Способ управления холодильником (нагревателем) с термоэлектрической батареей и система управления, его реализующая

 

Использование: в области холодильной техники. Сущность: измеряют температуру внутри холодильника (нагревателя) и в наружной атмосфере за пределами помещения, где установлен холодильник (нагреватель). Стабилизируют заданную температуру внутри холодильника (нагревателя) при помощи термоэлектрической батареи, управляющий сигнал стабилизации формирует по разности заданной и измеренной внутри холодильника (нагревателя) температур. При измерениях температуры наружной атмосферы корректируют управляющий сигнал термоэлектрических батарей, тепло или холод из холодильника (нагревателя) отводят через термоэлектрическую батарею непосредственно в атмосферу. В части устройства система управления содержит задатчик температуры в холодильнике (нагревателе), два сумматора, усилитель-преобразователь, термоэлектрическую батарею с наружным радиатором, датчик температуры в холодильнике (нагревателе), датчик температуры наружной атмосферы и масштабирующий низкочастотный фильтр. 4 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к холодильной технике и может найти применение в бытовых холодильниках.

Известен способ управления термоэлектрическим холодильником, при котором задают температуру внутри холодильника, измеряют текущее значение той же температуры, определяют их разность, в соответствии с которой формируют сигнал управления термоэлектрической батареей, тепло из холодильника отводят через наружный радиатор термоэлектрической батареи [1] Известна также система управления для его реализации, содержащая задатчик температуры внутри холодильника, датчик той же температуры, вычитающий элемент, управляющее устройство и термоэлектрическую батарею с наружным радиатором [1] Этот способ и система управления, основанные на эффекте Пельтье с применением термоэлектрической батареи, обладают рядом преимуществ по сравнению с компрессионными холодильниками, а именно, они экологически чисты, бесшумны, более надежны. Однако из-за низкого КПД при значительной разности температур в отапливаемом помещении, где установлен холодильник, и внутри холодильника (как правило, не ниже 15^oC), в данном способе и системе управления, его реализующей, расходуется значительно больше электроэнергии по сравнению с холодильниками компрессионного и даже адсорбционного типа.

Формирование же сигнала управления по релейному принципу, который применен в упомянутых способе и системе, еще более усугубляет указанный недостаток.

Каких-либо средств для снижения разности температур внутри и вне холодильника в этом способе и системе управления не предусмотрено.

Известен способ управления термоэлектрическим холодильником [2] с использованием информации о температуре вне холодильника, при котором измеряют температуру вне холодильника (в помещении, где он установлен), и температуру внутри холодильника, определяют их разность, задают порог переключения режимов работы термоэлектрической батареи, при превышении разности температур заданного порога переводят работу термоэлектрической батареи в режим максимальной холодопроизводительности, а при уменьшении этой разности ниже заданного порога в режим максимального холодильного коэффициента термобатареи.

Известна система управления, реализующая этот способ [2] содержащая датчики внутри и вне холодильника, вычитающий элемент, управляющее устройство с пороговым элементом, переключающее устройство и термоэлектрическую батарею.

В этом способе и системе, по сравнению с указанным выше, потребление электроэнергии несколько снижается за счет использования информации о температуре вне холодильника, так как в случае ее уменьшения (хотя и в небольших пределах ее изменения в отапливаемом помещении) термобатарея переводится в режим с большим холодильным коэффициентом.

Однако, как и в предыдущем способе и системе, здесь применен релейный принцип управления, при котором в отключенном состоянии термобатареи (или в режиме максимального холодильного коэффициента) происходит излишний отток "холода" из холодильника, на восполнение которого при включенной термобатареи (тем более в режиме максимальной холодопроизводительности) электроэнергия тратится непроизводительно. Как в том, так и в другом случаях точность выдерживания температуры в холодильнике невысока, кроме того они могут работать лишь при положительной температуре внешней среды.

