низкотемпературная термостатическая ванна(Также известный как криогенный термостат, криогенный ванна) является основным оборудованием, используемым в лаборатории и промышленном производстве для обеспечения постоянной криогенной среды, широко используется в химических реакциях, охлаждении образцов, испытании материалов и других сценах, принцип работы вокруг трех основных звеньев « охлаждения - контроля температуры - цикла», благодаря многосистемной координации для достижения точного и стабильного низкотемпературного термостата, как указано ниже:

I. Система основных компонентов

Чтобы понять принцип работы, сначала уточните ключевые компоненты оборудования, разделение труда между системами для выполнения функции низкотемпературного термостата:

Система охлаждения: ядром является сжатый контур охлаждения (аналогичный принципу охлаждения холодильника), который включает в себя компрессор, конденсатор, дроссель (капилляр / расширительный клапан), четыре основных компонента испарителя, часть оборудования будет сочетаться со вспомогательной холодильной структурой (например, воздухоохлаждающее / водяное охлаждающее устройство);

Системы нагрева: обычно электрические нагревательные трубы (или нагревательные пластины), используемые для точной настройки температуры, компенсации температурных отклонений, вызванных избытком охлаждения, для обеспечения точности постоянной температуры;

Система контроля температуры: состоит из температурного датчика (например, платинового сопротивления PT100, термопары), терморегулятора (PLC или специального терморегулятора), является « мозгом» устройства, отвечает за температурный контроль и выдачу команд;

Циркуляционная система: содержит циркуляционные насосы, циркуляционные трубопроводы, желчный пузырь в ванне, используемый для равномерного потока теплопроводящей среды в ванне (например, этанол, гликолевый водный раствор, силиконовое масло и т. Д.), чтобы обеспечить одинаковую температуру в каждой области в ванне;

Система изоляции: наружная оболочка внутреннего желчного пузыря покрывает изоляционные материалы (например, пенообразование полиуретана, асбест), уменьшает теплообмен между низкой температурой в желобе и внешней средой, снижает потребление энергии и повышает термостабильную стабильность.

II. Основные рабочие процессы (охлаждение + контроль температуры + циклическая синергия)

1. Процесс охлаждения (основное звено охлаждения)

Система охлаждения является ключом к реализации « низкой температуры», основанной на принципе « цикл охлаждения сжатия пара » для достижения охлаждения путем поглощения тепла из фазы хладагента:

Первый шаг: компрессор сжимает газ хладагента при низких температурах и низком давлении (обычно используемые хладагенты, такие как R404A, R134a) в газ при высоких температурах и давлении, повышая энергетический класс хладагента;

Второй этап: высокотемпературный газ хладагента высокого давления поступает в конденсатор (охлаждается воздушным или водяным охлаждением) и после высвобождения тепла конденсируется в жидкий хладагент высокого давления;

Этап 3: после прохождения через дроссель (капилляр / расширительный клапан) жидкий хладагент высокого давления резко падает и превращается в туманный хладагент низкого и низкого давления (процесс фазового перехода);

Шаг 4: низкотемпературный туманообразный хладагент поступает в испаритель (испаритель контактирует с желчным пузырем в ванне или встраивается во внутреннюю желчную прослойку), поглощает тепло теплопроводящей среды в ванне и испаряется в газ, в то время как температура теплопроводной среды продолжает снижаться;

Шаг 5: После испарения газ - хладагент возвращается в компрессор и завершает цикл, так часто достигая непрерывного охлаждения.

2. Термометрический процесс (точное термостатическое ядро)

Система контроля температуры управляется замкнутым циклом « Обнаружение - контраст - регулировка», обеспечивая стабильность температуры в заданном значении:

Контроль температуры: датчик температуры (например, PT100) в режиме реального времени собирает фактическую температуру теплопроводной среды в ванне и преобразует температурный сигнал в электрический сигнал для передачи прибору управления температурой;

Сопоставление сигналов: прибор управления температурой сравнивает фактическую температуру с целевой температурой, установленной пользователем, чтобы определить, требуется ли охлаждение или нагрев;

Когда фактическая температура > заданная температура: прибор управления температурой выдает команду, запускает систему охлаждения, снижает температуру среды;

Когда фактическая температура < заданная температура: прибор управления температурой выдает команду, запускает систему нагрева (электрическую нагревательную трубку), слегка повышает температуру среды (компенсирует колебания температуры, вызванные избытком охлаждения или охлаждением окружающей среды);

Когда фактическая температура = заданная температура: прибор управления температурой выключает систему охлаждения и нагрева или поддерживает работу на низкой мощности, поддерживая температуру стабильной.

Контроль точности: приборы управления температурой высококачественного оборудования используют алгоритм PID (пропорционально - интегрально - дифференциального) регулирования, который может автоматически регулировать мощность охлаждения / нагрева в соответствии с размером температурного отклонения и скоростью изменения, избегая температурного "перепада" (выше заданного значения) или "недотягивания", для достижения высокой точности постоянной температуры ±0,1°C и даже ±0,01°C.

3. Циклический процесс (гарантия однородности)

Роль циркуляционной системы заключается в равномерном потоке теплопроводной среды в ванне, избегая локальных температурных различий:

После запуска циркуляционного насоса, толкайте теплопроводную среду в желчном пузыре ванны, чтобы сформировать принудительный цикл (часть оборудования поддерживает внутреннюю, внешнюю или внутреннюю циркуляцию переключения);

Внутренняя циркуляция: среда течет внутри ванны, так что температура в каждой области в ванне (например, дно, середина, вблизи стенки ванны) остается одинаковой, чтобы обеспечить равномерное нагревание / охлаждение реакционного контейнера, образца и т. Д., помещенного в ванну;

Внешний цикл: часть оборудования может транспортировать криогенную среду по трубопроводу во внешнее оборудование (например, реактор, пул образцов), чтобы обеспечить криогенную термостатическую среду для внешнего оборудования, после чего среда возвращается в ванну, чтобы достичь охлаждения с несколькими устройствами.

III. Ключевые вспомогательные принципы

Роль теплопроводной среды: ванна не может быть непосредственно наполнена водой (замерзает при низких температурах), необходимо использовать конкретную теплопроводную среду (например, - широко используемую смесь этанола или этанола - воды при температуре ниже 50°C, часто используемую смесь этанола - этанола при температуре ниже 100°C или специальное криогенное кремниевое масло), ее роль заключается в передаче тепла и имеет характеристики низкой точки замерзания, высокой эффективности теплопроводности, хорошей химической стабильности, чтобы обеспечить отсутствие обледенения, летучести и стабильную передачу охлаждения при низких температурах;

Принцип изоляции: изоляционный материал наружного слоя внутреннего желчного пузыря может уменьшить теплопроводность и тепловую конвекцию, уменьшить теплообмен между низкотемпературной средой в желобе и внешней средой (чтобы избежать попадания внешнего тепла в желоб, вызывающего повышение температуры), как повысить стабильность постоянной температуры, так и уменьшить рабочую нагрузку системы охлаждения, сократить потребление энергии;

Принцип защиты безопасности: Оборудование обычно оснащено несколькими функциями защиты безопасности, такими как защита от перегрузки (автоматическое отключение электричества при перегрузке компрессора, нагревательной трубы), защита от низкого уровня жидкости (остановка охлаждения / нагрева при дефиците диэлектрика, предотвращение сухого ожога или повреждения оборудования), защита от перегрева (сигнализация и остановка при температуре за пределами безопасного диапазона) для обеспечения безопасности работы оборудования.

Резюме

　　низкотемпературная термостатическая ваннаОсновная рабочая логика: охлаждение теплопроводной среды с помощью сжатой системы охлаждения, точное регулирование мощности охлаждения / нагрева с помощью системы контроля температуры PID, обеспечение равномерной температуры среды с помощью циркуляционной системы, а также уменьшение потерь тепла в сочетании с системой изоляции, в конечном итоге для эксперимента или производства, чтобы обеспечить стабильную, однородную и высокоточную криостатическую среду. Его суть - синергия « фазового охлаждения + замкнутого цикла контроля температуры + принудительного цикла», которая решает проблему точного контроля температуры в условиях низкой температуры.