Устройство для автоматического определения кинетики тепловыделений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) ( ) 4С О 1 К 17/О РЕТЕНИ раз- кана елью пориснол оснаей ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(.71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени технологическийинститут пищевой промышленности(56) 1, Авторское свидетельство СУ 280927, кл. С 01 К 17/00, 1969.2, Авторское свидетельство СССВ 690329, кл. С 01 К 17/00, 1977.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИКИ ТЕПЛОВЬЩЕЛЕ -НИЙ, содержащее размещенные в термостатируемой камере рабочий и контрольный калориметрические стаканыс фильтрующими крушками, установленные на термостатируемом теплообменнике, и датчики тепловых потоков мещенные между дном каждого ста и теплообменником и связанные с регистрирующим прибором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с ц повышения точности, средняя часть фильтрующих крышек выполнена из той металлокерамики, при этом от шение высоты калориметрических ста 4 канов к их диаметру составляет 0,2- 0,25, отношение диаметров калориметрических стаканов и датчиков теплового потока составляет 0,7-0,8, а отношение толщины вертикальной стенки кало риметрического стакана к его диаметрут иО, 008-0, 016 .,2. Устройство по и. 1, о ч а ю щ е е с я тем, что он щего пружинами, размещенными фильтрующими крышками и внут стенкой термостатируемой камИзобретение относится к микробиологии в частности к контролю процесса культивирования микроорганизмов на твердых средах по косвенному параметру, характеризующему величину роста биомассы,Известно устройство для поверхностного культивирования микроорганизмов, содержащее рабочий и контрольный калориметрические сосуды, помещен О цые в термостатнруемую камеру, выполненную в виде поддона, в которой размещен источник регулируемого давленин, например, вентилятор, размещенный между коаксиальцыми вентилируемыми зазорами сосудов и теплоизолирующей оболочкой (11,Однако это устройство имеет ограниченное применение ввиду небольшихфункциональных возможностей и сложцующметодику обработки результатов измерений, требующих определения масс,теплоемкостей и температуры в процессе культивирования с последующимрасчетом количеств тепловыделеций,используемых в качестве параметраконтроля процесса культивирования,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является устройстводлн автоматического определения кинетики тепловь 1 делений, содержащее размещенные в термостатируемой камерерабочий и контрольный калориметричес. -кие стаканы с Ьильтрующими крышками,установленные ца термлстатируемомтеплообменнике, и датчики тепловыхпотоков, размещенные между дном каждого стакана и теплообменциком исвязанные с регистрирующим прибором 2,40Однако известное устроиство непозволяет точно судить о величинетепловыделений в процессе культивирования из-за помех, вносимых переменным (нестабильным) тепловым сопро 45тивлением пробок, закрывающих отверстие в крьппках, через которые стаканы вентилируются, из-за помех, вносимых различным и контактным термическим сопротивлением между дномстаканов, датчиками тепловых потокови термостатируемым теплообменником,а также из-за выбранных геометрических размеров распределяющих тепловыепотоки таким образом, что измеряетсятолько 457, выделившегося тепла.Цель изобретения - повьппение точности измерения тепловыделения. Гоставленная цель достигается тем,что в устройстве для автоматическогоопределения кинетики тепловыделений, содержащем размещенные в термостатируемой камере рабочий и контрольные калориметрические стаканыс фильтрующими крышками, установленные ца термостатируемом теплообменцике, и датчики тепловых потоков,размещенные между дном каждого стакана и теплообменником и связанныес регистрирующим прибором, средняячасть фильтрующих крышек выполнена изпористой металлокерамики, при этомотношение высоты калориметрическихстаканов к их диаметру составляет0,2-0,25, отношение диаметров калориметрических стаканов и датчиковтеплового потока составляет 0,7-0,8,а отношение толщины вертикальнойстенки калориметрического стаканак его диаметру 0,008 в ,016.Кроме того, устройство оснащенопружинами, размещенными между фильтрующими крьппками и внутренней стенкой термостатируемой камеры,Выполнение крышек со среднейчастью из металлокерамики позволяетстабилизировать на одном уровнетепловое сопротивление крышки дажепосле многократных стерилизаций вавтоклаве н обеспечить постоянноегидравлическое сопротивление потокуФильтрующего стаканы воздуха. Установка пружин между стенкой термостатируемой камеры и крышками обеспечивает дополнительную герметизациюстаканов в местах касания их с крышками, постоянное контактное тепловое сопротивление между дном стаканов, датчиками теплового потока итермостатируемым теплообменником.