传热系统的前馈流量控制技术方案

一种传热系统，该传热系统包括一个或多个热交换器和一个或多个可变控制泵，可变控制泵控制通过一个或多个热交换器的流量。至少一个可变控制泵在热交换器的供应侧上，用于控制第一循环介质的流量，并且至少一个流量控制机械装置在热交换器的载荷侧上，用于控制第二循环介质的流量。传感器用于检测第一循环介质和第二循环介质的变量。至少一个控制器构造成通过使用从检测到的变量计算出的前馈控制回路控制变量控制泵或流量控制机械装置中的至少一个来控制第一循环介质或第二循环介质的至少一个参数，以实现对至少一个参数的控制。以实现对至少一个参数的控制。以实现对至少一个参数的控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传热系统的前馈流量控制
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求以下申请的优先权权益：题为“热交换器的自动维护和流量控制”并且于2018年10月5日提交的美国临时专利申请号62/741,943；题为“热交换器的自动维护和流量控制”并于2018年12月5日提交的PCT专利申请号PCT/CA2018/051555，该申请要求美国临时专利申请号62/741,943的优先权；以及题为“传热系统的前馈流量控制”并于2018年12月18日提交的美国临时专利申请号62/781,456。本申请还是题为“热交换器的自动维护和流量控制”并且于2018年12月5日提交的PCT专利申请号PCT/CA2018/051555的部分继续申请，该申请要求题为“热交换器的自动维护和流量控制”并于2018年10月5日提交的美国临时专利申请号62/741,943的优先权。所有上述文献的全部内容在此以参见的方式纳入下文中的具体实施方式。


[0002]示例实施例总体上涉及传热系统和热交换器。

技术介绍

[0003]建筑物供暖通风和空调(HVAC)系统可以包含中央冷却水机组，该冷却水机组设计成为空调单元提供冷水，以降低离开调节空间的空气的温度，然后将其循环回调节空间。
[0004]冷却水机组用于为建筑物提供冷水或空气。冷却水机组可由主动和被动机械设备组成，这些设备协同工作以在将温暖的回水供应到分配回路之前降低其温度。在冷却水机组中，热交换器用于在两个或更多个循环介质回路之间传递热能。类似地，加热机组可以包括一个或多个锅炉，该一个或多个锅炉从一个或多个锅炉或从具有加热源的次级回路向分配回路提供热水。
[0005]在一些常规的HVAC系统中，远程传感器(通常安装在所服务的最远位置处或沿着线路的2/3)用于控制泵，以达到特定的载荷要求或设定点。可以二进制(开/关)或增量方式增加或减少泵，并使用反馈控制不断检查远程传感器，直到达到并且不超出特定的载荷要求或设定值为止。这些类型的HVAC系统对响应可能较慢，并且对于对供应和载荷的要求以及不同的设置都不灵活。
[0006]一些常规工业实践围绕单个点设计加热、冷却和管道系统的性能，其代表建筑物在其操作生命周期期间可能经受的最极端条件或载荷。一些现有系统的困难在于，在部分载荷下，泵送系统可能易受不稳定、乘员舒适性差以及能量和经济浪费的影响。
[0007]一个泵或多个泵的传统选择可能导致资源浪费和低效率的操作。建筑物的载荷限制可能改变，因此可能不需要设备(例如泵、锅炉机组、冷却器、增压器、热交换器或其它)以满负荷操作来服务系统要求。此外，设备选择不当可能需要将设备维修或完全更换为更合适的设备尺寸(例如，泵、锅炉机组、冷却器、增压器、热交换器或其它)。
[0008]当在部分载荷下操作时，在冷却水机组或加热机组的部件中会发生污染物的积聚，称为结垢。
[0009]为了对冷却水机组的热交换器执行手动维护，可以关闭冷却水机组，移除并拆卸热交换器，并且手动移除或冲洗污染物。然后将热交换器重新组装并安装回冷却水机组。此过程效率低下。
[0010]在一些常规方法中，通常根据制造商或建筑物维护管理员的固定时间表进行热交换器的手动维护。当使用固定的时间表进行手动维护时，存在维护过度或维护不足的风险，这是低效率的。
[0011]在一些现有方法中，在全流量条件下测量跨热交换器的压差，一旦压差达到全流量条件的某个点，服务人员将进行手动清洁。
[0012]考虑到下文的具体实施方式，可以理解现有系统的其它的困难。

