NO336695B1

NO336695B1 - Anordning for styring av en varmeregulerende innretning og fremgangsmåte ved bruk av samme

Info

Publication number: NO336695B1
Application number: NO20131551A
Authority: NO
Inventors: Kjell Are Berg-Hagen
Original assignee: Tranberg As
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-10-19
Also published as: NO20131551A1; DK201600322A1; WO2015076677A1; US20160295642A1; RU2016123330A; DK179080B1; KR20160086380A; CN105940764A

Description

ANORDNING FOR STYRING AV EN VARMEREGULERENDE INNRETNING OG FREMGANGSMÅTE VED BRUK AV SAMME

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for styring av en varmeregulerende innretning. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen en anordning omfattende en sensor innrettet til å kunne avføle effektiv temperatur ved den temperaturregulerende innretningen og å kunne avgi et signal som indikasjon på avfølt effektiv temperatur, en styringsenhet innrettet til å kunne motta signalet fra sensoren som indikasjon på avfølt effektiv temperatur og å kunne styre energitilførselen til den temperaturregulerende innretningen på bakgrunn av det mottatte signalet indikerende for effektiv temperatur.

Selvregulerende varmekabler er slik konstruert at mengden strøm som går gjennom varmekabelen er en funksjon av omgivelsestemperaturen. En del av den elektriske lederen i en slik selvregulerende varmekabel har en varmeledningskoeffisient som er omvendt proporsjonal med temperaturen. Det vil si at en selvregulerende varmekabel som ligger inntil en kald flate vil kunne føre relativt mye strøm, og dermed avgi en relativt høy effekt, mens en tilsvarende varmekabel som ligger inntil en varm flate vil lede mindre strøm, og dermed avgi en mindre effekt. Selvregulerende varmekabler kan dermed sies å være sin egen termostat.

Varmekabler som benyttes utendørs kan i værharde situasjoner kreve store mengder energi for å holde et ønsket område isfritt. Det kan for eksempel være om bord på et skip, selv om den foreliggende oppfinnelse ikke begrenses dertil. Ved bruk av varmekabler i et skipsdekk eller i utvendige trapper på skipet, vil varmekablene gjerne være lagt relativt dypt slik at varmekablene ikke er i direkte kontakt med omgivelsene. Selvregulerende varmekabler kan dermed ikke benyttes direkte til å styre pådraget til varmekablene, og det trekkes derfor i perioder gjerne langt mer energi til oppvarming enn det det er behov for. Det er videre kjent at vind påvirker den følte temperaturen og at områder som er utsatt for vind krever mer oppvarming enn områder som ikke er vindutsatt. Sensorer som også tar høyde for vindstyrke omfatter gjerne mekanisk bevegelige deler, og kan således være spesielt utsatt for slitasje i hardt vær. Patentskrift US 5369247 A omhandler et selvregulerende oppvarmingssystem uten bruk av separat temperatursensor.

Patentskrift NO 304920 Bl omhandler en selvregulerende varmekabel.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen en anordning for styring av en temperaturregulerende innretning, hvor anordningen omfatter: - en sensor innrettet til å kunne avføle effektiv temperatur ved den temperaturregulerende innretningen og å kunne avgi et signal som indikasjon på avfølt effektiv temperatur; - en styringsenhet innrettet til å kunne motta signalet fra sensoren som indikasjon på avfølt effektiv temperatur og å kunne styre energitilførselen til den temperaturregulerende innretningen på bakgrunn av det mottatte signalet indikerende for effektiv temperatur; og - én eller flere energigivere innrettet til i det minste å kunne drive sensoren, styringsenheten og den temperaturregulerende innretningen, kjennetegnet ved at sensoren omfatter en selvregulerende varmekabel.

En selvregulerende varmekabel vil kunne avføle effektiv temperatur på en enkel, effektiv og billig måte uten bevegelige deler og uten behov for termostat og mye elek-tronikk. Effektiv avfølt temperatur vil kunne være en funksjon av både faktisk temperatur, vindhastighet og luftfuktighet og andre lokale forhold.

En anordning i henhold til oppfinnelsen vil kunne benyttes både til kjøling og til oppvarming. Den temperaturregulerende innretningen kan således være ulike former for varmeinnretninger eller kjøleinnretninger som vil være kjent for en fagmann. I én ut-førelsesform kan den temperaturregulerende innretning være en varmekabel. Varmekabelen, som da eventuelt benyttes som temperaturregulerende innretning, vil da ikke være den samme som den selvregulerende varmekabelen som benyttes som sensor i en anordning i henhold til oppfinnelsen.

I én utførelsesform kan den selvregulerende varmekabelen, sensoren, anbringes i en innkapsling som sørger for god kontakt med omgivelsene samtidig som den gir mekanisk beskyttelse. Innkapslingen kan for eksempel være en perforert beholder.