Известен способ управления холодильником (нагревателем) с термоэлектрической батареей, при котором задают температуру внутри холодильника (нагревателя), измеряют текущее значение температур датчиками, установленными внутри холодильника (нагревателя) и вне его, определяют разности температур между заданной и измеренной внутри холодильника (нагревателя) и между внешней температурой и заданной внутри холодильника (нагревателя), формируют сигнал управления термоэлектрической батареей в виде напряжения ее питания, тепло (или холод) из холодильника (нагревателя) отводят через термоэлектрическую батарею [3] Известна система управления [3] реализующая этот способ, содержащая последовательно соединенные задатчик температуры в холодильнике (нагревателе), первый сумматор, усилитель- преобразователь и термоэлектрическую батарею с наружным и внутренним радиаторами, датчики температуры, установленные внутри и вне холодильника (нагревателя), второй сумматор, входы которого подключены к выходам задатчика температуры и датчика температуры вне холодильника (нагревателя), подключенного одновременно ко входу первого сумматора.

В этом способе и системе управления, его реализующей, управление осуществляется по двухконтурному принципу. В первом (разомкнутом) контуре по разности внешней температуры и заданной внутри холодильника (нагревателя) формируется сигнал управления термоэлектрической батареей, который отслеживает изменение внешней температуры. Во втором (замкнутом) контуре стабилизируется заданное значение внутренней температуры холодильника (нагревателя), регулирование в нем осуществляется по разности заданной и измеренной внутренней температур путем изменения теплового сопротивления между поверхностью термоэлектрической батареи и внутренним ее радиатором за счет соответствующего перемещения радиатора в процессе управления.

В этом способе и системе обеспечивается необходимая точность регулирования, допускается работа холодильника (нагревателя) при уменьшении внешней температуры ниже заданной внутренней. В этом случае холодильник переводится в режим нагрева. Кроме того, в них снижается энергопотребление за счет линейного принципа регулирования (вместо релейного) и за счет отслеживания в первом контуре внешней температуры в относительно небольшом, допустимом для отапливаемого помещения, диапазоне изменения внешней температуры.

Однако при регулировании внутренней температуры изменением теплового сопротивления происходят непроизводительные потери энергии термобатареи, энергопотребление в системе остается значительным. Кроме того, конструкция второго контура системы сложна и малонадежна.

Задача настоящего изобретения устранить отмеченные выше недостатки, снизить (минимизировать) потребление электроэнергии в системе за счет использования естественного холода (тепла) в широком диапазоне изменения внешней температуры при одновременном упрощении конструкции и повышении точности выдерживания заданной внутренней температуры.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе управления холодильником (нагревателем), в котором задают температуру внутри холодильника (нагревателя), измеряют текущие значения температур датчиками, установленными внутри холодильника (нагревателя) и вне его, определяют разности температур между заданной и измеренной внутри холодильника (нагревателя) и между внешней температурой и заданной внутри холодильника (нагревателя), формируют сигнал управления термоэлектрической батареей в виде напряжения ее питания, тепло (или холод) из холодильника (нагревателя) отводят через термоэлектрическую батарею, согласно изобретению сигнал управления термоэлектрической батареей формируют по разности заданной и измеренной температуре внутри холодильника (нагревателя), дополнительно в процессе управления измеряют поступающий на термоэлектрическую батарею сигнал, определяют по измеренному сигналу величину разности температур вне холодильника (нагревателя) и заданной внутри его, достигаемую системой управления в момент измерения управляющего сигнала, сравнивают полученную величину разности с той же разностью, определенной по измеренному значению внешней температуры, по результатам сравнения корректируют управляющий сигнал термоэлектрической батареей, причем тепло (или холод) отводят из холодильника (нагревателя) через термоэлектрическую батарею в наружную атмосферу, температуру которой измеряют датчиком, установленным вне холодильника (нагревателя).

