CN106989202A - 温度控制设备和包括温度控制设备的过程控制装置 - Google Patents

温度控制设备和包括温度控制设备的过程控制装置 Download PDF

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Abstract

一种过程控制装置，包括：壳体、设置在壳体中的过程控制设备、以及温度控制设备，温度控制设备操作地耦接到壳体，用于调节壳体内部的环境的温度。温度控制设备包括涡流管和流动控制阀。流动控制阀耦接到涡流管并且包括温度感测部件，温度感测部件被配置为感测壳体内部的环境的温度，并且被配置为基于所感测的温度来在多个位置之间移动流动控制阀的控制元件，以将来自第一涡流出口和第二涡流出口的流体的流动选择性地引导到壳体内部的环境。

Description

温度控制设备和包括温度控制设备的过程控制装置
技术领域
概括地说，本公开内容涉及过程控制系统，并且更具体地说，涉及针对过程控制设备的温度控制。
背景技术
过程控制系统通常包括许多过程控制现场设备，这些现场设备中的一些现场设备可能暴露于周围温度相对高或低和/或变化很大的操作环境中。由于这些现场设备的部件中的许多部件被设计为在更加温和的环境中工作，因此这种温度条件会对现场设备的操作具有负面影响。一些现场设备可以被包围在保护性壳体中。然而，这些壳体无法有效地防止现场设备受到极端温度或温度变化的影响。
发明内容
本公开内容的一个方面提供了一种过程控制装置，包括：壳体；过程控制设备，所述过程控制设备位于所述壳体中；以及温度控制设备，所述温度控制设备操作地耦接到所述壳体，用于调节所述壳体内部的环境的温度。所述温度控制设备可以包括涡流管和流动控制阀。所述涡流管可以具有涡流入口、第一涡流出口、以及第二涡流出口，所述涡流入口用于接收压缩流体，所述第一涡流出口用于从所述涡流管排放在第一温度下的流体，并且所述第二涡流出口用于从所述涡流管排放在第二温度下的流体，所述第二温度高于所述第一温度。所述流动控制阀可以耦接到所述涡流管，以选择性地引导来自所述涡流管的所述第一涡流出口和所述第二涡流出口的流体的流动。所述流动控制阀可以包括阀体和可移动控制元件。所述阀体可以限定阀腔、第一阀入口、第二阀入口、第一阀出口、以及第二阀出口，所述第一阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第一涡流出口连通，所述第二阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第二涡流出口连通，所述第一阀出口与所述阀腔和所述壳体外部的环境连通，并且所述第二阀出口与所述阀腔和所述壳体内部的环境连通。所述可移动控制元件可以设置在所述阀腔中，用于选择性地控制来自所述第一涡流出口和所述第二涡流出口以及所述壳体内部的环境的流体的流动。
在一些版本中，所述温度控制设备还可以包括温度感测部件，所述温度感测部件被设置在所述壳体中，用于控制所述可移动控制元件的移动。
在一些版本中，所述温度感测部件可以被设置在所述流动控制阀中，并且所述流动控制阀设置在所述壳体中。
在一些版本中，所述温度感测部件可以包括控制流体的贮存器，所述控制流体响应于所述壳体内部的环境的温度的增加而膨胀，并且响应于所述壳体内部的环境的温度的下降而收缩。
在一些版本中，所述阀体可以包括第三阀出口，所述第三阀出口与阀腔和所述壳体外部的环境连通，所述第二阀出口设置在所述第一阀出口与所述第三阀出口之间。
在一些版本中，所述控制元件可以包括阀杆和第一阀塞以及第二阀塞，所述第一阀塞和所述第二阀塞被设置为朝向所述阀杆的相对端，所述第一阀塞和所述第二阀塞中的每个阀塞都被设置为与所述流动控制阀的所述阀体的所述阀腔的内表面处于密封滑动关系。
在一些版本中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置与第三位置之间移动。当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一涡流出口和所述第二涡流出口都与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
在一些其它版本中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置与第三位置之间移动。当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一阀入口和所述第二阀入口分别被所述控制元件的所述第一阀塞和所述第二阀塞密封关闭，以使得所述第一涡流出口和所述第二涡流出口不与所述第一阀出口、所述第二阀出口、和所述第三阀出口中的任何阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二阀出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
在一些版本中，所述流动控制阀可以包括偏置构件，所述偏置构件设置在所述阀腔中并使所述控制元件朝向所述第二位置偏置。
在一些版本中，可以提供流体源以将所述压缩流体输送到所述涡流管的所述涡流入口。
在一些版本中，所述流体源可以是从所述过程控制装置的流体供应设备中分流的流体。
