CN112058332B

CN112058332B - 一种恒温液槽

Info

Publication number: CN112058332B
Application number: CN201910497912.7A
Authority: CN
Inventors: 杜留洋; 韩强
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2039-06-10
Also published as: CN112058332A

Abstract

本发明公开了一种恒温液槽。所述恒温液槽包括液体循环模块、换热模块以及控制模块，其中，液体循环模块为密闭结构；液体循环模块包括水箱、液体管道、水泵以及隔热板，换热模块包括第一热电组件和第二热电组件，第一热电组件和第二热电阻件分别紧贴于液体管道中回字形管道相对的两个侧壁上，控制模块与水泵、第一热电组件以及第二热电组件连接。本发明实施例提供的技术方案，使得水箱内的液体的温度能够得到及时的调节，提升了水箱内液体温度的均匀性和稳定性。

Description

一种恒温液槽

技术领域

本发明实施例涉及液体温度控制技术领域，尤其涉及一种恒温液槽。

背景技术

恒温液槽是化学、生物以及物理等实验中的必备条件，被广泛应用于医疗卫生、食品行业以及冶金行业等领域，备受用户青睐。

现有技术中的恒温液槽包括水箱以及与水箱连通的液体流动管道，液体流动管道远离水箱的侧壁与热电组件紧贴在一起，热电组件产生的热量或冷量能够传递至液体流动管道内的液体，进而通过液体流动调节水箱内液体的温度，保持水箱内液体温度的恒定。其中，液体流动管道为凹槽状结构，即为非密闭结构，因此液体流动管道为非承压回路，无法承受较大的压力，其内部液体的流动速度较小，导致液体流动管道内的液体与热电组件之间的热交换速度受限，水箱内液体的温度无法受到快速调节，进而导致水箱内与液体的温度均匀性和稳定性下降。

发明内容

本发明提供一种恒温液槽，以提升恒温液槽中水箱内液体的温度均匀性和稳定性。

本发明实施例提供了一种恒温液槽，该恒温液槽包括：

液体循环模块、换热模块以及控制模块；

其中，所述液体循环模块为密闭结构；所述液体循环模块包括水箱、液体管道、水泵以及隔热板；所述液体管道包括回字形管道，所述回字形管道的入水口与所述水泵的出水口连接，所述回字形管道的出水口与所述水箱的入水口连接，所述水箱的出水口与所述水泵的入水口连接，所述回字形管道绕所述水箱一周设置；所述隔热板设置于所述水箱和所述回字形管道之间；

所述换热模块包括第一热电组件和第二热电组件，所述第一热电组件和所述第二热电阻件分别紧贴于所述回字形管道相对的两个侧壁上，所述第一热电组件和所述第二热电组件用于根据所述控制模块的指令实现制冷或制热功能，以通过热交换调节所述液体管道中循环液体的温度；

所述控制模块与所述水泵、所述第一热电组件以及所述第二热电组件连接，用于控制所述水泵、所述第一热电组件以及所述第二热电组件配合实现所述水箱内液体温度的恒定。

本发明实施例提供的恒温液槽包括液体循环模块、换热模块以及控制模块，其中，液体循环模块为密闭结构，包括水箱、液体管道、水泵以及隔热板，液体管道包括回字形管道，回字形管道的入水口与水泵的出水口连接，回字形管道的出水口与水箱的入水口连接，水箱的出水口与水泵的入水口连接，回字形管道绕水箱一周设置，隔热板设置于水箱和回字形管道之间，使得液体循环模块内的回路为密闭结构，该回路为承压回路，其内部液体可在较大速度下流动，而无需担心液体飞溅至液体管道外的情况发生，且较快的液体流速加快了液体管道内液体与换热模块的热交换速度，进而使得水箱内的液体的温度能够得到及时的调节，提升了水箱内液体温度的均匀性和稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例提供的一种恒温液槽的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种翅片的结构示意图；

