СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ КОНТУРОМ Российский патент 2015 года по МПК F24D19/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в первом аспекте, к системе управления тепловым контуром, содержащей модуль управления, получающий энергию от термоэлектрического элемента, выполненного с возможностью генерировать электричество из тепла текучей среды теплопередачи, циркулирующей через упомянутый тепловой контур и, более конкретно, к системе управления, предусмотренной для управления циркуляцией упомянутой текучей среды теплопередачи с целью обеспечения постоянной подачи электропитания для модуля управления.

Второй аспект изобретения относится к способу управления тепловым контуром, который содержит: стадию использования системы управления, такую, как предложена в первом аспекте изобретения.

Изобретение, в частности, применимо для управления нагревательными контурами.

Известный уровень техники

Известны системы управления для тепловых контуров, в частности, нагревательных контуров, которые получают питание от электроэнергии, генерируемой из тепловой энергии таких тепловых контуров.

В патенте EP0152906B1 раскрыта одна из таких систем управления. В частности, упомянутый патент относится к компоновке, предназначенной для измерения количества тепла, излучаемого нагревательным элементом, и для одновременного управления потоком текучей среды теплопередачи, циркулирующей внутри упомянутого нагревательного элемента, с целью регулирования температуры помещения, где размещен нагревательный элемент.

Для некоторых вариантов осуществления, описанных в EP 0152906B1, рассматривается использование активных термоэлементов, таких как элементы Пельтье, для электропитания электронных цепей системы управления от тепловой энергии текучей среды теплопередачи.

В патенте EP 0018566B1 описано устройство для управления потоком текучей среды, такой как горячая вода или пар системы центрального отопления, в одной или больше областях, в которых подачей тепла управляют индивидуально. В устройство, предложенное в EP 0018566B1, также подают результаты измерений, например, температуры упомянутой текучей среды.

Предложены различные варианты осуществления, в которых устройство, предложенное в EP 0018566B1, включает в себя активные элементы, такие как элементы Пельтье, которые, из тепловой энергии рассматриваемой текучей среды, генерируют электроэнергию, благодаря которой обеспечивается питание электронных цепей, включенных в устройство для выполнения упомянутого управления потоком и измерения значений.

Ни один из упомянутых документов предшествующего уровня техники не описывает и не предполагает полное отключение соответствующих нагревателей, то есть, прерывание потока текучей среды теплопередачи через внутреннее пространство нагревателей после достижения требуемой температуры. Когда возникает такая ситуация, подача электроэнергии от элементов Пельтье также прекращается, поэтому, хотя предложено сохранять упомянутую энергию в соответствующих аккумуляторах, когда последние разряжаются через достаточное время отсутствия циркуляции текучей среды теплопередачи, электронные схемы, получавшие питание от них или прекращают работу, или должны получать питание от альтернативного источника питания, поэтому источник питания, работающий исключительно от элементов Пельтье, не обеспечивается в устройствах, предложенных в EP 0152906B1 и EP 0018566B1.

Хотя в обоих документах предшествующего уровня предложено управлять тепловым контуром, в частности, потоком текучей среды теплопередачи, циркулирующей внутри одного или больше нагревательных элементов, назначение такого управления состоит в регулировании температуры излучения нагревательных элементов.

В упомянутых патентах ни обозначено, и не предполагается выполнение упомянутого управления потоком текучей среды теплопередачи с целью обеспечения упомянутой подачи электропитания от элементов Пельтье, даже в случаях, когда нагрев остается отключенным на длительные периоды времени.

В EP 0717332A1 раскрыта система управления для теплового контура, содержащего управление на основе электрического исполнительного элемента, используемого с механизмом электрического исполнительного элемента для управления потоком текучей среды через клапан в системе центрального отопления. Управление включает термоэлектрогенератор, предназначенный для установки с возможностью передачи тепла с текучей средой, потоком которой должны управлять клапан и перезаряжающееся средство, предназначенное для сохранения электроэнергии, генерируемой термоэлектрогенератором, для периодической работы механизма электрического активатора. Система управления, в соответствии с этим изобретением, отличается от предложенной в EP 0717332A1 тем, что модуль управления и/или клапанное устройство выполнены с возможностью регулировать циркуляцию упомянутой текучей среды теплопередачи путем использования излучающего тела или тел с тем, чтобы всегда поддерживать достаточный минимальный поток в упомянутый термоэлектрический элемент для генерирования электричества, из которого электрический блок питания или, по меньшей мере, упомянутая часть модуля управления могут быть постоянно обеспечены.

