УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОМОРОЗКИ СЕЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
DEVICE FOR BREEDING MATERIAL FREEZING

Изобретение относится к области сельхозмашиностроения, в частности к машинам для проведения (поддержания режима) оценки селекционного материала зерновых и других сельскохозяйственных культур на морозостойкость.
3
Известна предназначенная для режима оценки селекционных культур на морозостойкость «Камера холодильная климатическая» КХК20 (см. Техническое описание и инструкцию по эксплуатации, ЗАО НПФ «Надежда»), включающая: термоизолированный, с размещенными внутри теплообменниками шкаф с внутренним объемом 20 м, с распашной дверью, со смотровым окном и системой защиты от обмерзания; холодильную машину марки МКВ 30-2-4, в комплект которой входят компрессор 4N-12.2 фирмы «BITZER» (Германия); кожухотрубный водяной конденсатор К 573 Н-2 фирмы «BITZ-ER»; воздухоохладитель BFBE 403 с7 фирмы «Alfa-Laval» (Швеция); регулятор давления конденсации; два запорных вентиля; фильтр; смотровое стекло; импульсный расширительный клапан; смесительная камера; отделитель жидкости; регулятор производительности; соленоидный клапан; соединительные трубопроводы; защитная автоматика; рама; силовой щит; пульт управления и регулирования технологическим процессом с системой световой и звуковой сигнализации, с прибором управления режимом работы воздухоохладителя АКС-72А, с микропроцессорным программным задатчиком МПР-51, блоком реле БКМ, переключателем «ВКЛ» и кнопкой «СБРОС».
3
Недостатками «Камеры холодильной климатической» КХК20 являются большой внутренний объем камеры - 20 м. Прямой обдув воздухом, проходящим через испаритель, селекционного материала частично приводит к ожогу листьев растения и их гибели. «Камера» обладает большой мощностью, поэтому в ней не экономично производить проморозку малых лабораторных объемов. Неустойчиво работает система автоматического управления (САУ), так как микропроцессор типа МПР-51 сложен в программировании технологического процесса и не способен в одно целое охватить процесс проморозки селекционного материала. Также не совершенна система индикации (наглядного слежения). Дороговизна из-за импорта комплектующих.
Известен также морозильный шкаф EKSI EFNX-1404GN, который предназначен для охлаждения и кратковременного хранения продуктов (см. http://www.holodilnik.info/refrigerator/refrigerating-cases/eksi/efnx1404gn/, информация из интернет ресурса), включающий выполненный из нержавеющей стали герметичный шкаф с дверьми, с полиуретановой теплоизоляцией (толщиной 60 мм), с электронной панелью управления, с конвекционным охлаждением, с автоматическим испарением воды при размораживании, с автоматическим возвратом дверей, с полками, регулируемыми по высоте, с размещенной на верхней части компрессорной холодильной машиной, с терморегулирующим вентилем, с конденсатором с воздушным охлаждением, с испарителем с динамическим (вентилируемым) типом охлаждения.
Недостатками являются то, что нет точной регулировки температуры, так как функция морозильного шкафа - это функция бытового продуктового холодильника, у которого для поддержания температуры в камере работой компрессора управляет двухпозиционный регулятор. Из-за высокого значения гистерезиса имеется высокая инерционность и высокая амплитуда колебания температуры. Такая регулировка непригодна для проморозки селекционного материала зерновых культур. Нет возможности продувания материала по всему объему из-за наличия лотков и других препятствий. Дороговизна, так как это шкаф итальянского производства (импортный), а в период санкций могут возникнуть проблемы с его приобретением. Не совершенны системы автоматического управления и индикации (наглядного слежения).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому экономическому эффекту является выпускаемый в РФ шкаф морозильный Абат ШХн-1,0, крашеный, с верхним расположением холодильного агрегата, предназначенный для охлаждения и замораживания пищевых продуктов и напитков на предприятиях общественного питания и торговли (см. http://www.kobor.ru/shkaf-kholodilnyy-universalnyy-abat-shkh-10-krash.html), включающий выполненный из нержавеющей стали герметичный шкаф с дверьми, с полиуретановой теплоизоляцией (толщиной 60 мм), с конвекционным охлаждением, с автоматическим испарением воды при размораживании, с автоматическим возвратом дверей, с полками, регулируемыми по высоте, с размещенной на верхней части компрессорной холодильной машиной, с конденсатором с воздушным охлаждением, с терморегулирующим вентилем, с испарителем с динамическим (вентилируемым) типом охлаждения, с электронной панелью управления с переключателем для подключения к внешней электрической сети исполнительных механизмов (электродвигателей компрессора, вентиляторов обдува, трубчатых электронагревателей осуществления процесса оттайки, проводимого в ручном режиме), и контроллер типа Dixell XR06CX, к которому подключены два терморезистора.
