媒箱中的冷媒进行连续制冷，另一方面为槽媒制冷回路的通、断控制提供氟利昂的旁路通道，保证槽媒制冷回路的正常工作。

定速槽内槽媒处于低温区且需制冷（如：定速降温、快速降温、低温恒温等）条件下槽媒制冷回路才工作，且通过调节槽冷电磁阀的通/断占空比，对槽媒的制冷量进行调节、控制，控制周期可选6s。例如当需要最大制冷量10%的制冷量时，理论上，在6s的时间段内通过槽冷电磁阀仅开通0.6s，关闭5.4s即可。

上述通过槽冷电磁阀按占空比调节槽温降温速率的方法虽然没有通过电加热方法调节槽温升温那么直接和精确，但是基于PID调节的闭环调节回路具有很强的鲁棒性，完全能够弥补上述不足。如果采用变频压缩机，在很大调节范围内，变频调速可替代上述槽冷电磁阀的占空比调节，但对于很小制冷量（如1%以下）时，槽冷电磁阀占空比调节仍具有优势，因为变频压缩机此时可能由于扭矩过低而无法运转。

冷媒换热首先通过传热模型进行理论计算，得出冷媒的当前理论流量，在此基础上，实际调节过程再通过闭环PID调节加以修正和微调，达到对降温速率进行精确速率调节的效果。调节的对象是槽温的降温速率（℃/min）；在槽温的低温区定速降温控制方法过程中，经压缩机制冷单元的槽媒制冷回路，通过PID调节算法，控制槽冷电磁阀的通/断占空比，实现对槽体制冷功率的连续可调，从而对槽温进行降温速率调节，调节的对象也是槽温的降温速率（℃/min）。

进一步地，本实用新型所涉及的定速槽中的压缩机制冷单元，是由一个制冷压缩机带动的两个并联的制冷回路，即冷媒制冷回路和槽媒制冷回路，属于“一拖二”的方案，冷媒制冷回路负责对冷媒箱中冷媒的连续制冷，而槽媒制冷回路负责低温区槽温的降温，包括定速降温和快速降温。

本实用新型方法中所涉及的定速槽具有控制槽温单调下降的功能，通常在定速降温的温度区域中包含示值校准温度点，在槽温接近示值校准温度的过程中，以及到达示值校准温度点之后，槽温保持单调下降或恒温状态，不能出现槽温上升现象，从而严格保证示值下行程校准的温度条件。

定速槽槽体的容量通常在（10～30）升，工作时槽体内盛满槽媒（如硅油），具有足够大的热容量，且通过搅拌器进行强制搅拌，槽内工作区各处温度非常均匀、一致，且可控。需要恒温时，可在所需温度保持优于0.04℃/10min的恒温效果；需要升、降温时，可按设定实现槽温的定速升、降温。标准过程中将一支标准温度计与多台被测温度仪表的探头插入定速槽并保证足够的插深，待稳定后标准温度计与各被测温度仪表所感应到的温度，可认为是同一个温度，但升、降温过程中，由于探头热惯性的影响，被测仪表所指示的温度会因滞后而产生测量误差，因此槽的升降温速率不应太大。

本实用新型的有益效果为：

1.实用性，满足现实急需，实现定速降温。

本实用新型所涉及的定速槽，是基于输变电、计量校准等行业亟待解决的行业需求而研发的，该实用新型可极大提升上述行业相关仪表的检测、校准效率和水平。

本实用新型涉及定速降温方法通过两种冷却模式采用实时闭环反馈技术，创造了一个稳定、均匀、连续的自动调整的温度场，实现了定速降温，降温速度可控制在1℃/min，极大地提高了变压器温控器校准的效率和准确度，填补了国内变压器温控器校准/检验装置在定速降温技术上的空白。

