RU2058719C1

RU2058719C1 - Automatic hothouse temperature regulator

Info

Publication number: RU2058719C1
Application number: RU9494017634A
Authority: RU
Inventors: Г.Г. Фролов; В.Т. Попель
Original assignee: Фролов Герман Григорьевич
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1996-04-27

Abstract

FIELD: gardening, in particular, devices for temperature regulation and ventilation at buildings with protected ground. SUBSTANCE: temperature regulator has power member made in the form of closed flexible metal membrane defining variable enclosure filled with low- boiling liquid. Power member transmits force to drive stem of rotary transom. Power member surface is blackened. Power member is positioned within passive solar collector, which has radiation-perceptive blackened flat surface defining base, insulated from radiation shady side by heat-insulating layer, and light- transmitting housing positioned above base. In case of active solar radiation, power member of solar collector may be heated to temperature exceeding 100 C. It allows wide range of low-boiling liquids to be used in power member, from commonly used liquids with boiling temperature below 30 C, for instance Freon-12, to group of liquids with boiling temperature ranging from 35 C, for instance ethyl ether, to 78 C, for instance ethyl alcohol. This range of liquids is slightly narrower for northen latitudes with moderate solar radiation. Solar collector may be installed within and outside hothouse. EFFECT: increased efficiency, enhanced reliability in operation, wider range of low-boiling liquids used in power members, reduced weight, size and drift parameters. 3 dwg

Description

Изобретение относится к огородничеству, а именно к устройствам терморегулирования и вентилирования в сооружениях защищенного грунта. The invention relates to truck farming, and in particular to thermal control and ventilation devices in greenhouses.

Известен регулятор теплового режима теплицы по а.с. N 1475542, кл. A 01 G 9/24, заявл. 24.03.87, опубл. 30.04.89, Бюл. N 16. Known regulator of the thermal regime of the greenhouse as.with. N 1475542, cl. A 01 G 9/24, claimed 03.24.87, publ. 04/30/89, Bull. N 16.

Основным недостатком этого регулятора является принципиальная невозможность исключения утечек пара-газа, образуемых при кипении легкокипящих жидкостей и обладающих высокой проницаемостью. Введенный в конструкцию гидроцилиндра ряд элементов таких как уплотнительные резиновые и масляное (смазочная жидкость) кольца лишь несколько замедляют процесс утечки газов, что можно предположить и из описания и принципа работы регулятора, где указано, что герметичность его зависит от пространственного положения рабочего органа (плунжером вверх или вниз):
низкая герметичность в одном положении и надежная в другом. Для газа, действующего с одинаковым давлением во все стороны, утверждение о надежной герметизации регулятора сомнительно.The main disadvantage of this regulator is the fundamental impossibility of eliminating the leakage of para-gas formed during the boiling of low-boiling liquids and having high permeability. A number of elements introduced into the design of the hydraulic cylinder, such as rubber rubber and oil (lubricating fluid) rings, only slightly slow down the gas leakage process, which can be assumed from the description and the principle of operation of the regulator, where it is indicated that its tightness depends on the spatial position of the working body (upward plunger or down):
low tightness in one position and reliable in another. For gas acting with the same pressure in all directions, the statement about reliable sealing of the regulator is doubtful.

Известна также вентиляционная створка парника по а.с. N 1435196, кл. A 01 G 9/24, заявл. 21.01.87, опубл. 07.11.88, Бюл. N 41. The ventilation leaf of the greenhouse according to A.S. is also known. N 1435196, CL A 01 G 9/24, claimed 01.21.87, publ. 11/07/88, Bull. N 41.

В этом изобретении используется силовой элемент теплообъемного расширения, выполненный в виде эластичного мешка, заполненного легкокипящей жидкостью. This invention uses a heat-expanding expansion force element made in the form of an elastic bag filled with low-boiling liquid.

Недостатки этого устройства:
для паров легкокипящих жидкостей среди эластичных материалов, будь то специальные резины или пластполимеры, нет материалов с "нулевой" проницаемостью. Все они "газуют", а, следовательно, срок их службы весьма ограничен.The disadvantages of this device:
for vapors of low-boiling liquids among elastic materials, whether special rubbers or plastic polymers, there are no materials with "zero" permeability. All of them "gas", and, therefore, their service life is very limited.

