УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ НА ОСНОВЕ ВИХРЕВОЙ ТРУБКИ ДЛЯ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
VORTEX TUBE-BASED TEMPERATURE CONTROL FOR PROCESS CONTROL DEVICES

Область техники
[0001]  Настоящее изобретение относится в целом к системам управления технологическим процессом и, более конкретно, к управлению температурой на основе вихревой трубки для устройств управления технологическим процессом.
Уровень техники
[0002]  Системы управления технологическим процессом, как правило, содержат многочисленные полевые устройства управления технологическим процессом, на некоторые из которых может воздействовать рабочая среда, средняя температура которой является относительно высокой или низкой и/или значительно различается. Такие температурные условия могут неблагоприятно влиять на работу полевых устройств, так как многие компоненты этих полевых устройств разработаны для работы в более умеренных условиях окружающей среды. Некоторые полевые устройства могут быть заключены в защитные корпуса. Однако эти корпуса не эффективны в предотвращении негативных влияний на полевые устройства экстремальных температур или изменений температуры.
Сущность изобретения
[0003]  Типовое устройство содержит корпус, устройство управления технологическим процессом, расположенное в корпусе, и вихревую трубку, соединенную с корпусом для регулирования рабочей температуры устройства управления технологическим процессом. Вихревая трубка имеет впускное отверстие для текучей среды, предназначенное для приема текучей среды, первое выпускное отверстие для текучей среды и второе выпускное отверстие для текучей среды. Температура первой части текучей среды в первом выпускном отверстии для текучей среды больше, чем температура второй части текучей среды во втором выпускном отверстии для текучей среды и температура текучей среды во впускном отверстии для текучей среды. Первое выпускное отверстие для текучей среды выпускает первую часть текучей среды для регулирования рабочей температуры устройства управления технологическим процессом.
[0004]  Типовой способ включает измерение температуры устройства управления технологическим процессом, расположенного в корпусе, и/или внутреннего пространства корпуса, подвод текучей среды к корпусу через вихревую трубку и регулировку, на основании измеренной температуры, потока текучей среды через вихревую трубку для поддержания по существу постоянной рабочей температуры устройства и/или внутреннего пространства корпуса.
Краткое описание чертежей
[0005]  На фиг. 1 показана принципиальная блок-схема типового устройства в соответствии с идеей настоящего изобретения.
[0006]  На фиг. 2 представлена принципиальная блок-схема другого типового устройства в соответствии с идеей настоящего изобретения.
[0007]  На фиг. 3 показана принципиальная блок-схема еще одного типового устройства в соответствии с идеей настоящего изобретения.
[0008]  На фиг. 4 показана блок-схема последовательности операций, представляющая типовой способ, который может быть осуществлен любым типовым устройством, раскрытым в настоящем описании.
[0009]  На фиг. 5 схема процессорной платформы, которая может быть использована с любым из примеров, раскрытых в настоящем описании.
Подробное описание
[0010]  Типовое устройство, раскрытое в настоящем описании, содержит вихревую трубку, соединенную с корпусом, содержащим полевое устройство управления технологическим процессом. Вихревая трубка, раскрытая в настоящем описании, имеет впускное отверстие для текучей среды, выпускное отверстие для горячей текучей среды и выпускное отверстие для холодной текучей среды. Текучая среда от выпускного отверстия для горячей текучей среды используют для нагрева внутренней полости корпуса устройства управления технологическим процессом для поддержания по существу постоянной, умеренной локальной температуры окружающей среды, окружающей устройство управления технологическим процессом, даже в очень холодных условиях эксплуатации. Температура текучей среды, выходящей из выпускного отверстия для горячей текучей среды вихревой трубки, может быть отрегулирована путем изменения потока текучей среды, поступающего во впускное отверстие вихревой трубки, и/или изменением потока текучей среды, выходящего из выпускного отверстия для горячей текучей среды.
[0011]  Типовое устройство 100, изображённое на фиг. 1, содержит компоненты, которые по существу подобны или идентичны компонентам другого типового устройства 200 и 300 на фиг. 2 и 3, соответственно. Эти подобные или идентичные компоненты последовательно пронумерованы по фиг. 1-3.
[0012]  Согласно фиг. 1 типовое устройство 100 содержит корпус 102, в котором расположено полевое устройство 104 управления технологическим процессом (например, клапан). Корпус 102 в типовом устройстве 100 полностью закрывает устройство 104 управления технологическим процессом, однако в других примерах, корпус 102 может частично закрывать устройство 104 управления технологическим процессом, может закрывать одно или более дополнительных компонентов 106 и/или может закрывать множество устройств управления технологическим процессом. Корпус 102 может также содержать слой 108 изоляции для закрытия по меньшей мере части корпуса 102. Слой 108 изоляции может представлять собой теплоизоляционное покрытие, содержащее один или более слоев, или может быть удаляемым слоем (например, тканевой оболочкой). Слой 108 изоляции может быть нанесен на наружную стенку 110 корпуса 102, как показано, и/или на внутреннюю стенку 112 корпуса 102.
