Устройство для регулирования температуры

 

О П И С А Н И Е ()932476

ИЗОВРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистические

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 21.07-80 (2! ) 2961518/18-24 с ярисоедииеиием заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.82 ° Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 30.05 .82 (5l)M. Кл.

G 05 0 23/02 Ьеударетвеньй квинтет

СССР во делам нзебретеннй н втнрмтнй (53) УДК 62! .555 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Г.В.Певицкий, В.И.Бойчук, В.Е.Лосев и В.Ф.P (71) Заявитель

Физико-технический институт низких температ

АН Украинской CCP (54 } УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к системам регулирования температуры непря-. мого 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-. ния температуры непрямого действия, содержащие чувствительный элемент, задающее устройство, элемент сравнения,.усилитель, исполнительный механизм и регулирующий орган(1).

Наиболее близким -техническим ре" шением к предлагаемому является устройство для регулирования температуры в изотермическом кузове транспортного средства (прицепы и полуприцепы — рефрижераторы и контейнеры-рефрижераторы), использующие жидкий азот в качестве источника холода, содержащее послЕдовательно

S соединенные чувствительный элемент и управляющее устройство, воздействующее на пневматический исполнительный механизм регулирующего органа с помощью энергии хладаген10 та, запасенного в емкости. При повьтшении температуры в кузове выше saданной чувствительный элемент взаимодействует с управляющим устройством таким образом, что пары хладl$ агента, 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 прекра932476 щается, и давление снимается через калиброванное дренажное отверстие, клапан под действием пружины закрывается и прекращает подачу азота f2).

Недостатком известных устройств является то обстоятельство, что для работы регулирующего органа используется сравнительно низкое давление, равное давлению наддува емкости для 1О 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 15 область применения. Это объясняется тем, что для некоторых систем охлаждения требуются большие расходы хладагента, а это увеличивает размер клапана регулирующего органа и приво- 2о дит к необходимости создания больших усилий в пневматическом исполнительном механизме, с целью надеж- ного открытия и закрытия клапана, которые данное устройство создать не может в силу ограниченного значения давления в емкости для хранения хладагента.

Кроме этого, устройства работают в том случае, когда давление под мембраной пневматического исфзлнительного механизма регулирующего органа ниже, чем давление над мембраной на 0,4 кг/см . Следовательно, давле-. ) ние наддува в емкости для хладаген35 та должно быть выше этого значения.

Но это экономически невыгодно, так как хладагент при повышенном давлении находится в равновесном состоянии при более высокой, темпе4О ратуре, и теплота его парообраэования принимает меньшее значение.

Результатом этого будет меньший отвод тепла при испарении азота, а

45 следовательно, и большая потребность в хладагенте. Этот недостаток является существенным в связи с возможностью снижения давления за счет установки более эффективных форсунок

50 для распыления азота.

Цель изобретения — расширение области применения устройства и повышение его экономичности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирова55 ния 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 связанной с входной полостью регулирующего органа, связанного с пневматическим исполнительным механизмом,, имеющим полость переменного объема, 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.

Давление наддува в емкости для хранения хладагента уменьшается за счет того, что его величина выбирается из условия необходимого расхода,и гидросопротивлений тракта подачи жидкого хладагента в охлаждаемый объем.

В устройстве используется эффект многократного изменения давления в замкнутой полости, заполненной газом,. при охлаждении и конденсации этого газа.

На чертеже показано устройство для регулирования температуры, например, в грузовом помещении транспортного средства.

Устройство для регулирования температуры содержит емкость 1 для >хидкого 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 (повышения давления в ней), состоящей 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 азота.

Регулирующим органом 11 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 закрыва5 9324 нии двери 3 кузова 2, осуществляя блокировку подачи азота при открытой двери.

Регулирующий орган 11 имеет корпус

19 с седлом 20, шток 21 с клапаном

22, пружину 23. Шток 21 связан с гибким элементом (сильфоном) пневматического исполнительного механизма, полость переменного объема которого образована стенками корпуса 19, силь- 10 фона 24 и капиллярной трубки 25, причем полость капиллярной трубки

25 и полость переменного объема заполнены газом, например, азотом при давлении выше атмосферного (2 кг/см - 15

5 кг/см ). .Управляющий механизм 16 . через вентиль 17 соединен с напорным трубопроводом 26 емкости 1 и состоит иэ корпуса 27 с седлом 28, штока 29 с клапаном 30, пружины 31, ре- 2О гулировочной гайки 32 и сильфонного чувствительного элемента 33, связанного с термобаллоном 15, заполненного легкокийяцей жидкостью, например, фреоном-12. 25

Выходной трубопровод 34 управляющего устройства 16 соединен с регулирующим органом 11 и трубопроводом

12. Конец трубки 25 служит теплооб- менником 35, т.е. имеет развитую поверхность и хороший тепловой контакт с трубопроводом 34. Регулирующий орган включает также входную полость 36, Работает устройство для регулиро35 вания температуры следующим образом.

