ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2002 года по МПК H05B1/02 G05D23/19 

Изобретение касается электрических нагревательных систем. Удлиненные электрические нагреватели часто используются для нагрева теплоизолированных систем труб и/или контейнеров (резервуаров), содержащих жидкости. Большинство таких систем относится к одной из двух различных категорий. В первой категории жидкостью является вода, и назначением системы является защита воды от замерзания. В типичных системах защиты от замерзания этой категории один или несколько нагревателей управляются одним термореле, которое воспринимает температуру окружающего воздуха и включает нагреватель (нагреватели), когда температура окружающего воздуха становится меньше нижнего предела температуры, например 4.5^oС (40^oF), или выключает нагреватель (нагреватели), когда температура окружающего воздуха становится больше верхнего предела температуры, например, 6^oС (43^oF). Одним из недостатков таких систем является то, что нагреватель включен непрерывно, даже когда это не требуется (за исключением случая, когда температура окружающего воздуха равна минимальному значению, при котором нагреватель может предотвратить замерзание воды). Еще одним недостатком является потеря контроля при отказе термореле, что может быть обнаружено не сразу. И еще одним недостатком является высокая стоимость термореле, особенно при больших значениях тока, потребляемого нагревателем (нагревателями) либо в установившемся режиме, либо при первом включении нагревателя. Во второй категории систем жидкость не является водой (например, это органическая жидкость или раствор, взвесь, суспензия или дисперсия в воде или в органической жидкости), и целью системы является поддержание данной жидкости при относительно высокой температуре, например 7^oС (45^oF) или выше, по мере прохождения жидкости через систему от одного резервуара или пункта обработки к другому. Подобные системы используются, например, в установках нефтеочистки или пищевой обработки. В типичной системе поддержания температуры подобного типа имеется несколько различных участков, и каждый участок подогревается своим нагревателем. Каждый нагреватель управляется термореле с линейной характеристикой, которое воспринимает температуру в выбранной точке на одной из труб, подогреваемых этим нагревателем. После подогрева данного участка до рабочей температуры нагреватель попеременно включается и выключается в течение последовательных чередующихся периодов нагрева и охлаждения, и длительностью этих периодов управляет термореле с линейной характеристикой. Термореле с линейной характеристикой включает нагреватель, когда воспринимаемая температура падает до нижнего предела, и отключает нагреватель, когда воспринимаемая температура достигает верхнего предела. Системы поддержания температуры требуют очень тщательной проработки, особенно в тех случаях, когда имеется возможность изменять режим течения (распределения) жидкости, создавая тем самым различные тепловые требования. Систему следует разбивать на участки, которые можно соответствующим образом нагревать одним нагревателем, и на каждом участке в наиболее "уязвимой" части должно быть помещено термореле с линейной характеристикой (т.е. в той части, где наиболее вероятно падение температуры ниже поддерживаемого значения при любом возможном режиме течения). Наиболее уязвимой частью обычно является самая узкая труба в системе и/или труба, в которой может вообще отсутствовать движение жидкости. Многие системы поддержания температуры содержат больше 5 участков, каждый из которых имеет свой нагреватель, и, несомненно, существует мало систем, содержащих более 20 участков. На некоторых участках нагреватель может быть довольно коротким, например менее 6 метров (20 футов), а средняя длина линии (суммарная длина нагревателей, деленная на количество участков) может составлять 7.5-12 метров (25-40 футов). Эти системы имеют ряд недостатков, например большие затраты, связанные с необходимостью размещения термореле в наиболее уязвимых местах соответствующих участков и размещения проводки для термореле, потеря контроля в случае отказа термореле (что может быть обнаружено не сразу), сложность замены отказавшего термореле, особенно в случае затрудненного доступа к наиболее уязвимой части данного участка, необходимость перемещений, по крайней мере, некоторых термореле при изменениях в системе или когда введен новый режим течения жидкости.

Согласно настоящему изобретению разработан улучшенный способ управления электрическим нагревателем с целью поддержания теплоизолированного носителя не ниже заданного значения температуры. При этом улучшенном способе температура окружающего воздуха измеряется через определенные промежутки времени и затем используется для расчета длительности последовательных периодов времени, в течение которых нагреватель остается включенным (периоды нагрева) или отключенным (периоды охлаждения), чтобы температура всех частей системы, подогреваемых этим нагревателем, оставалась не ниже заданной поддерживаемой температуры. Предпочтительно температура окружающего воздуха является единственным переменным параметром, который используется для определения длительностей периодов нагрева и охлаждения.

В настоящем изобретении используется тот факт, что зная температуру окружающего воздуха и характеристики нагревателя, носителя и тепловой изоляции, предохраняющей нагреватель и носитель, и предполагая, что температура окружающего воздуха не изменяется, возможно прогнозировать влияние известного количества тепла на носитель через известные повторяющиеся периоды времени (время цикла). Например, если носитель находится при нижней предельной температуре T_L и должен поддерживаться при значениях температуры между T_L и верхней предельной температурой Т_U, мы можем определить длительность периода, в течение которого нагреватель должен быть включен для нагрева носителя до температуры Т_U, и длительность периода, в течение которого нагреватель должен быть отключен для охлаждения носителя до температуры T_L. Аналогичным образом, если носитель имеет температуру T_L, мы можем определить, как разбить фиксированный период времени (например, 10 минут) на периоды нагрева и охлаждения, чтобы носитель вернулся к температуре T_L в конце этого фиксированного периода.

Согласно настоящему изобретению определено, что, так как температура окружающего воздуха изменяется относительно медленно (и тепловая изоляция еще более замедляет влияние этих изменений), а температура нагреваемого носителя может варьироваться (при условии, что эта температура не опускается ниже заданного минимума), то имеется возможность смягчить или подавить описанные выше недостатки за счет (А) определения наиболее уязвимой части системы (т.е. той части, где наиболее вероятно падение температуры ниже выбранного минимального значения), (В) расчета для температуры окружающего воздуха в определенный момент времени (в предположении, что температура окружающего воздуха не изменяется) длительностей периодов нагрева и охлаждения, при которых температура наиболее уязвимой части будет поддерживаться выше определенного нижнего предельного значения, и (С) включения нагревателя на период нагрева и отключения на период охлаждения. Этот цикл повторяется с использованием значений температуры окружающего воздуха в последовательные дискретные моменты времени для определения длительностей периодов нагрева и охлаждения. Длительности периодов нагрева и охлаждения предпочтительно определяются исходя из (1) нижней предельной температуры, которая несколько выше желательной поддерживаемой температуры (с учетом возможности снижения температуры окружающего воздуха в течение периода нагрева и/или охлаждения), и (2) (а) верхней предельной температуры, которая равна желательной максимальной температуре, которая должна быть достигнута в наиболее уязвимой части (в предположении, что температура окружающего воздуха остается постоянной) и/или (b) желательной длительности цикла (т.е. суммы длительностей периодов нагрева и охлаждения). Части системы, отличные от наиболее уязвимой части, будут всегда находится при температурах, превышающих температуру наиболее уязвимой части. Определение длительностей периодов нагрева и охлаждения предпочтительно выполняется микропроцессором, который (а) подсоединен к датчику температуры окружающего воздуха, (b) запрограммирован для определения длительностей периодов, исходя из входных значений датчика и хранящейся информации о наиболее уязвимой части системы, и (с) передает сигналы на контактор или другое переключающее устройство, которое управляет передачей электроэнергии на нагреватель.

