СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КРЫШКИ ВОДЯНОЙ БАНИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИЛИ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
METHOD OF COOLING OF COVER OF WATER BATH OF STUDY OR TEST DEVICE

Изобретение относится к области испытаний и исследований и касается способа охлаждения крышки водяной бани исследовательского или испытательного устройства, основанного на применении для испытаний или исследований материалов, составов и композиций или смесей водяной нагревательной бани.
Настоящее изобретение рассматривается на конкретном примере исследовательского устройства для контроля качества зерновых культур по альфа-амилазной активности, которое может быть использовано на хлебоприемных, хлебопекарных, сельскохозяйственных предприятиях, предприятиях по переработке зерна, а также в других перерабатывающих отраслях. Такое устройство для контроля качества зерновых культур по альфа-амилазной активности описано в ТУ 4215-006-172147768-98. Прибор для определения числа падения, ПЧП-3. Это решение принято в качестве прототипа для заявленного способа.
Это исследовательское устройство содержит водяную баню в кожухе с крышкой. На кожухе водяной бани установлен индикатор уровня для визуального контроля воды в бане. Крышка водяной бани содержит гнезда для установки кассеты с пробирками и пароотводную полость со встроенной петлей водяного охлаждения. Для проведения исследований заполняют водяную баню дистиллированной водой через отверстие для пробирок и проверяют уровень воды в бане по индикатору уровня, установленного на кожухе бани, который должен находиться в середине зоны сливной трубки. Пробирки моют, ополаскивают дистиллированной водой, сушат и устанавливают в кассеты. Включают устройство в сеть, над водяной баней имеется индикатор, на котором происходит смена надписи на индикаторе при достижении необходимой температуры. В каждую пробирку помещают навеску размолотого зерна или муки и заливают в них дистиллированную воду при комнатной температуре. Закрывают пробирки резиновыми пробками и встряхивают их до получения однородной суспензии. Пробирки с суспензией (без резиновых пробок) устанавливают в подставку с кассетой и опускают в гнезда, выполненные на крышке водяной бани. Пробирки с суспензией прогреваются в водяной бане, что приводит к преобразованию суспензии в клейстер. После этого в пробирки опускают в свободном падении шток-мешалки, которые под собственным весом начинают опускаться вниз. Длительность падения шток-мешалок определяется вязкостью клейстера, зависящей от активности альфа-амилазы, разжижающей клейстер. Падение каждой из шток-мешалок продолжается до срабатывания соответствующего датчика нижнего положения, который останавливает счет времени по своему каналу. Время падения шток-мешалки в клейстеризованной водно-мучной суспензии и будет определяемым числом падения.
Для того чтобы из водяной бани не выкипала вода, крышка бани должна охлаждаться. Для этого используется проточное охлаждение. Необходимость охлаждение обусловлена, во-первых, для исключения формирования избыточного давления паров и их испарения в окружающую среду (решение задачи безопасности проведения экспериментов или исследований), во-вторых, обеспечение сохранности изначальных условий проведения нагревания для исключения неоднородности прогревания пробирок по их высоте (с целью обеспечения одинаковых условий для разных серий опытов и исследований одного и того же материала или разных материалов или смесей).
Однако применение проточного охлаждения требует большого расхода воды, и при этом отсутствует возможность контроля степени самого охлаждения. При чрезмерном охлаждении будет увеличено время на закипание воды в водяной бане и на температуру самой воды, а при недостаточном охлаждении - повышается пароиспарение, что приводит к снижению объема воды и необходимости ее долива.
Для обеспечения гарантированного удержания условий нагрева воды в водяной бане и ее количества необходимо использовать такую систему охлаждения, которая была бы контролируема по температуре в синхронизации с объемом воды в водяной бане, что позволило бы сохранить процесс кипения воды при резком снижении ее расхода (за исключением естественного испарения/высыхания, не обусловленного процессом парообразования от кипячения).
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении водонезависимости и ресурсосбережении за счет исключения необходимости пополнения воды в водяной бане и повышении контролируемости степени охлаждения в синхронизации с процессом кипения воды в этой бане.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе охлаждения крышки водяной бани исследовательского или испытательного устройства, заключающемся в пропускании под давлением потока холодного жидкостного агента через крышку водяной бани исследовательского или испытательного устройства и сливе этого агента, для подачи под давлением потока холодного жидкостного агента используют автономный блок жидкостного охлаждения с циркуляцией охлаждающего агента в замкнутом контуре, а поток холодного жидкостного агента пропускают через трубку или трубки, размещаемые в пароотводящей полости крышки или под крышкой в зоне конденсации паров кипящей воды с обеспечением слива этого агента под давлением через по крайней мере один радиатор с вентилятором автономного блока жидкостного охлаждения для последующей подачи под давлением охлажденного в радиаторе агента в полость трубки или трубок.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - блок-схема системы охлаждения крышки водяной бани исследовательского или испытательного устройства.
Согласно настоящему изобретению рассматривается энергосберегающий и водосберегающий способ охлаждения крышки водяной бани исследовательского или испытательного устройства. При этом этот способ позволяет контролировать процесс поддержания кипения воды в водяной бане прибора за счет синхронизации степени охлаждения и процесса кипячения воды в замкнутом объеме.
Способ охлаждения крышки водяной бани исследовательского или испытательного устройства заключается в пропускании под давлением потока холодного жидкостного агента через крышку водяной бани исследовательского или испытательного устройства и сливе этого агента. При этом для подачи под давлением потока холодного жидкостного агента используют автономный блок жидкостного охлаждения с циркуляцией охлаждающего агента в замкнутом контуре.
Поток холодного жидкостного агента пропускают через трубку или трубки, размещаемые в пароотводящей полости крышки или под крышкой в зоне конденсации паров кипящей воды, а слив этого агента проводят под давлением через по крайней мере один радиатор с вентилятором автономного блока жидкостного охлаждения с тем, чтобы прошедший через радиатор охлажденный агент использовать для последующей подачи под давлением в полость трубки или трубок крышки.
Способ рассматривается на примере конкретного устройства для контроля качества зерновых культур по альфа-амилазной активности.
Устройство для контроля качества зерновых культур по альфа-амилазной активности содержит корпус с размещенной спереди корпуса водяной баней 1 в кожухе и с крышкой 2. Водяная баня представляет собой закрываемую сверху герметично крышкой емкость, в донной части которой вмонтированы стержневые нагревательные элементы 3, связанные с системой их нагрева. На кожухе водяной бани установлен индикатор (не указан) уровня воды в бане для визуального контроля. Крышка 2 водяной бани содержит гнезда для установки кассеты 4 с пробирками 5 и размещенными в них шток-мешалками 6. В крышке сформирована пароотводная полость 7 со встроенной петлей 8 водяного охлаждения в виде змеевика. Такой змеевик может быть смонтирован под крышкой в зоне фазового преобразования паров воды в капли. Над водяной баней имеется индикатор визуального контроля температуры воды в водяной бане, на котором меняется надпись при достижении необходимой температуры.
Для проведения исследования или эксперимента заполняют водяную баню дистиллированной водой через отверстие для пробирок. Проверяют уровень воды в бане по индикатору уровня, установленного на кожухе бани, который должен находиться в середине зоны сливной трубки.
Пробирки моют, ополаскивают дистиллированной водой, сушат и устанавливают в кассеты. В каждую пробирку помещают навеску размолотого зерна или муки и заливают в них дистиллированную воду при комнатной температуре. Закрывают пробирки резиновыми пробками и встряхивают их до получения однородной суспензии. Пробирки с суспензией (без резиновых пробок) устанавливают в подставку с кассетой, опускают в гнезда, выполненные на крышке водяной бани. Пробирки с суспензией прогреваются в водяной бане, что приводит к преобразованию суспензии в клейстер. Затем происходит захват шток-мешалок. Конструкция устройства обеспечивает автоматический захват шток-мешалок и их освобождение по команде блока управления. По команде с датчика верхнего положения захваты освобождают шток-мешалки, которые под собственным весом начинают опускаться вниз. Длительность падения шток-мешалок определяется вязкостью клейстера, зависящей от активности альфа-амилазы, разжижающей клейстер. Падение каждой из шток-мешалок продолжается до срабатывания соответствующего датчика нижнего положения, который останавливает счет времени по своему каналу. Время падения шток-мешалки в клейстеризованной водно-мучной суспензии и будет определяемым числом падения.
Для того чтобы из водяной бани не выкипала вода, крышка бани должна охлаждаться. На крышке бани выполнены пароотводная полость 7 и встроенная в ней петля 8 водяного охлаждения.
Устройство дополнительно снабжено блоком 9 автономного охлаждения, установленным в задней части корпуса и состоящим из по крайней мере одного радиатора 10 с по крайней мере одним вентилятором 11 и насоса-помпы 12 непогружного типа, сообщенного с крышкой водяной бани через петлю 8 водяного охлаждения, встроенной в пароотводную полость 7,  обеспечивающим циркуляцию охлажденной воды в замкнутом контуре. Встроенный блок автономного охлаждения включает радиатор с вентиляторами, например, в количестве трех, и насос-помпы непогружного типа, установленные в корпусе 1. Вода проходит через радиатор, охлаждаемый высокоскоростными вентиляторами. Блок автономного охлаждения соединен с крышкой водяной бани через петлю 8 водяного охлаждения, встроенной в пароотводной полости, что обеспечивает циркуляцию охлажденной воды в замкнутом контуре.
Применение блока автономного охлаждения, подающего под давлением охлаждающую жидкость в пароотводную полость (выполненную в виде отдельной камеры в крышке или непосредственно под крышкой), позволяет проводить охлаждение водяных паров над уровнем кипящей воды (под крышкой, в зоне естественного перехода паров воды в водяные капли) и сбрасывать эти капли в кипящий слой воды в емкости. При правильном регулировании степени охлаждения по отношению к объему паров можно обеспечить непрерывный круговорот воды в емкости без выхода паров через систему пароотведения или предохранительный клапан сброса давления. Таким образом, в емкости водяной бани будет поддерживаться постоянный объем воды на определенном постоянном уровне, что позволяет гарантированно омывать пробирки по всей высоте размещения исследуемой суспензии. Применение блока автономного жидкостного охлаждения с циркуляцией охлаждающего агента в замкнутом контуре позволяет исключить необходимость подвода из вне охлаждающего агента. Так как исследовательские или испытательные устройства работают в стационарных условиях и, как правило, в закрытых помещениях, то применение вентиляторов с радиаторами от одного и более штук в блоке обеспечивает охлаждение рабочего агента в замкнутом контуре даже в неблагоприятных  условиях эксплуатации. Система замкнутого контура позволяет регулировать степень охлаждения рабочего агента устройства, чтобы синхронизировать процесс охлаждения паров воды и вывести его на пароконденсацию непосредственно под крышкой.
Использование предлагаемого способа позволяет повысить решение технической задачи по исполнению устройства водонезависимым и ресурсосберегающим, что позволяет экономить воду в объемах до 1000 литров в день на одно устройство. Оно автономно работает в условиях сельскохозяйственных лабораторий. Кроме того, такой способ может быть реализован устройством, изготовленным с применением составляющих конструктивных элементов, создание которых не представляет сложности для специалистов в этой области.