КЛИМАТИЧЕСКАЯ КАМЕРА

Полезная модель относится к установке (климатической камере), предназначенной для проведения исследований на морозостойкость, бетонов, кирпичей, отделочных материалов из керамики, искусственного и естественного камня и других строительных материалов, а также конструкций и оборудования, подвергающихся в процессе эксплуатации циклическому воздействию отрицательных и положительных температур в условиях естественной и повышенной влажности.
Известны традиционные методы исследования объектов на морозостойкость с использованием климатических камер, и жидкостного термостата в качестве дополнительного оборудования. Испытание предполагает ручное перемещение образцов из климатической камеры, в которой осуществляется замораживание исследуемых образцов, в жидкостной термостат, где осуществляется размораживание образцов. В ходе испытаний образцы подвергаются заданному количеству циклов замораживания и размораживания. Используемый метод испытаний требует постоянного присутствия персонала, значительных затрат ручного труда.
Аналогом заявленной полезной модели является камера для испытания бетона, известная из RU 145755, представляющая собой напольную конструкцию прямоугольной формы. Устройство представляет собой камеру, внутри корпуса которой размещен рабочий термоизолированный объем с воздухоохладителем, холодильный агрегат, блок контроля и управления.
Причем рабочий термоизолированный объем включает также контейнер и поддон для размещения испытуемых образцов, соединенные с системой трубопроводов с системой оттайки. В верхней части рабочего термоизолированного объема размещен типовой воздухоохладитель, состоящий из испарителя, циркуляционного вентилятора и электрообогревателя оттайки испарителя. Климактерическая камера позволяет подвергать испытуемый образец воздействию различный задаваемых отрицательных температур.
Система оттайки включает бак для хранения и подготовки рассола, циркуляционный насос, электронагреватель подготовки рассола, фильтры механической очистки подготовки рассола, трубопроводы подачи и возврата рассола, трубопровод слива отработанного рассола, а также запорную арматуру, датчики температуры и уровней рассола.
Доступ в рабочую камеру обеспечивается через термоизолированную дверь. Испытания заключается в циклическом замораживании и размораживании испытываемых образцов.
Техническое решение по RU 145755 обладает рядом недостатков. Размещение охладителя на потолке рабочего термоизолированного объема увеличивает высоту всей климатической камеры и исключает возможность применение вертикальной загрузки образцов, что ограничивает количество испытываемых образцов помещаемых в рабочий объем. Кроме того, такое расположение охладителя не обеспечивает эффективного удаления инея с ламелей испарителя при оттаивании, так как он находится непосредственно в рабочем объеме, где температура может доходить до -55°C. Образующаяся при оттаивании вода под действием силы тяжести будет попадать на исследуемые образцы, что будет негативно влиять на достоверность результатов. В конструкции не предусмотрено каким образом будет удаляться из рабочего объема конденсат, поэтому в случае аварийного превышения уровня рассола в контейнере, попавший на дно рабочего объема раствор должен будет удаляться вручную. Отсутствие наклона поддона и контейнера в сторону сливного патрубка не обеспечивает полного удаления раствора, в связи с чем при замораживании некоторые из исследуемых образцов будут находиться частично в солевом растворе, что приведет к искажению результатов испытаний.
На основе описанного прототипа была разработана усовершенствованная климактерическая камера.
