CN103748421A

CN103748421A - 坐标化流动控制

Info

Publication number: CN103748421A
Application number: CN201280032027.8A
Authority: CN
Inventors: H.S.塞恩; S.A.博尔托夫; O.若斯兰; E.罗耶
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: US20140290928A1; EP2726795A1; CN103748421B; US20170292730A1; US9726393B2; US10060646B2; WO2013003304A1

Abstract

一种在热交换器系统中的坐标化流动控制的方法，其包括在所述热交换器系统的相关监视温度需要调整时，调整所述热交换器系统的可变驱动器的位置；确定所述可变驱动器的经调整位置是否在预定位置范围内；如果所述可变驱动器的经调整位置不在预定位置范围内，那么调整所述热交换器系统的离散驱动器的位置；和响应于调整所述离散驱动器的位置而重设所述可变驱动器的位置。

Description

坐标化流动控制

技术领域

本文中公开的标的大致涉及热交换器领域，且更特定地涉及热交换器中的坐标化流动控制的方法。

发明背景

在常规热交换器系统中，独立控制回路用于控制系统中用于热交换的两个或多个流体流。控制回路是由单独的控制器促成。控制器测量调节空间的温度与期望设定点之间的误差以计算所需流体驱动器的位置（或命令）。例如，可使用两个控制器来控制风扇线圈单元中的阀和风扇。

发明概要

根据本发明的实例实施方案，一种在热交换器系统中的坐标化流动控制的方法监视调节空间的温度；确定所监视的温度是否需要调整；如果所监视的温度需要调整那么调整热交换器系统的可变驱动器的位置；确定可变驱动器的经调整位置是否在预定位置范围内；如果可变驱动器的经调整位置不在预定位置范围内，那么调整热交换器系统的离散驱动器的位置；和响应于调整离散驱动器的位置而重设可变驱动器的位置。

根据本发明的另一实例实施方案，系统包括热交换器；可变驱动器，其与热交换器运转连通且被构造来以连续方式改变通过热交换器的第一流体流；离散驱动器，其与热交换器连通且被构造来以至少两个离散速率中的一个而改变通过热交换器的第二流体流；和控制器，其与可变驱动器和离散驱动器连通，其中控制器被构造来取决于离散驱动器的当前位置而在一定范围内调整可变驱动器的位置。

本发明的其它方面、特征和技术将结合附图从下文描述变得更显而易见。

附图简述

现在参考附图，其中在多个图中相同元件标号相同：

图1描绘热交换器；

图2描绘风扇线圈热交换器；

图3描绘根据实例实施方案的热交换器控制单元；

图4描绘根据实例实施方案的坐标化流动控制的方法；

图5描绘根据实例实施方案的坐标化流动控制的方法；

图6描绘根据实例实施方案的坐标化流动控制的方法；

图7描绘根据实例实施方案的坐标化流动控制的方法；和

图8描绘实例运转流动范围等高线空间，其中等高线表示处于固定热交换容量的运转。

具体实施方式

在此详细描述坐标化流动控制的实施方案。这种方法的技术效果和优点包括减少热交换器系统的磨损和系统循环运转，从而改进系统寿命和性能。

转到图1，图示了热交换器100。热交换器100包括与热交换介质103流体连通的双驱动器101至102。驱动器101至102可为可变驱动器或离散驱动器，其被安置来控制通过其的流体流。如本文中使用，可变驱动器是被构造来以相对连续方式（例如）从可用流的约0%至100%控制流体流速的驱动器。此外，如本文中所使用，离散驱动器是被构造来以相对离散方式（例如）通过可用流的离散设定点而控制流体流速的驱动器。驱动器101至102可为阀、风扇、螺线管、泵或任何适当驱动器。例如，阀驱动器可以是配置在管道上的阀，其被安置来限制通过管道的流体流。此外，风扇驱动器可以是开放式风扇或导管风扇，其被安置来控制介质103上的空气流速。介质103可以是任何适当介质，例如，被安置来将热从通过驱动器101控制的流体（例如，工作流体或制冷剂）传输到由驱动器102控制的流体（例如，空气）的风扇线圈配置。例如，图2描绘风扇线圈热交换器系统200。

