JP5199257B2 - 流体の流れを調整することによって流体に対する伝熱を調整するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、伝熱の分野、特に、流体の流れを調整することによって流体に対する伝熱を調整するシステム及び方法に関する。

種々の異なる伝熱システムが、１つ又は複数の生成ユニットと１つ又は複数の負荷との間で熱又は熱エネルギーを伝達するために、水又は他の流体を使用している。このようなシステムは多くの場合、循環水式システムと呼ばれる。

本発明の一つの実施形態によれば、導管を通る流体の温度を調整するシステムは、導管と、可動障害物と、アクチュエータと、圧力発生器とを備える。導管は、入口と、出口と、入口及び出口間の開口とを有する。入口は、流体を導管内に受け入れるように動作可能であり、出口は、流体を導管から供給するように動作可能である。可動障害物は、開口を少なくとも部分的に覆うことで、開口を通る流体の流れに抵抗するように動作可能である。アクチュエータは、感熱物質を有するチャンバを有する。感熱物質は、導管を巡っている流体から熱エネルギーを受け取ると、特性が変化するように作用可能である。アクチュエータは、感熱物質の特性が変化すると、可動障害物を移動させるようにさらに動作可能である。圧力発生器は、感熱物質の性質を変化させるようにチャンバに圧力を印加するように動作可能である。感熱物質の性質の変化によって、アクチュエータによる可動障害物の移動が変化する。

本発明のいくつかの実施形態は、多数の技術的な利点を提供し得る。例えば、特定の実施形態では、感熱物質に圧力を印加することで、感熱物質の性質を変化させ、感熱物質を広範な温度で作用可能にさせることができる。したがって、このシステムは、弁の潜在的なストロークを過度に拡張することなく、温度設定を扱うことができる。他の実施形態の他の技術的な利点には、流体の最大流量を制限するように動作可能であると共に、このシステムが流体の全てを使用することを不可能にする最大流量調整器が含まれ得る。したがって、流体の適当な供給を受け入れるというあらゆる実施形態の能力を損なうことなく、且つ各実施形態が流体の温度を、選択された温度に首尾よく調整することを可能にしながら、本発明の複数の実施形態を同時に使用することができる。

特定の利点を上記に挙げたが、種々の実施形態は、挙げられた利点のうちの全て若しくはいくつかを含んでもよいか、又は全く含まなくてもよい。さらに、以下の図及び説明を検討すれば、他の技術的な利点が当業者には容易に明白になるであろう。

次に、本発明の例示的な実施形態及びその利点をより完全に理解するために、添付の図面と合わせて以下の説明を参照する。

流体に対する伝熱を調整するように動作可能なシステムの断面図である。 流体に対する伝熱を調整するように動作可能なシステムの流れ調整システムの切り欠き図である。 流体に対する伝熱を調整するように動作可能なシステムの流れ調整システムの切り欠き図である。 流体に対する伝熱を調整するように動作可能なシステムの流れ調整システムの切り欠き図である。 流体に対する伝熱を調整するように動作可能なシステムの流れ調整システムの切り欠き図である。 本発明の一つの実施形態による伝熱システムの図である。

本発明の例示的な実施形態を以下に示すが、本発明は、現在知られているか又は既存であるかにかかわらず、任意の数の技術を使用して実施することができることをまず理解されたい。本発明は、本明細書に示して記載する実施形態及び実施態様を含め、以下に示す例示的な実施形態、図面及び技術に決して限定されるべきではない。さらに、図面は必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。

種々の異なる伝熱システムは、１つ又は複数の生成ユニットと１つ又は複数の負荷との間で熱又は熱エネルギーを伝達するために、水又は他の流体を使用している。このようなシステムはしばしば、循環水式システムと呼ばれる。

これらのシステムはしばしば、並列に接続された複数の熱交換器を使用する。各熱交換器を通る水の流れは通常、電気制御弁又は空気制御弁によって制御される。これらのシステムでは、各端末が適当な量の水を受け入れることを確実にするために、バランシングバルブが設置される場合がある。種々のステーション間には主配管に沿って常にいくらかの圧力損失が存在するため、これらのバランシングバルブは有利である。このような状況では、ポンプに最も近いステーションが、これらの配管全体で最小の圧力損失を有している。したがって、ポンプに近いステーションが、ポンプから遠いステーションよりも多くの水を受け入れる傾向にある。

これらのタイプの問題を緩和するのに使用される１つの手法は、負荷熱交換器（「端末」とも称する）のそれぞれに、調節可能な絞りと測定手段とを含むことである。システムがまず始動すると、バランシングコントラクタ（balancing contractor）がシステム中を回り、各端末において正確な最大流量がもたらされることを確実にする。これは、あまり望ましくない循環が枯渇することを防止すると共に、システムが最大負荷をかけられているときに、生成設備（ボイラー、チラー等）がその利点を十分に発揮するように使用されることを確実にする。

