СПОСОБ КОМПЕНСАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ КОТЛОМ В СООТВЕТСТВИИ С НАРУЖНОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВНЕШНЕЙ СЕТИ Российский патент 2016 года по МПК F24H9/20 F24D19/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу управления котельной установкой в соответствии с температурой наружного воздуха, информация о которой поступает от внешней сети и, в частности, к способу компенсационного управления котлом в соответствии с температурой наружного воздуха с использованием внешней сети, которая получает информацию о температуре наружного воздуха от интеграционного сервера. При этом отсутствует необходимость в установке отдельного датчика температуры наружного воздуха за счет обеспечения системы, выполненной с возможностью осуществления связи между комнатным контроллером, на котором установлен беспроводной модуль связи, и интеграционным сервером, так, чтобы осуществлять компенсационное управление устанавливаемой температурой в соответствии с температурой наружного воздуха для управления количеством подаваемого тепла и предотвращения формирования сосулек на выпускной трубе, даже в том случае, если температура наружного воздуха ниже нуля.

Уровень техники

Системы обогрева Ондоль можно, в общем, подразделить на системы местного теплоснабжения, системы районного теплоснабжения и системы центрального теплоснабжения. Для получения идеального управления в системе обогрева Ондоль прирост тепла и потери тепла в здании должны быть равными. Процессы прироста тепла и уменьшения тепла являются динамическими процессами, которые постоянно изменяются в зависимости от температуры наружного воздуха, солнечного излучения, инфильтрации, внутреннего теплообразования и т.п., что приводит к необходимости управления количеством теплоты, подаваемой внутрь помещения.

Для систем местного теплоснабжения температура нагревающей воды задается путем установки различных сезонных критериев и для зимнего времени года составляет 60-80 градусов. Несмотря на то, что температура нагревающей воды задается с учетом сезонной температуры наружного воздуха, диапазон колебаний температуры наружного воздуха в одном и том же сезоне в расчет не принимается. Кроме того, не учитывается дневное и ночное время, южный или серверный район, параметры здания (реакция на температуру наружного воздуха) и т.п., что вызывает такие проблемы, как избыточный нагрев и потери энергии.

Для решения указанных проблем предложено техническое решение, описанное в патентном документе №10-1109648, раскрывающем устройство управления пульсирующим потоком, имеющим линию подачи, по которой подают горячую воду; трубопровод горячей воды, отводящий воду от линии подачи в каждую комнату так, что происходит теплообмен скрытой теплоты горячей воды с каждой комнатой; обратный водопровод, соединенный с каждым трубопроводом горячей воды, через который возвращают воду, участвовавшую в теплообмене; датчик температуры наружного воздуха, выполненный с возможностью измерения температуры наружного воздуха; контроллер, выдающий сигнал управления в соответствии с температурой наружного воздуха, полученной от датчика температуры наружного воздуха; клапан регулирования расхода, устанавливаемый на подающем водопроводе или на обратном водопроводе, принимающий управляющий сигнал от контроллера для управления потоком горячей воды, протекающей внутри трубы.

Вместе с тем, в обычной котельной системе воздух, поступающий снаружи через трубу приточной вентиляции, посредством нагнетающего вентилятора попадает в горелку вместе с топливом, а выхлопной газ, возникающий в результате сгорания в горелке, вступает в теплообмен с нагревающей водой, передаваемой из теплообменника посредством циркуляционного насоса, и затем выпускается из котла в атмосферу через выпускную трубу.

В указанном выхлопном газе содержится значительное количество влаги (H₂O), однако, поскольку температура выхлопного газа составляет обычно более 100 градусов, влага, содержащаяся в выхлопном газе, не конденсируется, а выходит через выпускную трубу в виде пара.

Однако, если температура наружного воздуха очень низка, как это бывает зимой, температура оконечной части выпускной трубы сильно понижена и, таким образом, температура выхлопного газа может опуститься ниже температуры конденсации (обычно до 40-55 градусов, температуры, при которой начинается конденсация водяного пара, содержащегося в выхлопном газе). В этом случае водяной пар конденсируется в оконечной части выпускной трубы.

