TW202004141A - 估計流體溫度的方法及利用溫度估計資料的系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供估計與裝置相關聯之流體之溫度的系統及方法。例示性系統包括熱水器系統，其中裝置電壓/電流使用資料及水流量資料係用於計算該等熱水器系統內之流體的溫度。

Description

估計流體溫度的方法及利用溫度估計資料的系統
本發明係關於用於估計裝置中之流體之溫度的系統及方法。另外，本發明提供用於控制裝置中之流體之溫度的方法及系統。
習知電熱水器通常包括控制系統，該控制系統監測安置於水槽內之水之溫度以確保其中所含有之水保持在預定設定點溫度下。設定點溫度通常為消費者選擇之設定，其允許消費者確定由熱水器產生之熱水的溫度。舉例而言，如美國及加拿大之國家分別規定其自身的設定點為120℉及140℉。控制系統經由溫度感測器連續地監測槽內之水的溫度且將所感測之溫度與設定點溫度進行比較。該控制系統通常包括與上部加熱元件相關聯之上部溫度感測器及與下部加熱元件相關聯之下部溫度感測器。該上部溫度感測器及該下部溫度感測器各自提供關於靠近各別元件之水溫的資訊。各別感測器結合上部加熱元件及下部加熱元件允許控制系統在所感測溫度下降至低於設定點溫度時選擇性地加熱安置於槽內之水。
作為一般命題，熱水器之設定點溫度愈高，需要自熱水器抽取以便為消費者產生「熱水」之水量愈小。類似地，熱水器之設定點溫度愈低，需要自熱水器抽取以便為消費者產生「熱水」之水量愈大。因此，可藉由升高或降低熱水器之設定點溫度來調節熱水器之有效容量。舉例而言，較低的設定點溫度將需要更多來自熱水器之水以產生所需「熱水」。因此，來自熱水器之熱水使用較快且系統之有效容量減少。相反地，升高設定點溫度將需要較少來自熱水器之水以提供相同的「熱水」。因此，提高設定點溫度會增加熱水器之容量。
用於電熱水器之習知控制系統通常操作以維持槽中之整個體積之水以維持平均設定點溫度，因為槽頂部通常為熱的，而槽底部可處於或接近地下水溫度。因此，槽可基於一個、兩個或更多個恆溫器設定來維持平均設定點溫度。此等控制系統獨立於消費者所提出的對於熱水之實際需求而操作。因此，即使消費者對於「熱水」之要求經常小於熱水器之有效容量，熱水器仍然將一直重複地將所有水加熱至設定點溫度。
需要控制系統，該控制系統可基於消費者需求連續地監測及調整電熱水器之有效容量以便維持設定點，該等設定點允許加熱或臨時停止加熱以便滿足電網或其他電力負荷平衡需求，諸如當可用的可再生能量存在於電網上時加熱水，或停止加熱以降低尖峰負荷。此外，亦需要提供「槽外」控制系統，其未安裝至熱水器自身或另外直接與熱水器自身之硬體相關聯，藉此在常規熱水器維護或更換期間消除公用設施操作員(或控制系統之其他擁有者)之參與。
提供用於估計裝置中之流體之溫度的裝置、系統、方法及套組。在某些實施例中，系統包含用於設計與住宅或商業熱水器相關之估計溫度的硬體。在某些實施例中，可實施系統以在無需將硬體添加至熱水器本身之情況下改良電網負荷管理。在某些實施例中，估計裝置中之流體之溫度的系統，該系統包含電壓計；電流感測器；至少一個流體流量感測器；及處理器，其經調適以自資料集計算流體之估計溫度，其中該資料集包含由該電壓計、該電流感測器及該至少一個流體流量感測器擷取之資料。
例示性系統包括用於收集及估計熱水器溫度資料之槽外裝置，其可用於藉由轉移及降低尖峰負荷需求來改良電網負荷管理。
本發明之態樣係關於一種溫度估計系統，其包含：電壓計；電流感測器；流體流量感測器；及處理器，其經調適以自資料集計算裝置中之流體的估計溫度，其中該資料集包含由該電壓計、該電流感測器及該流體流量感測器所擷取之資料。
本發明之其他態樣係關於一種用於控制裝置內之溫度的方法，其包含：接收與含有流體之裝置相關聯之資料集，其中該資料集包含電壓資料、電流資料及流體流量資料；自資料集導出流體之估計溫度；及藉助於控制器使得裝置基於估計溫度增加或減少提供至流體之熱量。
根據本發明之額外態樣，可提供一種用於控制裝置中之流體之溫度的系統，該系統包含：記憶體，其用以儲存程式指令；及處理器，其可操作地與該記憶體耦接以執行該等程式指令，以使得該處理器：接收與該裝置相關聯之資料集，其中該資料集包含電壓資料、電流資料及流體流量資料；基於該資料集導出該流體之估計溫度；及使得控制器基於該估計溫度而更改該裝置之加熱參數。
本發明之額外態樣及優勢將自以下實施方式而對於熟習此項技術者變得顯而易見，其中僅以說明預期進行本發明之最佳模式的方式展示及描述本發明之例示性實施例。應認識到，本發明能夠具有其他及不同實施例，且其若干細節能夠在各種明顯的方面進行修飾，全部不背離本發明。因此，圖式及描述應被視為本質上為說明性的而非限制性的。參考文獻併入
本說明書中所提及之所有公開案、專利及專利申請案均以引用之方式併入本文中，其引用的程度如各單獨的公開案、專利或專利申請案特定地及單獨地指示以引用的方式併入一般。
交叉參考
本申請案主張2018年5月18日申請之美國臨時申請案第62/673,317號之權益，該申請案以引用之方式併入本文中。
雖然以下描述本文中所描述之裝置、系統及套組的例示性實施例，但應理解，該等描述係以舉例方式進行且並不意欲限制本文中所闡述之一般發明性概念之範疇。預期熟習此項技術者可想到更改及進一步修改以及原理之其他及另外應用，且在其不同於前述內容之程度上，應保持在本發明之精神及範疇內。
本文提供用於估計及使用溫度之系統及方法。本文所描述之本發明之各種態樣可應用於下文所闡述之特定應用中之任一者。本發明可應用為水加熱系統之一部分。應理解，本發明之不同態樣可個別地、共同地或彼此組合地加以瞭解。
電熱水器習知地用於住宅及商業建築物中以向建築物之居住者供應熱水之儲集器。熱水器通常包括槽，該槽在入口處流體地耦接至建築物之供水系統且在出口處流體地耦接至諸如水龍頭、淋浴器及洗碗機之建築固定裝置。熱水器槽在入口處自建築物或城市供水系統接收冷水，且使用安置於槽中之一或多個加熱元件(例如下部加熱元件及/或上部加熱元件)將水加熱至設定點溫度。下部加熱元件及上部加熱元件藉由將來自建築物電源供應器之電流轉換成輻射熱而將安置於熱水器槽內之水的溫度升高至設定點溫度。經加熱之水儲存於槽內且藉由加熱元件保持在設定點溫度，以使得不斷地且持續地在所需溫度下提供熱水供應。
在操作中，習知電熱水器之上部加熱元件藉由控制系統通電以加熱一定體積之水，其通常在剛好在上部加熱元件下方之區域與槽之頂部(亦即，槽之上部區域)之間。一旦槽之上部區域中的水處於設定點溫度，則該控制系統使上部加熱元件斷電且使下部加熱元件通電。下部加熱元件加熱通常在下部加熱元件上方且在上部加熱元件下方(亦即，槽之下部區域)的一定體積之水。下部加熱元件保持通電直至槽之下部區域內之水處於設定點溫度。
當加熱時，水由於經加熱之水相對於槽內之冷水之物理特性(亦即密度)而上升。因此，當下部加熱元件加熱水時，經加熱之水在槽內上升且冷水朝向下部加熱元件下降。下降冷水與通過熱水混合且藉由下部加熱元件加熱。此過程繼續直至安置於槽之下部區域內之整個體積之水達到設定點溫度。
