專利名稱：用于供熱及調(diào)節(jié)系統(tǒng)等的流體循環(huán)泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明較為一般而言是關(guān)于一種流體循環(huán)泵，例如裝置于供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型。
本發(fā)明并有關(guān)一種供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性參數(shù)的一種量度方法。下文的說明是有關(guān)本應(yīng)用范圍，以便于解說。
背景技術(shù)：
如熟悉本范圍的人士所熟知，裝設(shè)于供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流體循環(huán)泵，亦即通稱的循環(huán)裝置，一般采用附有繞組及相扼流的非同步類型電發(fā)動機。
該等裝置的速度由控制單元調(diào)節(jié)，所依據(jù)的是從整個系統(tǒng)量度所得的變項的瞬時數(shù)值。特別是其中提供量度循環(huán)流體流量率、溫度及壓力的感應(yīng)器。
舉例而言，目前用于制造循環(huán)裝置的非同步發(fā)動機需要一套合適的電源電子電路系統(tǒng)，用以驅(qū)動及調(diào)節(jié)發(fā)動機的運作步驟，但亦需要一套訊號電子電路系統(tǒng)作檢測之用，例如檢測發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)或發(fā)動機相位。
雖然由多種觀點看來均有其優(yōu)點，但使用非同步電發(fā)動機的循環(huán)裝置亦已知存在弊端，主要者列述如下-由于繞組及相扼流而導(dǎo)致速度變動不精確，并產(chǎn)生震動，隨后附帶聽覺及電動類型的干擾；-循環(huán)裝置運作的可靠程度并不特別高，原因是這有賴整個系統(tǒng)內(nèi)安設(shè)的各感應(yīng)器的正確運作。
利用同步發(fā)動機技術(shù)連同永磁轉(zhuǎn)子的循環(huán)裝置，在近年始成功在商業(yè)上使用。
同步發(fā)動機的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)及安裝簡單，兼且成本適中。
同步發(fā)動機的使用包含若干驅(qū)動問題的解決方法，原因是勵磁通量由于永磁而固定，需要定子繞組作相對較高的電流吸收，以合適地調(diào)節(jié)發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的速度及方向變動。
此外，為了限制單線圈上的電流，從而避免去磁風(fēng)險，有需要注意更高度地細分定子電極。
同步發(fā)動機的此等獨特性，令致發(fā)動機的驅(qū)動需要若干竅門，特別是在負荷可突然或隨時間變動的情況。
此情況的一個實例是封閉液壓回路結(jié)構(gòu)的供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)中的流體流含有一種抗凝固附加物并占相當(dāng)?shù)陌俜荼?，此情況常見于必須在嚴寒狀況運作的供熱系統(tǒng)，例如是在北方國家。
在此情況下，有需要定期核實系統(tǒng)運作良好，以便能夠在有需要時加添抗凝固附加物，又或按照戶內(nèi)及/或戶外溫度影響的熱力需求調(diào)節(jié)有效運作的流體流量率。
本發(fā)明目前解決的技術(shù)問題，在于設(shè)計一種裝置于供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流體循環(huán)泵，其具備的結(jié)構(gòu)及功能特性可提供有關(guān)系統(tǒng)狀況的信息，檢測例如系統(tǒng)內(nèi)運作流體所蘊含的附加物百份比，因而可調(diào)節(jié)供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運作狀況。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，此問題通過前述類型的流體循環(huán)泵解決，其特征在于包含一種來自上述控制電子電路的信號輸出，以提供一種與系統(tǒng)內(nèi)運作流體所蘊含附加物百份比相互關(guān)連的數(shù)值。
