Устройство для автоматической стабилизации температуры в корпусе радиоэлектронного прибора
Полезная модель относится к радиоэлектронной технике, в частности к вентиляции радиоэлектронной аппаратуры (далее - РЭА) и может быть использована для охлаждения элементов РЭА работающих при циклических тепловых воздействиях. Цель полезной модели - повышение чувствительности и быстродействия за счет снижения тепловой инерционности и увеличение ресурса работы. Устройство для автоматической стабилизации температуры в корпусе радиоэлектронного прибора, содержащее резервуар-теплообменник, гидропровод и исполнительный элемент, образующие общую герметичную полость, заполненную рабочей жидкостью и вентиляционное устройство, при этом резервуар-теплообменник снабжен футеровкой из материала с большим коэффициентом объемного расширения с ребрами и ячейками, а исполнительный элемент выполнен в виде сильфона из нержавеющей стали, соединенного кинематически со створкой вентиляционного устройства. Технический результат от использования полезной модели, по сравнению с прототипом, заключается в повышении чувствительности и быстродействия за счет снижения тепловой инерционности благодаря футеровке из материала с большим коэффициентом объемного расширения и увеличении ресурса работы путем применения исполнительного элемента в виде сильфона из нержавеющей стали.
Полезная модель относится к радиоэлектронной технике, в частности к вентиляции радиоэлектронной аппаратуры (далее - РЭА) и может быть использована для охлаждения элементов РЭА работающих при циклических тепловых воздействиях.
Цель полезной модели - повышение чувствительности и быстродействия за счет снижения тепловой инерционности и увеличение ресурса работы.
Уровень техники
Известен механизм открывания и закрывания фрамуг типа парниковых рам, содержащий силовой цилиндр в виде сферического корпуса с патрубком, эластичной диафрагмой, телескопической пружиной и штоком, шарнирно соединенным с рычагом поворота фрамуги (А.С. СССР 
303900, М. Кл. Е05f 15/02, 1969 г., опубл. Бюл. 18, 1972 г.) [1].
Под действием телескопической возвратной пружины и массы фрамуги эластичная диафрагма находится в нижнем положении-фрамуга закрыта. При подаче жидкости из системы в патрубок диафрагма под давлением жидкости воздействует на шток и рычаг, и при этом сжимает телескопическую возвратную пружину - фрамуга открыта. При сливе жидкости в атмосферу под действием телескопической возвратной пружины и массы фрамуги диафрагма возвращается в первоначальное нижнее положение - фрамуга закрыта.
Недостатком известного механизма является неудобство работы из-за необходимости закачки рабочей жидкости из системы в силовой цилиндр для открытия, и слива жидкости в атмосферу для закрытия фрамуги.
Известны устройства для поворота оптического зеркала, каждое из которых содержит зеркало на шарнире, различные по конструкции приводы и промежуточные элементы в виде трубопроводов и сильфонов, заполненных рабочей жидкостью и соединяющих зеркало и приводы (А.С. СССР 802811, М. Кл.3 G01J 3/06,1979 г., опубл. Бюл. 5, 1981 г.) [2], (А.С. СССР 630535, М. Кл.2 G01J 3/06, 1977 г. опубл. Бюл. 40, 1978 г.) [3] и (А.С. СССР 316941, МПК G01J 3/02, 1970 г., опубл. Бюл. 39, 1971 г.) [4].
При воздействии привода на один из сильфонов он сжимается, создает давление и рабочая жидкость по трубопроводу перетекает во второй сильфон, который растягивается и воздействует на зеркало вызывая его поворот. После снятия воздействия привода первый сильфон растягивается, жидкость перетекает в обратном направлении, второй сильфон сжимается и зеркало принимает первоначальное положение.
Недостатком известных устройств является необходимость приложения усилия к сильфону посредством привода.