如所示，可变驱动器201可控制通过风扇线圈203的水流。此外，离散驱动器或风扇202可控制通过风扇线圈203的空气流速。因此，随着水流动通过风扇线圈203，被迫到风扇线圈上的空气从流动通过其的水接收热。以这种方式，水被冷却。根据所示的特定配置，风扇202可以多个速度（例如，除了被关闭（即，零速度）之外的至少两个预定速度）中的一个而离散地驱动。因此，风扇202可转到高速或低速。在替代构造中，风扇可被安置来转到任何数目的期望离散速度下。此外，驱动器201可以是可变值。因此，水的流速可被控制在风扇线圈203的例如从0%至100%的某一百分比量。

系统200具有总热交换容量，其取决于风扇线圈203的材料和物理性质，和空气流动通过风扇202以及流体流动通过风扇线圈203两者的方向和构造。一般而言，系统200的热力学性能可描述成满足调节空间的制冷/制热需求的能力，由驱动器201至202使用的能量（或功率）和热传递效率。此外，包括跨越系统200的温度上升和峰值功率使用的其它标准可明确被处罚。例如，在具有冷却水供应的空气处理器系统的情况下，可对于具有跨越热交换器系统200的较低冷却水温度上升施以费用（$）处罚。取决于任何情况，处罚函数可构建成热交换器系统200的性能的数学度量。如本文中所使用，处罚函数在任何给定时间的值被称为任何所描述的系统的罚金或费用。为了使系统的罚金降到最少，实例实施方案提供集成的控制系统以促成调节空间的期望温度与实际温度之间的低误差。

图3描绘根据实例实施方案的热交换器控制系统。系统300包括连续或可变驱动器301和离散驱动器302。例如，可变驱动器301可被安置来促成以连续方式控制流动通过其的流体。此外，离散驱动器302可被安置来促成以离散方式（例如）通过使用至少两个位置或速度而控制流动通过其的流体。

系统300还包括与可变驱动器301和离散驱动器302运转连通的热交换器303。热交换器303可为如上文描述的任何适当热交换器。系统300还包括与热交换器306连通的调节区域304。

系统300还包括与调节区域305连通的设定点计算部分305。例如，设定点计算部分305可从调节区域304接收温度反馈。此外，设定点计算部分304可在外部接收期望的设定点信息，且将误差值提供给控制器306。控制器306可与连续驱动器301运转连通，且可响应于所接收的误差值而调整驱动器的可变定位。系统300还包括与控制器306和离散驱动器302连通的离散值选择部分307。离散值选择部分307可从控制器306接收可变定位信号。响应于由设定点计算部分305通过控制器306提供的值，离散值选择部分307可将离散驱动器302调整在处于任何可用且适当的离散位置中，并且可将重设信号发送到控制器306。

在下文中，参考图4至图8更详细描述系统300的运转。

图4描绘根据实例实施方案的坐标化控制的方法。方法400可包括在方框401监视调节空间的温度。例如，监视可通过设定点计算部分305而促成。方法400还包括在方框403确定温度调整是否有必要。如果有必要调整，那么在方框405调整可变驱动器301。其后，方法400包括在方框407确定可变驱动器301的位置是否在边界外，或在预定或期望范围之外。如果可变驱动器301在边界外，那么方法400包括在方框409将离散驱动器302调整到可用离散值，和在方框411基于离散驱动器302的当前离散值而重设可变驱动器301。

如上文所述，可变驱动器301可被监视以确定其是否在预定或期望范围的边界内。这个范围取决于离散驱动器302的当前离散值。例如，转到图8，离散驱动器302包括至少两个速度或离散设定801和802。如所示，两个离散设定在点810和820与运转流动范围等高线相交。因此应了解，取决于可变驱动器的位置，可由系统300在离散设定801和802两者下提供相同的运转热交换容量。可能期望可变驱动器位置落入基于在设定801和802的每个下所提供的流动容量的特定范围内。例如，可基于可变驱动器或离散驱动器或连接到这些驱动器的其它系统中的任一个的能量消耗来选择所述范围。这些范围以及因此可变驱动器的位置或设定可通过以下坐标映射来确定：

。

根据所述坐标映射，可形成如图5至图7中描绘的一系列滞后回线。滞后回线可提供如在下文更完全描述的方法。

图5描绘如方法400中所概述的一种使用基本积分器重设方案来确定切换和重设驱动器的范围的坐标化控制的方法。如所示，当驱动器302处在速度1且驱动器301的命令位置增大到超过u1（例如，向上切换）时，驱动器302向上切换到速度2。同时或大体上同时，驱动器301的位置被重设为值s12。这个“重设”到s12可通过明确命令驱动器301或改变控制器306中的内部状态值来实现。例如，在PID补偿器的情况下，可切换积分状态的值。