本發(fā)明亦關(guān)于供熱系統(tǒng)特性參數(shù)的一種量度方法，如權(quán)利要求第4項所界定。
按照本發(fā)明的循環(huán)泵及量度方法的進一步特征及優(yōu)點，將于下文對其實施例的說明中顯示。該實施例說明參照附圖作出，以供表述之用，不含限制性。


圖1以圖解方式顯示一裝有按照本發(fā)明實現(xiàn)的循環(huán)泵的供熱系統(tǒng)。
圖2以圖解方式顯示用以操作圖1的泵的同步電發(fā)動機，裝有按照本發(fā)明可確定系統(tǒng)內(nèi)運作流體所蘊附加物百份比的裝置；圖3顯示泵運作的控制電子器件的方塊圖。
圖4以圖解顯示按照本發(fā)明的泵連同控制電子器件。
具體實施例方式
參照各附圖，1整體及以圖解顯示一種供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中裝有按照本發(fā)明實現(xiàn)的運作流體循環(huán)泵2。
泵2以屬于同步類型為佳，即是由包含永磁轉(zhuǎn)子14的同步電發(fā)動機12以旋轉(zhuǎn)運作。用以運作泵的同步發(fā)動機12的內(nèi)部結(jié)構(gòu)于圖2顯示，并將于下文說明。
供熱系統(tǒng)1包含一種封閉液壓回路6，其將于下文界定為主體，并裝有多種供熱元件7。
液壓回路6備有組成一系列的同步循環(huán)泵2、主體熱交換器3，即一個鍋爐，以及供熱元件7。
與備有供熱元件7的回路部份關(guān)聯(lián)的位置，設(shè)有一第二熱交換器5供熱至一衛(wèi)生回路9，例如分送家用熱水的回路。該熱交換器5是第二封閉液壓回路8的一部份。
在主體液壓回路6與第二液壓回路8之間的交接節(jié)點，管道部份從該處分支出來與備有供熱元件7的回路部份關(guān)聯(lián)，該處備有一道電動三路閥4。
較佳是按照本發(fā)明，有可能依據(jù)透過泵2得出的流體動力參數(shù)，決定抗凝固附加物的百份比。
換言之，同步泵2容許提供與系統(tǒng)內(nèi)附加物百份比相互關(guān)連的電信號。
特地參照圖3的實例更詳盡地說明，該圖中顯示一種按照本發(fā)明實現(xiàn)并全體以10表示的控制電子器件，用于確定系統(tǒng)1內(nèi)運作流體所蘊含抗凝固附加物百份比。
該器件10并能夠確定由同步電發(fā)動機12操作的泵2的流量率。該種于圖3顯示的發(fā)動機12所屬的類型，包含一種備有永磁的轉(zhuǎn)子14，該轉(zhuǎn)子由裝有極靴18連同相關(guān)繞組的定子16所產(chǎn)生的電磁場感生旋轉(zhuǎn)。
該器件10包含一種轉(zhuǎn)子14的磁通量感應(yīng)器20，例如霍爾(Hall)類型的感應(yīng)器，安排于接近轉(zhuǎn)子14的定子16之上。該感應(yīng)器20與一處理單元22連接，例如一種控制器或中央處理器，輸出泵流量率的數(shù)值。
按照本發(fā)明，為了確定由同步電發(fā)動機12操作的泵內(nèi)的流量率Q，該器件10的處理單元22與一記憶部份聯(lián)系使用，該記憶部份儲存有實驗性數(shù)據(jù)，是流量率數(shù)值與泵發(fā)動機的一種運作變項(例如負荷角)的相應(yīng)數(shù)值之間的相互關(guān)連。
實施時，按照本發(fā)明，有可能采用泵的一個運作變項的量度，特別是負荷角或延遲θ的量度，來厘定在穩(wěn)定運作情況下以同步發(fā)動機12運作的泵2內(nèi)循環(huán)的流體流量率Q。