Климатическая камера состоит из термоизолированного корпуса, внутри которого в верхней части размещен рабочий объем с датчиком температуры, выполненный в виде герметичной ванны со сливным штуцером с электромагнитным вентилем и штуцерами для подачи и для слива при превышении допустимого уровня солевого раствора. Рядом с рабочим объемом в верхней части корпуса расположена форкамера с испарителем, ТЭНами и вентилятором, представляющая собой камеру для нагрева и охлаждения воздуха с испарителем, ТЭНами и вентилятором, из которой через воздуховод, выполненный в виде сопла, для изменения температурного режима подается воздух в рабочий объем. В нижней части корпуса расположен холодильный агрегат для подачи фреона в жидкой фазе в испаритель, и накопительный бак для подачи солевого раствора в рабочий объем. Кроме компрессора, конденсатора, трубопровода для подачи фреона высокого давления в парообразной и жидкой фазах, фильтра осушителя, дросселя, испарителя, трубопровода для подачи фреона низкого давления и отделителя жидкости в состав холодильного агрегата для оттаивания льда на ламелях испарителя включен также узел оттайки. Узел оттайки состоит из электромагнитных клапанов, перекрывающих подачу фреона в жидкой фазе, через дросселирующий элемент в испаритель, после чего на вход испарителя с выхода компрессора подается фреон в газообразной фазе с высокой температурой. Это вызывает быстрое таяние льда на ламелях испарителя, после чего клапана оттайки возвращаются в исходное положение. При этом вентилятор форкамеры выключается, в связи с чем, повышенная температура испарителя не влияет на температуру в рабочем объеме.
Рабочий объем с датчиком температуры, выполнен в виде герметичной ванны со сливным штуцером с электромагнитным вентилем и штуцерами для подачи и для слива при превышении допустимого уровня солевого раствора. Доступ в рабочий объем обеспечивается через горизонтально расположенную в верхней части камеры утепленную дверь. Рядом с рабочим объемом в верхней части корпуса расположена форкамера, имеющая слой теплоизоляции, в нижней части которой расположен дренажный штуцер для удаления конденсата. Внутри форкамеры расположены конденсатор, испаритель, вентилятор и ТЭНы нагрева воздуха. Воздух подается из форкамеры в рабочий термоизолированный объем через воздуховод, выполнений в виде сопла. Пол рабочего объема выполнен наклонным в сторону сливного штуцера.
В нижней части корпуса расположен холодильный агрегат, включающий в себя компрессор, конденсатор, линии фреона высокого давления в парообразной и жидкой фазах, фильтр осушитель, дроссель, испаритель, линию фреона низкого давления, отделитель жидкости и клапанное устройство перепуска горячих паров в испаритель (узел оттайки).
Температура охлаждения для проведения испытаний варьируется в пределах от -18°C до -55°C.
Климатическая камера включает систему управления, включающей датчик температуры для регулировка температуры, расположенный внутри рабочего объема. В нижней части корпуса под рабочим объемом расположен накопительный бак с солевым раствором, в котором установлены ТЭНы для нагрева, датчик температуры, помпа для подачи солевого раствора в рабочий объем, а так же фильтры грубой и тонкой механической очистки солевого раствора.
Технические задачи, решаемый заявленной климатической камерой: повышение точности проведения испытаний, повышение уровня надежности, повышение производительности и эффективности устройства.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей оборудования, которые заключаются в объединении функции замораживания и оттаивания, обеспечении более высоких эксплуатационных характеристик по отношению прототипу, получение оптимальных габаритов и массы оборудования, сокращение времени испытаний, повышение производительности и исключение ручного труда, повышение качества испытаний.
Описание чертежей.
Фигура 1 иллюстрирует объемное изображение климатической камеры без задней стенки с видом размещения всех составных частей устройства внутри камеры.
Фигура 2 иллюстрируют объемное изображение климатической камеры с задней стенкой.
Как показано на фигуре 3 климатическая камера, состоит из корпуса, представляющего конструкцию прямоугольной формы, состоящего из несущей (1) и внешней частей (2), внутри которого в верхней части размещены рабочий объем (11) и форкамера (4) с дренажный штуцером (33). Сверху рабочий объем закрывается термоизолированной дверью (10).
В форкамере размещены испаритель (35), вентилятор (5) и ТЭНы нагрева воздуха (3) воздуховод (6).
В нижней части внутри корпуса расположен холодильный агрегат, состоящий из компрессора (30), конденсатора (24), трубопроводов фреона высокого давления жидкой фазы (23) и паровой фазы (28) а так же, трубопровода фреона низкого давления (34) отделителя жидкости (31), фильтра осушителя (25) и дросселирующего элемента (27).