图3是本发明提供的又一种翅片的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种扰流板的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种扰流板的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种挡流板的结构示意图；

图7是沿图1中虚线AB的剖面结构示意图；

图8是本发明实施提供的一种控制模块的内部结构与外部器件的连接结构示意图；

图9是本发明实施提供的又一种控制模块的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的又一种恒温水槽的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种恒温液槽的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明实施例提供了一种恒温液槽，该恒温液槽包括：

液体循环模块、换热模块以及控制模块；

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他实施方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置器件结构的示意图并非按照一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度以及高度的三维空间尺寸。

图1是本发明实施例提供的一种恒温液槽的结构示意图。如图1所示，恒温液槽包括液体循环模块300、换热模块200以及控制模块100。

其中，液体循环模块300包括水箱310、液体管道320、水泵340以及隔热板330，液体管道320为密闭管道，液体管道320包括回字形管道321，回字形管道321的入水口与水泵340的出水口连接，回字形管道321的出水口与水箱310的入水口连接，水箱310的出水口与水泵340的入水口连接，回字形管道321绕水箱310一周设置，隔热板330设置于水箱310和回字形管道321之间。

换热模块200包括第一热电组件210和第二热电组件220，第一热电组件210和第二热电阻件分别紧贴于回字形管道321相对的两个侧壁上，第一热电组件210和第二热电组件220用于根据控制模块100的指令实现制冷或制热功能，以通过热交换调节液体管道320中循环液体的温度，

控制模块100与水泵340、第一热电组件210以及第二热电组件220连接，用于控制水泵340、第一热电组件210以及第二热电组件220配合实现水箱310内液体温度的恒定。

可选的，第一热电组件210以及第二热电组件220为波耳帖元器件，其拓扑结构根据水箱310内液体的体积、加热或制冷功率综合考虑后确定。

此外，隔热板330将外部干扰热源与水箱310内的液体进行热隔绝，避免了外部干扰热源影响液体的温度。示例性的，隔热板330采用隔热性能良好的隔热材料形成。

需要说明的是，图1中以箭头示意出液体循环模块300中液体的流动路径，据此可确定水箱310、水泵340以及液体管道320的进水口和出水口。此外，回字形管道321指的是图1中围绕水箱310一周呈回字形的管道，其入水口通过连接管道322与水泵340的出水口连接，水箱310的出水口通过另一连接管道322与水泵340的入水口连接。回字形管道321平整的四个外侧面为其与换热模块200的相对设置提供的了充足的空间，进而能够增大回字形管道321与换热模块200之间的相对面积，使得回字形管道321与换热模块200之间的热交换速度加快，有利于液体管道320内液体温度的快速调节，进而提升水箱310内液体温度的均匀性和稳定性。

示例性的，如图1所示，水泵340、水箱310的出水口以及回字形管道321的入水口和出水口均位于水箱310的同一侧，使得水泵340与水箱310的出水口以及回字形管道321的入水口均可以通过较短的连接管道322方便的连接。可以理解的是，图1所示结构仅作为示例性的说明而非限定，在本实施例的其他实施方式中，上述位置关系还可以为其他情况，凡是能够保证液体循环模块300为一整体的密闭结构的方案，均在本实施例的保护范围内。

以下对本实施例提供的恒温液槽的工作过程进行简要说明。首先控制模块100控制水泵340开始工作，在水泵340的作用下，水箱310以及液体管道320中的液体开始循环流动，液体流动至与第一热电组件210或第二热电组件220相对的液体管道区域时，与第一热电组件210或第二热电组件220进行热交换，液体温度得到调节，温度调节后的液体随即流至水箱310内，并在水泵340作用下在水箱310内流动至水箱310出口处，并进一步流动至水泵340的入水口进入水泵340，另一方面，从水箱310的出口流出，未来得及流出的液体返回水箱310入口继续循环。在上述液体不断的循环流动过程中，液体与换热模块200中的第一热电组件210以及第二热电组件220适时热交换，保持液体温度维持于预设温度范围内。