Данная задача достигается также тем, что в известном способе управления холодильником (нагревателем), в котором задают температуру внутри холодильника (нагревателя), измеряют текущие значения температур датчиками, установленными внутри холодильника (нагревателя) и вне его, определяют разность температур между заданной и измеренной внутри холодильника (нагревателя), формируют сигнал управления термоэлектрической батареей в виде напряжения ее питания, тепло (или холод) из холодильника (нагревателя) отводят через термоэлектрическую батарею, согласно изобретению сигнал управления термоэлектрической батареей формируют по разности заданной и измеренной температур внутри холодильника (нагревателя), дополнительно в процессе управления определяют разность измеренных температур вне и внутри холодильника (нагревателя), измеряют поступающий на термоэлектрическую батарею сигнал, определяют по измеренному сигналу величину разности температур вне холодильника (нагревателя) и заданной внутри его, достигаемую системой управления в момент измерения управляющего сигнала, сравнивают полученную величину разности с разностью измеренных температур вне и внутри холодильника (нагревателя), по результатам сравнения корректируют управляющий сигнал термоэлектрической батареей, причем тепло (или холод) отводят из холодильника (нагревателя) через термоэлектрическую батарею в наружную атмосферу, температуру которой измеряют датчиком, установленным вне холодильника (нагревателя).

Указанная цель в предложенной системе управления достигается тем, что в известную систему, содержащую последовательно соединенные задатчик температуры в холодильнике (нагревателе), первый сумматор, усилитель-преобразователь и термоэлектрическую батарею с наружным радиатором, датчики температуры, установленные внутри холодильника (нагревателя) и вне его, второй сумматор, входы которого подключены к выходам задатчика температуры и датчика температуры вне холодильника (нагревателя), согласно изобретению введен масштабирующий низкочастотный фильтр, вход которого подключен к выходу усилителя-преобразователя, выходы датчика температуры внутри холодильника, масштабирующего низкочастотного фильтра и второго сумматора подключены к соответствующим входам первого сумматора, причем холодильник (нагреватель) или его часть, содержащая наружный радиатор термоэлектрической батареи, и датчик температуры вне холодильника (нагревателя) установлены в контакте с наружной атмосферой.

Указанная цель в предложенной системе управления достигается также тем, что в известную систему, содержащую последовательно соединенные задатчик температуры в холодильнике (нагревателе), первый сумматор, усилитель-преобразователь и термоэлектрическую батарею с наружным радиатором, датчики температуры, установленные внутри холодильника (нагревателя) и вне его, второй сумматор, вход которого подключен к выходу датчика температуры вне холодильника (нагревателя), согласно изобретению введен масштабирующий низкочастотный фильтр, вход которого подключен в выходу холодильника (нагревателя), масштабирующего низкочастотного фильтра и второго сумматора подключены к соответствующим входам первого сумматора, выход датчика температуры внутри холодильника (нагревателя) подключен также к соответствующему входу второго сумматора, причем холодильник (нагреватель) или его часть, содержащая наружный радиатор термоэлектрической батареи, и датчик температуры вне холодильника (нагревателя) установлены в контакте с наружной атмосферой.

Совокупность признаков, отличающих заявленное техническое решение от прототипа, применительно к цели изобретения, авторам не известна, и следовательно, предложенные варианты способов и реализующих их систем управления (объединенные единым техническим замыслом) удовлетворяют критериям новизны и изобретательского уровня.

Реализация способа показана на примере системы управления холодильником (нагревателем), структурная схема которой изображена на фиг.1.

На фиг.2 приведена статическая характеристика термоэлектрической батареи в режиме охлаждения.

На фиг.1 показаны: суммирующие элементы 1, усилитель-преобразователь 2 с коэффициентом усиления К, термобатарея 3 с передаточной функцией W_ТБ(Р), холодильник (нагреватель) 4 с передаточной функцией W₀(Р), масштабирующий низкочастотный фильтр 5 с передаточной функцией W_Ф(Р).

