Способ термостатирования комбинированной холодильно- нагревательной установки

 

Изобретение относится к холодильно-нагревательной технике и может быть использовано в технологии хранения и производства различных видов продуктов и веществ в промышленных и бытовых холодильно-нагревательных установках. Способ термостатирования комбинированной холодильно-нагревательной установки, при котором термостатируемый шкаф устанавливают на границе двух внешних сред с различными температурными параметрами, осуществляют пассивный режим теплообмена при стабилизации температуры внутри термостатируемого шкафа путем обеспечения теплообмена через стенки его корпуса с наружным помещением или атмосферой, отличается тем, что дополнительно осуществляют регулируемый теплообмен через стенки его корпуса с внутренним помещением при пассивном режиме, а активный режим теплообмена осуществляют с использованием соответствующего обратимого или необратимого температурного агрегата, причем переход от пассивного режима теплообмена к активному и наоборот, а также регулирование теплообмена при пассивном режиме осуществляют в зависимости от результатов сравнения температур, участвующих в теплообмене сред - внешнего помещения или атмосферы (t_н), внутреннего помещения (t_п), внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_в) и наперед заданного значения температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_з). Технический результат от использования изобретения заключается в повышении функциональных возможностей с обеспечением экономичности энергопотребления. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к холодильно-нагревательной технике и может найти применение в технологии хранения и производства различных видов продуктов и веществ в промышленных и бытовых холодильно-нагревательных установках.

Известен способ термостатирования холодильной установки, при котором стабилизируют наперед заданную температуру внутри термостатируемого шкафа путем осуществления активного режима теплообмена с использованием соответствующего исполнительного температурного агрегата [1].

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относится то, что известный способ характеризуется относительно высоким энергопотреблением, поскольку несмотря на наличие, помимо основного контура, второго контура охлаждения, обеспечивающего взаимодействие корпуса термостатируемого шкафа с окружающей средой, он, во-первых, является принудительным, а во-вторых, не учитывает возможность использования теплового потенциала внутреннего помещения.

Известен также способ термостатирования комбинированной холодильно-нагревательной установки, при котором термостатируемый шкаф устанавливают на границе двух внешних сред с различными температурными параметрами, осуществляют пассивный режим теплообмена при стабилизации температуры внутри термостатируемого шкафа путем обеспечения теплообмена через стенки его корпуса с наружным помещением или атмосферой [2] - прототип.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата относится то, что известный способ обладает низкими функциональными возможностями, во-первых, по диапазону регулирования наперед заданной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа, во-вторых, по использованию в режиме охлаждения с высоким значением средней температуры, участвующих в теплообмене сред, а в режиме нагрева - при низких ее значениях. Кроме того, известный способ не предусматривает также использование разности тепловых потенциалов наружного и внутреннего помещений.

Целью изобретения является повышение функциональных возможностей способа термостатирования холодильно-нагревательной установки с обеспечением экономичности энергопотребления.

Указанная цель достигается тем, что термостатируемый шкаф устанавливают на границе двух внешних сред с различными температурными параметрами, осуществляют пассивный режим теплообмена при стабилизации температуры внутри термостатируемого шкафа путем обеспечения теплообмена через стенки его корпуса с наружным помещением или атмосферой, причем дополнительно осуществляют регулируемый теплообмен через стенки его корпуса с внутренним помещением при пассивном режиме, а активный режим теплообмена осуществляют с использованием соответствующего обратимого (например, термоэлектрической батареи) или необратимого (например, компрессионного) исполнительного температурного агрегата, при этом выбор режима теплообмена осуществляют в зависимости от результатов сравнения значений температур, участвующих в теплообмене сред - внешнего помещения или атмосферы (t_н), внутреннего помещения (t_п), внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_в) с учетом наперед заданного значения температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_з).

Пассивный режим охлаждения или нагрева осуществляют при величине наперед заданной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_з), находящейся в пределах, определяемых диапазоном - минимального и максимального значений температур, участвующих в теплообмене внешних сред (t_н и t_п) t_max≥t_з≥t_min.

Переход от пассивного режима теплообмена к активному и наоборот при охлаждении или нагреве осуществляют при величине наперед заданной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_з), определяемой средним значением температуры участвующих в теплообмене внешних сред (t_ср), с учетом действительного значения температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_в).

Переход от пассивного режима теплообмена к активному и наоборот осуществляют при величине наперед заданной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_з), находящейся в пределах, определяемых диапазоном температур, при охлаждении - минимального значения температуры одной из внешних сред (t_min) и среднего значения температуры (t_ср), участвующих в теплообмене внешних сред t_min≅t_з≅t_ср, а при нагреве - максимального значения температуры одной из внешних сред (t_max) и среднего значения температуры (t_ср), участвующих в теплообмене внешних сред t_max≥t_з≥t_ср, с учетом действительного значения температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_в).

Регулирование теплообмена при пассивном режиме осуществляют путем изменения величины теплопроводности стенок корпуса термостатируемого шкафа, расположенных в разных температурных средах с применением пассивных средств - дискретно, а с применением активных средств - непрерывно или дискретно.

Кроме того, регулирование теплообмена как при активном, так и при пассивном режимах работы можно дополнительно осуществлять изменением соотношения частей, с регулируемой или нерегулируемой теплопроводностью, площади наружной поверхности термостатируемого шкафа, находящихся в разных температурных средах (t_н и t_п), путем относительного смещения корпуса термостатируемого шкафа и границы, разделяющей внешние среды - наружного помещения или атмосферы и внутреннего помещения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах способа, позволил установить, что заявителем не обнаружены аналоги, идентичные всем существенным признакам способа, а определение из аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков заявленного способа.

Следовательно, заявленный способ соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия требования изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от выбранного прототипа, результаты которого показывают, что заявленный объект явным образом не следует из известного уровня техники, определенного заявителем.

Следовательно, объект соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен пример устройства, поясняющего реализацию предложенного способа, в котором регулирование теплообмена при пассивном режиме осуществляется с помощью заслонок (жалюзей).

На фиг. 2 представлен пример устройства, поясняющего реализацию предложенного способа, в котором регулирование теплообмена при пассивном режиме осуществляется с помощью гибких герметичных чехлов.

В общем случае устройство содержит термостатируемый шкаф 1, установленный в выемке стены или оконного проема здания 2 с расположением его теплопроводных стенок 3 в средах с различными температурными параметрами - в наружном помещении или атмосфере и внутреннем помещении здания.

Исполнительный температурный агрегат 4, установленный на корпусе термостатируемого шкафа 1, например с наружной стороны, снабжен соответственно расположенными (внутри и снаружи его, согласно выбранному режиму работы - нагревом или охлаждением) нагревательной 5 и охладительной 6 батареями соответственно.

Средство изменения величины теплопроводности 7 стенок 3 термостатируемого шкафа 1 может быть выполнено, например, в виде заслонок (жалюзей) (фиг. 1) или гибких герметичных кожухов (фиг.2) с конечными элементами 8 привода изменения их положения, снабженных индексами отсчетного устройства для регистрации положения заслонок или подвижных заделок гибких герметичных кожухов по тарировочной шкале 9, расположенной на корпусе термостатируемого шкафа 1.

Работа устройств (фиг.1 и 2), поясняющих реализацию способа термостатирования, происходит следующим образом.

Выбор режима теплообмена, а также его регулирование осуществляются по результатам сравнения значений температур, участвующих в теплообмене сред - внешнего помещения или атмосферы (t_н), внутреннего помещения (t_п), внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_в) и наперед заданного значения температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_з).

Так, при значениях температур внешних сред - наружного помещения или атмосферы (t_н) и внутреннего помещения (t_в), например t_min и t_max соответственно, больше или меньше наперед заданной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_з) t_max≥ t_min≥t_з или t_min≅t_max≅t_з - осуществляются активный режимы работы при охлаждении или нагреве соответственно с включением исполнительного температурного агрегата 4 и соответствующим подключением в работу нагревательной 5 и охладительной 6 батарей (со стороны наружного помещения или атмосферы и внутреннего помещения в зависимости от выбранного режима работы).

При этом с помощью соответствующих средств изменения теплопроводности 7 (с использованием заслонок или гибких герметизирующих чехлов) стенки 3 термостатируемого шкафа 1 полностью герметизируются. Далее работа осуществляется с регулированием активного режима по результатам сравнения наперед заданной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа t_з и действительного ее значения t_в одним из известных способов (см. например [1]).

В целом граничным значением температуры, определяющим необходимость использования активного или пассивного режима теплообмена при охлаждении или нагреве, является равенство среднего значения величины температур внешних сред наперед заданной величине температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа t_ср=t_з, где С учетом допустимого отклонения температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (dt) от действительного его значения (t_в) указанное условие будет следующим: t_ср=t_з±dt.

Тогда переход от пассивного режима работы к активному и наоборот осуществляют при следующем условии.

При величине наперед заданной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_з), находящейся в пределах, определяемом диапазоном температур, при охлаждении - минимального значения температуры одной из внешних сред (t_min) и среднего значения температуры (t_р), участвующих в теплообмене внешних сред t_min≅t_з≅t_ср, а при нагреве - максимального значения температур одной из внешних сред (t_max) и среднего значения температуры (t_ср), участвующих в теплообмене внешних сред t_max≥t_з≥t_ср, с учетом действительного значения температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_в).

Регулирование теплообмена при пассивном режиме осуществляют путем изменения величины теплопроводности стенок 3 корпуса термостатируемого шкафа 1, расположенных в разных температурных средах с применением пассивных средств - дискретно, а с применением активных средств - непрерывно или дискретно.

Регулирование теплообмена при пассивном режиме предусматривает два случая.

В первом случае регулируемый теплообмен при пассивном режиме осуществляют при условии t_max≥t_з≥t_min, причем t_ср≥t_з - при охлаждении или t_ср≅t_з - при нагреве.

При этом со стороны внешней среды с максимальной или минимальной температурой при охлаждении и нагреве соответственно теплопроводная поверхность термостатируемого шкафа герметизируется. Здесь происходит нерегулируемый теплообмен за счет естественных потерь через теплоизоляцию корпуса со стороны внешней среды с максимальной или минимальной температурой, который учитывается при регистрации действительной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_в).

Средство изменения теплопроводности 7 в данном случае используется только со стороны внешней среды с минимальной или максимальной температурой соответственно.

Во втором случае регулируемый теплообмен при пассивном режиме охлаждения осуществляют при условии t_max≥t_з≥t_min и t_ср≅t_з, а нагрева - при условии t_max≥t_з≥t_min и t_ср≥t_з соответственно.

При этом со стороны внешней среды с минимальной или максимальной температурой при охлаждении и нагреве соответственно теплопроводная поверхность герметизируется, а средство изменения теплопроводности 7 используется со стороны максимальной и минимальной температуры соответственно.

Регулирование теплообмена при пассивном режиме осуществляется изменением теплопроводности стенок 3 корпуса термостатируемого шкафа 1 с помощью соответствующих активных или пассивных средств изменения величины теплопроводности 7 - путем соответствующего изменения положения заслонок (фиг.1) или подвижной заделки гибких герметичных кожухов (фиг.2).

Перемещения конечных элементов 8 средств изменения величины теплопроводности 7 стенок 3 корпуса термостатируемого шкафа 1 могут осуществляться соответствующими активными исполнительными устройствами (не показаны). Регистрация положения заслонок или подвижной заделки осуществляется по расположению индексов конечных элементов 8 относительно расположенной на корпусе 1 термостатируемого шкафа тарировочной шкалы 9.

Кроме того, совместно с указанными выше средствами или отдельно регулирование теплообмена как при активном, так и при пассивном режимах работы может дополнительно осуществляться изменением соотношения частей, с регулируемой или нерегулируемой теплопроводностью, площади наружной поверхности корпуса 1 термостатируемого шкафа, находящихся в разных температурных средах (t_н и t_п), путем относительного смещения корпуса термостатируемого шкафа и границы, разделяющей внешние среды - наружного помещения или атмосферы и внутреннего помещения.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют для заявленного изобретения, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы, о возможности его осуществления с помощью известных средств и методов.

Следовательно, заявленный способ соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Литература 1. Авторское свидетельство СССР N 1334001, кл. F 49/00, 1985.

2. Ваш домашний холодильник. - Холодильная техника, 1990, N 10.

Формула изобретения

1. Способ термостатирования комбинированной холодильно-нагревательной установки, при котором термостатируемый шкаф устанавливают на границе двух внешних сред с различными температурными параметрами, осуществляют пассивный режим теплообмена при стабилизации температуры внутри термостатируемого шкафа путем обеспечения теплообмена через стенки его корпуса с наружным помещением или атмосферой, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют регулируемый теплообмен через стенки его корпуса с внутренним помещением при пассивном режиме, а активный режим теплообмена осуществляют с использованием соответствующего обратимого или необратимого температурного агрегата, при этом выбор режима теплообмена осуществляют в зависимости от результатов сравнения значений температур, участвующих в теплообмене сред - внешнего помещения или атмосферы (t_н), внутреннего помещения (t_п), внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_в) и наперед заданного значения температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t₃).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пассивный режим охлаждения или нагрева осуществляют при величине наперед заданной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t₃), находящейся в пределах, определяемых диапазоном минимального и максимального значений температур, участвующих в теплообмене внешних сред (t_н и t_п) t_max≥t₃≥t_min.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что переход от пассивного режима теплообмена к активному и наоборот при охлаждении или нагреве осуществляют при величине наперед заданной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t₃), определяемой средним значением температуры участвующих в теплообмене внешних сред (t_ср), с учетом действительного значения температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_В).

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что переход от пассивного режима теплообмена к активному и наоборот осуществляют при величине наперед заданной температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_з), находящейся в пределах, определяемых диапазоном температур, при охлаждении - минимального значения температуры одной из внешних сред (t_min) и среднего значения температуры (t_ср), участвующих в теплообмене внешних сред t_min≅t_з≅t_ср, а при нагреве - максимального значения температуры одной из внешних сред (t_max) и среднего значения температуры (t_ср), участвующих в теплообмене внешних сред t_max≥t_з≥t_ср, с учетом действительного значения температуры внутреннего объема термостатируемого шкафа (t_В).

5. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что регулирование теплообмена при пассивном режиме осуществляют путем изменения теплопроводности стенок корпуса термостатируемого шкафа, расположенных в разных температурных средах с применением пассивных средств, дискретно, а с применением активных - непрерывно или дискретно.

6. Способ по пп.1 - 5, отличающийся тем, что регулирование теплообмена как при активном, так и при пассивном режимах работы осуществляется изменением соотношения частей с регулируемой или нерегулируемой теплопроводностью площади наружной поверхности термостатируемого шкафа, находящихся в разных температурных средах (t_н и t_п), путем относительного смещения корпуса термостатируемого шкафа и границы, разделяющей внешние среды наружного помещения или атмосферы и внутреннего помещения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2