これらのタイプの問題を緩和するのに使用される別の手法は、端末のそれぞれにおいて流れ制限装置を使用することである。流れ制限装置は、手動のバランシングと同じ機能を果たすが、システムの状態の変化に反応することができる。

上記手法の両方は、これらの手法が加えられる端末がその最大負荷で動作しているときにのみ良好に機能する。負荷が減少すると、制御弁が引き継がなければならないか、又は端末が所定の最大流量を引き受け続けるかのいずれかである。このような挙動は、圧送エネルギーの無駄を引き起こすだけでなく、生成設備の温度差を乏しくさせもする。さらに、蒸気サイクルに基づく設備の場合、温度差が小さいことで効率が低下する。

したがって、本発明のいくつかの実施形態の教示は、端末を通る最大流量を制限することと、適当な戻り水温を要求することとの両方によって、このような制限に打ち勝つことのできる構成を認める。例えば、負荷を冷却するために冷水を使用する実施形態では、当該冷水が端末を出る前に少なくとも所定の最低温度にまで温度を上昇させられる。一部の負荷において無駄な過剰循環を防止することに加え、この実施形態は、多くの場合において別個の制御弁の必要を省くことができる。室内のサーモスタットがコイルを横切って循環する空気の量を変更する場合、この実施形態は、同調して水の流量を自然に変更する。コイルを横切る空気流が停止すると、水が同じ温度変化を受けることが依然として必要とされているため、流量は非常に低いレベルまで低下する。この小さな静的循環は、これによって凝縮液の再蒸発が防止されると共に要求が回復するとすぐに端末が冷却する準備ができているように維持されるため、特定の実施形態において有利である。このような特徴を有しないシステムでは、水が循環し続けるように、各主管路の端に、ある種のバイパス手段を設ける必要があり得る。

特定の実施形態では、ユーザが弁をある温度に設定することができる。このような実施形態では、冷却用の弁が、温度が設定値よりも低いときに閉まっており、高いときに開いているように設計される。ある温度の水が端末内に流入し、負荷から熱を引き出す。このプロセスにおいて、水温が上昇する。水が端末に長く留まるほど、流出するときの温度が（負荷の温度まで）高くなる。したがって、弁が過剰に冷たい場合、温かい水をもたらすように弁はわずかに閉まる。弁が過剰に熱い場合、冷たい水をもたらすように弁はわずかに開く。これらの実施形態では、このプロセスは、戻り水温を実質的に一定の値に自然に調整する。

特定の実施形態によれば、弁は、貫流している水と連通するサーマルアクチュエータを組み込むことができる。これらの実施形態では、アクチュエータが、水の流量を変更するように何らかの制限要素を移動させる。最も簡単な場合では、アクチュエータは、膨張しながら絞りを押して開放し、アクチュエータが収縮すると、幾分かの復元力によって弁が閉じる。

単に膨張に基づくいくつかのサーマルアクチュエータは、正確性の面で制限を受ける。詳細には、いくつかのサーマルアクチュエータは温度によって線形に膨張する。したがって、これらが狭い温度範囲にわたって長いストロークを有するように設計されている場合、温度が意図された範囲外にあるときに、非常に大きな膨張を吸収するための用意をしなければならない。作用する材料にあまり圧縮性がない場合、さらなる膨張が許容されなければならない。材料に非常に圧縮性がある場合、アクチュエータは、摩擦のような外乱力に打ち勝つために大きくなければならない。固体から液体に変化するときに、いくつかの材料が、固体状態又は液体状態のいずれかにおけるこれらの通常の熱膨張係数よりもはるかに大きい体積変化を受けることを認める本発明のいくつかの実施形態の教示よって、この望ましくないジレンマに打ち勝つことができる。このような実施形態では、温度が作用範囲外になるときに、アクチュエータが４倍にも膨張することを危惧せずに、強靭なアクチュエータをその全体のストロークにわたって使用することができる。特定の実施形態によれば、この目的でこのアクチュエータに使用される材料は、パラフィン又はアルカンと呼ばれる化学物質に属する。この属の化学物質は、溶融するとかなり膨張する。これらの化学物質は、その名称には技術的な不正確性があるのだが、ワックスと呼ばれる場合がある。

本発明の特定の実施形態の教示は、溶融に関連して体積の大きな変化を受ける物質が、圧力によって変化する融点も有することをさらに認めている。アクチュエータを包囲する水圧は、差圧を生成するのに不十分であるが、多くの可変絞りがこれらを横切る圧力の低下に起因して力を受ける。この力はアクチュエータに伝えられ、はるかに高い圧力として見られる。特定の実施形態では、発達し得るある望ましくない圧力を回避するために、制限手段を、感圧性を回避するように設計してもよく、又は圧力補正機構と結合してもよい。圧力補正機構は、意図されるレベルの超過において全ての差圧を吸収する別の絞りを生成し、したがって、制御絞りを横切る差圧を実質的に一定の値に保持する。アクチュエータから可変応力を取り除くことに加え、これは、流量を制御絞りの開放にのみ機能させる。特定の実施形態では、本願の譲受人であるフローデザイン社（Flow Design, Inc）から入手可能なマルチフローバルブ（Multiflow valve）のような二軸調節器（two-axis adjuster）を使用することができる。このような実施形態では、最大流量を端末における差圧に関係なく設定することができ、サーマルバルブも、差圧に関係ないように変調する。