本实施例提供的恒温液槽包括液体循环模块300、换热模块200以及控制模块100，其中，液体循环模块300为密闭结构，液体循环模块300包括水箱310、液体管道320、水泵340以及隔热板330，液体管道320包括回字形管道321，回字形管道321的入水口与水泵340的出水口连接，回字形管道321的出水口与水箱310的入水口连接，水箱310的出水口与水泵340的入水口连接，回字形管道321绕水箱310一周设置，隔热板330设置于水箱310和回字形管道321之间，使得液体循环模块300内的回路为密闭结构，该回路为承压回路，其内部液体可在较大速度下流动，而无需担心液体飞溅至液体管道320外的情况发生，且较快的液体流速加快了液体管道320内液体与换热模块200的热交换速度，进而使得水箱310内的液体的温度能够得到及时的调节，提升了水箱310内液体温度的均匀性和稳定性。

如图1所示，恒温液槽还可以包括水冷模块400，水冷模块400包括水循环控制器410、第一水冷板420和第二水冷板430。水循环控制器410与控制模块100连接，水循环控制器410用于根据控制模块100的指令调节第一水冷板420和第二水冷板430内冷却液的流量。第一水冷板420紧贴第一热电组件210远离回字形管道321的一侧表面，第二水冷板430紧贴第二热电组件220远离回字形管道321的一侧表面，第一水冷板420和第二水冷板430分别用于降低第一热电组件210和第二热电组件220的温度。

需要说明的是，第一热电组件210和第二热电组件220工作过程中会产生一定的热量，该热量一方面会限制第一热电组件210或第二热电组件220自身的器件性能发挥，另一方面还会影响液体循环模块300中液体的温度，导致控制不准确。考虑到上述因素，本实施例设置水冷模块400，以使水冷模块400为第一热电组件210和第二热电组件220进行散热。

还需要说明的是，第一水冷板420和第二水冷板430内设置有冷却水的循环流道，示例性的，上述循环流道可以为铸埋的铜管或不锈钢管，具体的，可采用3D打印技术形成上述循环流道。可以理解的是，循环流道应采用导热性良好的材料形成，以实现快速散热，除了上述铜、不锈钢以外，还可以为铝，或者，也可以为石墨等非金属材料。

继续参见图1，换热模块200还可以包括第一均热板230和第二均热板240，第一均热板230设置于回字形管道321和第一热电组件210之间，第二均热板240设置于回字形管道321和第二热电组件220之间，第一均热板230和第二均热板240分别用于实现回字形管道321与第一热电组件210和第二热电组件220之间热量或冷量的均匀传导。

需要说明的是，第一均热板230和第二均热板240均采用导热性良好的材料形成，第一均热板230和第二均热板240利用材料导热的各向异性，实现导热方向上快速导热，垂直于导热方向的平面上快速均热，保证了冷量或热量输出面上的温度均匀性，进而使得液体管道320中与第一均热板230和第二均热板240相对的区域内的液体均匀受热。示例性的，第一均热板230和第二均热板240的材料可以为铜、铝、不绣钢等金属材质，也可以为石墨等非金属材质。

可选的，如图1所示，回字形管道321内可以设置有至少一个翅片510。

需要说明的是，翅片510的肋化效应可有效增加传热效率，增强液体流道320内部的承压能力，有利于液体流速的增加，进而提升水箱310内液体温度的均匀性和稳定性。

图2是本发明实施例提供的一种翅片的结构示意图。图3是本发明提供的又一种翅片的结构示意图。如图2和图3所示，翅片510包括第一基板511以及形成于第一基板511上的多个翅结构512，多个翅结构512的排列方式可以为叉排。在本实施例的其他实施方式中，多个翅结构512的排列方式还可以为顺排或混合排，本实施例对此不作具体限定。

