優化熱量傳遞的泵的控制的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于控制用于將流體(F)饋送到加熱系統(1000)中的泵的方法。加熱系統具有熱流體罐(HFT)，該熱流體罐(HFT)接收來自關聯的流體容器線路(5)的具有引入流體質量流率(dmcw/dt)的流體。泵(P)接收來自線路的流體，并且以質量流率(dmc/dt)泵送所接收的流體。熱量交換單元(HX)從介質(R)向流體(F)傳遞熱量(Q)。響應于表示傳遞的熱量(Q)的該信息，通過控制泵(P1)最大化傳遞的熱量(Q)，當最大化傳遞的熱量時，由泵遞送的流體質量流率借此具有作為引入流體質量流率(dmcw/dt)的函數的最小值。本發明提供被顯著改進的到流體的熱量傳遞以及用于泵的電力節省。本發明還涉及加熱系統，例如熱泵系統。
【專利說明】
優化熱量傳遞的累的控制
技術領域
[0001] 本發明設及用于對用于將流體(例如城市用水)饋送到加熱系統中的累進行控制 W便于優化在熱量交換器中的熱量傳遞的方法。本發明還設及對應的加熱系統。
【背景技術】
[0002] 在許多設施中，例如在家庭、工作場所、工廠中，需要提供加熱的水。在大型設施 中，通常有利的是使用熱累，其產生冷水和熱水W用于在例如酒店中的HVAC系統。運是為了 取代在安裝鍋爐的建筑中的鍋爐，或者至少節省化石燃料。
[0003] 特別的問題是，在例如酒店中對熱水的需求在一天期間變化很大。參見本申請的 示例圖1，其中示出在24小時期間大型設施的典型的熱水消耗概況。
[0004] 為了滿足熱水需求，已知具有=個互連的熱交換器的熱累系統。他們被稱為"立葉 Uri-Iobe)"熱累，其被設計為優化用于熱累系統的性能系數。運樣的=葉熱累系統在例如 德國實用新型DE 20 2005 013 499中示出，其中用于熱累的制冷循環包括蒸發器和膨脹 閥、壓縮機，W及布置在其中并且形成部分冷卻回路或線路的=個電容器或冷凝器。
[0005] 盡管在設計基于=葉的熱累系統時仔細地考慮，然而在實踐中難W在滿足由比照 圖1的典型的不規律需求循環所表示的需求的同時，維持對于整個熱累系統的高性能系數 (COP)來節省能量。
[0006] 國際專利申請WO 93/07424(授予己特.艾格蒙特化gmont Bartl))公開了用于從 廢水回收熱量的設備。廢水流經還連接到熱水罐的熱量交換器。分別測量并應用廢水的進 口和加熱的水的出口之間溫度的差，W及廢水的出口和待加熱的水的進口之間的溫度的 差，W用于通過改變在熱量交換器的初級和次級側上的對應的供應累來優化熱量交換，W 便于將溫度差異保持在相等的水平。然而，由本發明人執行的仿真示出WO 93/07424的應用 的控制算法導致次優的熱量交換W及對應的低COP。
[0007] 因此，用于對用于將流體(例如城市用水)饋送到加熱系統中的累進行控制的改進 的方法將會是有利的，并且特別地更有效和/或可靠的方法將會是有利的。
【發明內容】
[000引本發明的進一步的目的是提供對現有技術的替代。
[0009] 特別地，可視為本發明的目的的是，提供用于對用于將流體(例如城市用水)饋送 到加熱系統中的累進行控制的方法，其在對于加熱的流體的不規律需求下解決上面提及的 現有技術的問題，且具有加熱系統的最佳性能。
[0010] 因此，通過提供用于對用于將流體饋送到加熱系統中的累進行控制的方法，在本 發明的第一方面中旨在獲得上述目的和一些其它目的，所述加熱系統包括：
[0011] 熱流體罐化FT)，所述熱流體罐接收來自關聯的流體容器線路的具有引入流體質 量流率(血?/化）的流體，
[0012] 累，所述累還接收來自所述流體容器線路的流體，并且W可變的質量流率(dm。/ dt)累送所接收的流體，所述累和所述熱流體罐接收來自在所述關聯的流體容器線路上的 共用結合點的流體，W及
[0013] 熱量交換單元，所述熱量交換單元接收來自所述關聯的流體容器線路的由所述累 驅動的流體，并且從介質到所述流體傳遞熱量，
[0014] 所述方法包括提供表示在所述熱量交換單元中的到所述流體的傳遞的熱量的信 息，
[0015] 所述方法的特征在于，響應于表示到所述流體的所述傳遞的熱量的所述信息，至 少在引入流體質量流率(dmcw/dt)的有限間隔內，通過控制所述累來最大化所述傳遞的熱 量，當在所述有限的間隔中最大化所述傳遞的熱量時，由所述累遞送的所述流體質量流率 (血c/化)借此具有作為引入流體質量流率(血cw/化）的函數的最小值。
[0016] 本發明特別地但不排他地有利于獲得在熱量交換器或熱量交換單元中的熱量傳 遞的顯著和印象深刻的改進，特別是例如熱累系統的性能系數(COP)在一些典型情況中改 進了大致8%。通過改變由累遞送的質量流率，可W控制是否將流體(水)從熱流體罐帶到熱 量交換單元中。困境是累的流量是否應當增加 W具有比引入流體(例如城市用水)更大的流 量，并且因此混合來自熱流體罐中的流體?可替代地，應當降低流量使只有來自流體容器線 路的流體進入熱量交換單元(其通常是更冷)但具有很低的流量的風險嗎?本發明提供對該 困境的解決方案。從本質上，運取決于在給定時刻什么對于熱量交換單元是最重要的。如果 由累累送的流體的溫度是更重要的，則降低流量，而如果來自累的流量是更重要的，則增加 流量。不是在恒定流量運行，累可匹配引入流體流量(例如城市用水流量巧Ij其最好的能力； 然而優選地從不低于一定流量。
[0017] 迄今為止，現有技術系統通常已經具有通過熱量交換器的流量和溫度的次優組 合。運導致在熱量交換器中的減小的熱量傳遞率，并且因此導致在熱量交換器中的制冷劑 的更高的冷凝溫度和/或較少的子冷卻，運進而導致減小的COP。選擇最優的流量并非是無 關緊要的，因為流量和溫度互相依賴并且均影響熱量交換器的熱量傳遞率，但本發明提供 相比現有技術的累的有利控制。比照特別是圖7和8W及對應的描述，運將在下面更具體地 證實。
[0018] 應當注意，除了對熱累的COP的改進，本發明具有進一步的優點，即導致對于由于 在一定條件下的減小的流量而引起的將流量供應給熱量交換單元的累的相當顯著的能量 節省。在一些情況中，由發明人執行的仿真已經表示累的能量消耗的高達顯著的90%的減 少。
[0019] 由累遞送的流體質量流率的最小值可被解釋為在點上具有零導數的數學最小值， 盡管用于實際的目的，最小值可具有某些相當有限的延伸。
[0020] 術語(熱量傳遞的）"最大化的"或"最大化"W廣泛地方式被理解和解釋。因此，當 在實際中采用加熱系統工作時，眾所周知的是，不能期望運樣的系統在任何時候都在理想 的最大化條件，而是應理解，當實施本發明時，將存在朝向傳遞的熱量的最大值運樣的不斷 努力。在一個特定情況中，最大化可被解釋為作為相對于熱量傳遞的最高值的優化而被解 釋。在另一個特定情況中，術語"最大化"可被解釋為最大化的特別的數學意義，即找到特定 的數學函數(即傳遞的熱量的函數和模型）的最大值，如將在下面說明。
[0021] 在本發明的內容中，術語"加熱系統"將被廣泛地解釋為能夠經由熱量交換單元直 接或間接地加熱流體并且儲存流體的系統。加熱系統包括但不限于熱累系統、冷凝鍋爐加 熱系統、基于太陽能的加熱系統等。加熱的流體可儲存在熱流體罐中，該熱流體罐可W是一 個或超過一個的液體儲存實體，可替代地，用于儲存加熱的流體的類似容器的系統可應用 于本發明的內容中。