Известны механизмы для регулирования теплового режима теплицы, каждый из которых состоит из гидроцилиндра, заполненного легкокипящей жидкостью и штока, шарнирно соединенного с вентиляционной створкой (А.С. СССР 640703, М. Кл.2 А01G 9/14, 1976 г., опубл. Бюл. 1, 1979 г.) [5], (А.С. СССР 1475542, МПК5 А01G 9/24, 1987 г. опубл. Бюл. 16, 1989 г.) [6] и (А.С. СССР 1812033, МПК5 A01G 9/24, 9/14, G05D 23/12, 1991 г., опубл. Бюл. 16, 1993 г.) [7].
При повышении температуры в теплице легкокипящая жидкость расширяется, воздействует на шток, который выдвигаясь, в свою очередь воздействует на вентиляционную створку и открывает ее, наружный воздух поступает в теплицу и снижает температуру. При достижении оптимальной температуры в теплице, рабочая жидкость остывает, давление на шток исчезает и под действием массы створки (и противовеса, как в 5 и 6) происходит перекрытие доступа наружного воздуха.
Недостатком этих механизмов является возможность утечек легкокипящей жидкости из рабочего объема, и как следствие малый срок службы.
Известно устройство для регулирования температуры воздуха в теплице, содержащее резервуар и гидроцилиндр, сообщающиеся между собой посредством гидропровода, и образующие замкнутую полость, заполненную рабочей жидкостью, при этом шток гидроцилинра соединен с рычагом подъема вентиляционной рамы (А.С. СССР 1360643, МПК4 A01G 9/24, 1986 г., опубл. Бюл. 471987 г.) [8].
При повышении температуры внутри парника температурное изменение объема рабочей жидкости преобразуется в перемещение штока гидроцилиндра и, соответственно рычага подъема вентиляционной рамы, поступление атмосферного воздуха снижает температуру парника и происходит опускание упомянутой рамы.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции и высокая тепловая инерционность.
За прототип, как наиболее близкое к заявляемому выбрано устройство для автоматической стабилизации температуры в парнике или теплице с применением резиновой трубки по Патенту РФ 2163754, МПК7 A01G 9/24, 1999 г. опубл. 2001.03.10) [9].
Устройство, выбранное в качестве прототипа содержит, резервуар-теплообменник с гидропроводом, установленные внутри охлаждаемого объекта, твердую трубку, соединенную с резиновой гофрированной трубкой (исполнительный элемент), свободный конец которой закрыт твердым стержнем, при этом резервуар-теплообменник, гидропровод, твердая и гофрированные трубки образуют общую герметичную полость заполненную рабочей жидкостью, а твердый стержень кинематически связан со створкой вентиляционного устройства.
Устройство-прототип работает следующим образом. При повышении температуры внутри объекта, рабочая жидкость нагревается и расширяется, создавая давление в герметичной полости. Под действием давления резиновая гофрированная трубка увеличивается и механически воздействует на твердый стержень, который, в свою очередь, взаимодействует со створкой вентиляционного устройства и вызывает ее поворот (открывание). Поступление холодного атмосферного воздуха снижает температуру внутри объекта, при достижении оптимальной температуры, рабочая жидкость охлаждается, объем ее уменьшается и давление в герметичном объеме падает. Резиновая гофрированная трубка принимает первоначальный размер, воздействие на твердый стержень исчезает, последний взаимодействует со створкой и вызывает ее поворот в обратном направлении (закрывание).
Устройство-прототип, используя свойство резиновой гофрированной рубки удлиняться при увеличении давления жидкости в ней, позволяет преобразовывать температурные изменения объема рабочей жидкости в открывание или закрывания створки вентиляционного устройства для циклического охлаждения объекта.
Недостатки аналогов 1-8 устраняются в устройстве-прототипе 9, однако при применении для радиоэлектронной аппаратуры устройство-прототип 9 не обладает достаточной чувствительностью и быстродействием из-за большой тепловой инерционности рабочей жидкости, и кроме того резиновая гофрированная трубка под действием климатических факторов (повышенная температура, тепловой удар, повышенная влажность и т.д.) может потерять свои механические свойства, что снижает ресурс работы устройства в целом.
Из изложенного видна цель полезной модели - повышение чувствительности и быстродействия за счет снижения тепловой инерционности и увеличение ресурса работы.
