用于改变流体温度的系统和用于控制这种系统的方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于改变流体的温度的系统，如即用热水器，以及用于控制这种系统的方法。系统包括用于接收处于第一温度的流体的入口和用于输送处于第二温度的流体的出口。管道将入口连接到出口，并包括用于将流体温度从第一温度改变成第二温度的装置，如加热元件。系统的特征在于设置有一个或多个用于对在管道内的给定位置处的流体温度进行估计的虚拟传感器。为此目的，系统包括处理器，该处理器包括用于基于对流体与管道之间的传热的估计来对在管道的选定位置处的流体温度进行估计的温度估计程序。处理器为控制器提供所估计的温度。控制器随后响应于所估计的流体温度而产生用于温度改变装置的控制信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于改变流体的温度的系统，包括用于接收处于第一温度的流体的输入口；用于输送处于第二温度的流体的输出口；用于将流 体从输入口传送到输出口的管道，该管道包括用于将流体温度从第一温度 改变成第二温度的装置。本专利技术还涉及一种用于控制这种系统的方法。
技术介绍
用于改变流体温度的系统(如即用水冷却器和热水器)通常依赖于来 自系统的某种反馈以确保达到希望的流体输出温度。为此目的，这种系统 通常包括一个或多个温度传感器，所述传感器测量系统中的流体温度并使 用传感器读取值来控制系统的温度调节装置，如加热元件或冷却元件。即 用热水器的示例在美国专利号6,539,173及其参考引用部分中给出。已知的使用这种传感器的问题是传感器对流体温度改变的响应较慢。 这种慢响应通常是由传感器的热质(thermal mass)引起的，并且当传感 器不是直接与流体接触时更为明显。这种热滞后通常导致由传感器测量的 温度与流体实际温度之间的差异，特别是当流体温度经历快速变化时。结 果，希望的流体输出温度与实际的流体输出温度不同。解决这种问题的一种方法是针对热滞后补偿传感器读取值。然而，这 种被偿并不简单，因此它是多个系统变量参数如流体经过系统的流量的函 数，这使得难以准确地补偿传感器热滞后。PCT专利申请WO 93/04421 A公开了一种电阻加热方法，其中液体 食物被从入口泵经过接收交流(AC )电能以加热液体的电极送到出口 ，使用操作供电控制器的微处理器将出口温度控制在预定的范围内。处理器将 电极之间的液体考虑成包括一系列的、从入口向出口移动的元部件，并预 测每个元部件在达到出口时将具有的出口温度。如果任何预测的元部件出 口温度落在预定的范围外，则调节施加在电极上的功率水平。这种方法的不利之处在于，施加在电极上的单位功率使单位体积的液 体温度增加一按经验确定的量。已发现这是不精确的。另外，各元部件的 温度认为在整个元部件中是恒定的。这进一步妨碍对入口与出口之间的每 个点/位置的精确的温度估计。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种不存在明显热滞后的、用于改变流体温度的系统。 本专利技术还旨在提供一种用于控制这种系统的方法。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于改变流体温度的系统，该系统包括用于接收处于第一温度的流体的输入口；用于输送处于第二温度的 流体的输出口；用于将流体从输入口传送到输出口的管道，该管道包括用 于将流体温度从第一温度改变成第二温度的装置；处理器，该处理器包括 用于基于对流体与管道之间的传热的估计来对在管道的选定位置处的流体 温度进行估计的温度估计程序；和控制器，该控制器用于响应于所估计的 流体温度向温度改变装置提供控制信号。本专利技术的虚拟传感器，即在本专利技术系统的处理器中运行的程序，可利 用可在不同复杂程度下实施的传热模型来实施。其优点在于，可得到更精 细的并且更准确的估计。例如，所述程序可包括用于对温度改变装置与流 体之间的传热进行估计的传热模型以得到对来自或传向流体的能量的量的 准确估计。这种估计可通过将控制信号的最新近的值用作输入变量来实现， 因为这可用于给出对温度改变装置的能量状态的准确估计。这样，本专利技术提供了一种用于改变流体温度的系统，其中，可一起省 去温度传感器，从而避免使用硬件传感器的任何上述缺点。然而，在一种实施形式中，管道包括至少一个用于向温度估计程序提供温度反馈的温度传感器。这种反馈可用于校正温度估计程序所采用的传 热模型。这在系统经历环境条件改变的情况下 一 一该环境条件的改变不能 够由传热模型准确地预测一一特别有利。在温度改变装置位于管道内的情况下，所述程序配置成通过包括对流 体与管道外的介质之间通过管道壁的传热的估计来估计流体温度，从而进 一步提高流体温度估计的精度。