CN102927620B - 流体分配控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少两个温度控制线路（2，3，4）的流体分配控制系统。为了简化安装并且为了能量优化，压力调节单元（18，19，20）设置在每个线路（2，3，4）中。该压力调节单元（18，19，20）提供相应线路（2，3，4）上的不变压差。

Description

流体分配控制系统
技术领域
本发明涉及一种具有至少两个温度控制线路的流体分配控制系统。
背景技术
流体分配控制系统典型地用作地板加热系统。热的流体状热水被导引通过该线路。这些线路典型地由布置在地板、天花板或建筑物的壁部中的管道形成。这些线路典型地包括具有供给线路和返回线路的热量承载管道。流体借助泵在线路中循环。
WO2010/095093A2涉及包括若干线路的加热或冷却系统。流体借助供给歧管而在这些线路中分配并且返回至返回歧管。该供给歧管和返回歧管通过包括泵的主管道连接。致动器布置在歧管其中的至少一个中。致动器控制线路中的流率。为了防止泵过压，将至少一个致动器保持总是打开。
该流体分配控制系统可用作地板温度控制系统。该地板温度控制系统是非常常用的。热量或冷气非常均匀地从地板分配至房间。这种系统也用于墙壁或天花板中，但是为了简化的原因，该系统仅结合地板进行说明。本发明总体地可应用于借助线路控制房间的温度，在这些线路中，受温度控制的流体进行流动。在下文中，术语“热输出”与“冷输出”同义地使用。
在许多情况下，难于使得建筑物中的多个线路彼此一致。小房间仅需要短的线路，因为仅需要少量的热。较大的房间需要更长的线路从而实现均匀的温度分配。因此，小房间中的流阻小于较大房间的流阻。这些线路中的流体的量对应于相应的流阻。这样，小房间中的流体的量明显高于大房间。这与实现所有房间中流体和热量分配均匀的目标是相反的。均匀的热量分配确保良好舒适。另外，差的分配具有产生能量损失的效果。
公知的是，将流体控制或计量阀安装在每个线路中从而影响流阻。这些阀在地板温度控制系统的安装期间受到调节，从而实现流体理想地分配在线路中。但是，调节计量阀的过程是困难的，并且易于产生错误。
DE 10 2006 052 124A1公开用于具有至少两个温度控制线路的流体温度控制装置的平衡系统。为了简化单独线路之间的热输出的分配，将受温度控制的致动器设置在每个线路中。这些致动器提供所有线路中相同的出口温度并且因此实现自动流体控制。
这种构造的劣势其中之一是，整个系统根据返回管线中的温度进行控制。如果需要更高的地板温度，那么入口温度可以增加。但是仍然有必要等待，直到返回管线中的设定温度已经降低。这使得地板温度中出现不平衡并且降低舒适度。
发明内容
本发明的目的，是提供一种易于调节的流体分配控制系统。
这一目的通过包括权利要求1的特征的流体分配控制系统而实现。
该压力调节单元将线路上的压差保持在不变的水平，而不考虑线路的长度。术语线路表示管道和阀。换句话说，每个压力调节单元换提供自动的平衡。这一调节独立于流体的温度。因此，其不影响单独的温度调节。由于线路中的压力降得到平衡，所以线路中的流体速度将基本上相同。这样，流体和热量分配将均匀形成，并且有效地使用流体的量。
优选地，线路连接至至少一个共用供给歧管和至少一个共用返回歧管。使用共用供给歧管和共用返回歧管能够简化分配以及线路中流体的连接。
优选地，压力调节单元布置在歧管其中的至少一个中，尤其在返回歧管中。在歧管中，存在足够的空间从而容纳压力调节单元。操作这些歧管一般情况下是没有问题的，因为它们并非布置在地板或天花板中。这样，可以采用相同的方式容易地操作设置在歧管中的单元。因此，可以对所述单元进行通常的维护。另一个优势在于，具有单元的歧管可以容易地预先制成。在实施阶段，仅需要安装歧管并且连接该歧管与线路。该流体分配控制系统然后被自动地平衡并且待用。
优选地，歧管其中的至少一个包括用于连接所述线路的连接器，每个连接器包括压力调节单元其中的一个。歧管本身的定制是没有必要的，因为压力调节单元设置在连接器中。另外，可以容易地更新现有系统。在压力调节单元其中的一个出现缺陷的情况下，它们可以仅仅通过更换该连接器而进行替换。
优选地，该流体分配控制系统包括用于单独地控制每个线路中的流体流的致动器。借助这些致动器，例如，开/关阀，流体的量以及每个线路中的热输出能够单独地调节。为了实现更高的热量输出，致动器的打开次数可以增加。采用这种方式，可以在住宅的每个房间中获得单独的温度调节。
优选地，致动器布置在与压力调节单元相同的歧管处。这样，所有的功能性元件布置在一个歧管的中心。为这一歧管提供入口以及因此为致动器和压力调节单元提供入口是没有问题的。该系统的维护和安装因此非常容易。
优选地，所有的压力调节单元设定至相同的压差，其高于线路中的最大压降。采用这种方式，确保流体分配在所有线路中都是均一的。设定压差稍微高于线路中的最大压差即足够。具有最大压降的线路中的压力调节单元的作用最小，具有最小压降的线路中的压力调节单元的作用最大。这一平衡自动地发生。
优选地，压力调节单元包括非线性特性。增加的压差导致压力调节单元“过度关闭”。采用这种方式，可以在最小线路中获得比最大线路小的流速。这导致更好的舒适。
优选地，每个压力调节单元包括具有阀元件、阀座和沿着打开方向作用的弹簧的压力调节阀。歧管中或该线路的出口处的压力沿着阀元件的关闭方向作用。这一压力可以处于压力调节单元与致动器之间的空间中。这样可以简单地调节每个线路上的压差。该线路中的小压降导致在阀元件上沿关闭方向的高压力，因此增加阀元件的关闭。这在压力调节单元中提供增加的流阻。线路中的大压差导致在阀元件上沿关闭方向的小力。因此，压力调节单元的作用在这一线路中小。考虑入口压力，其为线路入口的压力或供给歧管处的压力，将带来优势，系统独立于其他线路中的致动器的状态。该流速以及因此的热输出仍然保持不变。
优选地，阀元件包括通道，该通道连接压力调节部件外侧处的腔与歧管中的空间。该压力调节部件固定在阀元件处。由于该通道，沿着打开方向作用的在腔中的压力然后等于或者稍微小于空间中的压力。该空间沿流动方向布置在压力调节单元后面。一般地，这一空间布置在压力调节单元与致动器之间。
优选地，入口压力与其有效面积相乘得到的积大于出口压力与其有效面积相乘得到的积。该入口压力是在压力调节单元之前的压力，出口压力为压力调节单元之后的压力，沿着流动方向示出。该有效面积是作为阀元件或压力调节部件的一部分的面积，使得作用在这一区域上的压力影响阀元件相对于阀座的位置。如果入口压力和其有效面积的积大于出口压力和其主动面积的积，那么确保该压力调节单元将关闭并且流体流将减小，此时，多出的量超过沿打开方向作用的弹簧的力。
附图说明
本发明的一些实施例参照附图进行说明，其中：
图1是流体分配控制系统的示意性图示，
图2是包括连接器和压力调节单元的歧管的剖面图，
图3是图2的详细视图，
图4示出压力调节单元的详细视图。
具体实施方式
图1示出包括三个温度控制线路2、3、4的流体分配控制系统1的示意性图示。每个线路2、3、4包括安装在地板、天花板或墙壁中的热承载管道5、6、7，供给管线8、9、10以及返回管线11、12、13。
供给管线8、9、10连接至供给歧管14，返回管线11、12、13连接至返回歧管15。歧管14、15借助具有用于循环流体通过线路2、3、4的热泵17的主管16进行连接。
压力调节单元18、19、20布置在每个线路2、3、4的每个返回管线11、12、13中。压力调节单元18、19、20每个将线路2、3、4上的压差分别保持着不变的水平，而不考虑线路2、3、4的长度和流阻。采用这种方式，线路2、3、4中的流体的均匀分配得以实现。
致动器21、22、23布置在返回歧管15处。致动器21、22、23控制线路2、3、4中的流体的流。用于控制致动器21、22、23的控制单元没有示出。该控制单元可以包括在每个房间具有恒温器的无线作用系统，测量实际室温。这些恒温器可以设定在理想的室温，如果测量得到并且设定的温度不匹配，那么相关的阀打开或关闭。恒温器与相关控制单元之间的连通借助例如无线电实现。
致动器21、22、23也可布置在供给歧管14处。此外，在供给歧管14中和返回歧管15中都可设置致动器。
致动器21、22、23必须仅提供开/关功能。
该流体可以是热或冷水或者任何其他适当的流体，并且可包括例如，乙二醇。
例如，供给歧管14与返回歧管15之间的压差为0.6bar。线路2、3、4具有不同的长度，这样将在线路中产生不同的压降。在线路2中，该线路为最长的线路并且因此包括最高的流阻，产生0.5bar的压降。在线路3中存在0.3bar的压降，在线路4中存在0.1bar的压降。
上述数值仅仅是实例，其仅用于描述该系统。
如果没有安装压力调节单元，那么大部分的流体将流动通过具有最低流阻和压差的最短线路4。这将在单个线路中造成差的热量分配。需要大量的流从而在所有线路中提供足够的流体。这样，一般情况下，有必要使用相对大的泵。
为了克服这一缺陷，压力调节单元18、19、20布置在每个线路2、3、4中。直接的效果是，单个线路2、3、4中的压差，以及因此的流速将基本上相同。换句话说，压力调节单元采用均匀的流体分配。它们平衡所有线路上的0.6bar的均匀压差。该压力调节单元设定为相同的压差，在该实例中为0.6bar。因此，线路2中的压力调节单元18产生额外的压降0.1bar。线路3中的该单元19产生0.3bar的压降，线路4中的压力单元20产生0.5bar的压降。
在有利的实施例中，该压力调节单元包括非线性特性。在这种情况下，增加的压差在压力调节单元中产生增加的流阻，一种类型的过度关闭（overclosing）。其效果为，短线路中的流体的速度小于较长线路中的速度。最后，实现良好的热量分配。
图2示出包括相关联致动器21和压力调节单元18的返回歧管15的剖面。压力调节单元18布置在返回歧管15的连接器24中。歧管15包括连接器24、25、26，每个线路2、3、4中都有一个。在备选实施例中，压力调节单元集成在该歧管中。
图3示出压力调节单元18的放大剖面。压力调节单元18包括具有阀元件27和阀座28的压力调节阀。弹簧29沿着打开方向作用在阀元件27上。沿流动方向设置在压力调节单元18后面的空间30中的流体的压力沿着关闭方向产生作用。空间30形成中插入件35中，其连接该连接器24与歧管15，并且形成用于致动器21的阀座31。
该压力调节单元18还包括压力响应部件32。在该实例中，压力响应部件32采用薄膜，但是压力响应部件32也可以采用风箱元件。
压力响应部件32与阀元件27接触，使得作用中该薄膜的外表面上的压力对阀元件27产生关闭力。
在阀元件27中，形成通道34，将空间30连接薄膜外侧的腔33。空间30中的压力沿着关闭方向作用在阀元件27上。腔33中的压力沿着打开方向作用在阀元件27上。连接器24的入口侧36处的压力沿着打开和关闭方向作用。入口侧36与空间30之间存在由于阀元件27和阀座28的相互作用而产生的压降。
薄膜本身将典型地由橡胶材料制成，剩余的部件可以由例如黄铜或塑料制成。软管不必须沿着竖直方向进入歧管。这仅是用于防止它们占用房间中的过多空间。也可以考虑一种方案，连接器24延伸地设置有歧管15，这样形成一个整体的壳体部件。
通过图4所示的压力调节单元18，这一单元的功能将得到更详细地描述。该单元的功能是以该单元上的增加的压差来减小流体流。该单元可用于平衡不同长度的地板加热线路中的流体速度。
在阀座28上通过外部泵17产生压差。弹簧29将尝试保持压力调节单元18打开。
沿着打开方向作用在阀元件27处的合力是由在入口侧36处作用在其有效面积A2上的入口压力P1得到的力、在空间30处作用在其有效面积A4和A3上的出口压力P2得到的力以及弹簧29的力F的组合。
沿着关闭方向作用在阀元件27处的合力是由作用在其有效面积A4上的入口压力P1得到的力以及作用在其有效面积P2上的出口压力P2得到的力的组合。
这种得到的力可以通过下述公式描述进行说明：
打开力：（A2·P1）+（A4·P2）/2+（A3·P2）+F
关闭力：（A1·P2）+（A4·P1）/2
入口压力P1与其有效面积A2、A4相乘得到的积应当大于出口压力P2与其有效面积A1、A3、A4相乘得到的积。该超出的关系及量可以通过调节有效面积A1、A2、A3和A4而受到影响。
当这一超出的量超过弹簧29的力时，压力调节单元18将关闭并且流体流将减小。该面积调节以及弹簧的c值，其为每个弹簧压缩量mm的力变化，将控制容量缓冲，作为压差的函数，即意味着阀效能。

Claims (12)

1.一种具有至少两个温度控制线路的流体分配控制系统，其特征在于，压力调节单元(18、19、20)设置在每个线路(2、3、4)中，该压力调节单元提供线路(2、3、4)上的不变压差，所有的压力调节单元(18、19、20)设定至相同的压差。
2.根据权利要求1所述的流体分配控制系统，其特征在于，所述线路(2，3，4)连接至至少一个共用供给歧管(14)和至少一个共用返回歧管(15)。
3.根据权利要求2所述的流体分配控制系统，其特征在于，所述压力调节单元(18、19、20)布置在供给歧管(14)和返回歧管(15)其中的至少一个中。
4.根据前述权利要求1所述的流体分配控制系统，其特征在于，供给歧管(14)和返回歧管(15)其中的至少一个包括用于连接所述线路(2、3、4)的连接器(24、25、26)，每个连接器(24、25、26)包括压力调节单元(18、19、20)其中的一个。
5.根据前述权利要求1所述的流体分配控制系统，其特征在于，其包括用于单独地控制每个线路(2、3、4)中的流体流的致动器(21、22、23)。
6.根据权利要求5所述的流体分配控制系统，其特征在于，致动器(21、22、23)布置在与压力调节单元(18、19、20)相同的返回歧管(15)处。
7.根据前述权利要求1所述的流体分配控制系统，其特征在于，所述压差高于线路(2、3、4)中的最大压降。
8.根据前述权利要求1至7任一项所述的流体分配控制系统，其特征在于，所述压力调节单元(18、19、20)包括非线性特性。
9.根据前述权利要求1至7任一项所述的流体分配控制系统，其特征在于，每个压力调节单元(18、19、20)包括具有阀元件(27)、阀座(28)和沿着打开方向作用的弹簧(29)的压力调节阀。
10.根据权利要求9所述的流体分配控制系统，其特征在于，所述阀元件(27)包括通道(34)，该通道连接压力调节部件(32)外侧处的腔(33)与返回歧管(15)中的空间(30)。
11.根据前述权利要求1至7任一项所述的流体分配控制系统，其特征在于，入口压力(P1)与压力调节单元(18)的有效面积(A1、A2、A3)相乘得到的积大于出口压力(P2)与压力调节单元(18)的有效面积(A1、A3、A4)相乘得到的积。
12.根据权利要求3所述的流体分配控制系统，其特征在于，所述压力调节单元(18、19、20)布置在返回歧管(15)中。
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