Устройство для автоматического определения кинетики тепловыделений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИКИ ТЕПЛОВЬЩЕЛЕННЙ , содержащее размещенные в термостатируемой камере рабочий и контрольный калориметрические стаканы с фильтрующими кp.пuкaми, установленные на термостатйруемом теплообменнике , и датчики тепловых потоков, размещенные между дном каждого стакана и теплообменником и связанные с регистрирующим прибором, отличающееся тем, что, с цепью повьппения точности, средняя часть фильтрующих крышек вьтолнена из пористой металлокерамики, при этом отношение высоты калориметрических стакаков к их диаметру составляет О,20 ,25, отношение диаметров калориметрических стаканов и датчиков теплового потока составляет 0,7-0,8, а отношение толщины вертикальной стенки калориметрического стакана к его диаметру 0,008-0,016.,5 2. Устройство по п. 1, отличающееся Тем, что оно осна щего пружинами, размещенньпми между фильтруютшми крышками и внутренней стенкой термостатирУемЬй камеры. Zi/L/ г I

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

{ {9) (! !) 4(5!) G 01 К 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ."

Н АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОтНРЫТИЙ (21) 3537117/28-13 (22) 16.12.82 (46) 23.05.85. Вюл . ¹ 19 (72) К.А. Калунянц, Д.П. Лебедев и К.В. Роганов. (.71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности (53) 536.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 280927, кл. G 01 K 17/00, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР № 690329, кл. С 01 К 17/00, 1977. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИКИ ТЕПЛОВЫДЕЛЕ—

НИЙ, содержащее размещенные в термостатируемой камере рабочий и контрольный калориметрические стаканы с фильтрующими кр)!шками, установленные на термостатируемом теплообменнике, и датчики тепловых потоков, размещенные между дном каждого стакана и теплообменником и связанные с регистрирующим прибором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, средняя часть фильтрующих крышек выполнена из пористой металлокерамики, при этом отношение высоты калориметрических ста4 канов к их диаметру составляет 0,20,25, отношение диаметров калориметрических стаканов и датчиков теплового потока составляет 0,7-0,8, а отношение толщины вертикальной стенки кало-риметрического стакана к его диаметру

О, 008-0, 016., 2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно оснащего пружинами, размещенными между фильтрующими крышками и внутренней

Ф стенкой термостатируемой камеры.

ЪФ

1157371

Изобретение относится к микробиологии н частности к контролю процесса культивирования микроорганизмов на твердых средах по косвенному параметру, характеризующему величину роста биомассы.

Известно устройство для поверхност— ного культивирования микроорганизмов, содержащее рабочий и контрольный калориметрические сосуды, помещен- 1g ные в термостатнруемую камеру, выполненную в виде поддона, в которой размещен источник регулируемого давленин, например, вентилятор, размещенный между коаксиальными вентилируемыми зазорами сосудов и теплоизолирующей оболочкой 1 1.

Однако это устройство имеет ограниченное применение ввиду небольших функциональных возможностей и сложную о методику обработки результатов измерений, требующих определения масс, теплоемкостей и температуры в llpo цессе культивирования с последующим расчетом количеств теплоныделений, используемых в качестве параметра контроля процесса культивирования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для автоматического определения кинетики тепловь1делений, содержащее размещенные в термостатируемой камере рабочий и контрольный калориметричес.— кие стаканы с Ьильтрующими крышками, установленные на термлстатируемом теплообменнике, и датчики тепловых потоков, размещенные между дном каждого стакана и теплообменником и

1 связанные с регистрирующим прибором (2 J.

Однако известное устроиство не позволяет точно судить о величине теплоныделений в процессе культивирования из-за помех, вносимых переменным (нестабильным) тепловым сопро45 тивлени ем пробок, за крыв ающих от нер†стие в крышках,, через которые стаканы нентилируются, из-за помех, вносимых различным и контактным термическим сопротивлением между дном стаканов, датчиками тепловых потоков и термостатируемым теплообменником, а также из-за выбранных геометрических размеров, распределяющих тепловые потоки таким образом, что измеряется только 457. выделившегося тепла.

Цель изобретения — повышение точности измерения тепловыделения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для автоматического определения кинетики тепловыделений, содержащем размещенные в термостатируемой камере рабочий и контрольные калориметрические стаканы с фильтрующими крышками, установленные на термостатируемом теплообменнике, .и датчики тепловых потоков, размещенные между дном каждого стакана и теплообменником и связанные с регистрирующим прибором, средняя часть фильтрующих крышек выполнена из пористой металлокерамики, при этом отношение высоты калориметрических стаканов к их диаметру составляет

0,7-0,25, отношение диаметров калориметрических стаканов и датчиков теплового потока составляет 0,7-0,8, а отношение толщины вертикальной стенки калориметрического стакана к его диаметру 0,008 вЂ,016.

Кроме того, устройство оснащено пружинами, размещенными между фильтрующими крьниками и внутренней стенкой термостатируемой камеры.

Выполнение крышек со средней частью из металлокерамики позволяет стабилизировать на опном уровне тепловое сопротивление крышки даже после многократных стерилизаций в автоклаве н обеспечить постоянное гидравлическое сопротивление потоку

Фильтрующего стаканы воздуха. Установка пружин между стенкой термостатируемой камеры и крышками обеспечивает дополнительную герметизацию стаканов в местах касания их с крышками, постоянное контактное тепловое сопротивление между дном стаканон, датчиками теплового потока и термостатируемым теплообменником.