конструкция устройства не позволяет эффективнее использовать солнечную энергию для достижения более высоких температур нагрева, что расширило бы спектр возможных к применению легкокипящих жидкостей. the design of the device does not allow more efficient use of solar energy to achieve higher heating temperatures, which would expand the range of possible low boiling liquids.

Наиболее близким к заявляемому является автоматический регулятор температуры в теплице по патенту N 1812932, кл. A 01 G 9/24, заявл. 12.07.90, опубл. 30.04.93, Бюл. N 16 (прототип). Closest to the claimed is an automatic temperature controller in the greenhouse according to patent N 1812932, class. A 01 G 9/24, claimed 07/12/90, publ. 04/30/93, Bull. N 16 (prototype).

Этот регулятор температуры в теплице включает герметичную емкость, снабженную эластичной диафрагмой. На емкости установлен каркас с чехлом. This temperature regulator in the greenhouse includes a sealed container equipped with an elastic diaphragm. A frame with a cover is installed on the tank.

Привод вентиляционной створки теплицы содержит шток, закрепленный на диафрагме, рычаг и тягу. При нагреве воздуха в емкости за счет солнечного излучения его объем увеличивается, что приводит к перемещению штока и открытию вентиляционной створки. При снижении интенсивности солнечного излучения створка закрывается. The drive of the greenhouse ventilation flap comprises a rod fixed to the diaphragm, a lever and a traction. When air is heated in the tank due to solar radiation, its volume increases, which leads to the movement of the rod and the opening of the ventilation flap. When the intensity of solar radiation decreases, the sash closes.

Недостатки прототипа:
значительные потери тепла как при восприятии падающей солнечной энергии, так и при сохранении его: во-первых, нагреваемая поверхность со стороны солнечного излучения не зачернена; во-вторых, с теневой стороны излучения нагреваемая емкость не теплоизолирована.The disadvantages of the prototype:
Significant heat loss both during the perception of incident solar energy, and while maintaining it: firstly, the heated surface from the side of solar radiation is not blackened; secondly, on the shadow side of the radiation, the heated capacitance is not thermally insulated.

воздух, используемый в качестве рабочего тела, как и все газы, имеет малый коэффициент объемного расширения, что вынуждает увеличивать габаритные размеры емкости и связанные с этим массу и расход материалов. air used as a working fluid, like all gases, has a small coefficient of volume expansion, which forces to increase the overall dimensions of the tank and the associated mass and consumption of materials.

Задача, решаемая предполагаемым изобретением повышение эффективности и надежности работы терморегулятора, расширение диапазона возможных к использованию легкокипящих жидкостей, снижение массо-габаритных размеров и инерционности терморегулятора. The problem solved by the claimed invention is to increase the efficiency and reliability of the temperature controller, expanding the range of low-boiling liquids that can be used, reducing the overall dimensions and inertia of the temperature controller.

Это достигается тем, что в автоматическом регуляторе температуры в теплице, включающем силовой элемент, выполненный в виде герметичной емкости переменного объема, заполненной рабочим телом и кинематически связанной с поворотной фрамугой (в прототипе именуемой вентиляционной створкой) теплицы, силовой элемент целиком выполнен в виде замкнутой упругой металлической мембраны, образующей объем, заполненный легкокипящей жидкостью и передающий усилие на шток привода поворотной фрамуги, при этом поверхность силового элемента зачернена, а сам силовой элемент размещен внутри пассивного солнечного коллектора, образованного воспринимающей излучение зачерненной плоской поверхностью основанием, теплоизолированным с теневой стороны излучения, и расположенным над ним светопрозрачным кожухом. This is achieved by the fact that in the automatic temperature controller in the greenhouse, including the power element, made in the form of a sealed container of variable volume, filled with a working fluid and kinematically connected with a rotary transom (in the prototype called the ventilation sash) of the greenhouse, the power element is entirely made in the form of a closed elastic a metal membrane forming a volume filled with low-boiling liquid and transmitting force to the actuator rod of the rotary transom, while the surface of the power element is blackened, and with The power element is located inside a passive solar collector formed by a radiation-perceived blackened flat surface with a base insulated from the shadow side of the radiation and a translucent casing located above it.