本公开内容的另一方面提供了一种用于控制过程控制装置的温度的温度控制设备。所述温度控制设备可以包括涡流管和流动控制阀。所述涡流管可以具有涡流入口、第一涡流出口、以及第二涡流出口，所述涡流入口用于接收压缩流体，所述第一涡流出口用于从所述涡流管排放在第一温度下的流体，并且所述第二涡流出口用于从所述涡流管排放在第二温度下的流体，所述第二温度高于所述第一温度。所述流动控制阀可以耦接到所述涡流管，以选择性地引导来自所述涡流管的所述第一涡流出口和所述第二涡流出口的流体的流动。所述流动控制阀可以包括阀体和控制元件。所述阀体可以限定阀腔、第一阀入口、第二阀入口、第一阀出口、以及第二阀出口，所述第一阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第一涡流出口连通，所述第二阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第二涡流出口连通，所述第一阀出口与所述阀腔和所述阀腔外部的环境连通，并且所述第二阀出口与所述阀腔和所述阀腔外部的环境连通。所述可移动控制元件可以被设置在所述阀腔中，用于选择性地控制来自所述第一涡流出口和所述第二涡流出口以及所述壳体内部的环境的流体的流动。
在一些版本中，可以提供温度感测部件，用于控制所述可移动控制元件的移动。
在一些版本中，所述温度感测部件可以设置在所述阀腔中并且与所述控制元件连通。
在一些版本中，所述温度感测部件可以包括控制流体的贮存器，所述控制流体响应于所感测的温度的增加而膨胀，并且响应于所感测的温度的下降而收缩。
在一些版本中，所述阀体还可以包括第三阀出口，所述第三阀出口与阀腔和所述阀腔外部的环境连通，所述第二阀出口设置在所述第一阀出口与所述第三阀出口之间。
在一些版本中，所述控制元件可以包括阀杆和第一阀塞以及第二阀塞，所述第一阀塞和所述第二阀塞被设置为朝向所述阀杆的相对端，所述第一阀塞和所述第二阀塞中的每个阀塞被设置为与所述流动控制阀的所述阀体的所述阀腔的内表面处于密封滑动关系。
在一些版本中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置、与第三位置之间移动。当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一涡流出口和所述第二涡流出口都与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
在一些其它版本中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置、与第三位置之间移动。当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一阀入口和所述第二阀入口分别被所述控制元件的所述第一阀塞和所述第二阀塞密封关闭，以使得所述第一涡流出口和所述第二涡流出口不与所述第一阀出口、所述第二阀出口、和所述第三阀出口中的任何阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二阀出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
在一些版本中，所述流动控制阀可以包括偏置构件，所述偏置构件设置在所述阀腔中并使所述控制元件朝向所述第二位置偏置。
本公开内容的另一个方面提供了一种过程控制装置，包括：壳体；过程控制设备，所述过程控制设备被设置在所述壳体中；以及温度控制设备，所述温度控制设备操作地耦接到所述壳体，用于调节所述壳体内部的环境的温度。所述温度控制设备可以包括涡流管和流动控制阀。所述涡流管可以具有涡流入口、第一涡流出口、以及第二涡流出口，所述涡流入口用于接收压缩流体，所述第一涡流出口用于从所述涡流管排放在第一温度下的流体，并且第二涡流管用于从所述涡流管排放在第二温度下的流体，所述第二温度高于所述第一温度。所述流动控制阀可以耦接到所述涡流管并可以包括阀体和控制元件。所述阀体可以限定阀腔，所述控制元件设置在所述阀腔中，温度感测部件被配置为感测所述壳体内部的环境的温度，并且被配置为基于所感测的温度来在多个位置之间移动所述控制元件，以将来自所述第一涡流出口和所述第二涡流出口的流体的流动选择性地引导到所述壳体内部的环境。
在一些版本中，所述阀体可以限定第一阀入口、第二阀入口、第一阀出口、以及第二阀出口，所述第一阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第一涡流出口连通，所述第二阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第二涡流出口连通，所述第一阀出口与所述阀腔和所述壳体外部的环境连通，并且所述第二阀出口与所述阀腔和所述壳体内部的环境连通。
在一些版本中，所述温度感测部件可以设置在所述流动控制阀中，并且所述流动控制阀设置在所述壳体中。
在一些版本中，所述温度感测部件可以包括控制流体的贮存器，所述控制流体响应于所述壳体内部的环境的温度的增加而膨胀，并且响应于所述壳体内部的环境的温度的下降而收缩。
在一些版本中，所述阀体可以包括第三阀出口，所述第三阀出口与所述阀腔和所述壳体外部的环境连通，所述第二阀出口设置在所述第一阀出口与所述第三阀出口之间。
在一些版本中，所述控制元件可以包括阀杆和第一阀塞以及第二阀塞，所述第一阀塞和所述第二阀塞被设置为朝向所述阀杆的相对端，所述第一阀塞和所述第二阀塞中的每个阀塞都被设置为与所述流动控制阀的所述阀体的所述阀腔的内表面处于密封滑动关系。
在一些版本中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置、与第三位置之间移动。当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一涡流出口和所述第二涡流出口都与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