同样如所示，当驱动器302处于速度2且驱动器301的命令位置增大到超过u2（例如，向上切换）时，驱动器302向上切换到速度3，且驱动器301的值被重设到s23。此外，当驱动器302处于速度2且驱动器301的命令位置下降到低于d2（例如，向下切换）时，驱动器302向下切换到速度1，且驱动器301被重设到s21。

同样如所示，当驱动器302处于速度3且驱动器301的命令位置下降到低于d3（例如，向下切换）时，驱动器302向下切换到速度2，且驱动器301被重设到s32。

在方法500的实施期间，控制器306维持期望温度与设定点计算部分305处监视的实际温度之间的低误差。此外，根据上文概述的坐标矩阵，选择切换点sl2、s21、s23、s32以在驱动器302的位置上的变化之后在热交换（制冷或制热）容量中产生最小变化。可选择u1和s12的值使得系统在100的热容量在切换时不改变。速度1和u1可对应于图8中的点810，而速度2和s12可对应于图8中的点820。这导致显著更好的温度控制。此外，可选择sl2、s21、s23、s32的值以使驱动器302的切换降到最少。这减少了磨损、系统循环并且改进系统寿命和性能。这图示于图6中。

图6描绘如方法400中所概述的一种使用低离散驱动方案来确定切换和重设驱动器的范围的坐标化流动控制的方法。上文所示的坐标映射包括被构造来对于大多数驱动器301的位置而强制驱动器302操作于速度1的设定值。这导致更低的离散驱动器功率消耗，其对于特定种类的处罚函数可为重要的。

根据方法600，当驱动器302处于速度1且驱动器301的命令位置增大到超过u1（例如，向上切换）时，驱动器302向上切换到速度2。同时或大体上同时，驱动器301的位置被重设为值s12。同样如所示，当驱动器302处于速度2且驱动器301的命令位置增大到超过u2（例如，向上切换）时，驱动器302向上切换到速度3，且驱动器301的值被重设到s23。此外，当驱动器302处于速度2且驱动器301的命令位置下降到低于d2（例如，向下切换）时，驱动器302向下切换到速度1，且驱动器301被重设到s21。最后，当驱动器302处于速度3且驱动器301的命令位置下降到低于d3（例如，向下切换）时，驱动器302向下切换到速度2，且驱动器301被重设到s32。

在方法600的实施期间，控制器306维持期望温度与设定点计算部分305处监视的实际温度之间的低误差，同时减少驱动器302的实际使用。此外，可选择sl2、s21、s23、s32的值以使驱动器301的切换降到最少。这可同样减少磨损、系统循环并且改进系统寿命和性能。这图示于图7中。

图7描绘如方法400中所概述的一种使用低可变驱动坐标方案来确定切换和重设驱动器的范围的坐标化流动控制的方法。如所图示，方法700强制驱动器301的较低使用，从而产生更高的水侧温度变化。这对于有效的冷水机或锅炉运转可为重要的。

根据方法700，当驱动器302处于速度1且驱动器301的命令位置增大到超过u1（例如，向上切换）时，驱动器302向上切换到速度2。同时或大体上同时，驱动器301的位置被重设为值s12。同样如所示，当驱动器302处于速度2且驱动器301的命令位置增大到超过u2（例如，向上切换）时，驱动器302向上切换到速度3，且驱动器301的值被重设到s23。此外，当驱动器302处于速度2且驱动器301的命令位置下降到低于d2（例如，向下切换）时，驱动器302向下切换到速度1，且驱动器301被重设到s21。最后，当驱动器302处于速度3且驱动器301的命令位置下降到低于d3（例如，向下切换）时，驱动器302向下切换到速度2，且驱动器301被重设到s32。

在上文描述且在图5至图7中描绘的实例中，下滞后回线的“向上切换”点u1小于上滞后回线的“向上切换”点u2。此外，上滞后回线的“向下切换”点s32大于下滞后回线的“向下切换”点d2。这两个限制导致这些实例的适当功能。

此外，根据一些实例实施方案，用于选择滞后回线切换点的适当映射可选择切换点使得满足四个条件：（1）处于（u1，速度1）的容量=处于（s12，速度2）的容量；（2）处于（s12，速度1）的容量=处于（d2，速度2）的容量；（3）处于（u2，速度2）的容量=处于（s23，速度3）的容量；和（4）处于（s32，速度2）的容量=处于（d3，速度3）的容量，其中容量可例如参考图8而确定，其中点810和820位于相同容量曲线上，从而指示相同容量。

如上文所描述，本发明的实例实施方案提供用于有效流动控制的方法和系统，其可根据坐标矩阵加以配置，所述坐标矩阵被构造来促进有效冷却，同时减少系统组件上的磨损。本文中描述的方法和方案可用在由共同制冷或制热源（如，冷水机、锅炉或制冷单元）服务的网络中的多个或所有热交换器中。因此，坐标矩阵可强制处于全局水平，且同样可全局监视罚金和费用。

本文中使用的术语仅是出于描述特定实施方案的目的，且并非意在限制本发明。虽然本发明的描述已出于说明和描述的目的而呈现，但是其并非意在是详尽的或限制于以所公开的形式的发明。在不脱离本发明的范畴和精神的情况下，于此尚未描述的许多修改、变动、变更、取代或等效配置将对于本领域一般技术人员显而易见。此外，虽然已描述本发明的各种实施方案，但是应理解，本发明的方面可包括仅一些所描述的实施方案。因而，本发明不被看作受到前述描述所限制，而是仅受到随附权利要求的范畴所限制。

Claims

1.一种在热交换器系统中的坐标化流动控制的方法，其包括：

在所述热交换器系统的相关监视温度需要调整时，调整所述热交换器系统的可变驱动器的位置；

确定所述可变驱动器的所述经调整位置是否在预定位置范围内；

如果所述可变驱动器的所述经调整位置不在所述预定位置范围内，那么调整所述热交换器系统的离散驱动器的位置；和

响应于调整所述离散驱动器的位置而重设所述可变驱动器的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括确定所述调节空间的预定设定点温度与所述调节空间的实际温度之间的误差量。

3.根据权利要求2所述的方法，其还包括确定所述误差量在预定误差可容许度之内。

4.根据权利要求2所述的方法，其中调整所述可变驱动器的位置包括增加或减少由所述可变驱动器控制的流体流，以减小所述误差量。

5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述可变驱动器的所述经调整位置是否在所述预定位置范围内包括：

将所述可变驱动器的当前位置和所述离散驱动器的当前位置与坐标矩阵相比以确定所述预定位置范围。

6.根据权利要求5所述的方法，其中如果所述可变驱动器的当前位置大于所述预定位置范围的最大值，那么在所述重设期间，所述离散驱动器的位置增大，且所述可变驱动器的位置减小。

7.根据权利要求5所述的方法，其中如果所述可变驱动器的当前位置小于所述预定位置范围的最小值，那么在所述重设期间，所述离散驱动器的位置减小，且所述可变驱动器的位置增大。

8.一种系统，其包括：

热交换器；

可变驱动器，其与所述热交换器运转连通且被构造来以连续方式改变通过所述热交换器的第一流体流；

离散驱动器，其与所述热交换器连通且被构造来以至少两个离散速率中的一个而改变通过所述热交换器的第二流体流；和

控制器，其与所述可变驱动器和所述离散驱动器连通，其中所述控制器被构造来取决于所述离散驱动器的当前位置而在一定范围内调整所述可变驱动器的位置。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述热交换器是风扇线圈热交换器。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述可变驱动器是可变流液体阀且所述离散驱动器是多速度风扇。

11.根据权利要求8所述的系统，其还包括：

调节空间，其与所述热交换器连通；和

设定点计算构件，其与所述调节空间和所述控制器连通，其中所述设定点计算构件被构造来确定所述调节空间的设定点温度与实际温度之间的误差量。

12.根据权利要求11所述的系统，其还包括离散驱动器控制器，其与所述设定点计算构件和所述离散驱动器连通，其中离散驱动器控制器被构造来在所述可变驱动器的当前位置在预定位置范围之外时调整所述离散驱动器的当前位置。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器还被构造来将所述可变驱动器的当前位置和所述离散驱动器的当前位置与坐标矩阵相比以确定所述预定位置范围。

14.根据权利要求13所述的系统，其中如果所述可变驱动器的当前位置大于所述预定位置范围的最大值，那么所述离散驱动器控制器被构造来增大所述离散驱动器的位置，且所述控制器被构造来减小所述可变驱动器的位置。

15.根据权利要求13所述的系统，其中如果所述可变驱动器的当前位置小于所述预定位置范围的最小值，那么所述离散驱动器控制器被构造来减小所述离散驱动器的位置，且所述控制器被构造来增大所述可变驱动器的位置。