Устройство для регулирования температуры объекта Советский патент 1985 года по МПК G05D23/19 

I Ичобрётение относится к устройст вам для регулирования температуры в тепловых объектах и предпочтительно может быть использовано в производстве шприцованных резиновых изделий на предприятиях резинотехнической промышленности. Цель изобретения - повьшёние эффективности режима охлаждения при минимальном расходе знергоносителя. На фиг.1 схематически показано устройство для регулирования температуры однозонного объекта; на фиг. 2 - устройство для регулирования температуры многозонного объект Устройство для регулирования тем пературы объекта (фиг. 1) содержит объект 1, циркуляционные насосы 2 и J, нагревательньй 4 и охлаждающий 5 элементы, второй регулирующий клапан 6, обратные клапаны 7 и 8, первьй 9 и второй 10 обратные клапа ны, регулятор 11 температуры воды с датчиком 12 и регулятор 13 температуры объекта с датчиком 14, установленным на объекте. Регулятор 11 с датчиком 12 служит для поддержания заданного значения температуры воды путем включения или отключения элемента 4. Регулятор 13 с датчиком 14 слуншт для поддержания заданного значения температуры объекта путем управления нагревательным элементом 4 и переключающим трехходовым клапа ном 15 через переключающий золотник 16. Для поддержания заданного уровн в охлаждающем элементе 5 служит регулятор 17 с датчиками нижнего 18 и верхнего 19 уровней, управляющий через золотник 20 первым регулирующим клапаном 21, осуществляющим подачу воды из водопроводной сети в устройство. Для поддержания заданной температуры в охлаждающем элементе 5 слу жит регулятор 22 температуры с датчиком 23, который через золотник 24 управляет вторым регулирующим клапаном 6. Ручные первый 25 и второй 26 вентили служат для выбора режима охлаж дения. Обратный клапан 27 защищает охлаждающий элемент 5.от попадания воды из водопроводной сети. Перелив ной патрубок 28 защищает его от переполнения водой. 782 Охлаждающий элемент 5 выполнен в виде комбинированного смесительнорекуперативного теплообменника, имеет два канала движения жидкости. Первьй - это смесительный кана АВ с входом А, первым выходом В, в котором происходит смещение холодной и горячей жидкостей. Второй - это рекуперативный канал СД, по которому протекает только холодная жидкость, змеевик 29 которого установлен в канале АВ. Эти два канала соединены между собой с помощью первого регулирующего клапана 21. Вход С соединен через первый вентиль 25 с источником энергоносителя {не показан). Выход Д рекуперативного канала СД соединен с вторым выходом Е смесительного канала АВ через второй ре-гулирунядий клапан 6. В многозонных объектах (фиг. 2) основные контуры имеют напорный 30 и сливной 31 коллекторы. Устройство имеет три режима работы. Первый - это режим с косвенным охлаждением. ДЛя этого открывают первьш вентиль 25 и закрывают второй вентиль 26 и устройство работает следующим образом. I В охлаждающий элемент 5 предварительно заливают очищенную воду, конденсат или другую охлаждающую жидкость. Для.заполнения системы включается циркуляционный насос 3, которьй начинает перемещать жидкость по контуру: насос 3 - переключающий трехходовой клапан 15 - канал АВ второй обратный клапан 10 - насос 3. После этого включают циркуляционный насос 2 и переключающий клапан 15, который соединяет объект 1 с охлаждающим элементом 5. Теперь охлаждающая жидкость будет заполнять систему, двигаясь по контуру: насос 3 - обратный клапан 8 - насос 2 - нагревательный элемент 4 - объект 1 - клапан 15 - охлаждающий элемент 5 (канал АВ) --второй обратный клапан Ю насос 3. По истечении некоторого времени отключают клапан 15 и включают нагревательный элемент 4. Теперь жидкость циркулирует по двум независимым контурам: основному и дополнительному. Проходя по основному контуру насос 2 - нагревательньй элемент 4 - объект 1 - обратньй клапан 7 - насос 2, жидкость нагревается в элементе 4 и

нагревает объект 1. Регулятор 11 температуры поддерживает при этом за- .данное значение.

Проходя по дополнительному контуру насос 3 - клапан 15 - охлаждающий элемент 5 (канал АВ) - второй обратный клапан 10 - насос 3, жидкость охлаждается в охлаждакячем элементе 5 с помор ью холодной воды, поступающей из водопроводной сети в канал СД через первый вентиль 25 и второй регулирующий клапан 6. Регулятор 22 температуры поддерживает при этом заданное значение температуры.

