RU2127150C1

RU2127150C1 - Thermostat

Info

Publication number: RU2127150C1
Application number: RU97120156A
Authority: RU
Inventors: Л.С. Ермоленко
Original assignee: Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-03-10

Abstract

FIELD: apparatus for chemical industry. SUBSTANCE: this is intended for maintaining permanent temperature of reagents in chemical process machinery and equipment with high accuracy by means of liquid. Thermostat has two chambers: working chamber and preparatory chamber. Both chambers are filled with heat-carrying agent. Also provided are following components: heater installed in preparatory chamber, heat exchanger, circulation pump of heat exchanger, control unit, pump for delivery of heat-carrying agent. Heat exchanger is located in preparatory chamber. Coils of heat exchanger embrace heater. Inlet pipe union for heat-carrying agent is located in upper part of preparatory chamber between internal surface of housing and heat exchanger coils and is arranged tangentially with respect to surface of coils. Housing of preparatory chamber is made in the form of bowl with walls of equal thickness. Application of aforesaid embodiment of thermostat ensures higher accuracy in regulation of temperature and longer maintaining of preset temperature. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области химического машиностроения, а более конкретно - к устройствам, поддерживающим постоянную температуру реагентов с высокой точностью с помощью жидкости. The invention relates to the field of chemical engineering, and more specifically to devices that maintain a constant temperature of reagents with high accuracy using a liquid.

Известно устройство жидкостного термостата, защищенное а.с. N 1508108, G 01 К 15/00, 1989 г. A device of a liquid thermostat, protected A. with. N 1508108, G 01 K 15/00, 1989

Термостат содержит корпус с помещенным в ним цилиндрическим резервуаром, крышку, на которой закреплен нагреватель, термодатчик и мешалка с приводом от мотора, а также приспособление для крепления термостатируемых элементов, при этом термостат дополнительно содержит платформу, установленную на крышке с возможностью вращения, стойки, расположенные в резервуаре, выравниватель температуры теплоносителя, выполненный в виде вала с расположенными по всей его длине на одинаковом расстоянии одна от другой лопатками, расположенными в центре рабочей части резервуара и закрепленными на стойках, а также направляющими пластинами одинакового радиуса кривизны, размещенными на внешней стороне плиты с зазорами относительно стоек. The thermostat contains a housing with a cylindrical tank placed in it, a cover on which a heater, a temperature sensor and a stirrer with a motor drive are fixed, as well as a device for fastening thermostatically controlled elements, while the thermostat further comprises a platform mounted on the cover for rotation, racks located in the tank, the coolant temperature equalizer, made in the form of a shaft with blades located along its entire length at the same distance from one another, located in the center of the barrel part of the tank and mounted on racks, as well as guide plates of the same radius of curvature, placed on the outside of the plate with gaps relative to the racks.

Известное устройство обеспечивает поддержание определенного уровня температуры за счет предварительной подготовки жидкости в одной части резервуара и активного перемешивания ее в рабочей части с помощью выравнивателя температур, исключающего создание неравномерного температурного поля. Однако устройство очень сложно конструктивно, кроме того наличие вращающихся частей, на которых закреплены термостатируемые устройства, ограничивает область применения термостата для достаточно малогабаритных устройств, которые могут быть установлены с возможностью вращения. При этом конструкция не экономична, т.к. наличие острых углов в донной части цилиндрического корпуса приводит к нарушению однородности температурного поля и требует дополнительных затрат на его выравнивание в области, где происходит контакт с термостатируемым элементом. The known device ensures the maintenance of a certain temperature level due to preliminary preparation of the liquid in one part of the tank and its active mixing in the working part using a temperature equalizer, eliminating the creation of an uneven temperature field. However, the device is very difficult to constructively, in addition, the presence of rotating parts on which thermostatically controlled devices are fixed limits the scope of the thermostat for sufficiently small-sized devices that can be mounted for rotation. Moreover, the design is not economical, because the presence of sharp corners in the bottom of the cylindrical body leads to a violation of the uniformity of the temperature field and requires additional costs for its alignment in the area where contact with the thermostatically controlled element occurs.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится конструкция термостата, описанная в заявке Японии N 62-193654, В 01 L 11/02, 1987 г., которая выбрана в качестве прототипа. Closest to the technical nature of the claimed is the design of the thermostat described in Japanese application N 62-193654, 01 L 11/02, 1987, which is selected as a prototype.

Термостат содержит корпус, разделенный на две камеры - рабочую и подготовительную, заполненные теплоносителем. В рабочей камере расположена мешалка, термостатируемый объект и теплообменник, по которому циркулирует перекачиваемый циркуляционным насосом теплоноситель из подготовительной камеры. В подготовительной камере размещен нагреватель. Устройство позволяет термостатировать изделия типа термометров, однако в нем не создано условий для обеспечения равномерности температурного поля во всем объеме термостата. The thermostat contains a housing divided into two chambers - the working and preparatory, filled with coolant. A stirrer, a thermostatic object and a heat exchanger are located in the working chamber, through which the coolant pumped by the circulation pump circulates from the preparation chamber. The heater is placed in the preparatory chamber. The device allows you to thermostat products such as thermometers, but it does not create conditions to ensure uniformity of the temperature field in the entire volume of the thermostat.

Предлагаемым изобретением решалась задача повышения точности регулирования температуры и длительности ее поддержания путем создания условий для выравнивания температурного поля в объеме теплоносителя. The present invention solved the problem of increasing the accuracy of temperature control and the duration of its maintenance by creating conditions for equalizing the temperature field in the volume of the coolant.

Для достижения этого технического результата в термостате, содержащем две камеры - рабочую и подготовительную, заполненные теплоносителем, нагреватель, установленный в подготовительной камере, теплообменник, циркуляционный насос теплообменника, блок управления, согласно изобретению он дополнительно снабжен насосом перекачивания теплоносителя между камерами, теплообменник размещен в подготовительной камере, его витки охватывают нагреватель, входной патрубок теплоносителя размещен в верхней части подготовительной камеры между внутренней поверхностью кожуха подготовительной камеры и витками спирали теплообменника и расположен по касательной к поверхности спирали, кожух подготовительной камеры выполнен в виде чаши с равнотолщинными стенками из высокотеплопроводного материала. To achieve this technical result, in a thermostat containing two chambers - a working and a preparatory one filled with a heat carrier, a heater installed in the preparatory chamber, a heat exchanger, a heat exchanger circulation pump, a control unit, according to the invention it is additionally equipped with a heat transfer pump between the chambers, the heat exchanger is placed in the preparatory chamber, its coils cover the heater, the inlet pipe of the coolant is located in the upper part of the preparatory chamber between the inside the inner surface of the casing of the preparatory chamber and the coils of the coil of the heat exchanger and is located tangentially to the surface of the spiral, the casing of the preparatory chamber is made in the form of a bowl with equally thick walls of highly heat-conducting material.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна". The presence of distinctive features allows us to conclude that the claimed invention meets the criterion of "novelty."

В процессе поиска не выявлено технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого решения, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "изобретательский уровень". In the search process, no technical solutions were found that contain features similar to the distinguishing features of the proposed solution, which allows us to conclude that its criterion is "inventive step".

Возможность достижения указанного технического результата обусловлена тем, что в подготовительной камере создано равномерное температурное поле, нагревающее и охлаждающее теплоноситель одновременно в циркулирующих направленных навстречу друг другу потоках, максимально охватывающих при циркуляции теплопередающие поверхности, имеющие минимальный градиент изменения температурного поля. The possibility of achieving the specified technical result is due to the fact that a uniform temperature field is created in the preparatory chamber, heating and cooling the coolant simultaneously in circulating flows directed towards each other, maximally covering heat transfer surfaces with a minimum temperature gradient.

Устройство иллюстрируется чертежами, приведенными на фиг.1 и фиг. 2. Фиг.1 - вид термостата. Фиг. 2 - вид А. The device is illustrated by the drawings shown in FIG. 1 and FIG. 2. Figure 1 is a view of the thermostat. FIG. 2 - view A.