Емкость 1 заполняется жидким азо- том из хранилища через заправочный вентиль 4. Дренаж паров при заправке осуществляется через вентиль 5 после 4О заправки оба вентиля закрываются и открывается вентиль 7, обеспечивающий подачу жидкости в испаритель 8 для повышения давления в емкости до необходимого значения, которое автоматически поддерживается регулятором

9 давления. Регулировочной гайкой

32 устанавливается степень сжатия пружины 31, соответствующая требуемому значению. температуры в кузове 2, 50 а затем открывается вентиль 17, обеспечивающий подачу жидкого азота в управляющий механизм 16 при закрытой двери 3 кузова 2. Если температура в кузове выше заданной, то под

55 действием давления в термобаллоне

15 сильфонный чувствительный элемент

33, преодолевая усилие пружины 31, . опускает шток 29 относительно сед76 6 ла 28, клапан 30 открывает проток жидкого азота по трубопроводу 34 через надклапанное пространство регулирующего органа 11 в трубопровод

l2 и коллектор 13.

При этом в теплообменнике 35 происходит конденсация газа, эаполняюцего полость переменного объема исполнительного пневматического механизма регулирующегб органа 11, давление в полости адает и под действием пружины 23 клапан 22 открывается, обеспечивая подачу азота из емкости в коллектор !3 и на форсунки 14. При охлаждении кузова и достижении заданной температуры давление в термобаллоне 15 падает и под действием пружины 31 клапан 30 закрывается. При этом прекращается подача жидкости в трубопровод 34, теплообменник 35 под действием внешнего тепла отогревается и сконденсиpoBGBHIHfIcH в трубке 25 газ снова испаряется, повышая давление на сильфон 24, в результате чего регулируюций орган 11 закрывается и подача азота прекращается.

Преимущества описанной системы состоят в следующем. Полость переменного давления пневматического исполнительного механизма регулируюцего органа 11 выполнена герметичной и заполнена газом при избыточном давлении.

В связи с этим в теплообменнике

35 при его охлаждении жидким азотом происходит конденсация газа рабочего вецества (азота), сопровождаюцаяся изменением в широких пределах давления в полости переменного объема, воздействующего на шток 23 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.

Прн этом изменение давления совершенно не зависит от давления наддува емкости 1, которое в пределе должно обеспечивать только выдавливание жидкости из емкости, что дает возможность более экономично исполь- . зовать жидкий хладагент.

Таким образом, в.предлагаемом изоб. ретении обеспечивается большое усилие в пневматическом исполнительном

932476

Формула изобр ет ения

7. механизме регулирующего органа 11, 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 жидкого азота на несколько порядков меньший, чем для охлаждения кузова, управляющий механизм 16 может иметь очень малое проходное сечение седла 28, а следовательно, и малый раз-мер клапана 30. Поэтому давление в емкости 1, воздействующее на клапан 30, создает незначительное усилие, вносящее погрешность во взаимодействие сильфонного чувствительного элемента 33 и пружины 31. Этим достигается точность поддержания температуры с помощью предлагаемого устройства.

В предлагаемом устройстве за счет применения герметичной полости переменного объема пневматического исполнительного механизма регулирующего органа, заполненной газом при давлении выше атмосферного и снабженной трубкой с теплообменннком, охлаждаемым потоком жидкого азота, обеспечивается большее усилие в приводе регулирубощего органа, не зависящее от давления в емкости с хладагентом, что расширяет область применения устройства, а снижение давления наддува дает возможность более экономично расходовать жидкий хладагент.

Устройство для регулирования температуры, содержащее установленS ный в объекте датчик температуры, соединенный с полостью раэмещенного в корпусе управляющего механизма сильфонного чувствительного элемента, связанного с клапаном, установленным во входной полости управляющего механизма, соединенной с ем" костью, заполненной хладагентом, и с входной полостью регулирующего органа, связанного с пневматическим

15 исполнительным механизмом, имеющим полость переменного объема, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения экономичности устройства, 2О оно снабжено установленным на выхо де управляющего механизма и связанным с выходной полостью регулирующего органа теплообменником и капиллярной трубкой, .заглушенный конец

25 которой размещен в теплообменнике, а другой соединен с полостью переменного объема, причем полость капиллярной трубки и полость пвременного объема заполнены газом.

30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Канторович В;И. Основы автоматизации холодипьных установок.

М., "Пищевая промышленность", 1976, с. 32-34.

2. Патент США Ф 3281075, кл. 236-99, опублик. 1966 (прототип).

932476

ft

И

3f

И

Яд

Составитель Н.Иирная

Редактор Е.Папп Техред M. Надь Корректор И.Иуска

3 lK l3 3783/68 Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская иаб., д. 4jS

Фпннал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4