在一些其它版本中，所述控制元件可在所述阀腔中在第一位置、第二位置、与第三位置之间移动。当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一阀入口和所述第二阀入口分别被所述控制元件的所述第一阀塞和所述第二阀塞密封关闭，以使得所述第一涡流出口和所述第二涡流出口不与所述第一阀出口、所述第二阀出口、和所述第三阀出口中的任何阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通。当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二阀出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
在一些版本中，所述流动控制阀可以包括偏置构件，所述偏置构件被设置在所述阀腔中并使所述控制元件朝向所述第二位置偏置。
附图说明
图1是根据本公开内容的原理而构造的、包括温度控制设备的过程控制装置的一个实施例的示意性说明的横截面；
图2是示出了处于第一位置的控制元件的图1中的温度控制设备的一个实施例的详细视图；
图3是示出了处于第二位置的控制元件的图1中的温度控制设备的详细视图；
图4是示出了处于第三位置的控制元件的图1中的温度控制设备的详细视图；
图5是示出了处于第一位置的控制元件的图1中的温度控制设备的另一个实施例的详细视图。
具体实施方式
图1描绘了根据本公开内容的原理而构造的过程控制装置100的示例性实施例，其中过程控制装置100包括壳体102、多个过程控制设备104以及温度控制设备106。如将更透彻地描述的，温度控制设备106被布置并配置为监控和控制过程控制装置100内部的环境的温度。这样配置之后，可以管理过程控制设备100内部的环境，以便即使在极端温度条件下也能确保可用性。例如，在一些条件下，装置100外部的温度可以低至-100℃(-148°F)或者高至200℃(392°F)。在其它条件下，装置内部的温度当然可以甚至更高或者甚至更低。本发明不受任何特定的环境温度范围的限制。
在一个版本中，过程控制装置100可以包括数字阀控制器(DVC)或者任何现场设备，包括通常在过程控制系统中使用的那些现场设备。在图1中所描绘的版本中，多个过程控制设备104包括例如控制器104a、一个或多个传感器104b、以及一个或多个阀106c。可以包括其它过程控制设备。虽然图1中没有描绘，但过程控制设备104中的每个过程控制设备都可以经由例如一个或多个有线、无线、混合和/或气动连接而连接到其它过程控制设备104中的一个或多个过程控制设备。
示例性装置100中的壳体102完全包围过程控制设备104，但在其它例子中，壳体102可以仅部分地包围过程控制设备104，可以包围一个或多个另外的控制设备104或其它组件。壳体102还可以包括覆盖壳体102的至少一部分的绝缘层108。绝缘层108可以是包括一层或多层的热涂覆或者可以是可移除层(例如，织物护套)。如所示出的，绝缘层108可以应用于壳体102的外表面110，和/或应用于壳体102的内表面112。
在图1中所描绘的示例性过程控制装置100中，温度控制设备106被设置在壳体102内并且包括涡流管108和流动控制阀110。温度控制设备106完全设置在壳体102内，但也可以部分地位于壳体外部，并且耦接到壳体102，以调节壳体102的内部腔114的温度，包括多个过程控制设备104的温度。例如，在一些实施例中，涡流管108可以位于壳体102的外部，而流动控制阀110位于壳体102的内部。或者在一些实施例中，流动控制阀110的某个部分可以替代地或同样位于壳体102的外部。
示例性装置100的涡流管108具有本体126、涡流入口118、第一涡流出口120和第二涡流出口122。在一些版本中，涡流管108可以包括Ranque-Hilsch涡流管，Ranque-Hilsch涡流管是将供应压缩气体分离成热流和冷流的常见机械设备。在所公开的例子中，流体供应设备124向涡流管108的涡流入口118提供压缩的或加压的空气。涡流管108然后从第一涡流出口120排放在第一温度下的压缩空气的第一流，并且从第二涡流出口122排放在比第一温度高的第二温度下的压缩空气的第二流。从第一涡流出口120排放的空气可以被视为具有低至大约-50℃(-58°F)的温度的“冷空气”，并且从第二涡流出口122排放的空气可以被视为具有高至大约200℃(392°F)的温度的“热空气”。可以基于经过涡流管108的空气的压力和流动速率来确定“冷空气”和“热空气”的温度。
在所描绘的版本中，第一涡流出口120耦接到第一流体输送管路121以用于将“冷空气”输送到流动控制阀110，并且第二涡流出口122连接到第二流体输送管路123以用于将“热空气”输送到流动控制阀110。如图1中还示出的，流体供应设备124经由流体供应管路125向涡流入口118提供压缩的或加压的流体，以使得压缩的或加压的流体垂直于涡流管108的本体126进入涡流管108。流体供应设备124可以是专用于向涡流管108提供压缩的或加压的流体的系统。替代地，流体供应设备124还可以向过程控制系统中的其它地方提供压缩的或加压的流体。在过程控制装置100包括DVC的版本中，流体供应设备124可以包括DVC自身，这是因为在操作期间，常规的DVC在大约10标准立方英尺/小时(SCFH)(4720cc/min)至大约30SCFH(14160cc/min)的范围中的速率下泄放压缩空气。因此，这种泄放的空气可以有利地被改变用途以便与所公开的温度控制设备106一起使用。
