Устройство для регулирования температуры Советский патент 1982 года по МПК G05D23/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

1

Изобретениеотносится к системам регулирования температуры непрямого действия, использующим дополнительный источник энергии, например, энергию хладагента, содержащим термочувствительные элементы, расширяющиеся или сжимающиеся при изменении температуры, и может найти применение, в частности, при хранении и транспортировании скоропортящихся охлажденных грузов, а также в системах пожаротушения и других системах криогенного обеспечения.

Известно устройство регулирова-г ния температуры непрямого действия, содержащие чувствительный элемент, задающее устройство, элемент сравнения, усилитель, исполнительный механизм и регулирующий орган

Наиболее близким -техническим решением к предлагаемому является устройство для регулирования температуры в изотермическом кузове транс-, портного средства (прицепы и полуприцепы - рефрижераторы и контейнеры-рефрижераторы) , использующие жидкий азот в качестве источника холода, содержащее последовательно соединенш.е чувствительный элемент и управляющее устройство, воздействующее на пневматический исполнительный механизм регулирукяцего органа с помсядью энергии хладагента, запасенного в емкости. При повышении температуры в кузове выще заданной чувствительный элемент взаимодействует с управляющим устройством таким образом, что пары хладагента, находящегося в емкости под давлением, воздействуют на мембрану .пневматического исполнительного механизма регулирующего органа, открывая клапан, в результате чего жидкий азот поступает в кузов. Положение клапана зависит от перепада давления над и под мембраной. При достижении заданной температуры подача газа в полость над мембраной прекра393щается, и давление снимается через калиброванное дренажное отверстие, клапан под действием пружины закрывается и прекращает подачу азота Г 2. Недостатком известных устройств является то обстоятельство, что для работы регулирукицего органа используется сравнительно низкое давление, равное давлению наддува емкости для хранения хладагента, которое по прочностным соображениям и исходя из требований безопасной работы не превышает в современных сосудах значения 0,5-1,5 кг/см% что ограничивает его область применения. Это объясняется тем. Что Для некоторых систем охлаждения требуются большие расходы хладагента, а это увеличивает размер клапана регулирующего органа и прив дит к необходимости создания больших усилий в пневматическом исполнительном механизме, с целью надежного открытия и закрытия клапана, которые данное устройство создать не может в силу ограниченного значе ния давления в емкости хранения хладагента. Кроме этого, устройства работают в том случае, когда давление под мембраной пневматического исг|элните ного механизма регулирующего органа ниже, чем давление над мембраной на.О,4 кг/см . Следовательно, давле ние наддува в емкости для хладагента должно быть вьше этого значения. Но это экономически невыгодно, так как хладагент при повышенном давлении находится в равновесном состоянии при более высокой, температуре, и теплота его парообразования принимает меньшее значение. Результатом этого будет меньший отвод тепла при испарении азота, а следовательно, и большая потребност в хладагенте. Этот недостаток является существенным в связи с возможностью снижения давления за счет ус тановки более эффективных форсунок для распыления азота. Цель изобретения - расширение об ласти применения устройства и повышение его экономичности. Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования температуры, содержащее установ ленный в объекте датчик температуры соединенный с полостью размещенного в корпусе управляющего механизма сильфонного чувствительного элемента, связанного с клапаном, установленным во входной полости управляющего механизма, соединенной с емкостью, заполненной хладагентом и связанной с входной полостью регулирующего органа, связан ного с пневматическим исполнительным механизмом, имеющим полость переменрюго объема, снабжено установленным на выходе управляющего механизма и связанным с выходной полостью регулирукйцего органа теплообменником и капиллярной трубкой, заглушенный конец которой размещен в теплообменнике, а другой соединен с полостью переменного объема, причем полость капиллярной трубки и полость переменного объ ема заполнены газом. Давление надцува в емкости для хранения хладагента уменьшается за счет того, что его величина выбирается из условия необходимого расхода/и гидросопротивлений тракта подачи жидкого хладагента в охлаждаемьш объем. В устройстве используется эффект многократного измене шя дaвJ-Ieния в замкнутой полости, заполненной газом,, при охлаждении и конденсации этого таза. На чертеже показано устройство для регулирования температуры, например, в грузовом помещении транспортного средства. Устройство для регулирования температуры содержит емкость 1 для кдадкого азота, установленную на транспортном средстве вне кузова 2 с дверью 3. Емкость 1 снабжена заправочным вентилем 4, дренажным вентилем 5 с предохранительным клапаном 6, а также системой наддува (повьшения давления в ней), состоя- щей ИЗ вентиля 7, испарителя 8, регулятора 9 давления с манометром 10. Емкость 1 через регулирующий орган 11 трубопроводом 12 соединена с расположенным в кузове 2 коллектором 13 с форсунками 14 для распыления аз ота. Регулируюсшм органом 1I управляет датчик 15 температуры через управляющий механизм 16., соединенный с емкостью 1 через вентиль 17, который может открываться вручную при включении устройства и автоматически с помощью сильфона 18 при закрываНИИ двери 3 кузова 2, осуществляя блокировку подачи азота при открытой двери. - Регулирующий орган 11 имеет корп 19 с седлом 20, шток 21 с клапаном 22, пружину 23, Шток 21 связан с ги ким элементом (сильфоном) пневматического исполнительного механизма, полость переменного объема которого образована стенками корпуса 19, сил фона 24 я капиллярной трубки 25., причем полость капиллярной трубки 25 и полость переменного объема заполнены газом, например, азотом при давлении выше атмосферного (2 кг/см 5 кг/см). Управляющий механизм 16 через вентиль 17 соединен с напорным трубопроводом 26 емкости 1 и со тоит из корпуса 27 с седлом 28, штока 29 с клапаном 30, пружины 31, регулировочной гайки 32 и сильфонного чувствительного элемента 33, связанного с термобаллоном 15, заполненного легкокш1ящей жидкостью, например, фреоном-12, Выходной трубопровод 34 управляющего устройства 16 соединен с регу- лируницим органом 11 и трубопроводом 12. Конец трубки 25 служит теплообменником 35, т.