Устройство состоит из двух камер - рабочей камеры 1 и подготовительной камеры 2, соединенных между собой. Камеры заполнены теплоносителем 3. В подготовительной камере 2 установлен нагреватель 4, охватываемый витками теплообменника 5, которые расположены эквидистантно поверхности кожуха 6. Входной патрубок 7 размещен в верхней части камеры 2 между внутренней поверхностью кожуха 6 и витками теплообменника 5. Выходной патрубок 8 для перекачки расположен в донной части кожуха 6 и через насос 9 и трубопровод 10 соединяет подготовительную камеру 2 с рабочей камерой 1 с ее всасывающим патрубком 11, расположенным в донной части камеры 1. Выпускной патрубок 12 камеры 1 расположен в верхней части камеры и соединен с входным патрубком 7 камеры 2. Кожух 6 выполнен в виде чаши с плавными радиусами скруглений в местах переходов поверхностей, что обеспечивает равнотолщинные стенки кожуха 6. Кожух 6 выполнен из высокотеплопроводного материала. Крышка 13, установленная на кожухе 6, служит для крепления блока управления 14 и других элементов, размещенных в камере 2. В рабочей камере 1 расположен термостатируемый объект 15. Вход 16 и выход 17 теплообменника 5 соединены с циркуляционным насосом (на чертеже не показан), обеспечивающим циркуляцию жидкости в теплообменнике 5. The device consists of two chambers - the working chamber 1 and the preparatory chamber 2, interconnected. The chambers are filled with coolant 3. In the preparatory chamber 2, a heater 4 is installed, covered by turns of the heat exchanger 5, which are located equidistant to the surface of the casing 6. The inlet pipe 7 is located in the upper part of the chamber 2 between the inner surface of the casing 6 and the turns of the heat exchanger 5. The outlet pipe 8 for pumping is located in the bottom of the casing 6 and through the pump 9 and the pipe 10 connects the preparatory chamber 2 with the working chamber 1 with its suction pipe 11 located in the bottom of the chamber 1. Outlet 12 The chamber 1 is located in the upper part of the chamber and is connected to the inlet pipe 7 of the chamber 2. The casing 6 is made in the form of a bowl with smooth radii of curvature at the points of transitions of the surfaces, which ensures equal thickness walls of the casing 6. The casing 6 is made of highly heat-conducting material. The cover 13 mounted on the casing 6 is used to fasten the control unit 14 and other elements located in the chamber 2. In the working chamber 1 there is a thermostatically controlled object 15. The inlet 16 and outlet 17 of the heat exchanger 5 are connected to a circulation pump (not shown in the drawing), providing fluid circulation in the heat exchanger 5.

