Термопечь периодического действия
Владельцы патента RU 2255280:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к термическому оборудованию периодического действия и может быть использовано в камерных электропечах, в которых происходит отверждение изделий из полимерных материалов. Техническим результатом является обеспечение заданной скорости изменения температуры изделия в термопечи весь период охлаждения. Термопечь периодического действия содержит корпус с наружной теплоизоляцией, нагреватели, рабочую камеру, вентилятор, трубы, размещенные на корпусе, датчик температуры в рабочей камере, распределитель, установленный между трубами и регулирующими клапанами, который изменяет число труб, подключенных к теплоносителям в зависимости от показания датчика температуры в рабочей камере. Трубы через распределитель сначала подключены к газовому теплоносителю, а затем к жидкому теплоносителю. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к термическому оборудованию периодического действия, в частности к камерным электропечам периодического действия, в которых происходит отверждение изделий из полимерных материалов с заданной скоростью нагрева и охлаждения.
В настоящее время при изготовлении изделий из полимерных материалов используются камерные электропечи периодического действия с разомкнутой схемой циркуляции в процессе охлаждения /Авторское свидетельство СССР №1229540, МПК F 27 D 7/06 опуб. 07.05.1986. Бюл. №17/.
Недостатками такой термопечи является загрязнение окружающей среды, так как при охлаждении воздух с токсичными веществами поступает в атмосферу. Кроме того, разомкнутая схема циркуляции предполагает потерю теплоты, которая выделяется при охлаждении термопечи периодического действия.
Известна термопечь периодического действия с замкнутой схемой циркуляции в процессе нагрева и охлаждения /Гутман М.Б. и др. Электрические печи сопротивления с принудительной циркуляцией атмосферы М.: Энергоатомиздат, 1985, с.102-109/.
В таких термопечах при охлаждении крупногабаритных изделий не удается обеспечить заданную скорость охлаждения из-за большой теплоемкости изделия и теплоизоляции.
По совокупности существенных признаков в качестве прототипа выбрана термопечь периодического действия, содержащая корпус с теплоизоляцией, циркуляционный экран с вентилятором, трубы, по которым в период охлаждения двигаются теплоносители /Патент США №4 906 182, НПК 432-77, опуб. 06.03.1990./.
Прототип не обеспечивает заданную скорость охлаждения изделия в термопечи, так как трубы охлаждают лишь воздух в рабочей камере. Эффективное охлаждение происходит сначала на большом перепаде температур между теплоносителем в трубах и воздухом в рабочей камере. В последующем с уменьшением перепада температур в 2-3 раза скорость охлаждения изделия значительно уменьшается.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении заданной скорости изменения температуры изделия в термопечи весь период охлаждения.
Для достижения технического результата в предлагаемой термопечи периодического действия, содержащей корпус с наружной теплоизоляцией, нагреватели, рабочую камеру, ограниченную циркуляционным экраном, вентилятор, трубы, по которым перемещаются теплоносители, датчик температуры в рабочей камере, регулирующие клапаны, изменяющие расход теплоносителей в трубах. Трубы размещены на корпусе, между регулирующими клапанами и трубами установлен распределитель, который изменяет число труб, подключенных к теплоносителям, в зависимости от показания датчика температуры в рабочей камере. Трубы через распределитель сначала подключены к газовому теплоносителю, а затем - к жидкостному теплоносителю.
На фиг.1 представлено поперечное сечение предлагаемой термопечи периодического действия.
На фиг.2 - продольный разрез, показывающий подключение труб к теплоносителям.
Термопечь периодического действия состоит из корпуса 1 с наружной теплоизоляцией 2. В корпусе 1 располагается циркуляционный экран 3, который образует рабочую камеру 4. В рабочей камере 4 на загрузочной тележке 5 располагается изделие 6. Между циркуляционным экраном 3 и корпусом 1 установлен нагреватель 7. Вентилятор 8 с приводом обеспечивает перемещение воздуха в корпусе 1. Температура изделия 6 в рабочей камере 4 измеряется датчиком 10. На корпусе 1 располагаются трубы 11, которые подключены к коллекторам 12 и 13. Размещение труб 11 на корпусе 1 позволяет обеспечить охлаждение не только воздуха в рабочей камере 4, но и теплоизоляции 2, в которой сосредотачивается основное количество теплоты, определяющее изменение температуры изделия 6 и термопечи на конечном этапе охлаждения. Теплоносители поступают в коллекторы 12 и 13 через регулирующие клапаны 14, которые управляются системой контроля 15 по показаниям датчика температуры 10. Распределитель 16 изменяет подключение коллекторов 12 и 13 к теплоносителям (жидкость и газ) (см. фиг.2). Электромагнит 17 переключает распределитель 16 в различные положения по сигналу от системы контроля 15.