На фиг. 1 также обозначены: 1/γ_o величина, обратная полной теплопроводности холодильника (нагревателя); 1/(Т₀P+1) апериодическое звено, характеризующее холодильник (нагреватель) как объект регулирования с постоянной времени Т₀; P оператор Лапласа; Θ₃ заданная температура внутри холодильника (нагревателя); Θ_B, Θ_H измеряемая температура внутри холодильника (нагревателя) и в наружной атмосфере соответственно; ΔΘ_H-3 разность температур, измеренной в наружной атмосфере и заданной внутри холодильника (нагревателя);
ΔΘ_H-B разность температур, измеренных внутри и вне холодильника (нагревателя);
ΔΘ_H-3 разность температур наружной атмосферы и заданной внутри холодильника (нагревателя), достигаемая системой управления в момент измерения сигнала управления и соответствующий ей сигнал на выходе масштабируемого элемента 5;
σ управляющий сигнал термобатарей;
Q холодопроизводительность термобатареи;
Q^* отводимое из холодильника (нагревателя) тепло или холод;
"+" и "-" знаки, обозначающие полярность сигналов.

На фиг. 1 пунктиром обозначена связь для варианта формирования сигнала коррекции по разности измеренных внутренней и наружной температур. В этом случае связь данного суммирующего элемента с заданной температурой отсутствует.

На фиг.2 обозначены:
DQ_H-3 разность температур вне холодильника и заданной внутри его;
Q холодопроизводительность термобатареи;
ε холодильный коэффициент термобатареи.

Способ управления в общем виде в режиме охлаждения (при положительной температуре наружной среды) осуществляется следующим образом.

Задают при помощи задатчика на вход системы температуру (Θ₃) внутри холодильника 4, измеряют датчиками 7 и 9 температуру внутри холодильника (Θ_B) и в наружной атмосфере (Θ_H). При помощи соответствующих суммирующих элементов 1 определяют разность (Θ₃-Θ_B) заданной и измеренной внутри холодильника температур и разность температур (Θ_H-Θ₃), измеренной в наружной атмосфере и заданной внутри холодильника, либо разность температур (Θ_H-Θ_B), измеренных внутри и вне холодильника. Формируют сигнал управления (σ) в усилителе- преобразователе 2 с коэффициентом усиления К, поступающий на вход термоэлектрической батареи 3 в виде напряжения или тока соответствующей полярности. Электрическая энергия в термоэлектрической батарее 3 преобразуется с некоторым запаздыванием, определяемым постоянной времени (Т_ТБ), в тепловую энергию, соответствующую сигналу σ, которая передается во внутреннюю среду холодильника с холодопроизводительностью Q, определяемой параметрами термоэлектрической батареи (см. фиг.2). Температура в холодильнике снижается и через время, определяемое постоянной времени холодильника Т₀ (зависящее от теплоемкости холодильника с содержимым и его полной теплопроводности), становится равной заданной температуре (без учета статической ошибки системы). Тепло, накопленное холодильником и его содержимым (Q^*), до включения системы отводят с помощью наружного радиатора термоэлектрической батареи непосредственно в наружную атмосферу.

При постоянной температуре наружной атмосферы в процессе снижения температуры внутри холодильника (за счет сигнала обратной связи) пропорционально уменьшается сигнал управления s, снижается величина потребной холодопроизводительности Q (см. фиг.2) и повышается холодильный коэффициент e термобатареи.

В стационарном режиме в системе устанавливается равновесное состояние, когда приток тепловой энергии термобатареи уравновешивается ее утечкой из-за теплопроводности холодильника.

В процессе управления измеряют сигнал управления термобатареей s и определяют по нему при помощи масштабирующего низкочастотного фильтра 5 величину разности температур вне холодильника и заданной внутри его, достигаемую системой управления в момент измерения управляющего сигнала. Определение этой разности осуществляют путем преобразования сигнала s в масштабирующем низкочастотном фильтре 5 с передаточной функцией W_Ф(Р) в виде апериодического звена К_Ф(Т_ФP+1), аналогичного передаточной функции термоэлектрической батареи W_ТБ(Р)=К_ТБ/(Т_ТБ+1).