眾所周知，此負荷角θ是指發(fā)動機12末端應(yīng)用的電壓與相反電動力之間的相位變動，而該相反電動力是由定子16通量作用加上轉(zhuǎn)子14永磁的旋轉(zhuǎn)感生的通量所產(chǎn)生。
當(dāng)與發(fā)動機12相連的泵軸心被施加的負荷有所變動，同時施加于發(fā)動機12轉(zhuǎn)子14的阻力轉(zhuǎn)矩亦有所變動，因而改變相反電動力與網(wǎng)絡(luò)電壓之間的移位角，此正是負荷角θ。
負荷角的增加與泵內(nèi)流量率Q的提高成正比例地相互關(guān)連，屬于線段的線性相互關(guān)連。舉例而言，在線性化后，流量率增加意味著負荷角按比例增加，相反亦然，流量率減低與負荷角減低相對應(yīng)。
按照本發(fā)明，流量率數(shù)值與相應(yīng)負荷角數(shù)值之間的相互關(guān)連是預(yù)先確定的此項相互關(guān)連能夠透過實驗測試確定，或是亦可透過理論模擬或在利用電腦模擬實驗確定，優(yōu)選是在校準(zhǔn)步驟的過程中，并以在泵的制造地點作出為較佳。
更詳盡而言，如圖3所清楚顯示，處理單元22除與感應(yīng)器20相連外，其亦于輸入點接收一種網(wǎng)絡(luò)同步信號24及一種與網(wǎng)絡(luò)電壓26有效數(shù)值成正比例的信號。
借著使用霍爾(Hall)類型的數(shù)碼感應(yīng)器20，得以量度轉(zhuǎn)子14磁通量峰值的演變。知悉后者在相反電動力會有90°延遲，則負荷角θ可準(zhǔn)確地確定為發(fā)動機12末端應(yīng)用的電壓(有賴網(wǎng)絡(luò)同步信號24得悉)與相反電動力之間的相位變動，而該相反電動力是由定子16通量作用加上轉(zhuǎn)子14永磁旋轉(zhuǎn)感生的通量所產(chǎn)生。
相位變動θ因此是由處理單元22以網(wǎng)絡(luò)同步信號24為參考所確定，其為一種矩形波信號，其起伏的邊緣與經(jīng)過零網(wǎng)絡(luò)電壓的過渡一致。
值得注意的是，霍爾(Hall)類型的數(shù)碼感應(yīng)器20輸出一種矩形波信號，起伏的邊緣與旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子14永磁的極性倒置一致。
同步信號24邊緣與感應(yīng)器信號邊緣20之間經(jīng)過的時間，表示轉(zhuǎn)子14的位置，并與負荷角θ成正比例。
然而，此時間隨著流量率、發(fā)動機12的供電電壓及轉(zhuǎn)子14磁石運作溫度而改變。
在此宜明確說明，負荷角θ之所以按流量率而定，與泵的電物理特性相連。不計及結(jié)構(gòu)方面(例如水力學(xué)、定子繞組及機械部份)，其在一種已確立的產(chǎn)品中，主要由于生產(chǎn)容差而影響負荷角θ，然而，在數(shù)值細小及相對穩(wěn)定的情況下，直接影響負荷角變化的其他關(guān)鍵參數(shù)，正是網(wǎng)絡(luò)電壓及轉(zhuǎn)子14磁石溫度。在泵設(shè)有同步發(fā)動機12及轉(zhuǎn)子14浸于運作流體內(nèi)的例子中，磁石的溫度與運作流體的溫度相應(yīng)。
如網(wǎng)絡(luò)電壓減低，定子16產(chǎn)生的磁通量強度亦減低，其后會出現(xiàn)發(fā)動機12勵磁不足。
勵磁不足令致更難于維持發(fā)動機12的同步狀態(tài)，此將被詮釋為工作負荷增加，直接引起負荷角增加。
反之亦然，網(wǎng)絡(luò)電壓增加，表示發(fā)動機12勵磁過多，負荷角因而減少。
因此，循環(huán)運作流體的液壓流量率Q，自運作泵2的同步電發(fā)動機在運作狀況時開始取得。
同時，運作流體的溫度亦能夠以運作泵2的同步電發(fā)動機的運作狀況確定。
有需要倚賴運作流體的溫度，是由于用以制造轉(zhuǎn)子14的鐵磁物料有一種按溫度改變的剩余磁感應(yīng)BR。
提高轉(zhuǎn)子14磁石的運作溫度，令剩余磁感應(yīng)BR減低，繼而影響連鎖通量的強度，該通量減低，導(dǎo)致發(fā)動機12處于與供電電壓減低時的類似狀況。
