Термостат Советский патент 1982 года по МПК G05D23/30 

(.54) ТЕРМОСТАТ

Изобретение относится к технике термостатирования прецизионных устройств и узлов радиоэлектронной аппаратуры, может быть использовано в различных отраслях промышленности, гле повышение качества функционирования связано с сужением диапазона воздействующих температур.

Известен термостат, содержащий теплоизолированный корпус, камеру, выполненные для обеспечения равномерного температурного поля из чистых металлов с высокой теплопроводностью, источник тепла (холода), термодатчик

Такой термостат обладает низким КПД и большим временем выхода в стационарный тепловой режим за счет потерь тепла и времени на нагрев (охлаждение) корпуса, теплоизоляции, камеры и других конструктивных элементов .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является термостат, содержащий теплоизолированный корпус, в котором размещена металлическая камера с нагревателем, а между нагревателем и теплоизоляционным корпусом с зазором установле-ны закрепленные на торцовых стенках

металлической камеры теплопроводные пластины 2.

К недостаткам термостата относятся потери тепла на нагрев теплоизоляции и корпуса, что объясняется наличием тепловой связи конструктивных элементов термостата с нагревателем, реализация эффекта повышения КПД за счет введения теплопроводных пластин

10 возможна только для подогревных термостатов, использование дополнительных пластин приводит к увеличению габаритов и веса те я«1остата.

Целью изобретения является умень15шение времени выхода на режим термостатирования .

Поставленная цель.достигается тем, что в термостате, содержащем металлические корпус и камеру, источник

20 тепла (холода) и тержюдатчик, полость между металлическим корпусом и металлической камерой заполнена поляризованным нематическим лиотропным кристаллом.

25

Нематические-лиотропные кристаллы используются для изготовления поляроидов, в начальной стадии они представляют жидкий кристалл, а после испарения растворителя и поляризации -

30 твердый. В предлагаемой конструкции полост между камерой и корпусом сначала заполняют кристаллом, а затем проводит ся электротермическая или магнитотер мическая поляризация. Сущность элект ротермической (магнитотермической) поляризации,заключается в одновремен ,ном направленном воздействии на кри|сталл электрического (магнитного) и температурного полей. Критическая напряженность Магнитного поля Н ()Vk.i - j/йх , где h - толщина кристалла; k - коэффициент упругостиf X - магнитная восприимчивость. Критическая напряженность электри ческого поля Е (л/h) Vk i а/де, где Е - диэлектрическая восприимчивость . После испарения растворителя в ре зультате проведенной магнитотермичес кой или электротермической поляризации, дипольные молекулы кристалла за крепляются в своей ориентации параллельно вектору напряженности поля, а индуцированные поверхностные заряды создают внутреннее поле, которое воз действует на электронную составляющую теплопроводности. Поскольку после поляризации кристалл представляет твердое вещество, то при рассмотрени теплопередачи системы камера-корпус передача тепла конвекцией (про исходит лишь в газах и жидкостях) и излучением отсутствуют. Конструкция термостата представлена на чертеже. Термостат содержит металлический корпус 1, металлическую камеру 2, по лость между камерой и корпусом запол нена электротермически (магнитотерми чески) поляризованнЕлм нематическимлиотропным кристаллом 3. Источник тепла (холода) 4 расположен внутри статируемого объема. Контроль температуры осуществляется термодатчиком 5, имеющим тепловой контакт с объектом статирования 6. Эффект увеличения КПД для нагревных и охлаждаемых термостатов достигается за счет направленной электротермической поляризации кристалла 3 . Устройство работает следующим образом. В выключенном состоянии температу ра всех элементов термостата равна температуре окружающей среды, при включении схемы регулирования термочувствительный мост, в плечо которого включен термодатчик 5, разбаланси рован и на исполнительный элемент 4 подается управляющий сигнал. При при ближении температуры статируемого объекта 6 к заданной температуре ста тирования, благодаря тесному тепловому контакку термодатчика 5 и термостатируемого объекта 6, устанавливается баланс моста, регулятор отключается. Тепловой баланс мощности, ввщеляемой исполните ль ньлм элементом, и мощности, рассеиваемой термостатом зависит от температуры статирования, температуры среды и сопротивления теплопередачи во внешнюю среду. В предлагаемой конструкции уменьщенке времени выхода на режим термостатирования, увеличение КПД достигаются за счет уменьшения мощности потерь. Объем между камерой и корпусом заполняется нематическим лиотропным кристаллом, который подвергается направленной электротермической или магнитотермической поляризации : для подогревных термостатов отрицательной стороной диполей - к камере, положительной - к корпусу; при охлаждаемых - отрицательной стороной диполей - к корпусу, положительной - к камере. Тепловой поток, рассеиваемый источником тепла, отражается от полированных стенок камеры, частично нагре вает ее,то обеспечивая равномерность температурного поля статируемого объема. Процесс теплопередачи от камеры к корпусу определяется теплопроводностью камеры, изоляции и корпуса. Механизм теплопередачи металлов (корпуса, камеры) обусловлен решеточной и электронной составляющими теплопроводностидля чистых металлов поэтому 100, т.е. электронная теплопроводность- на 1-2 порядка больше решеточной. Следовательно, активно воздействуя на электронную составляющую теплопроводности можно замедлять или ускорять процесс теплопередачи во внешнюю среду. Для подогревных термостатов при ориентации кристалла отрицательной стороной диполей к камере, внутреннее поле поляризованного кристалла тормозит процесс теплопередачи за счет электронной составляющей и общая теплопроводность определяется решеточной составляющей, вследствие чего основная часть теплового потока сохраняется внутри статируемого объема, уменьшается мощность потерь, увеличивается КПД, уменьшается время выхода на режим. Для охлаждаемых термостатов при ориентации кристалла отрицательной стороной диполей к корпусу внутреннее поле кристалла замедляет процесс

теплопередачи из среды внутрь статируемого объема, следовательно, уменьшается мощность потерь, увеличивается КПД,

Кроме того, нет необходимости обеспечивать тепловой контакт нагревателя с максимально возможной поверхностью камеры. Использование предложенной конструкции подогревного термостата с заполнением пространства между камерой и корпусом электротермически поляризованным кристаллом на основе водно-спиртового раствора .олеата калия (напряженность электри; 1еского поля Е 50000 В/см, , число термоциклов ) позволило повысить КПД на 30%, уменьшить время выхода на режим в 2,8 раза.

, Для охлаждаемых термостатов на основе термоэлектрических батарей ТЭМО-3 получено увеличение КПД на 25%, время выхода на режим уменьшено в 2 раза.

Формула изобретения

Термостат, содержащий металлический корпус с размещенной в нем рабочей металлической камерой с установленными в ней термодатчиком и источником тепла (холода),отличающий с я тем, что, с целью уменьшения времени выхода на режим термостатирования термостата,полость между металлическим корпусом и металлической рабочей камерой заполнена ПО ляризованным нематическим лиотропньи кристаллом.

Источники информации, принятые по внимание при экспертизе

537332, кл. G 05 D 23/30, 1973 (прототип) .