特定の実施形態では、場所が変化する長ストロークのアクチュエータを有する必要なく、外部の力によって弁の設定値を変更することが、相変化に対する圧力の依存関係によって可能になる。このような実施形態では、非常に小型の装置を使用することができる。

特定の実施形態の教示は、２つの調節器（adjustment）を有することのできる装置を認めている。この実施形態では、一方の調節器が最大流量を設定し、他方の調節器が戻り水温を設定する。好ましい実施形態では、これらの調節器の両方が設けられる。特定の実施形態では、ゲートの回転設定が最大流量を変更し、螺子がばねを圧縮して温度を設定する。螺子がばねを圧縮すると、サーマルアクチュエータに抗する力が増加する。これは今度、例えば圧力の増加によって、アクチュエータにおけるワックスの融点を上昇させる。したがって、作用温度が上昇する。特定の実施形態では、圧力補正器が、制御絞りを横切る差圧を一定の値に維持する。最大流量の設定は、この絞りの１つの寸法を制御すると共に、サーマルアクチュエータが他方を確定する。このような実施形態のさらなる詳細を以下に説明する。

図１は、本発明の実施形態による、流体に対する伝熱を調整するように動作可能なシステム１０の断面図である。包括的には、システム１０は、システム１０を通る流体１４の流れを調整することによって、流体１４に対する伝熱を調整するように動作可能である。例えば、流体１４の流れを制限することによって、システム１０は、流体１４に、より長い時間伝熱を受けさせる。他方で、流体１４の流れを増加させることによって、システム１０は、流体１４に、より短い時間伝熱を受けさせる。したがって、流体１４が加熱されている実施形態では、流体１４の流れを制限することによって、流体１４の温度を上昇させることができ、流体１４の流れを増加させることによって、流体１４の温度を低下させることができる。さらなる実施形態では、システム１０は、循環水式システムの戻り管路内に配置してもよい。

特定の一つの実施形態では、システム１０は、流体１４に対する伝熱を調整するのを助けるように作用可能な感熱物質８４を備えている。感熱物質８４に圧力を印加することによって、感熱物質８４の性質を変化させ、感熱物質８４が広範の温度で作用可能であることを可能にする。したがって、システム１０は、弁の潜在的なストロークを過度に拡張することなく、温度設定を扱うことができる。システム１０は、図示された実施形態では、流体１４の最大流量を制限するように動作可能な最大流量調整器９６をさらに備えている。最大流量調整器９６を使用して流体１４の最大流量を事前設定することによって、システム１０は、流体１４の全てを使用することが不可能になる。したがって、流体１４の適当な供給量を受け入れるというシステム１０のあらゆる実施形態の能力を損なうことなく、且つ各実施形態が流体１４の温度を、選択された温度に首尾よく調整することを可能にしながら、システム１０の複数の実施形態を同時に使用することができる。

システム１０を使用して、任意の適した流体１４に対する伝熱を調整することができる。流体１４は、液体、気体及びプラズマであってもよく、任意の適した粘度及び温度を有してもよい。一つの実施形態では、流体１４は水であってもよい。図示された実施形態では、流体１４は、摂氏１２．８度（華氏５０度）〜摂氏１５．６度（華氏６０度）の温度の水である。この特定の実施形態では、システム１０を使用して、水の流れを調整することによって、水に対する伝熱を調整し、実質的に一定の所望の水温がシステム１０から出ることを可能にすることができる。

図示された実施形態によれば、システム１０は導管２２を備えている。導管２２は、システム１０が流体１４に対する伝熱を調整している間に、流体１４を保持するのに使用することができる。導管２２は、任意の適したタイプであってもよく、任意の適した幾何学的形状を有してもよい。例えば、導管２２は、金属製でもよく、さらに、複数の部分を備えていてもよい。図示された実施形態では、導管２２は、４つの部分、すなわち入口３４と、経路３８と、フィードバック４２と、出口４６とを備えている。入口３４は、流体１４が導管２２に入ることを可能にする。経路３８は、入口３４を出口４６に接続して、流体１４が入口３４から出口４６へ流れることを可能にする。フィードバック４２は、出口４６において流体１４が圧力補正器３０と連通することを可能にして、導管２２全体にわたる圧力調整を可能にする。出口４６は、システム１０が流体１４に対する伝熱を調整した後に、流体１４が導管２２から出ることを可能にする。図示された実施形態では、導管２２を通る流体１４の流れ、すなわち、入口３４から始まり経路３８を通過して出口４６に辿り着く流れを、矢印１５０によって見ることができる。