Описанный выше способ можно модифицировать различными способами, включая следующие.

(a) Систему можно разбить на ряд зон, которые имеют различные требования к подогреву и каждая из которых нагревается одним или несколькими различными нагревателями, а длительности периодов нагрева и охлаждения определяются отдельно для каждой зоны. Определение параметров для каждой зоны можно выполнить, исходя из температуры окружающего воздуха, которая измеряется в каком-либо одном месте; либо расчет для различных зон можно выполнить, исходя из температур окружающего воздуха, измеряемых в различных точках; либо это можно сделать, исходя из наиболее низкой температуры окружающего воздуха, которая измеряется в двух или более различных точках.

(b) Определение длительностей периодов нагрева и охлаждения следует связать с тепловыми характеристиками наиболее уязвимой части системы. Эти характеристики можно определить эмпирически или теоретически для точно идентифицированной наиболее уязвимой части. Однако в некоторых случаях возможно более простое определение длительностей на базе эталонных носителя, нагревателя и изоляции, которые сходны (но не обязательно совпадают) с наиболее уязвимой частью или любой частью реальных носителя, нагревателя и изоляции.

(c) В наиболее простых случаях температура окружающего воздуха измеряется в определенный момент каждого цикла нагрева и охлаждения (например, в конце каждого периода охлаждения) и используется как единственный переменный параметр для определения длительностей непосредственно следующих периодов нагрева и охлаждения. Однако для определения длительностей периодов нагрева и охлаждения могут использоваться и более сложные способы. Например, длительности могут быть функцией двух или более температур окружающего воздуха (например, для учета относительно быстрых изменений температуры окружающего воздуха) и/или функцией одной или нескольких температур окружающего воздуха, которые измеряются через интервалы, определяемые непосредственно этими температурами. Для расчета длительностей периодов нагрева и охлаждения могут применяться и другие способы, при условии, что одна или несколько температур окружающего воздуха используются для определения количества тепла, передаваемого на носитель за определенный заданный период в будущем.

Данное изобретение имеет много преимуществ по сравнению с существующими системами, в частности, за счет исключения всех или большинства термореле, используемых в настоящее время. Это изобретение, в частности, полезно для управления нагревателями в системах поддержания температуры, особенно в системах, содержащих две или более зон, в совокупности образующих сложную систему труб, причем каждая зона подогревается одним или несколькими нагревателями, а нагреватель (нагреватели) в каждой зоне раздельно управляются одним микропроцессором, который вычисляет (отдельно для каждой зоны) длительности периодов нагрева и охлаждения соответствующих нагревателей. Исключение или, по крайней мере, сокращение количества традиционно используемых термореле с линейной характеристикой и соответствующей электропроводки дает экономию затрат, которая существенно перевешивает дополнительные расходы на датчик температуры окружающего воздуха, микропроцессор и набор контакторов, каждый из которых подсоединен к выходу микропроцессора для одного нагревателя или одной группы нагревателей с одинаковыми требованиями к нагреву и охлаждению. Кроме того, сокращение количества элементов повышает эксплуатационную надежность системы. Еще одним преимуществом является то, что, перепрограммируя микропроцессор, можно легко изменять способ подачи тепла нагревателями, чтобы учесть модификации системы и/или режим прохождения жидкости через эту систему. Типичная система поддержания температуры, применение для которой данное изобретение может дать наибольшие преимущества, содержит не менее 5 нагревателей, предпочтительно не менее 10 нагревателей, каждый из который имеет длину не менее 4.5 метра (15 футов), предпочтительно не менее 7.6 метра (25 футов), и хотя бы некоторые нагреватели имеют длину от 15.25 до 45.7 метра (от 50 до 150 футов).

Настоящее изобретение можно также использовать для управления одним нагревателем в системе защиты от замерзания. Однако дополнительные расходы на датчик температуры окружающего воздуха, микропроцессор и контактор (или другой механизм включения) могут оказаться выше, чем снижение эксплуатационных затрат в новой системе, за исключением тех случаев, когда высокие значения тока требуют использования больших и дорогостоящих термореле в традиционных системах.

В первом предпочтительном варианте настоящего изобретения предлагается способ подогрева носителя (основы) с помощью нескольких различных электрических нагревателей, причем носитель окружен тепловой изоляцией, а нагреватели помещаются между носителем и тепловой изоляцией, а носитель имеет, по крайней мере, две различные зоны и каждая зона нагревается одним или несколькими нагревателями, которые подогревают только эту зону; каждый из этих нагревателей включен и выключен в течение последовательных и чередующихся периодов нагрева и охлаждения, длительности которых (а) обеспечивают, что все части носителя поддерживаются не ниже уровня выбранной минимальной температуры, и (b) последовательно рассчитываются в последовательные дискретные моменты времени, причем расчет этих длительностей выполняется единственным микропроцессором независимо для каждой зоны как функция температуры окружающего воздуха вблизи носителя на момент расчета или в один или несколько более ранних дискретных моментов времени.

Во втором предпочтительном варианте настоящего изобретения предлагается способ подогрева системы транспортировки жидкости, состоящей из набора труб, окруженных тепловой изоляцией, причем данная система состоит из нескольких зон, имеющих различные тепловые требования, а каждая зона содержит, по крайней мере, один удлиненный электрический нагреватель, который (i) помещается между трубами этой зоны и окружающей их тепловой изоляцией и (ii) включен и выключен в течение последовательных периодов нагрева и охлаждения, поддерживая тем самым температуру всех труб этой зоны выше минимальной температуры; данный способ включает отдельно для каждой из зон:
(1) расчет длительности нагрева для каждого последовательного периода нагрева как функции температуры окружающего воздуха в один или несколько отдельных моментов времени перед концом периода нагрева,
(2) расчет длительности охлаждения для каждого последовательного периода охлаждения как функции температуры окружающего воздуха в один или несколько отдельных моментов времени перед концом периода охлаждения,
(3) включение нагревателя на последовательные периоды нагрева, длительность которых определяется на шаге (2), и
(4) отключение нагревателя на последовательные периоды охлаждения, длительность которых определяется на шаге (3).

