TWM559398U - 具串級控制裝置之熱泵 - Google Patents

Abstract

本創作係提供一種具串級控制裝置之熱泵，其包含熱泵本體、熱水儲存裝置、串級控制裝置以及變頻器。熱水儲存裝置可與熱泵本體之冷凝器相連接。串級控制裝置可包含第一控制組件及第二控制組件。第一控制組件可偵測熱水溶液之溫度訊號，並依據第一控制法則以回授方式將溫度訊號與目標溫度比較後，進行運算產生第一控制資料。第二控制組件可偵測熱泵本體之壓縮機之壓力訊號，並接收第一控制資料，並將壓力訊號依據第二控制法則進行運算產生控制訊號。變頻器可接收控制訊號，將交流電輸出至熱泵本體之壓縮機上。

Description

具串級控制裝置之熱泵

本創作係關於一種具串級控制裝置之熱泵，特別是一種利用串級控制裝置控制熱泵之一種具串級控制裝置之熱泵。

一般熱泵的控制方法，係利用開/關控制熱泵壓縮機的起停，但此種方式將造成溫控過程無法達到高精密的精確度要求，因此，在工程實際應用中，最為廣泛的為比例、積分、微分(Proportional Integral Derivative Controller,PID)控制器，在工業控制中，由於PID控制器能有效的改善系統性能規格，而且結構簡單、成本低廉、穩定性良好、可靠度佳、易於保養、調整方便及易於實現等優點，所以廣泛的被應用。

然而，雖然PID控制器搭配變頻式驅動壓縮機運轉，雖然能抑制小範圍變動時所產生的誤差，但當設定值或負載變動時，受控系統的參數也隨著改變，因此針對特殊條件下之熱泵控制，例如小於50℃或大於55℃時，需要一種具串級控制裝置之熱泵，以解決上述習之問題。

本創作係一種具串級控制裝置之熱泵，可於特殊條件下提供熱泵精確之控制。

基於上述目的，本創作係提供一種具串級控制裝置之熱泵，其包含熱泵本體、熱水儲存裝置、串級控制裝置以及變頻器。熱水儲存裝置可與熱泵本體之冷凝器相連接，並儲存熱水溶液。串級控制裝置可包含第一控制組件及第二控制組件。第一控制組件可偵測熱水溶液之溫度訊號，並依據第一控制法則以回授方式將溫度訊號與標準規範溫度比較後，進行運算產生第一控制資料係，且目標溫度係介於40℃至50℃或55℃至65℃之擇一。第二控制組件可偵測熱泵本體之壓縮機之低壓側之壓力訊號，並接收第一控制資料，並將壓力訊號依據第二控制法則進行運算產生控制訊號。變頻器可接收控制訊號，且依據控制訊號調整交流電之頻率，並將交流電輸出至熱泵本體之壓縮機上。

較佳地，第一控制組件及第二控制組件皆可包含PID控制元件。

較佳地，第一控制法則及第二控制法則可包含比例控制法則、積分控制法則及微分控制法則三者至少之一，第一控制組件及第二控制組件可以PID控制元件執行比例控制法則、積分控制法則及微分控制法則三者至少之一。

較佳地，第一控制組件可包含PID控制元件。

較佳地，第二控制組件可包含粒子群算法運算元件。

較佳地，第一控制法則可包含比例控制法則、積分控制法則及微分控制法則三者至少之一，第二控制法則可為粒子群算法控制法則，第一控制組件可以PID控制元件執行比例控制法則、積分控制法則及微分控制法則三者至少之一，第二控制組件可以粒子群算法運算元件執行粒子群算法控制法則。

較佳地，第一控制法則及第二控制法則可包含比例控制法則、積分控制法則、微分控制法則、粒子群算法控制法則及史密斯預估控制法則703。

較佳地，本創作之具串級控制裝置之熱泵可更包含冷水儲存裝置，可與熱泵本體之蒸發器相連接，並儲存一冷水溶液。

較佳地，熱泵本體可與液態除濕模組相連接，液態除濕模組之除濕端可吸附空氣中的水份，再生端可排除水份，以維持該除濕端之水份吸附能力。

較佳地，該液態除濕模組之該除濕端係與該冷水儲存裝置相連接，該再生端係與該熱水儲存裝置相連接，該冷水儲存裝置及該熱水儲存裝置分別係與該除濕端及該再生端熱交換，冷卻該除濕端及加熱該再生端。