技术实现思路

[0013]示例实施例是一种用于供应可变载荷的传热系统，包括：热交换器，热交换器限定第一流体路径和第二流体路径；第一可变控制泵，用于通过热交换器的第一流体路径提供第一循环介质的可变流量；可变流量控制机械装置，用于通过热交换器的第二流体路径提供第二循环介质的可变流量；用于检测变量的传感器，传感器包括：第一至少一个传感器，其用于感测指示第一循环介质的至少一个变量，以及第二至少一个传感器，其用于感测指示第二循环介质的至少一个变量；以及至少一个控制器，其构造成通过以下方式控制第一循环介质或第二循环介质的至少一个参数：使用第一至少一个传感器和第二至少一个传感器检测变量，并使用前馈控制回路控制第一可变控制泵或第二流量控制机械装置的一个或两个的流量，该前馈控制回路基于检测到的第一循环介质和第二循环介质的变量来实现对至少一个参数的控制。
[0014]另一个示例实施例是一种用于使用传热系统供应可变载荷的方法，该传热系统包括限定第一流体路径和第二流体路径的热交换器，该传热系统包括：i)第一可变控制泵，用于通过热交换器的第一流体路径提供第一循环介质的可变流量，ii)可变流量控制机械装置，用于通过热交换器的第二流体路径提供第二循环介质的可变流量，以及iii)用于检测变量的传感器，传感器包括：第一至少一个传感器，其用于感测指示第一循环介质的至少一个变量，以及第二至少一个传感器，其用于感测指示第二循环介质的至少一个变量，该方法由至少一个控制器执行，并且包括：使用第一至少一个传感器和第二至少一个传感器检测变量，并使用前馈控制回路控制第一可变控制泵或可变流量控制机械装置的一个或两个的流量，该前馈控制回路基于检测到的第一循环介质和第二循环介质的变量来实现对第一循环介质或第二循环介质的至少一个参数的控制。
[0015]示例实施例是一种传热系统，其包括板式逆流热交换器和控制通过热交换器的流量的可变控制泵。热交换器可以是较小的设计，其使用较少的材料，具有较小的占地面积，并且定尺寸为在较高压力循环下用于湍流。控制泵具有更大的功率容量，其用于容纳通过控制泵赋予的通过较小热交换器的较高压差。示例实施例是用于沿着控制曲线控制控制泵的系统和方法。
[0016]示例实施例是一种传热系统，其包括一个或多个热交换器和一个或多个流量控制机械装置，比如控制流过热交换器的流量的控制泵或可变控制阀。为了供应可变载荷，可以控制控制泵以小于全流量(例如，工作流量)的方式操作。
[0017]另一示例实施例是一种非暂态计算机可读介质，其上存储有指令，该指令可由至少一个控制器执行以执行所描述的方法和功能。
[0018]另一个示例实施例是一种传热模块，包括：密封的壳体，其限定第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；密封壳体内的多个并联热交换器，其在第一端口和第二端口之间共同限定第一流体路径，并且在第三端口和第四端口之间共同限定第二流体路径；密封的壳体内的第一压力传感器，其构造成检测输入到传热模块的第一流体路径的压力测量值；密封的壳体内的第二压力传感器，其构造成检测输入到传热模块的第二流体路径的压力测量值；第一压差传感器，其在密封的壳体内并且横跨传热模块的第一流体路径的输入到输出；第二压差传感器，其在密封的壳体内并且横跨传热模块的第二流体路径的输入到输出；密封的壳体内的第一温度传感器，其构造成检测传热模块的第一流体路径的输入的温度测量值；密封的壳体内的第二温度传感器，其构造成检测传热模块的第一流体路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于供应可变载荷的传热系统，包括：热交换器，所述热交换器限定了第一流体路径和第二流体路径；第一可变控制泵，用于通过所述热交换器的所述第一流体路径提供第一循环介质的可变流量；可变流量控制机械装置，用于通过所述热交换器的所述第二流体路径提供第二循环介质的可变流量；用于检测变量的传感器，所述传感器包括：第一至少一个传感器和第二至少一个传感器，所述第一至少一个传感器用于感测指示所述第一循环介质的至少一个变量，所述第二至少一个传感器用于感测指示所述第二循环介质的至少一个变量；以及至少一个控制器，所述至少一个控制器构造成通过以下方式控制所述第一循环介质或所述第二循环介质的至少一个参数：使用所述第一至少一个传感器和所述第二至少一个传感器检测所述变量；并且基于所述第一循环介质和所述第二循环介质的检测到的变量，使用前馈控制回路控制所述第一可变控制泵或所述可变流量控制机械装置中的一个或两个的流量，以实现对所述至少一个参数的控制。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述前馈控制回路基于要控制的所述至少一个参数与所述检测到的变量之间的数学模型。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括存储器，对于所述第一循环介质或所述第二循环介质中的至少一个或两个，所述存储器用于存储：作为压力和温度的函数的比热容；以及流体密度，用于由所述至少一个控制器在所述数学模型中使用。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制器构造成确定所述热交换器的传热系数(U)，其中，所述传热系数(U)用于所述数学模型。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，当供应所述可变载荷时，基于所述传感器的实时操作测量值来确定所述热交换器的传热系数(U)。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，确定热交换器的传热系数(U)包括：在供应所述可变载荷时基于所述实时操作测量期间所述传感器的先前检测到的变量来预测所述传热系数(U)。7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，确定热交换器的传热系数(U)包括：在供应所述可变载荷时基于所述实时操作测量期间所述传感器的当前检测到的变量来计算所述传热系数(U)。8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，基于所述热交换器的安装和/或运输之前的测试来确定所述热交换器的所述传热系数(U)。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，被控制的所述至少一个参数是与检测到的所述前馈控制回路的变量不同的参数。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一流体路径在所述热交换器和所述可变载荷之间，所述第一可变控制泵在所述热交换器和所述可变载荷之间，
