CN101936424A

CN101936424A - 调温液态流体供应设备输出流体温度的调节方法

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Publication number: CN101936424A
Application number: CN 201010255011
Authority: CN
Inventors: 周玉林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2030-08-17
Also published as: CN101936424B

Abstract

一种调温液态流体供应设备输出流体温度的调节方法，该设备系将热、冷流体混合形成温流体并将之输出，该方法为：在热、冷以及温流体管道中分别设置温度传感器，各温度传感器将测量的热、冷以及温流体温度数值实时传输至一数据处理单元；向数据处理单元输入一设定温流体温度数值；在热、冷流体温度保持不变的条件下，数据处理单元计算热和/或冷流体的调节比例；数据处理单元根据上述计算所得冷、热流体的流量比例驱动冷和/或热流体管道中的流量调节装置，单独、逐步或同步调节进入温流体管道中的冷和/或热流体的流量，令输出的温流体的温度维持在设定温度T_s，且在恒温过程中可保持温流体的流量不变，本发明自动化程度高、操作便捷，精确度好。

Description

调温液态流体供应设备输出流体温度的调节方法

技术领域

本发明涉及一种调温液态流体供应设备，尤其涉及一种操作简单快捷、自动化程度高的调温液态流体设备输出流体温度的调节方法。

背景技术

现有的各种调温液态流体供应设备，如热水器、地热水暖设备等在使用时，目前有手动方式(如水龙头)，机械恒温方式(如双金属片式和石蜡膨胀式恒温龙头)，电子恒温方式调节冷、热水(当然，亦可为除水之外的其它液态流体)的比例，以输出温度适宜的温水。机械恒温方式存在恒温慢，温度波动，不适用于较大流量的恒温调节，温度精度差等缺点，电子恒温方式由于温度传感器的热响应时间和需多次测温调节，在恒温速度上与机械恒温方式并无优势，也存在恒温慢，温度波动等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种调温液态流体供应设备输出流体温度的调节方法，理论上只需测温一次就可调至所需的设定温度，其自动化程度高、恒温快捷，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种调温液态流体供应设备输出流体温度的调节方法，该液态流体供应设备系将热流体和冷流体混合形成温流体并将之输出，其特征在于，该方法为：

(1)在热流体、冷流体以及温流体管道中分别设置温度传感器，各温度传感器将测量的热流体温度T_h、冷流体T_c以及温流体温度T_m数值实时传输至一数据处理单元；

(2)向数据处理单元输入一设定温流体温度数值T_s；

(3)在热流体和冷流体温度保持不变，且已知冷流体和热流体流量的调节比例的函数关系为B₂＝k₁B₁，则根据下式①计算出冷流体的调节比例B₁，或在已知冷流体和热流体流量的调节比例的函数关系为B₁＝k₂B₂，则根据下式②热流体的调节比例B₂：

式①…

B_{1} = \frac{(T_{m} - T_{s}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c}) - k_{1} (T_{h} - T_{s}) (T_{m} - T_{c})}

式②…

B_{2} = \frac{(T_{s} - T_{m}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{m} - T_{c}) (T_{h} - T_{s}) - k_{2} (T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c})},

上述k₁、k₂为不等于零1的常数，其数值由冷、热流体流量调节装置的结构决定，对于冷流体流量调节装置与热流体流量调节装置有联动装置，冷、热流体流量不可分别调节的结构，k₁、k₂的数值是根据冷、热流体流量调节装置控制量之间(如角度，位移等)的函数关系和冷、热流体流量调节装置控制量与冷，热流体流量调节装置过流面积之间的函数关系而确定的；对于冷、热流体流量可分别调节的结构，k₁，k₂的值可根据需要而赋值；

(4)数据处理单元根据上述计算所得冷流体的流量调节比例和/或热流体的流量调节比例驱动冷流体和/或热流体管道中的流量调节装置，单独调节、逐步调节或同步调节进入温流体管道中的冷流体和/或热流体的流量，令输出的温流体的温度达到设定温度T_s。

进一步的讲，步骤(3)中，在冷流体流量保持不变的情况下，则式②中K₂＝0，热流体的流量调节比例B₂为：

式③……

B_{2} = \frac{(T_{s} - T_{m}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{m} - T_{c}) (T_{h} - T_{s})} .

步骤(3)中，在热流体流量保持不变的情况下，则式①中K₂＝0，冷流体的流量调节比例B₁为：

式④……

B_{1} = \frac{(T_{m} - T_{s}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c})} .

步骤(3)中，在式①中，若令k₁＝-(T_h-T_m)/(T_m-T_c)，在式②中，若令k₂＝-(T_m-T_c)/(T_h-T_m)，则，

冷流体的流量调节比例B₁为：

式⑤……B₁＝(T_m-T_s)/(T_h-T_m)；

热流体的流量调节比例B₂为：

式⑥……B₂＝(T_s-T_m)/(T_m-T_c)。

本案发明人经长期研究和实践，特得出本发明之实用设计，其可自动实现调温液态流体供应设备输出流体温度的调整，方便快捷，精确度好。本发明是基于如下原理实现的，即：

根据热平衡方程式及热流体，冷流体及由热流体和冷流体混合形成温流体的流量和温度之间的关系，可得出形成温流体所需热流体及冷流体的流量比例，即，如下式所示：

Q_h+Q_c＝Q_m

而，Q_h×T_h×C_b+Q_c×T_c×C_b＝Q_m×T_m×C_b

故而可得到：

K_h＝Q_h/Q_m＝(T_m-T_c)/(T_h-T_c)

K_c＝Q_c/Q_m＝(T_h-T_m)/(T_h-T_c)

k_h/K_c＝(T_m-T_c)/(T_h-T_m)

以上各式中，Q_h为热流体流量、Q_c为冷流体流量、Q_m为温流体流量、T_h为热流体温度、T_c为冷流体温度、T_m为温流体温度、C_b为流体的比热、K_h为热流体占温流体的流量比例、K_c为冷流体占温流体的流量比例、k_h/K_c为形成温流体的热流体与冷流体的体积比。

因此，在冷、热流体流量数据可知的情况下，根据上述的比例关系调节热流体和冷流体的流量，即可形成具有所需温度的温流体。

考虑到在调温液态流体供应设备在工作过程中，根据不同时段或不同环境下的实际需求，可能需要对温流体的温度多次进行调节，则相应的，应对热流体和冷流体的流量比例进行多次调节；另外，有时基于成本考虑或其它因素的影响，冷，热水的流量不能获取。针对上述的这些情况，则热流体和/或冷流体的调节比例可分别参照下述过程进行调节：

(I)在冷、热流体温度不变，温流体温度T_m，且冷流体流量不变的条件下，调节温流体温度到设定温度Ts，则，在温流体温度T_m时，热流体占混合流体的比例数为(T_m-T_c)/(T_h-T_c)，而在设定温度T_s下，热流体占温流体的比例数为(T_s-T_c)/(T_h-T_c)，

设调节温流体温度之前温流体的流量为1，而调节温流体温度过程中所需调节热流体的比例数为B₂，则调节后热流体占温流体的比例为：

\frac{(1 + B_{2}) * (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c})}{1 + B_{2} * (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c})} = \frac{(T_{s} - T_{c})}{(T_{h} - T_{c})}

则可得，

式③……

B_{2} = \frac{(T_{s} - T_{m}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{m} - T_{c}) (T_{h} - T_{s})} .

(II)在冷、热流体温度不变，温流体温度T_m，且热流体流量不变的条件下，调节温流体温度到设定温度Ts，则，在温流体温度T_m时，冷流体占混合流体的比例数为(T_h-T_m)/(T_h-T_c)，而在设定温度T_s下，冷流体占温流体的比例数为(T_h-T_s)/(T_h-T_c)，

设调节温流体温度之前温流体的流量为1，而调节温流体温度过程中所需调节冷流体的比例数为B₁，则调节后冷流体占温流体的比例为：

\frac{(1 + B_{1}) * (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c})}{1 + B_{1} * (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c})} = \frac{(T_{h} - T_{s})}{(T_{h} - T_{c})}

则可得，

式④……

B_{1} = \frac{(T_{m} - T_{s}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c})} .

(III)在冷、热流体温度不变，温流体温度T_m，且冷、热流体流量可分别调节的情况下，则可利用上述式①、②分步计算得到热、冷流体的调节量。

(IV)在冷、热流体温度不变，温流体温度T_m，且冷、热流体流量需同步调节的情况下，参照上述(I)、(II)情况，利用冷、热流体流量调节量的相互关系，同理可得到冷、热流体的调节比例，具体为：

(A)在需要同步调节冷流体和热流体流量，且已知冷，热流体流量调节比例的函数关系为B₂＝k₁B₁(k₁为不等于1的常数，因为若k₁为1，则温流体温度恒为T_m，即只改变温流体流量，不能改变温流体温度)的情况下，则调节后冷流体占温流体的比例B₁为：

\frac{(1 + B_{1}) * (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c})}{1 + B_{1} * (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c}) + k_{1} B_{1} (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c})} = \frac{(T_{h} - T_{s})}{(T_{h} - T_{c})}

则可得，

式①…

B_{1} = \frac{(T_{m} - T_{s}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c}) - k_{1} (T_{h} - T_{s}) (T_{m} - T_{c})}

在式①中，如k₁为0，则即为式④。

(B)或，已知冷，热流体流量调节比例的函数关系为B₁＝k₂B₂(同样的，k₂为不等于1的常数，若k₂为1，则温流体温度恒为T_m，即只改变温流体流量，不能改变温流体温度)，则调节后热流体占温流体的比例B₂为：

\frac{(1 + B_{2}) * (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c})}{1 + B_{2} * (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c}) + k_{2} B_{2} (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c})} = \frac{(T_{s} - T_{c})}{(T_{h} - T_{c})}

则可得，

式②…

B_{2} = \frac{(T_{s} - T_{m}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{m} - T_{c}) (T_{h} - T_{s}) - k_{2} (T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c})}

在式②中，如k₂为0，则即为式③。

(C)在式①、②中，k₁，k₂的值由冷、热流体流量调节装置的结构决定，对于冷流体流量调节装置与热流体流量调节装置之间设置联动装置，而令冷、热流体流量不可分别调节的结构，k₁、k₂的数值是根据冷、热流体流量调节装置控制量之间(如角度，位移等)的函数关系和冷、热流体流量调节装置控制量与冷，热流体流量调节装置过流面积之间的函数关系而确定的。

对于冷、热流体流量可分别调节的结构，k₁，k₂的值可根据需要而赋予一值：

(a)在式

\frac{(1 + B_{1}) * (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c})}{1 + B_{1} * (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c}) + k_{1} B_{1} (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c})} = \frac{(T_{h} - T_{s})}{(T_{h} - T_{c})}

中

若令

B₁*(T_h-T_m)/(T_h-T_c)+k₁B₁(T_m-T_c)/(T_h-T_c)＝0

即令冷、热流体流量调节装置调节后，冷流体流量的增/减量与热流体流量减/增量相等，温度改变而流量不变，

则可得：

k₁＝-(T_h-T_m)/(T_m-T_c)

在式①中，若k₁＝-(T_h-T_m)/(T_m-T_c)，

则可得：

式⑤……B₁＝(T_m-T_s)/(T_h-T_m)

式⑥……B₂＝(T_s-T_m)/(T_m-T_c)

同理在式②中，若k₂＝-(T_m-T_c)/(T_h-T_m)，也可得式⑤式⑥。

式⑤式⑥的意义在于冷、热流体流量调节装置调节后，冷流体流量的增/减量与热流体流量减/增量相等，即可实现温度改变而流量不变。

(b)k₁，k₂的取值的不同，在调节到设定温度时所引起的冷、热流体流量的改变量也不同，根据冷、热流体流量调节装置的调节范围及当前所处状态，选取不同的k₁，k₂的值，可更准确快捷地调至设定温度。

上述计算程式可预先存储于一数据处理单元，如单片机等之中，在调温液态流体供应设备工作过程中，数据处理单元藉检测到的冷、热、温流体的温度数值以及设定的温流体温度数值，并依照上述计算程式，即可得出冷流体和/或热流体的调节比例，再根据所得的冷流体和/或热流体的调节比例驱动冷流体和/或热流体管道中的流量调节装置(如电磁阀门或配有步进电机等驱动机构的阀门等)自动进行调整，从而迅速得到具有设定温度的温流体。该调温液态流体供应设备输出流体温度的调节方法自动化程度高、操作便捷，精确度好。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本实施例涉及对一种恒温淋浴系统水温的调节方法，该恒温淋浴系统包括热水管、冷水管和出水管(温水管)，冷、热和出水管中分别设置有温度传感器，该等温度传感器均与一数据处理单元连接，该数据处理单元还与一控制面板连接。同时，冷、热水管中还设置有流量调节阀门。冷、热水流量调节阀门为分别可调。

根据工程流体力学，流量、流速、截面积、流体压之间的关系式：

流量Q＝μ*A*(2*P/ρ)^0.5，单位m³/S；μ为流量系数，其与阀门或管子的形状有关，大小在0.6～0.65；A为面积，单位m²；P是通过阀门前后的压力差，单位Pa；ρ为流体的密度，单位Kg/m³；

而在同一阀门中的流体，μ，ρ不变，在P不变时，流量与阀门的面积成正比，因此，利用阀门的控制量(如角度等)与阀门面积的关系式和计算所得调节比例，可对温流体温度进行调节。

(I)在一定时间内冷、热水温度不变，温水温度T_m，且冷水流量不变的条件下，调节温水温度到设定温度Ts，则，在温水温度T_m时，热水占混合水的比例数为(T_m-T_c)/(T_h-T_c)，而在设定温度T_s下，热水占温水的比例数为(T_s-T_c)/(T_h-T_c)，

设调节温水温度之前温水的流量为1，而调节温水温度过程中所需调节热水的比例数为B₂，则调节后热水占温水的比例为：

\frac{(1 + B_{2}) * (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c})}{1 + B_{2} * (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c})} = \frac{(T_{s} - T_{c})}{(T_{h} - T_{c})}

则可得，

式③……

B_{2} = \frac{(T_{s} - T_{m}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{m} - T_{c}) (T_{h} - T_{s})} .

(II)在一定时间内冷、热水温度不变，温水温度T_m，且热水流量不变的条件下，调节温水温度到设定温度Ts，则，在温水温度T_m时，冷水占混合水的比例数为(T_h-T_m)/(T_h-T_c)，而在设定温度T_s下，冷水占温水的比例数为(T_h-T_s)/(T_h-T_c)，

设调节温水温度之前温水的流量为1，而调节温水温度过程中所需调节冷水的比例数为B₁，则调节后冷水占温水的比例为：

\frac{(1 + B_{1}) * (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c})}{1 + B_{1} * (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c})} = \frac{(T_{h} - T_{s})}{(T_{h} - T_{c})}

则可得，

式④……

B_{1} = \frac{(T_{m} - T_{s}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c})} .

(III)在冷、热水温度不变，温水温度T_m，且冷、热水流量可分别调节的情况下，则可利用上述式①、②分步计算得到热、冷水的调节量。

(IV)在冷、热水温度不变，温水温度T_m，且冷、热水流量需同步调节的情况下，参照上述(I)、(II)情况，利用冷、热水流量调节量的相互关系，同理可得到冷、热水的调节比例，如下详述：

a)在需要同步调节冷流体和热流体流量，且已知冷，热流体流量调节比例的函数关系为B₂＝k₁B₁(k₁为不等于零1的常数)的情况下，则调节后冷流体占温流体的比例B₁为：

\frac{(1 + B_{1}) * (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c})}{1 + B_{1} * (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c}) + k_{1} B_{1} (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c})} = \frac{(T_{h} - T_{s})}{(T_{h} - T_{c})}

式①…

B_{1} = \frac{(T_{m} - T_{s}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c}) - k_{1} (T_{h} - T_{s}) (T_{m} - T_{c})}

热水的调节比例为B₂＝k₁B₁；

考虑到一种特殊的情况，即，热水的流量始终保持不变，则在式①中，k₁为0，式①即与式④相同。

b)或，已知冷，热流体流量调节比例的函数关系为B₁＝k₂B₂(k₂为不等于零1的常数)，则调节后热流体占温流体的比例B₂为：

\frac{(1 + B_{2}) * (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c})}{1 + B_{2} * (T_{m} - T_{c}) / (T_{h} - T_{c}) + k_{2} B_{2} (T_{h} - T_{m}) / (T_{h} - T_{c})} = \frac{(T_{s} - T_{c})}{(T_{h} - T_{c})}

式②…

B_{2} = \frac{(T_{s} - T_{m}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{m} - T_{c}) (T_{h} - T_{s}) - k_{2} (T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c})};

冷流体的调节比例为：B₁＝k₂B₂；

同样的，考虑到一种特殊的情况，即，冷水的流量始终保持不变，则在式②中，k₂为0，式②与式③相同。

c)在式①中，若令k₁＝-(T_h-T_m)/(T_m-T_c)，

则可得：

式⑤……B₁＝(T_m-T_s)/(T_h-T_m)

式⑥……B₂＝(T_s-T_m)/(T_m-T_c)

在式②中，若令k₂＝-(T_m-T_c)/(T_h-T_m)，同理可得式⑤式⑥。

式⑤、式⑥的意义在于冷、热流体流量调节装置调节后，冷流体流量的增/减量与热流体流量减/增量相等，即可实现温度改变而流量不变。

k₁，k₂的取值不同，在调节到设定温度时所引起的冷、热流体流量的改变量也不同，根据冷、热流体流量调节装置的调节范围及当前所处状态，选取不同的k₁，k₂的值，可更准确快捷地调至设定温度。

上述计算程式①～⑥可预先存储于一数据处理单元(如单片机等)之中，在恒温淋浴系统工作过程中，数据处理单元藉检测到的冷、热、温水的温度数值以及预先存储的设定温度和各人喜好的流量数值，并依照上述计算程式或计算程式之组合，即可得出冷水和/或热水的调节比例，再根据所得的冷水和/或热水的调节比例驱动冷水和/或热水管道中的阀门等自动进行调整，从而迅速得到具有设定温度及规定流量的温水。该恒温淋浴系统的调节方法自动化程度高、一键操作，恒温速度快，精确度好。

需要指出的是，以上实施例仅用于说明本发明的内容，除此之外，本发明还有其它实施方式。但是，凡采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种调温液态流体供应设备输出流体温度的调节方法，该液态流体供应设备系将热流体和冷流体混合形成温流体并将之输出，其特征在于，该方法为：

(2)向数据处理单元输入一设定温流体温度数值T_s；

式①…

B_{1} = \frac{(T_{m} - T_{s}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c}) - k_{1} (T_{h} - T_{s}) (T_{m} - T_{c})}

式②…

B_{2} = \frac{(T_{s} - T_{m}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{m} - T_{c}) (T_{h} - T_{s}) - k_{2} (T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c})},

上述k₁、k₂为不等于1的常数，其数值根据冷、热流体流量调节装置的结构而定；

2.如权利要求1所述的调温液态流体供应设备输出流体温度的调节方法，其特征在于，步骤(3)中，在冷流体流量保持不变的情况下，则式②中K₂＝0，热流体的流量调节比例B₂为：

式③……

B_{2} = \frac{(T_{s} - T_{m}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{m} - T_{c}) (T_{h} - T_{s})} .

3.如权利要求1所述的调温液态流体供应设备输出流体温度的调节方法，其特征在于，步骤(3)中，在热流体流量保持不变的情况下，则式①中K₂＝0，冷流体的流量调节比例B₁为：

式④……

B_{1} = \frac{(T_{m} - T_{s}) (T_{h} - T_{c})}{(T_{h} - T_{m}) (T_{s} - T_{c})} .

4.如权利要求1所述的调温液态流体供应设备输出流体温度的调节方法，其特征在于，步骤(3)中，在式①中，若令k₁＝-(T_h-T_m)/(T_m-T_c)，在式②中，若令k₂＝-(T_m-T_c)/(T_h-T_m)，则，

冷流体的流量调节比例B₁为：

式⑤……B₁＝(T_m-T_s)/(T_h-T_m)；

热流体的流量调节比例B₂为：

式⑥……B₂＝(T_s-T_m)/(T_m-T_c)。