因此，就負荷角而言，溫度提高將會令負荷角增加，反之亦然。
為了識別負荷角θ的變動是由于供電電壓還是由于泵的流量率轉(zhuǎn)變而造成，故使用與網(wǎng)絡(luò)電壓有效數(shù)值成正比例的信號26。
此信號26是以例如一種調(diào)節(jié)裝置28如電壓適配硬件回路，從網(wǎng)絡(luò)電壓信號30取得。此信號26容許處理單元22回到供應(yīng)的有效數(shù)值，藉此，處理單元22能夠提供一種完全獨立于供電電壓而與液壓流量率成正比例的信號。
另外，為了識別負荷角θ的變動是由于熱力的逐漸改變還是由于泵的流量率改變而造成，必須使用一種霍爾(Hall)類型的類比感應(yīng)器20A。
類比形式的霍爾(Hall)感應(yīng)器20A除了可讀取轉(zhuǎn)子14磁石的極性倒置外，并能夠輸出一種正弦曲線信號，該信號的寬度與制造轉(zhuǎn)子14的鐵磁物料的剩余磁感應(yīng)BR成正比例。
由于轉(zhuǎn)子的永磁的剩余磁感應(yīng)BR緊密倚賴運作溫度，借著類比感應(yīng)器20A產(chǎn)生的正弦曲線信號，處理單元22能夠進一步識別由于流量率轉(zhuǎn)變造成的負荷角變動與由于溫度轉(zhuǎn)變而造成的負荷角變動。
實質(zhì)上，所產(chǎn)生的是一種與流量率Q相互關(guān)連的輸出信號34，該信號與置于處理單元22的負荷角θ測量儀表32的數(shù)值成正比例，因而與液壓流量率成正比例，信號的處理是基于一個以實驗檢測預(yù)設(shè)的數(shù)值表。
實質(zhì)上，借著器件10的處理單元22，有可能進行下列的電信號采集及處理-采集負荷角θ、網(wǎng)絡(luò)電壓及轉(zhuǎn)子14磁石溫度的現(xiàn)行數(shù)值；
-把上述負荷角現(xiàn)行數(shù)值與預(yù)設(shè)的與流量率數(shù)值相互關(guān)連表中儲存的數(shù)值比較-有可能按照網(wǎng)絡(luò)電壓數(shù)值及/或轉(zhuǎn)子磁石溫度改正流量率數(shù)值，并確定現(xiàn)行的流量率數(shù)值。
按照本發(fā)明，優(yōu)點在于有可能確定系統(tǒng)1內(nèi)的循環(huán)運作流體所蘊含附加物的百份比。此百份比間接自運作泵2的同步電發(fā)動機12在瞬時運作狀態(tài)時開始取得。
處理單元22因而能夠提供進一步的信號輸出35，例如圖4所示，以提供與運作流體附加物百份比相互關(guān)連的數(shù)值。
如前文所述，附加物百份比是一項別具意義的數(shù)據(jù)，原因是抗凝固附加物通常按相當(dāng)?shù)陌俜荼纫?，例如高達40％。
更詳細而言，系統(tǒng)的效率同時倚賴主體回路6及第二回路9的交換器3及5，以及抗凝固附加物的百份比。事實上，加添抗凝固附加物能夠增加運作流體粘度達20％，此明顯影響系統(tǒng)的能量表現(xiàn)。
此表示一個已知的附加物百份比亦有相應(yīng)的預(yù)定系統(tǒng)1能量效率，因此，知悉附加物百份比，即可間接地進一步取得有關(guān)系統(tǒng)1效率的資料。
舉例而言，下表適用于乙二醇附加物，當(dāng)中把流體于運作溫度T的比熱與不同的附加物百份比相連乙二醇份量百份比溫度F°

循環(huán)運作流體的粘度按一已知的關(guān)系影響同步發(fā)動機對電力的吸收，該已知關(guān)系視泵2的流體動力特性而定。例如，可使用下列公式m·ξ(I/d)·(ω2/2)＝P其中m代表大量流量率ξ代表摩擦系數(shù)I代表液壓回路的等效長度d代表液壓回路的等效直徑
ω代表循環(huán)器的運作發(fā)動機速度P代表吸收的電力。
摩擦系數(shù)ξ倚賴雷諾數(shù)(Re)而定，在實驗中從液壓回路中取得。雷諾數(shù)則按照下列關(guān)系視乎流體粘度μ而定Re＝I·d·ω/μ此外，循環(huán)運作流體粘度μ影響熱交換系數(shù)，因而最終影響交換器的熱值。此數(shù)值的變動，就一起始已知的狀況而言，提供流體粘度的指標(biāo)。