[0022] 在本發明的內容中，術語"熱累系統"或簡稱"熱累"將被廣泛地解釋為運樣一種系 統，在運種系統中，熱量從熱量源對抗溫度梯度傳遞到散熱器，即對抗自發的熱流。為實現 該低賭能量，應用例如機械工作，通常是制冷劑的壓縮。特別地，可使用熱累系統用于冷卻/ 制冷和加熱的目的。熱累系統可例如應用于用于家庭應用或者在冷卻系統(例如空調系統） 或者運樣的系統的組合(例如HVAC(加熱、通風和空調）系統）的水的加熱。
[0023] 在本發明的內容中，術語"熱量交換單元"或簡稱"熱交換器"將被廣泛地解釋為運 樣一種單元，在運種單元中，執行從一種介質到另一種介質的熱量傳遞，例如從制冷劑(熱 累的工作介質）到目標介質（例如在用于清洗、洗澡、清潔等的家庭應用中使用的水）。熱量 交換單元通常具有固體壁，該固體壁用作雙重的目的，即阻止一種介質與另一種的混合，W 及促進從一種介質與另一種介質的熱傳遞。取決于應用，熱量交換單元可具有例如具有卷 曲的相鄰的流體線路的緊湊設計。
[0024] 在本發明的內容中，術語"制冷劑"將被廣泛地解釋為在熱累系統的循環過程中使 用的物質，制冷劑能夠執行在液體和蒸汽狀態之間的可逆相變。制冷劑的熱力學屬性應當 優選地包括如下屬性中的一個或多個:相對于目標溫度適當地選擇的沸點、汽化的高熱、液 體形式的適中密度、氣態形式的相對高的密度，W及有時的高臨界溫度。沸點和氣體密度直 接依賴于壓力，因此通過改變操作壓力，制冷劑的屬性可被制成為更適合于特定的應用。審U 冷劑的理想的屬性也是無腐蝕性或惰性的、不可燃的W及環境友好的。制冷劑有時被稱為 或者相當于取決于應用的冷卻介質或加熱介質。
[0025] 在本發明的內容中，應理解，可W W幾種方式改變并且控制由累遞送的輸出，如在 累技術領域的技術人員將容易理解的。因此，當指"質量流率"時，將W廣泛的方式解釋，并 且緊密地設及與累相關聯的其它類似的操作參數，例如流體的壓力差，或者從累輸出的流 率等。特別地離屯、累的旋轉速度通常可應用于改變來自累的流體的輸出的質量流率，如在 累技術領域的技術人員將理解的。
[0026] 更一般地，可通過W下非限制性手段控制通過累的質量流率:控制離屯、累的葉輪 的旋轉速度，控制在累的進口和/或出口處放置的節流閥的狀態，控制累的出口擴散器的幾 何形狀，W及控制離屯、累的葉輪的葉片的幾何形狀。另外，離屯、累可包括數個級，每個級包 括一個或多個單獨的葉輪，并且可通過內或外禪接一個或多個運樣的葉輪來控制通過運樣 的累的質量流。運些手段均可彼此組合。
[0027] 一旦本發明的一般教導和原理是理解的，本發明不限于如在累技術領域的技術人 員將理解的任何特定種類的累。具體地，可應用離屯、累，葉輪的旋轉速度U是用于運樣的累 的適合的操作參數。
[0028] 在本發明的內容中，"流體容器線路"的概念將被廣泛地解釋為在正常操作條件期 間有效地具有比熱流體罐更大容量的流體源。因此，用于實際的目的，流體容器線路可被當 作無限大的流體源。一個特定的非限制性示例可W是由城市或城鎮的供水系統提供的城市 用水線路或市政用水線路。通過由根據本發明的方法限定的術語"流量容器線路"前面的術 語"關聯的"，旨在強調流體容器線路不形成加熱系統的部分，但實體處于彼此流量連接中。
[0029] 在本發明的內容中，超過一個的流體容器線路(例如城市用水線路)可連接到加熱 系統。在一個示例中，流體線路的至少兩個源連接到加熱系統。
[0030] 熱累系統的性能系數(COP或有時CP)的概念一般被限定為加熱或冷卻的比率，其 經由借此所消耗的機械能來提供，如在熱力學領域中的技術人員將熟悉的。注意，通常針對 整個熱累系統而不是針對部分熱累系統計算系數。理論概念和表達是可用的，其可容易地 被實施W用于特定的熱累系統。在實際中，人時常具有系統部分的特定的目標溫度(或溫度 的范圍），對于特定的系統和操作參數，校準或計算該特定的目標溫度(或溫度的范圍）W產 生最佳的COP。因此，通過測量運樣的溫度可獲得當前COP的操作的測量。如在熱累技術領域 內的技術人員將理解的，與COP相關的其它操作的參數可應用于本發明的內容中。
[0031] 在一個有利的實施例中，通過將累操作在可由累遞送的流體質量流率的最大值 (dmc/dt，max)處，熱量傳遞也可在所述有限間隔W外被最大化，本發明借此有益于經歷更 大范圍的最佳熱量傳遞。可被提及的是，可由累遞送的流體質量流率的最大值（d m。/ d t， max)可由累本身來約束，W及/或者由在最大值上設定有效限制的外部參數來約束。
[0032] 在另一個有利的實施例中，控制累在所述熱量傳遞的最大值處一一在所述間隔的 較低端處--可導致作為引入流體質量流率(dmcw/化)的函數的質量流率(dmc/dt)減小，并 且所得的質量流率大于引入流體質量流率，借此導致從熱流體罐通過所述共用結合點的加 熱的流體的回流，運導致在所述間隔的該特定的部分處的改進的熱量傳遞。
[0033] 在又另一個有利的實施例中，控制所述累在所述熱量傳遞的最大值處一一在所述 間隔的較高端一一導致作為引入流質量流率(dmcwMt)的函數的增加的質量流率(dmcMt)， 其產生在所述間隔的該其它特定部分處的改進的熱量傳遞。優選地，運可導致與引入流體 質量流率(dm?/化)基本上相同的增加的質量流率(dm。/化）。
[0034] 在一個特定的實施例中，基于來自在所述熱量交換單元的初級側W及/或者在次 級側的熱量交換單元的進口和/或出口處的至少兩個溫度傳感器的輸入，可執行提供表示 在熱量交換器中的到流體的傳遞的熱量的信息，運可提供方便地取得傳遞的熱量的測量。
[0035] 在另一個特定的實施例中，基于來自在熱流體罐的進口處和/或在熱流體罐內的 一個或多個溫度傳感器的輸入，可執行提供表示在熱量交換器中的到流體的傳遞的熱量的 信息，運可提供加熱的流體的直接測量，并且用于在進口處的溫度傳感器的測量流量的可 能的間接方式。
[0036] 在又另一個特定實施例中，基于來自優選地用于測量所述流體容器線路中的引入 流體質量流率(dnkw/d t) W及/或者通過熱量交換單元的初級側的介質質量流率(dmh/dt)的 一個或多個流量計的輸入，執行提供表示在熱量交換器中的到流體的傳遞的熱量的信息， 流量計具有可獲得在加熱系統中的流量的直接和即時知識的優點。在一個實施例中，通過 利用關于累的特性W及用于操作累的一個或多個應用的控制參數，累被用作間接流量計， 因此利用累兩次。
[0037] 在優選的實施例中，基于來自與加熱系統的電力消耗相關的一個或多個參數的輸 入，優選地壓縮在熱累系統中的制冷劑的壓縮機的電力消耗，可執行提供表示在熱量交換 器中的到流體的傳遞的熱量的信息，但也可開發其它電力消耗裝置W用于該目的。
[0038] 在特定的實施例中，通過求解累的質量流率dmc/dt，在前饋控制機制中可有利地 執行傳遞的熱量(Q)的最大化；
[0039 ] Q = f(Tcw,Tt,Th,血c/dt, (!皿/dt,血 cw/dt, U, A, cpc, cph)
[0040] 其中；
[0041] Tcw是引入流體的估計的或測量的溫度，
[0042] Tt是在熱流體罐中的流體的估計的或測量的溫度，
[0043] 化是在熱量交換單元的進口處的介質的估計的或測量的溫度，
[0044] 血c/化是由累遞送的質量流率，
[0045] dmt/化是在熱量交換單元的進口處的介質的質量流率，
[0046] 血。w/化是引入流體的估計的或測量的質量流率，
[0047] U是單位面積的熱量交換單元的熱量傳遞系數，
[0048] A是用于熱量交換單元的熱量傳遞的有效面積，
[00例 CPc是流體的熱容，W及
[00加]CPh是介質的熱容。
[0051] 運具有允許加熱系統的完整建模的優點，并且因此可作出關于加熱系統的未來行 為的預測。
[0052] 在另一個實施例中，通過迭代地改變累的質量流率(dmc/dt)并且監視在傳遞的熱 量上的對應影響(例如通過兩個溫度傳感器），在連續的反饋控制機制中可執行傳遞的熱量 的最大化，運具有采用有限數量的傳感器量來進行相對簡單的實施的優點。
[0053] 在又另一個實施例中，通過或者操作累在最大額定質量流率(dmc/dt ,max)，或者 操作累在等于引入流體質量流率(dmcw/dt)的質量流率血c/dt，在邏輯反饋控制機制中可執 行傳遞的熱量的最大化，通過在流體進口線路中的任意流量計來估計引入流體質量流率， W及/或者通過比較引入流體的溫度，基于在所述共用結合點與熱流體罐之間的溫度傳感 器，間接地估計流向，運是特別有益的實施，由于避免了流量計的使用，并且因為加熱系統 對于W該方式控制是相對簡單的。在實施例中，在共用結合點與熱流體罐之間可替代地放 置額外的流量計，流量計然后優選地可W是雙向流量計。
[0054] 在一個有利的實施例中，通過改變累的質量流率(dnhMt)并且通過對達到傳遞的 熱量的穩定狀態的足夠長的時間周期T求平均來監視相對于累的質量流率的在傳遞的熱量 上的對應影響，可執行傳遞的熱量的最大化，運允許取消在傳遞的熱量中的瞬態。
[0055] 在一個特定的有利實施例中，加熱系統包括熱累系統，該熱累系統包括具有互連 的熱量交換單元、第二交換單元和第=交換單元的制冷劑線路，
[0056] -熱量交換單元接收來自累的流體，并且執行制冷劑的子冷卻，W便于向流體傳遞 熱量，
[0057] -第二熱量交換單元執行所述制冷劑的過度加熱，W便于向流體傳遞熱量，W及 [005引-第=熱量交換單元接收來自所述第二熱量交換單元的制冷劑，并且執行所述制 冷劑的冷凝，W及向熱量交換單元輸送冷卻的制冷劑，根據由發明人作出的仿真，運可特別 地具有很大改進的性能系數(COP)。
[0059]在另一個實施例中，加熱系統包括冷凝鍋爐系統，該冷凝鍋爐系統包括冷凝鍋爐 單元，在該冷凝鍋爐單元中，燃燒過程連同隨后的來自燃燒過程的水的冷凝向流體傳遞熱 量，冷凝鍋爐的使用可促進本發明的進一步有利的使用。
[0060] 在又另一個實施例中，加熱系統包括基于太陽能的加熱系統，該基于太陽能的加 熱系統包括太陽能板，在該太陽能板中，太陽能福射加熱被驅動到熱量交換單元的介質。
[0061] 可能指出，根據本發明的加熱系統可具有集成的子加熱系統的組合，例如與冷凝 鍋爐系統組合的熱累系統，或者與基于太陽能加熱系統組合的冷凝鍋爐系統，等等。類似 地，用于對用于將流體饋送到運些子加熱系統的每個中的累進行控制的方法可利用本發 明。
[0062] 在許多實施例中，流體可W是城市用水，并且流體容器線路是城市用水線路，如上 所述。
[0063] 在第二方面，本發明設及用于對用于將流體饋送到加熱系統中的累進行控制的方 法，加熱系統包括：
[0064] 熱流體罐，熱流體罐接收來自關聯的流體容器線路的具有給定引入流體質量流率 (血cw/dt)的流體，
[0065] 累，該累還接收來自所述流體容器線路的流體，并且W可變的質量流率(dmc/dt) 累送所接收的流體，累和熱流體罐接收來自在所述關聯的流體容器線路上的共用結合點的 流體，W及
[0066] 熱量交換單元，熱量交換單元接收來自關聯的流體容器線路的由累驅動的流體， 并且從介質到流體傳遞熱量，
[0067] 該方法包括提供表示在熱量交換單元中的到流體的傳遞的熱量的信息，
[0068] 該方法的特征在于，響應于傳遞的熱量的信息表示，通過具有第一間隔W及通過 具有第二間隔，傳遞的熱量被最大化，在第一間隔中，累被控制W將來自流體容器線路與熱 流體罐的流體混合，并且在第二間隔中，累僅將流體從引入流體容器線路排出。
[0069] 本發明的該方面特別在于不是本發明的部分的最小值。相反，它尤其限定了累僅 從容器線路排出流體。
[0070] 在第=方面中，本發明設及加熱系統，該加熱系統包括：
[0071] 熱流體罐，該熱流體罐接收來自關聯的流體容器線路的具有引入流體質量流率 (血cw/dt)的流體，
[0072] 累，該累還接收來自所述流體容器線路的流體，并且W質量流率(dmc/dt)累送所 接收的流體，累和熱流體罐接收來自在所述關聯的流體容器線路上的共用結合點的流體， W及
[0073] 熱量交換單元，該熱量交換單元接收來自關聯的流體容器線路的由累驅動的流 體，并且向流體傳遞熱量，W及
[0074] 控制單元，該控制單元連接到累W用于可變地控制質量流率(dme/dt )，控制單元 接收表示在熱量交換單元中的到流體的傳遞的熱量的信息，
[0075] 該方法的特征在于，響應于表示到流體的傳遞的熱量的所述信息，并且至少在引 入流體質量流率(dmcw/dt)的有限間隔內，通過控制累來最大化所述傳遞的熱量，當在所述 有限的間隔中最大化傳遞的熱量時，由累遞送的流體質量流率(dmc/dt)借此具有作為引入 流體質量流率(dnWdt)的函數的最小值。
[0076] 本發明的該方面特別地但不排他地有利的在于，加熱系統可被設計W包含由本發 明促進的各種優點，例如改進的熱量傳遞和在累中的電力節省。
[0077] 在第四方面中，本發明設及計算機程序產品，其適應于使能計算機系統，該計算機 系統包括至少一個計算機，所述至少一個計算機具有與其相連的數據存儲裝置W控制根據 本發明的第=方面的加熱系統。
[0078] 本發明的該方面特別地但不排他地有利的在于，本發明可通過計算機程序產品來 實現，當下載或上傳到計算機系統時，計算機程序產品使能計算機系統W實施本發明的第 二方面的加熱系統的操作。運樣的計算機程序產品可在任何類型的計算機可讀介質上或者 通過網絡來提供。
[0079] 本發明的各個方面均可與其它方面中的任一個相組合。特別地，如技術人員將立 即從本申請理解的，根據第一方面的方法的實施例可容易地與根據第二方面的方法W及/ 或者根據第=方面的加熱系統相組合。從參考所述的實施例的W下描述中，本發明的運些 和其它方面將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0080] 現在本發明將關于附圖進行更詳細的描述。附圖示出實施本發明的一種方式并且 將不被解釋為限制落入所附權利要求集合的范圍內的其它可能的實施例。
[0081] 圖1是示出在典型的酒店中發現的一天期間的熱水消耗模式的圖表，
[0082] 圖2是根據本發明的一般加熱系統的部分的示意圖，
[0083] 圖3A是根據本發明的具有=個連接的熱量交換單元的熱累系統的示意圖，
[0084] 圖3B是根據本發明的具有冷凝鍋爐的加熱系統的部分的示意圖，
[0085] 圖3C是根據本發明的包括基于太陽能加熱系統的加熱系統的部分的示意圖，
[0086] 圖4A和4B分別示出根據本發明的熱累系統的模型化性能系數(COP)的圖表，W及 流入在次級側上的熱量交換單元中的進口流體的圖表，
[0087] 圖5是示出了根據本發明的到在次級側上的熱累系統的熱量交換單元中的流體的 模型化的進口溫度的圖表，
[0088] 圖6A是示出在本發明的內容中的一些合適的熱力學變量的加熱系統的部分的示 意圖，