2.宽温度范围，校准过程无需换槽

本实用新型通过上述定义的“临界槽温”将定速槽的工作温度（槽温）分为高温区和低温区两个温区，并针对两个温区分别通过冷“媒换热回路”和“压缩机槽冷回路”两种换热冷却途径，并分别采用实时闭环调节技术，拓宽了定速降温的槽温范围。通过两个温区、两种降温方法的无缝衔接，可使定速槽的槽温工作范围覆盖(0～160)℃，必要时可向下延伸至-30℃左右，因此用本实用新型所述定速槽检验、校准变压器温控器及其它带电接点的温度仪表、温度开关，全过程无需更换定速槽，提高了检验、校准的自动化程度和测量准确度，填补了国内变压器温控器等温度仪表、温度开关检验、校准装置中温度源定速降温技术方面的空白。

3.基于理论流量控制，可提高运行的稳定性和可靠性

高温区冷媒换热首先通过传热模型进行理论计算，得出冷媒的当前理论流量，并通过PID调节算法得到精确的调整量，共同对降温速率进行精确的速率调节。按传热模型计算的理论流量属于开环运算，用于限制PID调节输出的范围。采用上述理论流量带来的好处是，PID调节算法等流量修正被限制在理论流量附近的很小范围，降温速率调节不会产生大的震荡波动或失控现象，提高了运行的稳定性和可靠性。

4通过“调速泵组”控制流量方法，拓展流量调节范围

定速槽高温定速降温模式下采用两个以上调速泵构成调速泵组，通过各泵不同最大流量的组合，拓展了泵组的流量调节范围，满足了不同槽温下定速降温对冷媒流量调节范围的要求。

5.“一拖二”的压缩机制冷方案，简化系统结构

所述定速槽中的压缩机制冷系统，由一个制冷压缩机带动的两个并联的制冷回路，即冷媒制冷回路和槽媒制冷回路，其中槽媒制冷回路中串有槽冷电磁阀。通常情况下，冷媒制冷回路连续工作，而槽媒制冷回路通过槽冷电磁阀工作在PWM调节占空比的连续可调模式，为槽体提供可调的制冷量。

该制冷方案所带来的好处是，首先，由于冷媒制冷回路在定速槽运行期间连续工作，已经为氟利昂冷媒提供了畅通的循环通道，因此无论槽媒制冷回路在槽冷电磁阀的控制下处于通、断的任何状态，均不会引起压缩机出口压力过高而产生保护；其次，该制冷方案节省了一套压缩机制冷系统，大大简化了系统结构，提高了可靠性。

6.自动优选快速降温，节省校准所用时间

条件允许范围内，本定速槽将尽可能以快速降温代替定速降温，以减少不必要的时间浪费，提高工作效率。

7.自动滤网清洗，免除人工清洗（保养）

在槽温(25～35)℃范围内，快速降温工况下，调速泵组通过最大流量倒转对各泵中的滤网实施清洁，以防止滤网堵塞影响泵的正常运行。具有滤网永不堵，免人工清洗功能；在恒温油槽高温降温模式下采用了两个油泵，在一个油泵出现故障的情况下，仍可保持检验装置的正常运行。提高了检验装置的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型实施例定速降温系统原理结构示意图；

图2为定速槽自然降温过程记录曲线；

图3为定速槽结构示意图；

图4为冷媒换热单元结构示意图；

图5为压缩机制冷单元结构示意图；

图6为控制回路Ⅰ；

图7为控制回路Ⅱ；

图8为电加热单元工作原理示意图。

1搅拌电机、2搅拌器、3电加热器、4槽内筒、5保温隔热层、6槽媒、7槽冷蒸发器、8隔板、9冷媒换热盘管、10控温传感器；11冷媒、12冷媒箱、13冷媒箱蒸发器、14调速泵组、15冷媒风冷换热器、16溢油管、17补油泵； 18压缩机、19氟利昂冷凝器、 20储液罐、21媒冷电磁阀、22媒冷毛细管、24槽冷电磁阀、25槽冷毛细管。