На фиг. 1 представлена конструкция предполагаемого изобретения, где на фиг.1а силовой элемент в виде гофрированного цилиндра (сильфона), замкнутого в торцах, состояние "закрыто"; на фиг.1б силовой элемент в виде двух замкнутых дисковых мембран, состояние "открыто"; на фиг.2 схематическое изображение теплицы и устройства, расположенного вне теплицы; на фиг.3 то же, устройство внутри теплицы. In FIG. 1 shows the design of the alleged invention, where in figa the power element is in the form of a corrugated cylinder (bellows) closed at the ends, the state is “closed”; on figb power element in the form of two closed disk membranes, the state is "open"; figure 2 is a schematic illustration of a greenhouse and a device located outside the greenhouse; figure 3 the same, the device inside the greenhouse.

Силовой элемент 1 выполняется выдавливанием или прессованием из тонкого листового металла: некоторых марок стали, латуни, бронзы и др. Все места соединений (торцы на сильфоне; фланец на дисковой мембране) выполняются пайкой или сваркой, обеспечивая полную герметичность. Толщина металла, конструктивные параметры элементов сильфона или дисковой мембраны и внешние размеры силового элемента выбираются из расчета достижения необходимой упругости, длины хода и усилия на шток. Внутри силового элемента размещается легкокипящая жидкость в необходимых для его работы количествах. Силовой элемент 1 фиксируется, например, с помощью клея, на плоском основании 2, которое выполняется зачерненным по всей поверхности 3. Вся наружная поверхность силового элемента 1 также чернится. В случае использования для основания 2 материала с высокими теплопроводными показателями ниже основания крепится теплоизоляционный слой 4. The power element 1 is extruded or pressed from thin sheet metal: some steel grades, brass, bronze, etc. All joints (ends on the bellows; flange on the disk membrane) are soldered or welded, ensuring complete tightness. The thickness of the metal, the design parameters of the bellows or disk membrane elements and the external dimensions of the force element are selected in order to achieve the necessary elasticity, stroke length and rod force. A boiling liquid in the quantities necessary for its operation is placed inside the power element. The power element 1 is fixed, for example, with glue, on a flat base 2, which is blackened over the entire surface 3. The entire outer surface of the power element 1 is also blackened. In the case of using material 2 with a high thermal conductivity for the base 2, a heat-insulating layer 4 is attached below the base.

К основанию 2 крепится и размещается над ним светопрозрачный кожух 5, например, из стеклопластика. К основанию 2 крепится и скоба 6, выполняющая функции направляющей для движения штока 7 и оси 8 рычага 9. Элементы 2, 3, 4, 5 конструкции образуют пассивный солнечный коллектор 10. A translucent casing 5, for example, made of fiberglass, is attached to the base 2 and placed above it. A bracket 6 is also attached to the base 2, which acts as a guide for the movement of the rod 7 and the axis 8 of the lever 9. Elements 2, 3, 4, 5 of the structure form a passive solar collector 10.

Автоматический регулятор температуры в теплице работает следующим образом. The automatic temperature controller in the greenhouse operates as follows.

При повышении температуры внутри солнечного коллектора 10 выше температуры кипения легкокипящей жидкости, заключенной в силовом элементе 1, последняя, переходя в пар, многократно увеличивается в объеме, силовой элемент 1 разжимается вдоль своей оси и оказывает давление на шток 7. Его перемещение через рычаг 9, вращаемый вокруг оси 8, и тягу 11 передается на поворотную фрамугу 12, открывая ее. При понижении температуры внутри солнечного коллектора ниже температуры кипения жидкости происходит обратный процесс: пары жидкости обращаются в жидкость, давление в силовом элементе 1 снижается, он сжимается, что приводит к закрытию фрамуги 12 под действием ее силы тяжести. When the temperature inside the solar collector 10 rises above the boiling point of the low-boiling liquid enclosed in the power element 1, the latter, turning into steam, increases many times in volume, the power element 1 is expanded along its axis and puts pressure on the rod 7. Its movement through the lever 9, rotated around axis 8, and thrust 11 is transmitted to the rotary transom 12, opening it. When the temperature inside the solar collector drops below the boiling point of the liquid, the reverse process occurs: the liquid vapor turns into liquid, the pressure in the power element 1 decreases, it contracts, which leads to the closure of the transom 12 under the action of its gravity.