此外，如图2所示，翅结构512的形状可以为针状，或者，如图3所示，翅结构512可以为片状。可以理解的是，图2和图3中翅结构512的形状仅为示例而非限定，在本实施例的其他实施方式中，翅结构512还可以为任何合理的结构，例如柱状等。

可选的，继续参见图1，回字形管道321内还可以设置有至少一个扰流板520。

需要说明的是，扰流板520能够使得经过此扰流板520后的液体充分混合，使液体管道320内液体各点温度一致，提高了液体温度的均匀性，且能够增强液体管道320的承压能力，有利于液体流速的增加，进而提升水箱310内液体温度的均匀性和稳定性。

图4是本发明实施例提供的一种扰流板的结构示意图。图5是本发明实施例提供的又一种扰流板的结构示意图。如图4和图5所示，扰流板520包括第二基板521以及形成于第二基板521上的多个扰流结构522。如图4所示，多个扰流结构522的排列方式可以为顺排，或者，如图5所示，多个扰流结构522的排列方式可以为叉排。在本实施例的其他实施方式中，多个扰流结构522的排列方式还可以为混合排，本实施例对此不作具体限定。

此外，如图4和图5所示，扰流结构522的形状可以为S型片状。可以理解的是，图4和图5中扰流结构522的形状仅为示例而非限定，在本实施例的其他实施方式中，扰流结构522还可以为任何合理的结构，例如针状和柱状等。

继续参见图1，水箱310的入水口与回字形管道321的出水口之间可以设置有挡流板530，挡流板530上设置有多个通孔531。

需要说明的是，挡流板530能够减缓进入水箱310内的液体的流速，进而避免水箱310的液体流动性过大影响被浸入物体的稳定性。

图6是本发明实施例提供的一种挡流板的结构示意图。如图6所示，水箱的顶部指向底部的方向为第一方向X，沿第一方向X，挡流板530上通孔531的密度逐渐减小。

需要说明的是，受重力影响，距离水箱底部越近的液体的流速越大，因此，上述设置方式能够使得挡流板530对流速相对较大的液体部分的减速作用较大，进而使得通过挡流板530的液体的流速一致，提高液体温度的均匀性和稳定性。

图7是沿图1中虚线AB的剖面结构示意图。如图7所示，水箱310的顶部指向底部的方向为第一方向X，沿第一方向X，回字形管道321的宽度逐渐减小。

需要说明的是，如上所述，受重力影响，距离水箱310底部越近的液体的流速越大，为使得通过液体管道320同一截面的液体的热量相同，设置回字形管道321的宽度越靠近水箱310底部越小。

继续参见图7，回字形管道321靠近水箱310的侧壁沿第一方向X延伸，回字形管道321远离水箱310的侧壁与第一方向X的垂直方向的夹角a的取值范围为：60°≤a≤90°。

需要说明的是，上述夹角a过大或过小均会导致通过液体管道320同一截面的液体的流速存在明显差异，当60°≤a≤90°，通过液体管道320同一截面的液体的流速近乎相同。

此外，常规水箱310的侧壁沿第一方向X延伸，因此，设置回字形管道靠近水箱310的侧壁沿第一方向X延伸能够使得回字形管道靠近水箱310的侧壁与水箱310相对侧壁之间为平行关系，两者任意点之间的距离相等，不会受限于部分区域之间的距离而无法进一步减小两者之间的距离，使得整个恒温水槽的结构更为紧密，有利于恒温水槽整体尺寸的缩小。

可选的，如图1所示，回字形管道321内还设置有第一温度传感器541和第二温度传感器542，回字形管道321包括首尾依次连接的第一子管道3211、第二子管道3212、第三子管道3213和第四子管道3214，第一子管道3211与第一热电组件210相对设置，第三子管道3213与第二热电组件220相对设置，第一温度传感器541设置于第二子管道3212内，第二温度传感器542设置于第四子管道3214内。