具体实施方式

如附图所示的一种定速槽，它包括油槽，油槽设置有槽盖、搅拌器2、电加热器3、槽内筒4、槽媒6、控温传感器10，槽内筒4盛放槽媒6作为温度源，槽盖设置在槽内筒4上开口处，电加热器3为槽媒6加热，控温传感器10测取槽媒6温度，定速槽还包括冷媒换热单元、压缩机制冷单元、槽冷蒸发器7、隔板8、冷媒换热盘管9，隔板8将槽内筒4隔成大、小筒两个筒腔，使两个筒腔形成连通器，小筒内安装有电加热器3、搅拌器2、冷媒换热盘管9、槽冷蒸发器7、控温传感器10，冷媒换热单元和压缩机制冷单元均为闭环式制冷回路，槽冷蒸发器7与压缩机制冷单元连通，冷媒换热盘管9与冷媒换热单元连通，油槽内槽媒6的温区分为高温区和低温区，冷媒换热单元通过冷媒换热盘管9对高温区的槽媒6制冷，压缩机制冷单元通过槽冷蒸发器7对低温区的槽媒6进行制冷；该装置还包括控制器，控制器与控温传感器、冷媒换热单元和压缩机制冷单元连接，通过控制器对冷媒换热单元和压缩机制冷单元的循环介质的流量进行控制。

所述的控制还与搅拌器2、电加热器3连接。

所述的槽冷蒸发器7沿小筒内壁环绕，冷媒换热盘管9设置在槽冷蒸发器7的内侧或者外侧。

槽盖设置有插口，控温传感器10插入插口浸入槽媒6中，所述的控温传感器10为双支的A级三线制Pt100铂电阻，其中一支作为控温传感器，接控温仪表输入端；另一支作为速率传感器使用，接到控制器，主要用于升、降温速率及冷媒温度的测试。

进一步地，所述的槽媒6与冷媒换热单元中循环的制冷介质为同一种工作介质，槽内筒4设置有溢流口，溢流口通过管路与冷媒换热单元中工作介质储存装置连通，槽内筒4还设置有补液管路，补液管路通过泵与冷媒换热单元中工作介质储存装置连通，通过该补液管路可对槽体内的槽媒6进行快速、自动补液操作。槽升温过程中槽媒6膨胀，高出溢流口的部分槽媒6通过溢流口流向冷媒箱11。定速槽下次使用时，槽温通常接近室温，此时槽媒6液位因上次的溢流而有所降低，为保证槽内有效工作温区及安全加热，使用前应补充槽媒6，槽媒6为槽内筒4中所充满的液态热载体，通常选择满足工作温度范围、无污染的硅油，硅油既为槽媒，也为冷媒11。

隔板8的作用是将内筒内部空间分隔为相互连通的连通器，以利于槽媒6的强制循环；电加热器3属于电加热单元的加热源，负责定速槽升温、恒温等过程中为槽媒6加热；所述的油槽还包括保温隔热层5，其包裹在内筒外壁，起保温、隔热作用。

所述的搅拌器2包括、搅拌电机、搅拌叶和搅拌杆，搅拌杆上端与搅拌电机连接，搅拌器2的作用是强制槽媒6快速搅拌。

冷媒换热盘管9作为较高槽温下冷媒换热降温的热交换器。

所述高温区和低温区之间的衔接点设置在40℃--50℃之间，作为冷媒换热单元和压缩机制冷单元两种降温途径的临界温度点（临界槽温）以43℃为例，当所述油槽中槽媒6的温度大于等于43℃时采用冷媒换热单元对高温区降温；槽媒6的温度低于43℃时采用压缩机制冷单元对低温区降温。

一种定速槽用定速降温系统，它包括定速槽、冷媒换热单元、压缩机制冷单元、主控制单元，定速槽内设置有控温传感器10、槽冷蒸发器7、冷媒换热盘管9，定速槽内装满槽媒6，冷媒换热单元、压缩机制冷单元均为闭环式冷却回路，冷媒换热单元与冷媒换热盘管9连通，压缩机制冷单元与槽冷蒸发器7连通，主控制单元包括控制器，控制器分别与控温传感器10、冷媒换热单元、压缩机制冷单元连接；所述的槽媒6变化温区包括高温区和低温区，在主控制单元的控制下，高温区通过冷媒换热单元对定速槽进行换热降温，低温区通过压缩机制冷单元对定速槽进行换热降温。

