способ уменьшения конденсации влаги на внутренней поверхности покрытия хранилища и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ уменьшения конденсации влаги на внутренней поверхности покрытия хранилища, в котором измеряют температуру воздуха верхней зоны, сравнивают температуру воздуха верхней зоны с выбранным значением, по результату сравнения формируют сигнал на подачу тепла в верхнюю зону, нагревают воздух верхней зоны, а мощность источника тепла регулируют в зависимости от температуры наружного воздуха, отличающийся тем, что дополнительно измеряют относительную влажность воздуха верхней зоны и температуру внутренней поверхности покрытия, определяют температуру точки росы воздуха верхней зоны, определяют по температуре точки росы температуру уставки, при которой необходимо формировать сигнал на подачу тепла, сравнивают температуру уставки с измеренной температурой внутренней поверхности покрытия, по результату сравнения формируют сигнал на подачу тепла для увеличения температуры внутренней поверхности покрытия до установленного значения, подают тепло к внутренней поверхности покрытия, при достижении установленного значения температуры прекращают подогрев внутренней поверхности покрытия.

2. Устройство для уменьшения конденсации влаги на внутренней поверхности покрытия хранилища, содержащее нагреватель внутренней поверхности покрытия, датчик температуры воздуха верхней зоны, управляемый коммутатор, источник энергии, управляемый коммутатор имеет силовые вход, выход и управляющий вход, источник энергии через силовые вход и выход коммутатора подключен к нагревателю, отличающееся тем, что в него дополнительно введены датчик относительной влажности воздуха верхней зоны, датчик температуры внутренней поверхности покрытия, вычислительный блок, задатчик величины запаса по температуре точки росы, вычислительный блок имеет четыре информационных входа и один выход, выходы датчиков относительной влажности воздуха верхней зоны, температуры воздуха верхней зоны, температуры внутренней поверхности покрытия подключены соответственно к первому, второму и третьему информационным входам, к четвертому информационному входу подключен выход задатчика величины запаса по температуре точки росы, выход вычислительного блока подключен к управляющему входу коммутатора, а нагреватель внутренней поверхности покрытия встроен в тело и размещен ближе к обогреваемой поверхности.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области долгосрочного хранения сельскохозяйственной продукции в камерах хранения, реализующих хранение продукции в условиях активной вентиляции, преимущественно при навальном способе складирования продукции.

Известен способ уменьшения конденсации влаги с целью улучшения условий хранения продукции, при котором измеряют температуру воздуха верхней зоны, сравнивают температуру воздуха верхней зоны и массы продукции, по результату сравнения формируют сигнал на подачу тепла в верхнюю зону, нагревают воздух верхней зоны хранилища, а мощность источника тепла регулируют в зависимости от температуры наружного воздуха.

Устройство, реализующее известный способ, описано в [1]. Устройство содержит нагреватель воздуха верхней зоны, расположенный на площади потолка, датчики температуры воздуха верхней зоны, массы и наружного воздуха, усилитель мощности, дифференциальный регулятор температуры. Устройство и способ, описанные в [1], приняты за прототип.

Недостатком способа и устройства является его малая эффективность уменьшения конденсации влаги на внутренней поверхности покрытия (потолка) и повышенный расход энергии для уменьшения конденсации влаги. Малая эффективность такого способа и устройства обусловлены тем, что периоды нагрева внутренней поверхности с целью уменьшения вероятности конденсации на нем влаги и периоды подачи тепла в верхнюю зону с целью сохранения нужной разности температур массы и воздуха верхней зоны могут не совпадать во времени. Для предотвращения выпадения конденсата из воздуха верхней зоны на поверхность продукции следует поддерживать определенную разность температур между температурой воздуха верхней зоны и температурой массы. С этой целью тепло подается нагревателем, когда результат сравнения этих температур показывает, что это необходимо делать. При этом греется и потолок, хотя в этом может не быть необходимости, т. е. затраты тепла на нагрев потолка будут излишними. В случае, когда условия разности температур воздуха верхней зоны и массы соблюдены, тепло в верхнюю зону не подается, потолок остывает под действием холодного наружного воздуха. Если похолодание интенсивное, то внутренняя поверхность потолка, в зависимости от величины термосопротивления покрытия, через некоторое время может остыть до температуры точки росы для внутреннего влажного воздуха верхней зоны и выпадение конденсата на поверхности потолка, а затем и на поверхность продукции, окажется неизбежным. При этом тепло в верхнюю зону нагревателем не подается, т. к. по условию его подачи нагреватель отключен. Таким образом, в первом случае затраты тепла на обогрев потолка оказываются излишними, а во втором случае нужное тепло не подается и выпадение конденсата не предотвращается.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности уменьшения конденсации влаги на внутренней поверхности покрытия и уменьшение энергозатрат для предотвращения конденсации.