I én utførelsesform kan anordningen ytterligere omfatte én eller flere signalomformere innrettet til å kunne omforme det avleste signalet fra sensoren. Utgangssignalet fra den selvregulerende varmekabelen vil ikke nødvendigvis være direkte proporsjonalt med et teoretisk kalkulert signal, og det vil derfor kunne være behov for en adaptiv signalbehandlingsalgoritme. Nevnte signalomformer(e) kan være en såkalt pulsbred-demodulator, PWM (pulse width modulation). En fagmann vil være kjent med at formålet med PWM er å oppnå et tilnærmet kontinuerlig, jevnt pådrag, i dette tilfellet til nevnte temperaturregulerende innretning. Det pulsbreddemodulerte signalet kan videre sendes til en bryter, for eksempel et relé, for eksempel et halvlederrelé, som bevir-ker at tilført energi til den temperaturregulerende innretningen er enten på eller av. Bryterens prosentvise på-tid, såkalt duty cycle, vil bestemmes av utgangssignalet fra sensoren, og således behovet for endring av temperatur, det være seg oppvarming eller kjøling.

Det beskrives et fartøy omfattende en anordning i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Det beskrives videre en plattform omfattende en anordning i henhold til den foreliggende oppfinnelsen.

Det beskrives også et helikopterdekk omfattende en anordning i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

En flerhet anordninger i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil kunne benyttes på nevnte fartøy, plattform eller helikopterdekk for å muliggjøre lokal, optimalisert oppvarming.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen anvendelse av en selvregulerende varmekabel som sensor for effektiv temperatur ved styring av en temperaturregulerende innretning.

I et tredje aspekt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte ved styring av en temperaturregulerende innretning, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene: - ved hjelp av en sensor å avføle effektiv temperatur ved den temperaturregulerende innretningen; - ved hjelp av sensoren å avgi et signal som indikasjon på avfølt effektiv temperatur; - ved hjelp av en styringsenhet å motta signalet fra sensoren som indikasjon på avfølt effektiv temperatur; - ved hjelp av styringsenheten å styre energitilførselen til den temperaturregulerende innretningen; og - ved hjelp av én eller flere energigivere å drive sensoren, styringsenheten og den temperaturregulerende innretningen, kjennetegnet ved at trinnet å avføle effektiv temperatur ved hjelp av en sensor innbefatter å avføle effektiv temperatur ved hjelp av en selvregulerende varmekabel.

I én utførelsesform vil det kunne være fordelaktig om det avgitte signalet fra den selvregulerende varmekabelen er kalibrert slik at et gitt strømtrekk fra den selvregulerende varmekabelen tilsvarer et gitt pådrag til den temperaturregulerende innretningen. Kalibreringen kan være fagmessig, men vil gjerne avhenge av bruksområde og sted. Dette vil muliggjøre bruk av en åpen loop, det vil si uten at det kreves tilbakeføring av måleverdier for å komplettere styringen av den temperaturregulerende innretningen. I en alternativ utførelsesform kan styringen gjøres i en lukket loop, altså med tilbake-føring av måleverdier. Sistnevnte kan for eksempel utføres ved hjelp av en PID-regulator slik det vil være kjent for en fagmann.

I én utførelsesform kan fremgangsmåten ytterligere omfatte å styre en bryter ved hjelp av styringsenheten slik at energitilførselen fra én av nevnte én eller flere energigiver til den temperaturregulerende innretningen skrus av og på. Dette kan gjøres via en reguleringsalgoritme innarbeidet i styringsenheten slik at styringen kan gjøres i en åpen loop slik som beskrevet ovenfor. En åpen loop-løsning vil kunne spare betydelige kostnader i form redusert behov for måleverdigivere og signalkabling.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser, skjematisk og forenklet, en anordning i henhold til den foreliggende

oppfinnelse.