Указанная цель достигается тем, в устройстве для автоматической стабилизации температуры, содержащем резервуар-теплообменник, гидропровод и исполнительный элемент, образующие общую герметичную полость, заполненную рабочей жидкостью и вентиляционное устройство, в резервуаре-теплообменнике установлена футеровка из материала с большим коэффициентом объемного расширения, например полиэтилена или высокомолекулярного капрона, а исполнительный элемент выполнен в виде сильфона из нержавеющей стали, соединенного кинематически со створкой вентиляционного устройства. Кроме того, для увеличения поверхности соприкосновения с рабочей жидкостью, и соответственно эффективности теплоотдачи, футеровка может быть выполнена с ребрами или ячейками.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель заключается в следующем.
В радиоэлектронной аппаратуре применяются радиоэлекронные изделия, например кварцевые приборы, которые для нормальной работы требуют термостабилизацию, т.е. поддержание необходимой температуры в определенном интервале.
Существуют различные устройства для термостабилизации, самым распространенным из которых является электронные датчики температуры, подающие сигнал на электропривод, связанный с вентиляционным устройством в виде открывающейся створки или вентилятора. Эти устройства сложны по конструкции и требуют отдельного источника электропитания.
Для снижения электропотребления целесообразно применить корпус радиоэлектронного прибора с гидромеханическим устройством для термостабилизации. При этом подобное устройство должно быть простым, технологичным в изготовлении и надежным в работе.
Цель полезной модели - повышение чувствительности и быстродействия за счет снижения тепловой инерционности и увеличение ресурса работы.
Указанная цель достигается тем, в устройстве для автоматической стабилизации температуры, содержащем резервуар-теплообменник, гидропровод и исполнительный элемент, образующие общую герметичную полость, заполненную рабочей жидкостью и вентиляционное устройство, в резервуаре - теплообменнике установлена футеровка из материала с большим коэффициентом объемного расширения, например полиэтилена или высокомолекулярного капрона, а исполнительный элемент выполнен в виде сильфона из нержавеющей стали, соединенного кинематически со створкой вентиляционного устройства. Кроме того, для увеличения поверхности соприкосновения с рабочей жидкостью, и соответственно эффективности теплоотдачи, футеровка может быть выполнена с ребрами или ячейками.
Технический результат от использования полезной модели, по сравнению с прототипом, заключается в повышении чувствительности и быстродействия за счет снижения тепловой инерционности благодаря футеровке из материала с большим коэффициентом объемного расширения и увеличении ресурса работы путем применения исполнительного элемента в виде сильфона из нержавеющей стали, кроме того, прочность последнего позволяет исключить промежуточный элемент - твердый стержень.
Краткое описание чертежей
На чертеже изображен устройство для автоматической стабилизации температуры в корпусе радиоэлектронного прибора, общий вид.
Устройство содержит резервуар-теплообменник 1, гидропровод 2 и исполнительный элемент, образующие общую герметичную полость, заполненную рабочей жидкостью 3 и вентиляционное устройство, в резервуаре-теплообменнике 1 установлена футеровка 4 из материала с большим коэффициентом объемного расширения, например полиэтилена или высокомолекулярного капрона, а исполнительный элемент выполнен в виде сильфона 5 из нержавеющей стали, соединенного кинематически со створкой 6 вентиляционного устройства.
Устройство работает следующим образом.
Резервуар-теплообменник 1 устанавливается в корпусе радиоэлектронного прибора (на чертеже не показан) вблизи от элемента РЭА, выделяющего большое количество тепла и требующего термостабилизацию. Для компактности конструкции резервуар-теплообменник 1 и трубопровод 2 могут быть установлены в одной из стенок корпуса прибора, или одна из стенок корпуса может использоваться в качестве резервуара-теплообменника 1.