Таким образом, во всех документах предшествующего уровня техники присутствует одна и та же объективная проблема отсутствия способа или устройства управления для теплового контура, который, в дополнение к цели регулирования температуры, излучаемой им самим, имеет цель гарантировать постоянное питание последовательности электронных элементов для управления таким тепловым контуром.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение задачи, обозначенной выше, которая обеспечивает возможность управления тепловым контуром так, чтобы иметь две упомянутые цели, состоящие: в регулировании температуры и обеспечении подачи электропитания к электронным цепям.

С этой целью, настоящее изобретение относится, в первом аспекте, к системе управления для теплового контура, которая содержит, как широко известно, по меньшей мере, один модуль управления и, в соединении с упомянутым тепловым контуром, клапанное устройство, соединенные друг с другом и взаимодействующие при регулировании потока текучей среды теплопередачи внутри одного или больше полых излучающих тел, составляющих упомянутый тепловой контур, и упомянутую систему управления, дополнительно содержащую, по меньшей мере, один термоэлектрический элемент, выполненный с возможностью генерирования электричества из тепла упомянутой текучей среды теплопередачи для обеспечения питания части или всего модуля управления из генерируемого электричества.

В отличие от обычных предложений, и в виде характеристики, в системе управления, предложенной в первом аспекте изобретения, модуль управления и/или клапанное устройство, выполненное с возможностью регулировать циркуляцию текучей среды теплопередачи внутри упомянутого полого излучающего тела или тел, для того, чтобы всегда поддерживать достаточный минимальный поток для генерирования термоэлектрическим элементом электричества, которым могло быть обеспечено постоянное электропитание части или всего модуля управления.

В одном варианте осуществления система управления содержит схему подъема напряжения, вход которой соединен с выходом упомянутого термоэлектрического элемента или элементов, для подъема напряжения, от которого осуществляет питание модуля управления с целью его постоянного управления с целью его постоянного обеспечения, несмотря на то, что выходное напряжение термоэлектрических элементов является низким.

В другом варианте осуществления, который является альтернативным или дополняющим к представленному в предыдущем параграфе, система управления содержит, по меньшей мере, один элемент накопления электроэнергии, выполненный с возможностью накопления электроэнергии, генерируемой термоэлектрическим элементом или элементами.

Что касается термоэлектрического элемента, он содержит, в одном варианте осуществления, один или больше элементов Зеебека, первая сторона которых расположена так, что она достигает или находится рядом с температурой текучей среды теплопередачи, и вторая сторона расположена так, что она достигает или находится рядом с окружающей температурой, для генерирования электрического тока, пропорционального разности температур между их сторонами.

В зависимости от варианта осуществления первая сторона упомянутого элемента или элементов Зеебека находится в контакте с областью внешней стороны входной трубы текучей среды теплопередачи, в частности, рядом со входным клапаном упомянутого полого излучающего тела, входящего в состав клапанного устройства, или находящегося в контакте с корпусом упомянутого клапана или другого клапана.

Система управления, предложенная в соответствии с первым аспектом изобретения, применяется в предпочтительном варианте воплощения для управления нагревательными контурами, упомянутое полое излучающее тело представляет собой отопительный радиатор.

Для варианта упомянутого варианта осуществления система управления применяется в системе центрального отопления, система управления предусмотрена для управления циркуляцией текучей среды теплопередачи, которая циркулирует через несколько радиаторов, поддерживая упомянутый минимальный поток.

Второй аспект изобретения относится к способу управления тепловым контуром, который содержит использование системы управления, получающей питание, по меньшей мере, частично, от электроэнергии, генерируемой из тепловой энергии текучей среды теплопередачи, циркулирующей внутри указанного теплового контура.

