RU2099652C1 - Method of control of refrigerators (heaters) with thermoelectric battery and control system realizing it - Google Patents
Method of control of refrigerators (heaters) with thermoelectric battery and control system realizing it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2099652C1 RU2099652C1 RU95120938A RU95120938A RU2099652C1 RU 2099652 C1 RU2099652 C1 RU 2099652C1 RU 95120938 A RU95120938 A RU 95120938A RU 95120938 A RU95120938 A RU 95120938A RU 2099652 C1 RU2099652 C1 RU 2099652C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- refrigerator
- heater
- temperature
- thermoelectric battery
- outside
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
- F25B2321/021—Control thereof
- F25B2321/0212—Control thereof of electric power, current or voltage
Landscapes
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к холодильной технике и может найти применение в бытовых холодильниках. The invention relates to refrigeration and may find application in domestic refrigerators.
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 15oC), в данном способе и системе управления, его реализующей, расходуется значительно больше электроэнергии по сравнению с холодильниками компрессионного и даже адсорбционного типа.A known method of controlling a thermoelectric refrigerator, in which the temperature inside the refrigerator is set, the current value of the same temperature is measured, their difference is determined according to which the control signal of the thermoelectric battery is generated, heat is removed from the refrigerator through the external radiator of the thermoelectric battery [1]
Also known is a control system for its implementation, comprising a temperature setter inside the refrigerator, a sensor of the same temperature, a subtracting element, a control device and a thermoelectric battery with an external radiator [1]
This method and control system, based on the Peltier effect using a thermoelectric battery, have several advantages compared to compression refrigerators, namely, they are environmentally friendly, noiseless, more reliable. However, due to the low efficiency with a significant temperature difference in the heated room where the refrigerator is installed and inside the refrigerator (usually not lower than 15 o C), this method and the control system that implements it consumes significantly more electricity compared to refrigerators compression and even adsorption type.
Формирование же сигнала управления по релейному принципу, который применен в упомянутых способе и системе, еще более усугубляет указанный недостаток. The formation of the control signal according to the relay principle, which is used in the aforementioned method and system, further aggravates this drawback.
Каких-либо средств для снижения разности температур внутри и вне холодильника в этом способе и системе управления не предусмотрено. Any means to reduce the temperature difference inside and outside the refrigerator in this method and control system is not provided.
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. A known method of controlling a thermoelectric refrigerator [2] using information about the temperature outside the refrigerator, at which the temperature outside the refrigerator (in the room where it is installed) is measured, and the temperature inside the refrigerator, their difference is determined, the threshold for switching the operating modes of the thermoelectric battery is set, if exceeded temperature differences of a given threshold translate the operation of the thermoelectric battery into maximum cooling capacity, and when this difference decreases below a predetermined threshold in their maximum coefficient of the thermopile.
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. A known control system that implements this method [2] containing sensors inside and outside the refrigerator, a subtracting element, a control device with a threshold element, a switching device and a thermoelectric battery.
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. In this method and system, in comparison with the above, the energy consumption is somewhat reduced due to the use of information about the temperature outside the refrigerator, since if it decreases (although within a small range of its change in a heated room), the thermal battery is switched to a large refrigerated mode coefficient.
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. However, as in the previous method and system, the relay control principle is applied here, in which when the thermopile is switched off (or in the mode of maximum refrigeration coefficient) there is an excessive outflow of "cold" from the refrigerator, to make up for it when the thermopile is turned on (especially in the maximum cooling capacity) electricity is wasted unproductive. In both cases, the accuracy of maintaining the temperature in the refrigerator is low, in addition, they can only work at a positive ambient temperature.
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.A known method of controlling a refrigerator (heater) with a thermoelectric battery, in which the temperature inside the refrigerator (heater) is set, the current temperature is measured by sensors installed inside and outside the refrigerator (heater), the temperature differences between the set and measured inside the refrigerator (heater) are determined and between the external temperature and the set inside the refrigerator (heater), they form a control signal for the thermoelectric battery in the form of its supply voltage, heat (or cold) from the cold odnolnika (heater) is diverted through a thermoelectric battery [3]
A known control system [3] implements this method, comprising a series-connected temperature setpoint in the refrigerator (heater), a first adder, an amplifier-converter and a thermoelectric battery with external and internal radiators, temperature sensors installed inside and outside the refrigerator (heater), a second adder the inputs of which are connected to the outputs of the temperature setter and temperature sensor outside the refrigerator (heater), connected simultaneously to the input of the first adder.