仍然参考图1，温度控制设备106的所公开版本中的流动控制阀110包括滑阀(spool valve)，但是在其它版本中，可以使用任何其它类型的适当的阀或者阀的任何组合来实现期望的目标。图1中的流动控制阀110包括阀体150、控制元件152、偏置构件154、以及温度感测部件156。流动控制阀110的阀体150通常是中空的圆柱形构件，其包括圆柱形外壁157以及相对的第一和第二端壁159、161。阀体150限定圆柱形阀腔158，圆柱形阀腔158包含控制元件152、第一阀入口160、第二阀入口162、第一阀出口164、第二阀出口166、以及第三阀出口168。如所示出的，第一阀入口160经由第一流体输送管路121连接到第一涡轮出口120，并且第二阀入口162经由第二流体输送管路123连接到第二涡轮出口122。此外，第一和第三阀出口164、168分别连接到第一和第二流体出口管路170、172，其中第一和第二流体出口管路170、172从壳体102排出到壳体102外部的环境。相比之下，第二阀出口166直接排出到壳体102的内部腔114中。在其它版本中，第二阀出口166可以排出到与过程控制设备104中的一个或多个过程控制设备直接连通的一个或多个流体管路中，以提供例如目标温度控制。当少于过程控制设备104中的全部过程控制设备或者壳体102内的其它组件是温度敏感型时，这会是有利的。
如将更加透彻地描述的，温度感测部件156被设置在阀体150和壳体102的内部腔114的内部，并且因此被配置为感测壳体102内部的环境的温度。基于所感测的温度，并且如下面将更加透彻地描述的，使得控制元件152在阀体150内处于第一位置(见图2)、第二位置(见图3)和第三位置(见图4)中的一个位置，以便将流体的流动从涡流管108的涡流出口120、122中的其中之一或二者选择性地引导到壳体102的内部腔114中和/或壳体102的外部。
现在参考图2，将更详细地描述流动控制阀110。如提到的，流动控制阀110的阀体150包括圆柱形阀腔158，该圆柱形阀腔158包含控制元件152。控制元件152通常是线性构件，其包括阀杆174、第一阀塞176、第二阀塞178和活塞180。第一和第二阀塞176、178朝向阀杆174的相对端174a、174b刚性地固定。活塞180包括活塞杆182和活塞塞头(piston plug)184。活塞杆182刚性地固定到阀杆174，并且邻近于阀杆174的第二端174b远离阀杆174轴向延伸。活塞塞头184在与阀杆174的第二端174b间隔开的位置处刚性地固定到活塞杆182的一端。
在图2中所描绘的版本中，控制元件152的每个阀塞176、178包括圆柱形本体部186a和半圆柱形阻挡部186b。在所描绘的版本中，本体部186a和阻挡部186b具有共同的半径，该共同的半径大于阀杆174的半径并且大致等于或小于阀体150的阀腔158的半径。此外，在所描绘的版本中，本体部186a的轴向尺寸大约等于阻挡部186b的轴向尺寸。如所描绘的，半圆柱形阻挡部186b朝向彼此并远离它们相对应的本体部186a在相对的轴向方向上延伸。这样配置之后，每个阀塞176、178都限定从每个阻挡部186b与阀杆174相对的半圆柱形凹陷部188。
在所公开的例子中，第一和第二阀塞176、178的本体部186a以及活塞塞头184中的每一个的形状、大小都被设置并配置为与流动控制阀110的阀腔158的内部侧壁158a处于密封滑动关系。为了实现这种密封滑动关系，阀塞176、178的本体部186a的外圆柱形表面189和活塞塞头184的外表面191可以包括一个或多个密封元件(没有示出)，例如O型环、垫片、或者其它密封部件，或者替代地，可以简单地被加工为与阀腔158的内表面158a在紧密公差(tight tolerance)内，以提供可接受的公差内的气密密封。
仍然参考图2，除了控制元件152被设置在阀腔158中之外，偏置构件154和温度感测部件156也被设置在阀腔158中。在所描绘的版本中，偏置构件154可以包括在阀体150的第一端壁159与第一阀塞176之间的位置处被设置在阀腔中的线圈弹簧。这样配置之后，偏置构件154可以向第一阀塞176施加偏置力，第一阀塞176推动控制元件152远离第一端壁159并朝向第二端壁161。
该版本的温度感测部件156包括位于第二侧壁161与控制元件152的活塞180的活塞塞头184之间的位置处的阀腔158中所承载的流体193的贮存器(reservoir)。流体193可以是温度敏感型流体，该流体响应于温度的增加而膨胀并且响应于温度的下降而收缩。这样配置之后，当流体193的温度增加时，流体193膨胀并向活塞塞头184施加力，从而推动活塞180和控制元件152远离第二端壁161并朝向第一端壁159，克服了偏置构件154的偏置。相反，当流体193的温度下降时，流体193收缩，这允许偏置构件154推动控制元件152远离第一端壁159并朝向第二端壁161。在一些版本中，温度感测部件156的流体193可以包括任何温度敏感型介质，包括例如油、蜡、汞、或者能够对目标对象进行服务的任何其它流体或非流体(例如，气体)。
如上面提到的，当前公开的温度控制设备106的流动控制阀110的控制元件152在操作期间可以处于三个不同位置中的一个位置。在图2中，控制元件152处于第一位置，其中，第一阀塞176在第一阀入口160与第一阀出口164之间的位置处被设置在阀腔中，并且第二阀塞178在第二阀入口162与第三阀出口168之间的位置处被设置在阀腔158中。这样配置之后，第一和第二阀入口160、162分别与由第一和第二阀塞176、178所限定的凹陷部188对齐。因此，第一和第二涡流出口120、122都经由阀腔158与第二阀出口166流体连通，但不与第一和第三阀出口164、168流体连通。因此，来自第一涡流出口120的“冷空气”和来自第二涡流出口122的“热空气”在阀塞176、178之间流入到阀腔158中，跨越阀杆174，并且在穿过第二阀出口166并进入壳体102的内部腔114中之前、之时和/或之后进行混合。在控制元件152如所描述地处于第一位置时，温度控制设备106用于保持壳体102中的环境温度，当壳体102中的操作温度可接受并且必须期望温度无变化时这是有用的。然而，在极端气候条件下，可能期望增加或降低壳体102内部的环境的温度。
图3描绘了当壳体102内部的环境温度低于期望温度以使得温度感测部件156中的流体193相对于例如图2中所描绘的流体193收缩时的情况。因此，偏置构件154推动控制元件152朝向第二端壁161。在图3中，控制元件152处于第二位置，其中第一阀塞176在第一阀入口160与第二阀出口166之间的位置处被设置在阀腔158中，并且第二阀塞178在第二阀入口162与第三阀出口168之间的位置处被设置在阀腔158中。实际上，在第二位置中，第二阀塞178的阻挡部186b被放置在第三阀出口168前方并密封关闭第三阀出口168。
因此，当控制元件152处于该第二位置时，第一涡流出口120与第一阀出口164流体连通但不与第二和第三阀出口166、168流体连通，并且第二涡流出口122与第二阀出口166流体连通但不与第一和第三阀出口164、168流体连通。因此，来自第一涡流出口120的“冷空气”流入到阀腔158中、跨越偏置构件154、穿过第一阀出口164并最终经由第一流体出口管路170(图1中所示出的)排出壳体102之外。然而，来自第二涡流出口122的“热空气”流入阀腔158中、跨越阀杆174、穿过第二阀出口164并进入壳体102的内部腔114中。如提到的，第二阀塞178阻挡第三阀出口168，因此没有空气流经第三阀出口168。因此，在控制元件152如所描述地处于第二位置的情况下，温度控制设备106向壳体102的内部腔114添加“热空气”，以便保持壳体102内部的环境的充足操作温度。
图4描绘了当壳体102内部的环境温度高于期望温度以使得温度感测部件156中的流体193相对于例如图2中所描绘的流体1933膨胀时的情况。因此，膨胀的流体193推动控制元件152朝向阀体150的第一端壁159，从而克服了偏置构件154的偏置力。在图4中，控制元件152处于第三位置，其中第一阀塞176在第一阀入口160与第一阀出口164之间的位置处被设置在阀腔158中，并且第二阀塞178在第二阀入口162与第二阀出口166之间的位置处被设置在阀腔158中。实际上，在第三位置中，第一阀塞176的阻挡部186b被设置在第一阀出口164前方并且密封关闭第一阀出口164。
因此，当控制元件152处于第三位置时，第一涡流出口120与第二阀出口166流体连通但不与第一和第三阀出口164、168流体连通，并且第二涡流出口122与第三阀出口168流体连通但不与第一和第二阀出口164、166流体连通。因此，来自第一涡流出口120的“冷空气”流入到阀腔158中、跨越阀杆154、穿过第二阀出口166并进入壳体102的内部腔114中。然而，来自第二涡轮出口122的“热空气”流入到阀腔158中、跨越活塞180、穿过第三阀出口168并最终经由第二流体出口管路172(图1中所示出的)排出到壳体102之外。如所提到的，第一阀塞176阻挡第一阀出口164，因此没有空气流经第一阀出口164。因此，在控制元件152如所描述地处于第三位置时，温度控制设备106向壳体102的内部腔114添加“冷空气”，以便保持壳体102内部的环境的充足操作温度。
基于前述内容，可以理解的是，虽然针对控制元件152仅描述了三个位置，但在第二和第三位置之间有可能存在无限数量的位置。例如，以图2开始，当壳体102内部的环境温度下降时，流体193会自然地开始收缩，以使得偏置构件154将开始推动控制元件152朝向例如图3中所描绘的位置。但是，有可能的是，温度感测部件156周围的温度仅下降得足以使得流体193部分地收缩并且控制元件152部分地朝向图3中所描绘的位置移动。在这种情况下，第一阀塞176可以不完全移动通过阀体150的第一阀入口160，以使得较少量的“冷空气”最终与从第二阀入口162供应的“热空气”混合。因此，可以看到的是，上面描述的温度控制设备106通常可以提供对壳体102内部的温度的连续监控和调节，以确保对控制设备104的恰当操作，这是因为温度感测部件156自身位于壳体104的内部腔114中并且能够发送不同的温度变化。
如上面相对于图2所描述的，当壳体102内部的温度在针对控制设备104的恰当操作的可接受极限内时，前述温度控制设备106可以提供控制元件152的第一位置，其中“冷空气”和“热空气”在阀腔158中混合并流入到壳体102中。当向涡流管108提供压缩气体的连续供应时，这种布置使得温度控制设备106向壳体102的内部腔114提供环境温度空气的连续供应。这主要是通过对第一和第二阀塞176、178的配置来实现的，第一和第二阀塞176、178限定与第一和第二阀入口160、162对齐的半圆柱形凹陷部188，以使得保持涡流管120、122与壳体102的内部腔114之间的连通。当存在至涡流管108的压缩气体的连续供应时，这种配置运行良好，当过程控制装置100自身包括例如DVC时会出现这种情况，并且这种连续供应无论如何必须排出DVC。
然而，在其它情况下(其中流体供应设备124源自专用供应设备)，当壳体102的内部腔114内的温度在可接受的操作极限内时停止压缩空气的流动可能是有益的。图5描绘了能够执行这种功能的一个替代的温度控制设备106。图5中的温度控制设备106基本上类似于参考图2-4所描述的温度控制设备106，并且因此，将用类似的附图标记来标识类似的特征。实际上，图5中的温度控制设备106与图2-4中的温度控制设备106之间的仅有区别在于第一和第二阀塞176、178的形状和配置。所有其它特征都是相同的。即，图5中的控制元件152的第一和第二阀塞176、178仅包括圆柱形本体部186，而不包括任何半圆柱形阻挡部或凹陷部。另外，图5中的阀塞176、178的本体部196的轴向尺寸大致等于图2-4中的阀塞176、178的本体和阻挡部186a、186b的组合的轴向尺寸。因此，图5中的阀塞176、178的整体轴向尺寸与图2-图4中的阀塞176、178的整体轴向尺寸相同。
在控制元件152被配置为如图5中所描述的情况下，当壳体102的内部腔114中的温度可接受并且控制元件152处于第一位置时，第一和第二阀塞176、178分别阻挡并关闭第一和第二阀入口160、162。因此，没有压缩空气穿过温度控制设备106，这可以有助于保护流体供应设备124、减少浪费并节约能量。虽然图5中的流动控制阀110的操作与控制元件152处于第一位置时先前所描述的那些操作不同，但是在控制元件152处于第二和第三位置时的情况下的操作与上面所描述的操作相同。