[0089] 圖6B是對應于圖6A的具有根據本發明的控制單元和測量裝置的選擇的示意圖，
[0090] 圖7A和7B是示出根據本發明的作為引入流體質量流率dmcwMt的函數的模型化的 熱量傳遞Q的圖表，
[0091] 圖8A和8B是示出根據本發明的作為引入流體質量流率的dmcw/dt的函數的累的模 型化流體質量流率dmc/dt的圖表，對于不同的場景，其包括具有最大化的熱量傳遞(實線） 的流量，
[0092] 圖9是在其中實施根據本發明的前饋控制的加熱系統的部分的示意圖，
[0093] 圖IOA和IOB是在其中實施根據本發明的連續反饋控制的加熱系統的部分的示意 圖，
[0094] 圖11是在其中實施根據本發明的邏輯反饋控制的加熱系統的部分的示意圖，
[0095] 圖12示出根據本發明的作為時間的函數的估計的熱量傳遞(Qest)的圖表，W及作 為時間的函數的在離屯、累中的葉輪的轉速(U)的對應的圖表，W及
[0096] 圖13是根據本發明的方法的示意性流程圖。
【具體實施方式】
[0097] 圖1是示出在典型的酒店中發現的一天期間的熱水消耗模式的圖表。下面所有的 仿真采用具有24小時的持續時間的相同假設的消耗模式來執行。數據被選擇的有些隨意， 然而，它應該是模擬在典型酒店中發現的消耗中的高峰。消耗中的顯著高峰反映在早晨和 晚上為淋浴的熱水使用，而中午的高峰反映為烹任。圖1示出對于在60攝氏度(C)的熱水W kg/s的消耗概況。每當罐的溫度下降時，調節消耗，使得相對于40攝氏度來說來自罐的能量 損耗總是相同。運允許在采用不同的熱水罐溫度的仿真之間的對比。在運背后的基本原理 是假設在水已經從罐退出之后40攝氏度的混合溫度。在該模型化的實驗中的熱水罐是具有 4000升的容積的完全混合的罐。罐被選擇的相對小，使得消耗高峰顯著影響罐的溫度。如果 罐非常大，只要加熱的平均功率大于平均損耗，貝陽日熱將會是足夠的。
[0098] 圖2是根據本發明的一般加熱系統1000的部分的示意圖。控制單元60經由控制信 號RP控制累Pl，W便將流體F饋送或累送到加熱系統1000中，加熱系統包括熱流體罐HFT，熱 流體罐Wdmcw/dt的引入流體質量流率接收來自流體容器線路5的流體。子注釋CW在非限制 的意義上可被視為"城市用水"的縮寫。
[0099] 累Pl還接收來自所述流體容器線路5(例如具有城市用水的城市用水線路）的流 體，并且W可變質量流率血。/化累送所接收的流體，如示意性表示的。累和熱流體罐均接收 來自在流體容器線路上的共用結合點6a的流體F。共用結合點6a使能在一些特定情況中的 從熱流體罐HFT到累Pl的經過流體連接7的回流(通過所繪箭頭' BF '示意性表示），如將在下 面更詳細的解釋。盡管在加熱系統1000的場景內可提供例如閥的各種流量控制裝置(在圖2 中未示出），運些流量控制裝置應當W與本發明相一致的方式來控制，例如在特定的環境下 發生的回流BF。
[0100] 熱量交換單元HXl經由流體傳導裝置6(例如管道)與共用結合點6a進行流體連接， 熱量交換單元借此從由累P巧區動的流體容器線路接收流體，并且在熱量交換單元內存在從 介質R到流體F的傳遞的熱量Q(實線箭頭），比照圖3A和下面的對應描述，當加熱系統包括加 熱累時介質可W是制冷劑，或者比照圖3C和下面的對應描述，該介質可W是適用于太陽能 加熱的介質。在所示實施例中，如通過熱量交換單元HXl的相反的流向所見，相對于介質R， 流體W所謂的逆流被加熱，通常產生最好的熱量傳遞。然而，本發明也已經通過仿真來演示 W并行流量配置通過熱量交換單元來工作。熱量交換單元HXl在初級側上具有進口 IOc和出 口 IOcU并且在次級側上具有進口 IOa和出口 10c。累經由流體傳導裝置8與在次級側上的進 口 IOa進行流體連接。
[0101] 如在圖2中示意性表示，向控制單元60提供表示在熱量交換單元HXl中到流體F的 傳遞的熱量Q的信息IQ。比照圖6和下面的對應描述，該信息可W W各種方式直接地或間接 地獲得。運可通過例如如技術人員將會容易理解地適當地放置溫度傳感器來執行。在加熱 之后，通過流體傳導裝置9a(例如管道），流體被輸送到熱流體罐HFTW用于儲存。在該實施 例中，流體傳導裝置9a將熱量交換單元HXl直接連接到罐，但運并非總是如此。
[0102] 當控制累Pl時，人面臨困境。可控制累使得可確定進入到熱量交換單元HXl 10中 的流體量（即dmc/dt);然而，一般不控制引入流體進入加熱系統1000的多少，即dmcwMt，因 為運通常等于來自熱流體罐的加熱的流體的消耗。
[0103] 本發明特別在于，至少在引入的流體質量流率dmcw/dt的有限的間隔內，可能在引 入流體質量流率的超過一個的間隔中，通過響應于表示到流體F的傳遞的熱量Q的信息IQ來 控制累P1，傳遞的熱量Q對于流體質量流率的間隔或范圍被最大化。當最大化在引入流體的 該有限間隔中的傳遞的熱量且促進了本發明的各種優點（例如顯著地改進了到流體的熱量 傳遞和對于累的電力節省）時，由累遞送的流體質量流率dmc/dt借此具有作為引入流體質 量流率血cw/化的函數的最小值。
[0104] 圖3A是具有如示意性地表示的S個連接的熱量交換單元HXl 10、版2 20和HX3 30 的熱累系統100的示意圖。在圖3A的左上角中，使用在圖2中解釋的原理將流體F饋送到熱累 系統100中，參考標記相同并且具有相同的技術意義。
[0105] 熱累系統包括制冷劑線路50,其中制冷劑R如所示意性表示的來循環。注意如何分 別W來自對應的累Pl、P2和P3的流體F來供應每個熱量交換器HXl、HX2和HX3。運樣具有S個 熱量交換器串聯的熱量交換器配置時常被稱為=葉（tri-lobe)配置，并且類似的配置在本 領域技術中已知，比照美國專利7,658,082，其通過引用^其整體并入本文。
[0106] 互連的第一熱量交換單元版1、第二熱量交換單元HX2和第SHX3交換單元提供傳 遞來自進入第四熱量交換單元HX4 40的熱量源的熱量的有利方式。在被加熱之后，制冷劑R 被輸送到壓縮機COMP 51，在COMP 51中發生壓縮，如在熱累系統中常規執行的。在第二熱量 交換單元HX2中，隨后執行制冷劑的過度加熱，W便于向流體F傳遞熱量。之后，第S熱量交 換單元HX3接收來自第二熱量交換單元HX2的制冷劑，并且部分地或全部地執行制冷劑的冷 凝，并且向熱量交換單元HXl輸送冷卻的制冷劑。
[0107] 根據本發明，熱量交換單元HXl然后接收來自累Pl的流體F，并且借此執行制冷劑R 的子冷卻，W便于向流體進一步傳遞熱量Q。在子冷卻之后，制冷劑被輸送到在其中壓力被 降低或者節流的膨脹閥EXP 52,之后制冷劑被再次輸送回第四熱量交換單元HX4,并且在熱 累系統中可重復制冷劑循環。
[0108] 注意在該實施例中加熱的流體如何通過流體傳導裝置9b(例如專用管道)被輸送 到第=累P3的進口，運與在圖2的實施例中加熱的流體被直接輸送到熱流體罐不同。
[0109] 從罐HFT可消耗加熱的流體，即響應于對加熱的流體的需求經由流體傳導裝置15 被傳送走。
[0110] 圖3B是根據本發明的具有冷凝鍋爐210的加熱系統200的部分的示意圖，其中通過 控制累P，流體F被饋送到冷凝器中，參考標記再次與圖2和3A中的相同。
[0111] 在冷凝鍋爐210中，執行燃燒過程，其通過多個火焰210a來示意性表示。燃燒過程 加熱通過熱量交換器部分21化輸送的流體。在冷凝器鍋爐中被燒的氣體產生水蒸汽，該水 蒸汽輔助地從風扇(fane)210輸送到相鄰的熱量交換部分210d，在該熱量交換部分210d中， 水蒸汽的冷凝也加熱流體F。在空氣開口 210e中，用于燃燒的新鮮空氣被輸送到燃燒過程， 并且冷凝之后的冷卻空氣從冷凝器鍋爐被輸送出，如通過在鍋爐內的小的空氣路徑箭頭所 示意性表示。
[0112] 注意，與平行或反平行的過程截然相反，通過熱量交換器部分210b的流體的加熱 可被視為橫向熱量交換過程，對于所有運些配置本發明都已經是有用的。
[0113] 通過由溫度傳感器270a測量在鍋爐之前的流體溫度Tc的溫度測量，W及通過由溫 度傳感器270b測量在鍋爐之后的溫度Te,〇的溫度測量，加熱系統200測量到在冷凝器鍋爐 210中的傳遞的熱量。通過溫度傳感器271測量加熱的流體溫度Tt的罐HFT中的溫度測量可 連同通過溫度傳感器277測量在共用結合點之后的流體溫度Taux的溫度測量一起來應用，W 用于間接流量測量，或者更具體地流量方向的表示。因此，通過比較在共用結合點之后的流 體溫度Taux與在罐中的溫度Tt,可W提供當前流向的測量，即是否存在回流BF。
[0114] 圖3C是根據本發明的包括特別是基于太陽能加熱板340的加熱系統300的部分的 示意圖，其中通過控制累P，流體被輸送到熱量交換單元HX中，相同的參考標記再次具有與 在圖2、3A和3B中的相同的技術意義。
[0115] 如在圖3B中，溫度傳感器370a和370b應用于測量到流體的傳遞的熱，而溫度傳感 器371和377可應用于獲得從熱流體罐HFT到共用結合點6a的回流的間接測量。
[0116] 在太陽能加熱系統300中，累P2連續地驅動介質R通過系統，即使累可依賴于太陽 能福射的量來控制。旁通閥V被提供W能夠將在單元HX中加熱之后的流體F的溫度T。,。保持 在一定水平W下。如果例如流體是用于家用電器而加熱的城市用水，它可能有益于將溫度 保持足夠低W避免水垢，即在熱量交換單元HX和連接的部件中的石灰沉淀。
[0117] 圖4A和4B分別示出根據本發明的在圖3A中示出的熱累系統100的模型化性能系數 (COP)的圖表，W及進口（在圖2中的參考1 Oa)流體流入在次級側上的熱量交換單元HXl中的 圖表。加熱的流體（即水）的消耗概況是在圖1中示出的那個。隨著實施本發明，看到大約 7.3%的COP改進。在圖4B中清楚地看到，采用根據（"改進腳'）本發明的控制算法，流量一般 較低。運還節省在對應累上的電力。然而該節省未在該圖表中量化。
[0118] 圖5是對應于圖4B的示出到根據（"改進的"）本發明的在次級側上的熱量交換單元 HXl中的流體的模型化的進口溫度Tc的圖表。相比于如在圖4B中所見的在其中采用恒定流 率操作累的原始曲線，對于本發明的在HXl的進口處的水溫平均顯著較低。運是因為，比照 圖3A，當使用本發明時，來自熱流體罐HTF的更少的水被混入到來自城市用水線路5的水中， 之后進入熱量交換單元HXl。
[0119] 圖6A是示出在本發明的內容中的一些合適的熱力學變量的加熱系統100的部分的 示意圖。加熱系統可形成如在圖3A中的熱累系統100或者分別在圖3B和3C中示出的加熱系 統200或300的部分。圖6B示出用于尋找運些變量中的一些變量的一些測量裝置，例如流量 傳感器和溫度傳感器。參考標記對應于在先前圖中的參考標記。在圖6A和她中，用于dmcw/化 的符號對應于W及諸如此類，即相對于時間，將用于微分的萊布尼茲符號改變成用于 微分的牛頓符號（'點符號'），如數學技術人員會知道的。
[0120] 通過求解累P的質量流率血c/化，可執行傳遞的熱量Q的最大化；
[0121 ] Q = f (Tcw, Tt, Th, dmc/dt, dmh/dt,血 cw/dt, U, A, cpc,邱 h)
[0122] 其中
[0123] Tew是引入流體F的使用傳感器75的估計的或測量的溫度，
[0124] Tt是在熱流體罐HFT中的流體F的使用傳感器71的估計的或測量的溫度，
[0125] 化是在熱量交換單元HX的進口 IOc處的介質R的使用傳感器70c的估計的或測量的 溫度，
[0126] 血cMt是使用流量計或傳感器86測量的由累遞送的質量流率，
[0127] 血tMt是在熱量交換單元HX的進口處的使用流量計80的介質R的質量流率，
[0128] dmcwMt是引入流體(例如城市用水)的使用流量計85的估計的或測量的質量流率，
[0129] U是單位面積的熱量交換單元冊的熱量傳遞系數，
[0130] A是用于熱量交換單元冊的熱量傳遞的有效面積，
[0131] CP。是流體F(例如水)的熱容，W及
[0132] CPh是介質R(例如制冷劑)的熱容。
[0133] 事實證明，熱交換器的熱量傳遞率無需通過最大化dmc/dt來最大化，因為運還可 導致由于來自熱流體罐HFT的混合引起的溫度增加。事實上，熱量傳遞率取決于如從上面方 程所見的許多變量。因此，Q是十個變量的函數。然而，在實際情況中，事實上它們中只有一 些改變。運通常是Tcw、Tt、dmc/dt、dmh/化和dmcw/dt。上述變量中只有dm。/化是可控的W及在 不可控的變量中，僅血CwMt能夠被期望顯著地改變并且還被期望針對較低程度的Tt和化。
[0134] 目標是最大化Q，即具有盡可能最大的熱量傳遞。因為除了dmc/dt外的一切都被固 定，因此Q只能通過改變dmcMt的方式來最大化。對于該實施例，為了單純說明性的目的，將 參數固定如下：
[0135] Tcw=Sdeg-C
[0136] Tt = SOdeg.C
[0137] ^=SSdeg-C [013 引 血 h/化=10kg/s
[0139] U = 2750W/K m2
[0140] A = 6m^
[0141] cpc = 4182J/kg K(即水）
[0142] cph=4182J/kg K(即水）
[0143] 圖7A和7B示出采用前述參數的用于增加 dmcw/dt的逆流熱量交換器中的Q，并且實 線曲線是
[0144] 血 c/dt=max(Q) [kg/s]
[0145]
[0146] 根據本發明，{0，7}指示從0到化g/s的間隔。
[0147] 選擇最優的流量并非是無關緊要的，因為流量和溫度互相依賴并且均影響熱量交 換器的熱量傳遞率，即；
[014 引
[0152] 圖7B是類似于圖7A的示出作為引入流體質量流率dmcw/dt的函數的模型化的熱量 傳遞Q的圖表，根據本發明的曲線再次被示出為實線。
[0153] 另一個控制算法被包括在圖7B中W用于說明本發明的優點：
[0154] 比照圖6A和6B，具有離開熱量交換單元HX的出口 IOb的水的溫度Tc,0 = 45攝氏度的 曲線對應于在其中該出口溫度被用作控制目標的控制算法。一般地，運將不導致最佳熱量 傳遞，如圖7B所見。該控制目標大致僅完成在引入流體質量流率的上限范圍，因為需求將最 終高于在該特定配置中的熱量交換單元所能遞送的。
[0155] 圖8A和8B是示出根據本發明的作為引入流體質量流率的dmcw/dt的函數的累的模 型化流體質量流率dmc/dt的圖表，對于不同的場景，其包括具有最大化的熱量傳遞(實線） 的流量。因此，圖8A對應于圖7A，并且圖8B對應于圖7B。
[0156] 如在圖8A和圖8B中所見--至少在引入流體質量流率dmcwMt的有限的間隔內，稱 為Il和12-一響應于如上所述表示到流體的傳遞的熱量Q的所述信息，通過控制累P或Pl， 對于流體質量流率dmc/dt的間隔，傳遞的熱量Q被最大化。當如上所述最大化在所述有限間 隔中的傳遞的熱量時，通過累遞送的流體質量流率dm。/化借此具有作為引入流體質量流率 dmcw/dt的函數的最小值M。最小值M位于兩個子間隔Il和12之間，在圖表中最小值具有點狀 的字符。
[0157] 在圖8A和8B中指出的是，通過將累操作在可由累P或Pl遞送的流體質量流率的最 大值dnh/dt，max(在該特定情況中最大值為化g/s)處，熱量傳遞Q也在有限間隔Il和I2W外 被最大化。
[0158] 附圖示出最優的dmc/dt如何顯著地低于其最大值。它還示出最優的dmc/dt不僅僅 與dmcw/dt相關。對于低dmcw/dt，發生更多的熱量傳遞，如果水從熱流體罐排出，則越多越 好。隨著dmcw/dt的增加，相比可從罐HFT被排出的高流量，低溫度變得更有吸引力。相當快 地，最優的dmc/dt變得等于dmcw/dt，即使流量比較低。運繼續作為最優的解決方案，直到累 的速度飽和并且再次運行在最大速度。具有最大熱量傳遞的精確的最優曲線隨著改變的操 作參數而大幅變化。相對于罐中的水溫，引入城市用水越冷，未混合的城市用水就越有利并 且因此流量越低。熱量交換器越大(較大的U ? A)，越大的高流率是有利的。在次級側上的流 量越低，低城市用水溫度越有利。對于其它熱量交換器配置(例如平行流），已經重復了圖7 和8的建模;然而結論是相同的。
[0159] 還指出，當控制累時在熱量傳遞Q的最大值處一一在間隔的較低端Il處一一人獲 得質量流率dmc/dt，其作為引入流體質量流率dmcw/dt的函數而減小，并且所得的質量流率 大于引入流體質量流率，借此導致從熱流體罐HFT通過共用結合點6a的加熱的流體(例如 水)的不消失的回流BF。
[0160] 在達到流體質量流率的最小值M之后，根據本發明的控制導致在間隔的較高端12 處的作為引入流體質量流率dmcw/化的函數的增加的流體質量流率dmc/dt，尤其是增加的流 體質量流率基本上與引入流體質量流率相同。
[0161] 在圖6B中，示出用于實施本發明的一些控制和感測裝置，例如溫度傳感器和流量 計，然而對于實際的實施，可應用感測裝置的更有限的選擇。在圖9-12, W及在下面對應的 描述中，示出一些可能的實施。
[0162] 圖9是在其中實施根據本發明的前饋控制的加熱系統100的部分的示意圖。
[0163] 確定最優的dme/dt的一個種方式將會是具有上面的函數f的全部參數的信息，并 且然后對于給定參數計算最優的dme/dt。運可W W封閉的形式來嘗試，但可W是計算上有 挑戰性的，或者它可W數字地完成。無論哪種方式，它需要四個溫度傳感器和=個流量測 量，連同熱量交換器的U ? A值W及流量F與介質R二者的特定熱容的知識。它還需要特定熱 量交換器配置(逆流、平行流、交叉流）的知識。由于此，運樣做可能是不切實際的。在圖9中 示出所需的值，其中S個流量計分別可測量dmcw/dt、dmc/dt和dm/dt，比照用于對應的流量 計的圖6B，W及四個溫度測量Tcw、Tt、Tc和化分別使用對應的傳感器75、71、70a和70b來作 出。
[0164] 圖IOA和IOB是在其中實施根據本發明的連續反饋控制的加熱系統100的部分的示 意圖。在該實施例中，人應該使用運樣的知識，即存在最優的dmc/dt(即在0與dmc/dt ,max之 間），并且然后通過擾動dmcMt來對其捜索，并且看測量的Q是否負向地或正向地改變。然后 在最大化Q的方向上改變dmc/dt。然后一遍又一遍重復進程。該方法自動地考慮所有的因 素。然而，由于在影響Q的一些或其它變量中的變化的影響，dmc/dt的擾動在Q上的影響可消 失。因此，dmc/dt的適應應該比較慢，W便改變條件的中間影響不會很大地影響dmc/dt。然 而，仍然應當足夠快W至于響應于改變條件的更長久的影響。可使用測量Tc和Tc,。結合dmc/ dt的測量來估計Q，或者使用累參數的知識對其估計。估計不需要非常準確，因為它僅用于 確定dmc/dt的方向。運些傳感器在圖10中示出，排除可能的流量傳感器。因此，通過迭代地 改變累Pl或P的質量流率dmc/dt并且通過溫度傳感器70a和70b的監視，可W測量或估計在 傳遞的熱量Q上的對應影響，在連續的反饋控制機制中執行傳遞的熱量Q的最大化。
[0165] 圖IOB與圖IOA的不同在于，累P被放置在熱量交換單元HX之后，即在流體傳導裝置 9a中。然而，運不改變本發明的基本原理。類似地，在本發明的其它實施例中，累P或Pl的位 置可改變成相對于熱量交換單元HX或HXl的其它位置，只要累能夠驅動流體通過單元。
[0166] 圖11是在其中實施根據本發明的邏輯反饋控制的加熱系統100的部分的示意圖。
[0167] 大多數時候,dmc/dt = dmcw/化或 dmc/dt = dm。/化,max，并且當 dmc/dt, max〉dmc/d1:* 〉dmcw/化時，最佳(optimum)是非常模糊的，意味著關于Q，dmc/dt = dm。/化*沒有顯著地優于 dm。/化=dmcw/dt或dm。/化=dmc/dt, max。因此，僅在運兩個值之間切換將會接近于最優。實 現dmc/dt = dm。/化，max是微不足道的，然而，可能難W實現dmc/dt = dmcw/化，因為它需要引 入流體質量流率的一些測量。運可W W許多方式來完成，例如使用流量計。然而，獲得所需 信息的非常簡單的方式是測量在W城市用水來供應熱流體罐HFT的管道中的溫度。在圖11 中示出測量Taux的溫度傳感器77。如果Taux一Tcw,則人知道血。/扣<血。^/化，并且類似地，如果 Taux一Tt，則人知道血。/化〉血cw/化。該信息然后可被用于通過控制P并且因此控制血c/化，W 保持dme/dt接近于dmew/化。算法然后確定是否通過連續地擾動dm。/化并且分析測量的熱量 傳遞率來改變流量。
[016引因此，通過或者在最大額定質量流率dmc/dt ,max操作累，或者在質量流率dmc/dt (等于引入流體質量流率dmcw/dt)操作累，在邏輯反饋控制機制中執行傳遞的熱量Q的最大 化，通過在流體進口線路中的任意流量計85 (未在圖11中示出但在圖6B中示出）來估計引入 流體質量流率，W及/或者通過比較引入流體Tcw的溫度，基于在所述共用結合點6a與熱流體 罐HFT之間的溫度傳感器77，間接地估計流向。
[0169]圖12示出根據本發明的作為時間的函數的估計的熱量傳遞Qest的圖表，W及作為 時間的函數的在離屯、累P中的葉輪的旋轉速度U的對應的圖表。該實施例可采用在圖11中示 出的加熱系統100來實施。問題是確定葉輪的旋轉速度U的改變將對傳遞的熱量Q有什么影 響。
[0170] 該熱量可通過實現如下來估計
[0171] Qest = k*u*[Tc,0-Tc]
[0172] 其中常數k包括水的熱容W及在U與dmc/dt之間的映射。然而，其重要性僅在于，如 果Q在增加或減小，因此可應用估計的Qest。
[0173] 在圖12中，累最初被操作在最大葉輪速度Ul并且因此最大的dmc/dt，并且對于時 間周期T，累然后被操作在較低的葉輪速度u2。在從Ul到u2的改變時，傳遞的熱量將經歷瞬 變的TA,但不久之后會將達到穩定的狀態水平化，在該情況中不斷地增加穩定狀態水平。在 改變葉輪速度回到Ul水平時，傳遞的熱量將具有另一個瞬變的TB,之后再次達到傳遞的熱 量的最初水平，在該情況中不斷地增加水平。通過選擇足夠長的周期T，瞬變TA和TB將彼此 抵消，并且借此具有對Qest的平均值的相對低的影響。
[0174] 如果在周期T中的Qest的平均數高于在周期之前和/或之后的平均值，則值得將葉 輪速度改變為u2。因此，通過改變累的質量流率dmc/dt并且通過對達到相對于累的質量流 率的傳遞的熱量的穩定狀態的足夠長的時間周期T求平均來監視在傳遞的熱量上的對應影 響，執行傳遞的熱量Qest的最大化。注意，穩定狀態水平還可W是恒定水平，或者可替代地不 斷減小的水平。
[0175] 圖13是根據本發明的方法的示意性流程圖。該方法包括如下步驟
[0176] Sl提供表示比照圖2-12的在熱量交換單元HXl或HX中的到流體F的傳遞的熱量Q的 信息IQ，W及
[0177] S2響應于該信息IQ，通過控制累Pl或P最大化到流體F的傳遞的熱量Q，當最大化傳 遞的熱量時，由累遞送的流體質量流率血c/dt借此具有作為引入流體質量流率血cw/化的函 數的最小值。
[0178] 本發明可通過硬件、軟件、固件或運些的組合的方式來實施。本發明或者它的一些 特征也可被實施為在一個或多個數據處理器和/或數字信號處理器上運行的軟件。
[0179] 本發明的實施例的個別元件可W W任何合適的方式(例如在單個單元中、在多個 單元中或作為單獨功能單元的部分)來物理地、功能地和邏輯地實施。本發明可在單個單元 中實施，或者在不同的單元與處理器之間既物理地又功能地分布。
[0180] 雖然本發明已經結合特定的實施例作出描述，但其不應當被解釋為W任何方式限 制于本示例。本發明的范圍將根據所附權利要求的集合來解釋。在權利要求的內容中，術語 "包括"或"包含"不排除其它可能的元件和步驟。同時，諸如"一"或"一個"等的引用的提及 不應當被解釋為排除多個。在權利要求中的相對于在附圖中表示的元件的參考標記的使用 也不應當被解釋為限制本發明的范圍。此外，在不同權利要求中提及的個別特征可能被有 利地結合，并且在不同權利要求中的運些特征的提及不排除不可能與有利的特征的組合。
[0181] 簡言之，本發明設及用于控制用于將流體F饋送到加熱系統1000中的累的方法。加 熱系統具有熱流體罐HFT，該熱流體罐HFT接收來自關聯的流體容器線路5的具有引入流體 質量流率dmcw/化的流體。累P接收來自線路的流體，并且W質量流率dm。/化累送所接收的流 體。熱量交換單元HX從介質R向流體F傳遞熱量Q。響應于表示傳遞的熱量Q的該信息，通過控 制累Pl最大化傳遞的熱量Q，當最大化傳遞的熱量時，由累遞送的流體質量流率借此具有作 為引入流體質量流率血CwMt的函數的最小值。本發明提供被顯著改進的到流體的熱量傳遞 W及用于累的電力節省。本發明還設及加熱系統，例如熱累系統。
[0182] 參考標記列表
[0183] 5 容器線路
[0184] 6a 共用結合點
[0185] 6、7、8、9a、9b、15 流體傳導裝置
[01化]10、20、30、40 熱量交換單元
[0187] 10a、10b、10c、10d 在熱量交換單元上的進口和出口
[0188] 50 制冷劑線路
[0189] 51 壓縮機
[0190] 52 膨脹閥
[0191] 60 控制單元
[0192] 80.85.86 流量計
[0193] 100 熱累系統
[0194] 70a、70b、70c、70d、71、75、77 溫度傳感器
[01巧]200 冷凝鍋爐加熱系統
[0196] 210 冷凝鍋爐
[0197] 270a、270b、271、277 溫度傳感器
[0198] 300 基于太陽能的加熱系統
[0199] 340 太陽能板
[0200] 370a、370b、377 溫度傳感器
[0201] 1000 加熱系統
[0202] 邸 回流
[0203] 血c/化 由累遞送的流體質量流率
[0204] 血cw/化 引入流體質量流率
[0205] F 流體
[0206] 冊、冊1、冊2、冊3 熱量交換單元
[0207] 11,12 引入流體質量流率的間隔
[020引 P、P1、P2、P3 累
[0209] V 閥
[0210] R 介質或制冷劑
【主權項】
1. 一種用于控制用于將流體(F)饋送到加熱系統（1000、100、200、300)中的栗的方法， 所述加熱系統包括： 熱流體罐(HFT)，所述熱流體罐接收來自關聯的流體容器線路(5)的具有引入流體質量 流率(dmcw/dt)的流體， 栗(P1、P)，所述栗還接收來自所述流體容器線路的流體，并且以可變的質量流率(dm。/ dt)栗送所接收的流體，所述栗和所述熱流體罐接收來自在所述關聯的流體容器線路上的 共用結合點(6a)的流體，以及 熱量交換單元(HX1、HX)，所述熱量交換單元接收來自所述關聯的流體容器線路的由所 述栗(P1、P)驅動的流體，并且從介質(R)到所述流體(F)傳遞熱量(Q)， 所述方法包括提供表示在所述熱量交換單元(HX1、HX)中的到所述流體的傳遞的熱量 (Q)的信息（IQ)， 所述方法的特征在于，響應于表示到所述流體的所述傳遞的熱量(Q)的所述信息，至少 在引入流體質量流率(dnWdt)的有限間隔（11，12)內，通過控制所述栗的、？)來最大化所 述傳遞的熱量(Q)，當在所述有限的間隔中最大化所述傳遞的熱量時，由所述栗遞送的所述 流體質量流率(dnh/dt)借此具有作為引入流體質量流率(dmcVdt)的函數的最小值(M)。2. 根據權利要求1所述的方法，其中通過將所述栗操作在能由所述栗(P1、P)遞送的流 體質量流率的最大值(dmcydt，ma X)處，所述熱量傳遞(Q)在所述有限間隔（11，12)以外也被 最大化。3. 根據權利要求1或2所述的方法，其中控制所述栗(P1、P)在所述熱量傳遞(Q)的所述 最大值處一一在所述間隔的較低端（II)處一一導致作為所述引入流體質量流率(dmcVdt) 的函數的質量流率(dmc/dt)減小，并且所得的質量流率大于所述引入流體質量流率，借此 導致從所述熱流體罐通過所述共用結合點(6a)的加熱的流體的回流(BF)。4. 根據權利要求1或3所述的方法，其中控制所述栗(P1、P)在所述熱量傳遞(Q)的所述 最大值處一一在所述間隔的較高端（12)處一一導致作為所述引入流質量流率(dmcVdt)的 函數的增加的質量流率(dm c/dt)。5. 根據權利要求4所述的方法，其中控制所述栗(P1、P)-一在所述間隔的所述較高端 (12)處--導致與所述引入流體質量流率(dm cw/dt)基本上相同的增加的質量流率(dmc/ dt) 〇6. 根據前述權利要求中的任一個所述的方法，其中基于來自在所述熱量交換單元的初 級側以及/或者在次級側的所述熱量交換單元(HX1、HX)的進口和/或出口處的至少兩個溫 度傳感器(70 &、7013、70(3、70(1)的輸入，執行提供表示在所述熱量交換器(^1、^)中的到所 述流體(F)的傳遞的熱量(Q)的信息。7. 根據前述權利要求中的任一個所述的方法，其中基于來自在所述熱流體罐(HFT)的 所述進口處和/或在所述熱流體罐(HFT)內的一個或多個溫度傳感器(71、77)的輸入，執行 提供表示在所述熱量交換器(HX1、HX)中的到所述流體(F)的傳遞的熱量(Q)的信息。8. 根據前述權利要求中的任一個所述的方法，其中基于來自優選地用于測量所述流體 容器線路(5)中的所述引入流體質量流率(dm cw/dt)以及/或者通過所述熱量交換單元(HX1、 HX)的所述初級側的介質(R)質量流率(dmh/dt)的一個或多個流量計(80、85、86)的輸入，執 行提供表示在所述熱量交換器(HX1、HX)中的到所述流體(F)的傳遞的熱量(Q)的信息。9. 根據權利要求8所述的方法，其中通過利用關于所述栗的特性以及用于操作所述栗 的一個或多個應用的控制參數，所述栗(P1、P)被用作間接流量計。10. 根據前述權利要求中的任一個所述的方法，其中基于來自與所述加熱系統（1000) 的電力消耗相關的一個或多個參數的輸入，優選地壓縮在熱栗系統（1 〇〇)中的制冷劑的壓 縮機(COMP，51)的電力消耗，執行提供表示在所述熱量交換器(HX1、HX)中的到所述流體(F) 的傳遞的熱量(Q)的信息。11. 根據權利要求6-10中的任一個所述的方法，其中通過求解所述栗(P1、P)的所述質 量流率dnh/dt，以前饋控制機制來執行傳遞的熱量(Q)的最大化； Q = f(TCw，Tt，Th，dmc/dt，dmh/dt，dmCw/dt，U，A，cp c，cph) 其中： T?是所述引入流體(F)的估計的或測量的溫度(75)， Tt是在所述熱流體罐(HFT)中的流體的估計的或測量的溫度(71)， Th是在所述熱量交換單元(HX1、HX)的所述進口（ 10c)處的所述介質的估計的或測量的 溫度(70c)， dmc/dt是由栗(86)遞送的質量流率， dmt/dt是在所述熱量交換單元的所述進口處的介質(80)的質量流率， dnkw/dt是所述引入流體的估計的或測量的質量流率(85)， U是單位面積的所述熱量交換單元(HX1、HX)的熱量傳遞系數， A是用于所述熱量交換單元的熱量傳遞的有效面積， cpc是流體(F)的熱容，以及 cph是介質(R)的熱容。12. 根據權利要求6-10所述的方法，其中通過迭代地改變所述栗(P1、P)的所述質量流 率(dmc/dt)并且監視(70a、70b)在所述傳遞的熱量上的對應影響，在連續的反饋控制機制 中執行傳遞的熱量(Q)的最大化。13. 根據權利要求6-10中的任一個所述的方法，其中通過或者操作所述栗(P1、P)在最 大額定質量流率(dnk/dt，max)，或者操作所述栗在等于所述引入流體質量流率(dnhw/dt)的 質量流率dirh/dt，在邏輯反饋控制機制中執行傳遞的熱量(Q)的最大化，通過在所述流體進 口線路中的任意流量計(85)來估計所述引入流體質量流率，以及/或者通過比較所述引入 流體的溫度（?-)，基于在所述共用結合點（6a)與所述熱流體罐(HFT)之間的溫度傳感器 (77 )，間接地估計流向。14. 根據權利要求6-10中的任一個所述的方法，通過改變所述栗(P1、P)的所述質量流 率(dn^/dt)并且通過對達到傳遞的熱量的穩定狀態的足夠長的時間周期求平均來監視相 對于所述栗的所述質量流率的在所述傳遞的熱量上的對應影響，執行傳遞的熱量(Q est)的 最大化。15. 根據前述權利要求中的任一個所述的方法，其中所述加熱系統（1000)包括熱栗系 統（100)，所述熱栗系統包括具有互連的所述熱量交換單元(HX1)、第二交換單元(HX2)和第 三交換單元(HX3)的制冷劑線路(50)， -所述熱量交換單元(HX1)接收來自所述栗(P1)的流體(F)，并且執行制冷劑(R)的子冷 卻，以便于向所述流體傳遞熱量(Q)， -所述第二熱量交換單元(HX2)執行所述制冷劑的過度加熱，以便于向所述流體傳遞熱 量，以及 -所述第三熱量交換單元(HX3)接收來自所述第二熱量交換單元(HX2)的制冷劑，并且 執行所述制冷劑的冷凝，以及向所述熱量交換單元(HX1)輸送冷卻的制冷劑。16. 根據前述權利要求中的任一個所述的方法，其中所述加熱系統（1000)包括冷凝鍋 爐系統(200)，所述冷凝鍋爐系統包括冷凝鍋爐單元(210)，在所述冷凝鍋爐單元(210)中， 燃燒過程連同隨后的來自所述燃燒過程的水的冷凝向所述流體(F)傳遞熱量(Q)。17. 根據前述權利要求中的任一個所述的方法，其中所述加熱系統（1000)包括基于太 陽能的加熱系統（300)，所述基于太陽能的加熱系統包括太陽能板(340)，在所述太陽能板 (340)中，太陽能福射加熱被驅動到所述熱量交換單元(HX)的介質。18. 根據前述權利要求中的任一個所述的方法，其中所述流體(F)是城市用水，并且所 述流體容器線路是城市用水線路(CW)。19. 一種用于控制用于將流體(F)饋送到加熱系統（1000、100、200、300)中的栗的方法， 所述加熱系統包括： 熱流體罐(HFT)，所述熱流體罐接收來自關聯的流體容器線路(5)的具有給定引入流體 質量流率(dnhw/dt)的流體， 栗(P1、P)，所述栗還接收來自所述流體容器線路的流體，并且以可變的質量流率(dm。/ dt)栗送所接收的流體，所述栗和所述熱流體罐接收來自在所述關聯的流體容器線路上的 共用結合點(6a)的流體，以及 熱量交換單元(HX1、HX)，所述熱量交換單元接收來自所述關聯的流體容器線路的由所 述栗(P1、P)驅動的流體，并且從介質(R)到所述流體(F)傳遞熱量(Q)， 所述方法包括提供表示在所述熱量交換單元(HX1、HX)中的到所述流體的傳遞的熱量 (Q)的信息（IQ)， 所述方法的特征在于，響應于所述傳遞的熱量（IQ)的信息表示，通過具有第一間隔 (II)以及通過具有第二間隔（12)，所述傳遞的熱量(Q)被最大化，在所述第一間隔（II)中， 所述栗(P1、P)被控制以將來自所述流體容器線路與所述熱流體罐的流體混合，并且在所述 第二間隔（I2)中，所述栗僅將流體從所述引入流體容器線路排出。 20 · -種加熱系統（1000、100、200、300 )，包括： 熱流體罐(HFT)，所述熱流體罐接收來自關聯的流體容器線路(5)的具有引入流體質量 流率(dmcw/dt)的流體， 栗(P1、P)，所述栗還接收來自所述流體容器線路的流體，并且以質量流率(dnh/dt)栗送 所接收的流體，所述栗和所述熱流體罐接收來自在所述關聯的流體容器線路上的共用結合 點(6a)的流體，以及 熱量交換單元(HX1、HX)，所述熱量交換單元接收來自所述關聯的流體容器線路的由所 述栗(PI、P)驅動的流體(F)，并且向所述流體傳遞熱量(Q)，以及 控制單元(60)，所述控制單元連接(RP)到所述栗(P1、P)以用于可變地控制所述質量流 率(dmc/dt)，所述控制單元接收表示在所述熱量交換單元(HX1、HX)中的到所述流體的傳遞 的熱量(Q)的信息（IQ)， 其特征在于，響應于表示到所述流體的所述傳遞的熱量(Q)的所述信息，至少在引入流 體質量流率(dnWdt)的有限間隔（II，12)內，通過控制所述栗(PUP)來最大化所述傳遞的 熱量(Q)，當在所述有限的間隔中最大化所述傳遞的熱量時，由所述栗遞送的所述流體質量 流率(dnh/dt)借此具有作為引入流體質量流率(dmcVdt)的函數的最小值(M)。21.-種計算機程序產品，其適應于使能計算機系統，所述計算機系統包括至少一個計 算機，所述至少一個計算機具有與其相連的數據存儲裝置以根據在權利要求1-19中的任一 個中的方法來控制如在權利要求20中限定的加熱系統。
【文檔編號】F24D19/10GK105829804SQ201380081657
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2013年10月14日
【發明人】卡斯珀·希勒魯普·呂恩
【申請人】格蘭富控股聯合股份公司