Таким образом, при разогреве объекта в основном контуре циркулирует греюцая вода, а в дополнительном - охлаждающая.

Так как при работе оборудования, например червячной машины для пере- работки резиновых смесей, выделяется большое количество тепла, то температура объекта может превысить заданное значение. При этом регулятор 13 температуры отключит нагрева- тельный элемент 4 и переключит клапан 15. Тогда горячая жидкость из основного циркуляционного контура через клапан 15 попадает, в дополнительный циркуляционный контур, где в смесительном канапе АВ охлаждахщего элемента 5 смешивается с холодной жидкостью, а на ее место из дополнительного контура поступает холодная вода и охлаждает объект. При этом циркуляционные насосы 2 и 3 (центробежного типа) работают последовательно и поток жидкости цирку-, лирует по одному общему контуру: насос 3 - обратный клапан 8 - насос 2 - нагревательный элемент 4 объект 1 - клапан 15 - охлаждакиций элемент 5 (канал АВ) - второй обратный клапан 10 - насос 3. Происходит охлаждение объекта 1. Как только температура объекта 1 упадет до заданного значения, регулятор температуры 13 переключит клапан 15, и общий поток жидкости снова разде лится на два потока, один из которых циркулирует в основном контуре, а другой - во вспомогательном. В дальнейшем процесс регулирования температуры объекта происходит автоматик чески путем управления нагревательным элементом 4 и переключающим клапаном 15. При этом в контурах цирк глирует одно и то же количество

очищенной жидкости и система трубопроводов устройства остается незагрязненной. При этом режиме работы охлаждаюпщй элемент 5 работает как рекуперативный теплообменник.

Второй режим работы с прямым охлаждением может иметь место в тех случаях, в водопроводной сети находится незагрязненная вода, дающая мало осадков на трубопроводе, или когда в объекте интенсивно вьщеляется тепло. Для выполнения этого режима работы открывают второ вентиль 26 и закрывают первый вентиль 25 и работа устройства протекает следующим образом.

Заполнение устройства водой тепе происходит прямо из водопроводной сети,-Так как уровень жидкости в охлаждающем элементе минимум, то регулятор 17 уровня откроет первьм регулирующий клапан 21. Включают насос 3 и вода из водопроводной сети заполняет систему следующим образом сеть - второй вентиль 26 - насос 3 клапян 15 - охлаждающий элемент 5 (канал АВ). Так как охлаждающий элемент 5 представляет собой объемистый теплообменник, то вода будет постоянно его заполнять. Как только уровень в теплообменнике достигнет максимального значения, датчик 19 верхнего уровня дает сигнал и регулятор 17 уровня закроет клапан 21 и тем самым прекратит подачу воды из сети в устройство. Теперь вода циркулирует по дополнительному контуру: насос 3 - клапан 15 - охлаждающий элемент 5 (клапан АВ) - второй обратный клапан 10 - насос 3, I