Параметры фильтра выбираются так, чтобы K_Ф= K_ТБ·1/λ_o и T_Ф= T_ТБ.
Полученную в масштабирующем низкочастотном фильтре 5 разность (ΔΘ^*_H-3) сравнивают в суммирующем элементе с той же разностью температур (ΔΘ_H-3), но полученной в результате измерения температуры наружной атмосферы Θ_H или с разностью температур внутри и вне холодильника, определяемой по измеренным их значениям (ΔΘ_H-B). По результатам сравнения корректируют управляющий сигнал σ.

В установившемся режиме управления при неизменной температуре наружной атмосферы и отсутствии других возмущений разность сигналов ΔΘ_H-3-ΔΘ^*_H-3 либо ΔΘ_H-B-ΔΘ^*_H-3 равна нулю, и система остается в равновесном состоянии управляющий сигнал σ не корректируется и соответствующая ему холодопроизводительность Q не изменяются.

При изменении температуры наружной атмосферы Q_H, например, ее снижении, разность ΔΘ_H-3-ΔΘ^*_H-3 либо ΔΘ_H-B-ΔΘ^*_H-3 становится отрицательной, поскольку изменение сигнала ΔΘ^*_H-3 в масштабирующем низкочастотном фильтре 5 происходит с запаздыванием.

Разность сигналов ΔΘ_H-3-ΔΘ^*_H-3 либо ΔΘ_H-B-ΔΘ^*_H-3 с обратным знаком поступает на вход системы и уменьшает (корректирует) на соответствующую величину сигнал управления σ, холодопроизводительность термобатареи (Q), повышает холодильный коэффициент (ε) термобатареи, опережая реакцию датчика внутренней температуры, снижая тем самым энергопотребление в системе и не допуская ее излишней траты.

При увеличении температуры наружной атмосферы коррекцию сигнала (σ) проводят в обратном направлении, увеличивая сигнал (σ), холодопроизводительность (Q), но уменьшая холодильный коэффициент (ε). В этом случае, естественно, энергопотребление системы возрастает, но не допускается отток накопленного в холодильнике "холода" из-за его теплопроводности, с необходимостью его последующего восполнения. Тем самым также осуществляется экономия энергопотребления.

При отрицательной температуре наружной среды процессы управления аналогичны выше описанным, с той лишь разницей, что изменится полярность сигнала σ и термобатарея будет генерировать "тепло", а не "холод". Холодильник становится нагревателем.

Выбор варианта формирования сигнала коррекции по разности между измеренной внешней температурой и заданной или измеренной внутренней зависит от требуемых технических характеристик, параметров холодильника (нагревателя) и его условий эксплуатации.

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем. При самостоятельном использовании эффекта снижения разности температур внутри и вне холодильника (нагревателя) за счет отвода тепла (холода) из холодильника (нагревателя) непосредственно в наружную атмосферу, в случае, когда температура наружной атмосферы ниже температуры помещения и когда она постоянна, энергопотребление, как очевидно, в системе уменьшается. Однако при изменениях температуры наружной атмосферы, в частности, при ее суточных колебаниях, из-за запаздывания в контуре управления возникают проблемы с сохранением точности стабилизации температуры внутри холодильника (нагревателя) и, кроме того, происходит излишняя трата электроэнергии в системе во время падения наружной температуры и утечка "холода" ("тепла") при ее повышении, на восполнение которого также должна быть затрачена электроэнергия. Суммарные энергозатраты в системе возрастают.