Геометрические соотношения конструктивных элементов выбраны исходя из двух. предпосылок — конструктивной прочности стаканов и обеспечения распределения тепловых потоков от стаканов таким образом, чтобы тепловой поток был наибольшим в направлении датчиков теплового потока и обеспечивалось максимальное наращива. ние биомассы при данной массе среды.

Высота слоя культуральной среды влияет иа газовый обмен и распределение тепловых потоков, при этом оптимальное отношение слоя культуральной жидкости определяется отно1157371

Ч

oS

2 iiDh — 0 25, 2 7хDH где Vî иh

Б дн

Я / d", = max;

У /Н

Нг

= А;

«г Р Т

4Р где P cm

3 шением объема газа над поверхностью культуры и ее объемом по выражению объем и высота слоя культуральной среды, — полные объемы и высоV и Н о6 та стакана. 10

Оптимум отношения поверхностей равен где F u F — площади боковой и «иж — 15 б Дн ней поверх«остей стакана или Н/D .8 0,25.

Если Hh = 0,25, то h/D = 0,0625 (0,25) .

Оптимальный относительный размер 20 толщины вертикальной стенки калориметрического стакана получен из максимального ее теплового сопротивления в вертикальном направлении при обеспечении конструктивной жесткости конструкции, т.е. совместного решения уравнений сила прижима стакана; теплопроводность материала;

35 толщина стенки; отношение геометрических размеров модуль упругости материала, 40 момент инерции поперечного сечения.

Цля материалов, применяемых при изготовлении калориметрических стаканов, оптимальным будет

0,016 или (О, 25), что же касается отношения диаметра датчика теплового потока к диаметру стакана, то оно должно быть не более 0,8, из условия создания равномерного теплового поля через датчик, что также как и все предыдущие конструктивные изменения способствует правильному распределению тепловых потоков по всем трем координатам. 55

Экспериментально установлено, что изменение отношения высота стакана к его диаметру на 1Х приводит к уменьше«ию теплового потока через датчик

«а 57, а дальнейшее уменьшение на

17, — к уменьшению на 87.

Аналогично при изменении отноше.—

«ия диаметра стака«а к диаметру датчика на t7 приводит к потере 27 тепло—

«ого потока, проходящего через дно стакана, а изменение отношения толщины вертикапьной стенки стакана к диаметру стакана на 17 приводит к увеличению потерь тепла через боковую стенку на 27,либо к уме«ьшению запаса прочности стенки также на 27.. Таким образом, выбор указанных величин ,соотношений наиболее приемлем при

1 конструировании устройств.

На чертеже показа«с конструктив«ое выполнение предлагаемого устрой-, ства.

Устройство содержит размещенные в термостатируемой камере 1 рабочий и контрольные калориметрические стаканы 2 с фильтрующими крышками 3 и рабочими полостями 4. Стаканы установлены на термостатируемом теплообменнике 5, а между дном с.таканов и теплообменником установлены датчики 6 тепловых потоков, электрически связанные с регистрирующим прибором 7, между камерой и фильтрующими крышками установлены пружины 8, ередняя часть 9 фильтрующих крышек выполнена из лористой металлокерамики, а стаканы с теплообменником заключены в оболочку 10.

Устройство работает следуюппхм образом.

Рабочий и контрольный стаканы 2 заполняют средой до верхнего края своих рабочих полостей 4 и закрывают крышками 3. При достижении в них температуры, равной температуре термостатируемой камеры 1, а следовательно, и термостатирующего теплообменника 5 (при этом термо-ЭДС от датчиков 6 теплового потока будет равняться нулю), осуществляют посев культуры. В результате протекания реакции в рабочем стакане в нем выделяется (поглощается), если реакция экзотермическая (эндотермическая), тепло, которое через дно стакана 2 отводится через датчик б теплового потока. При этом в датчике 6 теплового потока возникает термо-ЗДС

1 величина которой пропорциональна проходящему через него тепловому потоку.

Контрольный стакан 2 нужен для осуществления компенсации помех от окlI5737I

Составитель Н Арцыбашева

Техред М.Надь . Корректор Е Снрохман .

Редактор А. Шандор

Заказ 3329/39 Тирам 897 Подписное

S8HHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ff3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ушгород ул. Проектная, 4 б ругающей среды и неравномерностей тепловых потоков в .тбплообменнике 5.

Зто производится встречным включйнием датчиков б — дифференциально.

Таким образом выполнение стаканов .2 с указанным соотношением конструк". тинных элементов позволяет повысить использование тепла при калориметрических измерениях. Получают тепловой поток через дно стакана большей величины — бОЖ вместо 45 в известной устройстве. Это достигается за счет выполнения стаканов по указанной геометрии и при заполнении стаканов на 0,25 высоты. Кроме того, погрешность, вносимая изменением теплофнзических свойств крьипки и изменением контактного термического сопротивления между дном стакана 2 и теплообменником 5, сводится к минимуму аа счет выполнения крышки 3 из металлокерамики 4 и установки пружин 8 При этом величина теплового потока через дно стаканов увеличивается до 70Х.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерений на порядок, т.е. до 0,57

И против 2,5Х.