需要说明的是，第一温度传感器541和第二温度传感器542使得能够及时了解回字形管道321内不同位置处的液体温度，进而使得控制模块100可以根据该温度实时调节第一热电组件210和第二热电组件220的工作，保持水箱310内液体温度的均匀性和稳定性。

示例性的，恒温水槽可以包括两个翅片510和两个扰流板520，两个翅片510分别设置于第一子管道3211和第三子管道3213内，两个扰流板520分别设置于第二子管道3212和第四子管道3214内，第一温度传感器541设置于液体流动方向上第二子管道3212内的扰流板540之后，第二温度传感器542设置于液体流动方向上第四子管道3214内扰流板540之前。

图8是本发明实施提供的一种控制模块的内部结构与外部器件的连接结构示意图。如图8所示，控制模块100包括主控制器110和辅助控制器120，主控制器110和辅助控制器120串联，辅助控制器120用于根据第一温度传感器的实测温度，控制第一热电组件210制冷或制热，以维持水箱内液体温度的恒定，主控制器110用于根据第二温度传感器的测量结果，控制第二热电组件220制冷或制热，以维持水箱内液体温度的恒定。

需要说明的是，图8所示结构对应的为串级控制方式。如图8所示，可以采用二级调节方式实现液体温度的调节，二级调节模式包括粗调节和细调节。具体的，辅助控制器120获取第一温度传感器的实测温度，并根据此实测温度控制第一热电组件210执行制冷或制热功能以实现液体管道内液体温度的粗调节，接着，主控制器110获取第二温度传感器的测量结果，并根据此测量结果控制第二热电组件220执行制冷或制冷功能以实现液体管道内液体温度的细调节。

图9是本发明实施提供的又一种控制模块的结构示意图。控制模块100包括第一控制器130和第二控制器140，第一控制器130和第二控制器140并联，第一控制器130用于根据第一温度传感器的实测温度，控制第一热电组件210制冷或制热，以维持水箱内液体温度的恒定，第二控制器140用于根据第二温度传感器的实测温度，控制第二热电组件220制冷或制热，以维持水箱内液体温度的恒定。

需要说明的是，图9所示结构对应的为并级控制方式。具体的，第一控制器130获取第一温度传感器的实测温度，并根据此实测温度控制第一热电组件210执行制冷或制热功能以实现液体管道内液体温度的调节，同时，第二控制器140获取第二温度传感器的实测温度，并根据此测量结果控制第二热电组件220执行制冷或制冷功能以实现液体管道内液体温度的调节，进而维持水箱内液体温度的恒定。

在本实施例的其他实施方式中，控制模块还可为混合控制方式，本实施例对此不作具体限定。

图10是本发明实施例提供的又一种恒温水槽的结构示意图。如图10所示，在图1所示恒温水槽结构的基础上，恒温水槽中回字形管道321的入水口和水泵340的出水口之间还设置有负载620，负载620的入水口与水泵340的出水口连接，负载620的出水口与回字形管道321的入水口连接，且负载620的出水口通过水量控制阀门610与水泵340的出水口连接。

示例性的，水量控制阀门610可以为手动球阀、电磁阀或电动阀等，用来调节图10所示两个液体回路(第一液体回路710和第二液体回路720)中的液体流量。

需要说明的是，上述设置方式能够使得负载620中的液体温度同样具有良好的均匀性和稳定性，进而实现本实施例中的恒温液槽对外部被控对象内液体的温度调节。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种恒温液槽，其特征在于，包括：

液体循环模块、换热模块以及控制模块；

所述换热模块包括第一热电组件和第二热电组件，所述第一热电组件和所述第二热电组件分别紧贴于所述回字形管道相对的两个侧壁上，所述第一热电组件和所述第二热电组件用于根据所述控制模块的指令实现制冷或制热功能，以通过热交换调节所述液体管道中循环液体的温度；