システム１０はまた、（図示しない）伝熱システムと、図示されている、圧力補正器３０と、導管２２に結合されている流量調整システム１８とを備えてもよい。この伝熱システムは、流体１４に対して伝熱するように動作可能である。したがって、一つの実施形態では、システム１０が流体１４の流量を制限するとき、流体１４は、（図示しない）伝熱システムから、より長い時間にわたって伝熱を受け、生じる伝熱量が増加する。さらに、システム１０が流体１４の流れを増加させるとき、流体１４は、伝熱システム２６から、より短い時間にわたって伝熱を受け、生じる伝熱量が減少する。

伝熱システム２６は、任意の適したサイズ又は形状を有する任意の適した伝熱システムであってもよい。例えば、伝熱システム２６は、加熱器又は冷却器であってもよい。 伝熱システム２６は、当業者に知られている他の実施形態であってもよい。図示する目的で、伝熱システム２６を、流体１４と空気のような別の流体との両方に対して伝熱するように動作可能な冷却コイルとして説明する。冷却コイルが伝熱すると、空気からの熱が流体１４に伝わり、その結果、空気の温度が低下し、流体１４の温度が上昇する。したがって、流体１４の流れを制限することによって、流体１４の温度を上昇させることができ、流体１４の流れを増加させることによって、流体１４の温度を低下させることができる。特定の一つの実施形態では、伝熱システム２６は、流体１４が入口３４を通って導管２２に入る前に、流体１４に対して伝熱するように動作可能である。

圧力補正器３０は、導管２２全体にわたって流体１４の圧力を調整するように動作可能である。圧力補正器３０は、流体１４の圧力を調整するように動作可能な任意の適した装置を含んでもよい。例えば、圧力補正器３０は、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第６，６８８，３１９号明細書に記載されている装置を含んでもよい。他の実施形態では、圧力補正器３０は、他の適した装置を含んでもよい。この特定の実施形態では、圧力補正器３０は、絞り９２をさらに備えている。一つの実施形態では、絞り９２は、入口３４に入る流体１４の流れを調整するように上下移動するように動作可能であってもよい。流体１４の流れを調整することによって、絞り９２は、経路３８と出口４６との差圧を実質的に一定の値に維持するようにさらに調整することができる。図示された実施形態では、絞り９２が最低の高さに下降すると、入口３４が遮断されると共に流体１４が入口３４内に流入することが不可能になり、その結果、入口３４における圧力が低下し、経路３８と出口４６との差圧が低下する。反対に、絞り９２が最高の高さに上昇すると、流体１４は、最大流量で入口３４内に流入することが可能になり、その結果、入口３４における圧力が上昇し、経路３８と出口４６との差圧が上昇する。

図示された実施形態では、圧力補正器３０は、フィードバック４２を使用して流体１４と連通する。フィードバック４２は、出口４６において流体１４が圧力補正器３０と連通することを可能にし、導管２２全体にわたる圧力調整をもたらすことができる。フィードバック４２は、流体１４が圧力補正器３０内に流入することを可能にし、圧力補正器３０が出口４６と経路３８との差圧を調整することを可能にする。

流量調整システム１８は、入口３４から出口４６への流体１４の流れを調整するように動作可能である。入口３４から出口４６への流体１４の流れを調整することによって、システム１０は、伝熱システム２６によって流体１４に対する伝熱を調整するように動作可能になる。一つの実施形態では、流量調整システム１８は、アクチュータ８０と、圧力発生器５４と、障害物７２と、流体１４とを含んでもよい。

アクチュータ８０は、圧力発生器５４と協働して、障害物７２を移動させるように動作可能である。アクチュータ８０は、ロッド７６と、感熱物質８４を有するチャンバとを備えている。ロッド７６は、チャンバを上下に移動させて感熱物質８４に圧力を印加するように動作可能である。ロッド７６は、障害物７２を移動させるようにさらに動作可能である。障害物７２によってロッド７６に印加される圧力量が増加すると、ロッド７６は、感熱物質８４に印加する圧力量を増加させる。障害物７２によってロッド７６に印加される圧力量が減少すると、ロッド７６は、感熱物質８４に印加する圧力量を減少させる。さらに、感熱物質８４の体積が増加すると、ロッド７６はチャンバを上に移動させ、それによって、障害物７２を開位置に移動させる。感熱物質８４の体積が減少すると、ロッド７６はチャンバを下に移動させ、圧力発生器５４が障害物７２を閉位置に移動させることを可能にする。