е. имеет развитую поверхность и хороший тепловой контакт с трубопроводом 34. Регулирующий орган включает также входную полость 36. Работает устройство для регулирования температуры следующим образом Емкость 1 заполняется жидким азотом из хранилища через заправочный вентиль 4. Дренаж паров при заправке осуществляется через вентиль 5 посл заправки оба вентиля закрываются и открывается вентиль 7, обеспечивающий подачу жидкости в }1спаритель 8 для повьшения давления в емкости до необходимого значения, которое автоматически поддерживается регулятором 9 давления. Регу1шровочной гайкой 32 устанавливается степень пружины 31, соответствующая требуемо му значению.температуры в кузове 2, а затем открывается вентиль 17, обес печивающий подачу жидкого азота в управляющий механизм 16 при закрытой двери 3 кузова 2. Если температура в кузове выше заданной, то под действием давления в термобаллоне 15 сильфонный чувствительный элемент 33, преодолевая усияие пружины 31, . опускает шток 29 относительно седла 28, клапан 30 открывает проток жидкого азота по трубопроводу 34 через надклапанное пространство регулирующего органа 1I в трубопровод 12 и коллектор 13. При этом в теплообменнике 35 происходит конденсация газа, заполняющего полость переменного объема исполнительного пневматического механизма регулирующегб органа 11, давление в полости падает и под действием пружины 23 клапан 22 открывается, обеспечивая подачу азота из ем кости в коллектор 13 и на форсунки 14, При охлаждении кузова и достиже ши заданной температуры давление в термобаллоне 15 падает и под действием пружины 31 клапан 30 закрывается. При этом прекращается подача ксидкости в трубопровод 34, теплообменник 35 под действием вниине- го тепла отогревается и сконденсировавшийся в трубке 25 газ снова испаряется, повьшая давление на сильфон 24, в результате чего регулирующий орган II закрывается и подача азота прекращается. Преимущества описанной систеьы состоят в следующем. Полость переменного давления пневматического исполнительного механизма регулирующего органа 1I выполнена герметичной и заполнена газом при избыточном давлении. В связи с этим в теплообменнике 35 при его охлаждении жидким азотом происходит конденсация газа рабочего вещества (азота), сопровождающаяся изменением в широких пределах давления в полости переменного объема, воздействующего на шток 21 с клапаном 22 через сильфон 24. С учетом размеров полости и прочности сильфона это давление может быть доведено до нескольких десятков атмосфер, а при охлаждении теплообмен-ника 35 жидким азотом оно будет резко падать за счет ожижения рабочего вещества. При этом изменение давления совершенно ке зависит от давления наддува емкости i, которое в пределе должно обеспечивать только выдавливание жидкости из емкости, что дает возможность более экономично использовать жидкий хладагент. Таким образом, в предлагаемом изобрете.ник обеспечивается большое усилие в пневматическом исполнительном 7 механизме регулирующего органа II, не зависящие от давления наддува емкости с хладагентом, что расширяет область применения устройства В связи с тем, что для охлаждения и конденсации рабочего газа в теплообменнике 35 требуется расход лсидкгого азота на несколько порядко меньший, чем для охлаждения кузова управляющий механизм 16 может имет очень малое проходное сечение седла 28, а следовательно, и малый ра мер клапана 30. Поэтому давление емкости 1, воздействующее на клапан 30, создает незначительное уси лие, вносящее погрешность во взаим действие сильфонного чувствительного элемента 33 и.пружины 31. Эти достигается точность поддержания температуры с помощью предлагаемого устройства. В предлагаемом устройств за счет применения герметичной полости переменного -объема пневматического исполнительного механизма ре- гулирукмдего органа, заполненной газом при давлении вьш1е атмосферно го и снабженной трубкой с теплообменником, охлаждаемым потоком жидкого азота, обеспечивается боль шее усилие в приводе регулир5Йощего органа, не зависящее от давления в емкости с хладагентом, что расширяет область применения устройства, а снижение давления надду ва дает возможность более экономично расходовать жидкий хладагент 8 Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее установленный в объекте датчик температуры, соединенный с полостью размещенного в корпусе управляющего механизма сильфонного чувствительного элемента, связанного с клапаном, установленным во входной полости управляющего механизма, соединенной с емкостью, заполненной хладагентом, и с входной полостью регулирующего органа, связанного с пневматическим исполнительньм механизмом, имеющим полость переменного объема, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения и повьш1ения экoнo a чнocти устройства, оно снабжено установленным на выходе управляющего механизма и связанным с выходной полостью регулирующего органа теплообменником и капиллярной трубкой, заглушенный конец которой размещен в теплообменнике, , а другой соединен с полостью переменного объема, причем полость капиллярной трубки и полость переменного объема заполнены газом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Канторович В.И. Основы автоматизации холодильных установок. М., Пищевая промьшшенность, 1976, с. 32-34. 2.Патент США № 3281075, кл. 236-99, опублик. 1966 (прототип).