2.根据权利要求1所述的恒温液槽，其特征在于，还包括水冷模块，所述水冷模块包括水循环控制器、第一水冷板和第二水冷板；

所述水循环控制器与所述控制模块连接，所述水循环控制器用于根据所述控制模块的指令调节所述第一水冷板和所述第二水冷板内冷却液的流量；

所述第一水冷板紧贴所述第一热电组件远离所述回字形管道的一侧表面，所述第二水冷板紧贴所述第二热电组件远离所述回字形管道的一侧表面；所述第一水冷板和所述第二水冷板分别用于降低所述第一热电组件和所述第二热电组件的温度。

3.根据权利要求1所述的恒温液槽，其特征在于，所述换热模块还包括第一均热板和第二均热板，所述第一均热板设置于所述回字形管道和所述第一热电组件之间，所述第二均热板设置于所述回字形管道和所述第二热电组件之间，所述第一均热板和所述第二均热板分别用于实现所述回字形管道与所述第一热电组件和所述第二热电组件之间热量或冷量的均匀传导。

4.根据权利要求1所述的恒温液槽，其特征在于，所述回字形管道内设置有至少一个翅片。

5.根据权利要求1所述的恒温液槽，其特征在于，所述回字形管道内设置有至少一个扰流板。

6.根据权利要求1所述的恒温液槽，其特征在于，所述水箱的入水口与所述回字形管道的出水口之间设置有挡流板，所述挡流板上设置有多个通孔。

7.根据权利要求6所述的恒温液槽，其特征在于，所述水箱的顶部指向底部的方向为第一方向，沿所述第一方向，所述挡流板上所述通孔的密度逐渐减小。

8.根据权利要求1所述的恒温液槽，其特征在于，所述水箱的顶部指向底部的方向为第一方向，沿所述第一方向，所述回字形管道的宽度逐渐减小。

9.根据权利要求8所述的恒温液槽，其特征在于，所述回字形管道靠近所述水箱的侧壁沿所述第一方向延伸，所述回字形管道远离所述水箱的侧壁与所述第一方向的垂直方向的夹角a的取值范围为：60°≤a≤90°。

10.根据权利要求1所述的恒温液槽，其特征在于，所述回字形管道内还设置有第一温度传感器和第二温度传感器，所述回字形管道包括首尾依次连接的第一子管道、第二子管道、第三子管道和第四子管道，所述第一子管道与所述第一热电组件相对设置，所述第三子管道与所述第二热电组件相对设置，所述第一温度传感器设置于所述第二子管道内，所述第二温度传感器设置于第四子管道内。

11.根据权利要求10所述的恒温液槽，其特征在于，所述控制模块包括主控制器和辅助控制器，所述主控制器和所述辅助控制器串联；所述辅助控制器用于根据所述第一温度传感器的实测温度，控制所述第一热电组件制冷或制热，以维持所述水箱内液体温度的恒定；所述主控制器用于根据所述第二温度传感器的实测温度，控制所述第二热电组件制冷或制热，以维持所述水箱内液体温度的恒定。

12.根据权利要求10所述的恒温液槽，其特征在于，所述控制模块包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器和所述第二控制器并联；所述第一控制器用于根据所述第一温度传感器的实测温度，控制所述第一热电组件制冷或制热，以维持所述水箱内液体温度的恒定；所述第二控制器用于根据所述第二温度传感器的实测温度，控制所述第二热电组件制冷或制热，以维持所述水箱内液体温度的恒定。

13.根据权利要求1所述的恒温液槽，其特征在于，所述回字形管道的入水口和所述水泵的出水口之间还设置有负载，所述负载的入水口与所述水泵的出水口连接，所述负载的出水口与所述回字形管道的入水口连接，且所述负载的出水口通过水量控制阀门与所述水泵的出水口连接。