虽然前述实施例中的每个实施例都已经被描述为包括具有第一、第二和第三阀出口164、166、168的流动控制阀，但在一些版本中，流动控制阀110可以呈现与滑阀不同的形式(例如，一个或多个旋转球阀、截止式滑杆阀、提升阀等等)，以使得仅第一和第二阀出口是必要的。
虽然前述内容已经将本公开内容的温度控制设备106描述为包括通过流体管路121和123流体连接的涡流管108和流动控制阀110，但在其它版本中，涡流管108和流动控制阀110可以由单个一件式组件构成，以使得不需要外部的流体管路。例如，在一个版本中，涡流管108和流动控制阀110可以由单件材料加工、锻造或铸造成期望的结构来进行构造，以使得涡流出口120、122与阀入口160、162之间的任何连通会直接或经由内部流动路径而出现在单件材料内。类似地，虽然流动控制阀110已被公开为连接到流体出口管路170、172以用于将空气排出壳体102，但是装置100的其它实施例可以以如下方式来构造：使得流动控制阀110的第一和第三涡流出口164、168直接排出壳体102而不需要外部的流体出口管路170、172。
如上面提到的，从涡流管108排放的“冷空气”和“热空气”的温度依赖于穿过涡流管108的空气的压力和流动速率。因此，调节压力和/或流动速率可以调节温度。此外，如上面提到的，示例性装置100包括耦接到一个或多个传感器104b的控制器104a。在一些实施例中，例如，一个或多个传感器104b可以包括用于测量例如壳体102的内部腔114的温度的传感器、过程控制设备104中的一个或多个过程控制设备的操作温度、和/或壳体102外部的温度。在操作中，并且基于所感测的温度，控制器104a可以经由流体供应设备124来调节通过涡流管108的涡流入口118的流体流动，以调节、控制或调整离开涡流管108的流体的温度。例如，可以通过调节流体供应设备124与涡流入口118之间的阀(没有示出)来调节流体的温度和从涡流管108到壳体102的内部腔114中的流体的流动速率。减小通过涡流管108的流动速率增加了离开涡流管108的第一和第二涡流出口120、122的流体的温度，而增加流动速率降低了离开涡流管108的第一和第二涡流出口120、122的流体的温度。
可以用硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任意组合来实现示例性控制器104a。因此，可以通过一个或多个模拟或数字电路、逻辑电路、可编程处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)和/或现场可编程逻辑器件(FPLD)来实现示例性控制器104a。示例性控制器104a可以包括有形计算机可读储存设备或储存盘，例如储存软件和/或固件的存储器、数字多功能盘(DVD)、压缩盘(CD)、蓝光盘等等。此外，示例性控制器104a可以包括一个或多个元件、过程和/或设备和/或可以包括任意或所有元件、过程和设备中的一个以上。
另外，示例性控制器104a可以使用任何类型的有线连接(例如，数据总线、USB连接等等)或者无线通信机制(例如，射频、红外线等等)、使用任何过去、现在或将来的通信协议(例如，蓝牙、USB 2.0、USB 3.0等等)与传感器104b或阀104c、或流体供应设备124与涡流入口118之间的阀进行通信。此外，控制器104a或阀104c中的一个或多个可以使用这种有线连接或无线通信机制彼此通信。
虽然本文中已经公开了某些示例性的方法、装置和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖落入本专利的权利要求的范围内的所有方法、装置和制品。

Claims (29)

1.一种过程控制装置，包括：
壳体；
过程控制设备，所述过程控制设备设置在所述壳体中；以及
温度控制设备，所述温度控制设备操作地耦接到所述壳体，用于调节所述壳体内部的环境的温度，所述温度控制设备包括涡流管和流动控制阀，
所述涡流管具有涡流入口、第一涡流出口、以及第二涡流出口，所述涡流入口用于接收压缩流体，所述第一涡流出口用于从所述涡流管排放在第一温度下的流体，并且所述第二涡流出口用于从所述涡流管排放在第二温度下的流体，所述第二温度高于所述第一温度，
所述流动控制阀耦接到所述涡流管，以选择性地引导来自所述涡流管的所述第一涡流出口和所述第二涡流出口的流体的流动，所述流动控制阀包括：
阀体，所述阀体限定阀腔、第一阀入口、第二阀入口、第一阀出口、以及第二阀出口，所述第一阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第一涡流出口连通，所述第二阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第二涡流出口连通，所述第一阀出口与所述阀腔和所述壳体外部的环境连通，并且所述第二阀出口与所述阀腔和所述壳体内部的环境连通；以及