為了確定在一起始參考狀況下系統(tǒng)1的熱值數(shù)值，可使用一種起始量度方法，在緊接泵2下游作封閉輸送而進行。
其后，有可能令致運作流體只在衛(wèi)生回路9的第二熱交換器5循環(huán)而進行進一步量度。
為達到此目的，電動三路閥4可予控制，以使其只供應(yīng)第二熱交換器5，以致泵2只為回路9作出供應(yīng)。
第二交換器5的熱值須視乎交換器本身的流體動力特性以及流體的粘度例如可使用下列公式q＝αAρt其中α代表運流熱交換系數(shù)輸出A代表熱交換的等效表面ρt代表交換器輸入及輸出之間減少的熱如所知，α系數(shù)按下列關(guān)系視紐塞數(shù)(Nusselt number(Nu))而定α＝(Nu Л)/d其中Л代表熱傳導(dǎo)性d代表等效液壓直徑此外Nu＝C·Rem·Prn其中C、m及n是實驗系數(shù)及Re＝雷諾數(shù)(Reynolds number)及Pr＝普朗特數(shù)(Prandtl number)視乎運作流體的特性而定，例如粘度、比熱及熱傳導(dǎo)性。
知悉所使用的附加物類型后，即可在已知運作回路情況下，即附有封閉傳導(dǎo)泵或例如僅限于交換器5第二回路的循環(huán)情況下，從連結(jié)泵所吸收電力的實驗表中，取得流體粘度及溫度T。
按照本發(fā)明的方法亦能夠以非同步發(fā)動機運作的泵啟動，該發(fā)動機需備有感應(yīng)器以檢測運作流體的流量率Q。同時，在此情況下，更有可能借著封閉輸出下的第一量度與其后的第二液壓回路量度，從流量率數(shù)值取得與附加物百份比相互關(guān)連的信號。
實質(zhì)上，按照本發(fā)明的方法可借著利用系統(tǒng)1中唯一的泵來提供此項附加物百份比的指標(biāo)。明顯地，使用同步泵的進一步優(yōu)點是可在無感應(yīng)器的情況下進行量度。
按照本發(fā)明的流體循環(huán)泵的主要優(yōu)點在于實際上有可能提供一項與系統(tǒng)中運作流體所蘊含的附加百份比數(shù)值相互關(guān)連的信號輸出。
另一方面，該泵的控制回路輸出的數(shù)值，在其他流體動力參數(shù)如流量率、運作溫度及附加物百份比已知的情況下，可取得系統(tǒng)1效率的指標(biāo)。
明顯地，熟悉本范疇的人士為了符合特定及或有的需要，將可對上述流體循環(huán)泵作若干修改，但全部須在以下權(quán)利要求中界定的本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種流體循環(huán)泵(2)，特別用于備有一主體液壓回路(6)及一第二液壓回路(9)的供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)(1)，其中該泵由一同步電發(fā)動機(12)運作，并由一控制電子器件(10)驅(qū)動，特點在于上述器件(10)包含一處理單元(22)，從其輸入點中接收來自轉(zhuǎn)子(14)磁通量感應(yīng)器(20)的第一信號(24)以及第二網(wǎng)絡(luò)同步信號(24)；同時，并備有一記憶部份或與一記憶部份相聯(lián)，當(dāng)中儲存關(guān)于液壓流量率(Q)數(shù)值與泵發(fā)動機一項運作變項的相互關(guān)連的實驗數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生一項與循環(huán)運作流體所蘊含附加物百份比相互關(guān)連的信號輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，上述變項是負荷角θ，以及上述感應(yīng)器(20)是一數(shù)碼霍爾(Hall)感應(yīng)器。
3.如權(quán)利要求1所述的的泵，其特征在于，上述變項是負荷角θ，以及上述感應(yīng)器(20A)是一類比霍爾(Hall)感應(yīng)器。