I det følgende angir henvisningstallet 1 en anordning i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Kabler for overføring av strøm og/eller kommunikasjonssignaler mellom de ulike enhetene som nevnes i det etterfølgende er vist som rette linjer mellom enhetene på figuren. Kablene vil være kjent for en fagmann og beskrives ikke nærmere her. En fagmann vil også være kjent med at kommunikasjon mellom de ulike enhetene vil kunne foregå trådløst. En sensor 11 i form av en selvregulerende varmekabel er anbragt i en perforert innkapsling 5. Innkapslingen 5 kan være plassert på dekk om bord i et ikke vist fartøy. Innkapslingen 5 tilveiebringer mekanisk beskyttelse for den selvregulerende varmekabelen 11 samtidig som varmekabelen utsettes for omgivelse-nes temperatur-, vind- og fuktighetsforhold. En energigiver 12 er koblet til den selvregulerende varmekabelen 11. Energigiveren 12 leverer konstant spenning. Som beskrevet ovenfor, vil mengden strøm som går gjennom den selvregulerende varmekabelen 11 reguleres av effektiv omgivelsestemperatur. Strømtrekket fra energigiveren 12 vil dermed kunne gi et mål på varmetap i den selvregulerende varmekabelen 11, og således et indirekte mål på effektiv temperatur. Strømtrekket/signalet fra energigiveren 12 avleses og overføres til en signalbehandlingsenhet 17. I det viste tilfellet omgjør signalbehandlingsenheten 17 det avgitte signalet fra den selvregulerende varmekabelen 11 til et lesbart signal for en styringsenhet 13. Styringsenheten 13 og signalbehandlingsenheten 17 er koblet til en energigiver 16. Styringsenheten 13, som typisk kan være en PLS, en mikrokontroller eller liknende, vil være innrettet og kalibrert til å omforme signalet mottatt fra signalbehandlingsenheten 17 til et ut-gangssignal for styring av en temperaturregulerende innretning 3. I det viste tilfellet omdanner signalhandlingsenheten 17 signalet fra strømkilden 12 til et spenningssig-nal, for eksempel i intervallet 0 til 5 V. På bakgrunn av avlest spenning i styringsheten 13 omformes det avleste spenningssigssignalet, ved hjelp av signalomformeren 19 integrert i styringsenheten 13, til et pulsbreddemodulert signal som beskrevet i det ovenstående. Det pulsbreddemodulerte signalet styrer en bryter 14, her vist skjematisk som et mekanisk relé, som regulerer energitilførselen til den temperaturregulerende innretningen 3 fra en energigiver 15. Pulstopper i det pulsbreddemodulerte signalet tilsvarer på-tid for bryteren 14, mens pulsbunner tilsvarer av-tid. På-tiden, den såkalte duty cycle, til det pulsbreddemodulerte signalet vil avhenge av spenningsni-vået på inngangssignalet til styringsenheten 13. Et spenningsnivå over en øvre satt verdi innenfor nevnte spenningsintervall vil gi 100 % på-tid, mens et spenningsnivå under en nedre grense innenfor nevnte spenningsintervall vil gi 0 % på-tid. Spen-ningsnivåer mellom nevnte øvre grense og nedre grense vil gi delvis på- og delvis av-tid.

Claims

1. Anordning (1) for styring av en temperaturregulerende innretning (3), hvor anordningen (1) omfatter: - en sensor (11) innrettet til å kunne avføle effektiv temperatur ved den temperaturregulerende innretningen (3) og å kunne avgi et signal som indikasjon på avfølt effektiv temperatur; - en styringsenhet (13) innrettet til å kunne motta signalet fra sensoren (11) som indikasjon på avfølt effektiv temperatur og å kunne styre energi-tilførselen til den temperaturregulerende innretningen (3) på bakgrunn av det mottatte signalet indikerende for effektiv temperatur; og - én eller flere energigivere (12, 15, 16) innrettet til i det minste å kunne drive sensoren (11), styringsenheten (13) og den temperaturregulerende innretningen (3);karakterisert vedat sensoren (11) omfatter en selvregulerende varmekabel.

2. Anordning (1) i henhold til krav 1, hvor anordningen (1) ytterligere omfatter én eller flere signalomformere (17, 19) innrettet til å kunne omforme det avleste signalet fra sensoren (11).

3. Anordning (1) i henhold til krav 1 eller 2, hvor anordningen (1) ytterligere omfatter en bryter (14), hvor bryteren (14) er innrettet til å kunne styres av styringsenheten (13), og hvor bryteren (14) er innrettet til å kunne skru av og på energitilførselen fra minst én av nevnte én eller flere energigivere (15) til den temperaturregulerende innretningen (3).

4. Anordning i henhold til krav 1, 2 eller 3, hvor den temperaturregulerende innretningen (3) er en varmekabel.

5. Et fartøy omfattende en anordning (1) i henhold til hvilket som helst av de forgående krav.

6. En plattform omfattende en anordning (1) i henhold til hvilket som helst av kravene 1-4.

7. Et helikopterdekk omfattende en anordning (1) i henhold til hvilket som helst av kravene 1-4.

8. Anvendelse av en selvregulerende varmekabel som sensor (11) for effektiv temperatur ved styring av en temperaturregulerende innretning (3).

9. Fremgangsmåte ved styring av en temperaturregulerende innretning (3), hvor fremgangsmåten omfatter trinnene: - ved hjelp av en sensor (11) å avføle effektiv temperatur ved den temperaturregulerende innretningen (3); - ved hjelp av sensoren (11) å avgi et signal som indikasjon på avfølt effektiv temperatur; - ved hjelp av en styringsenhet (13) å motta signalet fra sensoren (11) som indikasjon på avfølt effektiv temperatur; - ved hjelp av styringsenheten (13) å styre energitilførselen til den temperaturregulerende innretningen (3); og - ved hjelp av én eller flere energigivere (12, 15, 16) å drive sensoren (11), styringsenheten (13) og den temperaturregulerende innretningen (3),karakterisert vedat trinnet å avføle effektiv temperatur ved hjelp av en sensor (11) innbefatter å avføle effektiv temperatur ved hjelp av en selvregulerende varmekabel.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, hvor fremgangsmåten ytterligere omfatter å styre en bryter (14) ved hjelp av styringsenheten (13) slik at energi-tilførselen fra én av nevnte én eller flere energigivere (15) til den temperaturregulerende anordningen (3) skrus av og på.