專利名稱：用于熱交換器的受控閥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于熱交換器尤其是散熱器的受控閥裝置，該閥裝置包括控制通過所述熱交換器的載熱流體流的閥元件，其被驅(qū)動器驅(qū)動，所述驅(qū)動器被控制裝置控制。
背景技術(shù)：
接下來，本發(fā)明結(jié)合加熱系統(tǒng)進(jìn)行說明，在所述加熱系統(tǒng)中載熱流體具有升高的溫度，用于加熱一個房間或多個房間。為此，載熱流體比如熱水通過散熱器?？刂蒲b置控制驅(qū)動器使房間內(nèi)達(dá)到設(shè)定點溫度。在這種情況下，閥裝置被恒溫控制。本發(fā)明亦可應(yīng)用于冷卻系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，載熱流體溫度低于房間內(nèi)溫度。在這種情況下，載熱流體流過另一種熱交換器，比如冷卻天花板。載熱流體被加熱并將熱量從房間內(nèi)送出去。在很多集中(中心)加熱系統(tǒng)中，為了節(jié)能，在夜間載熱流體的溫度降低，這被叫做“集中(中心)夜間倒退”。對于集中冷卻系統(tǒng)同樣也是如此，其中在夜間某個時段載熱流體的溫度不降低。該倒退在一天中的其他時段也可能發(fā)生，比如，當(dāng)預(yù)期家里沒人時。然而，當(dāng)使用恒溫控制閥時，它會通過開啟閥門來補(bǔ)償集中夜間倒退。原因是當(dāng)入口溫度即載熱流體溫度下降時，恒溫控制閥裝置嘗試通過開啟閥門來維持室內(nèi)溫度。全開的閥裝置允許載熱流體的最大流動。這樣的流動需要泵為循環(huán)而工作，浪費能量。此外，在某些情況下，全開的閥是夜晚閥噪音的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根本的任務(wù)是在集中加熱或冷卻系統(tǒng)中節(jié)約能量。這一任務(wù)被上文提及的那種受控閥裝置解決，其中，所述控制裝置包括用于確定周期性集中倒退的時間的學(xué)習(xí)裝置，所述學(xué)習(xí)裝置重置閥裝置的調(diào)節(jié)。學(xué)習(xí)裝置可通過閥裝置軟件中的功能實現(xiàn)。學(xué)習(xí)裝置能夠探測載熱流體入口溫度的系統(tǒng)的、程序化的降低。當(dāng)很明顯載熱流體的溫度變化并不是由外界或環(huán)境溫度的變化造成的，而是由程序化的集中夜間倒退造成的時，閥裝置的恒溫調(diào)節(jié)被中止，使得閥元件不在不希望的開度下被驅(qū)動。從而能夠避免夜間未被加熱流體的大流量流動。用于循環(huán)的泵的工作明顯減少。此外，因為在進(jìn)口溫度重新升高時，恒溫閥裝置通常是關(guān)閉的，從而獲得了較優(yōu)的調(diào)節(jié)。因為在獨立操作中，學(xué)習(xí)裝置允許對集中夜間或其他倒退進(jìn)行確定，就不需要在閥裝置和供熱系統(tǒng)的中央處理器之間進(jìn)行任何有線或無線的通信。學(xué)習(xí)裝置需要一定時間來確定集中夜間倒退發(fā)生的時間。但是大部分供熱系統(tǒng)都運行相當(dāng)長的時間，從而用于學(xué)習(xí)集中夜間倒退時間的時間是可忽略的。優(yōu)選地，所述學(xué)習(xí)裝置包括時鐘和觀測參數(shù)的探測裝置，所述觀測參數(shù)被所述載熱流體溫度影響。借助于時鐘，時間能夠被確定，在這一時間觀測參數(shù)表明載熱流體的溫度下降或上升。當(dāng)這一時間在許多天(或其他周期)都相同時，很明顯這一溫度下降或上升并不是偶然的，而是由集中加熱系統(tǒng)的程序造成的。在一優(yōu)選實施例中，所述探測裝置包括設(shè)置在所述載熱流體流過的殼體部分附近的溫度傳感器。在這種情況下，該溫度傳感器能夠直接確定載熱流體的溫度。這一溫度在24小時的周期內(nèi)或任何其他周期內(nèi)會改變。但是，伴隨著集中夜間倒退，改變通常發(fā)生在相同的時間。附加地或可選擇地，所述探測裝置記錄在所述閥裝置中溫度調(diào)節(jié)的誤差。誤差是設(shè)定點溫度和測量的室溫之間的差值。在集中夜間倒退中當(dāng)載熱流體的溫度降低時，它將不再能夠加熱房間。因此，誤差顯著地增加。這一增加可被當(dāng)作集中夜間倒退的指示。優(yōu)選地，所述學(xué)習(xí)裝置在時間上微分所述觀測參數(shù)，以形成一個微分函數(shù)。該微分函數(shù)表示由集中夜間倒退造成的溫度變化的梯度或速率。在集中夜間倒退開始時，載熱流體的溫度下降得相當(dāng)快。在集中夜間倒退結(jié)束時也是如此。在這一點載熱流體的溫度上升得相當(dāng)快。溫度下降或上升得越快，此時微分函數(shù)的函數(shù)值就越大。這樣就很容易發(fā)現(xiàn)集中夜間倒退的開始和結(jié)束。優(yōu)選地，所述微分函數(shù)在預(yù)定數(shù)量的周期內(nèi)被求和以形成一求和函數(shù)，所述求和函數(shù)與閾值進(jìn)行比較。這表明，學(xué)習(xí)裝置獲取微分函數(shù)在每個周期的同一時間的函數(shù)值，并對所有周期該時間的函數(shù)值進(jìn)行求和。由于集中夜間倒退通常在相同的時間，求和函數(shù)在該時間具有最大值。當(dāng)溫度下降或溫度上升僅發(fā)生在所述周期的其中一個時，此時求和函數(shù)的函數(shù)值比其它時間的函數(shù)值大。但是，并不能超越閾值。僅在求和函數(shù)的函數(shù)值超過閾值的時間，才認(rèn)為是集中夜間倒退的開始點或結(jié)束點。由于通常溫度下降或溫度上升具有不同數(shù)學(xué)符號的微分函數(shù)的函數(shù)值，在與閾值進(jìn)行比較時，可使用求和函數(shù)的絕對值。優(yōu)選地，僅在探測到了觀測參數(shù)在相反方向的兩個連續(xù)變化時，所述學(xué)習(xí)裝置才存儲所述學(xué)習(xí)時間。集中夜間倒退通過開始時的溫度下降和結(jié)束時的溫度上升來定義。不可能具有兩個連續(xù)的溫度下降或兩個連續(xù)的溫度上升。因此，集中夜間倒退必須具有觀測參數(shù)在相反方向上的變化。如果不是這樣，檢測到的時間被認(rèn)為是無效的。優(yōu)選地，所述學(xué)習(xí)裝置阻止所述閥元件完全打開所述閥裝置。這意味著閥元件對載熱流體的流動進(jìn)行節(jié)流，從而消除了集中夜間倒退期間的閥噪音。優(yōu)選地，所述學(xué)習(xí)裝置在集中夜間倒退期間鎖定閥元件的位置。這具有使閥元件不再移動的優(yōu)點。當(dāng)集中夜間倒退結(jié)束溫度上升時，閥元件處在一個比從全開位置能夠更快開始調(diào)節(jié)的位置。優(yōu)選地，所述學(xué)習(xí)裝置進(jìn)一步包括日歷裝置。日歷裝置可以非常簡單。在最簡單的方式中，具有一個能將日期從I數(shù)到7的計數(shù)器就足夠了。這一日歷裝置使得學(xué)習(xí)裝置能夠探測一周不同天數(shù)的集中夜間倒退。例如，可在從周一到周五的工作日里，集中夜間倒退時間是從22:00點到05:00點計時。在周末，集中夜間倒退時間是從24:00點到06:30點計時。當(dāng)學(xué)習(xí)裝置經(jīng)過多周地學(xué)習(xí)該時間時，它就能夠考慮在工作日和周末期間集中夜間倒退發(fā)生的不同時間。