Указанный в задаче результат достигается тем, что в предлагаемом способе уменьшения конденсации влаги дополнительно измеряют относительную влажность воздуха верхней зоны и температуру внутренней поверхности покрытия, определяют температуру точки росы воздуха верхней зоны, определяют по температуре точки росы температуру уставки, при которой необходимо формировать сигнал на подачу тепла, сравнивают температуру уставки с измеренной температурой внутренней поверхности покрытия и по результату сравнения формируют сигнал на подачу тепла для увеличения температуры внутренней поверхности покрытия до установленного значения, подают тепло к внутренней поверхности покрытия, при достижении установленного значения температуры прекращают подогрев внутренней поверхности покрытия.

Устройство для уменьшения конденсации влаги согласно изобретению содержит нагреватель внутренней поверхности покрытия, датчик температуры воздуха верхней зоны, управляемый коммутатор, источник энергии, управляемый коммутатор имеет силовые вход, выход и управляющий вход, источник энергии через силовые вход и выход коммутатора подключен к нагревателю, отличающееся тем, что в него дополнительно введены датчик относительной влажности воздуха верхней зоны, датчик температуры внутренней поверхности покрытия, вычислительный блок, задатчик величины запаса по температуре точки росы, вычислительный блок имеет четыре информационных входа и один выход, выходы датчиков относительной влажности воздуха верхней зоны, температуры воздуха верхней зоны, температуры внутренней поверхности покрытия подключены соответственно к первому, второму и третьему информационным входам, к четвертому информационному входу подключен выход задатчика величины запаса по температуре точки росы, выход вычислительного блока подключен к управляющему входу коммутатора, а нагреватель внутренней поверхности покрытия встроен в тело покрытия и размещен ближе к обогреваемой поверхности.

Заявляемый способ уменьшения конденсации влаги отличается от известного, принятого за прототип, тем, что дополнительно измеряют относительную влажность воздуха верхней зоны и температуру внутренней поверхности покрытия, рассчитывают значение температуры точки росы, задают значение величины запаса по температуре точки росы, рассчитывают значение температуры уставки, при которой возникает необходимость поднятия температуры внутренней поверхности покрытия при ее снижении, рассчитывают заданное значение температуры внутренней поверхности покрытия, сравнивают измеренное значение температуры внутренней поверхности с рассчитанными значениями температур и формируют сигнал на подачу тепла к внутренней поверхности покрытия. При таком способе тепла будет подано к поверхности внутреннего покрытия столько, сколько нужно именно для предотвращения выпадения конденсата, и в те моменты, когда это необходимо. Таким образом обеспечивается повышение эффективности уменьшения конденсации влаги на внутренней поверхности покрытия и уменьшаются затраты энергии (тепла) на предотвращение конденсации.

Устройство для реализации способа отличается от известного, принятого за прототип, тем, что содержит дополнительно датчик относительной влажности воздуха верхней зоны, датчик температуры внутренней поверхности покрытия, вычислительный блок и задатчик величины запаса по температуре точки росы, причем выходы датчиков и задатчика подключены к информационным входам вычислительного блока, а выход вычислительного блока подключен к управляющему входу коммутатора. Устройство позволяет точно определить периоды, когда необходим подогрев внутренней поверхности покрытия, уменьшает излишние потери энергии на обогрев этой поверхности, обеспечивает автоматическую корректировку продолжительности подачи тепла в зависимости от изменяющихся значений температуры и влажности воздуха верхней зоны, наружной температуры и термосопротивления покрытия.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию изобретения "новизна".

Из патентной и научно-технической литературы не известны вышеуказанные отличительные признаки способа и устройства в их совокупности. Таким образом, заявляемые способ и устройство удовлетворяют критерию изобретения "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления могут быть использованы в системах регулирования параметров микроклимата хранилищ сельскохозяйственной продукции, в складских помещениях, где требуется защита от конденсации влаги при изменяющихся погодных условиях. Макетирование устройства показало, что предлагаемый способ и устройство обеспечивают эффективную защиту от выпадения конденсата при условиях, близких к реальным условиям хранения сочной сельскохозяйственной продукции. Таким образом, предлагаемые способ и устройство удовлетворяют критерию изобретения "промышленная применимость".

