Способ управления насосом с переменной подачей, установленным в нагревательной системе - RU2560309C1

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к области нагревательных систем, используемых, в частности, для производства горячей воды для бытового потребления или для обогрева зданий, многоквартирных домов или множества жилищных единиц, построенных в тесной близости один к другому.

Более конкретно, изобретение относится к способу управления насосом с переменной подачей, установленным в главном контуре, в котором протекает первая текучая субстанция, дающая возможность через теплообменник нагреваться второй текучей субстанции во вторичном контуре. Первичный контур, таким образом, содержит тепловой источник для обеспечения первой текучей субстанции калориями, которые через теплообменник передаются во вторую текучую субстанцию.

Уровень техники

Известны нагревательные системы, в которых насосы с переменной подачей управляются блоком управления в функции выходящей из теплообменника второй текучей субстанции.

Когда эта температура низкая, блок управления выдает насосу команды на увеличение его подачи, тем самым разрешая увеличение передачи калорий между первой текучей субстанцией и второй текучей субстанцией в теплообменнике.

Однако упомянутый способ управления насосом с переменной подачей может создать "эффект выброса", при котором насос многократно включается, а затем останавливается, вызывая высокое потребление энергии и возможный преждевременный износ насоса.

Аналогичным образом, такой способ вызывает значительные потери энергии в первичном контуре, поскольку температура первой текучей субстанции, протекающей в первичном контуре, должна постоянно повышаться в ответ на мгновенную потребность в энергии в теплообменнике.

Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы регулировать управление насосом с переменной подачей, принимая во внимание температуры обеих - первой и второй - текучих субстанций на соответствующих выходах теплообменника.

Другая задача состоит в том, чтобы уменьшить потери энергии, обусловленные первичным контуром.

Еще одна задача состоит в том, чтобы уменьшить закупорки теплообменника.

Наконец, еще одна задача состоит в том, чтобы сделать максимальную подачу насоса саморегулирующейся, независимо от реальных условий, в которых установлена нагревательная система.

Описание изобретения

Данное изобретение, таким образом, относится к способу управления насосом с переменной подачей, установленным в нагревательной системе, содержащей

- теплообменник, соединенный с двумя контурами текучих субстанций, в которой первая текучая субстанция, выходящая из первичного контура, передает тепловую энергию второй текучей субстанции, выходящей из вторичного контура, при этом упомянутый насос с переменной подачей позволяет изменять скорость тока первой текучей субстанции внутри теплообменника;

- возвратную петлю в первичном контуре, позволяющую первой текучей субстанции, достигающей входа теплообменника, смешиваться с частью первой текучей субстанции, выходящей из выхода теплообменника;

- первый температурный датчик S1, установленный на выходе теплообменника и измеряющий температуру Т1 второй текучей субстанции, выходящей из вторичного контура,

- второй температурный датчик S3, расположенный на выходе теплообменника и измеряющий температуру Т3 первой текучей субстанции, выходящей из первичного контура;

- блок управления, электрически подсоединенный к упомянутым первому и второму температурным датчикам S1, S3, при этом упомянутые датчики генерируют электрические сигналы в функции температур Т1 и Т3 и создают входные электрические сигналы блока управления, причем упомянутый блок управления может формировать на выходе команду для управления насосом с переменной подачей,

отличающийся тем, что команда управления насосом с переменной подачей сформирована в результате сравнения каждой из температур Т1 и Т3 соответственно - с пороговой величиной Tth1 и Tth3, а также тем, что

- когда упомянутые температуры Т1 и Т3 одновременно находятся ниже соответственно пороговых величин Tth1 и Tth3, номинальное напряжение командного сигнала управления увеличивается, с тем чтобы увеличить подачу насоса; и

- когда температуры Т1 и Т3 одновременно находятся выше соответственно пороговых величин Tth1 и Tth3, номинальное напряжение командного сигнала управления уменьшается, с тем чтобы уменьшить подачу насоса.

Другими словами, на выходах теплообменника измеряются температуры Т1 и Т3 первой и второй текучих субстанций, а температурные датчики S1 и S3 передают в блок управления электрический сигнал. Эти температуры Т1 и Т3 затем сравниваются с пороговыми величинами Tth1 и Tth3, с тем чтобы сформировать команду управления насосом.

Когда есть потребность в тепловой энергии и в первичном контуре и во вторичном контуре и поэтому когда температуры Т1 и Т3 одновременно опускаются ниже пороговых величин Tth1 и Tth3, тогда номинальное напряжение команды управления насосом увеличивается, тем самым повышая подачу насоса.

И наоборот, если температуры Т1 и Т3 одновременно становятся выше пороговых величин Tth1 и Tth3, это означает, что никакой потребности в тепловой передаче в теплообменнике нет и, следовательно, номинальное напряжение командного сигнала управления насосом уменьшается, чтобы уменьшить подачу насоса.

