一種自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置製造方法
2023-07-02 16:11:41
一種自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置。該裝置由加熱水箱、溫度和水循環控制裝置及恆溫熱水罐組成；加熱水箱分為第一水箱和第二水箱，第一水箱內置電加熱器、水循環泵、水溫傳感器和液位傳感器，第二水箱內置水循環泵和水溫傳感器；第一水箱和第二水箱通過絕熱隔溫有機玻璃板上的連接管相通；加熱水箱側壁開4個孔，分別安裝加水管、出水管、回水管和電纜線管；溫度和水循環控制裝置由電源開關、斷電保護器、溫度控制器、繼電器、水循環泵開關和自動加水控制器構成；恆溫熱水罐頂部熔接一個進水管和一個出水管，分別通過絕熱管路與加熱水箱的出水管和回水管連接。該裝置設計簡單、輕巧，操作方便，控溫精度高，適用範圍廣。
【專利說明】一種自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置，屬於環境巖土工 程測量儀器製造技術及測試領域。
【背景技術】
[0002] 巖土體的熱物理特性是環境巖土工程關注的一個重點內容。近年來，隨著經 濟的發展，人們在各種工程建設中遇到了一系列與巖土體熱物理特性密切相關的問題： ①淺層地能開採過程中土體的熱溼遷移；②城市"熱島"效應對土體的影響；③地鐵、隧道 等地下空間中的土體熱量傳遞和擴散；④礦井熱害的預防等。在這些工程問題中，一方面 巖土體的熱物理特性影響著熱傳遞過程，另一方面工程活動改變了地質環境的溫度場，又 影響了巖土體的工程性質，表現出複雜的耦合效應。因此，在研究上述與熱相關的環境巖 土工程問題時，對巖土體的熱物理特性及相關耦合效應進行室內實驗是一種必不可少的手 段；而在室內實驗過程中，一種能夠自動加熱、精確控溫並提供恆定溫度的熱源實驗裝置是 至關重要的前提條件。目前，實驗室一般採用"電阻絲加熱"和"水浴加熱"等方法製作實 驗用熱源裝置。"電阻絲加熱"方法加熱不均，且溫度不易控制。"水浴加熱"法是水經加熱 源加熱至一定溫度後存儲起來，當自然冷卻至該溫度以下時，自動加熱；採用該法時加熱水 槽中的水分易蒸發，為保持水槽中水位不變，需經常向水槽中加水，加水瞬間水槽內水溫難 以維持恆定。
【發明內容】
[0003] 本實用新型的目的是克服傳統實驗熱源的加熱不均、水溫難以維持恆定等缺點， 提供一種自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置，為環境巖土體的熱物理特性室內實驗 提供一個恆溫熱源。該裝置設計簡單、輕巧，操作方便，控溫精度高，適用範圍廣。
[0004] 本實用新型是這樣實現的：一種自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置，由加 熱水箱、溫度和水循環控制裝置以及恆溫熱水罐組成；加熱水箱採用20L車載保溫箱作為 保溫箱體，由絕熱隔溫有機玻璃板將水箱分為第一水箱和第二水箱；第一水箱的主要功能 是使其內部的水溫達到目標溫度，內置電加熱器、水循環泵、水溫傳感器和液位傳感器；第 二水箱用來儲存達到目標溫度的恆溫水，內置水循環泵和水溫傳感器；第一水箱和第二水 箱之間通過絕熱隔溫有機玻璃板上的連接管相通，其上的連通開關由第一水箱內部的水溫 傳感器和外置的溫度控制器控制；在保溫箱體兩側壁開有4個圓孔，分別用來安裝加水管、 出水管、回水管和電纜線管；溫度和水循環控制裝置由電源開關、斷電保護器、溫度控制器、 繼電器、內部水循環泵開關、外部水循環泵開關和自動加水控制器構成，併集中安裝在一塊 20mm厚有機玻璃板上；溫度控制器用於設定預期目標溫度，並通過繼電器和水溫傳感器聯 合控制電加熱器；自動加水控制器通過液位傳感器控制加水開關；內部水循環泵開關控制 加熱水箱的內部水循環，外部水循環泵開關控制實驗裝置的外部水循環；斷電保護器在線 路發生過載、短路、欠壓的情況下進行可靠的保護；恆溫熱水罐採用純銅製成一個密封長方 體，其頂部熔接一個進水管和一個出水管，分別通過絕熱管路與加熱水箱的出水管和回水 管相連接，形成了實驗裝置的外部水循環，實驗時其內部循環的恆溫熱水能提供恆定的熱 源溫度。
