Устройство для термостатирования объекта Советский патент 1981 года по МПК F25D3/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ

I

Изобретение относится к термостатирующим устройствам и может использоваться для термостабилизации различных объектов тающим веществом, например льдом.

Известно устройство для термостатирования объектов, содержащее теплоизолированную емкость с расположенной в ее нижней части камерой и крышкой 1.

Недостаток такого устройства заключается в большом теплопритоке к объекту по теплоизоляции как емкости, так и крыщки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для термостатирования объекта, содержащее две теплоизолированные емкости, установленные одна в другой с зазором для охлаждающего вещества, размещенную во внутренней емкости камеру для объекта и теплоизолированную крыщку 2.

По сравнению с устройством (2) теплопритоки к объекту в нем снижены, однако, они еще существенны по теплоизоляции устройства и особенно по теплоизоляции крыщки.

Цель изобретения - уменьщение теплопритоков к объекту. ОБЪЕКТА

Для достижения этой цели в устройстве для термостатирования объекта, содержащем две теплоизолированные емкости, установленные одна в другой с зазором для охлаждающего вещества, размещенную во - внутренней емкости камеру для объекта и теплоизолированную крыщку, камера установлена в верхней части внутренней емкости с образованием между их стенками и днищем полости для охлаждающего вещества, при этом горловины емкостей представляют fO собой обечайки, а крыщка выполнена в виде стакана с центральным вертикальным стержнем и установлена так, что стенки охватывают наружную горловину, а стержень размещен во внутренней горловине.

Устройство снабжено установленными с 15 возможностью контакта теплопроводными элементами, один из которых размещен в зазоре между горловинами емкостей, а другой между стенками крыщки и стержнем.

На чертеже изображено устройство для термостатирования объекта.

20

Устройство для термостатирования объекта содержит две теплоизолированные емкости.

Внутренняя емкость 1 с горловиной 2 расположена в наружной емкости 3 с горловиной 4 с зазором. Горловины 2 и 4 выполнены в виде обечаек, которые соединяют теплопроводный элемент 5, расположенный в зазоре между ними.

Внутренняя емкость 1 и наружная емкость 3 теплоизолированы и заполнены охлаждающим веществом 6, например льдом. При этом в наружной емкости 3 заполняется зазор между внутренней и внешней емкостями 1 и 3. В месте соединения внутренней емкости 1 с горловиной 2 расположена камера 7 для размещения термостатируемого объекта 8. Крышка 9 устройства выполнена в виде стакана с центральным вертикальным стержнем 10 и установлена так, что внутренняя стенка 11 охватывает наружную горловину 4, а стержень 10 размещен во внутренней горловине 2. Между стенками 11 крыщки и стержнем 10 размещен теплопроводный элемент 12. Стержень 10 выполнен в виде теплоизолированной полости, при этом полость 13 крышки соединена с полостью 14 стержня 10. Теплопроводный элемент 12 взаимосвязан с теплопроводным элементом 5. Через крышку 9 проходит линия связи 15, соединяющая термостатируемый объект 8 с внешними устройствами. Крышка 9 соединена с горловиной 4 фланцевым соединителем 16. Линия связи 15 соединена с теплопроводным элементом 12 теплопроводным стаканом 17. Устройство загружается охлаждающим веществом через патрубки 18 и 19.

Работает устройство следующим образом.

Емкости 1 и 3 загружаются охлаждающим веществом (например льдом). При этом теплопроводные элементы 5 и 12 охлаждаются до температуры таяния вещества. Поскольку разность температур между внутренней емкостью 1 и замкнутой поверхностью, ограниченной наружной емкостью 3 и теплопроводными элементами 5 и 12, близка к нулю, то теплоприток к внутренней емкости 1 незначителен. Поэтому скорость таяния вещества во внутренней емкости 1 также незначительна, так как почти вся тепловая мощность из окружающей среды расходуется на таяние вещества в зазоре между наружной емкостью 3 и внутренней емкостью 1. После окончания процесса таяния вещества в этом зазоре температура жидкости в ней также близка к температуре вещества в твердом состоянии. Поэтому теплоприток к внутренней емкости 1 и в этом случае незначителен, а теплоприток из внешней среды расходуется на нагрев жидкости в зазоре между наружной емкостью 3 и внутренней емкостью 1, и по мере нагрева ее повышается теплоприток к емкости 1. Тот факт, что нагрев жидкости в зазоре происходит медленно, определяет и медленное таяние вещества во внутренней емкости

1. Таким образом, твердое вещество в зазоре нагревается, а после его таяния жидкость является экраном, поглощающим тепловую мощность, подводимую из окружающей среды к веществу во внутренней емкости 1. Наличие такого экрана приводит к снижению скорости таяния вещества в емкости 1. Расположение камеры 7 для размещения термостатируемого объекта 8 в верхней части внутренней емкости 1, с одной стороны, приводит к возможности выполнить линии связи 15 короткими, что иногда необходимо. С другой стороны, размещение камеры 7 в верхней части емкости 1 приводит к повышению эффективности термостатирования объекта 8. Это связано с тем, что по мере таяния вещества нижняя часть емкости заполняется жидкостью, твердое же вещество всплывает на поверхность. Поэтому камера всегда находится в среде тающего вещества до полного его таяния, в то время как слой жидкости в нижней части внутренней емкости 1 имеет градиент температур. Теплоприток к теплопроводному элементу осуществляется по материалу стенки 11 крышки 9 и материалу горловины 4. Теплоприток излучением к внутренней емкости 1 через теплоизоляцию крышки 9, а также по линии связи 15, снимается теплопроводным элементом 12. После таяния вещества в зазоре между наружной емкостью 3 и внутренней емкостью 1 теплоприток к веществу внутренней емкости 1 осуществляется по материалу горловины 2, стержню 10 и линии связи 15, и по излучению через вакуумную полость крышки 9. Таким образом, механизм теплопритоков к емкости 1 по материалам конструктивных элементов подобен механизму обычной длинной горловины, длина которой складывается из последовательного соединения параллельно соединенных стенки 11, горловины 4 и стержня 10, горловины 2. При этом к месту последовательного соединения горловины 2 и 4 подсоединен экран в виде теплопроводного устройства. Концентрическое расположение горловин при их последовательном соединении позволяет выполнить линии связи 15 короткими. Поскольку горловина 4 является частью горловин устрюйства, полость 13 крышки 9 является изолятором теплопритока к ней. Полость 14 снижает теплоприток к внутренней емкости 1 по пазу горловины 2 при повышении температуры устройства после таяния вещества в зазоре между наружной емкостью 3 и внутренней емкостью 1.

Теплопроводный элемент 5, во-первых, охлаждает элемент 12, и, во-вторых, снижает теплоприток излучением к горловине 2.

Такое конструктивное выполнение устройства для термостатирования объекта позволило снизить теплоприток по изоляции устройства в 2 раза и дополнительно по крышке в несколько раз.