可移动控制元件，所述可移动控制元件设置在所述阀腔中，用于选择性地控制来自所述第一涡流出口和所述第二涡流出口以及所述壳体内部的环境的流体的流动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述温度控制设备还包括温度感测部件，所述温度感测部件设置在所述壳体中，用于控制所述可移动控制元件的移动。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述温度感测部件设置在所述流动控制阀中，并且所述流动控制阀设置在所述壳体中。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的装置，其中，所述温度感测部件包括控制流体的贮存器，所述控制流体响应于所述壳体内部的环境的温度的增加而膨胀，并且响应于所述壳体内部的环境的温度的下降而收缩。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述阀体还包括第三阀出口，所述第三阀出口与阀腔和所述壳体外部的环境连通，所述第二阀出口设置在所述第一阀出口与所述第三阀出口之间。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制元件包括阀杆和第一阀塞以及第二阀塞，所述第一阀塞和所述第二阀塞被设置为朝向所述阀杆的相对端，所述第一阀塞和所述第二阀塞中的每个阀塞都被设置为与所述流动控制阀的所述阀体的所述阀腔的内表面处于密封滑动关系。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置、与第三位置之间移动，其中
(a)当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一涡流出口和所述第二涡流出口都与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且
(b)当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且
(c)当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置、与第三位置之间移动，其中
(a)当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一阀入口和所述第二阀入口分别被所述控制元件的所述第一阀塞和所述第二阀塞密封关闭，以使得所述第一涡流出口和所述第二涡流出口不与所述第一阀出口、所述第二阀出口、和所述第三阀出口中的任何阀出口流体连通，并且
(b)当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且
(c)当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二阀出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其中，所述流动控制阀还包括偏置构件，所述偏置构件设置在所述阀腔中并使所述控制元件朝向所述第二位置偏置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括流体源，以将所述压缩流体输送到所述涡流管的所述涡流入口。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述流体源是从所述过程控制装置的流体供应设备中分流的流体。
12.一种用于控制过程控制装置的温度的温度控制设备，所述温度控制设备包括：
涡流管，所述涡流管具有涡流入口、第一涡流出口、以及第二涡流出口，所述涡流入口用于接收压缩流体，所述第一涡流出口用于从所述涡流管排放在第一温度下的流体，并且所述第二涡流出口用于从所述涡流管排放在第二温度下的流体，所述第二温度高于所述第一温度，
流动控制阀，所述流动控制阀耦接到所述涡流管，以选择性地引导来自所述涡流管的所述第一涡流出口和所述第二涡流出口的流体的流动，所述流动控制阀包括：
阀体，所述阀体限定阀腔、第一阀入口、第二阀入口、第一阀出口、以及第二阀出口，所述第一阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第一涡流出口连通，所述第二阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第二涡流出口连通，所述第一阀出口与所述阀腔和所述阀腔外部的环境连通，并且所述第二阀出口与所述阀腔和所述阀腔外部的环境连通；以及
可移动控制元件，所述可移动控制元件设置在所述阀腔中，用于选择性地控制来自所述第一涡流出口和所述第二涡流出口以及所述壳体内部的环境的流体的流动。
13.根据权利要求12所述的设备，还包括温度感测部件，用于控制所述可移动控制元件的移动。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述温度感测部件设置在所述阀腔中并且与所述控制元件连通。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，其中，所述温度感测部件包括控制流体的贮存器，所述控制流体响应于所感测的温度的增加而膨胀，并且响应于所感测的温度的下降而收缩。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的设备，其中，所述阀体还包括第三阀出口，所述第三阀出口与阀腔和所述阀腔外部的环境连通，所述第二阀出口设置在所述第一阀出口与所述第三阀出口之间。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述控制元件包括阀杆和第一阀塞以及第二阀塞，所述第一阀塞和所述第二阀塞被设置为朝向所述阀杆的相对端，所述第一阀塞和所述第二阀塞中的每个阀塞被设置为与所述流动控制阀的所述阀体的所述阀腔的内表面处于密封滑动关系。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置、与第三位置之间移动，其中
(a)当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一涡流出口和所述第二涡流出口都与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且
(b)当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且