В этом случае, зимой, когда температура наружного воздуха ниже нуля, пар, конденсированный в оконечной части выпускной трубы замерзает, образуя сосульки. Помимо того, что наличие таких сосулек является нежелательным с эстетической точки зрения, они представляют опасность для людей и материалов в случае их падения с верхнего этажа высокого здания.

Для решения указанной проблемы было предложено решение, описанное в корейском патенте No. 10-0805551, раскрывающем способ предотвращения конденсации в выпускной трубе котла, включающий в себя этапы работы котла, на которых осуществляют сгорание; определяют, является ли температура наружного воздуха, измеренная датчиком температуры наружного воздуха более низкой, чем заданная температура или нет; переключают трехходовой клапан в положение горячей воды, если измеренная температура наружного воздуха ниже заданной температуры; гасят горелку, если температура в трубе нагревающей воды достигает заданной температуры; управляют циркуляционным насосом и нагнетающим вентилятором так, чтобы осуществить теплообмен в главном теплообменнике, и выпускают горячий воздух через выпускную трубу.

Вышеупомянутые известные решения имеют недостаток, заключающийся в том, что оба из них требуют наличия отдельного датчика температуры наружного воздуха, закрепляемого на наружной стенке трубы подачи воздуха котла, и соединяемого с контроллером котла.

Известные источники информации

Патентные документы

Патентный документ 1: корейский патент No. 10-1109648

Патентный документ 2: корейский патент No. 10-0805551

Раскрытие изобретения

Задача изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение указанных проблем. Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ компенсационного управления котлом в соответствии с температурой наружного воздуха с использованием внешней сети, которая образует систему, в реальном времени, обеспечивающую данные о температуре наружного воздуха релевантной зоны, посредством хранения информации об адресе пользователя и информации о температуре наружного воздуха на интеграционном сервере, без наличия отдельного датчика температуры наружного воздуха.

Сущность изобретения

Для решения поставленной задачи настоящим изобретением предложен способ компенсационного управления котлом в соответствии с температурой наружного воздуха с использованием внешней сети, отличающийся тем, что он включает в себя следующие этапы: (а) регистрация комнатного контроллера, путем передачи уникального номера комнатного контроллера, в котором установлен модуль беспроводной связи, на интеграционном сервере через беспроводной маршрутизатор, идентификация уникального номера на интеграционном сервере и затем сохранение уникального номера в базе данных; (b) обращение пользователя или настройщика к интеграционному серверу посредством терминала для ввода информации местонахождения, соответствующей уникальному номеру комнатного контроллера, в указанную базу данных; (с) поиск посредством интеграционного сервера информации о температуре наружного воздуха в зоне установки комнатного контроллера и передача информации о температуре наружного воздуха в комнатный контроллер; и (d) передача информации о температуре наружного воздуха, полученной от комнатного контроллера на контроллер котла с осуществлением компенсационного управления котлом в соответствии с температурой наружного воздуха.

Предпочтительно, способ дополнительно включает в себя этап идентификации информации местонахождения комнатного контроллера на интеграционном сервере с использование IP-адреса беспроводного маршрутизатора и сохранения информации местонахождения комнатного контроллера в указанной базе данных.

В соответствии с одним из вариантов осуществления, компенсационное управление котлом в соответствии и температурой наружного воздуха на этапе d) может в первую очередь включать в себя управление расходом подаваемой горячей воды посредством регулирования степени открытия клапана регулирования расхода в соответствии с изменением температуры наружного воздуха.

Во-вторых, температурой подаваемой нагреваемой воды могут управлять в зависимости от изменения температуры окружающего воздуха с использованием переменного значения константы- коэффициента К, которое находится в соответствии с заданной температурой наружного воздуха.

В-третьих, могут переключать трехходовой клапан в положение горячей воды, когда температура наружного воздуха падает ниже нуля, так, что расширительный бак может сохранять тепловую энергию с предотвращением замерзания выпускной трубы.

