Жидкостной термостат

(51)5 6 01 К 15/00 ТЕН ИС СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР НИЕ ИЗОБ(71) Самостоятельное конструкторско-технологическое бюро по проектированию приборов и аппаратов из стекла(56) Патент ф РГ В 1242382,кл. 42 12/01, 1967.Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1508108, кл. 6 01 К 15/00, 1987.(57) Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при поверке термометров, Цель изобретения - повышение эффективности путем обеспечения использования одного охладителя во всем рабочем температурном диапазоне. В Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при изготовлении и поверке термометров.Известен жидкостной термостат, состоящий из корпуса и крышки, которая несет у цилиндрической стенки резервуара близко расположенные рядом друг с другом нагреватель, термодатчик и вал с приводом от мотора, а другая часть крышки - приспособление для подвешивания термостатируемых элементов в центре резервуара и мешалку.Мешалка состоит из проходящего по всей высоте резервуара вала, с помещенными на последнем на равном расстоянии горизонтальными круглыми стабилизирующими дисками, между которыми натянута вертикальная проволока. Мешалка уплотнена полуцилиндрическим неподвижным эк 2корпусе устройства размещен резервуар с теплоносителем, разделенный на две части - подготовительную, в которой установлены нагреватель, испаритель, соединейный с источником холода, и мешалка, и рабочую часть. В последней размещены приспособление для крепления термостатируемых элементов и выравниватель температуры теплоносителя, закрепленные на крышке корпуса, При нагревании выход термостата на заданный режим обеспечивается за счет работы нагревателя и подвода нагретого воздуха в испаритель от источника холода, выполненного в виде вихревой трубы с внутренней футеровкой ее камеры в форме моллированной стеклянной трубки, При охлаждении в испаритель через распределительный кран подается холодный воздух из вихревой трубы. 2 ил,раном, а между кромками и стенкои резервуара образованы два зазора.Принцип работы следующий: с помощью мешалки с защитным экраном, помещенной непосредственно у стенки резервуара, создается по всей высоте замкнутый в себе цилиндрический слой жидкости, который выходит с большой скоростью из зазора, образованного между кромкой экрана и стенкой, циркулирует вдоль внутренней стенки резервуара с большой скоростью и входит во второй зазор между кромкой экрана и стенкой опять в мешалку,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является жидкостной термостат, содержащий корпус с помещенным в нем цилиндрическим резервуаром, крышку, на которой закреплены нагреватель, термодатчик и мешалка с приводом отмотора, приспособления для крепления термостатируемых элементов, на крышке установлена платформа с возможностью вращения, в резервуаре расположены стойки, на стойках установлена плита, выравниватель температуры теплоносителя, выполненный в виде вала с расположенными по всей его длине на одинаковом расстоянии одна от другой лопатками .и расположенный в центре рабочей части резервуара и закрепленный на стойках, а также направляющие пластины одинакового радиуса кривизны, размещенные на внешней стороне плиты с зазором относительно стоек, причем приспособление для крепления термостатируемых элементов жестко связано с платформой.