专利名称：变热阻节能型单热恒温箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及恒温箱，更具体地说，涉及一种变热阻节能型单热恒温箱。
现有的单热恒温箱在环境一定时，热阻是固定不变的。为了能对自身工作时也发热的待恒温物品进行恒温，其热阻设计得较低，以便能将待恒温物品产生的热量散发出去，避免热量积累而导致温度失控；当热阻较低，而待恒温物品又不发热，环境温度与恒温点的温度差值较大时，必须有较大的加热功率才能保证恒温。
本实用新型的目的在于提供一种变热阻节能型单热恒温箱，可以克服现有技术的上述缺陷，用较小的加热功率来实现恒温，达到显著的节能效果。
本实用新型的目的是这样实现的，构造一种变热阻节能型单热恒温箱，包括箱体、恒温控制器、以及安装于所述箱体内并与所述恒温控制器连接的恒温加热器及温度传感器，其特征在于，还包括与所述恒温控制器连接的变热阻装置、安装于所述箱体内并与所述恒温控制器连接的辅助加热器。
在上所述的变热阻节能型单热恒温箱中，辅助加热器作用时的功率选择为恒温加热器的5～100倍；恒温箱壁外敷设有绝热保温材料；热阻变换装置由安装于箱体壁上下对角、与恒温控制器相连接的活动窗及正对上活动窗的风机组成。
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的特点，附图中
图1是本实用新型的一个典型实施例的结构示意图。
从图1中可以看出，本实用新型的变热阻节能型单热恒温箱包括箱体1，设在箱体1外部的恒温控制器2，设于箱体1内壁上并与恒温控制器2连接的温度传感器4、恒温加热器3，还包括与恒温控制器2连接的辅助加热器5和热阻变换装置。图中斜线阴影部分为敷设于箱体1外壁的绝热材料。
热阻变换装置由两个活动窗71、72及风机8组成。其中活动窗71设于箱体1顶壁的靠边位置，风机8正对该活动窗，可由内向外排气，另一个活动窗72设于与箱体顶壁斜对的箱体侧壁上。活动窗71、72可由受恒温控制器所控制的电动机带动而打开或关闭。该热阻变换装置启动时，两个活动窗71、72打开，风机8由内向外排气，新鲜空气则由活动窗72补充进来。
变热阻节能型单热恒温箱的工作过程如下(1)、在箱体1中放入待恒温物品6并启动后，辅助加热器5、恒温加热器3同时作用，产生热量，箱体1内部温度迅速上升而达到恒温点；由于辅助加热器5比恒温加热器3的功率大很多(5-100倍)，到达恒温点的时间只有恒温加热器3单独作用的1/5-1/100，可见时间明显缩短；此后，只有严重偏离恒温点(设置为1--5℃且可调)，辅助加热器才会再次起作用。
(2)、到达恒温点后，恒温加热器3、辅助加热器5在恒温控制器2的作用下停止加热，热阻变换装置启动，活动窗71、72打开，风机8通过活动窗72向外排热空气，冷空气则由活动窗72补充进来，箱体1内部与外部环境进行快速热交换，使恒温箱转换为低热阻快速散热状态，导致箱内温度下降。
(3)、当箱内温度低于设定的恒温点后，热阻变换装置复位，活动窗71、72关闭，风机8停转，因箱体1外敷设有绝热保温材料，其与外部环境的热交换进行得非常慢，使恒温箱转换为高热阻的保温状态，恒温加热器3起作用产生热量，使箱体内温度上升，直到达到恒温点。此后，恒温箱体1内的温度将在设定恒温点附近作微弱变化(小于0.1℃，甚至更小)，状态在恒温加热器产生热量升温、热阻变换装置动作散热而降温之间交替变化，保证平均温度为恒温点。
下面通过计算来说明本实用新型的节能效果。
热阻RT的定义为单位功率引起的温升即RT＝温升ΔT/PS，也可理解为温升为ΔT时，散发的功率为PS。当温升为恒温设置点TH减去环境温度TA即ΔT＝TH-TA时，散出的功率PS＝ΔT/RT＝(TH-TA)/RT。
假设变热阻装置复位时热阻为RT1，散热功率PS1＝(TH-TA)/RT1；动作时热阻为RT2，散热功率PS2＝(TH-TA)/RT2；恒温加热器功率为PJ1，待恒温物品的发热功率为PJ2(它随待恒温物品发热功率不同而变化，范围为0～PMAX，PMAX为可恒温的待恒温物品发热功率的上限)。
同时假设变热阻装置复位的时间占全部时间比率为D，此时恒温加热器、待恒温物品发热均作用，发热功率为PJ1+PJ2，散热功率为PS1，产生的平均热量为(PJ1+PJ2-PS1)D；变热阻装置动作的时间比率为1-D，散热功率PS2，此时仅待恒温物品作用，发热功率为PJ2，散发的平均热量为(PS2-PJ2)(1-D)。根据能量守恒定律，恒温物体的热能量不变，其产生的热量与散发的热能量相等，所以(PJ1+PJ2-PS1)D＝(PS2-PJ2)(1-D)，解得D＝(PS2-PJ2)/(PJ1+PS2-PS1)。整个恒温过程中消耗的加热功率为D×PJ1＝PJ1(PS2-PJ2)/(PJ1+PS2-PS1)。