Предпочтительно, чтобы пороговая величина Tth1 могла быть функцией тепловой потребности пользователя вторичного контура.

Говоря другими словами, пороговая величина температуры Т1 второй текучей субстанции на выходе теплообменника определена как функция потребления, в котором задействована вторая текучая субстанция. Действительно, эта температура Tth1 не является одной и той же, если речь идет о бытовой горячей воде или о нагреве воды, которая, в частности, может использоваться в низкотемпературной нагревательной системе, такой как система подогрева пола или ей подобная.

На практике нагревательная система может содержать третий температурный датчик S2, установленный на входе теплообменника и измеряющий температуру Т2 второй текучей субстанции, выходящей из вторичного контура, при этом пороговая величина Tth3 есть функция температуры Т2 второй текучей субстанции.

Таким образом, блок управления генерирует команду управления, используя сигнал, приходящий от третьего температурного датчика S2, расположенного на входе теплообменника во вторичном контуре.

Кроме того, пороговая температура Tth3 постоянно подстраивается в зависимости от температуры Т2, измеренной температурным датчиком S2.

В соответствии с одним конкретным вариантом исполнения пороговая величина может быть равна сумме температуры Т2 и предопределенной величины Tperf как функции от характеристики упомянутого теплообменника.

Другими словами, чтобы определить пороговую температуру Tth3, мгновенная температура Т2 второй текучей субстанции суммируется с предопределенной величиной Tperf, которая может изменяться от одного теплообменника к другому в функции эффективности теплопередачи.

Предпочтительно, чтобы предопределенная величина Tperf могла быть между 5°С и 25°С, а более конкретно между 10°С и 20°С.

Чем хуже характеристики теплообменника, тем выше упомянутая предопределенная величина Tperf, и наоборот - чем лучше характеристики теплообменника, тем ниже упомянутая предопределенная величина Tperf.

На практике номинальное напряжение командного сигнала управления насосом может быть изменяемым между 0 и 10 вольтами.

В соответствии с другими альтернативами исполнения командный сигнал управления насосом может быть подан в виде тока, сила которого изменяется между 4 и 20 мА или может снова соответствовать сигналу такого типа, напряжение которого составляет 230 вольт (три точки).

В соответствии с одним конкретным вариантом исполнения напряжение командного сигнала управления насосом может быть функцией номинального напряжения по меньшей мере одного из двух сигналов, идущих из первого и второго температурных датчиков S1, S3.

Другими словами, блок управления может передавать непосредственно на насос сигнал, сгенерированный по меньшей мере одним из двух температурных датчиков S1, S3. Прежде чем передавать его на насос, к этому сигналу может быть применен коэффициент коррекции.

Во всех случаях командный сигнал управления насосом пропорционален номинальному напряжению по меньшей мере одного из двух сигналов, идущих из первого и второго температурных датчиков S1, S3.

Предпочтительно номинальное напряжение сигнала, выходящего из первого температурного датчика S1, может быть сравнено с номинальным напряжением сигнала, выходящего из второго температурного датчика S3, после чего номинальное напряжение командного сигнала управления насосом может быть сгенерировано как функция наименьшего номинального напряжения из этих двух сигналов, выходящих из первого и второго температурных датчиков S1, S3.

В этом случае блок управления используется для идентификации наименьшего номинального напряжения между сигналами, выходящими из первого и второго температурных датчиков S1, S3. Это наименьшее напряжение используется затем, чтобы сгенерировать номинальное напряжение командного сигнала управления насосом.

В соответствии с первым вариантом исполнения блок управления может управлять трехходовым вентилем, установленным в первичном контуре на входе теплообменника, причем этот трехходовой вентиль может смешивать первую текучую субстанцию, достигающую входа теплообменника, с частью первой текучей субстанции, выходящей из выхода теплообменника через возвратный контур.

Другими словами, возврат первой текучей субстанции через возвратный контур регулируется посредством трехходового вентиля. Скорость тока этой части первой текучей субстанции, возвращающейся на вход теплообменника, является при этом функцией состояния трехходового вентиля, управляемого блоком управления.

В этом случае номинальное напряжение командного сигнала управления трехходовым вентилем может являться функцией номинального напряжения сигнала, выходящего из первого температурного датчика S1.

Таким образом, блок управления, чтобы сгенерировать командный сигнал управления трехходовым вентилем, способен использовать непосредственно номинальное напряжение сигнала, выходящего из первого температурного датчика S1.

На практике нагревательная система может содержать четвертый температурный датчик S4, расположенный на входе теплообменника и измеряющий температуру Т4 первой текучей субстанции, выходящей из первичного контура, а номинальное напряжение командного сигнала для управления трехходовым вентилем может являться функцией номинального напряжения сигнала, выходящего из четвертого температурного датчика S4.

