НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ЖИДКОСТИ С УПРАВЛЕНИЕМ КОНЕЧНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

1. Нагреватель для нагревания электропроводящей жидкости, содержащий:
(a) корпусную деталь;
(b) множество электродов, установленных на корпусной детали с пространствами между соседними электродами, причем корпусная деталь приспособлена для направления жидкости, текущей через нагреватель в направлении ниже по потоку вдоль заранее определенного пути потока, проходящего через пространства, так что жидкость в пространствах контактирует с электродами и электрически соединяет соседние электроды друг с другом,
(c) источник электропитания по меньшей мере с двумя полюсами, причем источник питания выполнен с возможностью подачи различных электрических потенциалов к различным полюсам;
(d) переключатели питания, электрически подсоединенные между, по меньшей мере, некоторыми электродами и полюсами, причем переключатели питания выполнены с возможностью выборочного соединения электродов с полюсами и выборочного отсоединения электродов от полюсов, чтобы образовать пути тока, каждый из которых содержит два электрода под напряжением, соединенные с различными полюсами источника питания, и жидкость по меньшей мере в одном из пространств;
(e) контроллер, сконструированный для контроля работы переключателей питания путем циклической работы модели, в которой жидкость смоделирована как ряд жидкостных элементов, проходящих через пространства со скоростью на основе расхода через нагреватель, причем каждый цикл содержит стадии:
(i) моделирования работы различных путей тока в течение интервала срабатывания, имеющего начало и конец, причем стадию моделирования проводят, чтобы выбрать пути тока для приведения в действие во время интервала срабатывания, так чтобы приведение в действие выбранных путей тока не нарушало набор ограничений, включающих максимальную температуру для каждого жидкостного элемента в конце интервала срабатывания и максимальный ток по каждому электроду под напряжением, причем моделирование использует оцененные начальные температуры и проводимости для отдельных жидкостных элементов в начале интервала срабатывания; и затем
(ii) приведения в действие переключателей питания для соединения только электродов под напряжением выбранных путей тока с источником питания в начале интервала срабатывания; и
(iii) использования конечно-элементной модели, прогнозирующей конечные температуры для отдельных жидкостных элементов в конце интервала срабатывания,
причем оцененные начальные температуры жидкостных элементов, используемые в каждом цикле, определяют по меньшей мере частично на основе конечных температур для тех же жидкостных элементов, спрогнозированных в предыдущем цикле.
2. Нагреватель по п. 1, в котором по меньшей мере один из путей тока содержит один или более изолированных электродов, отсоединенных от полюсов, и жидкость по меньшей мере в двух из пространств, так что электроды под напряжением такого пути тока электрически соединены друг с другом через пространства и один или более изолированных электродов.
3. Нагреватель по п. 2, в котором моделирование для каждого пути тока включает установку максимального напряжения для каждой пары соседних электродов, включенных в путь тока путем рассмотрения каждого жидкостного элемента, расположенного в пространстве между парой электродов, и определения максимального напряжения, которое можно приложить к такому жидкостному элементу без повышения температуры этого жидкостного элемента выше максимальной температуры, и установку максимального напряжения для пары на основе самого низкого максимального напряжения, определенного для любого из жидкостных элементов, расположенных в пространстве между парой.
4. Нагреватель по п. 3, в котором определение, можно ли каждый путь тока привести в действие в интервале срабатывания, содержит определение того, что путь тока нельзя привести в действие, если приведение в действие пути тока будет приводить к применению напряжения в любой паре соседних электродов, включенных в путь тока, которое выше, чем максимальное напряжение для этой пары.
5. Нагреватель по п. 4, в котором моделирование для каждого пути тока включает расчет электрического сопротивления в пространстве между каждой парой соседних электродов, включенных в путь тока, на основе сопротивлений жидкостных элементов, расположенных в пространстве, рассматриваемых параллельно.
6. Нагреватель по п. 5, в котором для каждого пути тока, включающего один или более изолированных электродов, моделирование включает определение напряжения в каждом из изолированных электродов, включенных в путь тока.
7. Нагреватель по п. 2, в котором электроды расположены в штабеле, проходящем в первом и втором направлениях в штабеле, и в котором в каждом цикле стадия моделирования работы различных путей тока включает определение одного из электродов в качестве первого исходного электрода и выполнение процедуры поиска повторяющегося моделирования работы путей тока, содержащих исходный электрод в качестве электрода под напряжением и другой из электродов, находящийся со смещением от исходного электрода в выбранном направлении в штабеле, в качестве предполагаемого электрода под напряжением, используя другой предполагаемый электрод, находящийся далее от электрода в штабеле, при каждом повторении, пока или (1) успешный результат не будет достигнут, при котором путь тока между исходным электродом и предполагаемым электродом выбирается как соответствующий ограничениям, или (2) неуспешный результат не будет достигнут, при котором моделирование пути тока, содержащего исходный электрод и электрод, самый дальний от исходного электрода в выбранном направлении в штабеле, в качестве предполагаемого не укажет, что такой путь тока не соответствует ограничениям.
8. Нагреватель по п. 7, в котором в каждом цикле стадия моделирования работы различных путей тока включает определение предполагаемого электрода, который дает положительный результат в процедуре поиска в качестве нового исходного электрода, и повторение процедуры поиска, используя то же направление в штабеле.
9. Нагреватель по п. 7, в котором в каждом цикле стадия моделирования работы различных путей тока включает повторение процедуры поиска, используя первый исходный электрод и выбранное направление в штабеле, противоположное ранее выбранному направлению в штабеле.
10. Нагреватель по п. 7, в котором контроллер сконструирован для определения различных электродов в качестве первого исходного электрода в различных циклах.
11. Нагреватель по п. 1, в котором контроллер сконструирован для выбора путей тока в каждом цикле, так чтобы прогнозируемый общий ток, протекающий между полюсами источника питания во время интервала срабатывания, не превышал максимальный общий ток.
12. Нагреватель по п. 1, в котором контроллер содержит вход для получения заданного значения температуры, причем контроллер сконструирован для использования заданного значения температуры в качестве максимальной температуры, используемой в каждом цикле.
13. Нагреватель по п. 1, дополнительно содержащий расходомер, соединенный с контроллером, причем контроллер сконструирован для установки расхода жидкости в ответ на данные, поданные расходомером.
14. Нагреватель по п. 1, дополнительно содержащий термометр во впускном канале, выполненный с возможностью измерения температуры во впускном канале жидкости, входящей в путь потока, причем контроллер сконструирован для оценки начальных температур жидкостных элементов частично на основе температуры во впускном канале.
15. Нагреватель по п. 14, дополнительно содержащий дополнительный термометр, выполненный с возможностью измерения температуры жидкости в местоположении вдоль пути потока ниже по потоку относительно по меньшей мере одного из пространств, причем контроллер выполнен с возможностью регулирования по меньшей мере одного параметра, используемого при моделировании жидкостных элементов, реагирующего на температуру жидкости, измеренную дополнительным термометром.
16. Нагреватель по п. 1, дополнительно содержащий прибор измерения проводимости, выполненный с возможностью измерения электропроводности жидкости, проходящей по пути потока, причем контроллер сконструирован для оценки проводимости жидкости по меньшей мере частично на основе измеренной проводимости.
17. Нагреватель по п. 16, в котором в каждом цикле контроллер сконструирован для оценки проводимости жидкости в каждом жидкостном элементе частично на основе оцененной начальной температуры этого жидкостного элемента.
18. Нагреватель по п. 1, в котором контроллер сконструирован для оценки оцененных начальных температур жидкостных элементов для каждого цикла частично на основе прогнозируемых конечных температур жидкостных элементов для предыдущего цикла и частично на оценке диффузии тепла между соседними жидкостными элементами с различными температурами.
19. Способ нагревания электропроводящей жидкости в нагревателе, причем способ включает:
(a) пропускание жидкости по заранее определенному пути потока, проходящему через пространства между соседними электродами, так что жидкость в пространствах контактирует с электродами и электрически соединяет соседние электроды друг с другом;
(b) циклическую работу модели, в которой жидкость смоделирована как ряд жидкостных элементов, проходящих через пространства со скоростью на основе расхода через нагреватель, причем каждый цикл содержит стадии:
(i) моделирования работы различных путей тока, причем каждый такой проводящий путь содержит два электрода в качестве электродов под напряжением, соединенных с различными электрическими потенциалами, и жидкость по меньшей мере в одном из пространств в течение интервала срабатывания, имеющего начало и конец, для выбора путей тока для приведения в действие в интервале срабатывания, так что приведение в действие выбранных путей тока не будет мешать набору ограничений, включающему максимальную температуру для каждого жидкостного элемента и максимальный ток по каждому электроду под напряжением, причем моделирование использует оцененные начальные температуры и проводимости для отдельных жидкостных элементов; и затем
(ii) соединения электродов под напряжением только выбранных путей тока с источником питания в начале интервала срабатывания; и
(iii) использование конечно-элементной модели, прогнозирующей конечные температуры для отдельных жидкостных элементов в конце интервала срабатывания;
причем оцененные начальные температуры жидкостных элементов, используемые в каждом цикле, определяют по меньшей мере частично на основе конечных температур для тех же жидкостных элементов, спрогнозированных в предыдущем цикле.
20. Способ по п. 19, в котором по меньшей мере один из путей тока содержит один или более изолированных электродов, отсоединенных от полюсов, и жидкость по меньшей мере в двух из пространств, так что электроды под напряжением такого пути тока электрически соединены друг с другом через пространства и один или более изолированных электродов.
21. Способ по п. 20, в котором стадия (b)(i) включает для каждого пути тока установление максимального напряжения для каждой пары соседних электродов, включенных в путь тока, путем рассмотрения отдельных жидкостных элементов, расположенных в пространстве между парой электродов, и определения максимального напряжения, которое можно прикладывать к каждому такому жидкостному элементу без повышения температуры этого жидкостного элемента выше максимальной температуры, и установление максимального напряжения для пары на основе самого низкого максимального напряжения, определенного для любого одного из жидкостных элементов, расположенных в пространстве между парой.
22. Способ по п. 21, в котором стадия (b)(i) включает определение того, что путь тока не будет выбран, если приведение в действие пути тока будет приводить к применению напряжения в любой паре соседних электродов, включенных в путь тока, которое выше, чем максимальное напряжение для этой пары.
23. Способ по п. 22, в котором стадия (b)(i) включает расчет электрического сопротивления в пространстве между каждой парой соседних электродов на основе сопротивлений жидкостных элементов, расположенных в пространстве, рассматриваемых параллельно.
24. Способ по п. 23, в котором стадия (b)(i) включает, для каждого пути тока, содержащего один или более изолированных электродов, определение напряжения в каждом из изолированных электродов, включенных в путь тока.
25. Способ по п. 19, в котором максимальная температура, используемая в каждом цикле, соответствует заданному значению температуры, представляющему желаемую температуру жидкости, выходящей из нагревателя.
26. Способ по п. 19, дополнительно включающий измерение температуры жидкости в местоположении вдоль пути потока ниже по потоку относительно по меньшей мере одного из пространств и регулирование по меньшей мере одного параметра конечно-элементной модели, реагирующего на измеренную температуру.
27. Способ по п. 19, дополнительно включающий измерение электропроводности жидкости, проходящей по пути потока, и оценку проводимости жидкости, и в каждом цикле оценку проводимости жидкости в каждом отдельном жидкостном элементе частично на основе измеренной проводимости и частично на оцененной начальной температуре каждого отдельного жидкостного элемента.
28. Способ по п. 19, в котором оцененные начальные температуры жидкостных элементов для каждого цикла частично основаны на прогнозируемых конечных температурах жидкостных элементов для предыдущего цикла и частично на оценке диффузии тепла между соседними жидкостными элементами с различными температурами.