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1、(10)申请公布号 CN 103616907 A (43)申请公布日 2014.03.05 CN 103616907 A (21)申请号 201310704409.7 (22)申请日 2013.12.19 G05D 23/30(2006.01) (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923 号 (72)发明人 李飞 孙奉仲 高明 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 崔苗苗 (54) 发明名称 一种换热实验用调温装置 (57) 摘要 本发明涉及一种换热实验用调温装置， 包括 盛冷却水的箱体， 箱体内设有隔板将箱体分隔成 。
2、第一箱体和第二箱体， 第一箱体中安装有第一加 热装置， 底部安装有泄流管， 顶部安装有回水管和 补水管， 回水管上设有附加排水管和第四调节阀， 第二箱体中安装有第二加热装置， 第二箱体侧壁 的上部安装有溢流管， 下部安装有供水管道， 泄流 管和溢流管均与排水管连接。本发明针对实验所 需冷却水箱的控温范围， 充分利用电厂工业水源 丰富的特点， 直接使用注入常温水的方法对循环 冷却水进行冷却， 相比传统的冷却水箱减少了压 缩机， 节省了空间。 而且可以调小第四调节阀的开 度以控制通过回水管返回箱体的温度较高的换热 后冷却水的流量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 。
3、2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103616907 A CN 103616907 A 1/1 页 2 1. 一种换热实验用调温装置， 包括盛冷却水的箱体和控制器， 其特征是， 箱体内设有隔 板将箱体分隔成第一箱体和第二箱体， 第一箱体中安装有第一加热装置， 底部安装有泄流 管， 顶部安装有回水管和补水管， 回水管上设有附加排水管和第四调节阀， 第二箱体中安装 有第二加热装置， 第二箱体侧壁的上部安装有溢流管， 下部安装有供水管道， 泄流管和溢流 管均与排水管连接。 2. 根据权利要求 1 所述的。
4、一种换热实验用调温装置， 其特征是， 所述的隔板上安装有 测第一箱体内水温的第一温度传感器， 所述供水管道内部安装有测供水水温的第二温度传 感器， 所述的供水管道上安装有第一调节阀和水泵， 所述补水管上安装有第二调节阀， 所述 泄流管上安装有第三调节阀， 各温度传感器及加热装置与控制器连接。 3. 根据权利要求 2 所述的一种换热实验用调温装置， 其特征是， 所述控制器包括电源、 与第一温度传感器相连的第一温控仪、 与第二温度传感器相连的第二温控仪， 第一温控仪 通过第一继电器控制第一加热装置， 第二温控仪通过第二继电器控制第二加热装置。 4. 根据权利要求 1 所述的一种换热实验用调温装置，。
5、 其特征是， 所述的第一箱体的体 积大于所述第二箱体的体积。 5. 根据权利要求 1 所述的一种换热实验用调温装置， 其特征是， 所述第一加热装置的 功率大于所述第二加热装置的功率。 权 利 要 求 书 CN 103616907 A 2 1/4 页 3 一种换热实验用调温装置 技术领域 0001 本发明涉及控制领域， 尤其涉及一种换热实验用调温装置。 背景技术 0002 冷却水箱属于工业领域和科研领域常用的仪器设备， 在一些需要精确控制冷却过 程参数的场合， 如激光器的腔体冷却或者某些科学实验中， 常常需要向冷却管中通入温度 范围特定的冷却水。 0003 常用的冷却水箱一般具有两个特点 ： 一。
6、、 如果冷却水循环利用， 一般需要对冷却水 进行降温， 降温的方法往往是使用冷却装置， 然而， 压缩机一般体积比较大， 使用额外的冷 却装置使得本来就需要占用很大空间的水箱更加笨重， 非常不适合于在空间狭小的场所使 用 ； 二、 如果需要精确进行控温， 通常采用的是自动控制中的闭环控制方法， 这一方面需要 增加电路设计和控制操作的复杂度， 另一方面由于环境变化， 需要实时地调整的各种设定 参数以保证控温的精确性。 0004 图 1 所示为现有技术中的冷却水箱， 该冷却水箱使用鼓风机和抽气机配合对冷却 水进行冷却， 该冷却水箱需要额外的鼓风装置和抽气装置， 增大了冷却水箱的体积， 同时不 具备精。
7、确控制冷却水温度的功能。 0005 目前， 在研究锅炉尾部烟气的换热特性和腐蚀特性的实验中， 为了研究换热器壁 温对换热器换热性能的影响， 需要通过精确控制冷却水的温度来控制换热器壁温。在该实 验中， 由于锅炉尾部烟气成分复杂、 温度高， 实验室搭建模拟实验台困难， 所以实验主要在 电厂的实际运行环境中完成， 实验条件受到很多限制。 比如电厂的布局一般非常紧凑， 操作 空间狭小， 常规的带有压缩机的冷却水箱不适用于这种工作场合 ； 另一方面电厂实验条件 简陋， 环境嘈杂， 实验人员希望能够使用尽量简单的控制方法完成实验。 发明内容 0006 本发明的目的是提供一种换热实验用调温装置， 针对电厂。
8、的特殊环境， 适用于在 电厂冷却使用。 0007 本发明采取的技术方案为 ： 0008 一种换热实验用调温装置， 包括盛冷却水的箱体， 箱体内设有隔板将箱体分隔成 第一箱体和第二箱体， 第一箱体中安装有第一加热装置， 底部安装有泄流管， 顶部安装有回 水管和补水管， 回水管上设有附加排水管和第四调节阀， 第二箱体中安装有第二加热装置， 第二箱体侧壁的上部安装有溢流管， 下部安装有供水管道， 泄流管和溢流管均与排水管连 接。 0009 所述的第一箱体的体积大于所述第二箱体的体积， 具体地， 第一箱体的体积是所 述第二箱体的体积的两倍。所述第一加热装置的功率大于所述第二加热装置的功率， 具体 地，。
9、 所述第一加热装置的功率为 4KW， 所述第二加热装置的功率为 1KW。 0010 所述第一箱体与第二箱体在隔板的上方相通， 所述溢流管位于第二箱体的侧壁上 说 明 书 CN 103616907 A 3 2/4 页 4 方位置并且其高度低于所述隔板的高度， 从而使得第一箱体中的水单向地流入第二箱体 中。 0011 所述的隔板上安装有测第二水箱内水温的温度传感器， 所述供水管道内部安装有 测供水水温的温度传感器。 0012 所述的供水管道上安装有第一调节阀和水泵， 所述补水管上安装有第二调节阀， 所述泄流管上安装有第三调节阀。 各温度传感器及加热装置与控制器连接， 受控制器控制。 控制器包括电源。
10、、 与第一温度传感器相连的第一温控仪， 与第二温度传感器相连的第二温 控仪， 第一温控仪通过第一继电器控制第一加热装置， 第二温控仪通过第二继电器控制第 二加热装置。供水管道通过水泵向外供水。 0013 本发明解决了水箱应用在夏季高温环境中时 （如环境温度达到 35以上， 此时作 为补给水的电厂常温工业用水的水温一般在将近 30） ， 要想将冷却水的温度控制在 35 以下， 需要将第二调节阀的开度开的非常大， 以增大常温水的补给量， 而同时， 由于电厂布 置需要， 排水管往往非常长， 阻力很大， 可能会因为排水不及时造成水箱溢水， 使得水箱无 法正常工作的问题。在回水管上增加了第四调节阀， 并。
11、在第四调节阀之前的管道上引出附 加排水管， 当需要将冷却水的温度控制在较低温度时， 可以调小第四调节阀的开度以控制 通过回水管返回箱体的温度较高的换热后冷却水的流量。 0014 与现有技术相比具有的有益效果 ： 0015 1） 本发明涉及的电厂换热实验中， 所需冷却水的温度范围为 35 -80， 针对这 一控温范围， 本发明充分利用了电厂工业水源丰富的特点， 直接使用注入常温水的方法对 循环冷却水进行冷却， 相比传统的冷却水箱减少了压缩机， 节省了空间， 适合于在电厂进行 现场实验使用。 0016 2） 本发明将水箱设计为双箱体结构， 采用两级控温设计， 使用大功率加热装置在 大箱体中粗调温度。
12、， 使用小功率加热装置在小箱体中对温度进行微调， 同时保证了控温效 率和控温精度， 无需复杂的控制方法即可以实现精确控温， 误差达到 1以内。 附图说明 0017 图 1 是现有的冷却水箱示意图 ； 0018 图 2 是本发明实施例中两级冷却水箱的示意图 ； 0019 图 3 是本发明实施例中控制器的示意图 ； 0020 1. 箱体， 2. 控制器， 3. 隔板， 41. 供水管道， 42. 回水管， 43. 补水管， 44. 排水管， 45. 附加排水管， 441. 泄流管， 442. 溢流管， 51. 第一加热装置， 52. 第二加热装置， 61. 第一 调节阀 ,62. 第二调节阀， 6。
13、3. 第三调节阀， 64. 第四调节阀， 71. 第一温度传感器， 72. 第二 温度传感器， 8. 水泵， 11. 第一箱体， 12. 第二箱体， 21. 电源， 221. 第一温控仪， 222. 第二温 控仪， 231. 第一继电器， 232. 第二继电器。 具体实施方式 0021 下面结合实施例进一步说明。 0022 实施例 1 0023 如图2所示， 一种换热实验用调温装置， 包括盛冷却水的箱体1， 箱体1内设有隔板 说 明 书 CN 103616907 A 4 3/4 页 5 3 将箱体分隔成第一箱体 11 和第二箱体 12， 并且第一箱体 11 和第二箱体 22 在隔板 3 上方 。