現(xiàn)在參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，其中圖1示出了恒溫調(diào)節(jié)閥裝置的示意圖，圖2示出了闡述本發(fā)明的框圖，和圖3示出了圖2中提及的某些功能。
具體實施例方式
圖1示出了一閥裝置I，具有簡要示出的閥2以及溫度調(diào)節(jié)頭3。閥2具有被設(shè)置有閥座7的壁6分隔開的進(jìn)口 4和出口 5。閥元件8與閥座7協(xié)作。當(dāng)閥元件抵靠在閥座7上時，閥2關(guān)閉，當(dāng)閥元件8(如圖所示)與閥座7相隔一定距離時，閥打開，允許加熱或冷卻流體從進(jìn)口 4流向出口 5。閥元件8與閥桿9連接，閥桿9又與穿過殼體11的推桿10共同作用。設(shè)置了密封裝置，但圖中沒有示出。此外，閥元件8可通過在打開方向即離開閥座7的方向的彈簧(沒有示出)加上預(yù)載荷。在圖1中，溫度調(diào)節(jié)頭3被示出與殼體11分開。溫度調(diào)節(jié)頭3包括驅(qū)動器12，其可以為步進(jìn)電機(jī)或任何其他合適的電機(jī)或驅(qū)動裝置的形式，其通過齒輪14連接主動軸13。主動軸13當(dāng)要關(guān)閉閥2時沿朝向殼體11的方向移動，當(dāng)要打開閥2時朝相反方向移動。操作驅(qū)動器12所需的能量可由電池供給。驅(qū)動器被僅是簡要示出的控制裝置15控制。更加詳細(xì)的說明在圖2中示出。控制裝置15可包括比方框所示的更多的元件。印刷電路板(PCB)形式的支持件16平行于驅(qū)動軸17設(shè)置，并向閥2的殼體11的方向延伸。在這一方向上，支持件16比驅(qū)動器12長。第一溫度傳感器18設(shè)置在溫度調(diào)節(jié)頭3的正面，用于測量作為環(huán)境溫度或室內(nèi)溫度的第一溫度。第二溫度傳感器19設(shè)置在支持件16的靠近殼體11的一端。當(dāng)溫度調(diào)節(jié)頭3安裝到閥2的殼體11上時，這一第二溫度傳感器19十分接近殼體11，因此能夠測量殼體11的溫度，或與該溫度密切相關(guān)的溫度。由于殼體11的溫度與流入的加熱或冷卻流體的溫度密切相關(guān)，第二溫度傳感器19能夠測量與加熱或冷卻流體溫度密切相關(guān)的溫度。值得一提的是，第一溫度傳感器18和控制裝置15并不是溫度調(diào)節(jié)頭3的必要組成部分。只要能夠進(jìn)行通信(無線或通過通信線)，可以它們設(shè)置得遠(yuǎn)離溫度調(diào)節(jié)頭3。通常，這樣的溫度調(diào)節(jié)頭嘗試將室溫(通過第一溫度傳感器18測量的)保持在一個希望的溫度或設(shè)定點溫度。當(dāng)室溫下降到低于設(shè)定點溫度時，溫度調(diào)節(jié)頭3打開閥2。流進(jìn)的加熱流體加熱房間。當(dāng)室溫到達(dá)設(shè)定點溫度時，閥關(guān)閉。當(dāng)將閥設(shè)置在冷卻系統(tǒng)中時，就進(jìn)行反方向的同樣的動作。當(dāng)室溫高于設(shè)定點溫度時，閥開啟以允許冷卻流體通過閥2。冷卻流體去除房間中的熱量并將熱量帶走。當(dāng)室溫降到設(shè)定點溫度時，閥2關(guān)閉。為了節(jié)能，大部分集中加熱系統(tǒng)(或集中冷卻系統(tǒng))都具有集中夜間倒退，因為在夜間的某個時段無須加熱或至少用較低的溫度加熱即可。然而，當(dāng)加熱流體的溫度下降時，示出的這種閥裝置I通常通過打開閥2從而允許最大流量來抵消這種集中夜間倒退，例如通過相關(guān)的鍋爐，或通過氣象補(bǔ)償單元。如上所述，原因在于當(dāng)入口溫度即加熱流體溫度下降時，恒溫閥裝置I會嘗試通過打開閥2來保持室溫。為了克服這種行為，給控制裝置15設(shè)置有學(xué)習(xí)裝置22。學(xué)習(xí)裝置22以單獨的元件示出。然而，它可以是控制裝置的一項功能。學(xué)習(xí)裝置包括被示為“時間”的時鐘。此外，學(xué)習(xí)裝置22包括用于觀測參數(shù)Ts的探測裝置。在當(dāng)前情況下，第二溫度傳感器19可被用于所述觀測參數(shù)Ts的探測裝置。另一種獲取觀測參數(shù)的可能性是利用溫度調(diào)節(jié)裝置中溫度調(diào)節(jié)的誤差。誤差是設(shè)定點溫度和由第一溫度傳感器18測量的室溫之間的差值。通常當(dāng)加熱流體的溫度下降時，這一誤差非常大。學(xué)習(xí)裝置22輸出信號Tpsb。這一信號Tpsb顯不出閥2的入口溫度周期性集中減少在一天中發(fā)生時間。如本領(lǐng)域公知的，控制裝置15進(jìn)一步包含有兩個輸入，即室溫的設(shè)定點SP和實際室溫Tr?？刂蒲b置15控制驅(qū)動器12開啟或閉合閥2，使得實際室溫Tr盡可能地接近室溫的設(shè)定點SP。然而，在信號Tpsb顯示集中夜間倒退的時間期間內(nèi)，控制裝置15的這種控制被重置。當(dāng)集中夜間倒退開始時，控制裝置15鎖定閥元件8的位置。通常，在集中夜間倒退開始的階段，閥2沒有完全打開，從而閥2對通過閥2的加熱流體進(jìn)行節(jié)流。圖3顯示了觀測參數(shù)Ts作為時間的函數(shù)。這一觀測參數(shù)Ts被微分以獲得Ts的微分函數(shù)T’s。可以看出，盡管微分函數(shù)T’s顯示出一些波動，在集中夜間倒退開始時總是有一個大的負(fù)高峰，在集中夜間倒退結(jié)束時有一個大的正高峰。這很顯然，因為在集中夜間倒退開始時，溫度下降得非?？?。在集中夜間倒退結(jié)束時也是一樣。溫度同樣上升得非常快。為了增強(qiáng)對集中夜間倒退開始和結(jié)束探測的可靠性，學(xué)習(xí)裝置22求和一定數(shù)量的周期內(nèi)的微分函數(shù)T’ S，比如最近5天，每天24小時。該總和表示每個周期的同樣時間的微分函數(shù)T’ s的函數(shù)值被相加。很顯然，通過這種方式，僅在集中夜間倒退開始和結(jié)束時得到了一個比較大的和值，反之，隨機(jī)分布的溫度下降和溫度上升沒有在所有周期的相同時間出現(xiàn)。因此，當(dāng)微分且求和的觀測參數(shù)超過一定的閾值時，觀測參數(shù)就出現(xiàn)了按天周期性的變化，比如入口溫度的下降或者上升。微分、求和以及將該值與閾值的比較可用各自的裝置來實現(xiàn)。然而，這些構(gòu)成也能夠通過控制裝置15實現(xiàn)。一個附加的標(biāo)準(zhǔn)就是只有按天周期性的減少以及增加都存在時，才確定集中夜間倒退。在這種情況下，學(xué)習(xí)裝置22探測之間的時期作為加熱系統(tǒng)的集中夜間倒退。在探測的集中夜間倒退開始時，學(xué)習(xí)裝置22將閥裝置I的熱量調(diào)節(jié)鎖定在當(dāng)前的值和位置。在探測的集中夜間倒退結(jié)束時，閥裝置I的熱量調(diào)節(jié)器又被釋放。進(jìn)一步地，控制裝置15可包括日歷裝置。在集中夜間倒退被安排在一周的不同部分時，這是有益的。某些人希望在周末時集中夜間倒退晚些開始并隨之晚些結(jié)束。在這種情況下，學(xué)習(xí)功能不是僅通過5天而是要通過5周才能實現(xiàn)。在早期狀態(tài)，一周(周一到周五)的集中夜間倒退能夠被檢測，反之，周末的集中夜間倒退會被當(dāng)作是錯誤。然而，經(jīng)過幾個周之后，系統(tǒng)會認(rèn)識到在周六和周日，集中夜間倒退開始得比較遲。相同的程序也可用于冷卻系統(tǒng)。在這種情況下，集中夜間倒退期間冷卻流體的溫度不降低。因此，集中夜間倒退開始時，冷卻流體的溫度上升，集中夜間倒退結(jié)束時，冷卻流體的溫度下降。
權(quán)利要求
1.一種用于熱交換器尤其是散熱器的受控閥裝置(I)，所述閥裝置(I)包括控制通過所述熱交換器的載熱流體的流動的閥元件(8)，其被驅(qū)動器(12)驅(qū)動，所述驅(qū)動器(12)被控制裝置(15)控制，其特征在于，所述控制裝置(15)包括確定周期性集中倒退時間的學(xué)習(xí)裝置(22)，所述學(xué)習(xí)裝置重置閥裝置(I)的調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于，所述學(xué)習(xí)裝置(22)包括時鐘以及用于觀測參數(shù)的探測裝置，所述觀測參數(shù)被所述載熱流體的溫度影響。
3.如權(quán)利要求2所述的閥裝置，其特征在于，所述探測裝置包括設(shè)置在所述載熱流體流過的殼體部分(11)附近的溫度傳感器(19)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的閥裝置，其特征在于，所述探測裝置記錄所述閥裝置(I)中溫度調(diào)節(jié)的誤差。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項所述的閥裝置，其特征在于，所述學(xué)習(xí)裝置(22)在時間上微分所述觀測參數(shù)(Ts)，以形成微分函數(shù)(T’ s)。
6.如權(quán)利要求5所述的閥裝置，其特征在于，所述微分函數(shù)(T’s)在預(yù)定數(shù)量的周期內(nèi)被求和以形成求和函數(shù)，所述求和函數(shù)與閾值進(jìn)行比較。
7.如權(quán)利要求2至6中任一項所述的閥裝置，其特征在于，僅在探測到觀測參數(shù)在相反方向上的兩個連續(xù)變化時，所述學(xué)習(xí)裝置(22)才保存所述學(xué)習(xí)的時間。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的閥裝置，其特征在于，所述學(xué)習(xí)裝置(22)阻止所述閥元件(8)完全打開所述閥裝置(I)。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的閥裝置，其特征在于，在集中夜間倒退期間，所述學(xué)習(xí)裝置(22)鎖定閥元件(8)的位置。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的閥裝置，其特征在于，所述學(xué)習(xí)裝置(22)附加地包括日歷裝置。
全文摘要
提供了一種用于熱交換器尤其是散熱器的的恒溫控制閥裝置(1)，該閥裝置(1)包括控制通過所述熱交換器的載熱流體流動的閥元件(8)，其被驅(qū)動器(12)驅(qū)動，所述驅(qū)動器(12)被控制裝置(15)控制。這樣的閥裝置的用途在于集中加熱或冷卻系統(tǒng)中節(jié)省能量。為此，所述控制裝置(15)包括用于確定周期性的集中夜間倒退的學(xué)習(xí)裝置，所述學(xué)習(xí)裝置重置閥裝置(1)的調(diào)節(jié)。
文檔編號F28F27/00GK103075557SQ20121059723
公開日2013年5月1日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者N·格雷格森 申請人:丹佛斯公司