Устройство работает следующим образом. Подготовительная камера 2 заполняется теплоносителем, например силиконовым маслом. Включают блок управления 14, настраивают датчик (на чертеже не показан) на нужную температуру, включают нагреватель 4 и осуществляют подачу жидкости в нижний виток теплообменника 5. В качестве жидкости можно использовать воду или даже теплоноситель. Жидкость, циркулируя по виткам теплообменника, нагревается, т.к. подача ее осуществляется при температурах более низких, чем требуемая температура теплоносителя. Теплоноситель циркулирует между витками теплообменника 5, т.к. подается с определенной скоростью по касательной к витку теплообменника, создавая поток, охватывающий витки и направленный сверху вниз. При этом теплоноситель нагревается от нагревателя и охлаждается от теплообменника одновременно и за счет подбора необходимых скоростей циркуляции. В сформированном потоке поддерживается стабильная температура. Соприкосновение с поверхностью кожуха 6, температурное поле которого равномерно в любой точке, не приводит к колебаниям температуры при соприкосновении потока теплоносителя с поверхностью кожуха 6, удается достичь, после некоторого времени, необходимого для выхода на режим, сохранения температуры теплоносителя стабильной с высокой точностью ±0,1^oC. Создается поток, огибающий витки и направленный вдоль витков теплообменника вниз, где расположен выходной патрубок 8 теплоносителя. При этом движение жидкости в теплообменнике направлено снизу вверх и образует противоток по отношению к движению теплоносителя. При достижении температуры теплоносителя соответствующей необходимому уровню, блок управления включает насос циркуляции теплоносителя, перекачивающий теплоноситель в рабочую камеру. Нагреватель еще не отключается, т.к. при поступлении в рабочую камеру температура теплоносителя падает, и необходим временной интервал для выхода на стабильный режим работы.The device operates as follows. The preparation chamber 2 is filled with a coolant, for example silicone oil. The control unit 14 is turned on, the sensor (not shown) is adjusted to the desired temperature, the heater 4 is turned on, and liquid is supplied to the lower turn of the heat exchanger 5. Water or even a coolant can be used as the liquid. The fluid, circulating through the coils of the heat exchanger, is heated, because its supply is carried out at temperatures lower than the required temperature of the coolant. The coolant circulates between the turns of the heat exchanger 5, because is fed at a certain speed tangentially to the coil of the heat exchanger, creating a flow covering the turns and directed from top to bottom. In this case, the heat carrier is heated from the heater and cooled from the heat exchanger at the same time and due to the selection of the necessary circulation speeds. A stable temperature is maintained in the formed stream. Contact with the surface of the casing 6, the temperature field of which is uniform at any point, does not lead to temperature fluctuations when the coolant flow contacts the surface of the casing 6, it is possible to achieve, after some time necessary to enter the regime, to keep the temperature of the coolant stable with high accuracy ± 0 , 1 ^o C. A stream is created, enveloping the coils and directed along the coils of the heat exchanger down, where the outlet pipe 8 of the coolant is located. In this case, the movement of the liquid in the heat exchanger is directed from the bottom up and forms a countercurrent with respect to the movement of the coolant. Upon reaching the temperature of the coolant corresponding to the required level, the control unit includes a circulation pump for transferring the coolant to the working chamber. The heater does not turn off yet, as when it enters the working chamber, the temperature of the coolant drops, and a time interval is required to reach stable operation.

После выхода на стандартный режим работы осуществляется непрерывная циркуляция теплоносителя из подготовительной камеры в рабочую при контроле и корректировке его температуры через блок управления. При этом в рабочей камере также производится циркуляция теплоносителя при создании направленных потоков, огибающих термостатируемые объекты, например за счет подачи теплоносителя снизу под каждым термостатируемым объектом через распределитель с отверстиями. В верхней части теплоноситель сливается самотеком и направляется в подготовительную камеру, где его температура стабилизируется на необходимом уровне с большой точностью. Термостат позволяет создать уровень температуры теплоносителя в широком диапазоне температур от 15^oC до 90^oC и обеспечивает поддержание определенного необходимого значения из этого интервала с высокой точностью ±0,1 С.After reaching the standard operating mode, the coolant is continuously circulated from the preparatory chamber to the working one during monitoring and correction of its temperature through the control unit. At the same time, the coolant is also circulated in the working chamber when creating directed flows enveloping thermostatic objects, for example, by supplying a coolant from below under each thermostatic object through a distributor with holes. In the upper part, the coolant is drained by gravity and sent to the preparatory chamber, where its temperature is stabilized at the required level with great accuracy. The thermostat allows you to create a temperature level of the coolant in a wide temperature range from 15 ^o C to 90 ^o C and ensures the maintenance of a certain required value from this interval with high accuracy ± 0.1 C.

Claims

A thermostat containing two chambers - a working and a preparatory one, filled coolants, a heater installed in the preparatory chamber, a heat exchanger, a heat exchanger circulation pump, a control unit, characterized in that it is additionally equipped with a pump for transferring the coolant, the heat exchanger is placed in the preparatory chamber, its turns cover the heater, the coolant inlet pipe is located in the upper part of the preparation chamber, between the inner surface of the casing of the preparation chamber and the turns of heat oobmennika and is located tangentially to the surface coils preparatory chamber casing is formed as a bowl with constant diameter, the walls of high thermal conductivity material.