В третьем предпочтительном варианте настоящего изобретения предлагается способ поддержания носителя выше минимальной температуры с помощью электрического нагревателя, который включен и выключен в течение последовательных и чередующихся периодов нагрева и охлаждения, причем носитель теплоизолирован тепловой изоляцией, а нагреватель помещается между носителем и тепловой изоляцией; данный способ включает:
(1) расчет длительности нагрева для каждого последовательного периода нагрева как функции температуры окружающего воздуха вблизи носителя в один или несколько отдельных моментов времени перед концом периода нагрева,
(2) расчет длительности охлаждения для каждого последовательного периода охлаждения как функции температуры окружающего воздуха вблизи носителя в один или несколько отдельных моментов времени перед концом периода охлаждения,
(3) включение нагревателя на последовательные периоды нагрева, длительность которых определяется на шаге (2), и
(4) отключение нагревателя на последовательные периоды охлаждения, длительность которых определяется на шаге (3);
сумма длительностей каждого периода нагрева и непосредственно следующего за ним периода охлаждения составляет от 2 до 60 минут.

В четвертом предпочтительном варианте настоящего изобретения предлагается контроллер, который можно использовать для управления электрическим нагревателем, включенным и выключенным в течение последовательных и чередующихся периодов нагрева и охлаждения, и который содержит:
(а) датчик для измерения температуры окружающего воздуха,
(b) переключательное устройство для подключения или отключения электрического нагревателя от источника электропитания, и
(c) регулятор, который
(i) оперативно подсоединяется к датчику и переключательному устройству,
(ii) может управлять переключательным устройством, чтобы нагреватель был подключен к источнику питания в течение периодов нагрева и был отключен от источника питания в течение периодов охлаждения, и
(iii) содержит вычислительное устройство, которое может рассчитывать длительности периодов нагрева и охлаждения как функцию температуры окружающего воздуха, которая измеряется датчиком в один или несколько предшествующих дискретных моментов времени, причем эти предшествующие моменты разделены периодами времени не менее 1 минуты. В пятом предпочтительном варианте настоящего изобретения предлагается регулятор, который можно использовать для управления несколькими электрическими нагревателями, подогревающими отдельные зоны теплоизолированного носителя, причем этот регулятор содержит:
(1) по крайней мере, один входной порт для приема информации от датчика, измеряющего температуру окружающего воздуха,
(2) несколько выходных портов, каждый из которых может передавать сигналы на соответствующее переключательное устройство для включения или отключения от источника электропитания каждого электрического нагревателя в соответствующих зонах, и
(3) микропроцессор, который (а) может принимать информацию о температуре окружающего воздуха из входного порта, (b) имеет память, в которой для каждой зоны записываются тепловые характеристики, соответствующие (i) той части зоны, которая охлаждается наиболее быстро, (ii) тепловой изоляции, окружающей указанную часть, и (iii) электрического нагревателя, подогревающего указанную часть, (с) программируется, чтобы рассчитывать - отдельно для каждой зоны в дискретные последовательные моменты времени - длительности последовательных чередующихся периодов нагрева и охлаждения, необходимые (при значении температуры окружающего воздуха, полученном из входного порта) для подогрева указанной части зоны от нижнего предела температуры T_L до более высокой температуры и последующего охлаждения снова до температуры T_L в конце периода охлаждения, и (d) может передавать сигналы на выходной порт, связанный с соответствующей зоной, для включения и отключения вышеупомянутого нагревателя на последовательные и чередующиеся периоды нагрева и охлаждения.

Настоящее изобретение можно использовать с любым носителем и любым нагревателем. Однако оно имеет особую ценность, если носитель имеет неоднородные тепловые характеристики, т. е. тепловые потери в носителе и/или количество тепла, передаваемого на носитель, изменяются от одного места к другому. К особенно важным носителям этого типа относятся системы труб, содержащие трубы двух или более различных диаметров. Для таких неоднородных носителей необходима реальная или теоретическая идентификация наиболее уязвимой части носителя, т.е. той части, которая охлаждается наиболее быстро, а также определение длительностей нагрева и охлаждения, при которых температура наиболее уязвимой части не опустится ниже указанного минимума. В системе, содержащей трубы различного диаметра, наиболее уязвимой частью обычно является одна из труб наименьшего диаметра, где мало или совсем отсутствует течение жидкости. Если носитель может использоваться различным образом, т.е. для различных режимов течения жидкости в системе труб, то наиболее уязвимая часть носителя может часто зависеть от способа использования носителя. В этом случае длительности периодов нагрева и охлаждения должны определяться на базе наиболее уязвимой части носителя при любом возможном использовании, либо система управления должна идентифицировать конкретно используемый способ и затем определять длительности периодов нагрева и охлаждения для наиболее уязвимой части при этом конкретном способе.

Расчет длительностей нагрева и охлаждения удобно выполнять, определяя тепловые характеристики наиболее уязвимой части носителя и связанных с ней нагревателя и изоляции и вычисляя длительности периодов нагрева и охлаждения, которые позволят (при измеренной температуре окружающего воздуха) поддерживать температуру данной части носителя между нижним пределом температуры T_L и верхним пределом температуры Т_U. (По причинам, которые будут указаны ниже, T_L будет несколько выше, например, на 1.5-8.3^oС (3-15^oF), чем допустимый минимум для носителя.) Таким образом, при допущении, что температура окружающего воздуха не изменяется, наиболее уязвимая часть носителя будет нагреваться от температуры T_L до Т_U за период нагрева и охлаждаться от Т_U до T_L за период охлаждения. Тот же результат можно получить, определив эталонную систему, состоящую из эталонных носителя, нагревателя и изоляции, причем каждый из этих компонентов связан известным образом с наиболее уязвимой частью реального носителя и соответствующих нагревателя и изоляции, и рассчитав длительности нагрева и охлаждения для этой эталонной системы при различных значениях Т_U и T_L, соответствующих этой связи. Например, если система труб содержит трубы различного диаметра, одни и те же длительности периодов нагрева и охлаждения можно рассчитать как длительности, необходимые для поддержания температуры труб диаметром 1.25 см (0.5 дюйма) между 64 и 66.7^oС (148 и 152^oF), или как длительности, необходимые для поддержания температуры труб большего диаметра между 70.5 и 71.5^oС(159 и 161^oF).