Недостатками данного жидкостного термостата являются, непродолжительный срок службы и недостаточная эффективность работы испарителя, обусловленная применением в качестве источника холода нерегулируемого фреонового холодилного агрегата, быстро выходящего из строя; термостат экологически небезопасен в случае утечки фреона в момент пуска системы и аварийной разгерметизации системы (разрушение азонного слоя атмосферы фреоном),Цель изобретения - повышение эффективности путем обеспечения использования одного охладителя во всем рабочем температурном диапазоне, увеличение срока службы устройства,Поставленная цель достигается тем, что в устройстве источник холода выполнен в виде вихревой трубы с внутренней футеровкой ее камеры в форме моллированной стеклянной трубки, через введенный распределительный кран соединенной своими выходными штуцерами с испарителем,Существенными отличиями предлагаемого устройства является то, что источником холода и тепла является воздушная вихревая труба; внутренняя коническая часть вихревой трубы футерована моллированной стеклянной трубкой; используют энергию воздуха, холодного - для охлаждения, горячего - для нагрева, а в подготовительной части резервуара испаритель соединен через распределительный кран с вихревой трубкой, имеющей выход холодного и нагретого потока к испарителю,На фиг,1 изображен жид костн ы й термостат, общий вид; на фиг.2 - вихревая труба с футеровкой конического канала моллированной стеклянной трубкой. Жидкостной термостат содержит корпус 1, помещенный в нем цилиндрический10 15 30 35 40 лительным краном 25 (фиг,1).Вихревая труба 24 (фиг.2) состоит изулитки 26, плоской шайбы 27,моллированной конической стеклотрубки 28, установленной в корпусе вихревой трубы 29. 45 К улитке 26 через штуцер 30 подводитсярегулируемый воздух под давлением, Холодный воздух отводится штуцером 31, горячий воздух через щелевой диффузор Л, штуцер 34 поступает в теплообменник,50 55 20 25 резервуар 2, изолированный от корпуса термоизоляцией 3, крышку 4.Часть резервуара 2, в которой на крышке 4 закреплен нагревательный элемент 5, термодатчик 6, испаритель 7, мешалка 8 с приводом от мотора 9, накрытая кожухом 10, является подготовительной частью резервуара, так как в ней осуществляется предварительная подготовка жидкости, Над другой частью резервуара, рабочей, на крышке помещена вращающаяся платформа 11, на ней установлено приспособление 12 для крепления термостатируемых элементов 13. В центре рабочей части резервуара на стойках 14,жестко связанных с плитой 15, закреплен выравниватель 16 температуры теплоносителя, Управление нагревательным элементом 5 через термодатчик 6 осуществляется электронной схемой, размещенной в пульте 17, здесь же вывод информации в градусах с точностью до одной сотой градуса Цельсия на электронное таблоДля наблюдения за термостатируемыми элементами (например, термометрами) имеется смотровое окно 18, фонарь 19 подсветки, увеличитель 20, для циркуляции жидкости имеется нижний канал с размещенной в ней направляющей решеткой 21 и верхний канал, регулируемый цилиндрической заслонкой 22.Рабочая зона цилиндрического резервуара закрывается. теплоизолированной крышкой 23.Для поддержания температуры теплоносителя в подготовительной части жидкостного термостата служит вихревая труба 24, соединенная с испарителем 7 распредегде охлаждается и уже охлажденный потокчерез штуцер 33 и патрубок 32 вдувается пооси вихревой трубы, увеличивая холодопроизводительность,Холодный и горячий потоки воздуха подаются через распределительный кран 25 к испарителю 7, При работе в режиме нагрева, кроме нагревателей 5 от электросети, теплопередача к жидкости осуществляется нагретым потоком от вихревой трубы черезиспаритель 7, обеспечивая таким образомболее быстрый выход на режим,Жидкостной термостат работает следующим образом.Термостатируемые элементы 13 устанавливаются в приспособление 12 для ихкрепления на глубину, необходимую дляконтроля через смотровое окно 18. Включение мешалки 8, нагревателя 5 и подвод нагретого воздуха в испаритель 7 приположительных температурах, т,е. в случаенагрева, а при отрицательных температурах, т.е. в случае охлаждения, подвод холодного воздуха к испарителю 7 рукояткойраспределительного крана 25 воздуха отвихревой трубы 24 подготавливает теплоноситель и прокачивает через нижний каналрезервуара.