Способ работы термостатирующего устройства Советский патент 1986 года по МПК F25B19/04 F24H7/04 F25B3/00 

Изобротение стюсится к холодильной технике, я именно к способам работы тер- мостатируюншх устройств, использующих в качестве рабочего тела жидкие тенлоно- сители и плавящиеся вещества, и может быть иснользовано в системах управления температурой различных об ьектов, в том чис.пе тепловыделяющих спаев термоэлектрических батарей, элементов радиоэлектронной аппаратуры, потоков жидкостей или газов преимупд,ественно в диапазоне от -30 до +100° С.

Цель изобретения - расширение диапазона температур термостатирования при постоянной холодопроизводительности.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема термостатирующего устройства-, при работе которого реализуется предлагаемый способ; на фиг, 2 - распределитель насадки, разрез; на фиг. 3 - кривые изменения теп- лоаккумулирую цих свойств теплоносителя в зависимости от температуры.

Термостатирующее устройство содержит контур 1 циркуляции теплоноси еля, насос 2 шламовый или электромагнитный, теплообменник 3, в котором размешен объект ста- тирования, распределитель 4, коллектор 5 и бункеры 6 хранения с теплообменными поверхностями 7. Схема управления контуром содержит датчик 8 температуры объекта статирования и датчик 9 заполнения бункера, подключенный вместе с датчиком 8 к входу блока 10 управления исполнительными органами 11, управляющими работой распределителя 4 и вентилей 12. Теплоизоляция контура условно не показана.

Распределитель содержит цилиндрический корпус 13 с рядом радиально расположенных в не.м выпускных отверстий 14, соединенных трубопроводами с соответствующими бункерами 6. По оси корпуса на валу 15 установлен сетчатый барабан 1G, соединенный с валом спицами 17. Барабан имеет отверстие или прорезь, совмещаемое с одним из отверстий 14. На торцовой поверхности корпуса имеется входное отверстие 18, через которое смесь теплоноситель-насадка подается во внутренний объем барабана.

Кривые 19-22 (фиг. 3) изображают зависимости теплоемкости С и тепловой нагрузки q от температуры для теплоносителя без насадки, для смеси теплонос.чтель- насадка при одной температуре плавления наполнителя насадки, для смеси с той же концентрацией насадки в единице , но с различными температурами плавления и для смеси с заменяемой насадкой соответственно.

Объектом термостатирования может быть, например, термоэлектрическая батарея, ун- равляющая температурой приемника излучения. Управление температурным режимом с помощью термобатареи основано на изменении величины тока питания термобатареи, пропорционально которой измепяется те.мпература ее холодных спаев. При этом горячие спаи должны термостатироваться на заданном уровне температуры с возможностью регулирования этого уровня и холодопроизводительности термостата, поскольку теп ловыде..ение термобатареи зависит от тока питания. Диапазон изменения уровня от --IO до +15°С.

В качестве теплоносителя термостатирующего устройства Б этом случае используется антифриз, например водный раствор этилового спирта с диапазоно.м рабочих температур до -15°С, В качестве насадки используется насадка в виде металлических полых шаров, заполненных веществами с соответствующими температурами плавле5 ния, В качестве наполнителя могут быть применены глицерин, этиленгликоль, муравьиная и уксусная кислоты и водные растворы на их основе. Для диапазона статирования в пределах --10-15°С источником холода может служить компрессионная холодильная машина, заправленная хладагентом фреон-i 2 с температурой его кипения Б испарителе -15°С.

Термостатирующее устройство работает следующим образом.

5 При подготовке устройства к работе производят селекцию насадки по температурам плавления наполнителя. Количество партий принимают в зависимости от требуемой точности поддержания температуры горячих спаев термобатареи либо тата

0 дискретного ряда температур и от величины диапазона термостатирования. Например, требуется изменять температуру спаев дискретно с шагом 5°С. Следовательно, необходимо иметь как минимум пять партий насадок А, В, С, D, Е с температурами

5 плавления соответственно -10, -5, О, +5 и -1-10°С. При этом принимают, что максимальную температуру +15°С термостат обеспечивает без использования насадки. При селекции насадки в одну партию попадают гранулы, температура плавления наполнителя которых лежит не выше заданной. Так, в нартию А попадают гранулы, плавящиеся при температуре от -10 до -15°С, в партию В - от -5 до и т. д. Для облегчения селекции гранулы (шары) могут быть по-разному окрашены еще в про- цессе их изготовления или помечены другим образом.

0

5

Партии насадки размещают в соответствующих бункерах 6 хранения и после заправки контура 1, включая бункеры, теплоносителем контур герметизируют. Вентили 12 находятся в закрытом положении, положение раепределителя 4 произвольное. Включают холодильную мащину и охлаждают теплообменники 7 вместе с бункерами 6

и находящейся там насадкой. С учетом потерь холода в окружающую среду и тер- ловых сопротивлений элементов вся насадка приобретает температуру на 2-3° выше

температуры испарения хладагента. В таком состоянии термостат подготовлен к работе.

Затем включают насос 2 и прокачивают теплоноситель по контуру 1 через теплообменник 3 и бункеры 6 с насадкой. К.папан вентилей 12 выполнен сетчатым, так что в закрытом положении он пропускает только жидкий теплоноситель, а в открытом - теплоноситель с насадкой. Включают термобатарею. Тепло, выделяюш.ееся на ее горячих спаях, подводят к теплоносителю, в результате чего теплоноситель нагревается в теплообменнике 3. Далее теплоноситель через распределитель 4 транспортируют одновременно через все бункеры, гидравлически включенные параллельно. В бункерах осуществляют теплообмен между теплоносителем и охлажденными насадками и корпусами бункера. В итоге теплоноситель охлаждается до исходной температуры от -12 до и вновь с помощью насоса его подают на охлаждение термобатареи в теплообменник 3. Тем самым циркуляцию теплоносителя осуществляют непрерывно. В данном режиме работы термостат обеспечивает статирова - ние спаев термобатареи при мини.мально.м ее тепловыделении или при наивыспюй температуре ( + 15°С) рассматриваемого диапазона. Этот режим аналогичен работе известных проточных термостатов.

При возрастании тепловыделения (выше установленного значения) по сигналу датчика 8 теплового состояния объекта (температуры, теплового потока и т. п.) производят поворот барабана 16 распределителя 4 и соединение входного отверстия 18 с одной из выходных линий бункеров 6 посредством совмещения отверстия в барабане и соответствующего выпускного отверстия 14. Одновременно в той же линии открывают вентиль 12. Насадка под действием собственного веса и увлекаемая потоком теплоносителя втягивается в контур через коллектор 5.

Далее в термостате осуществляют следующие процессы. Тепло от горячих спаев термобатареи подводят к смеси теплоноситель-насадка. Нагрев смеси происходит до температуры плавления наполнителя, после чего процесс плавления идет при по5

стоянной температуре. Это означает, что пока наполнитель всей насадки, находящейся в зоне теплообмена, не расплавится, дальнейщего повышения температуры спаев 5 нет, т. е. таким образом осуществляют термостатирование при температуре плавления. Увлекая теплоносителем, насадку транспортируют по контуру, причем скорость ее перемещения такова, что ее полное плавление и последующий нагрев возможны

0 только уже за теплообменником 3 на участке контура, примыкающем к распределителю 4. Затем смесь пропускают через распределитель 4, свободный бункер 6, коллектор 5 и снова транспортируют по контуру 1. С помощью сетчатого барабана распределителя поток теплоносителя распределяют и пропускают через все бункеры, где он обменивается теплом с неподвижными партиями насадки. Циркулирующую насадку при этом охлаждают путем контакта смеси со стенQ ками пустого бункера своей линии. Однако этого может оказаться недостаточно для возвращения наполнителя в исходное кристаллическое состояние. Поэтому завершают процесс кристаллизации в коллекторе, где производят смещение охлажденного тепло5 носителя из всех линий со смесью, идущей через свободный бункер.

Изменение режима работы термобатареи влечет необходимость изменить температуру статирования. На изменение теплов1 х условий на спаях реагирует датчик 8 и сигнал

0 на входе блока 10 изменяется. С учетом этого с помощью схемы управления закрывают вентиль 12 в транзитной линии. Дальнейшее движение насадки блокируется сетчатым клапаном вентиля и она накапливается в бункере. Пока вся насадка не соберется в бункере выпуска новой насадки не допускают, чтобы исключить смещкиание различных партий насадок. О полном.заполнении бункера сигнализирует датчик 9 соответствующего бункера. Используют, на- при.мер, известный датчик контактного типа. Далее производят поворот барабана распределителя и открытие вентиля 12 в той линии, где температура плавления наполнителя насадки соответствует новым условиям.

13

17

Фиг г

22

20

W

к

Фиг.З