Солнечный коллектор 10 может устанавливаться как снаружи теплицы 13, так и внутри нее. В первом случае он крепится, например, с помощью кронштейна 14. Во втором случае он устанавливается в верхней части теплицы, в зоне свободного доступа солнечного излучения, и крепится, например, на брусе 15. The solar collector 10 can be installed both outside the greenhouse 13 and inside it. In the first case, it is mounted, for example, using the bracket 14. In the second case, it is installed in the upper part of the greenhouse, in the area of free access to solar radiation, and mounted, for example, on the beam 15.

Абсолютные температуры в простейшем пассивном солнечном коллекторе при активной солнечной радиации могут превышать величину 100^оС, что позволяет в данном устройстве расширить используемый в силовом элементе спектр легкокипящих жидкостей: от обычно применяемых с температурой кипения ниже 30^оС, например, фреон-12 к ряду жидкостей с температурой кипения от 35^оС, например, эфир этиловый до 78^оС, например, спирт этиловый. Для северных широт с умеренным солнцем этот спектр жидкостей может быть несколько сужен.The absolute temperature in the simplest passive solar collector with an active solar radiation may exceed the value of 100 ^{° C,} which allows this unit to expand used in power cell range low-boiling liquids by commonly used having a boiling point below 30 ^{° C,} e.g., freon-12 in a number liquids with a boiling point from 35 ^about With, for example, ethyl ether to 78 ^about With, for example, ethyl alcohol. For northern latitudes with moderate suns, this spectrum of liquids may be somewhat narrowed.

В качестве рабочего тела в данном устройстве применена легкокипящая жидкость, имеющая неоспоримое превосходство перед любым газом, например, воздухом в части возможностей объемного расширения, что создает условия для уменьшения габаритов и массы устройства. Применение же герметичной замкнутой упругой металлической емкости для ее размещения принципиально исключает возможность утечек паров жидкости и делает устройство надежным. As a working fluid in this device, a low-boiling liquid is used, which has an undeniable superiority over any gas, for example, air, in terms of volume expansion capabilities, which creates conditions for reducing the dimensions and weight of the device. The use of a sealed closed elastic metal container for its placement essentially eliminates the possibility of leakage of liquid vapor and makes the device reliable.

Несмотря на расхождение температур в солнечном коллекторе и теплице в солнечную погоду благодаря малой инерционности устройства рост температуры в солнечном коллекторе (равно как и спад ее) всегда будет опережать рост (спад) температуры в теплице, принуждая своевременно срабатывать силовой элемент и связанный с ним привод поворотной фрамуги, тем самым исключая опасность перегрева растений в жаркие часы дня, а после спада жары способствуя сохранению накопленного за день тепла. Despite the difference in temperature in the solar collector and the greenhouse in sunny weather, due to the low inertia of the device, an increase in temperature in the solar collector (as well as its decrease) will always be ahead of the temperature increase (decrease) in the greenhouse, forcing the power element and the associated rotary drive transoms, thereby eliminating the danger of overheating of plants in the hot hours of the day, and after the heat decline, contributing to the conservation of heat accumulated during the day.

Устройство достаточно просто в изготовлении и является надежным в работе. Его применение избавит владельцев сооружений защищенного грунта от ежедневной заботы по мерам предупреждения растений от перегрева. The device is quite simple to manufacture and is reliable in operation. Its use will save the owners of greenhouses from daily care for measures to prevent plants from overheating.

Claims

AUTOMATIC TEMPERATURE REGULATOR IN A GREENHOUSE, containing a power element connected by a rod with a rotary transom and filled with a working medium, characterized in that it is equipped with a passive solar collector having a flat blackened and heat-insulated base on the bottom side, over which a translucent casing is located, while the power the element is made in the form of a closed elastic metal membrane located inside the passive solar collector, the outer surface of which is made blackened , and a boiling liquid was used as the working medium.