Гидравлический принцип технологии Tango и термостатов Unistat

 

Питер Хубер разработал технологию гидравлически закрытого контура для термостатов Unistat, благодаря которой эффективность теплообмена и точность поддержания температуры увеличились в несколько раз, по сравнению с классическими термостатами с открытой ванной. Со временем технология Tangо и термостаты Unistat приобрели всеобщую известность.

Традиционно термостаты представлены в форме открытой ванны. Внутри ванны находятся теплообменники в виде змеевиков, а также циркуляционный насос. В случаях, когда темперируемый объект требует полного или частичного погружения в резервуар, такие термостаты просто идеальны. Если же темперируемый объект не требует погружения, а циркулирующий теплоноситель поступает к объекту по внешнему замкнутому контуру, то применение термостатов с открытыми ваннами влечет за собой эксплутационные недостатки, отрицательно влияющие на показатели процесса темперирования.

• Вмещает в себя теплоноситель.
• Делает возможным расширение и сжатие теплоносителя при нагреве и охлаждении.

Чем больше внешний темперируемый объект, тем больше так называемая “приливная волна”. Поэтому внутренняя ванна термостата должна быть достаточно большой, чтобы вмещать в себя изменяющийся по объему теплоноситель. Однако, чем больше внутренняя ванна термостата, тем меньше вырабатываемой мощности трансформируется вовне. Данное явление характеризуется соотношением “ватт на литр” (Вт/л).

Простой пример, демонстрирующий данное соотношение - чайник. Двухлитровый чайник с нагревателем мощностью 1 кВт будет иметь соотношение, равное 500 Вт/л, и для закипания воды в таком чайнике потребуется время x. Тот же самый чайник, наполненный 1 литром воды, имеет соотношение 1000 Вт/л и закипит в два раза быстрее.

Так как контроль процесса зависит от скорости, с которой рубашка химического реактора может реагировать на поток тепловой энергии, то большой объем теплоносителя является отрицательным тепловым фактором, влияющим на скорость реакции.

Передача тепла напрямую зависит от площади поверхности теплообменника. Данное явление выражается соотношением “ватт на квадратный сантиметр” (Вт/см² ). Чем меньше поверхность теплообменника, тем больше данное соотношение, и тем беднее теплообмен. Теплообменники в форме змеевика имеют сравнительно небольшую поверхость, а значит, являются малоэффективными в процессе теплообмена.

Известный факт - влага всегда оседает на холодных поверхностях. В открытых ваннах оседающая влага образует конденсат на стенках ванн, а также лед на поверхности испарителя. Так как лед является хорошим изолятором, растущий слой льда препятствует теплообмену и увеличивает продолжительность процесса темперирования.

При работе на высоких температурах, как правило, присходит испарение используемого теплоносителя. Едкие испарения оседают на поверхностях, оказывают вред здоровью, ставят под угрозу безопасность работы, засоряя фильтры кондиционеров. В зависимости от температуры процесса темперирования испарения могут становиться взрывоопасными. Взрывоопасность едких испарений значительно уменьшает температурный диапазон использования теплоносителя.

Теплоноситель циркулирует в герметически изолированном кругообороте. Расширение и сжатие теплоносителя при нагревании и охлаждении становится возможным благодаря использованию расширительного сосуда. Расширительный сосуд изолирован термически, но механически связан с системой циркуляции теплоносителя.

Такая связь означает, что независимо от рабочей температуры термостата, температура теплоносителя в расширительном сосуде отличается от комнатной температуры не более, чем на 2-3 градуса.

Герметическая изоляция позволяет избежать абсорбирования влаги на низких температурах, образования едких испарений на высоких температурах, что значительно увеличивает температурный диапазон использования теплоносителя. Кроме того, герметическая изоляция значительно снижает возможность образования масляных осадков на рабочих поверхностях лаборатории.

Важно отметить, что вышеуказанные преимущества обеспечиваются только за счет применения “пассивных” компонентов и законов физики. Механические или электро-механические клапаны не используются для обеспечения безопасности и эффективности работы оборудования.

Температурный контроль процесса значительно улучшен за счет следующих новшеств:

• Термостаты Unistat не имеют большого внутреннего резервуара. Объем циркулирующего теплоносителя минимален и, как правило, не превышает 2-4 литров. Таким образом, практически вся вырабатываемая термостатом мощность передается вовне. Данное явление характеризуется соотношением “ватт на литр” (Вт/л). Термостаты Unistat имеют самое высокое соотношение “ватт на литр”, что позволяет в кратчайшие сроки осуществлять температурные изменения, четко реагировать на самые динамичные химические процессы.

• Теплообменные пластины, имеющие большую поверхность и маленький внутренний объем, используются для того, чтобы более эффективно трансформировать тепло. Данное явление характеризуется соотношением “ватт на квадратный сантиметр” (в/см²). Поскольку соотношение очень низкое, термостаты Unistat способны не только вырабатывать, но и трансформировать вовне высокую мощность охлаждения и нагревания без изменения характеристик теплоносителя.

• Благодаря широкому температурному диапазону от -90°C до +250°С термостатов Unistat для подавления экзотермических реакций и эндотермических реакций, а также для более быстрого достижения заданного значения, температура теплоносителя может сильно отличаться от температуры среды.

Результат многолетних исследований - мощный, компактный, ориентированный на внешнюю систему термостат, осуществляющий более точный температурный контроль, сокращающий время и увеличивающий достижения в области высокоточного темперирования.

К гидравлически закрытым системам также можно отнести термостаты Unichiller, которые работают в диапазоне температур от -10°С (-20°С) до +100°С. Термостаты данной серии также можно использовать с химическими реакторам, теплообменниками, камерами охлаждения и т.п.