CN210776350U - 一种高低温快速循环装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高低温快速循环装置，包括低温制冷机构和与之连接的试件测试机构，所述试件测试机构包括测试液槽和设置在测试液槽内的换热管，所述换热管通过低温循环泵将低温液槽内冷却液抽入换热管，所述测试液槽设有第一温度检测器。所述低温制冷机构包括低温液槽和与之连接的制冷系统。该测试装置体积小、控温精度高、温变速率快。

Description

一种高低温快速循环装置

技术领域

本实用新型属于高低温快速控制技术领域，具体涉及一种高低温快速循环装置。

背景技术

快速温变装置广泛应用在各个行业。一般的工作流程是：高温或恒温一段时间，以一定的速率或者在一定时间内到达低温，低温恒温一段时间，再以一定的速率或者在一定时间内到达高温。如此反复循环。目前，满足该要求的快速温变装置有多种。一种是快速温变高低温试验箱。结构和常规的高低温试验箱相同，在原有配置基础上增加制冷功率和加热功率，以满足要求。受限于高低温试验箱的结构、空间限制，这种快速温变高低温试验箱的温变速率不能做的太快。以温度范围85～-55度为例，升降温速率一般在20度/min以内。超出该速率的，压缩机功率和加热器功率需要配置很大。在升温阶段，加热器是100%工作，在降温阶段，压缩机是最大功率输出。而在恒温阶段，压缩机和加热器都不是全功率工作。恒温时间比升温时间和降温时间都长很多。这样就造成配置的浪费。由于压缩机功率的大幅增加，其他制冷部件也要增加配置，原有高低温试验箱结构、尺寸需要重新设计，增加了制造成本。

另一种设备是温度冲击试验箱。温度冲击试验箱的工作方式是分别设置高温室和低温室，高温室维持高温并储存高温热量，低温室维持低温并储存低温冷量。工作时，将高温室的热量和低温室的热量快速传递给试件，达到高低温快速变化的目的。热量传递方式有两种，一种是另设一个工作室，试件放在工作室内。工作室和高温室、工作室和低温室之间通过风门实现隔断/连通。工作室和高温室/低温室连通时，在风机作用下，热量/冷量快速向工作室传递。这种称为三箱式温度冲击试验箱。另一种是两箱式（提篮式）冲击试验箱。将试件放在提篮内，定期将提篮在高温室和低温室之间移动，实现高低温快速变化的目的。

和提篮式冲击箱类似的，还有一种采用液体传递热量/冷量的液槽式冲击箱。结构是分别设置测试液槽和低温液槽，装有试件的提篮依次在测试液槽、低温液槽中浸泡，实现高低温快速变化的目的。

温度冲击试验箱产生温度变化的是试件及其提篮/工作室，加热器、蒸发器及其钣金始终处于高温/低温。高温热量和低温冷量基本没有浪费，加热器、压缩机的功率不需要很大。增加了风门、推杆电机等部件，还要解决高低温密封的技术问题，成本上更贵一些。温度冲击试验箱的工作温度范围更大，可达到+200～-65度；温度变化速率更快，可达到50度/min以上。但温度变化速率是很难控制的，也无法实现线性温度变化。

实用新型内容

本实用新型在于解决现有技术中存在的不足之处，提供一种测试槽体积小、控温精度高、温变速率快的高低温快速循环装置。

一种高低温快速循环装置，包括低温制冷机构和与之连接的试件测试机构，所述试件测试机构包括测试液槽和设置在测试液槽内的换热管，所述换热管通过低温循环泵将低温液槽内冷却液抽入换热管，所述测试液槽设有第一温度检测器。

所述低温制冷机构包括低温液槽和与之连接的制冷系统。

所述低温液槽设有第二温度检测器。

所述低温液槽设有搅拌机构。

所述搅拌机构包括设置在低温液槽上的搅拌电机和伸入低温液槽内与搅拌电机转轴连接的搅拌轴，所述搅拌轴上设有搅拌叶片。

所述测试液槽内设有环形板，环形板将测试液槽分割成内测试液槽和外液槽，所述内测试液槽底部与外液槽通过高温循环泵将内测试液槽的液体与外液槽内的液体循环。

所述测试液槽内设有高温加热器。

所述环形隔板与测试液槽同心。

所述换热管的外表面换热面积（m2）和测试液槽体积（m3）之比不小于10（1/m）。

所述换热管可采用螺旋形铜管或带翅片的铜管或带肋的铜管。

所述测试液槽内高温导热油体积小于低温液槽内低温导热油体积1/5。

所述低温液槽内设有低温加热器。所述换热换可设置在环形板与测试液槽之间的腔体，低温循环泵出口管路并联有阀门。

一种高低温快速循环控制方法，包括以下步骤：

高温恒温状态：测试液槽内第一温度计的温度保持恒定，此时，高温循环泵运行，低温循环泵停止运行，PLC控制测试液槽内的高温加热器使测试液温度处于设定高温；

高温快速降温状态：高温加热器停止工作，测试液槽内第一温度计的温度以一定的速率或设定的时间内下降至设定低温，此时，高温循环泵运行，低温循环泵运行，换热管内的低温导热油对测试液槽内的高温导热油降温，由于测试液槽的容积比较小，总热容较小，低温液槽温度足够低，低温液槽的导热油流速足够大，第一温度计的降温速率也比较大；

低温恒温状态：测试液槽内第一温度计的温度保持恒定，此时，高温循环泵运行，低温循环泵运行，PLC控制第二温度计比第一温度计略低，再控制第一温度计稳定在设定温度；

升温状态：测试液槽内第一温度计的温度以一定的速率或设定时间内升高至设定高温，此时，高温循环泵运行，制冷系统停止工作，低温泵循环停止运行，PLC控制高温加热器工作使测试液槽升温；

低温快速升温状态：测试液槽内第一温度计的温度以一定的速率或设定时间内升高至设定高温，此时，制冷系统停止工作，高温循环泵和低温泵循环均运行，PLC控制低温加热器和高温加热器均工作使测试液槽内液体快速升温。

本实用新型的测试液槽可采用圆筒结构，圆筒内有一个环形隔板。环形隔板与测试液槽同心，底部与测试液槽焊接。环形隔板将测试液槽分为内外两部分，内外两部分的顶部是相通的。高温循环泵与测试液槽连接，高温循环泵进口位于测试液槽的环形隔板之内，出口位于环形隔板之外，能够将测试液槽内的液体抽入环形板与测试液槽之间的腔体（即外液槽）。外液槽内液体再进入内测试液槽内，高温循环泵运行时，高温导热油在环形隔板内外进行循环，实现测试液槽内温度均匀性。导热管采用螺旋换热盘管。测试液槽中心部位设有高温加热器，在测试液槽适当的位置安装有第一温度计，避免第一温度计触碰到高温加热器和换热管，试件可从测试液槽顶部安放到测试液槽中，并被高温导热油浸泡。低温循环泵与低温液槽、换热盘管连接。低温液槽内的冷却液进入换热管，换热管给测试液槽内的测试液降温。

本实用新型的装置能够实现大的温度范围，快的温变速率调整，关键点在于：在高温、低温均能保持合适粘度、换热系数的导热油；高效率的换热盘管；较低的制冷温度；匹配的测试液槽、低温液槽容积。经过多次试验测试，一些经验性结论是：在温度范围内，导热油粘度要10mPa·s，换热系数要大于0.15W/（m·K）。换热盘管可以是铜管、带翅片的铜管和带肋的铜管。在满足安装试件的前提下，尽量减少测试液槽中高温导热油体积，增加换热盘管面积。换热盘管的外表面换热面积（m2）和测试液槽体积（m3）之比不小于10（1/m）。测试液槽最高工作温度和制冷系统最低工作温度差值大于70度。测试液槽内高温导热油体积小于低温液槽内低温导热油体积1/5。