Геометрические соотношения конструктивных элементов выбраны исходя издвух. предпосылок - конструктивнойпрочности стаканов и обеспечения распределения тепловых потоков от стаканов таким образом, чтобы тепловой поток был наибольшим в направлении датчиков теплового потока иобеспечивалось максимальное наращивание биомассы при данной массе среды. Высота слоя культуральной среды влияет иа газовый обмен и распределение тепловых потоков, при этом оптимальное отношение слоя культу- ральной жидкости определяется отно= А;цг РТ 30 4 Р где Рст 3шецием объема газа цад поверхностьюкультуры и ее объемом по выражению объем и высота слоя культуральной среды,- полные объемы и высоЧ и Нобта стакана. 10 Оптимум отношения поверхностей равен где Р и Р - площади боковой и циж - 15б Днней поверхностей стакана или Н/О Ы 0,25.Если НЬ = 0,25, то Ь/В = 0,0625(0,25) .Оптимальный относительный размер 20 толщины вертикальной стенки калориметрического стакана получен из максимального ее теплового сопротивления в вертикальном направлении при обеспечении конструктивной жесткости 25 конструкции, т.е. совместного решения уравнений сила прижима стакана;теплопроводность материала;35толщина стенки;отношение геометрическихразмеровмодуль упругости материала,40момент инерции поперечногосечения,Цля материалов, применяемых при изготовлении калориметрических стаканов, оптимальным будет 45 0,016 или (0,25), что же касается отношения диаметра датчика теплового потока к диаметру стакана, то оно должно быть не более 0,8, из условия создания равномерного теп лового поля через датчик, что также как и все предыдущие конструктивные изменения способствует правильному распределению тепловых потоков по всем трем координатам. 55Экспериментально установлено, что изменение отношения высота стакана к его диаметру на 1 Х приводит к уменьшецию теплового потока через датчикца 57, а дальнейшее уменьшение на17, - к уменьшению на 87.Аналогично при изменении отноше. -ния диаметра стакана к диаметру датчика ца 13 приводит к потере 27 теплового потока, проходящего через дностакана, а изменение отношения толщины вертикапьной стенки стакана кдиаметру стакана на 17 приводит кувеличению потерь тепла через боковуюстенку на 27,либо к уменьшению запаса прочности стенки также на 27 Таким образом, выбор указанных величин,соотношений наиболее приемлем приконструировании устройств.На чертеже показан конструктивное выполнение предлагаемого устрой-,ства,Устройство содержит размещенныев термостатируемой камере 1 рабочийи контрольные калориметрические стаканы 2 с фильтрующими крышками 3 ирабочими полостями 4. Стаканы установлены на термостатируемом теплообменнике 5, а между дном с.таканови теплообменником установлены датчики б тепловых потоков, электрически связанные с регистрирующим прибором 7, между камерой и фильтрующимикрышками установлены пружины 8, ередняя часть 9 фильтрующих крышек выполнена из лористой металлокерамики, астаканы с теплообменником заключеныв оболочку 10,Устройство работает следующим образом.Рабочий и контрольный стаканы 2заполняют средой до верхнего краясвоих рабочих полостей 4 и закрывают крышками 3. При достижении вних температуры, равной температуретермостатируемой камеры 1, а следовательно, и термостатирующего теплообменника 5 (при этом термо-ЭДСотдатчиков 6 теплового потока будетравняться нулю), осуществляют посевкультуры. В результате протекания реакции в рабочем стакане в нем выделяется (поглощается), если реакцияэкзотермическая (эндотермическая),тепло, которое через дно стакана 2отводится через датчик 6 теплового потока. При этом в датчике 6теплового потока возникает термо-ЗДСвеличина которой пропорциональна проходящему через него тепловому потоку.Контрольный стакан 2 нужен для осуществления компенсации помех от ок5131 Составитель Н. АрцыбашеваТехред М.Надь . Корректор Е.Снрохман,Редактор А. шандор Заказ 332939 Тирак 891 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушскаянаб., д. 4/5Филиал ПОП "Патент", г. Уагород ул. Проектная, 4В руаающей среды и неравномерностей тепловых потоков в .тбплообменнике 5. Зто производится встречным включйнием датчиков б - дифференциально.Таким образом выполнение стаканов ,2 с указанным соотношением конструк" тинных элементов позволяет повысить использование тепла при калориметрических измерениях. Получают тепловой поток через дно стакана большей величины - б 0 вместо 45 в известной устройстве. Это достигается за счет выполнения стаканов по указанной геометрии и при заполнении стаканов на 0,25 высоты. Кроме того, погрешность, вносимая изме"нением теплофнзических свойств крьипки и изменением контактного термического сопротивления между дномстакана 2 и теплообменником 5, сводится к минимуму аа счет выполнениякрышки 3 из металлокерамики 4 и установки прудкин 8 При этом величинатеплового потока через дно стаканов ф увеличивается до 103. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точностьизмерений на порядок, т.е. до 0,5 И против 2,5 ,