该系统还包括电加热单元，其包括定速槽内设置的电加热器3，PID调节器与电加热单元连接，通过控温传感器采集数据由PID调节器控制电加热器3工作，实现对定速槽升温、恒温等过程中对槽媒6的加热。PID调节器可以是控温仪表，也可由主控制单元担任，控温仪表应带有通讯接口。

主控制单元是定速槽的控制中枢，以ARM7 MCU为核心作为控制器，对整个定速槽的工作过程进行管理、控制，并具有RS-232和RS-485通讯接口。

所述的冷媒换热单元为闭环式制冷回路，回路上依次设置有冷媒箱12、调速泵组14，冷媒换热盘管9，调速泵组14与控制器连接，通过调速泵组14控制回路内冷媒的流量，冷媒箱12用于冷媒11的储存和冷却（二级制冷）；进一步地，冷媒箱12与冷媒换热盘管9之间回路上设置有冷媒风冷换热器15，冷媒风冷换热器15对经过冷媒换热盘管9换热后的高温冷媒进行初步降温（一级制冷），通过风冷和冷媒箱冷却两种换热方式，二次阶梯式降温，提高换热效率。

冷媒在调速泵的强制驱动下从冷媒箱12流入槽体中的冷媒换热盘管9，冷媒在进入冷媒换热盘管9之前为低温冷媒（通常在-20℃～+20℃之间），在流经槽体内的冷媒换热盘管9过程中，经与槽媒6换热，从冷媒换热盘管9流出之后则变为高温冷媒（通常在160℃～40℃之间，与槽温、降温速率等有关）；冷媒风冷换热器15是一个风冷换热器，高温冷媒经冷媒风冷换热器15后，部分热量被空气强制带走，冷媒温度接近（偏高于）室温，变为常温冷媒；

所述的冷媒箱12内设置有冷媒箱蒸发器13，其与压缩机制冷单元连接。

冷媒箱蒸发器13负责对常温冷媒的二级降温，冷媒箱蒸发器13安装于冷媒箱内并被冷媒充分浸没，冷媒箱蒸发器13外部连接毛细管、过滤器等，构成压缩机制冷系统的一个制冷回路，定速槽开机后，压缩机制冷系统工作，冷媒箱蒸发器13连续对冷媒箱中的冷媒进行制冷，来自冷媒风冷换热器15出口的常温冷媒流入冷媒箱，通过冷媒箱蒸发器13的二级冷却，冷媒温度进一步降低至（-20℃～20）℃。

进一步地，所述的调速泵组14一端或者两端设置有过滤器，当调速泵组14正转或者反转时，会对泵出口侧的过滤器进行清洗冲刷，一般在快速降温过程，且槽温在（35～25）℃之间，调速泵组14中的所有泵均反转运行，实现自动清洗。

进一步地，该冷媒换热单元还包括槽媒6循环回路，前提是冷媒与槽媒6采用相同的工作介质，比如相同标号的硅油，该回路依次设置有冷媒箱、补油泵17、槽体、槽体溢油管16，该回路用于槽体内槽媒6的快速循环冷却降温；进一步地，该回路上设置有单向阀、过滤器、槽媒6放液口。

所述的调速泵组14由两个及以上不同最大流量的调速泵组合并联而成，通过上述不同最大流量的调速泵的组合，一方面可增大冷媒循环回路的最大流量，另一方面可以拓展流量的调节范围，满足不同槽温、不同降温速率设定值下对冷媒流量的需求。

在高温区定速降温或快速降温时，冷媒箱12中的冷媒在调速泵组14的驱动下沿冷媒循环回路循坏，冷媒箱中经冷却的冷媒在调速泵组14的驱动下，经槽体中的冷媒换热盘管9与槽内的槽媒6产生非接触式换热，冷媒吸热，冷媒温度升高，同时槽媒6放热，槽温降低。

所述压缩机制冷单元为闭环式制冷回路，回路上依次设置有压缩机18、氟利昂冷凝器19、储液罐20、槽冷电磁阀24、槽冷毛细管25、槽冷蒸发器7，槽冷电磁阀24与控制器连接，该回路为槽媒6制冷回路。