感熱物質８４は、温度変化を受けると、体積が変化するように作用可能な任意の適した物質であってもよい。例えば、感熱物質８４は、水、油、ワックス、又はこれらの組合せを含む他の適した物質であってもよい。一つの実施形態では、感熱物質８４は、アルカン炭化水素であってもよい。図示された実施形態では、感熱物質８４は、パラフィンである。さらなる実施形態では、感熱物質８４は、１大気圧において摂氏１２．８度（華氏５５度）〜摂氏１５．６度（華氏６０度）の範囲の温度で溶融するように作用可能である。他の実施形態では、感熱物質８４は、１大気圧において摂氏１２．８度（華氏５５度）未満の温度又は摂氏１５．６度（華氏６０度）より高い温度で溶融してもよい。さらに、チャンバ内の圧力は、１大気圧より低い圧力、例えば周囲以下の圧力に低下してもよい。

感熱物質８４は、圧力を受けると、性質が変化するようにさらに作用可能である。一つの実施形態では、ロッド７６が感熱物質８４に印加する圧力量を減少させると、感熱物質８４の融点が低下し、感熱物質８４がより低い温度で溶融可能になる。反対に、ロッド７６が感熱物質８４に印加する圧力量を増加させると、感熱物質８４の融点が上昇する。融点が上昇すると、感熱物質８４はより高い温度で溶融することになる。流体１４の温度が感熱物質８４の融点を超える場合、感熱物質８４は溶融する。感熱物質８４が溶融すると、体積（感熱物質８４の特性）が増加することで、ロッド７６がチャンバ内で上に移動し、障害物７２が、より開位置まで押される。流体１４の温度が感熱物質８４の融点を下回る場合、感熱物質８４が固化することで感熱物質８４の体積が減少する。結果として、ロッド７６がチャンバ内で下に移動し、障害物７２をより閉位置まで押すことができる。したがって、感熱物質８４は所望に応じて溶融又は固化し、障害物７２が適した位置に移動し、流体１４が感熱物質８４の新たな融点に近い温度にあることを確実にする。

圧力発生器５４は、障害物７２に抗する力を提供するように動作可能であり、アクチュエータ８０の作用とは反対方向に障害物７２を付勢する（押し続ける）。圧力発生器５４は、障害物７２に抗する力を印加するように動作可能な任意の適した組立体としてもよい。一つの実施形態では、圧力発生器５４によって提供される力は、既存のものであると共に、障害物７２がその全範囲内で移動するときに実質的に一定である。いくつかの実施形態では、力は調節可能であってもよい。図示された実施形態では、圧力発生器５４は、螺子６０と、圧力室６４と、圧力装置６８とを備えている。

螺子６０は、圧力室６４を上下に移動させるように動作可能である。螺子６０は、特定の高さに調節されて当該高さで所定位置に固定されるようにさらに動作可能である。一つの実施形態では、螺子６０は、所定位置に固定されると、再調節されない限りは高さを変えることができない。図示された実施形態では、螺子６０の高さは、流体１４の温度設定に対応するように動作可能である。螺子６０の高さを調節することによって、螺子６０は、圧力装置６８を圧縮及び膨張させるようにさらに動作可能である。螺子６０の高さを調節することは、任意の適した方法であってもよい。例えば、螺子６０の高さを調節することは、機械的な方法、電気的な方法又は手動の方法であってもよい。図示された実施形態では、螺子６０の高さを調節することは、機械的な方法である。

圧力装置６８は、調節可能な力を印加するように動作可能な任意の適した装置であってもよく又は要素を含んでもよい。例えば、圧力装置６８は、ばね、弾性材料（例えばゴム）、加圧空気、又はこれらの組合せを含む任意の他の適した装置であってもよく若しくは要素を含んでもよい。好ましい実施形態では、圧力装置６８によって印加される力は、障害物７２の行程範囲にわたって大幅に変化しない。図示された実施形態では、圧力装置６８はばねである。圧力装置６８は、障害物７２に圧力を印加するようにさらに動作可能である。図示された実施形態では、螺子６０は、圧力室６４内で高さを減らし、圧力装置６８に印加される圧力量を増加させ、且つ圧力装置６８を圧縮させる。圧力装置６８が圧縮すると、圧力装置６８は、障害物７２に印加される圧力量を増加させる。

障害物７２は、ロッド７６に圧力を印加するように動作可能である。障害物７２は、入口３４と出口４６との間の流体１４の流れを調整するようにさらに動作可能である。障害物７２は、任意の適した形状やサイズであってもよく、任意の適した材料から形成されてもよい。図示された実施形態では、障害物７２は金属ブロックである。図示された実施形態では、圧力装置６８が障害物７２に印加する圧力量が増加すると、障害物７２は、アクチュエータ８０に印加する圧力量を増加させる。アクチュエータ８０に対する圧力が増加すると、感熱物質８４の融点が上昇する。反対に、圧力装置６８が障害物７２に印加する圧力量が減少すると、障害物７２は、アクチュエータ８０に印加する圧力量を減少させる。アクチュエータ８０に印加される圧力量が減少すると、感熱物質８４の融点が低下する。上記のように、感熱物質８４の融点は、流体１４の調整される温度を確定する。