Термопечь периодического действия работает следующим образом. Изделие 6 на загрузочной тележке 5 помещают в рабочую камеру 4, загрузочная дверь закрывается и включается вентилятор 8 с приводом 9 и воздух начинает двигаться вдоль циркуляционного экрана 3 в корпусе 1. Далее нагреватель 7 включается и повышает температуру циркулирующего воздуха, обеспечивая заданную скорость нагрева изделия 6. Для исключения потерь теплоты в окружающее помещение корпус 1 покрыт эффективной теплоизоляцией 2.
После выдержки изделия 6 при заданной температуре необходимо осуществить охлаждение изделия 6 с заданной скоростью.
Сначала распределитель 16 перемещается электромагнитом 17 в крайнее правое положение (см. фиг.2), т.е. жидкость не поступает на охлаждение, а газ (воздух) поступает в коллектор 12. Регулирующий клапан 14 изменяет расход газа (воздуха) в зависимости от температуры изделия 6, измеряемого датчиком 10. На первом этапе охлаждения наблюдается большой перепад температур между воздухом в рабочей камере 4 и газообразным теплоносителем и заданная скорость охлаждения обеспечивается с использованием труб 11, подключенных к коллектору 12. По мере уменьшения температуры в термопечи, когда максимальный расход газа через коллектор 12 не обеспечивает заданную скорость охлаждения изделия 6, электромагнит 17 переключает распределитель 16 в среднее положение (см. фиг.2). Сигнал на электромагнит 17 для переключения поступает от системы контроля 15, которая управляет скоростью охлаждения изделия 6 по показаниям датчика 10. После этого газообразный теплоноситель поступает в 12 и 13 коллекторы, площадь поверхности теплообмена увеличивается в несколько раз и скорость охлаждения изделия 6 возрастает.
Плавное изменение скорости охлаждения изделия 6 производится путем управления регулирующим клапаном 14.
На конечной стадии охлаждения для повышения скорости охлаждения распределитель 16 переключается электромагнитом 17 в крайнее левое положение (см. фиг.2) и в коллектор 12 поступает жидкостной теплоноситель. Высокий коэффициент теплоотдачи между жидкостным теплоносителем и стенками труб 11 позволяет интенсифицировать процесс охлаждения.
Использование жидкостного теплоносителя на начальных этапах охлаждения приводит к вскипанию жидкости в трубах 11 и неконтролируемому охлаждения изделия 6 термопечи, а также к снижению надежности работы системы охлаждения из-за тепловых ударов.
Для повторяющихся режимов термообработки при одинаковой загрузке термопечи переключение распределителя 16 может производится в определенный момент времени или по температуре воздуха в рабочей камере 4.
Использование данного технического решения предполагается в камерных электропечах периодического действия, используемых для отверждения полимерных авиационных конструкций из композиционных материалов. Наряду с обеспечением заданной скорости охлаждения (0,5-1,5°С/мин) планируется утилизировать теплоту, выделяющуюся при охлаждении электропечей, на отопление помещений.
1. Термопечь периодического действия, содержащая корпус с наружной теплоизоляцией, нагреватели, рабочую камеру, ограниченную циркуляционным экраном, вентилятор, трубы, по которым в период охлаждения движется теплоноситель, датчик температуры в рабочей камере, регулирующие клапаны, изменяющие расход теплоносителей в трубах, отличающаяся тем, что трубы размещены на корпусе, а между регулирующими клапанами и трубами установлен распределитель, который изменяет число труб подключения к теплоносителям в зависимости от показания датчика температуры в рабочей камере.
2. Термопечь периодического действия по п.1, отличающаяся тем, что трубы через распределитель сначала подключены к газовому теплоносителю и затем к жидкостному теплоносителю.