100‧‧‧熱泵本體

101‧‧‧冷凝器

102‧‧‧壓縮機

103‧‧‧蒸發器

200‧‧‧熱水儲存裝置

300‧‧‧串級控制裝置

301‧‧‧第一控制組件

3011‧‧‧溫度訊號

3012‧‧‧第一控制資料

3013‧‧‧PID控制元件

3015‧‧‧粒子群算法運算元件

3016‧‧‧目標溫度

302‧‧‧第二控制組件

3021‧‧‧壓力訊號

3022‧‧‧控制訊號

400‧‧‧變頻器

500‧‧‧冷水儲存裝置

600‧‧‧液態除濕模組

601‧‧‧除濕端

602‧‧‧再生端

701‧‧‧PID控制法則

702‧‧‧PI-PD控制法則

703‧‧‧史密斯預估控制法則

第1圖根據本創作之實施例之具串級控制裝置之熱泵之配置示意圖。

第2圖係根據本創作之實施例之具串級控制裝置之熱泵之控制示意圖。

第3圖係根據本創作之實施例之具串級控制裝置之熱泵之第一實施示意圖。

第4圖係根據本創作之實施例之具串級控制裝置之熱泵之第二實施示意圖。

為利 貴審查員瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明之用，未必為本創作實施後之真 實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

現請參閱第1圖至第4圖，其分別係為根據本創作之實施例之具串級控制裝置之熱泵之配置示意圖、控制示意圖、第一實施示意圖以及第二實施示意圖。如圖所示，本創作之具串級控制裝置之熱泵，可包含熱泵本體100、熱水儲存裝置200、串級控制裝置300以及變頻器400。

熱水儲存裝置200可與熱泵本體100之冷凝器101相連接，並儲存熱水溶液。而在一實施例中，本創作可更包含冷水儲存裝置500，冷水儲存裝置500可與熱泵本體100之蒸發器103相連接，並儲存冷水溶液。

串級控制裝置300可包含第一控制組件301及第二控制組件302。第一控制組件301可偵測熱水溶液之溫度訊號3011，並可依據第一控制法則以回授方式將溫度訊號3011與目標溫度3016比較後，進行運算產生第一控制資料3012，且目標溫度3016可介於40℃至50℃或55℃至65℃之擇一，為特殊條件下熱泵之運轉溫度，因此，本創作之具串級控制裝置之熱泵及其各控制結構可適用於一般熱泵之標準測試規範溫度外，例如50℃至55℃外，可於高溫或是低溫情況下，精準控制熱泵本體100。

變頻器400可接收控制訊號3022，可依據控制訊號3022調整交流電之頻率，並將交流電輸出至熱泵本體100之壓縮機102上，因此，壓縮機102可依據交流電之頻率改變冷媒輸送速率。

進一步說明，在一實施例中，第一控制組件301及第二控制組件302皆可包含PID控制元件3013，而第一控制法則及第二控制法則皆可包含比例 控制法則、積分控制法則及微分控制法則三者至少之一，因此，第一控制組件301及第二控制組件302可以PID控制元件3013執行比例控制法則、積分控制法則及微分控制法則三者至少之一。舉例而言，第一控制組件301及第二控制組件302皆可以比例-積分(PI-PD)控制法則控制熱泵本體100，且亦可試需求進行調整，例如亦可以齊格勒-尼科爾斯(Ziegler-Nichols)方法，使用控制法則、積分控制法則及微分控制法則三者，執行比例-積分-微分(PID)控制法則，對熱泵本體100控制。

而在另一實施例中，第一控制組件301可包含PID控制元件3013，第二控制組件302可包含粒子群算法運算元件3015，因此第一控制法則亦可包含比例控制法則、積分控制法則及微分控制法則三者至少之一，且第二控制法則可為粒子群算法控制法則(PSO)，第一控制組件301可以PID控制元件3013執行比例控制法則、積分控制法則及微分控制法則三者至少之一，如PI-PD控制法則702或PID控制法則701等各種組合，而第二控制組件302可以粒子群算法運算元件3015執行粒子群算法控制法則。

除此之外，在一實施例中，本創作之第一控制法則及第二控制法則可包含比例控制法則、積分控制法則、微分控制法則、粒子群算法控制法則及史密斯預估控制法則703(Smith)，因此本創作之串級控制裝置300可使用各種控制法則對熱泵本體100進行控制，例如以PI-PD控制法則702搭配史密斯預估控制法則、粒子群算法控制法則搭配史密斯預估控制法則703等，以使得本創作之具串級控制裝置之熱泵可適用於特殊條件，例如高溫或是低溫時，55℃以上或是50℃以下，高溫或是低溫需求對熱泵本體100之控制。