當消費者自槽抽取熱水時，自槽出口抽出之初始熱水安置於槽之頂部區域內，接近上部加熱元件及上部溫度感測器。當熱水離開槽時，在入口處將新近供應之冷水引入至槽中。入口一般安置於槽之底部，在下部加熱元件下方。當熱水排出(亦即，在出口處自槽抽出)時，進入冷水最終接觸下部加熱元件。此時，下部溫度感測器偵測到冷水流入且將資訊轉送至控制系統。該控制系統處理來自下部溫度感測器之資訊且使下部加熱元件通電以加熱該進入冷水直至達到設定點溫度。
若消費者不使用槽中所有的可用熱水，則下部加熱元件保持通電且繼續加熱水(如上文所描述)直至達到設定點溫度。然而，存在消費者自槽抽取足夠體積之熱水以使得進入槽之冷水之體積到達上部加熱元件之情況。此類事件係稱為「深度抽取(deep draw)」事件。當上部溫度感測器偵測到歸因於進入冷水之溫度顯著下降時，鑑別到深度抽取事件。在偵測到進入冷水之後，控制系統使下部加熱元件斷電且使上部加熱元件通電，以致力於在水離開槽之前將上部元件上方之較少量之冷水快速加熱至設定點溫度。
當消費者停止使用熱水時，類似地停止冷水流入。此時，上部加熱元件繼續加熱安置於槽之上部區域中之水，直至上部溫度感測器偵測到安置於上部區域中之水處於設定點溫度。控制系統接著使上部加熱元件斷電且使下部加熱元件通電以加熱安置於槽之下部區域內的水。下部加熱元件保持通電，直至下部溫度感測器偵測到安置於下部區域內之水的溫度處於設定點溫度。以此方式，習知熱水器包括控制系統，其藉由連續地將安置於槽內之整個體積之水加熱至設定點溫度而對來自槽之熱水的抽取作出響應。
電熱水器之容量習知地理解為熱水器能夠加熱且維持在設定點溫度之水的體積。舉例而言，八十加侖熱水器可加熱及儲存八十加侖水。就此而言，隨後，八十加侖熱水器之容量為八十加侖。然而，由消費者實現之熱水器的有效容量大於剛剛描述之熱水器的簡單體積容量。此係因為當需要家用固定裝置處之「熱水」時，消費者通常不在設定點溫度下使用水。雖然熱水器之設定點溫度可變化，但設定點為120℉或更高並不罕見。然而，消費者對在固定裝置處之「熱水」的需求通常為在遠低於設定點溫度之舒適溫度下的水。因此，為了產生供消費者使用之「熱水」，將自熱水器抽取之水與來自建築物供水系統之冷水混合。因此，舉例而言，對於供消費者使用之每加侖「熱水」，僅半加侖水抽取自熱水器。此有效地增加電熱水器可向消費者提供之「熱水」之量。
作為一般命題，熱水器之設定點溫度愈高，需要自熱水器抽取以便為消費者產生「熱水」之水量愈小。類似地，熱水器之設定點溫度愈低，需要自熱水器抽取以便為消費者產生「熱水」之水量愈大。因此，可藉由升高或降低熱水器之設定點溫度來調節熱水器之有效容量。舉例而言，較低設定點溫度將需要較多來自熱水器之水以產生所需「熱水」。因此，來自熱水器之熱水使用較快且系統之有效容量減小。相反地，升高設定點溫度將需要較少來自熱水器之水以提供相同的「熱水」。因此，提高設定點溫度會增加熱水器之容量。
在某些實施例中，本文所描述之系統允許電力設施供應商將熱水加熱引起之能量需求自尖峰時間窗轉移至離峰窗，全部同時為終端使用者提供其已習慣之服務等級(亦即，熱水之可用性)。自尖峰時間窗之此需求轉移具有將峰值降低至對公用系統之能量需求之平均比率(亦即，波峰因素)的作用，該公用系統通常允許公用資源之更高效利用且允許發電轉移至可用的最高效生產設備。需求轉移減少能量之平均生產成本(亦即，kW-小時之平均成本)且可延遲或完全消除建立新發電設施之需求。轉移需求亦藉由減少碳排放降低對環境之影響。
在某些實施例中，本文中所描述之系統可允許電氣設施將重大負荷(其歸因於家庭水加熱)自尖峰需求時間窗移動至離峰時間窗，而不對終端客戶造成不當的不便。由於此等優點，能量供應商可藉由較低能率或折扣計劃提供用於安裝此等系統之激勵。另外，系統(藉助於其能量節省)可符合各種能效標識及政府激勵項目，例如Energy Star®。
在某些實施例中，本文中所描述之系統可利用廣泛部署之WAN網路(數位蜂巢式、光纖到家、DSL、有線寬頻、900 MHz、Zigbee、Wi-fi、Wi-max、智慧型儀錶通信、無線電、網狀網路等)來遠端收集可用以計算終端使用者之熱水槽中之水之估計溫度的資料。在某些實施例中，估計溫度經由所收集之資料集來測定。資料集可包括與槽相關聯之電壓及電流資料，以及與提供至(及/或離開)槽之水相關聯之水流量資料。在某些實施例中，藉由接收資料集之處理器以演算法方式測定估計溫度。在某些實施例中，資料集可藉由與用於槽之電壓感測器及電流感測器相關之本端控制器以及與水流入至槽或自槽流出相關之水流量感測器來收集。用於測定估計溫度之處理器可與提供於控制器中之韌體一起在本端置放。或者，資料集之處理可經由與控制器通信之WAN網路在雲端中遠端發生。
本文中所提供之溫度估計系統及方法可有利地利用來自不在槽內之一或多個感測器之資料。此可允許利用現有熱水器硬體而不顯著修改水槽。在一些情況下，收集用於溫度估計之資料可能不需要使用來自槽內之探針的溫度資料。取而代之，可收集侵入性較低的資料點，諸如與通向槽之電力供應線相關聯之電壓及電流資料及/或來自提供水至槽或自槽提供水的流動路徑之流量資料。此可允許以簡化且更具成本效益的方式將溫度控制系統添加至現有熱水器系統。
在某些實施例中，資料集進一步包含使用初始(先前測定)相對溫度及其經過時間以精確地提供估計溫度。舉例而言，當系統考慮(i)在t=0 (其中t=時間)時出現的所量測或計算之初始溫度以及(ii) t=x (其中x表示在初始相對溫度之量測與流量、電流及電壓資料之後續處理以提供估計溫度之間經過的時間)時，極其準確之溫度估計可為可能的。在某些實施例中，可假定初始溫度為設定點溫度(例如，120℉)，使得經過時間表示自從槽中之水加熱至設定點所經過之時間。理解初始溫度及經過時間將幫助系統估計自簡單環境衰減損失之熱量。因此，在某些實施例中，資料集包含電壓資料、電流資料、流量資料、初始溫度資料及經過時間資料。
本申請人已出人意料地發現，本文中所描述之系統可用於藉由監測電熱水槽中之水之估計溫度來將尖峰需求負荷轉移至離峰時間。通常，習知熱水槽管理系統依賴於槽中之水之直接溫度量測，其中將溫度探針及控制器直接添加至熱水槽中。然而，當維修或替換槽自身時，此設計需要公用設施供應商之互動，因而硬體通常由公用設施供應商售後安裝。在某些實施例中，本申請人之系統不需要對槽中之水進行直接(例如，探針)溫度量測或對槽應用售後硬體。取而代之，負責量測由熱水器使用之電壓及電流的感測器定位為離開/遠離加熱器，同時收集與加熱器之耗電相關的資料(例如，容納於高壓繼電器外殼中之電壓/電流感測器)。類似地，水流量感測器可與槽之冷水入口或熱水出口相關聯，由此保持在允許維護或更換加熱器而無需監測、規劃、移除或以其他方式顧及系統之組件(包括控制器及感測器)的槽外位置中。