Преимущества изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, отсутствует необходимость в установке отдельного датчика температуры наружного воздуха, поскольку каждый котел получает информацию о температуре наружного воздуха релевантной зоны от интеграционного сервера посредством информации об IP-адресе или адресной информации, введенной пользователем.

Кроме того, появляется возможность активного управления в соответствии с изменением температуры наружного воздуха так, чтобы предотвратить перегревание или потери энергии и всегда осуществлять идеальное нагревание. Также, изобретение позволяет предотвратить образование сосулек на выпускной трубе, даже если температура ниже нуля, и, следовательно, избежать повреждение людей или материалов упавшими сосульками.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая полную конфигурацию системы согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 схематически показана структура устройства управления циркулирующим потоком в соответствии с температурой наружного воздуха в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На фиг. 3 схематически показана структура выпускного канала для предотвращения конденсации на выпускной трубе в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На фиг. 4 показан график, иллюстрирующий зависимость между заданной температурой подаваемой нагревающей воды и температурой наружного воздуха при изменении значения коэффициента К в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Для полного понимания сущности настоящего изобретения, ниже со ссылками на приложенные чертежи описан примерный вариант его осуществления. Указанный вариант осуществления предусматривает возможность различных модификаций и не ограничивает объем изобретения. Нижеследующий вариант осуществления приведен для того, чтобы представить специалистам более подробное описание изобретения. Следовательно, для большей наглядности, на чертежах, элементы могут быть представлены в увеличенном виде. Идентичные или соответствующие друг другу элементы на каждом чертеже обозначены одними и теми же номерами позиций. Кроме того, опущено описание известных функций или конструкций, которое могло бы затруднить понимание изобретения.

Далее со ссылками на приложенные чертежи описан примерный вариант осуществления изобретения.

Способ компенсационного управления котлом в соответствии с температурой наружного воздуха с использованием внешней сети согласно настоящему изобретению, делится по существу на следующие этапы:

(a) регистрация комнатного контроллера (110) на интеграционном сервере (130);

(b) передача информации о температуре наружного воздуха от интеграционного сервера комнатному контроллеру (110);

(c) осуществление компенсационного управления котлом (100) в соответствии с температурой наружного воздуха с использованием информации о температуре наружного воздуха, полученной от комнатного контроллера (110).

На этапе регистрации комнатного контроллера (110) на интеграционном сервере, как показано на фиг. 1, комнатный контроллер, установленный в доме, оснащают модулем (111) беспроводной связи для обеспечения возможности беспроводной связи, и вводят уникальный номер для каждого продукта.

Таким образом, при соединении комнатного контроллера (110) с беспроводным маршрутизатором (120), установленным в доме, указанный уникальный номер передается по беспроводной связи, беспроводной маршрутизатор получает указанный уникальный номер и передает его снова на интеграционный сервер (130).

Интеграционный сервер (130) содержит сервер (131) идентификации и базу данных (135) для выполнения этапа идентификации, на котором анализируют полученный уникальный номер и определяют, является ли он корректным, а после завершения идентификации сохраняют уникальный номер в базе данных (135).

Для осуществления этапа передачи информации о температуре наружного воздуха от интеграционного сервера (130) комнатному контроллеру (110) могут использовать два способа.

Первый способ предусматривает участие пользователя или установщика, вводящего адресную информацию, при этом для доступа к интеграционному серверу пользователь или установщик использует терминал (140), такой как смартфон, персональный компьютер или переносной компьютер, для ввода уникального номера, а затем вводит адресную информацию о зоне, в которой установлен комнатный контроллер (110). Адресная информация сохраняется в базе данных (135) вместе с уникальным номером. После этого, если в комнатном контроллере (110) предусмотрена функция компенсационного управления в соответствии с температурой наружного воздуха, производится поиск адресной информации и уникального номера комнатного контроллера (110) в служебном сервере (132), который в реальном времени ищет и обновляет данные о температуре наружного воздуха каждой зоны на всей территории страны, чтобы в реальном времени передать информацию о температуре наружного воздуха релевантной зоны в комнатный контроллер (110) в назначенное время.

В соответствии со вторым способом пользователь не вводит адресную информацию, при этом интеграционный сервер (130) извлекает IP-адрес (айпи-адрес, сокращение от англ. Internet Protocol Address) беспроводного маршрутизатора (120), осуществившего беспроводную связь с комнатным контроллером (110), для примерной идентификации зоны доступа с использованием Сетевого информационного центра Кореи (krnic: http://), и т.п., и сохраняет релевантную информацию местоположения в базе данных (135). Последующий процесс передачи информации о температуре наружного воздуха в комнатный контроллер (100) идентичен вышеописанному.

Комнатный контроллер (110), получивший информацию о температуре наружного воздуха на предыдущем этапе, передает информацию о температуре наружного воздуха на контроллер (101) котла (100) путем проводной связи, например, с применением стандарта RS485, для выполнения компенсационного управления в соответствии с температурой наружного воздуха.

С другой стороны, хотя комнатный контроллер (110) описан выше как необходимый элемент в ходе процесса передачи информации о температуре наружного воздуха от интеграционного сервера (130) на контроллер (101), понятие «комнатный контроллер» охватывает все устройства, такие как панельная часть, соединенная с котлом, которые могут передавать и принимать информацию о температуре наружного воздуха способом аналогичным описанному выше.

Из уровня техники известны различные варианты осуществления компенсационного управления в соответствии с температурой наружного воздуха. Ниже описаны варианты осуществления способа управления, позволяющего увеличить эффективность энергоиспользования путем управления количеством тепла, подаваемого в соответствии с температурой наружного воздуха и способа управления, позволяющего предотвратить образование сосулек на выпускной трубе, когда температура наружного воздуха ниже нуля.

Прежде всего, возможно применение обоих способов: способа управления расходом и способа управления температурой подачи нагревающей воды для управления количеством тепла, подаваемого в соответствии с температурой наружного воздуха.

Как показано на фиг. 2, устройство управления циркулирующим потоком в соответствии с температурой наружного воздуха включает в себя подающий трубопровод (210), распределительный коллектор (220) горячей воды, трубопровод (230) горячей воды, возвратный коллектор (240) горячей воды, возвратный трубопровод (250) и клапан (260) регулирования расхода.

Трубопровод (230) горячей воды отходит от коллектора (220) горячей воды так, что его ответвления входят в каждую комнату, при этом скрытая теплота горячей воды вступает в теплообмен с каждой комнатой. Горячая вода вступает в теплообмен с полом, когда она протекает по трубопроводу (230) горячей воды, нагревая таким образом пол. Затем горячая вода охлаждается и возвращается через возвратный коллектор (240) горячей воды.

Контроллер (101) получает информацию о температуре наружного воздуха от комнатного контроллера (110) и управляет клапаном (260) регулирования расхода, подавая управляющий сигнал в соответствии с температурой наружного воздуха.

Клапан (260) регулирования расхода установлен на подающем трубопроводе (210) или возвратном трубопроводе (250) и управляет расходом горячей воды, протекающей в подающем трубопроводе (210) или возвратном трубопроводе (250) после получения управляющего сигнала от контроллера (101).

То есть, при повышении температуры наружного воздуха контроллер (101) управляет клапаном (260) регулирования расхода так, чтобы уменьшить расход горячей воды. Однако, поскольку расход подаваемой воды низок, скорость подачи горячей воды уменьшается, что приводит к более чем достаточному времени для осуществления теплообмена и таким образом к повышению эффективности энергоиспользования. С другой стороны, согласно способу управления температурой подаваемой нагревающей воды в соответствии с температурой наружного воздуха, управление нагревом осуществляется контроллером (101), принимающим информацию о температуре наружного воздуха от комнатного контроллера (110) и определяющего температуру подаваемой нагреваемой воды в соответствии с изменяемой константой (коэффициентом К), которая соответствует предварительно заданной температуре наружного воздуха. Здесь максимальная определяемая температура подаваемой нагревающей воды ограничена 80-ю градусами и работа котла останавливается, если она опускается ниже 30 градусов. Таким образом, в отличие от традиционных способов пропорционального регулирования, предложенный способ предоставляет возможность уменьшить расход энергии на ненужное нагревание.