(c)当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
19.根据权利要求17所述的设备，其中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置、与第三位置之间移动，其中
(a)当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一阀入口和所述第二阀入口分别被所述控制元件的所述第一阀塞和所述第二阀塞密封关闭，以使得所述第一涡流出口和所述第二涡流出口不与所述第一阀出口、所述第二阀出口、和所述第三阀出口中的任何阀出口流体连通，并且
(b)当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且
(c)当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二阀出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的设备，其中，所述流动控制阀还包括偏置构件，所述偏置构件设置在所述阀腔中并使所述控制元件朝向所述第二位置偏置。
21.一种过程控制装置，包括：
壳体；
过程控制设备，所述过程控制设备设置在所述壳体中；以及
温度控制设备，所述温度控制设备操作地耦接到所述壳体，用于调节所述壳体内部的环境的温度，所述温度控制设备包括涡流管和流动控制阀，
所述涡流管具有涡流入口、第一涡流出口、以及第二涡流出口，所述涡流入口用于接收压缩流体，所述第一涡流出口用于从所述涡流管排放在第一温度下的流体，并且第二涡流管用于从所述涡流管排放在第二温度下的流体，所述第二温度高于所述第一温度，
所述流动控制阀耦接到所述涡流管并包括阀体、控制元件、以及温度感测部件，所述阀体限定阀腔，所述控制元件设置在所述阀腔中，所述温度感测部件被配置为感测所述壳体内部的环境的温度，并且被配置为基于所感测的温度来在多个位置之间移动所述控制元件，以将来自所述第一涡流出口和所述第二涡流出口的流体的流动选择性地引导到所述壳体内部的环境。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述阀体限定第一阀入口、第二阀入口、第一阀出口、以及第二阀出口，所述第一阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第一涡流出口连通，所述第二阀入口与所述阀腔和所述涡流管的所述第二涡流出口连通，所述第一阀出口与所述阀腔和所述壳体外部的环境连通，并且所述第二阀出口与所述阀腔和所述壳体内部的环境连通。
23.根据权利要求21至22中任一项所述的装置，其中，所述温度感测部件设置在所述流动控制阀中，并且所述流动控制阀设置在所述壳体中。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的装置，其中，所述温度感测部件包括控制流体的贮存器，所述控制流体响应于所述壳体内部的环境的温度的增加而膨胀，并且响应于所述壳体内部的环境的温度的下降而收缩。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的装置，其中，所述阀体还包括第三阀出口，所述第三阀出口与所述阀腔和所述壳体外部的环境连通，所述第二阀出口设置在所述第一阀出口与所述第三阀出口之间。
26.根据权利要求21至25中任一项所述的装置，其中，所述控制元件包括阀杆和第一阀塞以及第二阀塞，所述第一阀塞和所述第二阀塞被设置为朝向所述阀杆的相对端，所述第一阀塞和所述第二阀塞中的每个阀塞都被设置为与所述流动控制阀的所述阀体的所述阀腔的内表面处于密封滑动关系。
27.根据权利要求21至26中任一项所述的装置，其中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置、与第三位置之间移动，其中(a)当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一涡流出口和所述第二涡流出口都与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且
(b)当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且
(c)当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
28.根据权利要求26所述的装置，其中，所述控制元件在所述阀腔中能够在第一位置、第二位置、与第三位置之间移动，其中
(a)当所述控制元件处于所述第一位置时，所述第一阀入口和所述第二阀入口分别被所述控制元件的所述第一阀塞和所述第二阀塞密封关闭，以使得所述第一涡流出口和所述第二涡流出口不与所述第一阀出口、所述第二阀出口、和所述第三阀出口中的任何阀出口流体连通，并且
(b)当所述控制元件处于所述第二位置时，所述第一涡流出口与所述第一阀出口流体连通，但不与所述第二阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且
(c)当所述控制元件处于所述第三位置时，所述第一涡流出口与所述第二阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第三阀出口流体连通，并且所述第二阀出口与所述第三阀出口流体连通，但不与所述第一阀出口和所述第二阀出口流体连通。
29.根据权利要求21至28中任一项所述的装置，其中，所述流动控制阀还包括偏置构件，所述偏置构件设置在所述阀腔中并使所述控制元件朝向所述第二位置偏置。
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