Система управления климатической камеры, включает датчик температуры рабочего объема (8) по сигналу которого осуществляется регулировка температуры внутри рабочего объема, пульт управления, обеспечивающий ход выполнения программы испытаний.
С целью обеспечения автоматизации проведения испытаний на морозостойкость испытываемых образцов (14) в конструкцию климатической камеры включены накопительный бак с солевым раствором (21), в котором установлены ТЭНы (22) для нагрева солевого раствора, датчик температуры солевого раствора (17), фильтр тонкой очистки (19) помпа (20), обеспечивающая подачу солевого раствора в рабочий объем через штуцер подачи (12). Рабочий объем (11) выполнен в виде герметичной ванны, имеющий впускное и выпускное отверстия в верней части боковой стенки (7) для подачи и удаления воздуха, при этом форкамера (4) установлена с внешней стороны рабочего объема, но внутри корпуса в верхней части, рабочий объем также имеет сливной штуцер (32) с электромагнитным вентилем (26) за которым установлен фильтр грубой очистки (16), штуцер для подачи солевого раствора (12) и штуцер для слива излишек солевого раствора (перелива) (13). Для обеспечения лучшего слива раствора пол рабочего объема выполнен наклонным, для того, чтобы исследуемые образцы находились в горизонтальном положении в рабочий объем установлен поддон (15).
Холодильный агрегат и накопительный водяной бак установлены под рабочим объемом в нижней части корпуса.
Уровень солевого раствора контролируется датчиками уровня рабочего объема (9) и датчиком уровня накопительной емкости (18).
Климатическая камера, отличается тем, что с целью повышения производительности холодильного агрегата для оттайки испарителя в состав холодильного агрегата включен узел оттайки (29) для обеспечения очистки ламелей испарителя ото льда. Принцип его работы заключается в том, что имеющиеся в узле оттайки электромагнитные клапана перекрывает подачу фреона в жидкой фазе, через дросселирующий элемент в испаритель, вместо этого на вход испарителя подается фреон непосредственно с выхода компрессора в газообразном состоянии с высокой температурой. При этом температура испарителя повышается до +60°C, что вызывает быстрое таяние льда на ламелях испарителя. После этого клапана оттайки возвращаются в исходное положение и работа холодильного агрегата продолжается в штатном режиме. На время проведения оттайки вентилятор форкамеры выключается, в связи с чем, повышенная температура испарителя не влияет на температуру в рабочем объеме.
Под форкамерой (4) устанавливается дренажный штуцер (33), обеспечивающий удаление конденсата после оттайки.
С целью повышения надежности в рабочей камере установлен датчик уровня солевого раствора (9).
Рабочий объем представляет собой объем для проведения испытания. В пространство рабочего объема помещаются образцы.
С целью улучшения эксплуатационных характеристик в устройство включена форкамера.
Форкамера представляет собой камеру, в которой осуществляется нагрев и охлаждение воздуха. В форкамере установлены испаритель, ТЭНы, вентилятор. Преимуществом заявленной полезной модели является то, что так при подаче солевого раствора в рабочий объем форкамера находится снаружи и остается «сухой». В прототипе, в отличие от заявленной полезной модели используют типовой воздухоохладитель, расположенный внутри рабочего объема, для оттайки которого необходим электрообогреватель, что требует дополнительных энергетических затрат и снижает производительность используемого оборудования.
Для изменения температурного режима воздух в рабочий объем подается из форкамеры и возвращается в нее. Для подачи охлажденного, либо нагретого воздуха в верхней части боковой стенки рабочего объема расположены впускное и выпускное отверстия. Отверстия расположены одно над другим и занимают всю ширину стенки. Верхнее отверстие впускное, нижнее выпускное. Отверстия расположены на такой высоте, что при максимальном уровне солевого раствора исключается возможность попадание его в форкамеру.