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. In this method and the control system that implements it, control is carried out according to the two-circuit principle. In the first (open) circuit, the control signal of the thermoelectric battery is formed by the difference between the external temperature and the set inside the refrigerator (heater), which monitors the change in external temperature. In the second (closed) circuit, the set value of the internal temperature of the refrigerator (heater) is stabilized, it is controlled by the difference between the set and measured internal temperatures by changing the thermal resistance between the surface of the thermoelectric battery and its internal radiator due to the corresponding movement of the radiator in the control process.
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. In this method and system, the necessary control accuracy is provided, the operation of the refrigerator (heater) is allowed when the external temperature decreases below a predetermined internal temperature. In this case, the refrigerator switches to heating mode. In addition, they reduce energy consumption due to the linear principle of regulation (instead of the relay) and by monitoring the external temperature in the primary circuit in a relatively small range of changes in the external temperature, acceptable for a heated room.
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. However, when regulating the internal temperature by changing the thermal resistance, unproductive energy losses of the thermal battery occur, and the energy consumption in the system remains significant. In addition, the design of the second circuit of the system is complex and unreliable.
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. The objective of the present invention is to eliminate the disadvantages noted above, to reduce (minimize) the energy consumption in the system through the use of natural cold (heat) in a wide range of changes in external temperature while simplifying the design and increasing the accuracy of maintaining a given internal temperature.
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). This goal is achieved by the fact that in the known method of controlling the refrigerator (heater), in which the temperature inside the refrigerator (heater) is set, the current temperature values are measured by sensors installed inside the refrigerator (heater) and outside it, the temperature differences between the set and measured inside the refrigerator are determined (heater) and between the external temperature and the set inside the refrigerator (heater), form a control signal for the thermoelectric battery in the form of its supply voltage, heat (or cold) from the refrigerator (heater) is diverted through the thermoelectric battery, according to the invention, the control signal of the thermoelectric battery is formed by the difference between the set and measured temperature inside the refrigerator (heater), in addition, in the control process, the signal arriving at the thermoelectric battery is measured, the temperature difference outside the refrigerator is determined from the measured signal ( heater) and specified inside it, achieved by the control system at the time of measuring the control signal, compare the received the difference with the same difference determined from the measured value of the external temperature, the control signal is corrected by the thermoelectric battery according to the comparison results, and heat (or cold) is removed from the refrigerator (heater) through the thermoelectric battery to the outdoor atmosphere, the temperature of which is measured by a sensor installed outside refrigerator (heater).
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). This problem is also achieved by the fact that in the known method of controlling the refrigerator (heater), in which the temperature inside the refrigerator (heater) is set, the current temperature values are measured by sensors installed inside and outside the refrigerator (heater), the temperature difference between the set and measured inside is determined refrigerator (heater), form the control signal of the thermoelectric battery in the form of its supply voltage, heat (or cold) from the refrigerator (heater) is removed through the thermoelectric with it, according to the invention, the control signal of the thermoelectric battery is formed by the difference between the set and measured temperatures inside the refrigerator (heater), in addition, in the control process, the difference in the measured temperatures outside and inside the refrigerator (heater) is determined, the signal arriving at the thermoelectric battery is measured, the difference value is determined from the measured signal temperature outside the refrigerator (heater) and set inside it, achieved by the control system at the time of measuring the control signal, comp The obtained value of the difference with the difference of the measured temperatures outside and inside the refrigerator (heater) is calculated, the control signal is corrected by the thermoelectric battery according to the comparison results, and heat (or cold) is removed from the refrigerator (heater) through the thermoelectric battery to the outside atmosphere, the temperature of which is measured by a sensor installed outside the refrigerator (heater).
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. The specified goal in the proposed control system is achieved by the fact that in the known system comprising a series-connected temperature setpoint in the refrigerator (heater), a first adder, an amplifier-converter and a thermoelectric battery with an external radiator, temperature sensors installed inside and outside the refrigerator (heater) , the second adder, the inputs of which are connected to the outputs of the temperature setter and the temperature sensor outside the refrigerator (heater), according to the invention, a scaling low hour is introduced a different filter, the input of which is connected to the output of the amplifier-converter, the outputs of the temperature sensor inside the refrigerator, the scaling low-pass filter and the second adder are connected to the corresponding inputs of the first adder, the refrigerator (heater) or part thereof containing an external thermoelectric battery radiator and a temperature sensor outside refrigerator (heater) are installed in contact with the outside atmosphere.