В предпочтительном варианте реализации изобретения длительность каждого периода нагрева и длительность непосредственно предшествующего ему или непосредственно следующего за ним периода охлаждения являются функциями температуры окружающего воздуха, измеренной в определенный момент времени, причем длительность каждого периода нагрева в часах определяется следующим выражением:
(I) -RC In [1-(T_U-Т_L/(Т_A+RQ-T_L],
а длительность каждого периода охлаждения в часах определяется следующим выражением:
(II) -RC In [1-(T_U-Т_L/(Т_U-Т_A)],
где R - эффективное тепловое сопротивление эталонной тепловой изоляции, выраженное в единицах час.^oF/BTU (BTU - британская тепловая единица [БТЕ] - 0.252 кг/ккал),
С - теплоемкость эталонного носителя, выраженная в единицах BTU/^oF,
Т_U - верхний предел температуры, выраженный в ^oF,
T_L - нижний предел температуры, выраженный в ^oF,
T_A - температура окружающего воздуха в определенный момент времени, выраженная в ^oF; Т_A меньше Т_U,
Q - мощность эталонного нагревателя, выраженная в единицах BTU/час; RQ больше T_L-T_A.

Предпочтительно длительность нагрева должна быть равна выражению (I), а длительность охлаждения - выражению (II), когда сумма этих выражений меньше фиксированного периода, который составляет от 0.5 до 1.3 часа; предпочтительно длительность нагрева равна выражению (I), умноженному на р, а длительность охлаждения - выражению (II), умноженному на р, когда сумма этих выражений не меньше указанного фиксированного периода, а р- коэффициент, (р меньше 1), определяемый из условия, что сумма длительности нагрева и длительности охлаждения равна указанному фиксированному периоду.

Длительность охлаждения можно эквивалентно определить в виде следующего выражения:
RC ln[(Т_MАINT-T_A+DB)/(T_MAINT-T_A-DB)],
а длительность охлаждения можно эквивалентно выразить как функцию следующего выражения:
RC ln[(T_A-T_MIN.AMB+DB)/(T_A-T_MIN.AMB-DB)],
где T_MAINT=T_U+(T_U-T_L)/2
и может рассматриваться как средняя температура, выраженная в ^oF, при которой предпочтительно поддерживается эталонный носитель,
T_A - температура окружающего воздуха в определенный дискретный момент времени, выраженная в ^oF,
DB= (T_U-T_L)/2, в ^oF; это значение можно рассматривать как "зону нечувствительности" или как величину, на которую предпочтительно изменяется температура эталонного носителя выше или ниже T_MAINT, и
T_MIN.AMB - минимальная температура окружающего воздуха, выраженная в ^oF, при которой нагреватель, работая непрерывно, может поддерживать эталонный носитель при температуре T_MAINT.

В качестве примера в конце описания приводится таблица, где для различных температур окружающего воздуха приводятся длительности нагрева и охлаждения и время цикла (сумма длительностей нагрева и охлаждения) в минутах, рассчитанные согласно приведенным выше формулам для трубы, имеющей внешний диаметр 1.25 см (0.5 дюйма), вокруг которой имеется изоляция из минерального волокна (кремнийорганическая изоляция) толщиной 6.4 см (2.5 дюйма) и которая подогревается нагревателем, имеющим тепловую мощность 6.7 Вт (22.76 BTU/час), при T_L= 64.4^oС (148^oF) и Т_U=66.6^oС (152^oF). Отметим, что время цикла в зависимости от температуры окружающего воздуха имеет большую длительность при низких температурах окружающего воздуха, уменьшается до небольших величин по мере повышения температуры окружающего воздуха и затем снова начинает возрастать.

В первом варианте реализации изобретения нагреватель включен и отключен в течение периодов нагрева и охлаждения, длительности которых рассчитаны таким образом, чтобы поддерживать температуру наиболее уязвимой части между значениями T_L и Т_U. Во втором варианте реализации изобретения длительность периода, в течение которого включен нагреватель, равна указанной выше длительности, умноженной на заданный коэффициент, и длительность периода охлаждения умножается на тот же коэффициент. Например, если температура окружающего воздуха измеряется в фиксированные моменты времени, разделенные фиксированным периодом, то отношение длительности нагрева к длительности охлаждения (соответствующие длительности рассчитаны для поддержания температуры носителя между T_L и Т_U) используется для того, чтобы разбить этот фиксированный период между нагревом и охлаждением. Фиксированный период предпочтительно меньше, чем минимальное время цикла, когда температура наиболее уязвимой части должна поддерживаться между значениями T_L и Т_U, например, от 2 до 9 минут. В третьем предпочтительном варианте реализации изобретения длительности нагрева и охлаждения определяются в соответствии с первым вариантом реализации изобретения, если рассчитанное время цикла (т.е. сумма длительностей нагрева и охлаждения) меньше заранее определенного периода, например, 1 час (в диапазоне 0.5-1.25 часа), и в соответствии со вторым вариантом реализации, если одновременно рассчитанное время цикла больше или равно заранее определенному периоду. При расчете длительностей нагрева и охлаждения не учитывается реальная температура носителя или изменения температуры окружающего воздуха после момента измерения этой температуры датчиком (или последнего из этих моментов), т.е. температуры, которая используется для расчета этих длительностей. Тем самым точное влияние нагрева и охлаждения на носитель в течение определенных последовательных периодов нагрева и охлаждения зависит от температуры носителя в начале периода нагрева и любых изменений в температуре окружающего воздуха во время этих периодов нагрева и охлаждения. Поскольку носитель теряет меньшее количество тепла при более низких температурах носителя, чем при более высоких температурах, температура носителя будет приближаться к нижнему пределу температуры T_L в конце периода охлаждения. В традиционных системах подогрева труб чем меньше диаметр трубы, тем быстрее ее температура стремится к T_L. Однако даже для узкой трубы время, необходимое для достижения поддерживаемой температуры, начиная с холодного состояния, существенно больше времени, которое требуется, когда нагреватель работает в непрерывном режиме. Поэтому хотя данное изобретение можно использовать для нагрева холодного носителя до заданной поддерживаемой температуры, оно используется предпочтительно с нагревателем, работающим в непрерывном режиме, т.е. прежде чем использовать это изобретение, нагреватель должен быть первоначально включен на какое-то фиксированное время, чтобы температура носителя поднялась до более высокого значения, предпочтительно до заданной поддерживаемой температуры. Если температура окружающего воздуха снижается во время периода нагрева и/или охлаждения, эталонный носитель теряет больше тепла, чем предполагалось при расчете длительности этого периода, и, тем самым, температура носителя в конце периода охлаждения может оказаться меньше T_L. Поэтому когда длительности периодов определяются для наиболее уязвимой части носителя, значение T_L должно быть несколько выше, чем минимальная температура, допустимая для носителя, на величину "запаса надежности", которая зависит от требований системы, но может составлять, например, от 1.5 до 8.3^oС (от 3 до 15^oF). Аналогичным образом, если длительности нагрева и охлаждения определяются для эталонной системы, которая известным образом связана с наиболее уязвимой частью системы, значение T_L должно быть задано несколько выше, чем температура, соответствующая минимально допустимой температуре наиболее уязвимой части носителя.

Если длительность нагрева равна времени, необходимому для подогрева эталонного носителя от температуры T_L до Т_U, и длительность охлаждения равна времени, необходимому для охлаждения эталонного носителя от температуры Т_U до T_L, то чем больше разность между Т_U и T_L, тем больше время цикла (т.е. сумма длительностей нагрева и охлаждения) при любой определенной температуре окружающего воздуха и тем меньше частота включения и отключения нагревателя. Например, типичный эталонный носитель может иметь при температуре окружающего воздуха 4.4^oС (40^oF) время цикла 8 минут, когда T_L равна 36.1^oС (97^oF) и T_U равна 39.4^oС (110^oF). Если наиболее уязвимая часть соответствует эталонному носителю, величина T_U-T_L обычно составляет от 0.6 до 11.1^oС (от 1 до 20^oF), предпочтительно от 0.5 до 5.6^oС (от 1 до 10^oF), чаще всего - от 1.1 до 3.3^oС (от 2 до 6^oF). Соответствующее время цикла зависит от характеристик носителя и температуры окружающего воздуха, но обычно оно составляет от 1 до 60 минут при температуре окружающего воздуха от -23 до 37.8^oС (от -10 до 100^oF) и от 5 до 30 минут при температуре окружающего воздуха от -17.8 до 32.2^oС (от 0 до 90^oF). Если эталонный носитель является частью альтернативной эталонной системы, величина T_U-T_L предпочтительно соответствует в наиболее уязвимой части носителя значениям от 0.6 до 11.1^oС (от 1 до 20^oF), предпочтительно от 0.6 до 5.5^oС (от 1 до 10^oF), чаще всего - от 1.1 до 3.3^oС (от 2 до 6^oF). Если задано фиксированное время цикла (разделенное на период нагрева и период охлаждения), то чем больше время цикла, тем больше разность между T_L и максимальной температурой, достигаемой эталонным носителем. При фиксированном времени цикла оно обычно составляет от 1 до 20 минут, предпочтительно от 2 до 15 минут, чаще всего - от 5 до 9 минут. Если фиксированное время цикла меньше суммы длительностей нагрева и охлаждения (при определенной температуре окружающего воздуха), рассчитанных для наиболее уязвимой части носителя с диапазоном изменения между T_L и Т_U, то наиболее уязвимая часть носителя будет подогрета до температуры, пропорционально меньшей Т_U. И наоборот, если фиксированное время цикла больше суммы этих длительностей нагрева и охлаждения, то наиболее уязвимая часть носителя будет подогрета до температуры, пропорционально большей Т_U. Поскольку сумма этих длительностей нагрева и охлаждения зависит от температуры окружающего воздуха (см. таблицу), максимальная температура, до которой нагревается носитель при фиксированном цикле, изменяется в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Если в способе настоящего изобретения используется значение температуры окружающего воздуха, измеренной в определенный момент во время цикла нагрева и охлаждения (например, в конце каждого периода нагрева или в конце каждого периода охлаждения), то интервал между моментами измерения температуры окружающего воздуха датчиком совпадает со временем цикла. Если для определения длительности нагрева, или длительности охлаждения, или обеих длительностей используется два или больше дискретных моментов для измерения датчиком температуры окружающего воздуха, то интервал между этими дискретными моментами времени обычно составляет не менее 1 минуты, предпочтительно не менее 2 минут, чаще всего - от 5 до 15 минут.

По мере приближения температуры окружающего воздуха к конструктивному минимуму (т. е. к минимальной температуре окружающего воздуха, при которой нагреватель, работая непрерывно и при полной мощности, может поддерживать температуру носителя выше указанного минимума) возрастает соотношение между длительностью нагрева и длительностью охлаждения. Предпочтительно данная система управления устанавливается для непрерывной работы нагревателя, если температура окружающего воздуха снижается до заранее определенного уровня, например, до величины, равной конструктивному минимуму плюс (Т_U-Т_L)/2^oF.

По мере приближения температуры окружающего воздуха к Т_U соотношение между длительностью нагрева и длительностью охлаждения убывает и становится равным нулю при температуре окружающего воздуха, равной Т_U. Более того, если температура окружающего воздуха больше T_L и температура наиболее уязвимой части тоже больше T_L, фактически не требуется никакого подогрева (хотя не будет никакого вреда, если носитель нагреется до температуры Т_U). Поэтому предпочтительно, чтобы управляющая система была установлена на отключение нагревателя, когда температура окружающего воздуха достигает значения (Т_L-xl)^oC, где xl находится в диапазоне от 0 до 2.8^oС [(Т_L-х)^oF, где х находится в диапазоне от 0 до 5^oF], и это меньше "запаса надежности" между Т_L и минимально допустимой температурой для носителя.

Данное изобретение можно использовать с любым электрическим нагревателем, но особенно полезно для удлиненных нагревателей, включая последовательные и параллельные нагреватели постоянной мощности (включая, в частности трубчатые нагреватели с минеральной [кремнийорганической] изоляцией и зонные нагреватели) и саморегулирующиеся нагреватели, включая, в частности, саморегулирующиеся нагреватели, содержащие РТС-элементы (элементы с положительным температурным коэффициентом). РТС-элементы предпочтительно являются резистивными нагревательными элементами, но могут быть управляющими элементами, подсоединенными между параллельными шинами и резистивными нагревательными элементами постоянной мощности. К приемлемым РТС-материалам можно отнести проводящие РТС-полимеры (которые предпочтительно используются) и РТС-керамику. Наиболее подходящие результаты дают саморегулирующиеся нагреватели, поскольку выходная мощность таких нагревателей уменьшается по мере приближения температуры носителя к желательной поддерживаемой температуре. Известны удлиненные саморегулирующиеся нагреватели на базе проводящих РТС-полимеров, которые подходят для подогрева труб и которые продаются, например, фирмой Raychem Corporation под торговым названием QTV или KTV. Хотя выходная мощность саморегулирующегося нагревателя изменяется вместе с температурой, она не изменяется слишком быстро в относительно узком диапазоне температур между Т_L и Т_U. Поэтому периоды нагрева и охлаждения можно обычно определить с достаточной точностью с помощью описанных выше способов, предполагающих постоянную выходную мощность. Однако настоящее изобретение предполагает возможность включения изменений выходной мощности как одного из параметров для расчета длительностей нагрева и охлаждения.