对于包括由多层结构覆盖的温度调节元件的温度调节装置，所估计的在流体与外部介质之间的传热的精度可通过结合以下情况进一步提高所 估计的温度调节元件与多层结构的内层之间的传热，所估计的多层结构的 相邻层之间的传热；以及所估计的多层结构的最外层与流体之间的传热。如果所述程序配置成将从包括第 一温度和流体通过管道的流量的 一组 参数中选出的至少一个流体相关参数用作输入变量，传热估计的精度可进 一步提高。如果流体相关参数在一时间段内出现不可忽略的变化，这特别 有利。传热估计程序可还配置成考虑系统的其它方面对流体与管道之间的传 热的影响。例如，管道可包括用于混合流体的线圏，其中所述程序配置用 于计算温度调节装置与流体-线圏组合物之间的传热。这进一步提高了温度 估计的精度。优选地，温度调节装置配置成在交流总线电流的过零点期间开启或关 闭以减少在总线上发生可能导致例如闪烁效应的电压变化的危险。在这种 情况下，处理器优选配置成提供对在管道的选定位置处的流体温度的估计， 并在两个邻接的过零点之间为控制器提供所述估计，从而能在温度调节装 置的每个切换周期期间更新温度估计，因而得到精细的温度控制机制。所述程序可配置成估计在管道的多个位置处的各流体温度。这进一步 提高了系统温度控制的精度，特别是对于流体在整个管道内的温度变化为 非线性的情况或者管道包括多级的情况一一其中可针对每级中的一处例如 在该级的输入口和/或输出口提供温度估计。通常，控制器配置成根据由处理器估计的一个或多个温度来计算温度调节装置的请求。在本专利技术系统的处理器中运行的程序实施才艮据本专利技术的方法，该方法 包括通过估计流体与管道之间的传热来估计在管道的选定位置处的流体温度；和响应于所估计的流体温度和上述各种其它有利实施形式向温度改变 装置提供控制信号。实施根据本专利技术的方法的程序可存储在计算机可读的存储介质中，如 DVD、 CD-ROM、存储卡等，包括可远程读取的存储介质，如可经由互联 网读取的服务器硬盘。附图说明参照附图通过非限制性示例更详细地说明本专利技术，其中图1示意性示出本专利技术的系统的实施例；图2示意性示出本专利技术的系统的管道^^莫型；图3示意性示出本专利技术的系统的实施例的传热模型方法；图4示意性示出多层材料的传热模型；图5示意性示出本专利技术的系统的实施例的温度估计方法；以及图6示意性示出本专利技术的系统的实施例的程序的可能实施的时序图。具体实施例方式应当理解，附图仅是示意性的并且不是按比例画出的。还应当理解相 同的附图标记在所有附图中都用于表示相同或相近的部件。图1示出根据本专利技术的系统100的实施例的示意图。系统100包括具 有入口 112和出口 114的管道110，还包括用于将在入口 112以温度L进 入管道110的流体的温度调节到在出口 114处的温度T2的温度调节元件 130,如加热元件或冷却元件。系统100包括用于控制温度调节元件130 的控制器150。控制器通常调整所要求的针对温度调节元件130的请求以 确保尽可能准确地达到所要求的出口温度T2。系统100还包括用于给控制器提供控制信号146的处理器140。处理器140可以以任何已知的合适方式实施，例如专用的微控制器或多用途/ 多功能中央处理单元等。控制器150可通过处理器140实施，或单独地实 现。处理器140利用用于对在管道110的预定位置处的流体温度进行估计 的程序产生控制信号146。所述预定位置可以是在出口 114处一一在这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于改变流体（１２０）的温度（Ｔ↓［１］）的系统（１００），包括：　用于接收处于第一温度（Ｔ↓［１］）的流体（１２０）的入口（１１２）；　用于输送处于第二温度（Ｔ↓［２］）的流体（１２０）的出口（１１４）；　用于将流体 （１２０）从入口（１１２）传送到出口（１１４）的管道（１１０），该管道（１１０）包括用于将流体温度从第一温度（Ｔ↓［１］）改变成第二温度（Ｔ↓［２］）的装置（１３０）；　处理器（１４０），该处理器包括温度估计程序，该温度估计程序用于基 于对流体（１２０）与管道（１１０）之间的传热的估计来估计在管道（１１０）的选定位置处的流体温度；和　控制器（１５０），该控制器用于响应于所估计的流体温度向温度改变装置（１３０）提供控制信号（１４６）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T帕尔默，P温特，
申请(专利权)人：雀巢产品技术援助有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]