4.一種供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)(1)的一項特性參數(shù)的量度方法，該系統(tǒng)備有主體液壓回路(6)及第二液壓回路(9)，當(dāng)中并提供至少一個由電發(fā)動機運作及由控制電子器件(10)驅(qū)動的運作流體循環(huán)泵(2)。此方法的特點在于其提供一項循環(huán)運作流體流量率的起始量度，在緊接泵的下游作封閉輸出的情況下進行量度；一項循環(huán)運作流體流量率的其后量度，在唯一的第二液壓回路(9)進行；上述第一及第二量度均借著與泵(2)的控制器件(10)相聯(lián)的方式進行，以輸出一項與循環(huán)運作流體所蘊含附加物百份比相互關(guān)連，或與系統(tǒng)熱值的變化相互關(guān)連的電信號。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該泵(2)由一備有永磁轉(zhuǎn)子(14)的同步電發(fā)動機(12)運作，以及上述第一及第二量度是通過下列步驟進行采集該泵至少一種運作變項；把上述變項的數(shù)值與預(yù)定的液壓流量率數(shù)值相互關(guān)連表作比較，并確定相應(yīng)的流量率數(shù)值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，上述的至少一項泵運作變項是負荷角或延遲θ，即是施加于發(fā)動機(12)末端的網(wǎng)絡(luò)電壓與相反電動力之間的相位變動角，而該相反電動力是由定子通量作用加上轉(zhuǎn)子(14)永磁旋轉(zhuǎn)感生的通量所產(chǎn)生。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，容許采集泵的另一運作變項，例如轉(zhuǎn)子磁石的溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，容許借著類比類型的霍爾(Hall)感應(yīng)器(20A)，檢測一種與轉(zhuǎn)子的鐵磁物料剩余磁感應(yīng)(BR)成正比例并視乎運作溫度而定的信號。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，上述的至少一項泵運作變項是負荷角或延遲θ，借著數(shù)碼霍爾(Hall)感應(yīng)器(20)檢測。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，上述的至少一項泵運作變項是負荷角或延遲θ，借著類比霍爾(Hall)感應(yīng)器(20A)檢測。
11.備有一主體液壓回路(6)及一第二液壓回路(9)的供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)，特點在于其包含至少一個如權(quán)利要求1所述的流體循環(huán)泵。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種供熱及/或調(diào)節(jié)系統(tǒng)(1)的特性參數(shù)的一種量度方法，該系統(tǒng)備有一主體液壓回路(6)及一第二液壓回路(9)，其中提供至少一個運作流體循環(huán)泵(2)，該泵由一電發(fā)動機運作，并由一控制電子器件(10)驅(qū)動。該方法提供一項循環(huán)運作流體流量率的起始量度，在緊接泵的下游作封閉輸出的情況下進行量度；一項循環(huán)運作流體流量率的其后量度，在唯一的第二液壓回路(9)進行；第一及第二量度均借著與泵(2)的控制器件(10)相聯(lián)的方式進行，以輸出一項與循環(huán)運作流體所蘊含附加物的百份比相互關(guān)連，或與系統(tǒng)熱值的變化相互關(guān)連的電信號。
文檔編號F04B49/06GK1658108SQ200510009499
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者艾利奧·馬利奧尼 申請人:雅斯高股份有限公司