На фиг. 4 показан традиционно используемый график, иллюстрирующий взаимосвязь между заданной температурой подаваемой нагревающей воды и температурой наружного воздуха в соответствии с коэффициентом К. При этом начальное значение коэффициента К равно 1 и этот коэффициент является величиной, вычисляемой путем применения компенсирующей ставки в соответствии с температурой наружного воздуха, но может быть изменен установщиком или пользователем.

Далее со ссылкой на фиг. 3 описан способ для предотвращения образования сосулек на выпускной трубе котла.

В ходе работы котла происходит процесс горения. Когда температура наружного воздуха, данные о которой поступают от комнатного контроллера (110), достигает нуля, температуры, при которой может замерзнуть оконечная часть выпускной трубы (360), контроллер (101) переключает трехходовой клапан (390) в положение горячей воды, чтобы направить поток нагревающей воды в сторону теплообменника (380) горячей воды, перекрывая поток нагревающей воды в сторону трубопровода (310) нагревающей воды, в котором происходит теплообмен с полом. В этом случае, обычно продолжается горение, возникающее в горелке (330).

В рассматриваемом примере нагревающая вода циркулирует, посредством циркуляционного насоса (350), по замкнутому контуру, включающему в себя циркуляционный насос (350), основной теплообменник (340), трехходовой клапан (390), теплообменник (380) горячей воды и расширительный бак (370). Предпочтительно, чтобы схема потока была такова, чтобы нагревающая вода проходила через расширительный бак (370).

Обычно, расширительный бак (370) может хранить около 4-8 л нагревающей воды и при возникновении горения, когда трехходовой клапан (390) переключен в положение горячей воды, нагревающая вода, циркулирующая по замкнутому контуру, нагревается, тем самым расширительный бак (370) выполняет функцию сохранения тепловой энергии, которая может предотвратить замерзание оконечной части выпускной трубы (360).

Температура нагревающей воды, протекающей внутри трубы, определяется посредством датчика измерения температуры нагревающей воды (на чертеже не показан) и контроллер (101) определяет, достигла ли измеренная температура нагревающей воды предварительно заданного значения. Если указанная температура достигла этого значения, контроллер расценивает ее как температуру, при которой не будет происходить замерзание оконечной части выпускной трубы (360), и запускает процесс гашения.

Предпочтительно, чтобы заданная температура нагревающей воды, при которой выполняется гашение горелки (330), была равна максимальной температуре, которой может достичь нагревающая вода, циркулирующая по замкнутому контуру, включающему в себя расширительный бак (370), при трехходовом клапане (390), переключенном в положение горячей воды. Обычно температуру нагревающей воды внутри трубы можно повышать до 80-85 градусов, однако, максимальная температура может быть определена экспериментальным путем, если задана схема потока, по которой циркулирует нагревающая вода.

Во время горения работают циркуляционный насос (350) и нагнетающий вентилятор (320) и воздух, переносимый нагнетающим вентилятором (320), нагревается путем теплообмена с нагревающей водой, нагреваемой в основном теплообменнике (340) в ходе вышеописанного процесса. Этот воздух предотвращает замерзание оконечной части выпускной трубы (360), контактируя с паром или каплями конденсированной воды на оконечной части выпускной трубы (360), когда он выходит наружу через выпускную трубу (360).

Описанный выше вариант осуществления способа компенсационного управления котлом в соответствии с температурой наружного воздуха с использованием внешней сети согласно настоящему изобретению приведен только в качестве иллюстрирующего примера. Специалисту понятно, что возможны различные модификации и другие схожие варианты осуществления, которые могут быть выполнены на основе описания. Таким образом, очевидно, что изобретение не ограничено описанным вариантом осуществления. Соответственно, объем охраны, предоставляемый изобретением, определяется приложенной формулой изобретения. Также, понятно, что возможны разные модификации, эквиваленты и замены элементов без отклонения от объема и сущности изобретения, раскрытого в приложенной формуле.

Перечень номеров позиций

100 - котел

101 - контроллер

110 - комнатный контроллер

111 - модуль беспроводной связи

120 - беспроводной маршрутизатор

130 - интеграционный сервер

131 - сервер идентификации

132 - служебный сервер

135 - база данных

140 - терминал

151 - прямоточная вода

152 - горячая вода

Изобретение относится к способу компенсационного управления температурой нагрева в соответствии с температурой наружного воздуха, в котором данные о температуре поступают от интеграционного сервера без необходимости установки отдельного датчика температуры наружного воздуха. Способ управления с использованием внешней сети включает в себя следующие этапы, регистрацию комнатного контроллера на интеграционном сервере путем передачи уникального номера комнатного контроллера, в котором установлен модуль беспроводной связи, посредством беспроводного маршрутизатора; идентификацию уникального номера на интеграционном сервере и сохранение уникального номера в базе данных; обращение пользователя к интеграционному серверу посредством терминала для ввода информации местонахождения, соответствующей уникальному номеру комнатного контроллера, в указанную базу данных; поиск посредством интеграционного сервера информации о температуре наружного воздуха в зоне установки комнатного контроллера и передача информации о температуре наружного воздуха в комнатный контроллер; передачу информации о температуре наружного воздуха, полученной от комнатного контроллера, на контроллер котла с осуществлением компенсационного управления котлом в соответствии с температурой наружного воздуха. В соответствии с изобретением отсутствует необходимость в установке отдельного датчика температуры наружного воздуха, поскольку каждый котел получает информацию о температуре наружного воздуха релевантной зоны от интеграционного сервера посредством информации об IP-адресе или адресной информации, введенной пользователем, при этом изобретение позволяет предотвратить образование сосулек на выпускной трубе при наружной температуре ниже нуля. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ компенсационного управления котлом в соответствии с температурой наружного воздуха с использованием внешней сети, включающий в себя следующие этапы:
(a) регистрация комнатного контроллера на интеграционном сервере путем передачи уникального номера комнатного контроллера, в котором установлен модуль беспроводной связи, посредством беспроводного маршрутизатора, идентификация уникального номера на интеграционном сервере и затем сохранение уникального номера в базе данных;
(b) обращение пользователя или настройщика к интеграционному серверу посредством терминала для ввода информации местонахождения, соответствующей уникальному номеру комнатного контроллера, в указанную базу данных;
(c) поиск посредством интеграционного сервера информации о температуре наружного воздуха в зоне установки комнатного контроллера и передача информации о температуре наружного воздуха в комнатный контроллер; и
(d) передача информации о температуре наружного воздуха, полученной от комнатного контроллера, на контроллер котла с осуществлением компенсационного управления котлом в соответствии с температурой наружного воздуха.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя этап идентификации информации местонахождения комнатного контроллера на интеграционном сервере с использованием IP-адреса беспроводного маршрутизатора и сохранения информации местонахождения комнатного контроллера в указанной базе данных.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором компенсационное управление котлом осуществляют путем управления расходом подаваемой горячей воды посредством регулирования степени открытия клапана регулирования расхода в соответствии с изменением температуры наружного воздуха.

4. Способ по п. 1 или 2, в котором компенсационное управление котлом осуществляют путем управления температурой подаваемой нагревающей воды в соответствии с изменением температуры наружного воздуха с использованием изменяемого значения константы - коэффициента К, которое соответствует заданной температуре наружного воздуха.

5. Способ по п. 1 или 2, в котором компенсационное управление котлом предусматривает переключение трехходового клапана в положение горячей воды, когда температура наружного воздуха опускается ниже нуля, так, что расширительный бак может сохранять тепловую энергию, предотвращая замерзание выпускной трубы.