现有的普通单热恒温箱，是变热阻单热恒温箱的一个特殊情况，等同于热阻RT固定，有RT1＝RT2＝RT，散热功率PS固定，PS1＝PS2＝PS，所以消耗的加热功率D×PJ1＝RJ1(PS-PJ2)/(PJ1+PS-PS)＝PS-PJ2。
在上述变热阻节能型单热恒温箱实施例中，选择RT1＞RT2，有PS2＞PS1，同时PS2＝现有的单热恒温箱的PS，则系数K＝PJ1/(PJ1+PS2-PS1)＜1，整个恒温过程中消耗的加热功率为D×PJ1＝(PS-PJ2)K＜现有的普通单热恒温箱消耗的加热功率PS-PJ2，达到节约能源的效果。
上述变热阻装置复位时产生的平均热量(PJ1+PJ2-PS1)D，必须在PJ2为0、环境温度为恒温箱可正常工作之下限时大于0才能保证温度可上升至恒温点TH，恒温加热器的功率PJ1选择为1.005PS1，这里的PS1是环境温度为下限时的值，此时PS1最大。
上述变热阻装置动作时散发的平均热量(PS2-PJ2)(1-D)，此值在环境温度为恒温箱可正常工作之上限、PJ2＝PMAX时大于0才能保证温度可下降至恒温点TH，选择PS2在环境温度为上限时的值(此时PS2最小)比PMAX大。现有的单热恒温箱的PS值选择方法一致，本着节约的原则，PS选择比PMAX稍大，为1.005PMAX。
下面通过一个应用实例来说明节能的幅度。
本实施例变热阻节能型恒温箱选择RT1、RT2分别为现有单热恒温箱热阻RT的100倍、0.05倍，即RT1＝100RT，RT2＝0.05RT，允许待恒温物品发热功率PJ2的上限功率PMAX为1000W，恒温箱正常工作的环境温度TA下限为0℃、上限为40℃，恒温点TH为45℃。
现有的单热恒温箱在TA＝40℃、TH为45℃、PJ2＝PMAX时，PS＝1.005PMAX＝1005W，得出RT＝(TH-TA)/PS＝1/201℃/W；在TA＝0～45℃、TH为45℃、PJ2＝0W时，消耗的加热功率PS-PJ2＝PS＝(TH-TA)/RT在1005～9045W之间。
本实施例变热阻节能型恒温箱，RT1＝100RT＝100/201℃/W，RT2＝0.05RT＝1/4020℃/W；在TA＝0℃即环境温度为恒温箱可正常工作之下限时PS1＝(TH-TA)/RTJ＝90.45W，PJ1＝1.005PS1＝90.9W；在TA＝40℃即环境温度为恒温箱可正常工作之上限时PS2＝(TH-TA)/RT2＝20100W，比PMAX＝1000W大，根据比PMAX大即可恒温的原则，本实施例变热阻节能型恒温箱允许待恒温物品发热功率PJ2的上限功率为20000W以上，是现有的单热恒温箱允许值的20倍，大大拓宽了此方面的限制；恒温过程中消耗的加热功率为D×PJ1＝PJ1(PS2-PJ2)/(PJ1+PS2-PS1)，由于PS2远大于PJ2、PJ1、PS1，则(PS2-PJ2)/(PJ1+PS2-PS1)约等于1，所以消耗的加热功率为D×PJ1＝PJ1＝90.9W，且与环境温度无关；此值是现有的单热恒温箱消耗的加热功率的1/11～1/100，达到显著节约能源的目的。
权利要求1.一种变热阻节能型单热恒温箱，包括箱体、恒温控制器、以及安装于所述箱体内并与所述恒温控制器连接的恒温加热器及温度传感器，其特征在于，还包括与所述恒温控制器连接的变热阻装置、安装于所述箱体内并与所述恒温控制器连接的辅助加热器。
2.根据权利要求1所述变热阻节能型单热恒温箱，其特征在于，所述变热阻装置包括设在所述箱体壁上的两个活动窗及设在其中一个活动窗上的风机。
3.根据权利要求2所述变热阻节能型单热恒温箱，其特征在于，其中一个活动窗设于所述箱体顶壁的靠边位置，所述风机正对所述顶壁活动窗，另一个活动窗设于与所述箱体顶壁斜对的箱体侧壁上。
4.根据权利要求1所述变热阻节能型单热恒温箱，其特征在于，所述辅助加热器的功率是所述恒温加热器的5到100倍。
5.根据权利要求1所述变热阻节能型单热恒温箱，其特征在于，所述箱体外壁敷设有绝热保温材料。
专利摘要一种变热阻节能型单热恒温箱,包括箱体、恒温控制器、以及安装于所述箱体内的恒温加热器及温度传感器,其特征在于,还包括变热阻装置及辅助加热器,其中辅助加热器作用时的功率选择为恒温加热器的5～100倍,热阻变换装置由安装于箱体壁上下对角、与恒温控制器相连接的活动窗及正对上活动窗的风机组成。这种恒温箱可以克服现有技术的缺陷,用较小的加热功率来实现恒温,达到显著的节能效果。
文档编号G05D23/00GK2491865SQ0124064
公开日2002年5月15日 申请日期2001年5月25日 优先权日2001年5月25日
发明者范家闩 申请人:深圳市科陆电子科技股份有限公司