Способ и устройство поясняются чертежами, где на фиг.1 показаны упрощенные временные диаграммы изменения температур, а на фиг.2 представлена структурная схема устройства. На фиг.1 обозначено: T, t - обозначения соответственно осей температуры и времени; Т_вз - измеренная температура воздуха верхней зоны; Т_пз - температура внутренней поверхности покрытия заданная; Т_п - температура внутренней поверхности покрытия измеренная; Т_у - расчетная температура уставки по точке росы; Т_р - расчетная температура точки росы для воздуха верхней зоны; Т_з - величина запаса по температуре точки росы; "С" - сигнал на подачу тепла для обогрева внутренней поверхности покрытия.

На диаграммах показано, что сигнал "С" на подачу тепла для поднятия температуры внутренней поверхности покрытия Т_п при ее снижении появляется в момент достижения температурой Т_п значения уставки Т_у (точка а на диаграмме фиг.1). Значение Т_у определяется расчетным значением температуры точки росы Т_р, увеличенным на выбранную величину запаса Т_з, т.е.

Величина запаса Т_з определяется инструментальной погрешностью измерения температур и должна быть задана при реализации способа в конкретных условиях. Ориентировочное значение Т _з, например, в условиях хранения картофеля составляет около 0,3°С. Температура точки росы Т_р - определяется по измеренным значениям относительной влажности воздуха верхней зоны и температуры Т_вз по известным формулам, одна из которых приведена, например, в [2]:

где F - относительная влажность воздуха верхней зоны, о.е.

Подача тепла прекращается, когда температура Т_п достигнет заданного значения Т_пз (точка б, фиг.1), при этом исчезает сигнал "С", и подача тепла прекращается. Значение Т_пз рассчитывается по измеренной температуре Т_вз, ориентируясь на промежуточное значение между Т_вз и Т_у:

По мере остывания внутренней поверхности покрытия процесс повторяется (точки в, г, фиг.1). Продолжительность циклов нагрева-охлаждения будет зависеть от соотношений скоростей охлаждения наружной поверхности покрытия, его термосопротивления, скорости нагрева, но сигнал на подачу тепла будет существовать только в те периоды времени, когда это необходимо для изменения температуры Т_п, тем самым минимизируются потери энергии, затрачиваемой на процесс уменьшения конденсации.

На фиг.2 обозначены: 1 - верхняя воздушная зона камеры хранения; 2 - покрытие камеры хранения, имеющее встроенный нагреватель 3 (например, изолированный провод высокого сопротивления, по которому можно пропускать электрический ток); 4 - датчик температуры воздуха верхней зоны; 5 - датчик относительной влажности воздуха верхней зоны; 6 - датчик температуры внутренней поверхности покрытия; 7 - вычислительный блок, реализующий выражения (1), (2), (3); 8 - задатчик значения величины запаса по температуре очки росы Т_з; 9 - управляемый коммутатор, имеющий вход управления 10, силовые вход 11 и выход 12, источник энергии 13 (например, электрический генератор).

Устройство работает следующим образом. Информация от датчиков непрерывно поступает на входы вычислительного блока 7, на один из входов должно быть подано значение Т_з от задатчика 8. Вычислительный блок на своем выходе формирует сигнал, который через вход управления 10 дает команду коммутатору 9 замкнуть силовую цепь 11-12, через которую источник энергии 13 подает электрический ток в нагреватель 3. Такая команда формируется вычислительным устройством, если Т_п=Т_у, т.е. измеренная датчиком 6 температура внутренней поверхности покрытия сравняется в процессе охлаждения с рассчитанным значением Т_у. Если в процессе нагрева достигнуто условие Т_п=Т_пз, дается команда на отключение силовой цепи 11-12 и подача энергии на нагрев поверхности прекращается. Таким образом устройство отслеживает изменение контролируемых температур и минимизирует потери энергии на предотвращение выпадения конденсата на внутренней поверхности покрытия.

Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в повышении эффективности уменьшения конденсации влаги на внутренней поверхности покрытия и уменьшении энергозатрат для предотвращения конденсации.