Другими словами, чтобы сгенерировать команду управления трехходовым вентилем, используется также сигнал, выходящий из четвертого температурного датчика S4, расположенного в первичном контуре на входе теплообменника.

В соответствии с одним конкретным вариантом исполнения номинальное напряжение сигнала, выходящего из первого температурного датчика S1, в таком случае может быть сравнено с номинальным напряжением сигнала, выходящего из четвертого температурного датчика S4, и тогда номинальное напряжение командного сигнала управления трехходовым вентилем может быть сгенерировано как функция наименьшего номинального напряжения двух сигналов, выходящих из первого и четвертого температурных датчиков S1, S4.

Таким образом, для того чтобы сгенерировать командный сигнал управления трехходовым вентилем, блок управления способен сравнивать номинальные напряжения сигналов, выходящих из первого и четвертого температурных датчиков S1, S4, и затем непосредственно использовать наименьшее идентифицированное напряжение.

Так же, как и ранее, может быть использован коэффициент коррекции, и, следовательно, напряжение командного сигнала управления трехходовым вентилем остается пропорциональным минимальному напряжению сигналов, поданных температурными датчиками S1, S4.

В соответствии со вторым вариантом исполнения блок управления может управлять двухходовым вентилем, установленным в первичном контуре после возвратного контура, причем этот двухходовой вентиль может перенаправлять первую текучую субстанцию, выходящую из выхода теплообменника, в направлении входа теплообменника через возвратный контур.

В этом случае блок управления управляет открыванием или закрыванием этого двухходового вентиля, так чтобы изменять количество текучей субстанции, протекающей по возвратному контуру.

В этом альтернативном варианте номинальное напряжение командного сигнала управления двухходовым вентилем может являться функцией номинального напряжения сигнала, выходящего из первого температурного датчика S1.

Таким образом, блок управления использует номинальное напряжение сигнала, выходящего из первого температурного датчика S1 непосредственно для того, чтобы сгенерировать команду управления двухходовым вентилем.

Предпочтительно нагревательная система может содержать четвертый температурный датчик S4, расположенный на входе теплообменника и измеряющий температуру Т4 первой текучей субстанции, выходящей из первичного контура, а номинальное напряжение командного сигнала управления двухходовым вентилем может являться функцией номинального напряжения сигнала, выходящего из четвертого температурного датчика S4.

Другими словами, для того чтобы сгенерировать команду управления двухходовым вентилем, производится также использование сигнала, выходящего из четвертого температурного датчика S4, установленного на входе теплообменника в первичном контуре.

В соответствии с одним конкретным вариантом исполнения номинальное напряжение сигнала, выходящего из первого температурного датчика S1, может быть сравнено с номинальным напряжением сигнала, выходящего из четвертого температурного датчика S4, и номинальное напряжение командного сигнала управления двухходовым вентилем может быть сгенерировано как функция наименьшего номинального напряжения двух сигналов, выходящих из первого и четвертого температурных датчиков S1, S4.

Таким образом, блок управления способен сравнивать номинальные напряжения сигналов, выходящих из первого и четвертого температурных датчиков S1, S4, и затем использует непосредственно наименьшее номинальное напряжение для того, чтобы сгенерировать команду управления двухходовым вентилем.

Так же, как и ранее, может быть использован коэффициент коррекции, и, следовательно, напряжение командного сигнала управления двухходовым вентилем пропорционально минимальному напряжению сигналов, поданных температурными датчиками S1, S4.

Краткое описание чертежей

Способ, посредством которого может быть реализовано настоящее изобретение, а также обусловленные преимущества, станут более понятными из описания нижеследующих неограничивающих вариантов исполнения, приведенных с информационными целями, подкрепленных иллюстрациями, в которых

- фиг. 1 схематично показывает первый альтернативный вариант нагревательной системы, содержащей насос с переменной подачей, управляемый способом в соответствии с настоящим изобретением;

- фиг. 2 схематично показывает второй альтернативный вариант нагревательной системы, содержащей насос с переменной подачей, управляемый способом в соответствии с настоящим изобретением;

Подробное описание изобретения

Как уже упоминалось, изобретение относится к способу управления насосом с переменной подачей, установленным в нагревательной системе.

Как показано на фиг. 1, нагревательная система 1 содержит теплообменник 3, в котором первая текучая субстанция передает свои калории во вторую текучую субстанцию. Первая текучая субстанция течет внутри первичного контура 4 и входит в теплообменник 3 на входе 7, а затем вновь выходит на выходе 8. Подобным же образом, вторая текучая субстанция течет во вторичном контуре 5 и входит в теплообменник 3 на входе 17, а затем вновь выходит на выходе 18.

