Kiến thức JULABO

Nguyên lý và công nghệ

Thiết bị điều nhiệt chất lỏng hoạt động dựa trên một bể chứa chất tải nhiệt, bộ gia nhiệt, máy lạnh (nếu có), bơm tuần hoàn và bộ điều khiển. Chất lỏng được giữ ở nhiệt độ đặt rồi bơm tuần hoàn trong bể (điều nhiệt nội) hoặc ra một thiết bị bên ngoài như vỏ áo lò phản ứng, khuôn hay băng thử (điều nhiệt ngoại). JULABO chia sản phẩm theo cách sử dụng như sau.

Bể tuần hoàn gia nhiệt và gia nhiệt/làm lạnh

Bộ tuần hoàn gia nhiệt dạng nhúng hoặc dạng cầu gắn trên bể hở, dùng để giữ nhiệt độ mẫu ngâm trong bể. Bể tuần hoàn gia nhiệt/làm lạnh có thêm máy lạnh, cho phép làm việc dưới nhiệt độ phòng. Các dòng CORIO, DYNEO và MAGIO bao phủ dải khoảng -50 °C đến +300 °C tùy model, với độ ổn định từ ±0,03 °C (CORIO) đến ±0,01 °C (DYNEO, MAGIO). Bơm áp/hút là điểm khác biệt khi điều nhiệt ngoại. Một bơm đẩy chất lỏng ra hệ ngoài, bơm thứ hai hút chất lỏng hồi về bể. Nhờ đó lưu lượng cao và giảm nguy cơ tràn bể khi mạch ngoài có thể tích thay đổi.

Hệ điều nhiệt động học cao PRESTO

PRESTO là hệ kín, thể tích chất lỏng bên trong nhỏ, công suất gia nhiệt và làm lạnh lớn. Hệ dùng cho lò phản ứng, thử nghiệm ứng suất vật liệu và mô phỏng nhiệt độ. Dải làm việc từ -93 °C đến +250 °C mà không cần thay chất tải nhiệt. Vì hệ kín, chất lỏng ít tiếp xúc với không khí, nên hạn chế hút ẩm khi chạy lạnh sâu và hạn chế bay hơi, oxy hóa khi chạy nóng. Hệ có thể bù rất nhanh nhiệt của phản ứng tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt. Theo hãng, PRESTO đạt độ ổn định ±0,01 °C, vận hành được khi nhiệt độ môi trường lên tới +40 °C và có bản giải nhiệt gió hoặc giải nhiệt nước.

Máy làm lạnh tuần hoàn (chiller)

Máy làm lạnh tuần hoàn như VALEGRO, FL hay F cấp nước hoặc dung dịch làm mát ổn định cho thiết bị khác, ví dụ máy cô quay, ICP, kính hiển vi điện tử, laser hay máy chiết. Chiller thay thế nước máy chảy bỏ, tiết kiệm nước và ổn định nhiệt độ hơn. Khi chọn, cần xem công suất lạnh tại nhiệt độ làm việc thực tế, không chỉ ở +20 °C, cùng áp suất và lưu lượng bơm so với tổn thất áp của mạch.

Bể nước, bể lắc và bể hiệu chuẩn

Bể nước PURA và bể lắc SW dùng cho ủ mẫu, rã đông, nuôi cấy. Bể hiệu chuẩn có độ ổn định ±0,01 °C và độ đồng đều cao, đo theo DIN 12876-2, dùng để hiệu chuẩn nhiệt kế, đầu dò và cảm biến từ khoảng -30 °C đến +300 °C tùy model. Chức năng ATC10 cho phép hiệu chỉnh tại 10 điểm nhiệt độ. Bộ lập trình 8 × 60 bước giúp chạy tự động các chuỗi điểm hiệu chuẩn.

Bộ điều khiển và cảm biến

ICC (Intelligent Cascade Control) là bộ điều khiển cascade PID tự tối ưu. Thông số điều khiển tự điều chỉnh theo ứng dụng, nhờ đó nhiệt độ trong lò phản ứng đạt đặt nhanh mà ít vọt lố. Khi đặt cảm biến Pt100 ngoài trực tiếp trong môi trường quá trình, máy điều khiển theo nhiệt độ thực của mẫu thay vì nhiệt độ trong bể. ATC bù chênh lệch giữa nhiệt độ hiển thị và nhiệt độ thực tại điểm đo bằng nhiệt kế chuẩn. Điều khiển công suất lạnh tỷ lệ dùng van điện tử để cấp đúng lượng lạnh cần thiết thay vì bật/tắt máy nén, giúp ổn định nhiệt độ và tiết kiệm điện.

Môi chất lạnh

Môi chất lạnh tự nhiên như propan, propen, etan, eten hay CO₂ có chỉ số làm nóng toàn cầu (GWP) rất thấp nhưng phần lớn dễ cháy. Vì vậy cần tuân thủ quy định về lắp đặt và vận chuyển. Môi chất tổng hợp (HFC) không cháy nhưng GWP cao. Ví dụ R134a có GWP 1430, nghĩa là 1 kg rò rỉ tương đương 1.430 kg CO₂. Hiệu năng hai nhóm tương đương nhau. Lựa chọn phụ thuộc điều kiện lắp đặt, quy định của từng nước và phương thức vận chuyển: máy chứa từ 100 g môi chất dễ cháy trở lên không được gửi bằng đường hàng không.

Cách chọn thiết bị phù hợp

• Dải nhiệt độ làm việc: chọn máy có dải rộng hơn nhu cầu thực tế một khoảng an toàn. Ứng dụng cần đổi nhiệt nhanh giữa âm sâu và nhiệt độ cao nên dùng hệ kín như PRESTO.
• Công suất lạnh và gia nhiệt: tính theo khối lượng, nhiệt dung của tải, tốc độ gia nhiệt hoặc làm nguội mong muốn và nhiệt phản ứng. Công suất lạnh giảm mạnh khi nhiệt độ làm việc giảm, nên phải tra đường đặc tính của máy.
• Bơm: với điều nhiệt ngoại, lưu lượng và áp suất phải thắng được tổn thất áp của ống và vỏ áo. Lò phản ứng thủy tinh có giới hạn áp suất, nên cần bơm điều chỉnh được hoặc van an toàn.
• Hệ hở hay hệ kín: bể hở thuận tiện để ngâm mẫu nhưng chất tải nhiệt hút ẩm ở nhiệt độ thấp và bốc hơi ở nhiệt độ cao. Với dầu tải nhiệt nóng cần lưu ý điểm chớp cháy, điểm cháy và nhiệt độ tự bốc cháy.
• Giải nhiệt gió hay nước: máy giải nhiệt gió không cần nước, đặt linh hoạt nhưng tỏa nhiệt vào phòng. Máy giải nhiệt nước êm hơn, có thể đặt trong không gian kín nhưng cần nguồn nước làm mát.
• Kết nối và tuân thủ: RS232, USB, Ethernet, Modbus để tích hợp với hệ điều khiển, LIMS hoặc ghi dữ liệu. Ngoài ra cần xét môi chất lạnh phù hợp với quy định địa phương.

Vận hành và bảo trì

• Chất tải nhiệt: chọn đúng loại cho dải nhiệt độ, như nước, hỗn hợp nước – glycol hay dầu silicon, và không vận hành ngoài khoảng khuyến cáo. Giữ mức chất lỏng đúng vạch. Thay khi chất lỏng đổi màu, đặc lại hoặc nhiễm nước.
• Ống và cách nhiệt: dùng ống chịu nhiệt và áp phù hợp, càng ngắn càng tốt. Cách nhiệt ống khi chạy lạnh để tránh đọng sương và mất công suất.
• Giải nhiệt: chừa khoảng trống thông gió quanh máy. Vệ sinh lưới lọc và dàn ngưng định kỳ, vì bụi bám làm giảm mạnh công suất lạnh. Với máy giải nhiệt nước, đảm bảo nhiệt độ và lưu lượng nước làm mát đúng thông số.
• Kiểm tra định kỳ: hiệu chỉnh ATC bằng nhiệt kế chuẩn có truy xuất nguồn gốc. Kiểm tra chức năng bảo vệ quá nhiệt và mức thấp, kiểm tra rò rỉ môi chất lạnh theo quy định.
• An toàn: cài giới hạn nhiệt độ an toàn thấp hơn điểm chớp cháy của chất tải nhiệt. Không để máy chạy không có chất lỏng.