RU2623746C2

RU2623746C2 - Cryothermostat

Info

Publication number: RU2623746C2
Application number: RU2015138437A
Authority: RU
Inventors: Виктор Григорьевич Чеверев
Original assignee: Виктор Григорьевич Чеверев
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-06-29
Also published as: RU2015138437A

Abstract

FIELD: heating system.

SUBSTANCE: cryothermostat including a body, an entrance door and a refrigerated monoblock with a control panel to increase the accuracy and reliability of the thermostating, additionally contains a local thermostat to house the temperature control object, as well as a local thermostat including a body, fan, heater, meter and temperature controller for uniform thermostating of air over its length by a gyre, contains a duct fan with air circuit for the entire length of the thermostat.

EFFECT: increasing of the accuracy and reliability of temperature stabilization in the testing of frozen soils in the freezer, its efficiency and the expansion of functionality.

8 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, создающим термостатируемые условия для испытания мерзлых и оттаивающих грунтов и других материалов, и может быть использовано при проектно-изыскательских и строительных работах в области распространения сезонно- и многолетнемерзлых грунтов и в других областях.The invention relates to devices that create thermostatic conditions for testing frozen and thawing soils and other materials, and can be used in design and survey and construction works in the field of seasonal and permafrost soils and in other areas.

Известен охлаждающий циркуляционный термостат [1]. В нем решена проблема точной стабилизации температуры (±0,1 градуса и выше) путем электрического подогрева охлаждаемой компрессором жидкой среды - антифриза. Однако указанный тип термостатов (жидкостный) способен термостатировать принципиально лишь небольшие объемы, порядка 12-15 литров. В такой небольшой объем не поместится ни один современный прибор для определения механических свойств мерзлых грунтов в силу своих габаритов. Следовательно, необходимо новое техническое решение.Known cooling circulation thermostat [1]. It solved the problem of accurate temperature stabilization (± 0.1 degrees and above) by electrically heating the liquid medium cooled by the compressor - antifreeze. However, the indicated type of thermostats (liquid) is capable of thermostating essentially only small volumes, of the order of 12-15 liters. Such a small volume will not fit any modern device for determining the mechanical properties of frozen soils due to their size. Therefore, a new technical solution is needed.

Ближайшим техническим решением (прототипом) к изобретению является камера морозильная (воздушная) для задания и поддержания отрицательной температуры [2]. Такая камера выпускается различных размеров, поэтому в ней может разместиться нужное количество испытательных приборов. Однако серийная морозильная камера имеет ряд недостатков, из-за которых она не отвечает основным требованиям к рассматриваемым устройствам и, поэтому, нуждается в существенной модернизации.The closest technical solution (prototype) to the invention is a freezer (air) for setting and maintaining a negative temperature [2]. Such a camera is available in various sizes, so it can accommodate the right number of test devices. However, a serial freezer has a number of drawbacks, because of which it does not meet the basic requirements for the devices under consideration and, therefore, needs significant modernization.

К первому недостатку следует отнести ненадежность стабилизации температуры. Из-за периодического включения-выключения холодильного агрегата колебания отрицательной температуры в морозильной камере достигают 2-3-х и более градусов. Это недопустимо при испытании мерзлых грунтов. Так, согласно пункта 4.12 нормативного документа [3] точность поддержания температуры в морозильной камере при определении строительных свойств мерзлых грунтов должна составлять: ±0,1 и ±0,2 град соответственно в диапазонах температуры испытаний 0÷-1°С и -2÷-5°С. Такую точность температурного режима агрегат компрессорного типа, применяемый в вышеупомянутых устройствах, обеспечить не может.The first drawback is the unreliability of temperature stabilization. Due to the periodic on-off of the refrigeration unit, fluctuations in the negative temperature in the freezer reach 2-3 degrees or more. This is unacceptable when testing frozen soils. So, according to paragraph 4.12 of normative document [3], the accuracy of maintaining the temperature in the freezer when determining the building properties of frozen soils should be: ± 0.1 and ± 0.2 degrees, respectively, in the test temperature ranges 0 ÷ -1 ° C and -2 ÷ -5 ° C. The compressor-type unit used in the aforementioned devices cannot provide such accuracy of the temperature regime.

Вторым недостатком известной морозильной камеры является ее малая эффективность. В ней отсутствует возможность снятия мерзлых образцов грунта, испытания которых завершились, и установки на освободившиеся места новых образцов, без существенного нарушения температурного режима камеры.The second disadvantage of the known freezer is its low efficiency. It lacks the ability to remove frozen soil samples, the tests of which have been completed, and to install new samples in the vacant places, without significantly violating the temperature regime of the chamber.

Третьим недостатком прототипа, также относящимся к ее малой эффективности, является то, что испытательные приборы размещаются только на одном уровне, при котором значительная часть объема камеры не используется.The third disadvantage of the prototype, also related to its low efficiency, is that the test devices are placed only at one level, at which a significant part of the volume of the chamber is not used.

Четвертый недостаток - это малые функциональные возможности камеры из-за того, что в ней одновременно можно задать лишь одну температуру испытания.The fourth drawback is the small functionality of the camera due to the fact that it can only specify one test temperature at a time.

Цель изобретения - повышение точности и надежности стабилизации температуры при испытании мерзлых грунтов в морозильной камере, эффективности ее работы и расширение функциональных возможностей.The purpose of the invention is to increase the accuracy and reliability of temperature stabilization when testing frozen soils in the freezer, its efficiency and the expansion of functionality.

Цель достигается тем, что во внутреннем объеме морозильной камеры (далее криотермостата), как вариант, с обеих сторон на стеллажах, с проходом посередине, размещаются специальные термостаты локальные воздушного типа. Функциональная задача термостатов локальных состоит в подогреве и поддержании заданной температуры воздуха для находящихся в каждом из них объектов термостатирования, то есть приборов с испытуемыми образцами мерзлых грунтов. В этом случае сам криотермостат используется как средство для общего охлаждения воздуха снаружи термостатов (рис. 1).The goal is achieved by the fact that in the internal volume of the freezer (hereinafter referred to as a cryothermostat), as an option, special local thermostats are located on both racks, with a passage in the middle. The functional task of local thermostats is to heat and maintain a predetermined air temperature for thermostating objects located in each of them, that is, devices with tested samples of frozen soils. In this case, the cryothermostat itself is used as a means for general cooling of the air outside the thermostats (Fig. 1).

Например, на каждой из боковых сторон криотермостата можно установить по два стеллажа размерами: В⋅Ш⋅Г - 2,0⋅1,0⋅0,5 м³, что вместе составит стеллаж: 2,0⋅2,0⋅0,5 м³ с четырьмя полками. Из четырех полок получается три автономных термостата, а с учетом термостатов второй стороны криотермостата всего шесть термостатов (рис. 1, п. 3).For example, on each side of the cryothermostat, two racks can be installed with the dimensions: V⋅Sh⋅G - 2.0⋅1.0⋅0.5 m ³ , which together will make the rack: 2.0⋅2.0⋅0, 5 m ³ with four shelves. From four shelves, three autonomous thermostats are obtained, and taking into account thermostats on the second side of the cryothermostat, only six thermostats (Fig. 1, p. 3).

Внутри каждого стеллажа размером: В⋅Ш⋅Г - 0,5⋅2,0⋅0,5 м³, пространство между двумя соседними полками (верхней и нижней) оборудовано под автономные термостаты, температуру в которых можно устанавливать как одинаковую, так и отличную от других термостатов в пределах не ниже температуры, установленной в криотермостате.Inside each rack the size: H⋅Sh⋅G is 0.5⋅2.0⋅0.5 m ³ , the space between two adjacent shelves (upper and lower) is equipped with autonomous thermostats, the temperature in which can be set to the same or different from other thermostats within not lower than the temperature set in the cryothermostat.

Конструкция криотермостата и принцип его работы следующие.The design of the cryothermostat and the principle of its operation are as follows.

Криотермостат состоит из камеры морозильной стандартной (1, 2), комплекта термостатов локальных (3) на стеллажах (4) (рис. 1).The cryothermostat consists of a standard freezer (1, 2), a set of local thermostats (3) on racks (4) (Fig. 1).

Камера морозильная состоит из корпуса (1) и холодильного моноблока с системой управления (2). Входная дверь установлена в передней панели, место размещения которой показано на рис. 1 (Д).The freezer consists of a housing (1) and a refrigerating monoblock with a control system (2). The front door is installed in the front panel, the location of which is shown in Fig. 1 (D).

Термостаты локальные (3) смонтированы на стеллажах (4), в которых имеются внутренние дверцы (5) для технического обслуживания объекта термостатирования и наружные дверцы (6) для установки и снятия испытуемых образцов из приборов (7). В качестве позиции (6) целесообразно применят стандартные оконные стеклопакеты. Полки стеллажей теплоизолированы друг от друга и от общего объема криотермостата.Local thermostats (3) are mounted on racks (4), in which there are internal doors (5) for maintenance of the thermostating object and external doors (6) for installing and removing test samples from devices (7). As position (6), it is advisable to use standard window double-glazed windows. The shelves of the shelves are thermally insulated from each other and from the total volume of the cryothermostat.

Каждый термостат воздушный локальный (ТВЛ. 1) имеет конструкцию, принципиальная схема которой приведена на рис. 2.Each local air thermostat (TVL. 1) has a design, the circuit diagram of which is shown in Fig. 2.

Термостат локальный состоит из корпуса (8), вентилятора циркуляционного (9), воздуховода (10), заслонки (11) с отверстием (17), электронагревателя (12), вентилятора охлаждающего (13, 14), термодатчиков (15, 16) и прибора ИТР (измеритель температуры регулирующий) (не показан).The local thermostat consists of a housing (8), a circulation fan (9), an air duct (10), a damper (11) with a hole (17), an electric heater (12), a cooling fan (13, 14), temperature sensors (15, 16) and instrument ITR (temperature measuring regulator) (not shown).

Для обеспечения точного термостатирования принципиально важным является компоновка составных элементов термостата. Нужный результат достигается тем, что к циркуляционному вентилятору, расположенному в верхней части термостата, подведен воздуховод, длина которого соответствует ширине термостата и половине торцевой стенки. Заслонка (11) отделяет в термостате сектор подготовки воздуха заданной температуры. В этом секторе под вентилятором расположен электронагреватель и ниже вентилятор охлаждающий, врезанный в боковую стенку термостата. Заслонка в верхней части, по бокам и снизу примыкает к корпусу термостата. Датчик температуры (15) расположен на выходе потока воздуха из воздуховода, а в месте размещения объекта термостатирования установлен датчик (16). В средней части заслонки имеется отверстие (17) для пропуска потока воздуха.To ensure accurate temperature control, the layout of thermostat components is crucial. The desired result is achieved by the fact that an air duct, the length of which corresponds to the width of the thermostat and half of the end wall, is connected to the circulation fan located in the upper part of the thermostat. The damper (11) separates the air preparation sector of the set temperature in the thermostat. In this sector, an electric heater is located under the fan, and below it is a cooling fan, embedded in the side wall of the thermostat. The damper in the upper part, on the sides and bottom is adjacent to the thermostat housing. The temperature sensor (15) is located at the outlet of the air flow from the duct, and a sensor (16) is installed at the location of the thermostating object. In the middle part of the damper there is an opening (17) for the passage of air flow.

Работу термостата рассмотрим на примере компрессионного испытания мерзлого грунта по стандарту [4], позиция 6.4.We consider the operation of the thermostat as an example of compression testing of frozen soil according to the standard [4], item 6.4.

Перед включением криотермостата в термостатах локальных (рис. 1, п. 3) заранее должны стоять автоматизированные компрессионные приборы (7) для испытания образцов мерзлого грунта. Испытуемые образцы в этот период пока находятся на хранении в отдельном морозильном шкафу при температуре примерно на 5 градусов ниже температуры испытания.Before turning on the cryothermostat in local thermostats (Fig. 1, p. 3), automated compression devices (7) must be installed in advance for testing frozen soil samples. Test samples during this period are still stored in a separate freezer at a temperature of about 5 degrees below the test temperature.

На пульте управления камерой задается температура примерно на 5 градусов ниже температуры испытания образцов мерзлого грунта. В термостатах включен температурный режим, аналогичный режиму в криотермостате. Это делается для того, чтобы при установке образцов на испытание в них был некоторый запас холода, который гарантировал бы их от растепления.On the camera control panel, the temperature is set approximately 5 degrees below the temperature of testing samples of frozen soil. In thermostats, the temperature mode is switched on, similar to the mode in the cryothermostat. This is done so that when the samples are installed for testing, they have a certain supply of cold, which would guarantee them from thawing.

Далее криотермостат запускается, и после несколько часов работы температура в объемах криотермостата и термостатов локальных выравнивается. Криотермостат и термостаты локальные начинают работать в периодическом режиме включения-выключения.Then the cryothermostat starts up, and after several hours of operation, the temperature in the volumes of the cryothermostat and local thermostats is equalized. Cryothermostat and local thermostats start to work in periodic on-off mode.

Испытуемые образцы, выстоянные в компрессионных одометрах в отдельном морозильном шкафу, доставляются в термосумках к криотермостату и без задержки поочередно через дверцы наружные (рис. 1, п. 6) устанавливаются в компрессионные приборы.The test samples, which were kept in compression odometers in a separate freezer, are delivered to the cryothermostat in thermobags and without delay are installed through the external doors (Fig. 1, p. 6) into compression devices.

Далее на приборе ИТР устанавливается рабочая температура испытания образцов мерзлых грунтов и включается система термостабилизации каждого термостата. В начальный период температура в термостате ниже рабочей и соответствует температуре криотермостата. В результате запуска рабочего температурного режима, автономно в каждом термостате, включаются нагревательные элементы (рис. 2, п. 12) при работающем циркуляционном вентиляторе (9). Температура повышается и, достигнув заданного значения, стабилизируется. При перегреве автоматически включается охлаждающий вентилятор (13). При этом перегретый воздух из термостата поступает через щель (14) в криотермостат.Then, on the ITR instrument, the working temperature of testing samples of frozen soils is established and the thermal stabilization system of each thermostat is turned on. In the initial period, the temperature in the thermostat is lower than the operating one and corresponds to the temperature of the cryothermostat. As a result of starting the operating temperature regime, autonomously in each thermostat, the heating elements are switched on (Fig. 2, p. 12) with the circulating fan (9) running. The temperature rises and, having reached the set value, stabilizes. When overheating, the cooling fan (13) automatically turns on. In this case, superheated air from the thermostat enters through the slot (14) into the cryothermostat.

Далее нагреватель работает в режиме включение-выключение в условиях нулевого гистерезиса, поддерживая точность температуры испытания в термостате на уровне ±0,1 град.Further, the heater operates in the on-off mode under conditions of zero hysteresis, maintaining the accuracy of the test temperature in the thermostat at a level of ± 0.1 degrees.

Таким образом, криотермостат готов к проведению испытания образцов мерзлых грунтов. Точность поддержания температуры испытаний в воздушной среде внутри термостата локального, как показало использование криотермостата, составляет не хуже ±0,1 град и меняется в пределах 0,05 градуса в испытуемых образцах.Thus, the cryothermostat is ready for testing samples of frozen soils. The accuracy of maintaining the test temperature in the air inside the local thermostat, as shown by the use of a cryothermostat, is no worse than ± 0.1 degrees and varies within 0.05 degrees in the tested samples.

Предложенная конструкция криотермостата позволяет: во-первых, повысить точность и надежность стабилизации температуры в ней до ±0,1 град; во-вторых, многократно увеличить эффективность использования ее пространства благодаря применению стеллажей и смены испытуемых образцов без остановки камеры; в-третьих, расширить функциональные возможности камеры путем автономной стабилизации температуры на различных полках термостата локального.The proposed design of the cryothermostat allows: firstly, to increase the accuracy and reliability of temperature stabilization in it up to ± 0.1 degrees; secondly, to significantly increase the efficiency of using its space thanks to the use of shelving and the change of test samples without stopping the chamber; thirdly, to expand the functionality of the camera by independently stabilizing the temperature on various shelves of the local thermostat.

Источники информацииInformation sources

1. Криостат КРИО-ВТ-0,1 производитель ООО ТЕРМЭКС г. Томск.1. The cryostat CRIO-VT-0,1 manufacturer LLC TERMEX Tomsk.

2. Камеры морозильные. Интернет, сайты фирм ПОЛАИР, АЗНХ-М, и др.2. Freezers. Internet, sites of POLAIR, AZNH-M, etc.

3. ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.3. GOST 30416-96 Soils. Laboratory tests. General Provisions

4. ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.4. GOST 12248-2010 Soils. Laboratory methods for characterizing strength and deformability.

Claims

1. Cryothermostat, comprising a housing, an entrance door and a monoblock refrigeration unit with a control panel, characterized in that it additionally has a local thermostat to accommodate the thermostating object.

2. A cryothermostat according to claim 1, characterized in that on it on both sides of the freezer, with a passage in the middle, local thermostats are located on racks, autonomous in operating temperature.

3. The local thermostat, comprising a housing, fan, heater, meter and temperature controller, characterized in that it has a duct fan with an air duct for the entire length of the thermostat.

4. The local thermostat according to claim 3, characterized in that a damper with a hole is installed that directs the air flow to the thermostating object and forms the air preparation sector of the desired temperature, in which the channel fan and heater are located.

5. The local thermostat according to claim 3, characterized in that an additional fan is installed in its housing in the area of the air preparation sector for pumping cold air from the freezer to the thermostat.

6. The local thermostat according to claim 3, characterized in that the heater and the additional fan are switched on alternately with zero hysteresis.

7. The local thermostat according to claim 3, characterized in that a temperature sensor from the device for controlling the temperature is installed at the outlet of the duct, and a temperature control sensor is installed in the middle area of the temperature control object.

8. The local thermostat according to claim 3, characterized in that each thermostat has internal and external doors, respectively.