При повышении температуры внутри корпуса, рабочая жидкость 3 и футеровка 4 нагреваются и расширяются, создавая давление в резервуаре-теплообменнике 1, гидропроводе 2 и исполнительном элементе. Под действием давления сильфон 5 исполнительного элемента механически воздействует на створку 6 вентиляционного устройства и вызывает ее поворот (открывание). Поступление холодного атмосферного воздуха снижает температуру внутри объекта, при достижении оптимальной температуры, рабочая жидкость 3 и футеровка 4 охлаждается, объем их уменьшается и давление в герметичной плоскости падает. Сильфон 5 принимает первоначальный размер, взаимодействует со створкой 6 и вызывает ее поворот в обратном направлении (закрывание).
В заявляемом устройстве, используется свойство сильфона 1 удлиняться при увеличении давления жидкости в нем и принимать первоначальное положение после снятия давления, что позволяет преобразовывать температурные изменения объема рабочей жидкости 3 и футеровки 4 в открывание или закрывания створки 6 вентиляционного устройства для циклического охлаждения элементов РЭА внутри корпуса радиоэлектронного прибора.
Осуществление полезной модели
Разработана конструкция устройства для автоматической стабилизации температуры.
Устройство содержит резервуар-теплообменник 1, гидропровод 2 и исполнительный элемент, образующие общую герметичную полость, заполненную рабочей жидкостью 3 и вентиляционное устройство, в резервуаре-теплообменнике 1 установлена футеровка 4 из материала с большим коэффициентом объемного расширения, а исполнительный элемент выполнен в виде сильфона 5, соединенного кинематически со створкой 6 вентиляционного устройства.
Размеры (объем) резервуара-теплообменника 1, сильфона 6 исполнительного элемента и футеровки 4 выбираются исходя из размеров корпуса и теплонагруженности радиоэлектронного прибора.
Резервуар-теплообменник 1 представляет собой корпус из листовой нержавеющей стали 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72 толщиной 1-2 мм и размерами 500×500×1000 мм.
Гидропровод 2 представляет собой трубу 28×0,3 - 12Х18Н10Т по ГОСТ 9941-72, длиной 0,5-1,5 м (в зависимости от вариантов исполнения) диаметром 28 мм и толщиной стенки 0,3 мм.
В качестве рабочей жидкости 3 применен термосол марки А-65 ТУ 301-02-141-91, температура замерзания до - 65°С.
Футеровка 4 выполнена из полиэтилен высокого давления ПЭВД марки 0803-020 толщиной 20 мм по ГОСТ 16337-77. Технические характеристики:
- предел текучести при растяжении не менее 100 кгс/см;
- относительное удлинение не менее 210%;
- температура эксплуатации от -40 до +100×С;
Сильфон 5 представляет собой покупное изделие - сильфон многослойный 28-10-0,3×2 - 12Х18Н10Т по ГОСТ 21744-83. Диаметр 28 мм, число гофров 10, толщина одного слоя стенки 0,3 мм, число слоев, длина от 40 до 192 мм.
Створка 6 представляет собой стальную платину с размерами 300×100×5 мм и шарнирно установлена в корпусе на осях диаметром 6 мм.
Для соединения резервуара - теплообменника 1, трубопровода 2 и сильфона 5 применена сварка дуговая в защитном газе плавящимся электродом по ГОСТ6307-80 ЗП, швы II класса по ОСТ 4Г0.005.247-82, контроль швов по ГОСТ 3242-79.
Элементы конструкции устройства изготовленные из нержавеющей стали 12Х18Н10Т имеют защитное гальваническое покрытие Хим.пас (химическое пассивирование).
Работа с устройством описана в разделе «Краткое описание чертежей».
1. Устройство для автоматической стабилизации температуры в корпусе радиоэлектронного прибора, содержащее резервуар-теплообменник, гидропровод и исполнительный элемент, образующие общую герметичную полость, заполненную рабочей жидкостью и вентиляционное устройство, отличающееся тем, что резервуар-теплообменник снабжен футеровкой из материала с большим коэффициентом объемного расширения, а исполнительный элемент выполнен в виде сильфона, соединенного кинематически со створкой вентиляционного устройства.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что футеровка выполнена с ребрами и ячейками.