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. The specified goal in the proposed control system is also achieved by the fact that in the known system comprising a series-connected temperature setpoint in the refrigerator (heater), a first adder, an amplifier-converter and a thermoelectric battery with an external radiator, temperature sensors installed inside the refrigerator (heater) and outside him, the second adder, the input of which is connected to the output of the temperature sensor outside the refrigerator (heater), according to the invention introduced a scaling low-pass filter, the input to the other is connected to the output of the refrigerator (heater), the scaling low-pass filter and the second adder are connected to the corresponding inputs of the first adder, the output of the temperature sensor inside the refrigerator (heater) is also connected to the corresponding input of the second adder, the refrigerator (heater) or part thereof containing an external radiator a thermoelectric battery and a temperature sensor outside the refrigerator (heater) are installed in contact with the outside atmosphere.
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. The set of features that distinguish the claimed technical solution from the prototype, as applied to the purpose of the invention, is not known to the authors, and therefore, the proposed variants of the methods and control systems that implement them (united by a single technical design) satisfy the criteria of novelty and inventive step.
Реализация способа показана на примере системы управления холодильником (нагревателем), структурная схема которой изображена на фиг.1. The implementation of the method is shown by the example of a control system for a refrigerator (heater), the structural diagram of which is shown in figure 1.
На фиг.2 приведена статическая характеристика термоэлектрической батареи в режиме охлаждения. Figure 2 shows the static characteristic of a thermoelectric battery in cooling mode.
На фиг.1 показаны: суммирующие элементы 1, усилитель-преобразователь 2 с коэффициентом усиления К, термобатарея 3 с передаточной функцией WТБ(Р), холодильник (нагреватель) 4 с передаточной функцией W0(Р), масштабирующий низкочастотный фильтр 5 с передаточной функцией WФ(Р).Figure 1 shows: summing elements 1, amplifier-
На фиг. 1 также обозначены:
1/γo 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);
ΘB, ΘH измеряемая температура внутри холодильника (нагревателя) и в наружной атмосфере соответственно;
ΔΘH-3 разность температур, измеренной в наружной атмосфере и заданной внутри холодильника (нагревателя);
ΔΘH-B разность температур, измеренных внутри и вне холодильника (нагревателя);
ΔΘH-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.In FIG. 1 are also indicated:
1 / γ o the reciprocal of the total thermal conductivity of the refrigerator (heater);
1 / (T 0 P + 1) aperiodic link characterizing the refrigerator (heater) as an object of regulation with a time constant T 0 ;
P Laplace operator;
Θ 3 set temperature inside the refrigerator (heater);
Θ B , Θ H measured temperature inside the refrigerator (heater) and in the outside atmosphere, respectively;
ΔΘ H-3 temperature difference measured in the external atmosphere and set inside the refrigerator (heater);
ΔΘ HB is the temperature difference measured inside and outside the refrigerator (heater);
ΔΘ H-3 is the temperature difference between the outside atmosphere and the set inside the refrigerator (heater), achieved by the control system at the time of measuring the control signal and the corresponding signal at the output of the
σ control signal of thermal batteries;
Q cooling capacity of the thermopile;
Q * heat or cold discharged from the refrigerator (heater);
"+" and "-" signs indicating the polarity of the signals.
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. In FIG. 1, the dotted line indicates the relationship for the option of generating a correction signal for the difference between the measured internal and external temperatures. In this case, there is no relation between this summing element and the set temperature.
На фиг.2 обозначены:
DQH-3 разность температур вне холодильника и заданной внутри его;
Q холодопроизводительность термобатареи;
ε холодильный коэффициент термобатареи.Figure 2 marked:
DQ H-3 temperature difference outside the refrigerator and the set inside it;
Q cooling capacity of the thermopile;
ε refrigeration coefficient of thermopile.
Способ управления в общем виде в режиме охлаждения (при положительной температуре наружной среды) осуществляется следующим образом. The control method in General in cooling mode (at a positive ambient temperature) is as follows.
Задают при помощи задатчика на вход системы температуру (Θ3) внутри холодильника 4, измеряют датчиками 7 и 9 температуру внутри холодильника (ΘB) и в наружной атмосфере (ΘH). При помощи соответствующих суммирующих элементов 1 определяют разность (Θ3-ΘB) заданной и измеренной внутри холодильника температур и разность температур (ΘH-Θ3), измеренной в наружной атмосфере и заданной внутри холодильника, либо разность температур (ΘH-ΘB), 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 (ТТБ), 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.Set the temperature (Θ 3 ) inside the refrigerator 4 with the help of a setpoint to the input of the system, measure the temperature inside the refrigerator (Θ B ) and in the outside atmosphere (Θ H ) with
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. At a constant temperature of the outside atmosphere, in the process of lowering the temperature inside the refrigerator (due to the feedback signal), the control signal s proportionally decreases, the required cooling capacity Q decreases (see Fig. 2), and the refrigeration coefficient e of the thermal battery increases.
В стационарном режиме в системе устанавливается равновесное состояние, когда приток тепловой энергии термобатареи уравновешивается ее утечкой из-за теплопроводности холодильника. In stationary mode, an equilibrium state is established in the system when the influx of thermal energy from the thermal battery is balanced by its leakage due to the thermal conductivity of the refrigerator.
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 WФ(Р) в виде апериодического звена КФ(ТФP+1), аналогичного передаточной функции термоэлектрической батареи WТБ(Р)=КТБ/(ТТБ+1).In the control process, the control signal of the thermopile s is measured and determined using it using a scaling low-
Параметры фильтра выбираются так, чтобы KФ= KТБ•1/λo и TФ= TТБ.
Полученную в масштабирующем низкочастотном фильтре 5 разность (ΔΘ
The difference obtained in the scaling low-pass filter 5 (ΔΘ
В установившемся режиме управления при неизменной температуре наружной атмосферы и отсутствии других возмущений разность сигналов ΔΘH-3-ΔΘ
При изменении температуры наружной атмосферы QH, например, ее снижении, разность ΔΘH-3-ΔΘ
Разность сигналов ΔΘH-3-ΔΘ
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. With an increase in the temperature of the outside atmosphere, the signal (σ) is corrected in the opposite direction, increasing the signal (σ), cooling capacity (Q), but decreasing the refrigeration coefficient (ε). In this case, of course, the power consumption of the system increases, but the outflow of “cold” accumulated in the refrigerator is not allowed due to its thermal conductivity, with the need for its subsequent replenishment. This also saves energy.
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. At a negative ambient temperature, the control processes are similar to those described above, with the only difference being that the polarity of the signal σ changes and the thermopile generates “heat” rather than “cold”. The refrigerator becomes a heater.
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. The choice of the option for generating a correction signal for the difference between the measured external temperature and the set or measured internal temperature depends on the required technical characteristics, parameters of the refrigerator (heater) and its operating conditions.
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. The essence of the proposed technical solution is as follows. If you independently use the effect of reducing the temperature difference inside and outside the refrigerator (heater) by removing heat (cold) from the refrigerator (heater) directly to the outside atmosphere, when the temperature of the outside atmosphere is lower than the room temperature and when it is constant, energy consumption, as is obvious in the system decreases. However, with changes in the temperature of the outside atmosphere, in particular during its diurnal fluctuations, due to delays in the control loop, problems arise with maintaining the accuracy of temperature stabilization inside the refrigerator (heater) and, in addition, there is an excessive waste of electricity in the system during the fall of the outside temperature and leakage of "cold" ("heat") when it is increased, to make up for which electricity must also be expended. The total energy consumption in the system is increasing.
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. Using information about changes in the temperature of the outside atmosphere to correct the control signal in conjunction with the removal of heat (cold) directly into the outside atmosphere based on the proposed method allows you to constantly keep the system in equilibrium, avoiding both excessive power consumption and leakage of cold (heat) from the refrigerator (heater). At the same time, the required accuracy of stabilization of the set temperature in the refrigerator (heater) is maintained, the required cooling capacity is reduced, the refrigeration coefficient of the thermal battery is increased, as a result, the energy consumption in the system is significantly reduced.
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. Thus, the mathematical modeling of the average daily energy consumption in the proposed control system operated in the middle of Europe, taking into account daily and average monthly changes in atmospheric temperatures, showed that the energy consumption in this system is 3-4 times less compared to the known system operated in a heated indoors.
Предложенная система управления (она же подтверждает возможность реализации способа) изображена на фиг.3. The proposed control system (it also confirms the possibility of implementing the method) is depicted in figure 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.The control system contains:
The temperature setpoint in the refrigerator (heater) 1, the
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. The master 1, the
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);
Qз заданная в систему управления температура в холодильнике (нагревателе);
ΘB′, ΘH температуры внутри холодильника (нагревателя) и наружной атмосферы, измеряемые соответствующим датчиком;
ΔΘH-3(ΔΘH-B) сигнал на выходе второго сумматора;
ΔΘ
12 wall dividing the room and the refrigerator (heater) into internal and external parts;
s thermoelectric battery control signal;
Ds correction signal;
Q cooling capacity of a thermoelectric battery;
Q * heat discharged through an external radiator (cold);
Q s the temperature set in the control system in the refrigerator (heater);
Θ B ′ , Θ H temperature inside the refrigerator (heater) and the outside atmosphere, measured by the corresponding sensor;
ΔΘ H-3 (ΔΘ HB ) signal at the output of the second adder;
ΔΘ
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. In FIG. 3, the dotted line indicates the relationship for the option of generating a correction signal for the difference between the measured internal and external temperatures. In this case, there is no connection between the second adder and the set temperature.
Система управления работает следующим образом. The control system operates as follows.
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.Using the knob 1, the set temperature (Θ 3 ) is introduced into the system inside the refrigerator. When the temperature of the outside atmosphere exceeds a predetermined temperature, the control system operates in cooling mode, the refrigerator (heater) acts as a refrigerator.
С выхода первого сумматора 2 (при включении системы в работу) на вход усилителя-преобразователя 3 поступает сигнал, равный сумме сигналов Θ3-ΘB+ΔΘ
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 ТТБ 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 (ΘH) сигнал на выходе второго сумматора 10 остается неизменным, а на выходе масштабирующего низкочастотного фильтра увеличивается по экспоненте с постоянной времени ТТБ (см. выше описание способа) от нулевого значения в начальный момент времени до значения, соответствующего разности температур ΔΘ
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-ΘB, 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.At a certain point in time, determined by the parameters of the system, the sum of these signals will become equal to zero, and at the output of the
При изменении температуры наружной атмосферы (ΘH), например, при ее уменьшении, сигнал на выходе второго сумматора 10 (ΔΘH-3) или (ΔΘH-B) пропорционально уменьшается, а на выходе масштабирующего низкочастотного фильтра 11 (ΔΘ
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. In the case of an increase in the temperature of the outside atmosphere, the dynamics of the processes are similar to the case considered. When the refrigerator is operating at a negative temperature in the outside atmosphere, the polarity of the voltage (or current) supplied to the thermoelectric battery changes, and it goes into heating mode, the refrigerator becomes a heater. Otherwise, the dynamics of the process in heating mode in the control system remains the same.
Другие особенности работы предложенной системы управления были отмечены при описании способа. Other features of the proposed control system were noted in the description of the method.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95120938A RU2099652C1 (en) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | Method of control of refrigerators (heaters) with thermoelectric battery and control system realizing it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95120938A RU2099652C1 (en) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | Method of control of refrigerators (heaters) with thermoelectric battery and control system realizing it |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2099652C1 true RU2099652C1 (en) | 1997-12-20 |
RU95120938A RU95120938A (en) | 1997-12-20 |
Family
ID=20174617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95120938A RU2099652C1 (en) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | Method of control of refrigerators (heaters) with thermoelectric battery and control system realizing it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2099652C1 (en) |
-
1995
- 1995-12-14 RU RU95120938A patent/RU2099652C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. SU, авторское свидетельство, 1612187, кл. F 25 B 21/02, 1990. 2. US, патент, 3070964, кл. 62-3, 1961. 3. SU, авторское свидетельство, 531967, кл. F 25 B 21/02, 1976. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4585165A (en) | Means for setting the switching on and off periods of a burner of a hot water heating installation | |
US4674027A (en) | Thermostat means adaptively controlling the amount of overshoot or undershoot of space temperature | |
GB2060216A (en) | Heat pump control system | |
US4671457A (en) | Method and apparatus for controlling room temperature | |
US5247989A (en) | Modulated temperature control for environmental chamber | |
US4703795A (en) | Control system to delay the operation of a refrigeration heat pump apparatus after the operation of a furnace is terminated | |
SU1196627A1 (en) | Stage cooler | |
RU2099652C1 (en) | Method of control of refrigerators (heaters) with thermoelectric battery and control system realizing it | |
JPS5828246Y2 (en) | Ondochiyousetsouchi | |
CN111503935B (en) | Control system and method for semiconductor temperature adjusting device | |
US6047696A (en) | Modulating solar-power regulator | |
JPS6057083B2 (en) | Regulator system | |
JPS592812B2 (en) | temperature control device | |
JPH02183734A (en) | Setting of mean of supply temperature for heating medium and circuit for executing the same | |
US3401880A (en) | Compensated temperature control system | |
JPH0133713B2 (en) | ||
JPH064151A (en) | Temperature controller | |
JPS5833051A (en) | Controlling device of water heater | |
JPH0327831B2 (en) | ||
SU682884A2 (en) | Thermostatic device | |
SU1193393A1 (en) | Thermoelectric refrigerator | |
JPS6319720Y2 (en) | ||
JPS61199106A (en) | Temperature regulator | |
JPS61289266A (en) | Flow amount control of hot-water supplier | |
SU1448341A1 (en) | Device for controlling temperature |