[0005] 本實用新型的有益效果是：自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置，採用恆溫 循環水提供恆定溫度的熱源，克服了加熱不均勻的缺點；同時，通過設置第一水箱和第二水 箱，能使實驗裝置的循環水溫度保持恆定，克服了傳統水浴方法中水溫難以維持恆定的缺 點；最後，通過自動加水控制器和液位傳感器的聯合使用，即避免了加熱過程中水分蒸發引 發的問題，又實現了自動加水和防止幹燒等功能，達到了節能、安全的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006] 圖1是本實用新型自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置的加熱水箱結構示 意圖。
[0007] 圖2是本實用新型自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置的溫度和水循環控 制裝置結構示意圖。
[0008] 圖3是本實用新型自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置的恆溫熱水罐結構 示意圖。
[0009] 圖中標記：1_保溫箱體；2-絕熱隔溫有機玻璃板；3-第一水箱；4-第二水箱； 5_電加熱器；6-水循環泵；7-水溫傳感器；8-液位傳感器；9-連接管；10-出水管；11-回 水管；12-加水管；13-電纜線管；14-20mm厚有機玻璃板；15-電源開關；16-斷電保護器； 17-溫度控制器；18-繼電器；19-內部水循環泵開關；20-外部水循環泵開關；21-自動加水 控制器；22-恆溫熱水罐；23-進水管；24-出水管。
【具體實施方式】
[0010] 實施例：
[0011] 本實用新型的一個優選的實施例結合附圖詳述如下：
[0012] 參見圖1~3,本實用新型自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置，包括加熱水 箱、溫度和水循環控制裝置及恆溫熱水罐。加熱水箱採用20L車載保溫箱作為保溫箱體1， 由絕熱隔溫有機玻璃板2將水箱分隔為第一水箱3和第二水箱4 ;第一水箱3內置電加熱 器5、水循環泵6、水溫傳感器7和液位傳感器8,第二水箱4內置水循環泵6和水溫傳感器 7,第一水箱3和第二水箱4之間通過絕熱隔溫有機玻璃板2上的連接管9相通，其上的連 通開關由第一水箱3內部的水溫傳感器7和外置的溫度控制器17控制；在保溫箱體兩側 壁開有4個圓孔，分別用來安裝出水管10、回水管11、加水管12和電纜線管13。溫度和水 循環控制裝置由電源開關15、斷電保護器16、溫度控制器17、繼電器18、內部水循環泵開關 19、外部水循環泵開關20、自動加水控制器21構成，集中安裝在一塊20mm厚有機玻璃板14 上。恆溫熱水罐22採用導熱熱阻非常小的純銅製成一個密封長方體，頂部熔接一個進水管 23和一個出水管24,分別通過絕熱管路與加熱水箱的出水管10和回水管11相連接，形成 了實驗裝置的外部水循環，實驗時其內部循環的恆溫熱水可提供恆定的熱源溫度。
[0013] 以上是本實用新型所述實施例裝置的結構描述，下面對其各部分的工作原理和整 個實施流程進行詳細說明。
[0014] 各部分說明及其工作原理：
[0015] (1)加熱水箱：採用20L車載保溫箱作為保溫箱體1，箱體材料為進口 PP聚丙烯， 中間夾層採用優質EPS保溫模塊，箱蓋邊緣處及箱身各處接口均以高精度配合位無縫隙設 計，能夠持久保溫；由絕熱隔溫有機玻璃板2將水箱分隔為第一水箱3和第二水箱4,容積 分別為12L和8L ;在保溫箱體兩側開有4個圓孔，分別用來安裝出水管10、回水管11、加水 管12和電纜線管13。第一水箱3主要用來使其內部水溫加熱到目標溫度，並保持水位不 變，為第二水箱4提供恆溫熱水，其工作原理是：外部的溫度控制器17設定預期目標溫度， 內置的水溫傳感器7量測水溫並反饋到溫度控制器17,通過繼電器18控制內置電加熱器5 的啟動和關閉；內置的液位傳感器8控制加水開關的開閉，保證箱內水位不變；內置的水循 環泵6用於箱內水的循環，促進電加熱器5周圍的熱量擴散，使箱內水溫儘快均勻。第二水 箱4主要用來儲存達到目標溫度的恆溫水，並通過內置水循環泵6使箱內水流入恆溫熱水 罐22中。第一水箱3和第二水箱4之間通過絕熱隔溫有機玻璃板2上的連接管9相通，其 上的連通開關由第一水箱3內部的水溫傳感器7和外置的溫度控制器17控制，其工作原理 是：當第一水箱3內的水溫達到目標溫度時，內置的水溫傳感器7測試水溫值並反饋至外置 的溫度控制器17,由其控制打開連通開關；反之，當第一水箱3內的水溫低於目標溫度時， 溫度控制器17則自動控制閉合連通開關。
[0016] ⑵電加熱器5 :採用並聯兩個功率均為800W的電熱器共同工作，為擴大其加熱範 圍，在電加熱器上、下兩面各連接一個散熱片，使箱內水熱擴散更均勻、加熱效果更好；由螺 栓將電加熱器與上、下散熱片緊密連接成一體，通過4個支架固定在第一水箱3底部的中間 部位。
[0017] (3)水循環泵6 :採用JY-PG-150型潛水泵，最大揚程I. 6m，最大流量800L/h ;在第 一水箱3內置的電加熱器5周圍對稱安裝兩臺潛水泵，用於水箱內部水的循環，促進加熱器 周圍的熱量擴散，使箱內水溫儘快均勻(稱之為"內循環");在第二水箱4內側壁上安裝一臺 潛水泵，位於出水管正下方IOcm處，通過軟管與出水管連接，用於實驗裝置的外部水循環 (稱之為"外循環")。
[0018] (4)水溫傳感器7 :採用PT-100鉬電阻溫度傳感器，標定精度為0. 1°C，測量範圍 為-2(T15(TC ;通過夾具將水溫傳感器7分別固定於第一水箱3和第二水箱4的箱內中部 位置，用於測量箱內水的溫度；第一水箱3的水溫傳感器7與水溫控制器17、繼電器18聯 合使用，對箱內水的溫度進行恆溫控制。
[0019] (5)液位傳感器8 :採用ZC-SS200L側裝型水箱浮球閥，使用美國OKI進口乾簧管 及SUS304材質製作，工作溫度為120°C以內；外置的自動加水控制器21與加水管12上的 加水開關相連，通過液位傳感器8感應第一水箱3內的水位高低，三者聯合對水位進行控 制，其工作原理是：液位傳感器8有高、低兩個感應點，當箱內水位低於低感應點時，控制器 21自動打開加水開關，對水箱進行加水；當箱內水位高於高感應點時，控制器21自動閉合 加水開關，對水箱停止加水。
[0020] (6)溫度和水循環控制裝置：包括電源開關15、斷電保護器16、溫度控制器17、繼 電器18、水循環開關19 (20)和自動加水控制器21，其工作原理是：溫度控制器17設定預期 目標溫度，並通過繼電器18和水溫傳感器7聯合控制電加熱器5 ;自動加水控制器21通過 液位傳感器8控制加水開關；水循環泵開關19 (20)控制實驗裝置的水循環，分為加熱水箱 的內部水循環和實驗裝置的外部水循環；斷電保護器16在線路發生過載、短路、欠壓的情 況下進行可靠的保護；上述電源開關15、斷電保護器16、溫度控制器17、繼電器18、水循環 泵開關19 (20)、自動加水控制器21全部集中安裝在一塊20mm厚有機玻璃板14上。
[0021] (7)恆溫熱水罐22 :採用導熱熱阻非常小的純銅製成一個密封長方體，為防止熱 量散失，僅熱源接觸壁面為光滑純銅平面，其它各面均貼上絕熱隔溫材料，罐體的尺寸大小 視實驗時熱源的接觸面要求而定；熱水罐頂部熔接一個進水管23和一個出水管24,分別通 過絕熱管路與加熱水箱的出水管10和回水管11相連接，形成了實驗裝置的外部水循環，實 驗時其內部循環的恆溫熱水可提供恆定的熱源溫度；進水管23深入罐體底部，出水管24直 接熔接在罐體頂部，且進水管徑稍小於出水管徑，目的是保證在水循環泵作用下罐內的水 不產生過大的壓力。
[0022] 以熱源溫度T=40°C為例，說明該裝置的整個實施流程如下：
[0023] 步驟1 :將加水管12用軟塑料管連接到實驗室水龍頭上，打開龍頭使水進入到第 一水箱3內，並保持水龍頭一直處於打開狀態。
[0024] 步驟2 :連接溫度和水循環控制裝置的電源並打開電源開關；自動加水控制器21 通過液位傳感器8控制加水管12上的加水開關，使第一水箱內的水位至合適位置。
[0025] 步驟3 :將溫度控制器17的溫度設定為40°C ;溫度控制器17通過繼電器18和水 溫傳感器7聯合控制電加熱器5,對第一水箱3內的水進行加熱。
[0026] 步驟4:打開內部水循環泵開關19,第一水箱3內的兩臺水循環泵開始運轉，通過 箱內的水不斷循環促進電加熱器5周圍的熱量擴散，加速水溫均勻。
[0027] 步驟5 :第一水箱3內的水溫傳感器7量測到箱內水溫為40°C時，反饋至溫度控制 器17,通過繼電器18關閉電加熱器5,停止對箱內水進行加熱；同時，溫度控制器17打開連 接管9上的連通開關，使40°C的恆溫水流入第二水箱4。此時，第一水箱3內的水位下降， 自動加水控制器21通過液位傳感器8控制加水管12上的加水開關，使第一水箱內的水位 至合適位置；由於新加入水的溫度較低，第一水箱內3內的水溫將低於40°C，溫度控制器17 將關閉連接管9上的連通開關，同步地，溫度控制器17通過繼電器18和水溫傳感器7聯合 控制電加熱器5,對第一水箱3內的水進行加熱。如此反覆幾次，直到第二水箱4內的40°C 恆溫水位至合適位置。
[0028] 步驟6 :打開外部水循環泵開關20,第二水箱4內的水循環泵6使箱內水流入恆溫 熱水罐22中；等恆溫熱水罐22內裝滿水後，由於壓力的作用，多餘的水將通過出水管24經 過回水管11流入到第一水箱3內，再進行箱內水循環。如此，形成了實驗裝置的整個外部 水循環，實驗時其內部循環的恆溫熱水可提供恆定的熱源溫度。
【權利要求】
1. 一種自動控溫加熱的水循環恆溫熱源實驗裝置，由加熱水箱、溫度和水循環控制裝 置及恆溫熱水罐組成，其特徵在於加熱水箱採用20L車載保溫箱作為保溫箱體（1)，由絕熱 隔溫有機玻璃板（2)將水箱分隔為第一水箱（3)和第二水箱（4);第一水箱（3)內置電加熱 器（5)、水循環泵（6)、水溫傳感器（7)和液位傳感器（8)，第二水箱（4)內置水循環泵（6) 和水溫傳感器（7)，第一水箱（3)和第二水箱（4)之間通過絕熱隔溫有機玻璃板（2)上的連 接管（9)相通，其上的連通開關由第一水箱（3)內部的水溫傳感器（7)和外置的溫度控制 器（17)控制；在保溫箱體兩側壁開有四個圓孔，分別用來安裝出水管（10)、回水管（11)、力口 水管（12)和電纜線管（13);溫度和水循環控制裝置由電源開關（15)、斷電保護器（16)、溫 度控制器（17)、繼電器（18)、內部水循環泵開關（19)、外部水循環泵開關（20)和自動加水 控制器（21)構成，併集中安裝在一塊20mm厚有機玻璃板（14)上；恆溫熱水罐（22)採用純 銅製成一個密封長方體，頂部熔接一個進水管（23)和一個出水管（24)，分別通過絕熱管路 與加熱水箱的出水管（10)和回水管（11)相連接，形成了實驗裝置的外部水循環，實驗時其 內部循環的恆溫熱水能提供恆定的熱源溫度。
【文檔編號】F24H1/20GK204141839SQ201420573118
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月7日 優先權日:2014年10月7日
【發明者】曾召田, 趙豔林, 呂海波, 羅伯光, 韋昌富, 顏榮濤 申請人:桂林理工大學