其回路内的制冷介质为氟利昂，循环路径为：压缩机18→氟利昂冷凝器19→储液罐20→槽冷电磁阀24→槽冷过滤器→槽冷毛细管25→槽冷蒸发器7→压缩机18。

进一步地，压缩机制冷单元还设置有冷媒制冷回路，对冷媒换热单元中的冷媒进行连续制冷，具体对冷媒箱内冷媒进行制冷，该回路内的制冷剂为氟利昂，其循环路径为：压缩机18→氟利昂冷凝器19→储液罐20→媒冷电磁阀21→媒冷过滤器→媒冷毛细管22→冷媒箱蒸发器13→压缩机18。

定速槽开机后，冷媒制冷回路连续工作，一方面对冷媒箱12中的冷媒进行连续制冷，另一方面为槽媒6制冷回路的通、断控制提供氟利昂的旁路通道，保证槽媒6制冷回路的正常工作。

定速槽内槽媒6处于低温区且需制冷（如：定速降温、快速降温、低温恒温等）条件下槽媒6制冷回路才工作，且通过调节槽冷电磁阀24的通/断占空比，对槽媒6的制冷量进行调节、控制，控制周期可选6s。例如当需要最大制冷量10%的制冷量时，理论上，在6s的时间段内通过槽冷电磁阀24仅开通0.6s，关闭5.4s即可。

冷媒换热单元对高温区定速降温的调节控制：

高温区定速降温调节通过控制回路Ⅰ完成，速率传感器、主控制单元、调速泵组14构成控制回路Ⅰ，速率传感器检测的定速槽内槽温信号经信号调理及A/D转换，作为温度当前值，经过降温速率PV计算及减法器处理进入理论流量计算模块，经理论流量计算得到槽的实时降温速率，经PID调节的输出值通过调速泵组14驱动实现冷媒换热单元流量的动态调节，使定速槽槽温的降温速率保持在其设定值进入主控制单元，经主控制单元处理得到槽的实时降温速率，该降温速率的当前值（PV）序列，与降温速率的设定值（SV）作为“速率调节器”的输入，速率调节器输出驱动调速泵组14实现冷媒换热单元流量的动态调节，使定速槽槽温的降温速率保持在其设定值。

其中控温传感器，是双支的Pt100测温铂电阻，其中的一支被作为速率传感器。

主控制单元是以ARM7单片机为核心，针对整个定速槽的控制单元，定速降温调节的硬件、软件功能是该主控制单元全部功能中的一个功能模块，该模块主要包括槽温输入、“速率调节器”算法、调速泵驱动等。

低温区定速降温的调节控制通过控制回路Ⅱ完成，速率传感器、主控制单元、槽冷电磁阀24构成控制回路Ⅱ，该调节回路是一个闭环调节回路。

其中速率传感器、信号调理及A/D转换、降温速率PV计算及减法器均与高温区控制回路Ⅰ中对应功能模块为同一功能模块；两个控制回路中的PID调节是相互独立的，它们的输入信息是共用的，各自具有独立的PID参数及不同的执行机构，工作于不同的温区。通过控制器调整槽冷电磁阀24的开合占空比，实现低温区定速降温调节。

冷媒换热盘管9换热的换热效率（通常以换热系数表示）问题。随着槽温的不断降低，槽温与冷媒箱中媒温之间的温差也逐渐减小，维持定速降温所需的冷媒流量随之增大，受冷媒换热盘管9内外表面积的限制，冷媒换热盘管9的换热效率也随之降低，冷媒的出口温度将低于槽温，同时风冷式冷凝器的换热效果也会变差，理论计算结果的误差增大，但该误差可在一定程度上予以修正；