Использование информации об изменениях температуры наружной атмосферы для коррекции сигнала управления в совокупности с отводом тепла (холода) непосредственно в наружную атмосферу на основе предложенного способа позволяет постоянно удерживать систему в равновесном состоянии, не допуская как излишнего энергопотребления, так и утечку холода (тепла) из холодильника (нагревателя). При этом выдерживается необходимая точность стабилизации заданной температуры в холодильнике (нагревателе), снижается потребная холодопроизводительность, повышается холодильный коэффициент термобатареи, в результате существенно снижается энергопотребление в системе.

Так, проведенное математическое моделирование среднесуточного энергопотребления в предложенной системе управления, эксплуатируемой в средней полосе Европы, с учетом суточных и среднемесячных изменений температур атмосферы, показало, что потребление энергии в этой системе в 3-4 раза меньше по сравнению с известной системой, эксплуатируемой в отапливаемом помещении.

Предложенная система управления (она же подтверждает возможность реализации способа) изображена на фиг.3.

Система управления содержит:
Задатчик температуры в холодильнике (нагревателе) 1, первый сумматор 2, усилитель-преобразователь 3, термоэлектрическую батарею 4 с наружным радиатором 5 и внутренним 6, датчик температуры, установленный внутри холодильника (нагревателя) 7, корпус холодильника (нагревателя) 8, датчик температуры 9, второй сумматор 10, масштабирующий низкочастотный фильтр 11.

Задатчик 1, первый сумматор 2, усилитель-преобразователь 3 и термоэлектрическая батарея 4 соединены последовательно. Выходы датчиков 7 и 9 подключены к одному из входов первого 2 и второго 10 сумматоров соответственно, оставшиеся входы первого сумматора 2 соединены с выходом второго сумматора 10 и с выходом масштабирующего низкочастотного фильтра 11. Ко второму входу второго сумматора 10 подключен либо выход задатчика 1, либо выход датчика 7 (см. пунктир). Корпус холодильника (нагревателя) или его часть, в стенке которой размещен наружный радиатор 5 термобатареи 4, и датчик температуры 9 установлены в непосредственном контакте с наружной атмосферой.

На фиг. 3 также обозначены:
12 стена, разделяющая помещение и холодильник (нагреватель) на внутренние и наружные части;
s сигнал управления термоэлектрической батареей;
Ds корректирующий сигнал;
Q холодопроизводительность термоэлектрической батареи;
Q^* отводимое через наружный радиатор тепло (холод);
Q_з заданная в систему управления температура в холодильнике (нагревателе);
Θ_Bʹ, Θ_H температуры внутри холодильника (нагревателя) и наружной атмосферы, измеряемые соответствующим датчиком;
ΔΘ_H-3(ΔΘ_H-B) сигнал на выходе второго сумматора;
ΔΘ^*_H-3 сигнал на выходе масштабирующего низкочастотного фильтра.

На фиг. 3 пунктиром обозначена связь для варианта формирования сигнала коррекции по разности измеренных внутренней и наружной температур. В этом случае связь второго сумматора с заданной температурой отсутствует.

Система управления работает следующим образом.

При помощи задатчика 1 в систему вводится заданная температура (Θ₃) внутри холодильника. При температуре наружной атмосферы больше заданной система управления работает в режиме охлаждения, холодильник (нагреватель) выполняет функции холодильника.

С выхода первого сумматора 2 (при включении системы в работу) на вход усилителя-преобразователя 3 поступает сигнал, равный сумме сигналов Θ₃-Θ_B+ΔΘ^*_H-3-ΔΘ_H-3 либо Θ₃-Θ_B+ΔΘ^*_H-3-ΔΘ_H-B. Этот сигнал усиливается и преобразуется в преобразователе-усилителе 3 в сигнал управления σ и в виде, например, электрического напряжения или тока соответствующей полярности поступает на вход термоэлектрической батареи 4. Сигнал управления s одновременно поступает также на вход масштабирующего низкочастотного фильтра 11, выполненного, например, на операционном усилителе с R-C цепочкой в обратной связи усилителя (см. кн. И.М.Тетельбаум, Ю.Р.Шнейдер. 400 схем для АВМ. М. Энергия, 1978 г. стр.24, рис.1-1, стр.26, таб.1-1).

Термоэлектрическая батарея 5 преобразует электрическую энергию в энергию холода с холодопроизводительностью Q, величина которой экспоненциально возрастает от нулевого значения в начале переходного процесса с постоянной времени Т_ТБ термобатареи 5 до величины, соответствующей управляющему сигналу s. Тепло из холодильника отводится через наружный радиатор 5 в наружную атмосферу.

В процессе охлаждения в случае постоянства температуры наружной атмосферы (Θ_H) сигнал на выходе второго сумматора 10 остается неизменным, а на выходе масштабирующего низкочастотного фильтра увеличивается по экспоненте с постоянной времени Т_ТБ (см. выше описание способа) от нулевого значения в начальный момент времени до значения, соответствующего разности температур ΔΘ^*_H-3, которую достигла бы система при неизменном сигнале σ в установившемся режиме. Постоянный сигнал (ΔΘ_H-3) или (ΔΘ_H-B) с выхода второго сумматора 10 и возрастающий сигнал (ΔΘ^*_H-3) с выхода масштабирующего низкочастотного фильтра 11 каждый со своим знаком поступают на входы первого сумматора, где формируется сумма этих сигналов.

В определенный момент времени, определяемый параметрами системы, сумма этих сигналов станет равной нулю, и на выходе первого сумматора 2 будет формироваться сигнал, соответствующий разности Θ₃-Θ_B, т.е. контур коррекции по температуре наружной атмосферы как бы отключается. В конце переходного процесса в системе устанавливается равновесное состояние, когда приток холода от термобатареи 5 становится равным его оттоку из-за теплопроводности холодильника.

При изменении температуры наружной атмосферы (Θ_H), например, при ее уменьшении, сигнал на выходе второго сумматора 10 (ΔΘ_H-3) или (ΔΘ_H-B) пропорционально уменьшается, а на выходе масштабирующего низкочастотного фильтра 11 (ΔΘ^*_H-3), задержанный фильтром сигнал растет, но с меньшей скоростью. Поэтому на выходе первого сумматора 2 образуется положительный сигнал Δσ, соответствующий разности ΔΘ^*_H-3-ΔΘ_H-3 или ΔΘ^*_H-3-ΔΘ_H-B, который корректирует управляющий сигнал σ в сторону уменьшения. Система управления "отслеживает" изменение наружной температуры, поддерживая состояние системы в "равновесии", когда приток холода от термобатареи уравновешивается его оттоком из-за теплопроводности холодильника.

В случае возрастания температуры наружной атмосферы динамика процессов аналогична рассмотренному случаю. При работе холодильника при отрицательной температуре наружной атмосферы происходит изменение полярности напряжения (или тока), поступающего на термоэлектрическую батарею, и она переходит в режим нагрева, холодильник становится нагревателем. В остальном динамика процесса в режиме нагрева в системе управления остается прежней.

Другие особенности работы предложенной системы управления были отмечены при описании способа.

Формула изобретения

1. Способ управления холодильником (нагревателем) с термоэлектрической батареей, при котором задают температуру внутри холодильника (нагревателя), измеряют текущие значения температур датчиками, установленными внутри холодильника (нагревателя) и вне его, определяют разности заданной и измеренной температур внутри холодильника (нагревателя) и внешней температуры и заданной внутри холодильника (нагревателя), формируют сигнал управления термоэлектрической батареей в виде напряжения ее питания, тепло (или холод) из холодильника (нагревателя) отводят через термоэлектрическую батарею, отличающийся тем, что сигнал управления термоэлектрической батареей формируют по разности заданной и измеренной температур внутри холодильника (нагревателя), дополнительно в процессе управления измеряют поступающий на термоэлектрическую батарею сигнал, определяют по измеренному сигналу величину разности температур вне холодильника (нагревателя) и заданной внутри него, достигаемую системой управления в момент измерения управляющего сигнала, сравнивают полученную величину разности с той же разностью, определенной по измеренному значению внешней температуры, по результатам сравнения корректируют управляющий сигнал термоэлектрической батареей, причем тепло (или холод) отводят из холодильника (нагревателя) через термоэлектрическую батарею в наружную атмосферу, температуру которой измеряют датчиком, установленным вне холодильника (нагревателя).

2. Способ управления холодильником (нагревателем) с термоэлектрической батареей, при котором задают температуру внутри холодильника (нагревателя), измеряют текущие значения температур датчиками, установленными внутри холодильника (нагревателя) и вне его, определяют разность заданной и измеренной внутри холодильника (нагревателя) температур, формируют сигнал управления термоэлектрической батареей в виде напряжения ее питания, тепло (или холод) из холодильника (нагревателя) отводят через термоэлектрическую батарею, отличающийся тем, что сигнал управления термоэлектрической батареей формируют по разности заданной и измеренной температур внутри холодильника (нагревателя), дополнительно в процессе управления определяют разность измеренных температур вне и внутри холодильника (нагревателя), измеряют поступающий на термоэлектрическую батарею сигнал, определяют по измеренному сигналу разность температур вне холодильника (нагревателя) и заданной внутри него, достигаемую системой управления в момент измерения управляющего сигнала, сравнивают полученную величину разности с разностью измеренных температур вне и внутри холодильника (нагревателя), по результатам сравнения корректируют управляющий сигнал термоэлектрической батареей, причем тепло (или холод) отводят из холодильника (нагревателя) через термоэлектрическую батарею в наружную атмосферу, температуру которой измеряют датчиком, установленным вне холодильника (нагревателя).

3. Система управления холодильником (нагревателем) с термоэлектрической батареей, содержащая последовательно соединенные задатчик температуры в холодильнике (нагревателе), первый сумматор, усилитель-преобразователь и термоэлектрическую батарею с наружным радиатором, датчики температуры, установленные внутри холодильника (нагревателя) и вне его, второй сумматор, входы которого подключены к выходам задатчика температуры и датчика температуры вне холодильника (нагревателя), отличающаяся тем, что в нее введен масштабирующий низкочастотный фильтр, вход которого подключен к выходу усилителя-преобразователя, выходы датчика температуры внутри холодильника (нагревателя), масштабирующего низкочастотного фильтра и второго сумматора подключены к соответствующим входам первого сумматора, причем холодильник (нагреватель) или его часть, содержащая наружный радиатор термоэлектрической батареи, и датчик температуры вне холодильника (нагревателя) установлены в контакте с наружной атмосферой.

4. Система управления холодильником (нагревателем) с термоэлектрической батареей, содержащая последовательно соединенные задатчик температуры в холодильнике (нагревателе), первый сумматор, усилитель-преобразователь и термоэлектрическую батарею с наружным радиатором, датчики температуры, установленные внутри холодильника (нагревателя) и вне его, второй сумматор, вход которого подключен к выходу датчика температуры вне холодильника (нагревателя), отличающаяся тем, что в нее введен масштабирующий низкочастотный фильтр, вход которого подключен к выходу усилителя-преобразователя, выходы датчика температуры внутри холодильника (нагревателя), масштабирующего низкочастотного фильтра и второго сумматора подключены к соответствующим входам первого сумматора, выход датчика температуры внутри холодильника (нагревателя) подключен также к соответствующему входу второго сумматора, причем холодильник (нагреватель) или его часть, содержащая наружный радиатор термоэлектрической батареи, и датчик температуры вне холодильника (нагревателя) установлены в контакте с наружной атмосферой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 15.12.1999

Номер и год публикации бюллетеня: 20-2001

Извещение опубликовано: 20.07.2001        

---