Недостатками является то, что нет точной регулировки температуры, так как функция морозильного шкафа - это функция бытового продуктового холодильника, у которого для поддержания температуры в камере работой компрессора управляет двухпозиционный регулятор. Точность регулирования технологического параметра, например температуры, зависит от величины гистерезиса. Чем меньше гистерезис, тем точнее регулирование, но тем чаще включается нагреватель и тем самым больше износ нагревателя и его коммутационных элементов, что в результате способствует снижению эксплуатационной надежности. Также то, что нет возможности продувания материала по всему объему из-за наличия лотков и других препятствий. В том числе то, что не совершенны системы автоматического управления и индикации (наглядного слежения).
Техническим результатом является повышение точности поддержания температуры по всему рабочему объему камеры морозильного шкафа, эксплуатационной надежности холодильной машины, устойчивости работы системы автоматического управления технологическим процессом проморозки, совершенствование системы индикации.
Технический результат достигается тем, что в устройстве, включающем выполненный из нержавеющей стали герметичный шкаф с дверьми, с полиуретановой теплоизоляцией толщиной 60 мм, с конвекционным охлаждением, с автоматическим возвратом дверей, с полками, регулируемыми по высоте, с размещенной на верхней части шкафа компрессорной холодильной машиной, сообщенной посредством соединительных трубопроводов с последовательно размещенными конденсатором с воздушным охлаждением, терморегулирующим вентилем, испарителем с вентиляторами для его обдува, размещенными в камере испарителя, сообщенной с камерой шкафа окном входа и окном выхода, с электронной панелью управления с переключателем для подключения к внешней электрической сети исполнительных механизмов, согласно изобретению окно выхода камеры испарителя сообщается с камерой шкафа посредством плоского, на ширину верхней и боковой стены шкафа, выполненного с помощью перегородок воздушного канала, с выходным в нижней части шкафа отверстием, в котором установлен вытяжной вентилятор, в гидравлической цепи холодильной машины последовательно за конденсатором установлен соленоидный клапан охлаждения перед терморегулирующим вентилем с корректирующим терможидкостным датчиком температуры, а параллельно конденсатору и выходу терморегулирующего вентиля установлен соленоидный клапан обогрева, который зашунтирован регулятором производительности в виде мембранного перепускного клапана давления с регулировочной пружиной и с трубкой, сообщенной с всасывающей линией компрессора, в электронную панель управления включены блок питания, блок промежуточных реле типа РПМ, программируемое реле типа ПР-114, сенсорная панель типа СП-270, модуль интерфейсный типа ПР-МИ485 и нормирующий преобразователь температуры типа НПТ-1, при этом блок питания, блок промежуточных реле, программируемое реле подключены с помощью автоматического выключателя параллельно к сети питания исполнительных механизмов, а сенсорная панель, нормирующий преобразователь температуры, программируемое реле от блока питания запитаны постоянным током, к тому же сенсорная панель через модуль интерфейсный электрически связана с программируемым реле, связанным с нормирующим преобразователем температуры, который в свою очередь связан с терморезистором, размещенным внутри камеры шкафа, причем между конденсатором и соленоидным клапаном охлаждения размещены последовательно ресивер и фильтр осушитель.
Новыми элементами является то, что окно выхода камеры испарителя сообщается с камерой шкафа посредством плоского, на ширину верхней и боковой стены шкафа, выполненного с помощью перегородок, воздушного канала, в нижней части шкафа, где на выходе оснащено вытяжным вентилятором, в гидравлической цепи холодильной машины последовательно за конденсатором установлен соленоидный клапан охлаждения перед терморегулирующим вентилем с корректирующим терможидкостным датчиком температуры, а параллельно конденсатору и выходу терморегулирующего вентиля установлен соленоидный клапан обогрева, который зашунтирован регулятором производительности в виде мембранного перепускного клапана давления с регулировочной пружиной и с трубкой, сообщенной с всасывающей линией компрессора, в электронную панель управления включены блок питания, блок промежуточных реле типа РПМ, программируемое реле типа ПР-114, сенсорная панель типа СП-270, модуль интерфейсный типа ПР-МИ485 и нормирующий преобразователь температуры типа НПТ-1, при этом блок питания, блок промежуточных реле, программируемое реле подключены с помощью автоматического выключателя параллельно к сети питания исполнительных механизмов, а сенсорная панель, нормирующий преобразователь температуры, программируемое реле от блока питания запитаны постоянным током, к тому же сенсорная панель через модуль интерфейсный электрически связана с программируемым реле, связанным с нормирующим преобразователем температуры, который в свою очередь связан с терморезистором, размещенным внутри камеры шкафа, причем между конденсатором и соленоидным клапаном охлаждения размещены последовательно ресивер и фильтр-осушитель.
Новизна заключается в следующем. В камере шкафа проморозку и закалку выращиваемого в лотках селекционного материала можно провести с высокой точностью за счет попеременного переключения с повышенной частотой соленоидного клапана охлаждения и соленоидного клапана обогрева при постоянной работе компрессора холодильной машины без остановки, благодаря чему появляется возможность снизить гестирезис, а эксплуатационная надежность работы компрессора повышается. За счет подачи потока холодного воздуха снизу обеспечивается равномерность температуры по всему объему камеры шкафа, а также предохранение листьев растений от ожога и гибели. Проморозку, закалку и оттайку можно осуществлять как в автоматическом, так и в ручном режимах, согласно заданным программам, с наглядной индикацией всего процесса при помощи сенсорной панели.
Новые элементы известны в технической литературе, но для проморозки селекционного материала используются впервые.
Сущность технического решения представлена на чертежах: на Фиг. 1 - схема холодильного шкафа - вид прямо, без дверей; на Фиг. 2 - гидравлическая схема компрессорной холодильной машины; на Фиг. 3 - электрическая схема соединений электронной панели.
Устройство для проморозки селекционного материала включает выполненный из нержавеющей стали герметичный с полиуретановой теплоизоляцией толщиной 60 мм шкаф 1, с конвекционным охлаждением, с автоматическим возвратом дверей. Камера шкафа 1 оснащена регулируемыми по высоте полками 2, на которые устанавливаются лотки 3 с выращиваемым селекционным материалом. На верхней части шкафа 1 размещена компрессорная холодильная машина, гидравлическая цепь которой содержит компрессор 4 и сообщенные с помощью трубопроводов 5 последовательно соединенные с ним конденсатор 6 с воздушным охлаждением вентилятором 7, ресивер 8, фильтр-осушитель 9, соленоидный клапан охлаждения 10, терморегулирующий вентиль 11 (марки Т-2 или ТЕ-2) с корректирующим терможидкостным датчиком температуры 12 и испаритель 13. Для корректирования работы терморегулирующего вентиля 11 термобаллончик терможидкостного датчика температуры 12 прикреплен к выходу испарителя 13. Испаритель 13 размещен в камере испарителя 14, имеющей входное окно 15 и выходное окно 16, для сообщения с камерой шкафа 1. Перед испарителем 13 установлены для цикла оттайки трубчатые электронагреватели 18 (ТЭН) и вентиляторы обдува 18. В гидравлическую цепь холодильной машины входят подсоединенные параллельно с конденсатором 6 и выходом терморегулирующего вентиля 11 соленоидный клапан обогрева 