在冷媒换热盘管9的入口和出口，按理应分别测量冷媒的入口温度和出口温度，并实时计算温差，再乘以流量、冷媒在平均温度下的的热容量，得到换热器的换热功率。但实际实现过程中，考虑到成本及可靠性等因素，出口温度被槽温代替，入口温度被冷媒箱中的媒温PV代替，这都会引入一定的计算误差。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进在不付出创造性劳动前提下也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种定速槽，它包括油槽，油槽设置有槽盖、搅拌器、电加热器、槽内筒、槽媒、控温传感器，槽内筒盛放槽媒作为温度源，槽盖设置在槽内筒上开口处，电加热器为槽媒加热，控温传感器测取槽媒温度，其特征在于：还包括冷媒换热单元、压缩机制冷单元、槽冷蒸发器、隔板、冷媒换热盘管，隔板将槽内筒隔成大、小筒两个筒腔，使两个筒腔形成连通器，小筒内安装有电加热器、搅拌器、冷媒换热盘管、槽冷蒸发器、控温传感器，冷媒换热单元和压缩机制冷单元均为闭环式制冷回路，槽冷蒸发器与压缩机制冷单元连通，冷媒换热盘管与冷媒换热单元连通，油槽内槽媒温度的整个范围分为两个温区，即高温区和低温区，当槽温处于高温区时，冷媒换热单元通过冷媒换热盘管对槽媒制冷；温处于低温区时，压缩机制冷单元通过槽冷蒸发器对槽媒进行制冷；还包括控制器，控制器与控温传感器、冷媒换热单元和压缩机制冷单元连接，通过控制器对冷媒换热单元中的冷媒和压缩机制冷单元的制冷剂的流量进行控制。

2.根据权利要求1所述的定速槽，其特征在于：所述的槽媒与冷媒换热单元中循环的制冷介质为同一种工作介质，槽内筒设置有溢流口，溢流口通过管路与冷媒换热单元中工作介质储存装置连通，槽内筒还设置有补液管路，补液管路通过泵与冷媒换热单元中工作介质储存装置连通。

3.一种定速槽用定速降温系统，其特征在于：它包括定速槽、冷媒换热单元、压缩机制冷单元、主控制单元，定速槽内设置有控温传感器、槽冷蒸发器、冷媒换热盘管，定速槽内装满槽媒，冷媒换热单元、压缩机制冷单元均为闭环式冷却回路，冷媒换热单元与冷媒换热盘管连通，压缩机制冷单元与槽冷蒸发器连通，主控制单元包括控制器，控制器分别与控温传感器、冷媒换热单元、压缩机制冷单元连接；槽媒变化温区被划分为高温区和低温区，若槽温处于高温区，主控制单元控制冷媒换热单元对定速槽进行换热降温，若槽温处于低温区，主控制单元控制压缩机制冷单元对定速槽进行换热降温。

4.根据权利要求3所述的定速槽用定速降温系统，其特征在于：所述的冷媒换热单元依次设置有冷媒箱、调速泵组，冷媒换热盘管、冷媒风冷换热器，调速泵组与控制器连接，通过调速泵组控制回路内冷媒的流量，冷媒风冷换热器对经过冷媒换热盘管换热后的高温冷媒进行初步降温，冷媒箱用于冷媒的储存和二次降温冷却；所述的冷媒箱内设置有冷媒箱蒸发器，其与压缩机制冷单元连接。

5.根据权利要求4所述的定速槽用定速降温系统，其特征在于：所述的调速泵组由两个及以上不同最大流量的调速泵组合并联而成。

6.根据权利要求4所述的定速槽用定速降温系统，其特征在于：冷媒换热单元还包括槽媒循环回路，该回路依次设置有冷媒箱、补油泵、定速槽、槽体溢油管。

7.根据权利要求3所述的定速槽用定速降温系统，其特征在于：所述压缩机制冷单元为闭环式制冷回路，回路上依次设置有压缩机、氟利昂冷凝器、储液罐、槽冷电磁阀、槽冷毛细管、槽冷蒸发器，槽冷电磁阀与控制器连接，该回路为槽媒制冷回路。

8.根据权利要求7所述的定速槽用定速降温系统，其特征在于：所述的压缩机制冷单元还设置有冷媒制冷回路，对冷媒换热单元中的冷媒进行连续制冷，该回路内的制冷剂为氟利昂，其循环路径依次设置压缩机、氟利昂冷凝器、储液罐、媒冷电磁阀、媒冷过滤器、媒冷毛细管、冷媒箱蒸发器。