В предлагаемом устройстве осуществляется более быстрый нагрев за счет работынагревателей и нагретого потока от вихревой трубы, и охлаждение, так как испаритель работает на нагретом и на холодномпотоке воздуха, что приводит к быстромувыходу на режим и повышению эффективности работы установки в целом.Изменяя давление на вход вихревойтрубы можно регулировать температуру выхода холодного и нагретого потока, приближая ее к заданной в определенных пределахвозможностей данной вихревой трубы.Рассмотрим циркуляционный поток перед теплообменником из уравнения теплового баланса, имея в виду, что воздухпроходит испаритель, находящийся в водев термостате.Тг = (Тс - фТх+ Мг - Тто)/(1 - ,и + Р ), гдеТто - температура воздуха после теплообменника, зависящая от параметров охлаждающей среды и типа теплообменника,Для расчета принимают, что среда (вода) имеет температуру 293 К, температурный напор между воздухом на выходе изиспарителя и водой составляет 10 К, тогдаТ =303 К.Мг=0,5Тг = (300-0,3245 + 0,5303)/(1-0,3+0,5) ==315 К.Температура нагретого потока на выходе из вихревой трубы будет выше, так какнет расхода теплого потока на отдачу энергии тепла воде.Определяют из уравнения баланса =0,5,Т, = Тс + ЬТх,и (1 -Р )Тг = 300+ 550,6(1-0,6 = 355 КНагретый воздух в вихревой трубе данной конструкции можно использовать дотемпературы 355 К, эта температура доста 10 15 20 25 30 дает тепло, и уже охлажденный поток через штуцер 33 и патрубок 32 вдувается по оси вихревой трубы, увеличивая холодопроизводительность. Выходные штуцера 31 и 34 соединены с испарителем 7 распределительным краном 25.футеровка внутреннего конуса корпуса вихревой трубы моллированной конической стеклотрубкой позволит улучшить энергетические процессы разделения сжатого воздуха, так как чистота внутренней поверхности моллированной конической стеклотрубки равна чистоте поверхности наружного конуса, высокую чистоту которой легко получить полировкой. Получить высокую чистоту поверхности конуса трубки в металле гораздо сложнее, Требования, предъявляемые к поверхности разделительной камеры вихревой трубы, следующие: чистота поверхности конуса; износостойкость; термостойкость; коррозионностойкость.Скорость воздуха в разделительной камере может достигать сверхзвуковой, поэтому малейшая шероховатость приводит к сильным шумовым эффектам, что вредит здоровью обслуживающего персонала,35 40 45 50 55 точна для нагрева среды (воды) в термостатедо заданной температуры.Подготовленный теплоноситель прокачивается через нижний канал резервуара, где температура теплоносителя регистрируется термодатчиком 6. Жидкость направляется через решетку 21 снизу вверх через выравниватель 16, обтекая термостатируемые элементы 13, протекает через отверстия в заслонке 22 в подготовительнуюкамеру и попадает на нагреватель 5 и испаритель 7. При обтекании испарителя происходит нагрев или охлаждение в зависимости от того, на каких режимах работает устройство.Нагрев или охлаждение осуществляется от вихревой трубы 24 через распределител ьный кран 25.Давление воздуха, поступающее на штуцер 30 (фиг.2), регулируемое, далее воздух поступает на улитку 26 и, выходя из улитки, закручивается, приводя к образованию охлажденного и нагретого потоков, каак результат перераспределения энергии входящего в вихревую трубу сжатого воздуха. При отсутствии теплообмена с окружающей средой суммарное количество энергии охлажденного нагретого потоков по закону сохранения энергии равно количеству поступающего воздуха, холодный поток проходит через штуцер 31, нагретый поток проходит через щелевой диффузор Ь,штуцер 34, поступает в теплообменник, где отМатериал вихревой камеры, соответственно, должен обладать антикоррозионнымкачеством, это, в основном, нержавеющиестали и цветные металлы.Высокая износостойкость может бытьдостигнута повышением твердости поверхностного слоя металла. Для обеспеченияточности и чистоты поверхности внутреннего диаметра разделительной камеры ее футеруют моллированной стеклянной трубкой,Моллирование осуществляется следующим образом.В кусок стеклотрубки вкладывают полые калибры (любой формы) из жаропрочной стали и во внутренней полости трубкисоздают разрежение. Затем трубку в вертикальном положении нагревают в электропечи до температуры размягчения,Стекло при этом облегает поверхностькалибра, чем достигается точность и чистотавнутренней поверхности трубки.После моллирования нарезают заготовки (трубки), которые затем отжигают,Абразивная твердость стекла выше, чемабразивная твердость металлов. Тоже самое можно сказать и про микротвердость.Микротверрусть оконного стекла (500 -600) НЧ(кгс/мм ), а микротверуость стекла"Пирекс" (700 - 800) НЧ (кгс/мм ).Микротвердость бронзы - до 220 НВ,что соответствует 226 НЧ (кгс/мм ).Нержавеющие стали с наплавленнымслоем из смеси твердых порошков даютНЯС 60, что соответствует 695 НЧ(кгс/мм ),но встает проблема обработки твердой конической поверхности для получения высокой чистоты, ибо после наплавления на. поверхности остаются и шероховатости инеровности,Таким образом, мы определяем, что дляповышения эффективности работы термостата и увеличение срока службы вихревойтрубы необходимо канал разделительнойкамеры футеровать наиболее твердым и позволяющим достичь высокой чистоты поверхности материалом - стеклом.Наиболее твердым является кварцевоестекло, но оно дорогостоящее и плохо поддается моллированию. Боросиликатное малощелочное стекло "Пирекс" с содержанием В 20 з до 10 - 12 фхорошо моллируется, имеет высокую твер-. дость.Оконное стекло также хорошо моллируется, но его твердость ниже твердости стекла "Пирекс" на 300 (кгс/мм ) НЧ. Даже очищенный воздух, а фильтры очищают воздух только до 40 мкм, настолько насыщен микрочастицами, что является абразивным5 марки "Пирекс" позволит увеличить срок службы устройства, приблизительно в 3 ра 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 материалом для внутренней поверхности вихревой трубы в процессе протекания через нее.Таким образом, применение стекла за.В камере разделения вихревой трубы температура нагретого потока достигает приблизительно 90 С, а холодного приблизительно - 25 С, поэтому стекло должно быть термостойким, т,е. перепад температуры Ь 1 должен быть выше,Термостойкость оконного стекла Л 1 60 С.Термостойкость стекла "Пирекс" Лт 280 С, что удовлетворяет условиям работы камеры разделения в вихревой трубе.Таким образом, требованиям, предъявленным к поверхности в разделительной камере вихревой трубы, отвечает применение футеровки молилированной стеклянной конической трубкой из стекла марки "Пирекс".При работе на влажном воздухе стекло- трубка более устойчива к коррозии, более износостойка.Улучшение энергетических процессов разделения ведет к повышению эффективности работы вихревой трубы испарителя и установки в целом.Повышение износостойкости конического канала вихревой трубы ведет к увеличению срока службы самой вихревой трубы, соединенной с испарителем, а следовательно, к увеличению срока службы всего устройства в целом. Формула изобретения Жидкостной термостат, содержащий размещенный в корпусе резервуар с теплоносителем, в подготовительной части кото-. рого установлены нагреватель, испаритель, соединенный с источником холода, и мешалка с приводом, закрепленные на крышке, а в его рабочей части размещены приспособления для крепления те рмостатируемых элементов и выравниватель температуры теплоносителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности путем обеспечения использования одного охладителя во всем рабочем температурном диапазоне, источник холода выполнен в виде вихревой трубы с внутренней футеровкой ее камеры в форме моллированной стеклянной трубки, через введенный распределительный кран соединенной своими выходными штуцерами с испарителем.1739216Составитель Е.Еремеев Редактор Е.Папп Техред М,Моргентэл Корректор М Демч Заказ 1996 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раущская нэб 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10