Устройство для адаптивного обогрева криогенного аппарата



Устройство для адаптивного обогрева криогенного аппарата
Устройство для адаптивного обогрева криогенного аппарата

 


Владельцы патента RU 2588585:

Общество с ограниченной ответственностью "Криотерм" (ООО "Криотерм") (RU)

Устройство для адаптивного обогрева криогенного аппарата, например регулирующего клапана, содержащее размещенный вблизи обогреваемого аппарата электрический нагреватель 1, подключенный к выходу регулятора напряжения 2, соединенного входом с выходом регулирующего устройства 3, первый вход которого связан с выходом задатчика 6 температуры обогреваемого аппарата через суммирующий элемент 4, а второй - с выходом датчика 5 температуры обогреваемого аппарата. Датчик 7 температуры окружающей среды подключен к входу функционального блока 8, выход которого соединен со вторым вычитающим входом суммирующего элемента 4, соединенного первым суммирующим входом с выходом задатчика 6 температуры окружающей среды. Изобретение обеспечивает поддержание требуемой температуры для надежного функционирования криогенного аппарата при изменении температуры и влажности окружающей среды в широком диапазоне. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Устройство относится к области криогенной техники и предназначено для обогрева регулирующих аппаратов, используемых в криогенных технологиях.

Аналогом предлагаемого устройства является устройство для перекачки сжиженного газа, в частности регулирующего клапана, содержащее закрепленный в кожухе криогенной емкости полый корпус, внутри которого размещен подвижный вдоль корпуса шток, связанный одним концом с выходом привода перемещения штока, а другим - с тарелкой клапана, изменяющего проходное сечение трубопровода, по которому протекает сжиженный газ (Беляков В.П. Криогенная техника и технология, М.: Энергоатомиздат, 1982, с. 52-54).

Недостатком данного устройства является то, что при изменении температуры и влажности окружающей среды элементы регулирующего аппарата, находящиеся снаружи криогенной емкости, обледеневают. При низких температурах и повышенной влажности воздуха лед образуется не только на наружных поверхностях аппарата, но и в опорах, по которым перемещаются подвижные элементы аппарата. Это вызывает заклинивание подвижных элементов аппарата и может привести к потере его работоспособности, вплоть до выхода из строя. Этот недостаток особенно ярко проявляется после длительной эксплуатации криогенной установки.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в обеспечении желаемого распределения температур элементов аппарата по всей его длине, при котором исключается образование наледи и заклинивание подвижных соединений.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство, содержащее размещенный вблизи обогреваемого аппарата электрический нагреватель, подключенный к выходу регулятора напряжения, соединенного входом с выходом регулирующего устройства, первый вход которого связан с задатчиком температуры обогреваемого аппарата, а второй - с выходом датчика температуры обогреваемого аппарата, содержащее размещенный вблизи обогреваемого аппарата электрический нагреватель, подключенный к выходу регулятора напряжения, соединенного входом с выходом регулирующего устройства, первый вход которого связан с задатчиком температуры обогреваемого аппарата, а второй - с выходом датчика температуры обогреваемого аппарата (патент РФ №2521102, МПК H05B 1/02, опубл. 27.06.2014).

Недостатком данного устройства является то, что при изменении температуры и влажности окружающей среды поддержание постоянной температуры обогреваемого аппарата, осуществляемого регулятором температуры, используемым в указанном устройстве, не обеспечивает надежной его работы при изменении температуры окружающей среды в широком диапазоне. Так, например, при настройке регулятора температуры на отрицательную температуру окружающей среды повышение последней до плюсовых значений будет приводить к перегреву обогреваемого элемента, что будет приводить к увеличению зазоров в подвижных элементах аппарата и утечке сжиженного газа. Это приводит к необходимости изменения задания температуры при изменении температуры и влажности окружающей среды.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в обеспечении требуемой для надежного функционирования криогенного аппарата температуры при изменении температуры и влажности окружающей среды в широком диапазоне, автоматическое регулирование которой исключает образование наледи и заклинивание подвижных соединений элементов аппарата, а также чрезмерное увеличение зазоров, приводящее к утечке сжиженного газа.