所述第二流体路径在温度源和所述热交换器之间，并且所述可变流量控制机械装置在所述温度源和所述热交换器之间。11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，在所述温度源和所述热交换器之间的至少所述可变流量控制机械装置由所述至少一个控制器控制，以实现对所述至少一个参数的控制。12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述温度源包括锅炉、冷却器、区域性源、废物温度源或地热源。13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述温度源包括与所述至少一个控制器独立地被控制的泵，其中，所述可变流量控制机械装置是第二可变控制泵。14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，由所述至少一个控制器控制的所述至少一个参数是从所述热交换器到所述温度源的输出温度。15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述温度源包括地热源。16.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，由所述至少一个控制器控制的所述至少一个参数使横跨所述热交换器到所述温度源的温差最大化。17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，当所述至少一个控制器使横跨所述热交换器到所述温度源的温差最大时，将温差控制为横跨所述热交换器到所述可变载荷恒定，并且将温差控制为在来自所述温度源的输入温度和来自所述可变载荷的输入温度之间横跨所述热交换器恒定。18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，当所述至少一个控制器使横跨所述热交换器到所述温度源的温差最大时，将温差控制为横跨所述热交换器到所述可变载荷可变，并且将温差控制为在来自所述温度源的输入温度和来自所述可变载荷的输入温度之间横跨所述热交换器可变。19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述温度源包括冷却塔。20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，还包括并联于所述热交换器的冷却器，用于从所述冷却塔供应所述可变载荷。21.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，还包括串联在所述热交换器和所述可变载荷之间的冷却器。22.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述温度源包括锅炉、冷却器、区域性源或废物温度源。23.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，由所述至少一个控制器控制的所述至少一个参数是从所述热交换器到所述可变载荷的输出温度。24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，还包括串联在所述热交换器和所述可变载荷之间的热水加热器。25.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，由所述至少一个控制器控制的所述至少一个参数维持所述第一流体路径的流量与所述第二流体路径的流量的指定的固定比率。26.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个参数由所述至少一个控制器控制为指定值。27.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个参数由所述至少一个控制器控制以被优化或最大化。
28.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括传热模块，所述传热模块包括所述热交换器以及与所述热交换器和彼此并联的至少一个另外的热交换器，其中，所述第一流体路径和所述第二流体路径由所述至少一个另外的热交换器进一步限定。29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，所述传感器包括：第一压力传感器，所述第一压力传感器构造成检测输入到所述传热模块的所述第一流体路径的压力测量值；第二压力传感器，所述第二压力传感器构造成检测输入到所述传热模块的所述第二流体路径的压力测量值；第一压差传感器，所述第一压差传感器横跨所述传热模块的所述第一流体路径的输入到输出；第二压差传感器，所述第二压差传感器横跨所述传热模块的所述第二流体路径的输入到输出；第一温度传感器，所述第一温度传感器构造成检测所述传热模块的所述第一流体路径的输入的温度测量值；第二温度传感器，所述第二温度传感器构造成检测所述传热模块的所述第一流体路径的输出的温度测量值；第三温度传感器，所述第三温度传感器构造成检测所述传热模块的所述第二流体路径的输入的温度测量值；第四温度传感器，所述第四温度传感器构造成检测所述传热模块的所述第二流体路径的输出的温度测量值；以及相应的温度传感器，以检测所述传热模块的每个热交换器的每个流体路径的输出的温度测量值。30.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括：第一流量传感器，所述第一流量传感器构造成检测所述热交换器的所述第一流体路径的流量测量值；以及第二流量传感器，所述第二流量传感器构造成检测所述热交换器的所述第二流体路径的流量测量值。31.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括至少一个压力传感器，所述至少一个压力传感器构造成检测所述热交换器处的压力测量值。32.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一至少一个传感器包括第一至少一个温度传感器，并且所述第二至少一个传感器包括第二至少一个温度传感器。33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述传感器包括流量传感器，以检测具有被控制的所述至少一个参数的所述热交换器的所述第一流体路径或所述第二流体路径的流量测量值。34.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括流量传感器，以检测具有被控制的所述至少一个参数的所述热交换器的所述第一流体路径或所述第二流体路径的流量测量值。35.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热交换器是...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z，
申请(专利权)人：塞阿姆斯特朗有限公司，
类型：发明
国别省市：