В отличие от обычных предложений, упомянутых в разделе предшествующий уровень техники, где управление тепловым контуром выполняли только с целью регулирования температуры излучения, способ управления, предложенный во втором аспекте изобретения, содержит регулирование циркуляции упомянутой текучей среды теплопередачи внутри упомянутого теплового контура для того, чтобы всегда поддерживать достаточный минимальный поток для генерирования достаточной электроэнергии для постоянного обеспечения подачи электропитания, по меньшей мере, для части системы управления.

В одном варианте осуществления способ применяется для управления нагревательными контурами, формируемыми одним или больше отопительными радиаторами, либо, как часть отдельной отопительной системы или, в качестве альтернативы, системы центрального отопления, в этом случае способ содержит, управление циркуляцией текучей среды теплопередачи, циркулирующей через несколько нагревателей системы центрального отопления, всегда поддерживая упомянутый минимальный поток внутри всех из них, для постоянного обеспечения подачи электропитания, по меньшей мере, в часть всех систем управления, включенных в отопительную систему.

Что касается, так называемого, минимального потока, способ содержит, в одном варианте осуществления, выбор для нагрева каждого отопительного радиатора до температуры, равной или ниже, по существу, 1% от температуры, отмеченной его максимальной тепловой производительностью для определенной текучей среды теплопередачи, циркулирующей через несколько нагревателей системы центрального отопления, всегда поддерживая упомянутый минимальный поток внутри всех из них, для постоянного обеспечения подачи электропитания, по меньшей мере, в часть всех систем управления, включенных в отопительную систему.

Краткое описание чертежей

Предыдущие и другие преимущества и особенности будут более полно понятны из следующего подробного описания нескольких вариантов осуществления со ссылкой на приложенный чертеж, который следует рассматривать как иллюстрацию, а не как ограничение, на котором:

на фиг. 1 схематично представлена система управления, предложенная в первом аспекте изобретения, для варианта осуществления, в котором ее применяют для теплового контура, включающего в себя нагреватель.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

На фиг. 1 показана система управления, предложенная в соответствии с первым аспектом изобретения для варианта осуществления, в котором она содержит серводвигатель 4 привода, соединенный с упомянутым модулем 1 управления и с сервоклапаном 5, в состав которого входит упомянутое выше клапанное устройство для обеспечения работы сервоклапана 5 в соответствии с командой из модуля 1 управления.

Хотя термоэлектрический элемент 3 схематично показан в виде блока 3, который непосредственно соединен с входным V источника питания модуля 1 управления, упомянутый блок 3 обычно включает в себя или может быть соединен с упомянутой выше схемой подъема напряжения (не показана) и, в случае необходимости, с соответствующим элементом накопления электроэнергии с целью использования избыточной электроэнергии, генерируемой в периоды высокой тепловой эмиссии.

На фиг. 1 можно видеть, как модуль 1 управления двунаправленно соединен с серводвигателем 4 привода через соответствующий вход E2 и выход S, с целью подачи в него через S соответствующих электрических сигналов управления для регулирования открывания/закрывания сервоклапана 5, и с целью приема через E2 информации о фактическом положении открывания сервоклапана 5, получаемой посредством соответствующего средства детектирования (не показано), которое связано с серводигателем 4.

Текучая среда 6 теплопередачи схематично показана на фиг. 1 линией со стрелкой, обозначающей направление ее циркуляции, которая, как можно видеть на упомянутой фиг. 1, пересекает сервоклапан 5, и после этого ее пропускают через нагреватель 2.

Модуль 1 управления имеет другие входы, обозначенные как E3 и E4, через которые он принимает информацию о других рабочих параметрах теплового контура или о его окружающих условиях (таких, как температура в помещении, где он размещен), и выполняет алгоритм управления, обрабатывающий все принимаемые сигналы, и действует, соответственно, пропорционально открывая или закрывая сервоклапан 5, регулируя поток текучей среды 6 теплопередачи.