在某些實施例中，如經由估計槽中之溫度所測定，最終使用者之熱水利用模式藉由公用伺服器軟體資料庫及使用此資訊將具有類似利用模式之客戶分離成管理組之應用來分析。基於不同管理組之集合熱水利用模式，經由WAN或本端通信介面上之控制下行鏈路以最小化用於熱水加熱之尖峰能量利用的方式啟用/停用熱水之加熱，同時確保客戶具有足夠熱水以滿足其正常每日需求。或者，在溫度估計計算在控制器層級現場發生之情形下，水之加熱可由控制器直接控制。在任一情況下，基於槽中之水之估計溫度與所要設定點之比較，控制器可啟用/停用流向(一或多個)加熱元件之電流以符合預定設定點。因此，控制器經設計以藉由可操作地連接至高壓繼電器自身來有效地略過對熱水器自身之工廠溫度設定。
圖 1 說明根據本發明之實施例之系統100 。溫度估計或控制系統100 可與任何需要與系統或裝置相關聯之流體之估計溫度的裝置或系統一起利用。例示性裝置包括但不限於熱水器(例如，太陽能、商業、住宅等熱水器)。裝置可用以在結構內提供熱水或將熱水提供至出水口。來自裝置之熱水可視情況與冷水混合以在出水口處達到所需水溫。裝置可獨自將熱水提供至結構(例如，住宅、商業物業、其他結構)。或者，可共同操作多個裝置以提供所需量之熱水。
裝置可包含一或多個流體儲存區域，諸如一或多個槽。流體儲存區域可具有任何容量。舉例而言，流體儲存區域可具有至少5加侖、10加侖、20加侖、40加侖、60加侖、80加侖、100加侖、150加侖、200加侖、250加侖、300加侖或更大容量。裝置可具有較低流體儲存體積，體積落入所提供之任何兩個值之間的範圍內。裝置可包含一個、兩個或更多個加熱元件，其可將熱量提供至一或多個流體儲存區域內之流體。加熱元件可與流體直接接觸以將熱量提供至流體。當提供多個加熱元件時，該等加熱元件可獨立地控制，或可一起控制。加熱元件可打開或關閉。在一些情況下，可控制由每一加熱元件提供之熱的程度，此可影響加熱速率。在一些情況下，加熱元件可提供熱量，或不提供熱量。在替代實施例中，加熱元件可用以主動地冷卻流體。可將電力供應至加熱元件以控制裝置內之流體的溫度，其包括增加裝置內之流體的熱量，維持裝置內之流體的熱量，或減少裝置內之流體的熱量。
流體可為液體，諸如水。水可包括飲用水。或者，流體可包括油、糖漿、飲料或其他類型之流體。流體可包括基本上氣態之流體。
例示性系統100 描繪高壓電力供應線2 、高壓外殼6 及高壓裝置供應線4 。電力供應線可與能源，諸如公用電網、可再生電源(例如，光伏打電源、風驅動電源、水電電源、地熱電源)、局部發電機或能量儲存系統(例如，局部電池系統)通信。
高壓外殼6 可耦接至電力供應線2 。該外殼可容納一或多個感測器，用於收集關於沿著該電力供應線及/或該裝置供應線之電力使用之資料。該外殼可容納電壓計及電流感測器。電壓計及電流感測器可監測經由裝置供應線4 提供至裝置的電力。在一些實施例中，電壓計及/或電流感測器可能夠以高準確度及/或精確度收集資料。舉例而言，電壓計可能夠量測電壓至3伏、2伏、1伏、0.5伏、0.1伏、0.05伏、0.01伏、0.005伏或0.001伏內。電流感測器可能夠量測電流至5安培、3安培、2安培、1安培、0.5安培、0.1安培、0.05安培、0.01安培、0.005安培、0.001安培、0.0005安培或0.0001安培內。電壓計及/或電流感測器可能已存在於提供裝置之場地處。電壓計及/或電流感測器可位於裝置外部。舉例而言，電壓計及/或電流感測器可位於熱水器槽外部。外殼可位於裝置(例如，熱水器槽)外部。外殼可視情況包括可部分或完全封閉電壓感測器及/或電流感測器之殼體。該殼體可重複地打開及關閉。該外殼可與該裝置在同一場地處。舉例而言，外殼可在與裝置相同之結構內，或在與裝置相同之物業上。
外殼6 亦可容納高壓繼電器，其充當用於經由供應線4 自供應線2 供應至裝置之電力的閘。繼電器可為機械或固態繼電器，接線方式為常開或常閉。此繼電器可為可經控制以發送電力至裝置或不發送電力的電動網守。在常開設置中，繼電器之正常狀態將防止電力進入裝置。僅當致動打開時，才將進行電氣連接且將電力輸送至裝置。常開設置亦意謂若繼電器失效，則電路將被破壞，且電力將不發送至裝置。
外殼6 中亦可包括用於將線路功率變換為操作低壓裝置所必需之功率以及將線路功率變換為可量測局部電壓及頻率之形式的變壓器。
高壓外殼6 可耦接至控制器10 。外殼及控制器可通信地耦接。可視情況將來自高壓外殼之資料提供至控制器。可將來自控制器之一或多個指令提供至外殼。電力可在或可不在外殼與控制器之間流動。在一些情況下，佈線12 可提供高壓外殼6 與低壓控制器外殼10 之間的連接。視情況，低壓控制器外殼可整合於高壓外殼內，或如所說明地單獨容納有連接兩個外殼之佈線。僅藉助於實例提供佈線。可利用其他形式之通信，諸如光通信、無線通信、蜂巢式通信、無線電通信、紅外線通信或聲學通信。
在低壓設置中，主控控制器為所有控制系統之集線器。此主控控制器自所有連接裝置接受所有資料且將資料發送至集中式系統。集中式系統可包含一或多個處理器，該一或多個處理器可有助於估計溫度及/或提供指令以控制裝置。主控控制器亦可視需要使用所收集資料來基於預定條件(諸如，當局部量測頻率低於指定頻率設定點時斷開繼電器)來接通或斷開高壓繼電器。主控控制器可使用此項技術中已知之任何類型網路或多個網路與集中式系統通信，諸如網際網路、電話、乙太網、類比蜂巢式、數位蜂巢式、近程無線電、Zigbee、HomePlug、Wifi、WiMax、電力線寬頻、同軸電纜及其類似者。在一些實施例中，將利用WAN方法傳達資訊及控制系統。
至少一個流體流量計8 可設置於溫度估計或控制系統100 內。流體流量計可用以量測經由一或多個管道16 進入裝置(例如，熱水器之冷水入口)之流體的流量或離開裝置(例如，熱水器之熱水出口)之流體的流量。該設置可使用任何類型之流量計，包括垂降至管中之計量器或夾持在管上之測聲計。在一些情況下，至少一個流體流量計包含聲感測器。視情況，至少一個流體流量感測器包含直插式感測器。可提供任何數目個流體流量計。在某些實施例中，可實施兩個或更多個流量計以更有效地測定流量。兩個或更多個流量計可用以量測入口流量，量測出口流量，或至少一個流量計可用以量測入口流量，而另一流量計可用以量測出口流量。
一或多個流體流量感測器8 可能夠測定任何所需準確度及/或精確度水準之流量程度。舉例而言，該流體流量感測器可能夠量測流體流量至1公升/秒、500毫升/秒、300毫升/秒、100毫升/秒、50毫升/秒、10毫升/秒、5毫升/秒、1毫升/秒、0.5毫升/秒、0.1毫升/秒或更小內。流量計可能已經存在於提供裝置之場地處。流量計可位於裝置外部。舉例而言，流量計可位於熱水器槽外部。流量計可位於管道(例如，管)內，或耦接至管道。可在目視檢查後偵測到流體流量計。流體流量計可在與裝置相同之場地處。舉例而言，流體流量計可在與裝置相同之結構內，或在與裝置相同之物業上。
低壓外殼10 可耦接至流體流量計8 。低壓外殼可包含控制器。控制器可通信地耦接至流量計。可視情況將來自流量計之資料提供至控制器。可將來自控制器之一或多個指令提供至流量計。電力可在或可不在控制器與流量計之間流動。在一些情況下，佈線14 可提供低壓外殼10 與流體流量計8 之間的連接。僅以舉例方式提供佈線。可利用其他形式之通信，諸如光通信、無線通信、蜂巢式通信、無線電通信、紅外線通信或聲學通信。
來自至少一個電壓計、至少一個電流感測器及至少一個流體流量計之資料可用於形成資料集。該資料集可用於估計該裝置內之流體之溫度。估計溫度可為裝置內之流體之平均溫度。視裝置內之位置而定，裝置內之流體之溫度可變化。估計溫度可表示在裝置之中心處、在裝置之頂部處或附近、在裝置之底部處或附近或裝置內之任何其他位置處的溫度。
視情況，在低壓外殼10 外部，可安置量測環境溫度之溫度感測器。環境溫度可為裝置外部之環境之溫度。此資料連同自電壓計、電流感測器及流量計收集之資料可藉由系統處理以導出當前存在於裝置中之流體的估計溫度。
關於圖 1 之熱水器系統，電流之量測值表示由熱水器消耗之電流或安培之量。隨時間推移量測電流。電壓量測為隨時間推移對熱水器供電之交流電(AC)電壓。電壓為以伏特表示之電動勢或電位差。視情況，亦可量測隨時間推移對熱水器供電之AC頻率。AC頻率表示AC正弦波中每秒之週期數。換言之，頻率為電流每秒改變方向之速率。在電流之情況下，頻率為正弦波重複或完成正-負週期之次數。流量量測值表示流入熱水器中之水(若在冷入口管上量測)或流出槽之水(若在熱出口管上量測)的量。無論在冷或熱管上量測，此量測值等於隨時間推移由加熱器分配之熱水之量。視情況選用之環境空氣溫度量測值可藉由安裝在任一外殼外部之溫度探針採集以量測環境空氣溫度。
圖 2A 說明習知熱水器系統200 。不同於系統100 ，習知系統200 包括直接安裝至加熱器/槽206 之控制器210 。控制器210 經由佈線204 連接至高壓供應線202 。此外，不同於系統100 ，系統200 包含直接溫度量測系統，其實施使用探針212 來直接量測槽206 中之水的溫度。
圖 2B 說明併有溫度估計及控制系統且在本文中他處描述之熱水系統250 。可提供熱水器/槽226 。一或多個加熱元件228 可設置於熱水器/槽內。在一些情況下，可提供上部加熱元件及下部加熱元件。
電力供應線230 可將電力提供至熱水器/槽226 。在一些情況下，電力供應線可將電力提供至加熱元件。可視情況提供外殼232 。外殼可包含電壓計233 及/或電流感測器234 ，其可分別量測由電力供應線提供之電壓及電流。外殼可包含如在本文中他處所描述之繼電器235 。控制器238 可與外殼通信。控制器可與電壓計及/或電流感測器通信。控制器可視情況自電壓計及/或電流感測器接收資料。在一些情況下，控制器可自一或多個處理器接收資料，該一或多個處理器可能已自電壓計及/或電流感測器接收資料。該一或多個處理器可計算槽內之流體的估計溫度，其可用以向該控制器提供指令以控制槽內之流體的溫度。控制器可與繼電器通信。舉例而言，控制器可視情況將一或多個指令發送至繼電器，以控制由電力供應線提供至熱水器/槽(例如，熱水器/槽之加熱元件)之電力。控制器可視情況配備有外殼。
可提供一或多個流體入口242 。可提供一或多個流體出口244 。流體入口及/或出口可置放於槽上之任何位置處。在一些情況下，流體出口可位於水槽頂部處或附近，以利用具有朝向頂部吸引之傾向的加熱水。可提供一或多個流體流量計243 以用於流體入口，及/或可提供一或多個流體流量計245 以用於流體出口。來自一或多個流體流量計之流體流量量測值可作為可用於估計熱水器/槽內之流體之溫度之資料集的一部分提供。
視情況，時脈可作為系統之部分提供，或在系統外部提供。在一些情況下，時脈可藉由一或多個伺服器或經由雲端計算基礎設施實施。時脈可追蹤時間，諸如自初始溫度量測起已經過之時間。
圖 3 為根據本發明且併有多個感測器輸入端以及加熱演算法及控制演算法之狀態的用於熱水器之控制系統之示意圖。收集流量、電流及電壓資料，以及(視情況)環境溫度、頻率及初始溫度及經過時間。可使用加熱演算法之狀態處理此資料以估計熱水槽中之水的溫度。演算法由處理器進行，該處理器與儲存用於測定估計溫度之程式指令之記憶體相關聯，其中處理器與控制器一起存在於現場或在雲端遠端存取。演算法開始於基礎(初始)溫度，其表示由系統預先計算/設定之最近估計溫度(或設定點溫度)，以及自初始溫度測定經過之時間。使用簡單線性模型作為舉例，關於水槽是否需要加熱來達到所要設定點之判定將基於如下假定：水流入/流出熱水器將導致槽中之水的溫度降低，需要電流流向加熱元件及槽水之加熱。更簡單地：+流量=-溫度+電流=+溫度，其中應理解，各槽取決於系統之大小、類型及用途而得到各變數之不同值。在一個實施例中，此表示本申請人之「線性模型」。
實踐中線性模型之實例：假定自槽流出之1公升=-0.5 kWh且一小時之經過時間=0.1 kWh (熱量衰減)。致力於維持-2 kWh設定點(亦即假定設定點處之0 kWh表示標準U.S. 120℉設定點溫度，則約-2 kWh設定點將大致等於110℉)。在此實例中，吾人可假定初始溫度錶示120℉之設定點溫度。自彼處，對於每小時經過時間減去-0.1 kWh且對於在該相同經過時間段期間所抽取之每一公升減去-0.5 kWh。假定使用者在一小時內抽取2公升，則估計溫度將等於自初始(設定點)溫度下降-1.1 kWh。假定維持-2 kWh設定點之目標，系統將推遲加熱直至達到所需設定點。然而，額外時間推移及/或抽取水可推動下降至低於-2 kWh，隨後需要系統允許加熱器將水之熱量提高回至-2 kWh設定點。對於每一槽，與以kWh至℉表示之溫度的相關性將變化，但kWh量測可用作用於測定估計溫度之基礎。
亦可在系統中實施「非線性」模型以涵蓋更不可預測之使用模式。除了非線性演算法應用於計算隨時間推移之相對溫度以外，非線性模型使用線性模型所使用之類似資料集，包括對演算法之進行中的改變以更好地為計算建模。兩種例示性非線性方法包括神經網路模型及狀態空間模型。
神經網路模型可用作函數逼近器。架構包括但不限於多層感知器、1-d迴旋神經網路及複現神經網路，諸如長短期記憶(LSTM)及閘控複現單元(GRU)。應用轉移學習以加速新模型之訓練。此處，在可用訓練資料上習得神經網路之參數(可能為其子集)。為了訓練新模型，可固定最後幾個隱藏層，且可使用隨機梯度下降之變型以更新其權重。若更多資料變得可用，則可訓練更多網路以增加效能。
例示性狀態空間模型可將加熱器建模為線性動力系統。狀態為加熱器之平均溫度，且觀測為由加熱器使用之電力。加熱器之流出可建模為隨機過程。可使用期望最大化演算法來估計基礎狀態動力學。卡爾曼濾波器(Kalman filter)(或諸如擴展卡爾曼濾波器或無跡卡爾曼濾波器之變體)可用以預測熱水器之當前狀態並作出預報。
在測定估計溫度資料後，控制演算法可獲取此估計溫度資料且將其發送至外部控制演算法，該外部控制演算法可由外部管理系統控制。舉例而言，外部管理公司表示當頻率下降至59.7赫茲時關閉繼電器。彼命令可發送至控制演算法，且當頻率由頻率感測器量測時，繼電器打開(電源關斷)。
在另一實例中，外部控制演算法可命令槽在5pm及10pm之時數期間不加熱。局部時間感知控制演算法接著在彼等時間期間關閉負荷。
在另一實例中，外部控制演算法可命令槽一直保持在90%經加熱。將命令發送至控制演算法，該控制演算法使用加熱演算法之狀態來管理繼電器之斷開及閉合以維持彼百分比。
如圖 3 中所說明，來自流量感測器301 、電流感測器302 及電壓感測器303 之資料可用於形成資料集。額外感測器資料，諸如來自頻率感測器304 或環境空氣溫度感測器305 之資料可經收集作為資料集之部分。在一些情況下，初始溫度以及自收集初始溫度已經過之時間可用作資料集之部分。可使用加熱演算法之狀態306 處理資料集以估計熱水槽中之水的溫度。加熱演算法可使用如先前所描述之技術來估計溫度。加熱演算法之狀態可藉助於一或多個處理器來實施。如本文中他處所描述，可在本端或遠端提供一或多個處理器。
具有地方時之控制演算法307 可用於基於所估計之當前溫度測定供應至熱水器/槽以達到所要溫度之電力的量或排程。在一些情況下，一或多個外部管理系統308 可視需要實施外部控制演算法309 。如先前所描述，可實施不同類型之外部控制，諸如基於時間之控制、基於頻率之控制、基於環境條件之控制、公用設施使用控制(例如，尖峰/離峰使用、使用率)、預期加熱器使用控制等。加熱資料傳送之狀態310 可用以實施控制。
控制演算法可用於控制繼電器311 ，其控制向熱水器/槽之電力供應。加熱元件及/或相關聯之流體溫度可為受控之負荷312 。控制演算法可藉助於一或多個處理器來實施。相同處理器可用於控制以及溫度估計。或者，可使用不同處理器。在一些情況下，控制演算法可藉助於與電源供應器外殼及/或流體流量計通信之本端控制器實施。
圖 3 之示意圖之替代方案將包括控制演算法可直接使用由加熱演算法之狀態產生之資料以控制繼電器的實施例，該繼電器接通/斷開電源以控制負荷。在此實施例中，關於圖 3 之外部管理系統在上文所論述之所有實例將為相關的，除了所有響應性命令將在控制演算法層級預程式化，且視需要能夠更新控制演算法。
圖 4 為用於計算相對(估計)溫度及確定熱水器之負荷轉移特徵之系統的流程圖。上文所描述之感測器資料401 傳送至演算法402 ，該演算法計算相對(估計)溫度(上文描述為加熱演算法之狀態)。在一些實施例中，計算相對溫度之演算法可包括具有起始相對溫度410 。隨後，演算法可包括按變數減少乘以流量411 。演算法可進一步包含按變數增加乘以瓦特412 。演算法亦可包括按變數降低乘以經過時間(衰減函數)413 。演算法可計算終止相對溫度414 。終止相對溫度可為基於資料集，加熱器在該時間之估計溫度。
控制演算法403 可採用此相對溫度且與聚集演算法404 一起運作以確定槽是否可用於在任何時間添加或移除負荷。聚集演算法將確保槽未經完全加熱(無添加/移除負荷之能力)且高於最小舒適性臨限值，該最小舒適性臨限值可基於一或多個參數(諸如使用、季節、能源資訊等)而針對各槽改變。以此方式，目標臨限值可經設定以達成負荷電位。舉例而言，其可設定為較低以達成高通電電位。或者，舉例而言，可將其設定為較高以達成使用者舒適度。為了使負荷轉移，可在需要添加負荷之前的一段時間(例如，離峰時間)將目標臨限值設定為較低。因此，此將允許在負荷建立目標時段期間添加負荷之更大潛力。或者，負荷可在負荷降低時段開始時設定為較低，其將不允許加熱器接通，直至滿足下臨限值相對溫度。在一個實例中，聚集演算法可包括相對(估計)溫度是否等於最大溫度之評定405 。若其不等於最大溫度，則演算法可包括相對溫度是否高於目標臨限值相對溫度之評定406 。若相對溫度高於目標臨限值相對溫度，則演算法可傳達加熱器可接通或斷開以添加或移除負荷407 。
如上文先前所提及，控制演算法403 可由外部系統408 控制或由主控控制器層級之韌體409 控制。韌體亦可經由外部命令系統控制/設定。
圖 5A 提供具有本端現場處理器之溫度估計系統之實例。諸如熱水器之裝置501 可設置於場地502 處。該場地可為結構，諸如住宅或商業物業。該場地可包括物業。該場地可為位置。高壓供應線503 可將電力提供至溫度估計系統。裝置供應線504 可將電力提供至裝置。在一些實施例中，一或多個感測器可量測經由供應線供應之電力的一或多個參數。舉例而言，一或多個電壓計可量測經由裝置供應線提供之電壓。一或多個電流感測器可量測經由裝置供應線提供之電流。一或多個感測器可視情況提供於外殼505 中。或者，不需要外殼，且感測器可用於以任何方式量測對應特徵。一或多個感測器可存在於高壓供應線及/或裝置供應線上。一或多個感測器可直接接觸供應線，諸如高壓供應線及/或裝置供應線。一或多個繼電器可控制提供至裝置供應線之電力。繼電器可提供在高壓供應線與裝置供應線之間的閘。繼電器可視情況提供於外殼505 內。感測器(例如，電壓及電流感測器)可與繼電器提供於相同外殼內。或者，其可提供於不同外殼中。該一或多個外殼可位於與該裝置相同之場地處。該一或多個外殼可與該裝置位於相同物業、相同結構及/或相同房間內。該等外殼可位於裝置外部(例如，熱水器/槽外部)。
控制器506 可耦接至感測器及/或繼電器。控制器可通信地及/或實體地連接至感測器及/或繼電器。控制器可耦接至包含感測器及/或繼電器之外殼。控制器可通信地及/或實體地連接至外殼。控制器可視情況設置於外殼內。控制器外殼可包含封閉控制器之一或多個組件的殼體。控制器可包含一或多個可程式化處理器、場可程式化閘陣列(FPGA)或可接收、產生及/或發送一或多個指令至繼電器之其他組件。
控制器506 可以可操作地耦接至處理器507 。本文中對處理器之任何描述可適用於一或多個處理器，該一或多個處理器可單獨或組合運作以執行如本文中所提供之一或多個步驟。該一或多個處理器可為電腦系統之部分，如本文中他處所描述。處理器可接收資料集。資料集可包括來自電壓感測器、電流感測器及/或一或多個流量計之資料。資料集可包括環境溫度、初始溫度、時間資料或如本文中他處所描述之任何其他資料。處理器可基於資料集計算估計溫度。
處理器可視情況產生一或多個控制指令。該一或多個控制指令可由計算估計溫度之同一處理器或處理器集合提供。或者，可使用不同處理器或處理器集合。處理器可將一或多個控制指令提供至控制器，該控制器可轉而控制繼電器或與裝置相關之任何其他輸入端。在一些實施例中，控制器可產生一或多個控制指令。控制器可接收估計溫度資料及/或其他資料，且產生控制指令。控制器可接著根據控制指令控制繼電器或與裝置相關之任何其他輸入端。
處理器507 可相對於裝置501 在本端提供。處理器可在與裝置相同之場地處。處理器可在與裝置(例如，熱水器/槽)相同之物業、結構及/或房間內。處理器可相對於控制器506 在本端提供。處理器可在與控制器相同之場地處。處理器可在與控制器相同之物業、結構及/或房間內。處理器可或可不具有與外殼、感測器(例如，電壓感測器、電流感測器、流量計)、繼電器及/或控制器之實體連接器。在一些情況下，處理器可具有相對於外殼、感測器(例如，電壓感測器、電流感測器、流量計)、繼電器及/或控制器之無線通信。
處理器可或可不耦接至使用者顯示器。使用者裝置可包含可顯示圖形使用者介面(GUI)之使用者介面，GUI可包括關於裝置、估計溫度、設定點溫度、能量使用資料、能量節省、水使用資料之資訊或任何其他資訊。使用者可向使用者裝置提供一或多個可影響裝置之操作的輸入(例如，設定點、裝置內之溫度、加熱模式等)。
圖 5B 提供具有遠端場外處理器之溫度估計系統之實例。在一些實施例中，處理器507 可相對於裝置501 遠端地提供。處理器可在與裝置不同之場地處。處理器可在與裝置(例如，熱水器/槽)不同之物業、結構及/或房間。處理器可相對於控制器506 遠端地提供。處理器可在與控制器不同之場地處。處理器可在與控制器不同之物業、結構及/或房間。處理器可具有相對於外殼、感測器(例如，電壓感測器、電流感測器、流量計)、繼電器及/或控制器之無線通信。處理器可經由網路508 (諸如廣域網路(WAN)，諸如網際網路、區域網路(LAN)、蜂巢式通信網路、資料網路或任何其他類型之網路)與外殼、感測器(例如，電壓感測器、電流感測器、流量計)、繼電器及/或控制器通信。處理器可為伺服器或遠端伺服器或其他計算裝置之部分。本文中對處理器之任何描述可適用於任何類型之雲端計算基礎設施。
處理器可或可不耦接至使用者顯示器。使用者裝置可包含可顯示圖形使用者介面(GUI)之使用者介面，GUI可包括關於裝置、估計溫度、設定點溫度、能量使用資料、能量節省、水使用資料之資訊或任何其他資訊。使用者可向使用者裝置提供一或多個可影響裝置之操作的輸入(例如，設定點、裝置內之溫度、加熱模式等)。此使用者顯示器可相對於裝置及/或控制器為遠端的。此可允許使用者遠端地提供輸入及/或視圖資料。
在一些情況下，使用者可能能夠檢視可存取使用者帳戶之任何計算裝置上的資料。計算裝置可相對於裝置及/或控制器為本端或遠端的。舉例而言，使用者可經由使用者之行動裝置(例如，智慧型電話、平板電腦、穿戴式裝置、個人數位助理、膝上型電腦)、桌上型電腦或任何其他裝置檢視資料及/或提供輸入。
各種組件可具有如本文中他處所描述之任何特點或特徵。
圖 6 提供關於利用溫度估計資料之流程圖之實例。可收集資料集601 。資料集可包括來自裝置外部(例如，不在加熱器/槽內)之一或多個感測器之資料。在一些實施例中，資料集可包括來自之一或多個感測器之資料，該一或多個感測器通常與裝置相關聯提供/可用。資料集可視情況不包括來自裝置內(例如，熱水器/槽內)之感測器的資料。資料集可視情況不包括直接溫度資料(例如，自加熱器/槽內之一或多個溫度探針收集之資料)。資料集可視情況不包括同時溫度資料(例如，在計算時或接近計算時收集之溫度資料)。資料集可併有不需要裝置之實體修改的資料。資料集可包括來自電壓計之電壓資料、來自電流感測器之電流資料及/或來自一或多個流量計之流量資料。資料集可包括環境溫度資料、初始溫度資料、時間資料或任何其他資訊。
基於來自資料集之資料，可估計溫度602 。估計溫度可為裝置內之流體之溫度。估計溫度可為裝置內之流體之平均溫度。估計溫度可關於在裝置內之特定位置(諸如裝置之中心)處、在裝置之頂部處或附近或在裝置之底部處或附近的溫度。
在一些實施例中，溫度可以任何所需頻率水準估計。舉例而言，溫度可每小時、每小時若干次、每若干分鐘、每分鐘、每若干秒、每秒或每幾分之一秒地估計。可以規律或不規律時間間隔估計溫度。可根據排程估計溫度。可回應於所偵測之事件或情況(例如，能量使用情況、熱水使用情況、能量價格或電網設施供應情況等)來估計溫度。
可產生一或多個溫度控制指令603 。可基於估計溫度確定溫度控制。該溫度控制可以任何所需頻率水準提供。在一些情況下，只要更新估計溫度，便可更新或評估溫度控制指令。舉例而言，溫度控制可每小時、每小時若干次、每若干分鐘、每分鐘、每若干秒、每秒或每幾分之一秒地評估。可以規律或不規律時間間隔評估溫度控制。可根據排程評估溫度控制。可回應於所偵測之事件或情況(例如，能量使用情況、熱水使用情況、能量價格或電網設施供應情況等)來估計溫度。
可視情況基於使用資訊604 產生溫度控制指令。此可包括關於槽內熱水之使用的資訊。舉例而言，使用資訊可包括過往使用資料。過往使用資料可用於推知當前或未來熱水使用。舉例而言，若使用者常常在每日5:00 PM時開始使用大量熱水，但先前不使用許多熱水，則此類型之資料可適用於預測裝置內可能需要之熱水的量。此可影響裝置內之溫度之設定點。此可影響如何在裝置內控制加熱元件。若使用者之使用相對不可預測，則此類型之資料亦可用於產生控制指令。
使用資訊可特定針對個別使用者。在一些情況下，使用資訊可應用於一或多個組之識別。舉例而言，可將具有類似利用模式之使用者分成不同管理組。舉例而言，使用大量熱水之使用者可在與通常不使用熱水之使用者不同的管理組中。或在短時間段內使用熱水之使用者可在與在長時間段內使用熱水且在給定情況下需要大量熱水之使用者不同的管理組中。基於使用者可屬於之管理組，可產生不同溫度控制指令。
視情況，可基於能量供應資訊產生溫度控制指令。舉例而言，此可包括關於電網設施之資訊。舉例而言，可提供關於尖峰或離峰時數之資訊。可提供關於在給定時間內不同的能量消耗成本或速率之資訊。在另一實例中，能量供應器可由可再生能源(諸如光伏打裝置)提供。可包括諸如天氣或可影響可再生能源之其他因素之資訊。能量供應資訊可包括關於能量儲存裝置(諸如電池儲存系統)之充電狀態的資訊。
所產生之溫度控制指令可用以控制供應至裝置之電力606 。舉例而言，基於設定溫度或其他溫度控制指令，可接通或斷開通向裝置之電力。舉例而言，可斷開通向一或多個加熱元件之電力。可獨立地接通或斷開通向每一個別加熱元件之電力。在一些情況下，可共同地控制每一加熱元件以提供所需加熱效應。在一些情況下，可控制提供至一或多個加熱元件之電力之量。因此，裝置內之流體可達到所需溫度。
其他實施例可包括用於安裝或操作本文中所描述之系統的套組。在某些實施例中，套組將包含至少一個流體流量感測器、控制器及將感測器及控制器安裝至熱水器之說明書。在某些實施例中，套組將進一步包含至少一個電壓計及至少一個電流感測器。在某些實施例中，說明書將進一步包含關於操作系統，諸如程式化控制器以使其在線及/或將其與至少一個處理器連接的說明。
應注意，所提供之方法及系統之應用不受基礎計算基礎設施或計算環境限制。舉例而言，所提供之控制系統可應用於利用各種技術之網格計算平台或系統，該等技術諸如網式計算、同級間計算、自主(自行復原)計算、無線感測器網路、行動資料獲取、行動簽名分析、協作分散式同級間特用網路連接及處理、本地雲端/霧計算及網格/網式計算、露點計算、行動邊緣計算、小雲塊、分散式資料儲存及檢索、遠端雲端服務、擴增實境及其類似者。應提前理解，儘管本說明書包括雲端計算之描述，但本文中所列舉之教示之實施不限於雲端計算環境。實情為，本發明之實施例能夠結合現在已知或稍後發展之任何其他類型之計算環境來實施。
本發明提供經程式化以實施本發明之方法及系統的電腦系統。圖 7 展示經程式化或另外經組態以實施如上文所描述之溫度估計及/或控制系統之電腦系統701 。電腦系統701 可調節本發明之各種態樣，諸如實施控制系統之各種組件、呈現圖形使用者介面及如在本文中他處所描述之其他功能。該電腦系統可為使用者之電子裝置或相對於該電子裝置遠端定位之電腦系統。該電子裝置可視情況為行動電子裝置。電腦系統可包含如本文中他處所描述之控制器及/或處理器。
電腦系統701 包括中央處理單元(CPU，本文中亦為「處理器」及「電腦處理器」)705 ，其可為單核或多核處理器，或用於並行處理之複數個處理器。電腦系統亦包括記憶體或記憶體位置710 (例如，隨機存取記憶體、唯讀記憶體、快閃記憶體)、電子儲存單元715 (例如，硬碟)、用於與一或多個其他系統通信之通信介面720 (例如，網路配接器)及周邊裝置725 ，諸如快取記憶體、其他記憶體、資料儲存及/或電子顯示配接器。記憶體710 、儲存單元715 、介面720 及周邊裝置725 經由諸如主機板之通信匯流排(實線)與CPU705 通信。儲存單元715 可為用於儲存資料之資料儲存單元(或資料儲存庫)。電腦系統可藉助於通信介面720 可操作地耦接至電腦網路(「網路」)730 。網路730 可為網際網路、網際網路及/或商際網路，或與網際網路通信之企業內部網路及/或商際網路。
在一些狀況下，網路730 為電信及/或資料網路。網路1830可包括一或多個電腦伺服器，其可實現諸如雲端計算之分散式計算。舉例而言，一或多個電腦伺服器可使得網路上之雲端計算(「雲端」)能夠執行本發明之分析、計算及產生之各種態樣，諸如捕獲一或多個實驗環境之組態；執行產品(例如應用程式)之使用分析；及提供項目之統計的輸出。此雲端計算可藉由諸如Amazon Web Services (AWS)、Microsoft Azure、Google Cloud Platform及IBM cloud之雲端計算平台提供。在一些狀況下，藉助於電腦系統701 ，網路可實施同級間網路，其可使得耦接至電腦系統701 之裝置能夠表現為用戶端或伺服器。
CPU705 可執行一連串機器可讀指令，其可體現於程式或軟體中。指令可儲存於記憶體位置，諸如記憶體710 中。該等指令可針對CPU705 ，該CPU705 可隨後程式化或以其他方式組配CPU以實施本發明之方法。由CPU執行之操作的實例可包括提取、解碼、執行及寫回。
CPU705 可為諸如積體電路之電路之部分。系統701 之一或多個其他組件可包括於電路中。在一些狀況下，電路為特殊應用積體電路(ASIC)。
儲存單元715 可儲存檔案，諸如驅動器、文庫及保存程式。儲存單元可儲存使用者資料，例如，使用者偏好及使用者程式。在一些情況下，電腦系統701 可包括在電腦系統外部之一或多個額外資料儲存單元，諸如位於經由企業內部網路或網際網路與電腦系統通信之遠端伺服器上。
電腦系統701 可經由網路730 與一或多個遠端電腦系統通信。舉例而言，電腦系統701 可與使用者(例如，實驗環境之使用者)之遠端電腦系統通信。遠端電腦系統之實例包括個人電腦(例如，攜帶型PC)、板型或平板PC's (例如Apple® iPad、Samsung® Galaxy Tab)、電話、智慧型電話(例如Apple® iPhone、允許Android之裝置、Blackberry®)或個人數位助理。使用者可經由網路訪問電腦系統。
如本文中所描述之方法可藉助於儲存於電腦系統701 之電子儲存位置上(諸如記憶體710 或電子儲存單元715 上)之機器(例如電腦處理器)可執行碼實施。機器可執行或機器可讀碼可以軟體之形式提供。在使用期間，碼可由處理器705 執行。在一些狀況下，碼可自儲存單元擷取且儲存於記憶體上以供處理器備用存取。在一些情況下，可排除電子儲存單元，且機器可執行指令儲存於記憶體上。
碼可經預編譯且經組態以與具有經調適以執行碼之處理器的機器一起使用，或可在運行時間期間編譯。碼可以程式設計語言來供應，該程式設計語言可經選擇以使得碼能夠以預編譯或編譯時方式執行。
本文所提供之系統及方法之態樣，諸如電腦系統701 ，可體現於程式設計中。技術之各種態樣可被視為通常呈機器(或處理器)可執行碼及/或相關聯資料之形式的「產品」或「製品」，該資料在一類機器可讀媒體中攜載或體現。機器可執行碼可儲存於電子儲存單元，諸如記憶體(例如，唯讀記憶體、隨機存取記憶體、快閃記憶體)或硬碟上。「儲存」型媒體可包括以下中之任一者或全部：電腦之有形記憶體、處理器或其類似物，或其相關聯模組，諸如各種半導體記憶體、磁帶驅動器、磁碟機及其類似物，其可在任何時間提供非暫時性儲存器以用於軟體程式設計。軟體之全部或部分有時可經由網際網路或各種其他電信網路進行通信。舉例而言，此等通信可使得能夠將軟體自一個電腦或處理器負載至另一者中，例如，自管理伺服器或主機電腦負載至應用程式伺服器之電腦平台中。因此，可承載軟體元件之另一類型之媒體包括光學、電及電磁波，諸如跨越本地裝置之間的實體介面、經由有線及光學固定網路及經由各種空中鏈路來使用。攜載此類波之實體元件(諸如有線或無線鏈路、光學鏈路或其類似者)亦可視為承載軟體之媒體。如本文中所使用，除非限於非暫時性有形「儲存」媒體，否則諸如電腦或機器「可讀媒體」之術語係指參與將指令提供至處理器以供執行之任何媒體。
因此，諸如電腦可執行碼之機器可讀媒體可採取許多形式，包括但不限於有形儲存媒體、載波媒體或實體傳輸媒體。非揮發性儲存媒體包括例如光碟或磁碟，諸如任何電腦或其類似物中之儲存裝置中之任一者，諸如可用以實施圖式中所展示之資料庫等。揮發性儲存媒體包括動態記憶體，諸如此類電腦平台之主記憶體。有形傳輸媒體包括同軸電纜；銅線及光纖，包括包含電腦系統內之匯流排之電線。載波傳輸媒體可呈電信號或電磁信號，或聲波或光波之形式，諸如在射頻(RF)及紅外線(IR)資料通信期間產生之聲波或光波。電腦可讀媒體之常見形式因此包括例如：軟碟、可撓性磁碟、硬碟、磁帶、任何其他磁性媒體、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光學媒體、打孔卡紙帶、具有孔洞圖案之任何其他實體儲存媒體、RAM、ROM、PROM及EPROM、FLASH-EPROM、任何其他記憶體晶片或匣、傳輸資料或指令之載波、傳輸此類載波之電纜或鏈路或電腦可自其中讀取程式碼及/或資料之任何其他媒體。許多此等形式之電腦可讀媒體可涉及將一或多個指令之一或多個序列攜載至處理器以供執行。
電腦系統701 可包括電子顯示器735 或與電子顯示器735 通信，電子顯示器735 包含用於提供例如模型管理系統之各種組件(例如，實驗室、發射台(launch pad)、控制中心、知識中心等)的使用者介面(UI)740 。UI之實例包括但不限於圖形使用者介面(GUI)及基於網路之使用者介面。
本發明之方法及系統可藉助於一或多個演算法來實施。演算法可在由中央處理單元705 執行後藉助於軟體來實施。演算法可例如產生指令以計算溫度估計，及/或一或多個控制指令。
自前述內容應理解，雖然已說明及描述特定實施，但可對其進行各種修改且涵蓋於本文中。亦不希望本發明受本說明書內所提供之特定實例限制。雖然已參考前述說明書描述本發明，但本文中較佳實施例之描述及說明並不意欲以限制性意義來解釋。此外，應理解，本發明之所有態樣不限於本文所闡述之具體描繪、組態或相對比例，其視各種條件及變數而定。熟習此項技術者將顯而易知本發明之實施例之形式及細節的各種修改。因此，預期本發明亦應涵蓋任何此類修改、變化及等效物。
2‧‧‧高壓電力供應線 4‧‧‧高壓裝置供應線 6‧‧‧高壓外殼 8‧‧‧流體流量計/流體流量感測器 10‧‧‧低壓控制器外殼/控制器 12‧‧‧佈線 14‧‧‧佈線 16‧‧‧管道 100‧‧‧系統 200‧‧‧系統 202‧‧‧供應線 204‧‧‧佈線 206‧‧‧加熱器/槽 210‧‧‧控制器 212‧‧‧探針 226‧‧‧熱水器/槽 228‧‧‧元件 230‧‧‧供應線 232‧‧‧外殼 233‧‧‧電壓計 234‧‧‧電流感測器 235‧‧‧繼電器 238‧‧‧控制器 242‧‧‧入口 243‧‧‧流量計 244‧‧‧出口 245‧‧‧流量計 250‧‧‧系統 301‧‧‧流量感測器 302‧‧‧電流感測器 303‧‧‧電壓感測器 304‧‧‧視情況選用之頻率感測器 305‧‧‧視情況選用之環境空氣溫度感測器 306‧‧‧加熱演算法之狀態 307‧‧‧具有地方時之控制演算法 308‧‧‧外部管理系統 309‧‧‧外部控制演算法 310‧‧‧加熱資料傳送之狀態 311‧‧‧繼電器 312‧‧‧受控之負荷 401‧‧‧感測器資料：電流、電壓、流量、時間 402‧‧‧演算法：計算相對溫度 403‧‧‧控制演算法 404‧‧‧電位負荷演算法/聚集演算法 405‧‧‧相對溫度是否等於最大溫度？ 406‧‧‧相對溫度是否高於目標臨限值相對溫度？ 407‧‧‧加熱器之繼電器可接通或斷開以添加或移除負荷 408‧‧‧外部命令系統/外部系統 409‧‧‧本端韌體命令系統/主控控制器層級之韌體 410‧‧‧起始相對溫度 411‧‧‧按變數減少乘以流量 412‧‧‧按變數增加乘以瓦特 413‧‧‧按變數降低乘以經過時間(衰減函數) 414‧‧‧終止相對溫度 501‧‧‧裝置 502‧‧‧場地 503‧‧‧高壓供應線 504‧‧‧裝置供應線 505‧‧‧外殼 506‧‧‧控制器 507‧‧‧處理器 508‧‧‧網路 601‧‧‧資料集 602‧‧‧溫度估計 603‧‧‧溫度控制/溫度控制指令 604‧‧‧使用資訊 605‧‧‧能量供應資訊 606‧‧‧控制供應之電力 701‧‧‧電腦系統 705‧‧‧處理器/中央處理單元/CPU 710‧‧‧記憶體/記憶體位置 715‧‧‧電子儲存單元 720‧‧‧通信介面 725‧‧‧周邊裝置 730‧‧‧電腦網路 735‧‧‧電子顯示器 740‧‧‧使用者介面(UI)
本發明之新穎特徵在隨附申請專利範圍中細緻闡述。將參考闡述利用本發明原理之說明性實施例及其附圖的以下詳細描述來獲得對本發明之特徵及優勢的更好理解：
圖 1 描繪例示性溫度估計系統。
圖 2A 描繪具有在槽上之控制器之例示性習知熱水器，該控制器具有多個溫度探針。
圖 2B 展示根據本發明之實施例之使用溫度估計系統的例示性熱水器。
圖 3 為用於本文進一步描述之熱水加熱系統之例示性控制系統的示意圖。
圖 4 為描述本文進一步描述之例示性熱水加熱系統之操作的流程圖。
圖 5A 提供具有本端現場處理器之溫度估計系統之實例。
圖 5B 提供具有遠端場外處理器之溫度估計系統之實例。
圖 6 提供關於利用溫度估計資料之流程圖之實例。
圖 7 展示根據本發明之實施例提供之電腦系統之實例。
2‧‧‧高壓電力供應線
4‧‧‧高壓裝置供應線
6‧‧‧高壓外殼
8‧‧‧流體流量計/流體流量感測器
10‧‧‧低壓控制器外殼/控制器
12‧‧‧佈線
14‧‧‧佈線
16‧‧‧管道
100‧‧‧系統

Claims (20)

  1. 一種溫度估計系統，其包含： 電壓計； 電流感測器； 流體流量感測器；及 處理器，其經調適以自資料集計算裝置中之流體之估計溫度，其中該資料集包含由該電壓計、該電流感測器及該流體流量感測器擷取之資料。
  2. 如請求項1之系統，其中該裝置為住宅或商業熱水器。
  3. 如請求項1之系統，其中該電壓計、電流感測器及該流體流量感測器不在該裝置內。
  4. 如請求項1之系統，其中該電壓計及電流計可操作地耦接至監測經由供應線提供至該裝置之電力的外殼。
  5. 如請求項4之系統，其中該外殼容納控制經由該供應線向該裝置之電力供應的繼電器。
  6. 如請求項4之系統，其進一步包含通信地耦接至該處理器之控制器。
  7. 如請求項6之系統，其中該控制器經由無線連接耦接至該處理器。
  8. 如請求項6之系統，其中該控制器經調適以基於該估計溫度而允許、減少或消除經由電閘道器向該裝置之電力供應。
  9. 如請求項1之系統，其進一步包含環境溫度感測器，其中該資料集進一步包含藉由該環境溫度感測器收集之環境溫度資料。
  10. 如請求項1之系統，其中該資料集進一步包含該裝置內之該流體的初始溫度資料及時間資料，其中該時間資料表示自設定或計算該初始溫度資料所經過之時間。
  11. 一種用於控制裝置內之溫度之方法，其包含： 接收與含有流體之該裝置相關聯之資料集，其中該資料集包含電壓資料、電流資料及流體流量資料； 自該資料集導出該流體之估計溫度；及 藉助於控制器使該裝置基於該估計溫度而增加或減少提供至該流體之熱量。
  12. 如請求項11之方法，其中該裝置為商業或住宅熱水器。
  13. 如請求項11之方法，其中該估計溫度係藉由處理器導出而不依賴於該裝置內之該流體的同時量測溫度。
  14. 如請求項11之方法，其中該電壓資料由該裝置外部之電壓計提供，該電流資料由該裝置外部之電流感測器提供，且該流體流量資料由該裝置外部之流體流量感測器提供。
  15. 如請求項11之方法，其中該控制器(1)在該估計溫度達到或超出設定點溫度之情況下減少提供至該流體之該熱量，或(2)在該估計溫度低於設定點溫度之情況下增加提供至該流體之該熱量。
  16. 如請求項1之方法，其中該資料集進一步包含該裝置內之該流體的初始溫度資料及時間資料，其中該時間資料表示自設定或計算該初始溫度資料所經過之時間。
  17. 一種用於控制裝置中之流體之溫度之系統，該系統包含： 記憶體，其用以儲存程式指令；及 處理器，其可操作地與該記憶體耦接以執行該等程式指令，以使得該處理器： 接收與該裝置相關聯之資料集，其中該資料集包含電壓資料、電流資料以及流體流量資料； 基於該資料集導出該流體之估計溫度；及 使得控制器基於該估計溫度而更改該裝置之加熱參數。
  18. 如請求項17之系統，其中該裝置及該處理器位於某一場地。
  19. 如請求項17之系統，其中該裝置位於某一場地，且該處理器位於該場地遠端。
  20. 如請求項17之系統，其中該控制器通信地耦接至向該裝置提供電力供應之繼電器，且其中該控制器經調適以基於該估計溫度而增加或減少向該裝置之電力供應。
TW108117224A 2018-05-18 2019-05-17 估計流體溫度的方法及利用溫度估計資料的系統 TW202004141A (zh)

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