CN209639264U - 大流量水流恒温控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大流量水流恒温控制装置，包括恒温水浴箱，所述恒温水浴箱中放置有预热存水部件和盘管，所述预热存水部件的入水口通过连接管连接至外部的注水部件，预热存水部件的出水口与盘管的入口连接，盘管的出口引出至恒温水浴箱外部；所述恒温水浴箱内设有加热部件，盘管的出口处设有温度测量部件。本实用新型通过水浴的方式对预热存水部件内的水进行预热，双缸泵注入的水与预热存水部件的水热量交换后再从盘管流出即可升温到所需的温度；适用于加热流速100ml/min‑500ml/min的大水流，且能够保证出口水温的数值稳定精确。采用本实用新型的加热方式避免了对水源直接加热，也避免了沿程对水流进行保温的麻烦、降低了控制难度，更容易实施。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种控制装置，具体是一种大流量水流恒温控制装置，属于矿山地热与热害防治领域。
背景技术
随着我国东部及部分中部地区进入深地开采，高地温矿井越来越普遍，针对深循环上升地下水引起的高热异常矿井，对其地热资源进行主动利用或被动防治成为绿色矿山新方向。该课题需要研究的关键在于了解岩体裂隙网络中的水-热迁移特性，其中进行单裂隙渗流-传热特性试验研究是基础工作。
单裂隙渗流-传热特性试验需要的试验条件之一为高精度泵注水流的恒温控制，需要达到的技术要求包括：①系统出口的水流温度恒定为设计值；②系统出口的水流温度波动范围在±1℃。为达到上述技术要求，国内外解决思路包括：①对泵注水源进行加热，经泵打出后在沿程进行保温和温度补偿，直到温度达到设定值。②经泵打出后，在水流行进路线上进行温度加热及温度补偿。
上述两种思路都有明显的缺点：思路①对水源进行加热，对泵的耐温有极高要求，且沿程热损失较明显，因为泵是刚材料(热的良导体)，且沿程路线较长，温度控制较难且不准确；思路②对路径上的管线加热，若小流量液体进行循环加热可行，但当水量较大时，路径较短来不及加热流体，达不到预期的效果。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种大流量水流恒温控制装置，能够在泵注水流行进的过程中对水流加热，使出口水流温度能够快速达到所需数值且出口水温数值波动小。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种大流量水流恒温控制装置，包括恒温水浴箱，所述恒温水浴箱中放置有预热存水部件和盘管，所述预热存水部件的入水口通过连接管连接至外部的注水部件，预热存水部件的出水口与盘管的入口连接，盘管的出口引出至恒温水浴箱外部；所述恒温水浴箱内设有加热部件，盘管的出口处设有温度测量部件。
优选的，上述预热存水部件可以包括并排设在恒温水浴箱内的耐压大容积密闭容器Ⅰ和耐压大容积密闭容器Ⅱ，耐压大容积密闭容器Ⅰ的入水口连接至外部的注水部件，耐压大容积密闭容器Ⅰ的出水口连接至耐压大容积密闭容器Ⅱ的入水口，耐压大容积密闭容器Ⅱ的出水口连接至盘管下部的入口。串接在一起的耐压大容积密闭容器Ⅰ和耐压大容积密闭容器Ⅱ增大了预热存水部件的存水容量，且纯净水装在多个耐压大容积密闭容器中也减少了每个耐压大容积密闭容器中的存水量、增大了预存水的受热面积，从而恒温水浴箱中热水的热量可以分别快速传导至多个耐压大容积密闭容器中使其中的纯净水升温达到预设的数值。
优选的，所述加热部件为平铺在恒温水浴箱底板上的多根加热管，加热管上方架设隔离孔板，所述预热存水部件和盘管坐设在隔离孔板上。隔离孔板可由不锈钢制成，其作用是将加热管和上方的预热存水部件、盘管分隔开；多根加热管提升了加热效率。
恒温水浴箱箱壁外侧还设置水循环控制箱，所述水循环控制箱中设有水循环泵，所述水循环泵的吸水口通过管线连通至恒温水浴箱箱壁上开设的吸水孔，水循环泵的泵出口通过管线连通至恒温水浴箱箱壁上开设的泵出孔。水循环控制箱可通过螺丝与恒温水浴箱固定连接，水循环泵可将恒温水浴箱中加热的水通过吸水孔吸入并从泵出孔泵出至恒温水浴箱内，保证恒温水浴箱中的水循环流动，避免在恒温水浴箱中出现上下冷热不均的现象。
本实用新型通过加热部件的加热能够使出水温度最终达到所需的温度。优选的，所述恒温水浴箱内壁上设有热电偶，热电偶与恒温水浴箱表面设置的显示屏Ⅰ电连接；所述温度测量部件可以是温度计，优选为温度传感器，所述温度传感器与恒温水浴箱表面设置的显示屏Ⅱ电连接。热电偶可以实时测得恒温水浴箱内的水浴温度、温度传感器可以实时测得盘管出口的温度并分别在显示屏Ⅰ、显示屏Ⅱ上显示出来，方便操作人员随时了解并对应记录水浴温度和出水温度，方便找出二者之间的关系，通过控制水浴温度实现对出水温度的控制。
作为另一个优选的方案，所述恒温水浴箱内壁上设有热电偶，恒温水浴箱外设有温度控制单元，所述温度控制单元的控制端与加热部件的开关电连接，温度控制单元的输入端与热电偶连接。热电偶安装在恒温水浴箱内壁的安装孔上，可以实时监测恒温水浴箱中水浴的温度，并将温度信息传输至温度控制单元，当温度达到温度控制单元中设置的温度时，温度控制单元控制关闭加热部件的开关停止加热；当水浴温度低于温度控制单元中设置的温度时，温度控制单元再控制打开加热部件的开关继续加热从而实现对水浴的保温。
优选的，注水部件包括恒压恒流双缸泵和连接在恒压恒流双缸泵入口上的冷水容器，所述恒压恒流双缸泵的出口通过连接管连接到预热存水部件的入口。恒压恒流双缸泵可将冷水容器中的水以固定的流量泵入预热存水部件中，保证出水流量稳定。
优选的，为了提高恒温水浴箱的保温性能，所述恒温水浴箱的外壳包裹有石棉保温层，恒温水浴箱内设有2mm厚的304不锈钢板制作成的内胆。
所述加热部件的开关设在水循环控制箱上，通过开关方便随时控制加热部件的启停。
所述盘管从下至上螺旋设置，且由竖直设置的钢条支撑固定。螺旋设置的盘管能够尽可能延长整个盘管内水的加热长度，使盘管出口温度可以快速达到所需的温度。
本实用新型通过水浴的方式对预热存水部件内的水进行预热，注水部件注入的冷水与预热存水部件的水热量交换后再从盘管流出即可升温到所需的温度；通过对泵注水流行进路线上的水流进行加热的方式可以使出口水流温度快速达到所需的数值，适用于较大流量，比如流速100ml/min-500ml/min的水流，且能够保证出口水温的数值稳定精确。采用本实用新型的加热方式避免了对水源直接加热，也避免了沿程对水流进行保温的麻烦、降低了控制难度，更容易实施。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型中恒温水浴箱的内部结构图；
图3是耐压大容积密闭容器Ⅰ、耐压大容积密闭容器Ⅱ和盘管的连接示意图；
图中，10.恒温水浴箱，11.加热管，12.隔离孔板，10-1.吸水孔，10-2.泵出孔，13.热电偶，10-3.安装孔，14.温度测量部件，15.显示屏Ⅰ，16.显示屏Ⅱ，17.开关，20.预热存水部件，21.耐压大容积密闭容器Ⅰ，22.耐压大容积密闭容器Ⅱ，23.盘管，23-1.钢条，31.恒压恒流双缸泵，32.冷水容器，33.连接管，40.水循环控制箱，41.水循环泵，50.用水装置。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图所示，一种大流量水流恒温控制装置，包括恒温水浴箱10，所述恒温水浴箱10中放置有预热存水部件20和盘管23，所述预热存水部件20的入水口通过连接管33连接至外部的注水部件，预热存水部件20的出水口与盘管23的入口连接，盘管23的出口引出至恒温水浴箱10外部；所述恒温水浴箱10内设有加热部件，盘管23的出口处设有温度测量部件14。
上述预热存水部件20可以包括并排设在恒温水浴箱10内的耐压大容积密闭容器Ⅰ21和耐压大容积密闭容器Ⅱ22，耐压大容积密闭容器Ⅰ21的入水口连接至外部的注水部件，耐压大容积密闭容器Ⅰ21的出水口连接至耐压大容积密闭容器Ⅱ22的入水口，耐压大容积密闭容器Ⅱ22的出水口连接至盘管23下部的入口。串接在一起的耐压大容积密闭容器Ⅰ21和耐压大容积密闭容器Ⅱ22增大了预热存水部件20的存水容量，且纯净水装在多个耐压大容积密闭容器中也减少了每个耐压大容积密闭容器中的存水量、增大了预存水的受热面积，从而恒温水浴箱10中热水的热量可以分别快速传导至多个耐压大容积密闭容器中使其中的纯净水升温达到预设的数值。耐压大容积密闭容器可以选用容积20L的密闭容器，耐压30MPa，能够满足使用要求。
优选的，所述加热部件为平铺在恒温水浴箱10底板上的多根加热管11，加热管11上方架设隔离孔板12，所述预热存水部件20和盘管23坐设在隔离孔板12上。隔离孔板12可由不锈钢制成，其作用是将加热管11和上方的预热存水部件20、盘管23分隔开；多根加热管11提升了加热效率。
恒温水浴箱10箱壁外侧还设置水循环控制箱40，所述水循环控制箱40中设有水循环泵41，所述水循环泵41的吸水口通过管线连通至恒温水浴箱10箱壁上开设的吸水孔10-1，水循环泵41的泵出口通过管线连通至恒温水浴箱10箱壁上开设的泵出孔10-2。水循环控制箱40可通过螺丝与恒温水浴箱10固定连接，水循环泵41可将恒温水浴箱10中加热的水通过吸水孔10-1吸入并从泵出孔10-2泵出至恒温水浴箱10内，保证恒温水浴箱10中的水循环流动，避免在恒温水浴箱10中出现上下冷热不均的现象。
本实用新型通过加热部件的加热能够使出水温度最终达到所需的温度。优选的，所述恒温水浴箱10内壁上设有热电偶13，热电偶13与恒温水浴箱10外侧设置的显示屏Ⅰ15电连接；所述温度测量部件14可以是温度计，优选为温度传感器，所述温度传感器与恒温水浴箱10外侧设置的显示屏Ⅱ16电连接。热电偶13可以实时测得恒温水浴箱10内的水浴温度、温度传感器可以实时测得盘管23出口的温度并分别在显示屏Ⅰ15、显示屏Ⅱ16上显示出来，方便操作人员随时了解并对应记录水浴温度和出水温度，方便找出二者之间的关系，通过控制水浴温度实现对出水温度的控制，上述温度传感器可以选用PT100型热电偶。
作为另一个优选的方案，所述恒温水浴箱10内壁上设有热电偶13，恒温水浴箱10外设有温度控制单元，所述温度控制单元的控制端与加热部件的开关17电连接，温度控制单元的输入端与热电偶13连接。热电偶13安装在恒温水浴箱10内壁的安装孔10-3上，可以实时监测恒温水浴箱10中水浴的温度，并将温度信息传输至温度控制单元，当温度达到温度控制单元中设置的温度时，温度控制单元控制关闭加热部件的开关17停止加热；当水浴温度低于温度控制单元中设置的温度时，温度控制单元再控制打开加热部件的开关17继续加热从而实现对水浴的保温。所述温度控制单元可以是AI-518型温度控制器。
优选的，注水部件包括恒压恒流双缸泵31和连接在恒压恒流双缸泵31入口上的冷水容器32，所述恒压恒流双缸泵31的出口通过连接管33连接到预热存水部件20的入口。恒压恒流双缸泵31可将冷水容器32中的水以固定的流量泵入预热存水部件20中，保证出水流量稳定。
优选的，为了提高恒温水浴箱10的保温性能，所述恒温水浴箱10的外壳包裹有石棉保温层，恒温水浴箱10内设有2mm厚的304不锈钢板制作成的内胆。
所述加热部件的开关17设在水循环控制箱40上，通过开关17方便随时控制加热部件的启停。
所述盘管23从下至上螺旋设置，且由竖直设置的钢条23-1支撑固定。螺旋设置的盘管23能够尽可能延长整个盘管23内水的加热长度，使盘管23出口温度可以快速达到所需的温度。
为了盘管23为外径4mm的304不锈钢管，总长50m。长度大的不锈钢管延长了整个盘管23内水的加热长度，能够使盘管23出口温度快速达到所需的温度。
下面以用水装置50要求的流量300ml/min、水流出口要求温度40℃为例，对本实用新型的具体操作进行进一步说明，具体步骤如下：
1.在耐压大容积密闭容器Ⅰ21和耐压大容积密闭容器Ⅱ22内装满纯净水，并放在恒温水浴箱10中的隔离孔板12上；按图3所示将耐压大容积密闭容器Ⅰ21、耐压大容积密闭容器Ⅱ22和盘管23连接起来，依次为恒压恒流双缸泵31——耐压大容积密闭容器Ⅰ21——耐压大容积密闭容器Ⅱ22——盘管23底部入口——盘管23顶部出口——用水装置50；
2.在恒温水浴箱10内装满纯净水，盖上恒温水浴箱10的箱盖；
3.打开加热部件的开关17对恒温水浴箱10内的纯净水加热，同时启动水循环泵41进行循环，直至热电偶13检测到水浴温度为38℃时停止加热，此时耐压大容积密闭容器Ⅰ21和耐压大容积密闭容器Ⅱ22内的水温也为38℃；
4.打开恒压恒流双缸泵31，设置泵注流体流量为300ml/min，继续对水浴进行加热，当盘管23出口处的温度测量部件监测到出水温度达到40℃时，加热部件停止加热，测得并记录此时的水浴温度；
5.改变恒压恒流双缸泵31注入流体的流量，通过加热部件的加热使出水温度达到40℃，记录下此时热电偶13测得的水浴温度值；
6.多次改变恒压恒流双缸泵31注入流体的流量并进行试验，最后可以得到出水温度恒定为40℃时，不同流量条件下所对应的水浴温度值，这样即可实现通过控制水浴温度来控制出水温度。
Claims (10)
1.一种大流量水流恒温控制装置，其特征在于，包括恒温水浴箱(10)，所述恒温水浴箱(10)中放置有预热存水部件(20)和盘管(23)，所述预热存水部件(20)的入水口通过连接管(33)连接至外部的注水部件，预热存水部件(20)的出水口与盘管(23)的入口连接，盘管(23)的出口引出至恒温水浴箱(10)外部；所述恒温水浴箱(10)内设有加热部件，盘管(23)的出口处设有温度测量部件(14)。
2.根据权利要求1所述的大流量水流恒温控制装置，其特征在于，所述预热存水部件(20)包括并排设在恒温水浴箱(10)内的耐压大容积密闭容器Ⅰ(21)和耐压大容积密闭容器Ⅱ(22)，耐压大容积密闭容器Ⅰ(21)的入水口连接至外部的注水部件，耐压大容积密闭容器Ⅰ(21)的出水口连接至耐压大容积密闭容器Ⅱ(22)的入水口，耐压大容积密闭容器Ⅱ(22)的出水口连接至盘管(23)下部的入口。
3.根据权利要求1所述的大流量水流恒温控制装置，其特征在于，所述加热部件为平铺在恒温水浴箱(10)底板上的多根加热管(11)，加热管(11)上方架设隔离孔板(12)，所述预热存水部件(20)和盘管(23)坐设在隔离孔板(12)上。
4.根据权利要求1所述的大流量水流恒温控制装置，其特征在于，还包括设在恒温水浴箱(10)箱壁外侧的水循环控制箱(40)，所述水循环控制箱(40)中设有水循环泵(41)，所述水循环泵(41)的吸水口通过管线连通至恒温水浴箱(10)箱壁上开设的吸水孔(10-1)，水循环泵(41)的泵出口通过管线连通至恒温水浴箱(10)箱壁上开设的泵出孔(10-2)。
5.根据权利要求1所述的大流量水流恒温控制装置，其特征在于，所述恒温水浴箱(10)内壁上设有热电偶(13)，热电偶(13)与恒温水浴箱(10)表面设置的显示屏Ⅰ(15)电连接；所述温度测量部件(14)为温度传感器，所述温度传感器与恒温水浴箱(10)表面设置的显示屏Ⅱ(16)电连接。
6.根据权利要求1所述的大流量水流恒温控制装置，其特征在于，所述恒温水浴箱(10)内壁上设有热电偶(13)，恒温水浴箱(10)外设有温度控制单元，所述温度控制单元的控制端与加热部件的开关(17)电连接，温度控制单元的输入端与热电偶(13)连接。
7.根据权利要求1所述的大流量水流恒温控制装置，其特征在于，注水部件包括恒压恒流双缸泵(31)和连接在恒压恒流双缸泵(31)入口上的冷水容器(32)，所述恒压恒流双缸泵(31)的出口通过连接管(33)连接到预热存水部件(20)的入口。
8.根据权利要求1所述的大流量水流恒温控制装置，其特征在于，恒温水浴箱(10)的外壳包裹有石棉保温层，恒温水浴箱(10)内设有2mm厚的304不锈钢板制作成的内胆。
9.根据权利要求1所述的大流量水流恒温控制装置，其特征在于，所述加热部件的开关(17)设在水循环控制箱(40)上。
10.根据权利要求1所述的大流量水流恒温控制装置，其特征在于，所述盘管(23)从下至上螺旋设置，且由竖直设置的钢条(23-1)支撑固定。
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| CN111504854A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-08-07 | 中国矿业大学 | 一种牛顿流体粘度的温差型测量装置及测量方法 |
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Granted publication date: 20191115 |