CN103075557A - 用于热交换器的受控阀装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于热交换器尤其是散热器的的恒温控制阀装置(1)，该阀装置(1)包括控制通过所述热交换器的载热流体流动的阀元件(8)，其被驱动器(12)驱动，所述驱动器(12)被控制装置(15)控制。这样的阀装置的用途在于集中加热或冷却系统中节省能量。为此，所述控制装置(15)包括用于确定周期性的集中夜间倒退的学习装置，所述学习装置重置阀装置(1)的调节。

Description

用于热交换器的受控阀装置

技术领域

本发明涉及一种用于热交换器尤其是散热器的受控阀装置，该阀装置包括控制通过所述热交换器的载热流体流的阀元件，其被驱动器驱动，所述驱动器被控制装置控制。

背景技术

接下来，本发明结合加热系统进行说明，在所述加热系统中载热流体具有升高的温度，用于加热一个房间或多个房间。为此，载热流体比如热水通过散热器。控制装置控制驱动器使房间内达到设定点温度。在这种情况下，阀装置被恒温控制。本发明亦可应用于冷却系统，在该系统中，载热流体温度低于房间内温度。在这种情况下，载热流体流过另一种热交换器，比如冷却天花板。载热流体被加热并将热量从房间内送出去。

在很多集中(中心)加热系统中，为了节能，在夜间载热流体的温度降低，这被叫做“集中(中心)夜间倒退”。对于集中冷却系统同样也是如此，其中在夜间某个时段载热流体的温度不降低。该倒退在一天中的其他时段也可能发生，比如，当预期家里没人时。

然而，当使用恒温控制阀时，它会通过开启阀门来补偿集中夜间倒退。原因是当入口温度即载热流体温度下降时，恒温控制阀装置尝试通过开启阀门来维持室内温度。全开的阀装置允许载热流体的最大流动。这样的流动需要泵为循环而工作，浪费能量。此外，在某些情况下，全开的阀是夜晚阀噪音的原因。

发明内容

本发明根本的任务是在集中加热或冷却系统中节约能量。

这一任务被上文提及的那种受控阀装置解决，其中，所述控制装置包括用于确定周期性集中倒退的时间的学习装置，所述学习装置重置阀装置的调节。

学习装置可通过阀装置软件中的功能实现。学习装置能够探测载热流体入口温度的系统的、程序化的降低。当很明显载热流体的温度变化并不是由外界或环境温度的变化造成的，而是由程序化的集中夜间倒退造成的时，阀装置的恒温调节被中止，使得阀元件不在不希望的开度下被驱动。从而能够避免夜间未被加热流体的大流量流动。用于循环的泵的工作明显减少。此外，因为在进口温度重新升高时，恒温阀装置通常是关闭的，从而获得了较优的调节。因为在独立操作中，学习装置允许对集中夜间或其他倒退进行确定，就不需要在阀装置和供热系统的中央处理器之间进行任何有线或无线的通信。学习装置需要一定时间来确定集中夜间倒退发生的时间。但是大部分供热系统都运行相当长的时间，从而用于学习集中夜间倒退时间的时间是可忽略的。

优选地，所述学习装置包括时钟和观测参数的探测装置，所述观测参数被所述载热流体温度影响。借助于时钟，时间能够被确定，在这一时间观测参数表明载热流体的温度下降或上升。当这一时间在许多天(或其他周期)都相同时，很明显这一温度下降或上升并不是偶然的，而是由集中加热系统的程序造成的。

在一优选实施例中，所述探测装置包括设置在所述载热流体流过的壳体部分附近的温度传感器。在这种情况下，该温度传感器能够直接确定载热流体的温度。这一温度在24小时的周期内或任何其他周期内会改变。但是，伴随着集中夜间倒退，改变通常发生在相同的时间。

附加地或可选择地，所述探测装置记录在所述阀装置中温度调节的误差。误差是设定点温度和测量的室温之间的差值。在集中夜间倒退中当载热流体的温度降低时，它将不再能够加热房间。因此，误差显著地增加。这一增加可被当作集中夜间倒退的指示。

优选地，所述学习装置在时间上微分所述观测参数，以形成一个微分函数。该微分函数表示由集中夜间倒退造成的温度变化的梯度或速率。在集中夜间倒退开始时，载热流体的温度下降得相当快。在集中夜间倒退结束时也是如此。在这一点载热流体的温度上升得相当快。温度下降或上升得越快，此时微分函数的函数值就越大。这样就很容易发现集中夜间倒退的开始和结束。

优选地，所述微分函数在预定数量的周期内被求和以形成一求和函数，所述求和函数与阈值进行比较。这表明，学习装置获取微分函数在每个周期的同一时间的函数值，并对所有周期该时间的函数值进行求和。由于集中夜间倒退通常在相同的时间，求和函数在该时间具有最大值。当温度下降或温度上升仅发生在所述周期的其中一个时，此时求和函数的函数值比其它时间的函数值大。但是，并不能超越阈值。仅在求和函数的函数值超过阈值的时间，才认为是集中夜间倒退的开始点或结束点。由于通常温度下降或温度上升具有不同数学符号的微分函数的函数值，在与阈值进行比较时，可使用求和函数的绝对值。

优选地，仅在探测到了观测参数在相反方向的两个连续变化时，所述学习装置才存储所述学习时间。集中夜间倒退通过开始时的温度下降和结束时的温度上升来定义。不可能具有两个连续的温度下降或两个连续的温度上升。因此，集中夜间倒退必须具有观测参数在相反方向上的变化。如果不是这样，检测到的时间被认为是无效的。

优选地，所述学习装置阻止所述阀元件完全打开所述阀装置。这意味着阀元件对载热流体的流动进行节流，从而消除了集中夜间倒退期间的阀噪音。

优选地，所述学习装置在集中夜间倒退期间锁定阀元件的位置。这具有使阀元件不再移动的优点。当集中夜间倒退结束温度上升时，阀元件处在一个比从全开位置能够更快开始调节的位置。

优选地，所述学习装置进一步包括日历装置。日历装置可以非常简单。在最简单的方式中，具有一个能将日期从1数到7的计数器就足够了。这一日历装置使得学习装置能够探测一周不同天数的集中夜间倒退。例如，可在从周一到周五的工作日里，集中夜间倒退时间是从22:00点到05:00点计时。在周末，集中夜间倒退时间是从24:00点到06:30点计时。当学习装置经过多周地学习该时间时，它就能够考虑在工作日和周末期间集中夜间倒退发生的不同时间。

附图说明

现在参照附图更详细地描述本发明的一个优选实施例，其中：

图1示出了恒温调节阀装置的示意图，

图2示出了阐述本发明的框图，和

图3示出了图2中提及的某些功能。

具体实施方式

图1示出了一阀装置1，具有简要示出的阀2以及温度调节头3。

阀2具有被设置有阀座7的壁6分隔开的进口4和出口5。阀元件8与阀座7协作。当阀元件抵靠在阀座7上时，阀2关闭，当阀元件8(如图所示)与阀座7相隔一定距离时，阀打开，允许加热或冷却流体从进口4流向出口5。

阀元件8与阀杆9连接，阀杆9又与穿过壳体11的推杆10共同作用。设置了密封装置，但图中没有示出。此外，阀元件8可通过在打开方向即离开阀座7的方向的弹簧(没有示出)加上预载荷。

在图1中，温度调节头3被示出与壳体11分开。温度调节头3包括驱动器12，其可以为步进电机或任何其他合适的电机或驱动装置的形式，其通过齿轮14连接主动轴13。主动轴13当要关闭阀2时沿朝向壳体11的方向移动，当要打开阀2时朝相反方向移动。操作驱动器12所需的能量可由电池供给。

驱动器被仅是简要示出的控制装置15控制。更加详细的说明在图2中示出。控制装置15可包括比方框所示的更多的元件。

印刷电路板(PCB)形式的支持件16平行于驱动轴17设置，并向阀2的壳体11的方向延伸。在这一方向上，支持件16比驱动器12长。

第一温度传感器18设置在温度调节头3的正面，用于测量作为环境温度或室内温度的第一温度。第二温度传感器19设置在支持件16的靠近壳体11的一端。当温度调节头3安装到阀2的壳体11上时，这一第二温度传感器19十分接近壳体11，因此能够测量壳体11的温度，或与该温度密切相关的温度。由于壳体11的温度与流入的加热或冷却流体的温度密切相关，第二温度传感器19能够测量与加热或冷却流体温度密切相关的温度。

值得一提的是，第一温度传感器18和控制装置15并不是温度调节头3的必要组成部分。只要能够进行通信(无线或通过通信线)，可以它们设置得远离温度调节头3。

通常，这样的温度调节头尝试将室温(通过第一温度传感器18测量的)保持在一个希望的温度或设定点温度。当室温下降到低于设定点温度时，温度调节头3打开阀2。流进的加热流体加热房间。当室温到达设定点温度时，阀关闭。

当将阀设置在冷却系统中时，就进行反方向的同样的动作。当室温高于设定点温度时，阀开启以允许冷却流体通过阀2。冷却流体去除房间中的热量并将热量带走。当室温降到设定点温度时，阀2关闭。

为了节能，大部分集中加热系统(或集中冷却系统)都具有集中夜间倒退，因为在夜间的某个时段无须加热或至少用较低的温度加热即可。

然而，当加热流体的温度下降时，示出的这种阀装置1通常通过打开阀2从而允许最大流量来抵消这种集中夜间倒退，例如通过相关的锅炉，或通过气象补偿单元。如上所述，原因在于当入口温度即加热流体温度下降时，恒温阀装置1会尝试通过打开阀2来保持室温。

为了克服这种行为，给控制装置15设置有学习装置22。学习装置22以单独的元件示出。然而，它可以是控制装置的一项功能。

学习装置包括被示为“时间”的时钟。此外，学习装置22包括用于观测参数Ts的探测装置。在当前情况下，第二温度传感器19可被用于所述观测参数Ts的探测装置。

另一种获取观测参数的可能性是利用温度调节装置中温度调节的误差。误差是设定点温度和由第一温度传感器18测量的室温之间的差值。通常当加热流体的温度下降时，这一误差非常大。

学习装置22输出信号Tpsb。这一信号Tpsb显示出阀2的入口温度周期性集中减少在一天中发生时间。

如本领域公知的，控制装置15进一步包含有两个输入，即室温的设定点SP和实际室温Tr。控制装置15控制驱动器12开启或闭合阀2，使得实际室温Tr尽可能地接近室温的设定点SP。

然而，在信号Tpsb显示集中夜间倒退的时间期间内，控制装置15的这种控制被重置。当集中夜间倒退开始时，控制装置15锁定阀元件8的位置。通常，在集中夜间倒退开始的阶段，阀2没有完全打开，从而阀2对通过阀2的加热流体进行节流。

图3显示了观测参数Ts作为时间的函数。这一观测参数Ts被微分以获得Ts的微分函数T’s。可以看出，尽管微分函数T’s显示出一些波动，在集中夜间倒退开始时总是有一个大的负高峰，在集中夜间倒退结束时有一个大的正高峰。这很显然，因为在集中夜间倒退开始时，温度下降得非常快。在集中夜间倒退结束时也是一样。温度同样上升得非常快。

为了增强对集中夜间倒退开始和结束探测的可靠性，学习装置22求和一定数量的周期内的微分函数T’s，比如最近5天，每天24小时。

该总和表示每个周期的同样时间的微分函数T’s的函数值被相加。很显然，通过这种方式，仅在集中夜间倒退开始和结束时得到了一个比较大的和值，反之，随机分布的温度下降和温度上升没有在所有周期的相同时间出现。因此，当微分且求和的观测参数超过一定的阈值时，观测参数就出现了按天周期性的变化，比如入口温度的下降或者上升。

微分、求和以及将该值与阈值的比较可用各自的装置来实现。然而，这些构成也能够通过控制装置15实现。

一个附加的标准就是只有按天周期性的减少以及增加都存在时，才确定集中夜间倒退。在这种情况下，学习装置22探测之间的时期作为加热系统的集中夜间倒退。

在探测的集中夜间倒退开始时，学习装置22将阀装置1的热量调节锁定在当前的值和位置。在探测的集中夜间倒退结束时，阀装置1的热量调节器又被释放。

进一步地，控制装置15可包括日历装置。在集中夜间倒退被安排在一周的不同部分时，这是有益的。某些人希望在周末时集中夜间倒退晚些开始并随之晚些结束。在这种情况下，学习功能不是仅通过5天而是要通过5周才能实现。在早期状态，一周(周一到周五)的集中夜间倒退能够被检测，反之，周末的集中夜间倒退会被当作是错误。然而，经过几个周之后，系统会认识到在周六和周日，集中夜间倒退开始得比较迟。

相同的程序也可用于冷却系统。在这种情况下，集中夜间倒退期间冷却流体的温度不降低。因此，集中夜间倒退开始时，冷却流体的温度上升，集中夜间倒退结束时，冷却流体的温度下降。

Claims (10)

1.一种用于热交换器尤其是散热器的受控阀装置(1)，所述阀装置(1)包括控制通过所述热交换器的载热流体的流动的阀元件(8)，其被驱动器(12)驱动，所述驱动器(12)被控制装置(15)控制，其特征在于，所述控制装置(15)包括确定周期性集中倒退时间的学习装置(22)，所述学习装置重置阀装置(1)的调节。

2.如权利要求1所述的阀装置，其特征在于，所述学习装置(22)包括时钟以及用于观测参数的探测装置，所述观测参数被所述载热流体的温度影响。

3.如权利要求2所述的阀装置，其特征在于，所述探测装置包括设置在所述载热流体流过的壳体部分(11)附近的温度传感器(19)。

4.如权利要求2或3所述的阀装置，其特征在于，所述探测装置记录所述阀装置(1)中温度调节的误差。

5.如权利要求2至4中任一项所述的阀装置，其特征在于，所述学习装置(22)在时间上微分所述观测参数(Ts)，以形成微分函数(T’s)。

6.如权利要求5所述的阀装置，其特征在于，所述微分函数(T’s)在预定数量的周期内被求和以形成求和函数，所述求和函数与阈值进行比较。

7.如权利要求2至6中任一项所述的阀装置，其特征在于，仅在探测到观测参数在相反方向上的两个连续变化时，所述学习装置(22)才保存所述学习的时间。

8.如权利要求1至7中任一项所述的阀装置，其特征在于，所述学习装置(22)阻止所述阀元件(8)完全打开所述阀装置(1)。

9.如权利要求1至8中任一项所述的阀装置，其特征在于，在集中夜间倒退期间，所述学习装置(22)锁定阀元件(8)的位置。

10.如权利要求1至9中任一项所述的阀装置，其特征在于，所述学习装置(22)附加地包括日历装置。

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