В одном варианте осуществления модуль 1 управления выполнен с возможностью, посредством передачи соответствующего сигнала управления частичного закрывания в серводвигатель 4 привода, установки сервоклапана 5 в частично закрытое положение, в котором он остается, что обеспечивает пропуск через него только упомянутого минимального потока текучей среды 6 теплопередачи. В этом случае, сервоклапан 5 выполнен с возможностью полностью закрываться, если серводвигатель 4 привода принимает команду или электрический сигнал с определенной магнитудой, поэтому модуль 1 управления, который, посредством передачи сигнала частичного закрывания или электрического сигнала с магнитудой меньше, чем сигнал полного закрывания, обеспечивает такое воздействие серводвигателя 4 привода на сервоклапан 5 так, что он принимает упомянутое частично закрытое положение. Другими словами, модуль 1 управления регулирует пропуск текучей среды 6 передачи тепла так, чтобы всегда поддерживать минимальный поток, обозначенный выше.

Для другого альтернативного варианта осуществления сервоклапан 5 выполнен с возможностью принимать частично закрытое положение, которое обеспечивает возможность только минимального потока текучей среды 6 теплопередачи, пропускаемой через него, когда серводвигатель 4 привода принимает сигнал полного закрывания из модуля 1 управления, то есть, электрический сигнал с упомянутой определенной магнитудой для полного закрывания. Другими словами, в данном варианте осуществления, регулирование пропуском упомянутого минимального потока текучей среды 6 теплопередачи осуществляется с помощью самого сервоклапана 5, поскольку, хотя модуль 1 управления передает сигнал управления полного закрывания для серводвигателя 4 привода и последний воздействует на сервоклапан 5 так, что он занимает такое положение полного закрывания, такой сервоклапан может "не подчиниться" и не закроется полностью, а скорее останется несколько открытым, обеспечивая пропуск упомянутого минимального потока.

В одном варианте упомянутого варианта осуществления такое регулирование осуществляют с помощью размещения элемента упора (не показан) внутри участка перемещения сервоклапана 5, который не позволяет последнему полностью закрыться, то есть, закрыться далее, чем упомянутое частично закрытое положение.

Следует подчеркнуть, что постоянное поддержание упомянутой минимальной циркуляции потока через нагреватели имеет другие преимущества, в дополнение к упомянутым выше, в частности, обеспечивается требование, когда необходимо нагреть нагреватели отопительной системы, более быстрой исходной фазы нагрева, чем в обычных отопительных системах, которая должна снова обеспечить циркуляцию текучей среды теплопередачи, которая была статичной внутри теплового контура, и попутно снова его нагреть.

Для специалиста в данной области техники будет понятна возможность ввода изменений и модификаций в описанные варианты осуществления, без выхода за пределы объема изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения.

Настоящее изобретение относится к системе и способу управления тепловым контуром. Система управления для теплового контура, содержащая модуль управления и клапанное устройство, соединенные для регулирования потока текучей среды теплопередачи внутри полого излучающего тела, составляющего тепловой контур, и систему управления, содержащую термоэлектрический элемент, выполненный с возможностью генерирования электричества из тепла текучей среды теплопередачи, для обеспечения питания, по меньшей мере, части модуля управления из генерируемого электричества, система управления при этом модуль управления и/или клапанное устройство выполнено с возможностью регулировать циркуляцию текучей среды теплопередачи внутри полого излучающего тела, для того, чтобы всегда поддерживать достаточный минимальный поток для генерирования термоэлектрическим элементом электричества, которым может обеспечиваться постоянное электропитание, по меньшей мере, части модуля управления. Это позволяет гарантировать постоянное питание последовательности электронных элементов для управления тепловым контуром. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система управления для теплового контура, содержащая, по меньшей мере, один модуль (1) управления и, в соединении с тепловым контуром, клапанное устройство, соединенные друг с другом и взаимодействующие при регулировании потока текучей среды (6) теплопередачи внутри, по меньшей мере, одного полого излучающего тела (2), составляющего тепловой контур, и систему управления, дополнительно содержащую, по меньшей мере, один термоэлектрический элемент (3), выполненный с возможностью генерирования электричества из тепла текучей среды теплопередачи, для обеспечения питания, по меньшей мере, части модуля (1) управления из генерируемого электричества, система управления, отличающаяся тем, что модуль (1) управления и/или клапанное устройство выполнено с возможностью регулировать циркуляцию текучей среды (6) теплопередачи внутри, по меньшей мере, одного полого излучающего тела (2), для того, чтобы всегда поддерживать достаточный минимальный поток для генерирования термоэлектрическим элементом (3) электричества, которым может обеспечиваться постоянное электропитание, по меньшей мере, части модуля (1) управления.

2. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что термоэлектрический элемент (3) содержит, по меньшей мере, один элемент Зеебека с первой стороной, расположенной так, что она достигает или находится рядом с температурой текучей среды (6) теплопередачи, и второй стороной, расположенной так, что она достигает или находится рядом с окружающей температурой, для генерирования электрического тока, пропорционального разности температур между его сторонами.

3. Система управления по п. 2, отличающаяся тем, что первая сторона, по меньшей мере, одного элемента Зеебека находится в контакте с областью внешней стороны входной трубы для текучей среды (6) теплопередачи полого излучающего тела (2).

4. Система управления по п. 3, отличающаяся тем, что область внешней стороны входной трубы расположена рядом с входным клапаном полого излучающего тела (2).

5. Система управления по п. 2, отличающаяся тем, что первая сторона, по меньшей мере, одного элемента Зеебека находится в контакте с корпусом, по меньшей мере, одного клапана, входящего в клапанное устройство.

6. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит серводвигатель (4) привода, соединенный с модулем (1) управления и с сервоклапаном (5), входящим в клапанное устройство для работы сервоклапана (5) в соответствии с командой модуля (1) управления.

7. Система управления по п. 6, отличающаяся тем, что модуль (1) управления выполнен с возможностью, посредством передачи соответствующего сигнала частичного закрывания в серводвигатель (4) привода, установки сервоклапана (5) в частично закрытое положение, в котором он остается и которое обеспечивает пропуск через него только минимального потока текучей среды (6) теплопередачи.

8. Система управления по п. 6, отличающаяся тем, что сервоклапан (5) выполнен с возможностью принимать частично закрытое положение, в котором обеспечивается пропуск через него только минимального потока текучей среды (6) теплопередачи, когда серводвигатель (4) привода принимает сигнал полного закрывания из модуля (1) управления.

9. Система управления по п. 8, отличающаяся тем, что сервоклапан (5) содержит элемент упора, который предотвращает его закрывание за пределы частично закрытого положения.

10. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит схему подъема напряжения, вход которой соединен с выходом, по меньшей мере, одного из термоэлектрических элементов (3) для повышения напряжения, от которого обеспечивается питание модуля (1) управления.

11. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, один элемент накопителя электроэнергии, выполненный с возможностью накопления электроэнергии, генерируемой, по меньшей мере, одним термоэлектрическим элементом (3).

12. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что ее применяют для управления нагревательными контурами, причем полое излучающее тело (2) представляет собой отопительный радиатор.

13. Система управления по п. 12, отличающаяся тем, что ее применяют в системе центрального отопления, причем система управления предусмотрена для управления циркуляцией текучей среды (6) теплопередачи, циркулирующей через несколько нагревателей, поддерживая минимальный поток.

14. Способ управления для теплового контура, в котором используется система управления, получающая питание, по меньшей мере, частично, от электроэнергии, генерируемой от тепловой энергии текучей среды теплопередачи, циркулирующей внутри теплового контура, отличающийся тем, что содержит: регулирование циркуляции текучей среды теплопередачи внутри теплового контура, с тем чтобы всегда поддерживать достаточный минимальный поток, для генерирования достаточной электроэнергии для постоянного обеспечения электропитания, по меньшей мере, части системы управления.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что его применяют для управления нагревательными контурами, сформированными, по меньшей мере, одним отопительным радиатором.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что его применяют для управления нагревательными контурами системы центрального отопления, и в котором управляют циркуляцией текучей среды теплопередачи, циркулирующей через несколько нагревателей системы центрального отопления, всегда поддерживая минимальный поток внутри их всех, для постоянного обеспечения электропитания, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одной системы управления.