因此，舉例而言，當未使用串級控制裝置時，例如僅以一控制組件控制熱泵本體100，可如第3圖所示，當目標溫度3016為40℃時，使用PID控制法則701可具有10%的最大超越量、300秒的安定時間以及±1℃地穩態誤差；使用PI-PD控制法則702可具有10%的最大超越量、2750秒的安定時間以及±1℃地穩態誤差；使用史密斯預估控制法則703可具有10%的最大超越量、2600秒的安定時間以及±1℃地穩態誤差。

而如第4圖所示，當目標溫度3016為65℃時，使用PID控制法則701可具有3%的最大超越量、14850秒的安定時間以及±1℃地穩態誤差；使用PI-PD控制法則702可具有5%的最大超越量、11950秒的安定時間以及±6℃地穩態誤差；使用史密斯預估控制法則703可具有1%的最大超越量、10725秒的安定時間以及±3℃地穩態誤差。因此本創作可依據需求，將上述各法則應用於本創作之串級控制裝置300，以達到精準控制的目的及功效。

另外，在一實施例中，熱泵本體100可與液態除濕模組600相連接，液態除濕模組600之除濕端601可吸附空氣中的水份，再生端602可排除水份，以維持除濕端601之水份吸附能力。

而液態除濕模組600之除濕端601可與冷水儲存裝置500相連接，再生端602可與熱水儲存裝置200相連接，冷水儲存裝置500及熱水儲存裝置200分別可與除濕端601及再生端602熱交換，以冷卻除濕端601及加熱再生端602。因次，本創作可藉由以串級控制裝置300控制熱泵本體100，使得與熱泵本體100相連之液態除濕模組600具有穩定的除濕功效。

因此綜上所述，本創作之具串級控制裝置之熱泵可於目標溫度3016下使熱泵本體100得以被精確地控制，且可適用於高溫或是低溫的情況，並且可藉此使與熱泵本體100相連之液態除濕模組600具有穩定的除濕功效。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

Claims (10)

1. 一種具串級控制裝置之熱泵，係包含：一熱泵本體；一熱水儲存裝置，係與該熱泵本體之一冷凝器相連接，並儲存一熱水溶液；一串級控制裝置，係與該熱泵本體電性連接，並包含：一第一控制組件，係偵測該熱水溶液之一溫度訊號，並依據一第一控制法則係以回授方式將該溫度訊號與一目標溫度比較後，進行運算產生一第一控制資料，且該目標溫度係介於40℃至50℃或55℃至65℃之擇一；一第二控制組件，係偵測該熱泵本體之一壓縮機之一低壓側之一壓力訊號，並接收該第一控制資料，並將該壓力訊號依據一第二控制法則進行運算產生一控制訊號；以及一變頻器，係接收該控制訊號，且依據該控制訊號調整一交流電之頻率，並將該交流電輸出至該熱泵本體之該壓縮機上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具串級控制裝置之熱泵，其中該第一控制組件及該第二控制組件皆係包含一PID控制元件。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具串級控制裝置之熱泵，其中該第一控制法則及該第二控制法則係包含一比例控制法則、一積分控制法則及一微分控制法則三者至少之一，該第一控制組件及該第二控制組件係以該PID控制元件執行該比例控制法則、該積分控制法則及該微分控制法則三者至少之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具串級控制裝置之熱泵，其中該第一控制組件係包含一PID控制元件。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具串級控制裝置之熱泵，其中該第二控制組件係包含一粒子群算法運算元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具串級控制裝置之熱泵，其中該第一控制法則係包含一比例控制法則、一積分控制法則及一微分控制法則三者至少之一，該第二控制法則係一粒子群算法控制法則，該第一控制組件係以該PID控制元件執行該比例控制法則、該積分控制法則及該微分控制法則三者至少之一，該第二控制組件係以該粒子群算法運算元件執行該粒子群算法控制法則。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具串級控制裝置之熱泵，其中該第一控制法則及該第二控制法則係包含一比例控制法則、一積分控制法則、一微分控制法則、一粒子群算法控制法則及一史密斯預估控制法則。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具串級控制裝置之熱泵，更包含一冷水儲存裝置，係與該熱泵本體之一蒸發器相連接，並儲存一冷水溶液。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具串級控制裝置之熱泵，其中該熱泵本體係與一液態除濕模組相連接，該液態除濕模組之一除濕端係吸附空氣中的一水份，一再生端係排除該水份，以維持該除濕端之該水份吸附能力。
10. 如申請專利範圍第9項所述之具串級控制裝置之熱泵，其中該液態除濕模組之該除濕端係與該冷水儲存裝置相連接，該再生端係與該熱水儲存裝置相連接，該冷水儲存裝置及該熱水儲存裝置分別係與該除濕端及該再生端熱交換，冷卻該除濕端及加熱該再生端。