さらなる実施形態では、流量調整システム１８は、アクチュエータ８０又は圧力発生器５４を含むことができない。その代わりに、流量調整システム１８は、温度変化に応答して障害物７２を移動させるように動作可能な任意の適した装置であってもよい。例えば、流量調整システム１８は、空気がシリンダに圧送されると膨張し、空気がシリンダから放出されると圧縮するように動作可能であり、さらに障害物７２に圧力を印加するように動作可能な空気圧式シリンダであってもよい。一つの実施形態では、障害物７２に圧力を印加するように動作可能な適した装置は、流体１４の温度を測定するように動作可能であり、さらに障害物７２に印加される圧力を調整するように動作可能な温度計をさらに備えてもよい。

さらなる実施形態では、流量調整システム１８は、位置表示器をさらに含んでもよい。位置表示器は、障害物７２の位置を確定するように動作可能であると共に、障害物７２の位置を受信機に送信するようにさらに動作可能である。一つの実施形態では、障害物７２の位置を含む、受信機に送信されたデータは、加熱又は冷却の全体的な要求を確定及び制御するために、システム１０の複数の実施形態からのデータで編集してもよい。他の実施形態では、受信機に送信されるデータを使用して、任意の他の適したタスクを実行するか、又は任意の適した結果を達成してもよい。

流体１４は、感熱物質８４に対して伝熱するように作用可能である。図示された実施形態では、流体１４が入口３４内に流入すると、流体１４は、アクチュエータ８０を覆うようにさらに流れる。流体１４と感熱物質８４との間の温度差によって、感熱物質８４に対して又は感熱物質８４から熱の伝達が行われる。一つの実施形態では、感熱物質８４が流体１４よりも低い温度を有する場合、流体１４は、感熱物質８４の温度を上昇させ、その結果、感熱物質８４の体積が増加する。さらなる実施形態では、感熱物質８４の温度が流体１４の温度よりも高い場合、流体１４は、伝熱によって感熱物質８４の温度を低下させ、その結果、感熱物質８４の体積が減少する。

流量調整システム１８は、最大流量調整器９６をさらに備えてもよい。最大流量調整器９６は、入口３４から出口４６へ流れることのできる流体１４の最大量を制限するように動作可能である。図示する目的で、最大流量調整器９６を回転ゲートとして説明する。ヒト、装置、プログラム、自動操作又はこれらの任意の組合せを含むユーザは、回転ゲートを通過して流れることが可能である流体の最大量を指示することができる。この特定の実施形態では、回転ゲートが完全に開いているときは、入口３４から出口４６へ通過することのできる流体１４の量には制限が全くない。反対に、回転ゲートが完全に閉鎖されているときは、流体１４は、入口３４から出口４６へ全く通過することができない。同様に、回転ゲートが半分だけ開放されているときは、流体１４の流れの最大流量の半分のみが入口３４から出口４６へ通過することができる。図示された実施形態では、流量ゲートは、障害物７２と関係して働き、入口３４から出口４６への流体１４の流れを制限することができる。

図示された実施形態では、流量調整システム１８は、障害物７２の高さを増加又は減少させることによって、入口３４から出口４６への流体１４の流れを調整するように動作可能である。流量調整システム１８は、入口３４から出口４６への流体１４の流れを調整することによって、流体１４に対する伝熱を調整するようにさらに動作可能である。一つの実施形態では、入口３４から出口４６への流体１４の流れを減少させることで、流体１４が伝熱システム２６による伝熱に、より時間を費やすようになり、流体１４の温度が上昇する。流体１４の温度が流体１４の温度設定を超えて上昇すると、感熱物質８４が溶融し、その結果、感熱物質の体積が増加する。体積が増加した結果として、ロッド７６が、経路３８から出るように障害物７２を持ち上げ、入口３４から出口４６への流体１４の流れを増加させる。流体１４の流れが増加することで、流体１４が伝熱システム２６による伝熱に費やす時間が短くなり、流体１４の温度が低下する。

一つの実施形態では、螺子６０を使用して流体１４の温度を温度設定に調整するのにシステム１０を使用してもよい。例えば、ヒト、装置、プログラム、自動操作又はこれらの任意の組合せを含むユーザが、流体１４の温度を、流体１４の現在の温度より高く設定すると、螺子６０は高さを減少させる。高さが減少することによって、圧力装置６８に印加される圧力量が増加し、障害物７２及びサーマルアクチュエータ８０に印加される圧力が増加する。感熱物質８４に印加される圧力量が増加することで、感熱物質８４の融点が上昇し、その結果、流体１４の現在の温度が感熱物質８４の融点よりも低くなる。感熱物質８４の融点よりも流体１４の温度が低い状態で、感熱物質８４は、固化し始めると共に体積が減少し始める。体積が減少することで、障害物７２に印加される圧力ロッド７６の圧力量が減少し、その結果、障害物７２が経路３８内を下降し、流体１４の流れを制限する。流れが制限されている状態で、流体１４は、伝熱システム２６による伝熱に、より長い時間を費やす結果として、温度が上昇する。流体１４の温度が、流体１４のために選択された温度設定を超える、すなわち、この時点で、感熱物質８４が溶融し始め、入口３４から出口４６へ通過する流体１４の量が増加するまで、流体１４の制限は続く。

本発明の範囲から逸脱することなく、システム１０、流量調整システム１８、伝熱システム２６、圧力補正器３０、圧力発生器５４、及び／又はシステム１０の任意の実施形態に含まれる任意のシステムに対して修正、追加又は省略を行うことができる。各システムの構成要素は、特定の必要性に応じて統合してもよいか、又は分離してもよい。さらに、各システムの動作は、より多い構成要素、より少ない構成要素又は他の構成要素によって実行してもよい。例えば、最大流量調整器９６の動作は、２つ以上の構成要素によって実行してもよい。本明細書において使用される場合、「各」は、１つの組の各部材、又は１つの組の１つのサブセットの各部材を指し得る。

図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の実施形態による流量調整システム１８の切り欠き図である。この特定の実施形態では、流量調整システム１８は、最大流量調整器９６をさらに備えている。付加的に、図のそれぞれは、ユーザによってなされる様々な設定に対応しており、ユーザは、ヒト、装置、プログラム、自動操作又はこれらの任意の組合せを含む。

図２Ａでは、最大流量調整器９６が、入口３４と出口４６との間に最大流量をもたらすように事前設定されており、流体１４の選択された温度は現在の温度よりも低く、その結果、流体１４の現在の温度が感熱物質８４の融点よりも高くなっている。その結果として、感熱物質８４は、溶融して体積が増加している。感熱物質８４の体積が増加していることによって、障害物７２がその最高の高さになり、このため、この図では障害物７２が見えない。これは、流体１４が、入口３４と出口４６との間に最大流量で、矢印１００によって見られるように流れることを可能にする。

図２Ｂでは、最大流量調整器が５０パーセントの最大流量に事前設定されており、流体１４のために選択された温度が現在の温度よりも低くなっている。最大流量調整器９６が半分閉鎖されているため、流体１４の流量の５０パーセントが遮断されており、したがって、入口３４から出口４６への流体１４の最大流量がシステム１０の最大容量の５０パーセントになっている。図２Ａと同様に、流体１４の選択された温度は現在の温度よりも低くなっているので、流体１４の現在の温度は感熱物質８４の融点よりも高く、その結果、アクチュエータ８０が障害物７２をその最高の高さに移動させ、したがって、この図において障害物７２は見えない。これは、最大流量調整器９６によって妨害されているために、５０パーセントのみになっている最大流量で、流体１４が流れることを可能にする。

図２Ｃは、流体１４の最大流量が５０パーセントに事前設定されていると共に選択された温度が流体１４の現在の温度よりも高くなっている、流量調整システム１８を示している。結果として、感熱物質８４が部分的に固化しており、障害物７２がその行程範囲の実質的に半分を移動することが可能になっている。図２Ｂの場合と同様に、最大流量調整器９６は半分閉鎖されており、その結果、流体１４の最大流量が５０パーセントになっている。しかしながら、感熱物質８４の固化によって、アクチュータ８０が障害物７２の高さを減少させているので、障害物７２が流体１４の流れをその通常の流れの５０パーセントに制限している。したがって、障害物７２が流れを５０パーセント制限しており、最大流量調整器９６も流れを５０パーセント制限しているので、流体１４の流れは、システム１０において、その最大流量の２５パーセントに制限されている。

図２Ｄは、流体１４の最大流量が５０パーセントに事前設定されていると共に選択された温度が流体１４の現在の温度よりもはるかに高くなっている、流量調整システム１８を示している。一つの実施形態では、熱交換システム２６にわたって空気流が全くない場合に、これが生じ得る。図示された実施形態では、流体１４が一定時間、感熱物質８４の融点よりも冷たくなっており、その結果、アクチュエータ８０が障害物７２の高さを完全に減少させていると共に入り口３４から出口４６への流体１４の流れを完全に制限している。したがって、流体１４が出口４６内に全く流入せず、その結果、流体１４が（図示しない）熱交換システム２６による熱交換に、より多くの時間を費やす。結果として、流体１４の温度が上昇している。この温度は、流体１４の温度が、選択された温度を超えるまで、すなわち、この図では見られないが、この時点で、アクチュエータ８０が障害物７２に流体１４の流量を増加させるまで続く。