14、相通， 第一箱体11中安装有第一加热装置51， 底部安装有泄流管441， 顶部安装有回水管42 和补水管 43， 回水管 42 上设有附加排水管 45 和第四调节阀 64， 第二箱体 12 中安装有第二 加热装置52， 第二箱体12侧壁的上部安装有溢流管442， 下部安装于有供水管道41， 泄流管 441 和溢流管 442 均与排水管 44 连接。 0024 第一箱体 11 的体积大于所述第二箱体 12 的体积， 具体地， 第一箱体 11 的体积是 所述第二箱体 12 的体积的两倍。第一加热装置的功率大于所述第二加热装置的功率， 具体 地， 所述第一加热装置的功率为 4KW， 所述第二加热装置。
15、的功率为 1KW。 0025 泄流管 441 位于所述第二箱体的侧壁上方位置并且其高度低于所述隔板 3 的高 度， 从而使得第一箱体中的水单向地流入第二箱体中。 。 0026 供水管道 41 位于所述第二箱体侧壁下方接近底部的位置， 通过水泵 8 向外部供 水。 0027 隔板3靠近第一箱体一侧的上部安装有第一温度传感器71， 用于测量第一箱体11 内的水温， 所述供水管道 41 内部安装有第二温度传感器 72。供水管道 41 上安装有第一调 节阀 61 和水泵 8， 所述补水管 43 上安装有第二调节阀 62， 所述泄流管 441 上安装有第三调 节阀 63。各温度传感器及加热装置与控制器 。
16、2 连接， 受控制器控制。 0028 本实施例提供的两级冷却水箱所使用的控制器包括电源 21、 与所述第一温度传感 器 71 相连的第一温控仪 221， 与所述第二温度传感器 72 相连的第二温控仪 222， 所述第一 温控仪 221 通过第一继电器 231 控制所述第一加热装置 51 的工作， 所述第二温控仪通过第 二继电器 232 控制所述第二加热装置 52 工作。 0029 本实施例中冷却水箱用于锅炉尾气换热实验， 向换热管提供 55的冷却水。换热 管位于锅炉空气预热器后的烟道中， 此段烟道中烟气温度在 110-140之间， 通过测量例如 进水温度、 出水温度、 冷却水流量、 观察换热管。
17、温度等参数， 探寻位于锅炉尾气中的换热管 的管壁温度对换热管换热性能的影响。 0030 水箱的工作过程如下 ： 0031 加热阶段， 关闭第三调节阀63、 第一调节阀61和水泵8， 通过补水管道向水箱中注 满水， 将第一温控仪 221 和第二温控仪的控制温度设定为 52， 加热第一箱体 11 和第二箱 体 12 中的冷却水至 52。 0032 工作阶段， 将第一温控仪221的控制温度设定为53， 第二温控仪222的控制温度 设定为 55， 打开第一调节阀 61 和水泵 8。通过调节第一调节阀 61 的开度控制冷却水的 进水流量， 可以观察不同换热量下管壁的传热特性。通过改变第一温控仪 221、。
18、 第二温控仪 222 的设定温度以及补水管 43 的流量， 可以控制恒温水箱的水温在 40-80之间工作。 0033 结束阶段， 首先关闭第二调节阀 62， 打开第三调节阀 63 排空第一箱体 11 中的水， 待第二箱体 12 中的水被水泵 8 抽干后， 关闭水泵 8 和第一调节阀 61。 0034 当需要将冷却水的温度控制在较低温度， 如 35时， 可以调小第四调节阀 64 的开 度以控制通过回水管 42 返回箱体的温度较高的换热后冷却水的流量。 0035 通过增加第四调节阀 64 和附加排水管 45， 本实施例所述的冷却水箱能够在夏季 高温环境中提供 30 -90的冷却水。因为锅炉尾气酸露点的温度一般在 70以上， 水露 点的温度一般在 30-40之间， 因此， 该水箱提供的冷却水的温度范围使得本领域技术人 说 明 书 CN 103616907 A 5 4/4 页 6 员能够对换热管壁温进行控制， 观察换热管壁温在这两个露点温度附近时换热管的换热特 性。 说 明 书 CN 103616907 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103616907 A 7 2/2 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103616907 A 8 。