С целью повышения точности испытаний воздуховод между форкамерой и рабочим объемом выполнен в виде сопла, и за счет этого обеспечивается высокая скорость подачи воздуха и как следствие его интенсивное перемешивание, что обеспечивает равные температурные условия для всех образцов помещенных в рабочий объем. С целью повышения точности испытаний и повышения уровня надежности устройства в отличие от прототипа дно рабочего объема выполнено наклонным в сторону сливного штуцера, а образцы устанавливаются на клинообразный поддон, который обеспечивает строго горизонтальное расположение образцов.
Все элементы конструкции камеры отделены от внешней среды термоизолированным контуром с целью исключения теплообмена с внешней средой.
Термоизолированный контур выполнен из синтетического материала с низкой теплопроводностью традиционно используемых для термоизоляции. К таким материалам относятся как органические природные материалы, так и синтетические материалы.
К таким синтетическим материалам относятся, например, легкие или теплые бетоны, пенопласт, пенополиуретаны, пенополистирол и другие традиционно используемых для этих целей синтетические материалы.
Принцип работы климатической камеры.
Климатическая камера состоит из рабочего объема, предназначенного для размещения испытываемых образцов и в котором создаются условия для испытаний. Испытываемые образцы представляют собой кубики испытываемых образцов, например, из бетона размером чаще всего 100×100×100 мм (реже 150×150×150 мм). Каждый кубик помещен в металлическую емкость из нержавеющей стали. Размер емкости больше размера бетонного кубика на 20 мм. Емкости закрываются крышками. После того как кубик помещается в емкость туда подается солевой раствор и емкость закрывается крышкой.
В верхней части боковой стенки рабочего объема расположены впускное и выпускное отверстия. Отверстия расположены одно над другим и занимают всю ширину стенки. Для подачи охлажденного, либо нагретого воздуха - верхнее отверстие для подачи воздуха и нижнее отверстие для удаления воздуха. Воздух в рабочий объем подается из форкамеры и возвращается в нее. Подача воздуха осуществляется за счет вентилятора. Нагрев и охлаждение воздуха осуществляется испарителем и ТЭНами, установленными в форкамере. Холодильный агрегат выполняет стандартную функцию - подает фреон в жидкой фазе в испаритель, где он кипит и охлаждает проходящий через него воздух. Для проведения испытаний открывается крышка (дверь), в рабочий объем помещаются в емкости с образцами, они устанавливаются на поддон равномерно по полу ванны. Затем крышка закрывается и начинается испытание. Включается холодильный агрегат, осуществляющий, подачу фреона в жидкой фазе в испаритель, что обеспечивает охлаждение испарителя и проходящего через него воздуха. Охлажденный воздух подается через форкамеру в рабочий объем через верхнее отверстие в боковой стенке. В связи с тем, что воздух из форкамеры подается через сопло, он движется с большой скоростью и равномерно распределяется по пространству рабочего объема. Холодный воздух охлаждает испытываемые образцы до температуры либо -50°C (при ускоренном методе), либо до -18°C (базовом методе).
Воздух через выпускное отверстие возвращается из рабочего объема в форкамеру, где снова охлаждается и опять подается в рабочий объем.
После достижения заданной температуры, она поддерживается 2,5 часа. Затем температура воздуха в рабочем объеме повышается, за счет подогрева ТЭНами форкамеры. На следующем этапе помпой в рабочий объем закачивается из накопительной емкости солевой раствор.
Температура раствора поддерживается ТЭНами, расположенными в накопительной емкости (накопительный бак). В то время пока рабочий объем заполняется раствором, сливной вентиль (электромагнитный вентиль) рабочего объема закрыт. После наполнения рабочего объема, вентиль приоткрывается, что обеспечивает циркуляцию раствора между накопительным баком и рабочим объемом. Оттайка образцов осуществляется солевым раствором в течение 2,5 часов. После завершения этапа оттайки сливной вентиль открывается полностью и раствор самотеком стекает в накопительный бак. Затем цикл испытаний повторяется. После завершения испытаний емкости извлекаются из рабочего объема. Образцы извлекаются из емкостей и подвергаются механической нагрузке.
Использование заявленного устройства позволяет повысить производительность оборудования и повысить точность проведения испытаний.
Приложение к фиг. 3