Расчет периодов нагрева и охлаждения предпочтительно выполняется с помощью микропроцессора. Память микропроцессора может содержать справочные (просмотровые) таблицы отдельно рассчитанных периодов нагрева и охлаждения для различных значений температуры окружающего воздуха и для каждого нагревателя или зоны, или это может быть микропроцессор, который каждый раз вычисляет длительности периодов нагрева и охлаждения. Для этих целей можно использовать известные микропроцессоры, например, Zilog Z 80180 или Motorola 68 НС 7 С 05 С 8. Команды соответствующей программы могут храниться в стираемом программируемом постоянном ЗУ (СППЗУ) емкостью 64К или в энергонезависимой RAM-памяти, используемой для хранения данных. Для подключения клавиатуры можно использовать периферийный цифровой ввод-вывод с программируемой КМОП-памятью. Для связи с датчиком температуры можно использовать аналого-цифровой преобразователь.

В конце описания приводится пример псевдопрограммы для микропроцессора.

Температура окружающего воздуха измеряется соответствующим датчиком температуры. Известны датчики, подходящие для этого изобретения, например резистивное температурное устройство фирмы Raychem Corporation под торговым названием RTD 300.

Микропроцессор предпочтительно программируется таким образом, чтобы в случае, когда от датчика температуры окружающего воздуха не поступает никакого сигнала, был выдан предупреждающий сигнал и микропроцессор инициировал резервную программу, которая обеспечивает безаварийную работу системы, например включает все нагреватели, управляемые микропроцессором. Аналогичным образом, система предпочтительно выдает предупреждающий сигнал при отказе источника питания.

Обратимся теперь к чертежу, где дается схематическое описание системы согласно данному изобретению. Трубы 11, 12 и 13 имеют различные диаметры и окружены тепловой изоляцией 15, а трубы 21 и 22 также имеют различные диаметры и окружены тепловой изоляцией 25. Между каждой из труб 11, 12 и 13 и изоляцией 15 находится удлиненный саморегулирующийся нагреватель 1. Тот же нагреватель обернут вокруг каждой из труб, но чем больше диаметр трубы, тем больше частота оборачивания. Аналогичным образом, нагреватель 2 обернут вокруг труб 21 и 22 под изоляцией 25. Нагреватель 1 подсоединен (эти соединения не показаны) к источнику переменного тока 2 и может включаться и отключаться контактором 3. Аналогичным образом, нагреватель 2 подсоединен (эти соединения не показаны) к источнику переменного тока 2 и может включаться и отключаться контактором 4. Датчик температуры 51 окружающего воздуха помещается вблизи теплоизолированных труб в том месте, где он может измерять температуру окружающего воздуха, которая характерна для системы труб в целом. Датчик 51 подсоединен к микропроцессору 52. Микропроцессор 52 запрограммирован для вычисления при заданной температуре окружающего воздуха (которая передается ему датчиком 51) длительности нагрева нагревателя 1, соответствующей повышению температуры самой узкой теплоизолированной трубы 11 от нижнего предела Т_L1 до верхнего предела Т_U1, и длительности охлаждения, соответствующей снижению температуры трубы 11 от Т_U1 до Т_L1. Микропроцессор выполняет этот расчет в конце каждого периода охлаждения и использует его для контроля реле 53, которое управляет контактором 3. Аналогичным образом, микропроцессор 52 запрограммирован для вычисления при заданной температуре окружающего воздуха (которая передается ему датчиком 51) длительности нагрева нагревателя 2, соответствующей повышению температуры более узкой трубы 21 от нижнего предела Т_L2 до верхнего предела Т_U2, и длительности охлаждения, соответствующей снижению температуры трубы 21 от Т_U2 до Т_L2. Микропроцессор выполняет этот расчет в конце каждого периода охлаждения и использует его для контроля реле 54, которое управляет контактором 4.

В модификации способа настоящего изобретения, в котором сумма изменяющихся длительностей нагрева и охлаждения равна фиксированному периоду, нагреватель работает при сниженной мощности непрерывно в течение этого фиксированного периода (или в течение одного или нескольких периодов, длительность которых больше, чем длительность нагрева, определенная для периода нагрева, соответствующего работе нагревателя при полной мощности), причем доля используемой мощности такова, что количество тепла, передаваемого нагревателем на носитель в течение этого фиксированного периода, обеспечивает температуру носителя Т_L в конце фиксированного периода (в предположении, что носитель имеет температуру Т_L в начале фиксированного периода и температура окружающего воздуха не изменяется в течение этого фиксированного периода).

