专利名称：一种基于冷热液体混合控温的恒温槽的制作方法
一种基于冷热液体混合控温的恒温槽
(一) 技术领域-
本发明涉及一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，尤其指一种既可以进行传感器温度标 定，又可以带较大热负荷的基于冷热液体混合控温的液体恒温槽。属于液体恒温槽。
(二) 背景技术-
在流体热物性分析的很多场合需要可带较大热负荷的精密液体恒温槽，尤其是将热交换 器置于其内部温度场精确控温。其特点是容量大、功率大、精度高、抗干扰能力强。
目前，国外及我国普遍生产和使用的液体恒温槽如图1、图2所示。
图1所示的恒温槽体2'包括工作区3'和调温区4'两个腔体，在工作区的上下端设 有循环通道22'，调温区设有搅拌器l'，还设有冷凝器19'、加热器20'用来调节温度。
采用这种结构的液体恒温槽存在如下缺陷
1. 工作区底端进液体，上端出液体，在原理上存在竖直方向的温度差；
2. 无水平方向的搅拌，故水平方向的温度场均匀性有待提高；
3. 工作区的速度分布不均匀，对形成均匀的温度场不利；
4. 恒温槽的一半为工作区，去除边界后有效工作区间小；
5. 带体积大的负荷会严重影响温度场的形状及性能。
图2所示的恒温槽为两级精密控温恒温槽，辅助恒温槽18，比主恒温槽17，的设定温 度低20度，辅助恒温槽的主加热器25，与冷凝器19，以整流栅23'隔开，搅拌器l'将液 体搅拌均匀以获得高性能温度场。主恒温槽17'分为工作区3'和调温区4'， 二者以整流 栅23'隔开。调温区有大功率的主加热器25'，小功率的辅助加热器26'，前者用来提高升 温速度，后者用来提高控温精度，搅拌器将液体搅拌均匀。管道泵ir抽取辅助恒温槽的 低温液体经阀门24'送至主恒温槽的换热底板21'，实现主恒温槽的制冷调节，自身的主加 热器和辅助加热器实现升温调节。
采用这种结构的液体恒温槽存在如下缺陷
1. 冷热源与工作区都在一个槽体内，源影响难以消除，造成温度不均匀；
2. 工作区的搅拌较弱，且无竖直搅拌与水平搅拌的划分；
3. 加热的液体与工作区液体直接混合，造成温度场不均匀；
4. 冷源进入主恒温槽后虽经换热底板换热，但缺乏进一步的混合搅拌措施。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，能够带较大热负荷且容量 大、精度高、抗干扰能力高，便于热交换器在其内部温度场工作，以克服现有技术中的不足。
本发明为一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其技术方案为该恒温槽的主体，即恒温槽体采用热导率大的金属材料，并具有一定厚度，起到均衡液体温度的作用；该恒温槽分 为工作区和调温区，中间以带孔金属隔板隔开。搅拌器在调温区和工作区都设有搅拌桨，调 温区实行水平搅拌，工作区实行竖直方向的搅拌。工作区内设置有环状的热交换器，且该热 交换器于适当的高度围住搅拌桨，以获得较稳定的流场。所述的工作区侧壁开孔，接有回流 管道及自循环管道，回流管道可根据液位控制液体回流至冷热源；所述的调温区侧壁开孔， 接有液体注入管道。
其中，所述的热交换器，是根据搅拌流场设计的管壳式热交换器，发明人己同时提出另 案申请，其形状为环形，可充当恒温槽导流桶，该热交换器外壁设有热交换器液体输入管道、 热交换器液体输出管道、换热介质输入管道及换热介质输出管道。其中，所述的换热介质输 入管道及换热介质输出管道垂直穿出工作区侧壁；热交换器液体输出管道垂直穿过工作区侧 壁，串联一管道泵后，再分别连接自循环管道和液体注入管道。
其中，所述的液体注入管道可进一步连接有高温液体注入管道和低温液体注入管道。
其中，所述的自循环管道位于工作区顶端。
其中，假定恒温槽液体的水平搅拌方向为顺时针，所述的热交换器液体输入管道的方向 是逆着调温区水平搅拌方向伸入工作区的，与工作区内部一圆周相切，并在切点处沿圆周继 续延伸出一段圆弧，可对流场实施旋转抽流搅拌。
其中，所述的自循环管道是顺着液体水平搅拌方向伸入恒温槽，与恒温槽内某一圆周相 切，且在切点处沿圆周继续伸展出一段圆弧，可对液体实施旋转射流搅拌。
其中，所述的工作区侧壁的回流管道是逆着调温区水平搅拌方向伸入恒温槽，与工作区 内某一圆周相切，并在切点处沿圆周继续伸展出一段圆弧，可对液体实施旋转抽流搅拌。
其中，所述的液体注入管道顺着调温区水平搅拌方向伸入恒温槽，与调温区内某一圆周 相切，并在切点处继续沿圆周伸展出一段圆弧，可对液体实施旋转射流搅拌。
上述各处管道的旋转射流与旋转抽流作用，都可提高恒温槽的水平搅拌力度，可提高恒 温槽的温度场性能。
本发明一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其优点及功效在于
1、 恒温槽体采用热导率大并有一定厚度的金属材料，整体起到均衡液体温度的作用。 尤其在工作区的竖直方向环流过程中，对调温区注入的液体有很好的均衡温度作用。
2、 冷热液体与热交换器排出的液体在管道混合，减小了冷热液体与恒温液体的温度差 异， 一起注入调温区后，与调温区内的液体经搅拌混合，淡化了调温区与工作区液体的温度 差异，减小了对工作区温度场的温度冲击。
3、 液体自循环管道、热交换器输入管道、液体注入管道、回流管道根据调温区水平搅拌方向确定管道朝向，且都与恒温槽内的假想的圆周相切，在切点处沿圆周继续伸展出一段 圆弧，实施旋转射流或旋转抽流，可加剧恒温槽的水平搅拌力度，促进温度场的均匀性。
5、 金属孔板隔离调温区与工作区，可避免调温区对工作区直接的温度冲击，利用金属
孔板的孔眼将调温区的液体以多股细流的方式注入工作区，可使金属隔板接近的液体整体变 温，有利于工作区温度场的整体控温。
6、 本发明把恒温槽的控温过程转换为冷热液体的注入与混合问题，避免了直接的冷热 源影响，又可在不改变恒温槽液体温度场性能的基础上，在较大范围内改变升降温的速度。 既有调温速度，又保证了控温精度。
(四)
图l是现有技术中单桶分区 图2是现有技术中两级恒温
图3是本发明实施例的结构 图4是本发明的管道方向示
下面是各图的标号说明 1、 r 一搅拌器 4、 4' _调温区 7 —热交换器 IO —液体注入管道 13 —低温液体注入管道 16 —热交换器液体输入管道 19' 一冷凝器 22' —循环通道 25， 一主加热器
(五)
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。
请参阅图3所示，本发明一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，该恒温槽的主体，即恒 温槽体采用热导率大的金属材料，并具有一定厚度，起到均衡液体温度的作用；该恒温槽分 为工作区3和调温区4，中间以带孔金属隔板8隔开，可减小调温区4对工作区3的温度冲
恒温槽的结构示意
槽的结构示意
示意
思
2、 2， 一恒温槽体 5 —回流管道 8 —金属孔板 11、 11' _管道泵 14一换热介质输入管道 17' —主恒温槽 20' —加热器 23' —整流栅 26' —辅助加热器
3、 3， 一工作区 6—自循环管道 9一热交换器液体输出管道 12 —高温液体注入管道 15 —换热介质输出管道 18' —辅助恒温槽 21' —换热底板 24， 一阀门击。搅拌器l在调温区和工作区都设有搅拌桨，调温区实行水平搅拌，工作区实行竖直方向 的搅拌，工作区的热交换器7置于适当的高度围住搅拌桨，以获得较稳定的流场；所述的工 作区3侧壁开孔，接有回流管道5及自循环管道6，其中，自循环管道6位于工作区顶端， 回流管道5可根据液位控制液体回流至冷热源；所述的调温区4侧壁开孔，接有液体注入管 道10，冷热液体与由热交换器抽出的部分液体汇入该管道，经初步混合调温后注入调温区， 减小了调温区与工作区的温度差异。
所述的热交换器7，是根据搅拌流场设计的管壳式热交换器，发明人已同时提出另案申 请，其形状为环形，可充当恒温槽导流桶，该热交换器外壁设有热交换器液体输入管道16、 热交换器液体输出管道9、换热介质输入管道14及换热介质输出管道15。其中，换热介质 输入管道14及换热介质输出管道15垂直穿出工作区侧壁；热交换器液体输出管道9垂直穿 过工作区侧壁，串联一管道泵后，再分别连接自循环管道6和液体注入管道10,从而形成 两股回流，即管道泵11通过热交换器液体输出管道9抽取热交换器内液体，然后分别注入 工作区3内顶部与调温区4;注入调温区的一股液体与来自冷热源的液体在管道内混合，可 平衡温度，减小对调温区的温度冲击；另一股回流注入工作区顶端，形成液体自循环。
其中，所述的液体注入管道10可进一步连接有高温液体注入管道12和低温液体注入管 道13。
其中，调温区4的作用是调节温度，有来自冷源的液体经低温液体注入管道13与来自 热源的液体经高温液体注入管道12在液体注入管道10汇合，热交换器7输出的液体也进入 液体注入管道与两股液体汇合，然后注入调温区，经充分搅拌实现温度的一致性。工作区的 作用是将调温区的液体与恒温槽温度场内的液体均匀混合，实现工作区的控温，并完成环形 热交换器7的换热。
其中，假定恒温槽液体的水平搅拌方向为顺时针，热交换器液体输入管道16是逆着调 温区水平搅拌方向伸入工作区的，与工作区内部一圆周相切，并在切点处沿圆周继续延伸出 一段圆弧，如'〔0)形，其中，实线小圆为热交换器7，热交换器液体输入管道16沿弧线 与虚线所示圆周相切，并在切点处沿圆周继续伸展出一段圆弧，可对流场实施旋转抽流搅拌。
其中，自循环管道6是顺着液体水平搅拌方向伸入恒温槽，与恒温槽内某一圆周相切， 且在切点处沿圆周继续伸展出一段圆弧，如^Q)形，可对液体执行旋转射流搅拌。
其中，工作区侧壁的回流管道5是逆着调温区4水平搅拌方向伸入恒温槽，与工作区内 某一圆周相切，并在切点处沿圆周继续伸展出一段圆弧，如^Q)形，可对液体实施旋转抽 流搅拌。其中，液体注入管道10是顺着调温区水平搅拌方向伸入恒温槽，与调温区4内某一圆 周相切，并在切点处继续沿圆周伸展出一段圆弧，如^0形，可对液体实施旋转射流搅拌。
上述各处管道的旋转射流与旋转抽流搅拌作用，都可提高恒温槽的水平搅拌力度，可提 高恒温槽的温度场性能，它们与搅拌桨一起促成恒温槽内液体的水平方向大环流。
其中，恒温槽体与金属孔板采用铜材制作，能起到均衡温度的作用。
权利要求
1. 一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其主体即恒温槽体采用热导率大的金属材料，并具有一定厚度；其特征在于该恒温槽分为工作区和调温区，中间以带孔金属隔板隔开；搅拌器在调温区和工作区都设有搅拌桨，调温区实行水平搅拌，工作区实行竖直方向的搅拌；工作区内设置有环状的热交换器，且该热交换器围住搅拌桨；所述的工作区侧壁开孔，接有回流管道及自循环管道；所述的调温区侧壁开孔，接有液体注入管道。
2、 根据权利要求1所述的一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其特征在于所述的 热交换器为环形，充当恒温槽导流桶，该热交换器外壁设有热交换器液体输入管道、热交换 器液体输出管道、换热介质输入管道及换热介质输出管道；其中，所述的换热介质输入管道 及换热介质输出管道垂直穿出工作区侧壁；热交换器液体输出管道垂直穿过工作区侧壁，串 联一管道泵后，再分别连接自循环管道和液体注入管道。
3、 根据权利要求1所述的一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其特征在于所述的 液体注入管道可进一步连接有高温液体注入管道和低温液体注入管道。
4、 根据权利要求1所述的一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其特征在于所述的 自循环管道位于工作区顶端。
5、 根据权利要求2所述的一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其特征在于所述的 热交换器液体输入管道的方向是逆着调温区水平搅拌方向伸入工作区的，与工作区内部一圆 周相切，并在切点处沿圆周继续延伸出一段圆弧，对流场实施旋转抽流搅拌。
6、 根据权利要求1或4所述的一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其特征在于所 述的自循环管道是顺着液体水平搅拌方向伸入恒温槽，与恒温槽内某一圆周相切，且在切点 处沿圆周继续伸展出一段圆弧，对液体实施旋转射流搅拌。
7、 根据权利要求1所述的一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其特征在于所述的 工作区侧壁的回流管道是逆着调温区水平搅拌方向伸入恒温槽，与工作区内某一圆周相切， 并在切点处沿圆周继续伸展出一段圆弧，对液体实施旋转抽流搅拌。
8、 根据权利要求1所述的一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其特征在于所述的 液体注入管道顺着调温区水平搅拌方向伸入恒温槽，与调温区内某一圆周相切，并在切点处 继续沿圆周伸展出一段圆弧，对液体实施旋转射流搅拌。
全文摘要
本发明一种基于冷热液体混合控温的恒温槽，其主体即恒温槽体采用热导率大的金属材料，并具有一定厚度；其特征在于该恒温槽分为工作区和调温区，中间以带孔金属隔板隔开；搅拌器在调温区和工作区都设有搅拌桨，调温区实行水平搅拌，工作区实行竖直方向的搅拌；工作区内设置有环状的热交换器，且该热交换器围住搅拌桨；所述的工作区侧壁开孔，接有回流管道及自循环管道；所述的调温区侧壁开孔，接有液体注入管道。本发明的基于冷热液体混合控温的恒温槽，其能够带较大热负荷且容量大、精度高、抗干扰能力高，便于热交换器在其内部温度场工作。
文档编号B01L7/02GK101284251SQ20081011282
公开日2008年10月15日 申请日期2008年5月26日 优先权日2008年5月26日
发明者余云飞, 孟晓风, 张卫军 申请人:北京航空航天大学