本发明的装置适用于对小体积的试件进行测试，比如直径为10～30mm的试管，一次可以对多个试管进行测试。测试时，各个试管之间距离5mm以上，确保试管之间导热油的流动顺畅，确保温度均匀性。低温液槽的温度范围是室温至-120度，测试液槽内液体温度范围是200度～-120度，试件温度变化速率可达60度/min。一台能一次性对4支直径15mm的试管进行测试的装置，试件温度范围是70～-40度，温度变化速率10～50度/min可调；低温液槽工作温度是-50度，设备尺寸为800×1000×1200mm（长×宽×高），配置3匹压缩机一台，电压220V。相比快速温变高低温试验箱、温度冲击试验箱，本发明装置占地减少了1/3，功率减少了1/2，电压等级从380V降低至220V，适用于办公室的电压、空间；零部件数量减少了1/5，没有复杂易坏的推杆、风门等部件，可靠性大大提高；而且能实现10～50度/min之间的任意速率，适用于各种温变速率的试件。因此，本发明具有能耗小、体积小、控制精度高的特点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本发明实施例14的结构示意图；

图3为本发明实施例15的结构示意图；

1 制冷系统；2 低温液槽；3 蒸发器；4 低温加热器；5 第二温度计；6 搅拌电机；7低温循环泵；8 测试液槽；9 高温加热器； 10 高温循环泵；11 换热盘管；12 第一温度计；13 环形板；14 试件；15 阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例1：如图1所示，一种高低温快速循环装置，包括低温制冷机构和与之连接的试件14测试机构，所述试件14测试机构包括测试液槽8和设置在测试液槽8内的换热管11，所述换热管11穿过测试液槽8通过低温循环泵7将低温液槽2内导热油抽入换热管11，所述测试液槽8设有第一温度检测器。在温度范围内，高温导热油和低温导热油粘度要小于10mPa·s，换热系数要大于0.15W/（m·K）。

实施例2与实施例1的区别为：所述低温制冷机构包括低温液槽2和与之连接的制冷系统1。

实施例3与实施例2的区别为：所述低温液槽2设有第二温度检测器。

实施例4与实施例3的区别为：所述低温液槽2设有搅拌机构。

实施例5与实施例4的区别为：所述搅拌机构包括设置在低温液槽2上的搅拌电机6和伸入低温液槽2内与搅拌电机6转轴连接的搅拌轴，所述搅拌轴上设有搅拌叶片。

实施例6与实施例5的区别为：所述测试液槽8内设有环形板13，环形板13将测试液槽8分割成内测试液槽8和外液槽，所述内测试液槽8底部与外液槽通过高温循环泵10将内测试液槽8的液体与外液槽内的液体循环。

实施例7与实施例6的区别为：所述测试液槽8内设有高温加热器9。

实施例8与实施例7的区别为：所述环形隔板与测试液槽8同心。

实施例9与实施例8的区别为：所述换热管11的外表面换热面积（m²）和测试液槽8体积（m³）之比不小于10（1/m）。该比例是经过多台装置实测数据总结得出。如果该比例小于10，会降低测试液槽8的高温导热油和低温液槽2的低温导热油的换热效率，降低试件14降温速率。

实施例10与实施例9的区别为：所述换热管11可采用螺旋形铜管或带翅片的铜管或带肋的铜管。

实施例11与实施例10的区别为：所述测试液槽8内高温导热油体积小于低温液槽2内低温导热油体积1/5。该比例是经过多台装置实测数据总结得出。如果该比例大于1/5，会导致低温液槽2的蓄冷量不足，低温恒温温度发生波动。

实施例12与实施例11的区别为：所述低温液槽2内设有低温加热器4。所述制冷系统1的蒸发器3位于低温液槽2内。

实施例13：一种高低温快速循环控制方法，包括以下步骤：

高温恒温状态：测试液槽8内第一温度计12的温度保持恒定，此时，高温循环泵10运行，低温循环泵7停止运行，PLC控制测试液槽8内的高温加热器9使测试液温度处于设定高温；

高温快速降温状态：高温加热器9停止工作，测试液槽8内第一温度计12的温度以一定的速率或设定的时间内下降至设定低温，此时，高温循环泵10运行，低温循环泵7运行，换热管11内的低温导热油对测试液槽8内的高温导热油降温，由于测试液槽8的容积比较小，总热容较小，低温液槽2温度足够低，低温液槽2的导热油流速足够大，第一温度计12的降温速率也比较大；

低温恒温状态：测试液槽8内第一温度计12的温度保持恒定，此时，高温循环泵10运行，低温循环泵7运行，PLC控制第二温度计5比第一温度计12略低，再控制第一温度计12稳定在设定温度；

升温状态：测试液槽8内第一温度计12的温度以一定的速率或设定时间内升高至设定高温，此时，高温循环泵10运行，制冷系统1停止工作，低温泵循环停止运行，PLC控制高温加热器9工作使测试液槽8升温；

低温快速升温状态：测试液槽8内第一温度计12的温度以一定的速率或设定时间内升高至设定高温，此时，制冷系统1停止工作，高温循环泵10和低温泵循环均运行，PLC控制低温加热器4和高温加热器9均工作使测试液槽8内液体快速升温。

实施例14：如图2所示，与实施例10的区别为：换热管11位于环形板13与测试液槽8之间的空间内，加热器也位于环形板13与测试液槽8之间的空间内（图中未画出）。本实施例的优点是环形板13内没有加热器和换热器，温度更均匀，可以放置更多试件14。

实施例15：如图3所示，与实施例14的区别为：低温循环泵7出口管路变窄，且在出口管路处并联安装一个阀门15。在高温快速降温状态，阀门打开，大流量的低温导热油经过换热管11，加快测试槽内高温导热油降温速度。在低温恒温状态，阀门15关闭，阀门采用电磁阀流道变窄，低温导热油流量大大减少，流量足够维持测试槽内处于低温状态。本实施例的优点是更充分利用低温导热油储存的冷量，减少压缩机的配置。

Claims (10)

1.一种高低温快速循环装置，其特征在于：包括低温制冷机构和与之连接的试件测试机构，所述试件测试机构包括测试液槽和设置在测试液槽内的换热管，所述换热管通过低温循环泵将低温液槽内冷却液抽入换热管，所述测试液槽设有第一温度检测器。

2.如权利要求1所述的高低温快速循环装置，其特征在于：所述低温制冷机构包括低温液槽和与之连接的制冷系统。

3.如权利要求2所述的高低温快速循环装置，其特征在于：所述低温液槽设有第二温度检测器。

4.如权利要求3所述的高低温快速循环装置，其特征在于：所述低温液槽设有搅拌机构；所述搅拌机构包括设置在低温液槽上的搅拌电机和伸入低温液槽内与搅拌电机转轴连接的搅拌轴，所述搅拌轴上设有搅拌叶片。

5.如权利要求4所述的高低温快速循环装置，其特征在于：所述测试液槽内设有环形板，环形板将测试液槽分割成内测试液槽和外液槽，所述内测试液槽底部与外液槽通过高温循环泵将内测试液槽的液体与外液槽内的液体循环。

6.如权利要求5所述的高低温快速循环装置，其特征在于：所述测试液槽内设有高温加热器。

7.如权利要求6所述的高低温快速循环装置，其特征在于：所述环形板与测试液槽同心。

8.如权利要求7所述的高低温快速循环装置，其特征在于：所述换热管的外表面换热面积(m2)和测试液槽体积(m3)之比不小于10(1/m)；所述换热管采用螺旋形铜管或带翅片的铜管或带肋的铜管。

9.如权利要求8所述的高低温快速循环装置，其特征在于：所述测试液槽内高温导热油体积小于低温液槽内低温导热油体积1/5。

10.如权利要求9所述的高低温快速循环装置，其特征在于：所述低温液槽内设有低温加热器，所述换热换可设置在环形板与测试液槽之间的腔体，低温循环泵出口管路并联有阀门。

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