19, зашунтированный регулятором производительности 20 в виде мембранного перепускного клапана давления с регулировочной пружиной и с трубкой 21, подсоединенной к всасывающей линии компрессора 4. Выходное окно 16 камеры испарителя 13 сообщено с камерой шкафа 1 с помощью плоского, на ширину верхней и боковой стен, выполненного посредством перегородок 22, воздушного канала 23 с выходным, размещенным в нижней части шкафа 1, отверстием, в котором установлен вытяжной (высасывающий) вентилятор 24. Для электропитания и управления устройство для проморозки селекционного материала оснащено электронной панелью управления 25. В электронную панель управления 25 входят автоматический выключатель 26 для подключения к внешней электрической цепи исполнительных механизмов: электродвигателя компрессора 4 с пусковым реле, электродвигателей вентиляторов 7, 18, 24, трубчатых электронагревателей 17, соленоидных клапанов охлаждения 10 и обогрева 19 и системы автоматического управления, включающие блок питания 27, и элементы системы автоматического управления в виде программируемого реле 28 типа ПР-114, блока промежуточных реле 29 типа РПМ, сенсорной панели 30 типа СП-270, модуля интерфейсного 31 типа ПР-МИ485, нормирующего преобразователя температуры 32 типа НПТ-1. При этом блок питания 27, блок промежуточных реле 29, программируемое реле 28 подключены с помощью защитного автоматического выключателя параллельно к сети питания исполнительных механизмов. Сенсорная панель 30, нормирующий преобразователь температуры 32, программируемое реле 28 от блока питания 27 запитаны постоянным током. К тому же сенсорная панель 30 через модуль интерфейсный 31 электрически связана с программируемым реле 28, связанным с нормирующим преобразователем температуры 32. Нормирующий преобразователь температуры 32 также связан с электронным датчиком температуры 33, размещенным внутри камеры шкафа 1. Для механического дублирования температуры воздуха в камере шкафа 1 установлен термограф (на схемах не показан).
Работа устройства для проморозки селекционного материала заключается в следующем. На полках 2 в камере шкафа 1 размещаем лотки 3 с селекционным материалом. При закрытых дверях шкафа 1 на электронной панели 25 включаем автоматический выключатель 26, при этом запитываются все элементы управления и регулирования. На сенсорной панели 30 устанавливаем программу проморозки, согласно методике, разработанной селекционерами, которая включает в себя таблицу уставок температуры, закалку в единицу времени (скорость закалки), плавное понижение температуры до цикла заморозки, выдержку, плавное повышение температуры (разморозку). Далее на сенсорной панели 36 выбираем тип регулятора температуры: 2-позиционный или пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор с широтно-импульсным модулированным (ШИМ) выходом и режим работы программатора - автоматический или ручной, а затем включаем кнопку пуск. При этом включаются с помощью пускового реле электродвигатель компрессора 4 и электродвигатели обдувочных вентиляторов 7 конденсатора 6, 18 испарителя 13, а также вытяжного вентилятора 24 воздушного канала 23. Далее в автоматическом режиме включается в работу выбранный нами тип регулятора температуры и получает разрешение на выполнение программы через генератор импульса программируемого реле 28. Все это отображено на сенсорной панели 30. Ресивер 8 необходим для сбора фреона при обслуживании и ремонте системы. Фильтр-осушитель 9 необходим для сушки влаги и очистки фреона.
При выборе 2-позиционного регулятора работа следующая. При плюсовой температуре в камере шкафа 1, определяемой согласно сигналу датчика температуры 33, поступившему на нормирующий преобразователь температуры 32 и программируемое реле 28, вначале работает соленоидный клапан охлаждения 10. Охлаждающая жидкость попадает через терморегулирующий вентиль 11 в испаритель 13, а затем на вход компрессора 4. Далее при достижении с учетом гистерезиса температуры в камере шкафа 1 соленоидный клапан охлаждения 10 отключается и включается соленоидный клапан обогрева 19. Горячие пары охлаждающей жидкости, минуя терморегулирующий вентиль 11, поступают в испаритель 13, наступает цикл обогрева. Затем цикл повторяется.