Затем включают насос 2 и клапан

15. Теперь вода поступает из допол1штельного циркуляционного контура в основной контур: насос 3 - обратный клапан 8 - насос-2 - нагревательный элемент 4 - объект 1 - клапан 15 - охлаждаю1ций элемент 5 (канал АВ) - второй обратный клгшан 10 насос 3. Если при этом уровень жидкости в охлаждающем элементе пони- зйтся (аа счет отбора жидкости в основной контур) ниже верхнего значения, то регулятор 17 уровня откроет клапан 21 и вода из водопроводной сети также будет поступать в устройство. По истечении некоторого времени отключат клапан 15 и включат нагревательный элемент 4. Теперь жидкость циркулирует по двум независи мым контурам: основному и дополнительному. Проходя по основному конт ру (предыдущий режим работы), жидкость нагревает объект 1. Проходя п дополнительному контуру (предьщущий режим работы), жидкость охлаждается в охлаждающем элементе 5 с помощью воды, поступающей из водопроводной сети теперь уже прямо в дополнитель ньй контур. Если температура воды в дополнительном контуре выше заданной, то регулятор 22 откроет второй регулирующий клапан 6 и вода из канала АВ через обратный клапан 27 и второй регулирующий клапан 6 будет поступать на слив. При этом уровень в канале АВ охлаждающего элемента 5 упадет ниже верхнего значения, регу лятор 17 уровня откроет клапан 21 и холодная вода из водопроводной сети будет поступать в дополнительный контур, смешиваясь с жидкостью этог контура и понижая его температуру. Как только температура в дополнительном контуре станет равной заданной, регулятор 22 температуры прикроет клапан 6, вода из контура не будет поступать на слив и при достижении верхнего уровня в охлаждающем элементе 5 регулятор 17 уров ня закроет клапан 21 на линии подачи холодной воды из сети. В этом случае охлаждаклдий элемент 5 будет работать как смесительный теплообменник, в котором происходит непосредственное соприкосновение и смешение теплой и холодной жидкостей (в канал СД вода не поступа ет совсем). В том случае, если температура объекта 1 превысит заданное значение, регулятор 13 отключит нагревательный элемент 4 и при наличии определенной зоны Норма переключит клапан 15. При этом горячая вода из основного контура поступит в дополнительный (предьщущий режим работы) а на ее место поступит охлаждающая вода из дополнительного контура. Вода начнет циркулировать по одному общему контуру (предыдущий режим работы), смешиваться и охлаждать объект. Если же после смешения жидкости обоих контуров температура Объекта не снизится и температура в канале АВ охлаждакидего элемента 5 превысит заданное значение, то регулятор 22 температуры откроет второй регулирующий клапан 6 и вода из циркул 1ционных контуров поступит на слив через обратный клапан 27 и клапан 6. Уровень в охлаждающем элементе 5 упадет ниже верхнего значения и регулятор 17 уровня откроет клапан 21. Холодная вода из водопроводной сети поступает в объект 1 и интенсивно охлаждает его. Вода идёт следующим образом: сеть - второй вентиль 26 - первый регулирующий клапан 21- насос 3 - обратный клапан 8 - насос 2 - нагревательный элемент 4 объект 1 - клапан 15 - охлаждающий элемент 5 - обратный клапан 27 второй регулирующий клапан 6 - слив. При понижении температуры объекта 1 клапан 15 переключится, образовав оснобной циркуляционный контур, и после достижения верхнего значения уровня в охлажданхцем элементе 5 закроется клапан 21 и начнется циркуляция в дополнительном контуре. Таким образом, при этом режиме работы в зависимости от уровня и температуры жидкости в охлаждающем элементе 5 происходит подпитка системы холодной водой из водопроводной сети. Рассмотрим третий (комбинированный) режим работы - режим с прямым и косвенным охлаждением. При таком режиме открыты вентили 25 и 26. Процесс заполнения жидкостью системы, работа автоматики и элементов устройства остаются такими же, как и в предыдущих режимах. Отличием этого режима является процесс охлаждения. Теперь в охлаждающем элементе 5 охлаждение происходит путем смешения Вканале АВ горячей воды дополнительного контура с холодной водой из водопроводной сети (как в режиме с прямым охлаждением) и путем теплоотвода через стенку холодной водой из водопроводной сети, поступающей в канал СД (как в режиме с косвенным охлаждением). Комбинированный режим охлаждения наиболее эффективный.

11

Ф(/г.1

/

У

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИЮВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТА, содержащее основной циркуля1(ионный контур энергоносителя, состоящий из циркуляционного насоса и нагревательного элемента, дополнительный циркуляционный контур, состоящий из циркуляционного насоса, трехходового клапана и охлаждамцего элемента, регуляторы температуры энергоносителя и объекта, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности режима охлаходения при fинимaльном расходе энергоносителя, охлаждающий эленёнт выполнен в виде ком бинированного смесительно-рекуперативного теплообменника, вход смесительного канала которого соединен с дополнительным циркуляционным контуром через трехходовой клапан, а первый выход через первый и второй обратные клапаны подключен к входу и выходу циркуляционного насоса, змее- вик рекуперативного канала смесительно-рекуперативного теплообменника размещен в смесительном канале, причем вход рекуперативного канала соединен через первый вентиль с источни ком энергоносителя и через второй вентиль и -первый регулирующий клапан с входом циркуляционного насоса, а выход рекуперативного канала соеди(Л нен с вторым выходом смесительного канала через второй регулирующий клапан, причем в смесительном канапе установлены датчики верхнего и нижнего уровней, подключенные к регулятору, связанному с первым регулирующим клапаном, а второй регулируюпшй клаО5 пан соединен с регулятором, связанО5 ным с датчиком температуры, установо ленным в смесительном канале комбинированного смесительно-рекуператив00 ного теплообменника.