Изобретение относится к нагревательным системам, в частности, с использованием удлиненных электрических нагревателей в системе теплоизолированных труб и контейнеров. Способ подогрева носителя осуществляется с помощью различных электрических нагревателей, в котором носитель имеет несколько зон, каждая из которых подогревается одним или несколькими нагревателями, включенными и выключенными в течение последовательных и чередующихся периодов нагрева и охлаждения. Длительность этих периодов обеспечивают так, чтобы все части носителя поддерживались при температуре не ниже выбранной минимальной температуры, а расчет этих длительностей осуществляет один микропроцессор независимо для каждой зоны. Технический результат - улучшение управления нагревателями и снижение эксплуатационных затрат. 5 с. и 19 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ подогрева носителя с помощью нескольких различных электрических нагревателей, окруженного тепловой изоляцией, а нагреватели размещают между носителем и тепловой изоляцией, причем носитель имеет, по крайней мере, две различные зоны, каждую из которых нагревают одним или несколькими нагревателями, подогревающими только эту зону, отличающийся тем, что каждый из указанных нагревателей включен и выключен в течение последовательных и чередующихся периодов нагрева и охлаждения, с длительностями, обеспечивающими поддержание температуры всех частей носителя не ниже выбранной минимальной температуры и последовательно рассчитываемыми в последовательные дискретные моменты времени, причем определяют указанные длительности посредством одного микропроцессора независимо для каждой зоны как функцию температуры окружающего воздуха вблизи носителя на момент расчета или в один или несколько более ранних моментов времени. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что его выполняют посредством микропроцессора, имеющего память, в которой для каждого участка или каждой группы участков, имеющих сходные тепловые требования, записываются тепловые характеристики, соответствующие наиболее уязвимой наиболее быстро охлаждаемой части участка или группы участков, тепловой изоляции, окружающей вышеупомянутую часть, и нагревателя, находящегося рядом с вышеупомянутой частью, а длительности каждого периода нагрева и непосредственно следующего за ним периода охлаждения определяют одновременно как функции для временных периодов, необходимых при заданной температуре окружающего воздуха на данный момент для подогрева вышеупомянутой наиболее уязвимой части от нижней предельной температуры Т_L до более высокой температуры и последующего охлаждения снова до температуры Т_L в конце периода охлаждения. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что его проводят для носителя с множеством соединенных друг с другом труб, а нагреватель выполнен удлиненным, при этом длительности периодов нагрева и охлаждения являются функциями для временных периодов, необходимых при заданной температуре окружающего воздуха для подогрева вышеупомянутой наиболее уязвимой части от нижней предельной температуры Т_L до верней предельной температуры Т_U, где величина Т_U-T_L находится в диапазоне от 0,5 до 8,3^oС (от 1 до 15^oF), и последующего охлаждения снова до температуры Т_L. 4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что его проводят для носителя, имеющего, по крайней мере, 5 зон, каждую из которых нагревают, по крайней мере, одним саморегулирующимся нагревателем, имеющим длину не менее 4,5 м (15 футов). 5. Способ подогрева системы транспортировки жидкости, содержащей набор труб, окруженных тепловой изоляцией, и имеющей нескольких зон с различными тепловыми требованиями, а в каждой зоне устанавливают, по крайней мере, один удлиненный электрический нагреватель, размещенный между трубами этой зоны и окружающей их тепловой изоляцией, отличающийся тем, что указанный нагреватель в каждой зоне включен и выключен в течение последовательных периодов нагрева и охлаждения, поддерживая температуру всех труб этой зоны выше минимальной температуры, а способ также включает в себя отдельно для каждой из зон
(1) определение длительности нагрева для каждого последовательного периода нагрева как функции температуры окружающего воздуха в один или несколько отдельных моментов времени перед концом периода нагрева,
(2) определение длительности охлаждения для каждого последовательного периода охлаждения как функции температуры окружающего воздуха в один или несколько отдельных моментов времени перед концом периода охлаждения,
(3) включение нагревателя на последовательные периоды нагрева, длительность которых определяется на шаге (1), и
(4) отключение нагревателя на последовательные периоды охлаждения, длительность которых определяется на шаге (2). 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что для определения длительностей нагрева и охлаждения для каждого из нагревателей используют один микропроцессор. 7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что температуру окружающего воздуха измеряют в одном месте, а длительность нагрева и охлаждения для всех нагревателей определяют как функцию температуры окружающего воздуха, измеренной датчиком в этом месте. 8. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что длительности нагрева и охлаждения для каждого нагревателя определяют в последовательные дискретные моменты времени, разделенные на интервалы времени от 5 до 15 мин. 9. Способ по п. 5, отличающийся тем, что длительность нагрева является функцией времени, необходимого при температуре окружающего воздуха в отдельный момент времени для нагрева эталонного носителя эталонным нагревателем от нижней предельной температуры Т_L до верхней предельной температуры Т_U, где величина Т_U-Т_L находится в диапазоне от 0,5 до 8,3^oС (от 1 до 15^oF), а длительность охлаждения является функцией времени, необходимого при температуре окружающего воздуха в отдельный дискретный момент времени для охлаждения эталонного носителя от T_U до Т_L, причем эталонный носитель окружают эталонной изоляцией, а эталонный нагреватель размещают между эталонным носителем и эталонной изоляцией. 10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что эталонный носитель соответствует части зоны, наиболее быстро охлаждаемой, эталонный нагреватель является нагревателем, нагревающим эту часть зоны, а эталонная изоляция является изоляцией, окружающей эту часть. 11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что длительность каждого периода нагрева и длительность непосредственно предшествующего ему или непосредственно следующего за ним периода охлаждения являются функциями температуры окружающего воздуха, измеренной в определенный момент времени, причем длительность каждого периода нагрева в часах определяют следующим выражением:
(I) -RC In [1-(Т_U - T_L)/(Т_А + RQ - Т_L)] ,
а длительность каждого периода охлаждения в часах определяют следующим выражением:
(II)-RC In [1 - (Т_U - Т_L)/(Т_U - Т_А)] ,
где R - эффективное тепловое сопротивление эталонной тепловой изоляции, окружающей эталонный носитель, выраженное в единицах час. ^oF/BTU (BTU - британская тепловая единица [БТЕ] - 0,252 кг/ккал);
С - теплоемкость эталонного носителя, выраженная в единицах BTU/^oF;
Т_U - верхний предел температуры, выраженный в ^oF;
Т_L - нижний предел температуры, выраженный в ^oF;
Т_А - температура окружающего воздуха в определенный момент времени, выраженная в ^oF; Т_A меньше Т_U;
Q - мощность эталонного нагревателя, выраженная в единицах BTU/час; RQ больше Т_L - Т_А. 12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что длительность нагрева равна выражению (I) -RC In [1-(Т_U - T_L)/(Т_А + RQ - Т_L)] , а длительность охлаждения равна выражению (II) -RC In [1 - (Т_U - Т_L)/(Т_U - Т_А)] , когда сумма этих выражений меньше фиксированного периода, составляющего от 0,5 до 1,3 ч, длительность нагрева равна выражению (I), умноженному на р, а длительность охлаждения - выражению (II), умноженному на р, когда сумма этих выражений равна или больше указанного фиксированного периода, где р - коэффициент, меньший 1, определяемый из условия, что сумма длительности нагрева и длительности охлаждения равна указанному фиксированному периоду. 13. Способ по п. 5, отличающийся тем, что сумма длительности каждого периода нагрева и длительности непосредственно следующего за ним периода охлаждения составляет от 5 до 30 мин при температуре окружающего воздуха от -17,8 до 32,2^oС (от 0 до 90^oF). 14. Способ по п. 5, отличающийся тем, что используют нагреватель, представляющий собой саморегулирующийся нагреватель. 15. Способ поддержания температуры носителя выше минимальной с помощью электрического нагревателя, включенного и выключенного в течение последовательных и чередующихся периодов нагрева и охлаждения, причем носитель теплоизолирован тепловой изоляцией, а нагреватель размещают между носителем и тепловой изоляцией, отличающийся тем, что способ включает в себя
(1) определение длительности нагрева для каждого последовательного периода нагрева как функции температуры окружающего воздуха вблизи носителя в один или несколько отдельных моментов времени перед концом периода нагрева,
(2) определение длительности охлаждения для каждого последовательного периода охлаждения как функции температуры окружающего воздуха вблизи носителя в один или несколько отдельных моментов времени перед концом периода охлаждения,
(3) включение нагревателя на последовательные периоды нагрева, длительность которых определяется на шаге (1), и
(4) отключение нагревателя на последовательные периоды охлаждения, длительность которых определяется на шаге (2), при этом сумма длительностей каждого периода нагрева и непосредственно следующего за ним периода охлаждения составляет от 2 до 60 мин. 16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что длительность каждого периода нагрева и длительность каждого непосредственно предшествующего ему или непосредственно следующего за ним периода охлаждения являются функциями температуры окружающего воздуха, измеренной в определенный дискретный момент времени, во время непосредственно предшествующего периода нагрева или периода охлаждения, а последовательные дискретные моменты времени разделены на интервалы от 5 до 15 мин. 17. Способ по п. 15 или 16, отличающийся тем, что длительность нагрева является функцией времени, необходимого при температуре окружающего воздуха в отдельный дискретный момент времени для нагрева эталонного носителя эталонным нагревателем от нижней предельной температуры Т_L до верхней предельной температуры Т_U, где величина Т_U-Т_L находится в диапазоне от 0,5 до 8,3^oС (от 1 до 10^oF), а длительность охлаждения является функцией времени, необходимого при температуре окружающего воздуха в отдельный дискретный момент времени для охлаждения эталонного носителя от Т_U до Т_L, причем эталонный носитель окружают эталонной изоляцией, а эталонный нагреватель размещают между эталонным носителем и эталонной изоляцией. 18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что длительность каждого периода нагрева и длительность непосредственно предшествующего ему или непосредственно следующего за ним периода охлаждения являются функциями температуры окружающего воздуха, измеренной в определенный момент времени, причем длительность каждого периода нагрева в часах определяют следующим выражением:
(I) -RC In [1-(Т_U-T_L)/(Т_А+RQ-Т_L)] ,
а длительность каждого периода охлаждения в часах определяют следующим выражением:
(II) -RC In [1-(Т_U-Т_L)/(Т_U-Т_А)] ,
где R - эффективное тепловое сопротивление эталонной тепловой изоляции, окружающей эталонный носитель, выраженное в единицах час. ^oF/BTU;
С - теплоемкость эталонного носителя, выраженная в единицах BTU/^oF;
Т_U - верхний предел температуры, выраженный в ^oF;
Т_L - нижний предел температуры, выраженный в ^oF;
Т_А - температура окружающего воздуха в определенный момент времени, выраженная в ^oF; Т_А меньше Т_U;
Q - мощность эталонного нагревателя, выраженная в единицах BTU/час; RQ больше Т_L - Т_А. 19. Способ по п. 15, отличающийся тем, что сумма длительности каждого периода нагрева и длительности непосредственно следующего за ним периода охлаждения составляет от 5 до 30 мин при температуре окружающего воздуха от -17,8 до 32,2^oС (от 0 до 90^oF). 20. Способ по п. 15, отличающийся тем, что используют нагреватель, представляющий собой саморегулирующийся нагреватель. 21. Контроллер для управления электрическим нагревателем, включенным и выключенным в течение последовательных и чередующихся периодов нагрева и охлаждения, содержащий датчик для измерения температуры окружающего воздуха и переключательное устройство для подключения или отключения электрического нагревателя от источника электропитания, отличающийся тем, что он включает в себя регулятор, оперативно подсоединенный к датчику и переключательному устройству с возможностью управления переключательным устройством для подключения нагревателя к источнику питания в течение периодов нагрева и отключения от источника питания в течение периодов охлаждения и содержащий вычислительное устройство, выполненное с возможностью определения длительности периодов нагрева и охлаждения как функции температуры окружающего воздуха, измеряемой датчиком в один или несколько предшествующих дискретных моментов времени, разделенных периодами времени не менее 1 мин, при этом регулятор выполнен с возможностью определения в виде функции температуры окружающего воздуха, измеряемой в один или несколько дискретных моментов времени, длительности нагрева, являющейся функцией времени, необходимого для нагрева эталонным нагревателем теплоизолированного эталонного носителя от нижней предельной температуры до верхней предельной температуры, и длительности охлаждения, являющейся функцией времени, необходимого для охлаждения эталонного носителя от верхней предельной температуры до нижней предельной температуры, при этом эталонный носитель окружают эталонной изоляцией, а эталонный нагреватель размещают между эталонным носителем и эталонной изоляцией, причем вычислительное устройство представляет собой микропроцессор, выполненный с возможностью определения длительности каждого периода нагрева в виде следующего выражения:
(I) -RC In [1-(Т_U-T_L)/(Т_А+RQ-Т_L)] ,
а длительность каждого периода охлаждения в виде следующего выражения:
(II) -RC In [1-(Т_U-Т_L)/(Т_U-Т_А)] ,
где R - эффективное тепловое сопротивление эталонной тепловой изоляции, окружающей эталонный носитель, выраженное в единицах час. ^oF/BTU;
С - теплоемкость эталонного носителя, выраженная в единицах BTU/^oF;
Т_U - верхний предел температуры, выраженный в ^oF;
Т_L - нижний предел температуры, выраженный в ^oF;
Т_А - температура окружающего воздуха в определенный момент времени, выраженная в ^oF; Т_А меньше Т_U;
Q - мощность эталонного нагревателя, выраженная в единицах BTU/час; RQ больше Т_L-Т_А. 22. Контроллер по п. 21, отличающийся тем, что он включает в себя средство временной синхронизации для управления вычислительным устройством в дискретные моменты времени, которые разделены на интервалы времени от 5 до 15 мин. 23. Регулятор для управления несколькими электрическими нагревателями, подогревающими отдельные зоны теплоизолированного носителя, содержащий, по крайней мере, один входной порт для приема информации от датчика, измеряющего температуру окружающего воздуха, и несколько выходных портов, каждый из которых может передавать сигналы на соответствующее переключательное устройство для включения или отключения от источника электропитания каждого электрического нагревателя в соответствующих зонах, отличающийся тем, что он включает в себя микропроцессор, выполненный с возможностью приема информации о температуре окружающего воздуха из входного порта, имеющий память, в которой для каждой зоны записываются тепловые характеристики, соответствующие наиболее уязвимой части, являющейся частью наиболее быстро охлаждаемой зоны, тепловой изоляции, окружающей указанную часть и электрического нагревателя, подогревающего указанную часть, и запрограммирован для определения - отдельно для каждой зоны в дискретные последовательные моменты времени - длительностей последовательных чередующихся периодов нагрева и охлаждения, необходимых, при значении температуры окружающего воздуха, получаемом из входного порта, для подогрева вышеупомянутой части зоны от нижнего предела температуры Т_L до более высокой температуры и последующего охлаждения снова до температуры Т_L в конце периода охлаждения, при этом микропроцессор выполнен также с возможностью передачи сигналов на выходной порт, связанный с соответствующей зоной для включения и отключения вышеупомянутого нагревателя на последовательные и чередующиеся периода нагрева и охлаждения. 24. Регулятор по п. 23, отличающийся тем, что микропроцессор запрограммирован для определения периодов нагрева и охлаждения, являющихся функциями для временных периодов, необходимых для нагрева вышеупомянутой наиболее уязвимой части зоны от нижней предельной температуры Т_L до верхней предельной температуры Т_U и последующего охлаждения снова до Т_L.