Технический эффект, заключающийся в обеспечении бесперебойного режима работы криогенного оборудования, достигается тем, что в известное устройство, содержащее размещенный вблизи обогреваемого элемента аппарата электрический нагреватель, подключенный к выходу регулятора напряжения, соединенного входом с выходом регулирующего устройства, первый вход которого связан с задатчиком температуры обогреваемого аппарата, а второй - с выходом датчика температуры обогреваемого аппарата, введены датчик температуры окружающей среды, функциональный блок и суммирующий элемент, соединенный суммирующим входом с выходом задатчика температуры, а вычитающим входом через функциональный блок - с выходом датчика температуры окружающей среды.

Кроме того, в предлагаемое устройство может быть введены датчик влажности окружающей среды и дополнительный функциональный блок, а суммирующий элемент снабжен третьим суммирующим входом, подключенным к выходу дополнительного функционального блока, соединенного входом с выходом датчика влажности окружающей среды.

Устройство поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема системы для адаптивного регулирования температуры криогенного аппарата.

Устройство для адаптивного обогрева криогенного регулирующего аппарата содержит размещенный вблизи обогреваемого элемента аппарата электрический нагреватель 1, подключенный к выходу регулятора напряжения 2, соединенного входом с выходом регулирующего устройства 3, первый вход которого подключен к выходу суммирующего элемента 4, а второй вход - к выходу датчика 5 температуры обогреваемого аппарата. Задатчик 6 температуры Θа обогреваемого аппарата подключен к первому суммирующему входу суммирующего элемента 4, второй вычитающий вход которого соединен с выходом датчика 7 температуры Θо окружающей среды через функциональный блок 8. Третий суммирующий вход суммирующего элемента 4 связан через дополнительный функциональный блок 9 с выходом датчика 10 влажности окружающей среды.

Устройство работает следующим образом. В работающей криогенной установке сжиженный газ имеет температуру, лежащую в диапазоне -130--180°C, в то время как температура наружного воздуха (окружающей среды) может колебаться от -40 до +40°C. При плюсовых температурах окружающей среды и низкой влажности наружного воздуха обледенения трущихся деталей аппарата, как правило, не происходит. Однако при увеличении влажности воздуха и понижении температуры окружающей среды происходит обледенение подвижных элементов аппарата как внутри его корпуса, так и снаружи. Для обеспечения работоспособности регулирующего аппарата при изменении температуры окружающей среды на его корпусе устанавливают электрический нагревательный элемент 1. Электрический нагревательный элемент 1 может быть выполнен в виде резистивного элемента, как показано в устройстве, описанном в указанном выше патенте РФ №2521102, или в виде индукционного нагревателя, описанного в патенте РФ на полезную модель №144886. Предлагаемая структура устройства инвариантна относительно вида электрического нагревателя и его конструктивного выполнения и является универсальной для обогрева криогенных аппаратов.

Для поддержания требуемой температуры обогреваемого аппарата (на чертеже не показан) в устройстве используются регулятор напряжения 2, задатчик температуры обогреваемого аппарата 6, датчик 5 температуры Θа обогреваемого аппарата и регулирующее устройство 3. Для обеспечения работоспособности аппарата при изменении температуры окружающей среды Θо необходимо регулировать мощность, поступающую на электрический нагреватель 1, поддерживая, тем самым, заданную температуру Θа обогреваемого аппарата. Поддержание заданной температуры Θа обогреваемого аппарата осуществляется системой регулирования температуры, включающей в себя регулятор напряжения 2, датчик температуры 5 и регулирующее устройство 3. Регулирующее устройство 3 сравнивает сигнал Θз, поступающий от задатчика температуры 6, с сигналом Θа обратной связи, поступающим от датчика температуры 5, расположенного на корпусе обогреваемого аппарата. На выходе регулирующего устройства 3 вырабатывается сигнал, пропорциональный разности температур ΔΘ=Θза, который обеспечивает регулирование мощности, поступающей от регулятора напряжения 2 в электрический нагреватель 1. Как следует из приведенного выражения, изменение температуры Θа корпуса обогреваемого аппарата при изменении температуры окружающей среды будет приводить к изменению мощности, поступающей в электрический нагреватель 1 и, следовательно, будет приводить к восстановлению заданного температурного режима аппарата.

Поддержание неизменной заданной температуры Θз при изменении температуры Θо и влажности В окружающего воздуха в широком диапазоне не обеспечивает требуемых условий обогрева аппарата. Как правило, выбор заданного значения температуры Θз производится для каких-то усредненных значений параметров окружающей среды. Учитывая трудность и большую погрешность в определении теплотехнических параметров обогреваемого аппарата и электрического нагревателя, рассчитать значение заданной температуры Θз, требуемое для обеспечения работоспособности аппарата, практически невозможно. Поэтому чаще всего оператору необходимо производить перенастройку регулятора температуры при значительных изменениях температуры и влажности окружающего воздуха. В противном случае работа с постоянным значением температуры задания, т.е. при Θз=const, будет приводить к перегреву обогреваемого аппарата при высоких температурах окружающей среды и влажности, а при низких температурах - к обледенению аппарата из-за недостаточной мощности, вводимой в электрический нагреватель.

Для автоматического изменения заданного значения температуры обогреваемого аппарата при изменении параметров окружающей среды в предлагаемое устройство вводят один или два контура адаптации, которые могут быть использованы как раздельно, так и совместно.

Контур адаптации к изменению температуры окружающей среды включает в себя функциональный блок 8 и датчик 7 температуры Θз окружающего воздуха. При этом суммирующий элемент 4 дополняют вычитающим входом, к которому подключают выход функционального блока 8, соединенного входом с выходом датчика 7 температуры окружающей среды. Функциональный блок 8 представляет собой усилитель с нелинейной характеристикой, выполненный по известным схемам. Использование в предлагаемом устройстве функционального блока с нелинейной характеристикой вход-выход вызвано нелинейной зависимостью требуемого изменения заданного значения температуры Θз при изменении температуры окружающего воздуха. Работа контура адаптации заключается в том, что при увеличении температуры окружающего воздуха заданное значение температуры Θз уменьшается, поскольку сигнал с выхода функционального блока 8, имеющий положительное значение, поступает на вычитающий вход сумматора 4, приводя к снижению мощности регулятора напряжения 2. При низкой температуре окружающей среды на выходе функционального блока 8 вырабатывается отрицательный сигнал, который, поступая на вычитающий вход сумматора 4, приводит к увеличению заданного значения температуры Θз и, следовательно, к увеличению мощности, поступающей в электрический нагреватель.

Контур адаптации к изменению влажности В окружающей среды включает в себя дополнительный функциональный блок 9, аналогичный блоку 8, и датчик 10 влажности В окружающего воздуха. При этом суммирующий элемент 4 снабжают третьим суммирующим входом, соединенным через дополнительный функциональный блок 9 с выходом датчика влажности 10. Работа контура адаптации к изменению влажности В окружающего воздуха аналогична рассмотренной выше работе контура адаптации к изменению температуры окружающей среды. Поскольку сигнал, пропорциональный влажности В окружающего воздуха, не изменяет знак в отличие от сигнала, пропорционального температуре окружающей среды, то он, поступая на суммирующий вход суммирующего элемента, будет только увеличивать заданное значение температуры обогреваемого аппарата при увеличении влажности.

В настоящее время регулятор напряжения 2 выполняется на тиристорах и выпускается серийно, например, в виде твердотельного реле типа ТТР. Регулирующее устройство 3 выполняется, как правило, в виде серийно выпускаемого программируемого микропроцессорного контроллера, в котором оператором задается на дисплее требуемая температура Θз. В качестве датчиков температуры обогреваемого аппарата и окружающего воздуха целесообразно использовать стандартную термопару, например хромель-копелевую. Датчик влажности воздуха также выпускается серийно. Функциональные блоки 8 и 9, как уже отмечалось выше, выполняются на операционных усилителях по известным схемам. Таким образом, реализация регулятора температуры не вызывает трудностей и выполняется на серийных покупных элементах.

1. Устройство для адаптивного обогрева криогенного аппарата, например регулирующего клапана, содержащее размещенный вблизи обогреваемого аппарата электрический нагреватель, подключенный к выходу регулятора напряжения, соединенного входом с выходом регулирующего устройства, первый вход которого связан с задатчиком температуры обогреваемого аппарата, а второй - с выходом датчика температуры обогреваемого аппарата, отличающееся тем, что введены датчик температуры окружающей среды, функциональный блок и суммирующий элемент, соединенный первым суммирующим входом с выходом задатчика температуры, а вторым вычитающим входом через функциональный блок - с выходом датчика температуры окружающей среды.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что введены датчик влажности окружающей среды и второй функциональный блок, а суммирующий элемент снабжен третьим суммирующим входом, подключенным через дополнительный функциональный блок к выходу датчика влажности.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что функциональный блок и дополнительный функциональный блок выполнены в виде усилителя с нелинейной характеристикой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для приготовления пищи, имеющему множество средств нагревания для нагревания соответствующего пищевого элемента. Устройство оснащено средствами управления для управления подачей энергии индивидуально в каждое из средств нагревания.

Изобретение относится к электрическому бытовому устройству для обработки продукции. Устройство содержит отделение для обработки продукции, дверцу, которая может открываться пользователем даже во время обработки продукции, первую линию питания на первую электрическую нагрузку, первую электрическую контрольную линию для первой электрической нагрузки, переключатель положений дверцы «открыто»/«закрыто», оперативно подключенный к первой электрической контрольной линии, контрольное устройство первой электрической нагрузки, в свою очередь, включающее первый электромеханический переключатель, включающий электрический компонент, установленный на первой электрической контрольной линии и механический компонент, расположенный на первой линии питания и способный переходить между первой и второй позициями, в которых он, соответственно, препятствует или не препятствует прохождению тока в первой линии питания.

Изобретение относится к контрольным устройствам, в частности, в области бытовых электроприборов. Бытовой электроприбор (стиральный и/или сушильный) содержит нагревательный контур (140), предназначенный для нагрева стиральной жидкости и/или потока воздуха для сушки и соединенный с системой электроснабжения (105а, 105b), обеспечивающей подачу электропитания в электроприбор, при этом нагревательный контур содержит терморезистор (205), последовательно соединенный с переключающими устройствами (210а, 210b), управляемыми с помощью управляющего устройства (125) для избирательного включения терморезистора, когда это требуется.

Изобретение относится к способу управления установкой и к электронагревательной установке (10) и содержит следующие этапы: i) составляют на рабочий цикл управляющую программу устройства (12) в составе установки (10), при этом устройство настраивают на работу в течение цикла в активном режиме, согласованном с использованием установки пользователем, и в ждущем режиме, согласованном с отсутствием использования установки (10) пользователем; ii) сравнивают работу устройства (12) в соответствии с управляющей программой с действительным использованием установки (10) пользователем; iii) определяют несоответствие между уставкой, заданной управляющей программой устройства, и действительным использованием установки пользователем; iv) изменяют управляющую программу устройства (12) в зависимости от действительного использования установки (10) пользователем.

Изобретение относится к системам путевого подогрева. Способ управления цепью путевого подогрева с автоматическим определением длительности интервалов отсутствия подвода питания включает расчет длительности интервала отсутствия подвода питания на основе значения температуры технологического трубопровода, измеренного в конце предварительно определенного начального интервала отсутствия подвода питания, а также с учетом конкретной температуры уставки для технологического трубопровода и температуры зоны нечувствительности, превышающей температуру уставки.

Устройство для зонального обогрева криогенного регулирующего аппарата, например запирающего элемента, содержащего закрепленный в кожухе криогенной емкости полый корпус 1, внутри которого размещен подвижный вдоль корпуса шток 2, связанный одним концом с выходом привода 3 перемещения штока, а другим - с запирающим элементом 4, изменяющим проходное сечение трубопровода, по которому протекает сжиженный газ.

Изобретение относится к устройству управления нагревом тепловыделяющего стекла, которое подает синусоидальный сигнал в соответствии с размером тепловыделяющего стекла так, чтобы синусоидальный сигнал подавался в момент времени, когда ток синусоидального сигнала равен нулю, и подача синусоидального сигнала прекращалась также в момент времени, когда ток синусоидального сигнала равен нулю.

Изобретение относится к управлению нагревательным элементом при применении его в одеяле или электрогрелке с электрическим обогревом. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использовано в устройствах, преобразующих электрическую энергию в тепловую. Техническим результатом является повышение надежности и уменьшение потерь электрической энергии в режиме «ожидания». Обогреватель, питающий кабель которого подводится к защитному корпусу, внутри которого находится первая схема управления, из защитного корпуса выходит соединительный кабель, состоящий из четырех проводников, два из которых связаны с напряжением сети: один с заземлением и один с цифровым выходом первой схемы управления, с другого конца кабеля, проводники, связанные с напряжением сети, подключены через первый и второй ключевые элементы к нагревательному элементу, проводник заземления подключен к радиатору, проводник, связанный с цифровым выходом первой схемы управления, подключен к первому входу второй схемы управления, у которой первый выход подключен к входу первого ключевого элемента, второй вход связан с первым выходом третьей схемы управления, второй выход второй схемы управления подключен к входу третьей схемы управления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх