автоматический регулятор температуры в теплице

Формула изобретения

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ В ТЕПЛИЦЕ, содержащий силовой элемент, соединенный посредством штока с поворотной фрамугой и заполненный рабочей средой, отличающийся тем, что он снабжен пассивным солнечным коллектором, имеющим плоское зачерненное и теплоизолированное с нижней стороны основание, над которым расположен светопрозрачный кожух, при этом силовой элемент выполнен в виде расположенной внутри пассивного солнечного коллектора замкнутой упругой металлической мембраны, наружная поверхность которой выполнена зачерненной, а в качестве рабочей среды использована легкокипящая жидкость.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к огородничеству, а именно к устройствам терморегулирования и вентилирования в сооружениях защищенного грунта.

Известен регулятор теплового режима теплицы по а.с. N 1475542, кл. A 01 G 9/24, заявл. 24.03.87, опубл. 30.04.89, Бюл. N 16.

Основным недостатком этого регулятора является принципиальная невозможность исключения утечек пара-газа, образуемых при кипении легкокипящих жидкостей и обладающих высокой проницаемостью. Введенный в конструкцию гидроцилиндра ряд элементов таких как уплотнительные резиновые и масляное (смазочная жидкость) кольца лишь несколько замедляют процесс утечки газов, что можно предположить и из описания и принципа работы регулятора, где указано, что герметичность его зависит от пространственного положения рабочего органа (плунжером вверх или вниз):

низкая герметичность в одном положении и надежная в другом. Для газа, действующего с одинаковым давлением во все стороны, утверждение о надежной герметизации регулятора сомнительно.

Известна также вентиляционная створка парника по а.с. N 1435196, кл. A 01 G 9/24, заявл. 21.01.87, опубл. 07.11.88, Бюл. N 41.

В этом изобретении используется силовой элемент теплообъемного расширения, выполненный в виде эластичного мешка, заполненного легкокипящей жидкостью.

Недостатки этого устройства:

для паров легкокипящих жидкостей среди эластичных материалов, будь то специальные резины или пластполимеры, нет материалов с "нулевой" проницаемостью. Все они "газуют", а, следовательно, срок их службы весьма ограничен.

конструкция устройства не позволяет эффективнее использовать солнечную энергию для достижения более высоких температур нагрева, что расширило бы спектр возможных к применению легкокипящих жидкостей.

Наиболее близким к заявляемому является автоматический регулятор температуры в теплице по патенту N 1812932, кл. A 01 G 9/24, заявл. 12.07.90, опубл. 30.04.93, Бюл. N 16 (прототип).

Этот регулятор температуры в теплице включает герметичную емкость, снабженную эластичной диафрагмой. На емкости установлен каркас с чехлом.

Привод вентиляционной створки теплицы содержит шток, закрепленный на диафрагме, рычаг и тягу. При нагреве воздуха в емкости за счет солнечного излучения его объем увеличивается, что приводит к перемещению штока и открытию вентиляционной створки. При снижении интенсивности солнечного излучения створка закрывается.

Недостатки прототипа:

значительные потери тепла как при восприятии падающей солнечной энергии, так и при сохранении его: во-первых, нагреваемая поверхность со стороны солнечного излучения не зачернена; во-вторых, с теневой стороны излучения нагреваемая емкость не теплоизолирована.

воздух, используемый в качестве рабочего тела, как и все газы, имеет малый коэффициент объемного расширения, что вынуждает увеличивать габаритные размеры емкости и связанные с этим массу и расход материалов.

Задача, решаемая предполагаемым изобретением повышение эффективности и надежности работы терморегулятора, расширение диапазона возможных к использованию легкокипящих жидкостей, снижение массо-габаритных размеров и инерционности терморегулятора.

Это достигается тем, что в автоматическом регуляторе температуры в теплице, включающем силовой элемент, выполненный в виде герметичной емкости переменного объема, заполненной рабочим телом и кинематически связанной с поворотной фрамугой (в прототипе именуемой вентиляционной створкой) теплицы, силовой элемент целиком выполнен в виде замкнутой упругой металлической мембраны, образующей объем, заполненный легкокипящей жидкостью и передающий усилие на шток привода поворотной фрамуги, при этом поверхность силового элемента зачернена, а сам силовой элемент размещен внутри пассивного солнечного коллектора, образованного воспринимающей излучение зачерненной плоской поверхностью основанием, теплоизолированным с теневой стороны излучения, и расположенным над ним светопрозрачным кожухом.

На фиг. 1 представлена конструкция предполагаемого изобретения, где на фиг.1а силовой элемент в виде гофрированного цилиндра (сильфона), замкнутого в торцах, состояние "закрыто"; на фиг.1б силовой элемент в виде двух замкнутых дисковых мембран, состояние "открыто"; на фиг.2 схематическое изображение теплицы и устройства, расположенного вне теплицы; на фиг.3 то же, устройство внутри теплицы.

Силовой элемент 1 выполняется выдавливанием или прессованием из тонкого листового металла: некоторых марок стали, латуни, бронзы и др. Все места соединений (торцы на сильфоне; фланец на дисковой мембране) выполняются пайкой или сваркой, обеспечивая полную герметичность. Толщина металла, конструктивные параметры элементов сильфона или дисковой мембраны и внешние размеры силового элемента выбираются из расчета достижения необходимой упругости, длины хода и усилия на шток. Внутри силового элемента размещается легкокипящая жидкость в необходимых для его работы количествах. Силовой элемент 1 фиксируется, например, с помощью клея, на плоском основании 2, которое выполняется зачерненным по всей поверхности 3. Вся наружная поверхность силового элемента 1 также чернится. В случае использования для основания 2 материала с высокими теплопроводными показателями ниже основания крепится теплоизоляционный слой 4.

К основанию 2 крепится и размещается над ним светопрозрачный кожух 5, например, из стеклопластика. К основанию 2 крепится и скоба 6, выполняющая функции направляющей для движения штока 7 и оси 8 рычага 9. Элементы 2, 3, 4, 5 конструкции образуют пассивный солнечный коллектор 10.

Автоматический регулятор температуры в теплице работает следующим образом.

При повышении температуры внутри солнечного коллектора 10 выше температуры кипения легкокипящей жидкости, заключенной в силовом элементе 1, последняя, переходя в пар, многократно увеличивается в объеме, силовой элемент 1 разжимается вдоль своей оси и оказывает давление на шток 7. Его перемещение через рычаг 9, вращаемый вокруг оси 8, и тягу 11 передается на поворотную фрамугу 12, открывая ее. При понижении температуры внутри солнечного коллектора ниже температуры кипения жидкости происходит обратный процесс: пары жидкости обращаются в жидкость, давление в силовом элементе 1 снижается, он сжимается, что приводит к закрытию фрамуги 12 под действием ее силы тяжести.

Солнечный коллектор 10 может устанавливаться как снаружи теплицы 13, так и внутри нее. В первом случае он крепится, например, с помощью кронштейна 14. Во втором случае он устанавливается в верхней части теплицы, в зоне свободного доступа солнечного излучения, и крепится, например, на брусе 15.

Абсолютные температуры в простейшем пассивном солнечном коллекторе при активной солнечной радиации могут превышать величину 100^оС, что позволяет в данном устройстве расширить используемый в силовом элементе спектр легкокипящих жидкостей: от обычно применяемых с температурой кипения ниже 30^оС, например, фреон-12 к ряду жидкостей с температурой кипения от 35^оС, например, эфир этиловый до 78^оС, например, спирт этиловый. Для северных широт с умеренным солнцем этот спектр жидкостей может быть несколько сужен.

В качестве рабочего тела в данном устройстве применена легкокипящая жидкость, имеющая неоспоримое превосходство перед любым газом, например, воздухом в части возможностей объемного расширения, что создает условия для уменьшения габаритов и массы устройства. Применение же герметичной замкнутой упругой металлической емкости для ее размещения принципиально исключает возможность утечек паров жидкости и делает устройство надежным.

Несмотря на расхождение температур в солнечном коллекторе и теплице в солнечную погоду благодаря малой инерционности устройства рост температуры в солнечном коллекторе (равно как и спад ее) всегда будет опережать рост (спад) температуры в теплице, принуждая своевременно срабатывать силовой элемент и связанный с ним привод поворотной фрамуги, тем самым исключая опасность перегрева растений в жаркие часы дня, а после спада жары способствуя сохранению накопленного за день тепла.

Устройство достаточно просто в изготовлении и является надежным в работе. Его применение избавит владельцев сооружений защищенного грунта от ежедневной заботы по мерам предупреждения растений от перегрева.