тек
уст
cл,
тек
усх
При выборе ПИД с ШИМ на выходе регулятора температуры, как наиболее эффективного и распространенного вида регулятора, обеспечивается достаточно высокая точность при управлении различными процессами, так как он работает в режиме аналогового регулирования и рассчитывает отклонение «Е» текущего значения (Т, °C) контролируемой величины температуры от заданной температуры уставки (Т, °C), т.е. рассогласование. В результате на выходе регулятора вырабатывается аналоговый сигнал «Y», который направлен на уменьшение рассогласования «Е». Этот сигнал подается на исполнительное устройство регулятора (соленоидный клапан охлаждения 10) в виде последовательности управляющих импульсов с длительностью D импульса. Период следования импульсов (t с) задается пользователем при программировании. Чем ближе текущая температура Т, °C, приближается к температуре уставки Т, °C, тем меньше становится длительность управляющих импульсов. На выходе испарителя 13 плавно уменьшается давление фреона. Уменьшение давления фреона на выходе испарителя 13 приводит в работу перепускной клапан (регулятор производительности) 20, который за счет регулируемой пружины и мембраны плавно перепускает горячие пары фреона в испаритель 13, благодаря чему можно добиться получения более точной регулируемой температуры в камере шкафа 1. По окончании выполнения программы на панели 30 появляется окно, сигнализирующее об успешном завершении процесса проморозки селекционного материала. Далее для выключения процесса проморозки в камере шкафа 1 нажимают на сенсорной панели 30 кнопку «стоп», система обесточивается, двери открываются, селекционный материал выгружается для оценки. Корректировка работы настроенного на определенную температуру ТРВ 11 осуществляет сообщенный с ним капиллярной трубкой термобаллончик терможидкостного датчика 12, закрепленный на выходе испарителя 13. Работа перепускного мембранного клапана 20 корректируется регулировочной пружиной и изменением давления в трубке 21.
При ручном режиме генератор импульсов программируемого реле 28 отключен. При этом весь технологический процесс проморозки селекционного материала и другие виды работ выполняются вручную с помощью подачи команд с сенсорной панели 30.
Таким образом, в камере шкафа 1 проморозку и закалку селекционного материала, выращиваемого в лотках 3 и размещенного на полках 2, можно провести с высокой точностью по всему объему камеры шкафа 1, как в автоматическом, так и в ручном режимах, согласно заданным программам, вводимым в сенсорную панель 30. Благодаря сенсорной панели 30 типа СП-270 осуществляется запуск, остановка процесса, а также наглядная индикация всего процесса. Работа холодильной машины осуществляется без остановки работы компрессора 4, а за счет попеременной работы соленоидных клапанов охлаждения 10 и обогрева 19.
Установкой на сенсорной панели 26 необходимой технологической (заданной) температуры соленоидный клапан обогрева 19 выключается, а включается в работу перепускной клапан 20 (регулятор производительности), который гасит инерционность за счет регулируемой пружины и мембраны путем плавного перепускания горячих паров. Благодаря чему можно добиться получения более точной температуры в камере шкафа 1, чем соленоидным клапаном обогрева 19, т.е. добиться позиционной системы регулирования (охлаждение или обогрев в зависимости от задания проморозки).
Подача потока холодного воздуха снизу и равномерное распределение в камере шкафа 1 предохранит листья растений от ожога и гибели.
Использование устройства для проморозки селекционного материала позволит осуществить повышение точности поддержания температуры по всему рабочему объему камеры шкафа 1, повышение эксплуатационной надежности, программное обеспечение технологического процесса проморозки, усовершенствование систем автоматического управления и индикации, а также обеспечение импортозамещения. Данное устройство может быть применено в строительстве при исследовании свойств бетона, а также в других отраслях сельскохозяйственного производства, например зернохранилищах.