Как показано, первичный контур 4 содержит также контур 6 возврата, разрешающий части первой текучей субстанции, выходящей из теплообменника, возвращаться в направлении входа 7 теплообменника. На входе 7 предусмотрен трехходовой вентиль теплообменника 3, который может быть использован, чтобы регулировать скорость тока первой текучей субстанции в контуре 6 возврата.

Кроме того, насос 2 с переменной подачей может быть использован для управления скоростью тока первой текучей субстанции внутри теплообменника 3.

Далее, блок 9 управления может быть использован для управления насосом 2 с переменной подачей и трехходовым вентилем 12. Чтобы делать это, блок 9 управления собирает информацию, поступающую от температурных датчиков, расположенных на входе и выходе теплообменника 3. Таким образом, упомянутая нагревательная система 1 содержит первый температурный датчик S1, расположенный на выходе теплообменника во вторичном контуре. Она содержит также второй температурный датчик S3, расположенный на выходе 8 теплообменника в первичном контуре 4.

Дополнительно, упомянутая нагревательная система 1 может содержать также третий температурный датчик S2, расположенный на входе 17 теплообменника во вторичном контуре 5. Аналогичным же образом, в другом альтернативном варианте настоящего изобретения система 1 может содержать четвертый температурный датчик S4, расположенный на входе 7 теплообменника в первичном контуре 4.

Как указывалось ранее, блок 9 управления определяет команду управления, подаваемую на насос 2 с переменной подачей, главным образом, как функцию сигналов исходящих из температурных датчиков S1 и S3. Когда упомянутая температура ниже пороговых величин Tth1 и Tth3, номинальное напряжение командного сигнала для управления насосом увеличивается для того, чтобы увеличить подачу насоса.

И наоборот, когда повышенные температуры Т1 и Т3 одновременно становятся выше, чем пороговые величины Tth1 и Tth3, блок 9 управления уменьшает номинальное напряжение командного сигнала для управления насосом 2 с переменной подачей, с тем чтобы уменьшить подачу насоса.

Предпочтительно номинальное напряжение командного сигнала управления насосом может быть создано непосредственно в результате сравнения сигналов, поступающих от первого и второго датчиков S1, S3, и использования того из них, который имеет наименьшее номинальное напряжение.

Аналогичным же образом номинальное напряжение командного сигнала управления трехходовым вентилем 12 может быть сформировано непосредственно в результате сравнения сигналов, поступающих от первого и четвертого датчиков S1, S4, и использования того из них, который имеет наименьшее номинальное напряжение.

Как показано на фиг. 2, и в соответствии с другим альтернативным вариантом нагревательная система 11 может содержать двухходовой вентиль 13, позволяющий заменить ранее показанный на фиг. 1 трехходовой вентиль. Действительно, упомянутый двухходовой вентиль 13 используется также, чтобы регулировать скорость тока первой текучей субстанции по контуру 6 возврата.

Из того, что было сказано выше, ясно, что способ управления насосом с переменной подачей в соответствии с настоящим изобретением имеет большое количество преимуществ и, в частности:

- он означает, что в насосе исключены "эффекты выбросов";

- он гарантирует оптимальный мгновенный теплообмен со второй текучей субстанцией;

- он означает, что уменьшены потери энергии, обусловленные первичным контуром;

- он означает, что в результате уменьшения температуры поступающей в теплообменник первой текучей субстанции может быть уменьшен эффект закупорки;

- он означает, что максимальная скорость тока первой текучей субстанции может быть автоматически и самоадаптивно саморегулироваться без необходимости "ручного" вмешательства или каких-либо дополнительных регулировок.

Реферат

Настоящее изобретение относится к области нагревательных систем. Способ управления насосом с переменной подачей, установленным в нагревательную систему, содержащую теплообменник, соединенный с двумя контурами текучих субстанций, при этом упомянутый насос с переменной подачей позволяет изменять скорость тока первой текучей субстанции внутри теплообменника; контур возврата в первичном контуре, позволяющий первой текучей субстанции, достигающей входа теплообменника, смешиваться с частью первой текучей субстанции, выходящей из выхода теплообменника; первый температурный датчик (S1), измеряющий температуру (Т1) второй текучей субстанции, выходящей из вторичного контура, второй температурный датчик (S3), измеряющий температуру (Т3) первой текучей субстанции, выходящей из первичного контура; и блок управления, электрически подсоединенный к упомянутым первому и второму температурным датчикам (S1, S3), при этом упомянутые датчики (S1, S3) генерируют электрические сигналы в функциях температур (Т1) и (Т3) и создают входные электрические сигналы блока управления. Это позволяет регулировать управление насосом с переменной подачей, принимая во внимание температуры обеих - первой и второй - текучих субстанций на соответствующих выходах теплообменника. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула