ТЕРМОСТАТ Российский патент 1999 года по МПК B01L7/00 B01L7/02 A61G11/00 

Заявляемое изобретение относится к области химического машиностроения, а более конкретно - к устройствам, поддерживающим постоянную температуру реагентов с высокой точностью с помощью жидкости.

Известно устройство жидкостного термостата, защищенное а.с. N 1508108, G 01 К 15/00, 1989 г.

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.

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.

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.

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.

Предлагаемым изобретением решалась задача повышения точности регулирования температуры и длительности ее поддержания путем создания условий для выравнивания температурного поля в объеме теплоносителя.

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.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна".

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".

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.

Устройство иллюстрируется чертежами, приведенными на фиг.1 и фиг. 2. Фиг.1 - вид термостата. Фиг. 2 - вид А.

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.

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.

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.

Термостат применим для поддержания постоянной температуры реагентов в химическом машиностроении с высокой точностью при помощи жидкости. Термостат содержит две камеры - рабочую и подготовительную, заполненные теплоносителем, нагреватель, установленный в подготовительной камере, теплообменник, циркуляционный насос теплообменника, блок управления, при этом снабжен насосом для перекачки теплоносителя, теплообменник размещен в подготовительной камере, его витки охватывают нагреватель, входной патрубок теплоносителя размещен в верхней части подготовительной камеры, между внутренней поверхностью кожуха и витками теплообменника и расположен по касательной к поверхности витков, кожух подготовительной камеры выполнен в виде чаши с равнотолщинными стенками. Достигается повышение точности регулирования температуры и длительности и поддержания. 2 ил.

Термостат, содержащий две камеры - рабочую и подготовительную, заполненные теплоносители, нагреватель, установленный в подготовительной камере, теплообменник, циркуляционный насос теплообменника, блок управления, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен насосом для перекачки теплоносителя, теплообменник размещен в подготовительной камере, его витки охватывают нагреватель, входной патрубок теплоносителя размещен в верхней части подготовительной камеры, между внутренней поверхности кожуха подготовительной камеры и витками теплообменника и расположен по касательной к поверхности витков, кожух подготовительной камеры выполнен в виде чаши с равнотолщинными стенками из высокотеплопроводного материала.