図３は、本発明の一つの実施形態による伝熱システム３００の図を示している。伝熱システム３００を使用して、建物又は他の構造体内の１つ又は複数のユニット４００の温度を調整することができる。図３の伝熱システム３００は、生成設備３１０（チラー３２０を含んでもよい）と、供給ヘッダライン３０５と、戻りヘッダライン３１５とを備えている。ユニット４００毎に、伝熱システム３００は、端末３３０と、ファン３４０と、コイル３５０と、温度調整弁３６０とを備えている。各ユニット４００は、付加的に、限定はしないが、サーモスタット等、種々の他の装置を備えてもよい。

対応する端末３３０のための温度調整弁３５０が、端末３３０と戻りヘッダライン３１５との間に配置されて示されている。換言すると、端末３３０は、特定のユニット４００のための戻り流路に配置されている。特定の実施形態では、温度調整弁３５０は、図１に示された上記システム１０とすることができる。他の実施形態では、温度調整弁は、他のタイプの弁又はシステムとしてもよい。

伝熱システム３００に対して、修正、追加又は省略を行ってもよい。例えば、伝熱システム３００の構成要素を、特定の必要性に応じて統合してもよいか、又は分離してもよい。さらに、伝熱システム３００の動作は、より多い構成要素、より少ない構成要素又は他の構成要素によって実行してもよい。

本開示を、いくつかの実施形態、及び包括的に関連する方法に関して説明してきたが、これらの実施形態及び方法の変更並びに置換が当業者には明白であろう。したがって、例示的な実施形態の上記説明は、本開示を限定するものではない。以下の特許請求の範囲によって規定されるように、本開示の精神及び範囲から逸脱せずに、他の変更、代替及び変形も可能である。

Claims (14)

1. 導管を通る流体の温度を調整するシステムであって、
   入口と、出口と、該入口及び該出口間の開口とを有する導管であって、該入口は、流体を前記導管内に受け入れるように動作可能であり、前記出口は、流体を前記導管から供給するように動作可能である導管と、
   前記開口を少なくとも部分的に覆うことで、該開口を通る流体の流れに抵抗するように動作可能な可動障害物と、
   感熱物質を有するチャンバを有するアクチュエータであって、前記感熱物質は、前記導管を巡っている流体から熱エネルギーを受け取ると、特性が変化するように作用可能であり、前記アクチュエータは、前記感熱物質の特性が変化すると、前記可動障害物を移動させるように動作可能であるアクチュエータと、
   前記感熱物質の性質を変化させるように前記チャンバに圧力を印加するように動作可能な圧力発生器であって、前記感熱物質の前記性質の変化によって、前記アクチュエータによる前記可動障害物の前記移動が変化する圧力発生器と
   を備え、
   前記特性の変化は前記感熱物質の体積の変化であり、前記感熱物質の前記性質の変化は前記感熱物質の融点の変化であり、
   前記可動障害物の前記移動によって、前記開口を巡っている前記流体の温度が実質的に一定な値に調整されるシステム。
2. 前記感熱物質は、特性が変化すると、前記開口の上方を、前記可動障害物を移動させて、前記開口を通る流体の流れを減少させる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記感熱物質は、特性が変化すると、前記開口から離れるように前記可動障害物を移動させて、前記開口を通る流体の流れを増加させる、請求項１に記載のシステム。
4. 前記開口にわたる差圧を実質的に一定の値に維持するように動作可能な圧力補正器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
5. 前記開口を通る最大流量を制御するように動作可能な最大流量調整器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
6. 前記最大流量調整器は回転ゲートである、請求項５に記載のシステム。
7. 前記圧力発生器は、調節可能な圧力量を前記チャンバに印加するように動作可能であり、前記チャンバに印加される前記圧力量は、前記導管内の前記流体の所望の温度に対応する、請求項１に記載のシステム。
8. 前記アクチュエータは、前記チャンバに出入りするように動作可能なロッドを含み、該ロッドは前記可動障害物に結合され、前記感熱物質の前記特性の変化は、前記ロッドの移動によって前記可動障害物を移動させ、
   前記圧力発生器は螺子及びばねを含み、該ばねは、前記ロッドの前記チャンバから出る移動に抗して作用し、前記螺子は、前記ばねの圧縮を調節する、請求項１に記載のシステム。
9. 前記感熱物質はアルカン炭化水素である、請求項１に記載のシステム。
10. 前記感熱物質はパラフィンである、請求項１に記載のシステム。
11. 前記感熱物質は、摂氏１２．８度〜摂氏１５．６度の融点を有する、請求項１に記載のシステム。
12. 前記可動障害物の前記位置を受信機に送信するように動作可能な、前記可動障害物に結合される位置表示器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
13. 前記受信機は、建物管理システムの一部であり、
    前記建物管理システムは、複数のシステムにおける複数の障害物の位置を受信し、
    前記建物管理システムは、前記障害物の前記位置に基づいて、加熱水又は冷却水の生成を調節するようにさらに動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
14. 循環水式システムの端末の戻り流路に位置決めされる、請求項１に記載のシステム。

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