[0013]  В типовом устройстве 100 вихревая трубка 116 расположена в корпусе 102, но также может быть расположена в другом месте, как раскрыто в представленном ниже описании. Как показано в типовом устройстве 100 на фиг. 1, вихревая трубка 116 соединена с корпусом 102 для регулирования температуры внутренней полости 114 корпуса 102, температуры устройства 104 управления технологическим процессом, расположенным в корпусе 102, и/или температуры других компонентов 106, расположенных в корпусе 102. Компоненты 106 могут быть отдельны от устройства 104 управления технологическим процессом, как показано, или могут быть составной частью устройства 104 управления технологическим процессом (например, встроены в него).
[0014]  Вихревая трубка 116 типового устройства 100 имеет впускное отверстие 118 для текучей среды, первое выпускное отверстие 120 для текучей среды и второе выпускное отверстие 122 для текучей среды. Подача 124 текучей среды обеспечивает сжатую текучую среду или текучую среду под давлением к впускному отверстию 118 для текучей среды и входит в вихревую трубку 116 перпендикулярно корпусу 126 вихревой трубки 116. Подача 124 текучей среды может быть системой, предназначенной для обеспечения сжатой текучей среды или текучей среды под давлением к вихревой трубке 116. В качестве альтернативного варианта реализации подача 124 текучей среды также может обеспечивать сжатую текучую среду или текучую среду под давлением в другом месте в системе управления технологическим процессом.
[0015]  Текучая среда, выходящая из первого выпускного отверстия 120 для текучей среды, имеет температуру выше, чем температура текучей среды, выходящей из второго выпускного отверстия 122 для текучей среды. В типовом устройстве 100 текучая среда, выходящая из первого выпускного отверстия 120 для текучей среды, предназначена для нагрева внутренней полости 114 корпуса 102 и/или устройства 104 управления технологическим процессом. Текучая среда от первого выпускного отверстия 120 для текучей среды может быть разделена посредством проходов или каналов для текучей среды на множество частей или потоков при выходе из первого выпускного отверстия 120 для текучей среды. Эти потоки текучей среды также могут быть использованы для нагрева одного или более дополнительных компонентов 106 в корпусе 102. Текучая среда из второго выпускного отверстия 122 для текучей среды выпускается за пределы корпуса 102. Согласно фиг. 1 второе выпускное отверстие 122 для текучей среды вихревой трубки 116 может быть размещено так, чтобы второе выпускное отверстие 122 для текучей среды проходило через корпус 102 и слой 108 изоляции.
[0016]  Типовое устройство 100 содержит контроллер 128, соединенный с одним или более датчиками 130 для измерения температуры внутренней полости 114 корпуса 102, рабочей температуры устройства 104 управления технологическим процессом и/или температур одного или более дополнительных компонентов 106. В процессе работы контроллер 128 может регулировать поток текучей среды, проходящей через впускное отверстие 118 для текучей среды вихревой трубки 116, посредством подачи 124 текучей среды для корректировки, управления или регулировки температуры текучей среды, выходящей из первого выпускного отверстия 120 для текучей среды вихревой трубки 116. Температура текучей среды и расход текучей среды из первого выпускного отверстия 120 для текучей среды вихревой трубки 116 во внутреннюю полость 114 корпуса 102 также могут быть откорректированы путем регулировки клапана 132 у первого выпускного отверстия для текучей среды. Уменьшение расхода текучей среды в первом выпускном отверстии 120 для текучей среды вихревой трубки 116 увеличивает температуру текучей среды, тогда как увеличение расхода текучей среды в первом выпускном отверстии 120 для текучей среды вихревой трубки 116 уменьшает температуру текучей среды.
[0017]  Типовое устройство 200 на фиг. 2 подобно типовому устройству 100 на фиг. 1. Однако вихревая трубка 116 типового устройства 200 расположена полностью во внутренней полости 114 корпуса 102 таким образом, что вентиляционное отверстие 202 используется для выпуска текучей среды, выходящей из второго выпускного отверстия 122 для текучей среды за пределы корпуса. Вентиляционное отверстие 202 сообщается посредством текучей среды со вторым выпускным отверстием 122 для текучей среды и проходит через корпус 102 и слой 108 изоляции.
[0018]  Типовое устройство 300 на фиг. 3 также подобно типовому устройству 100 на фиг. 1. В типовом устройстве 300 вихревая трубка 116 размещена полностью снаружи корпуса 102. Вентиляционное отверстие 202 сообщается посредством текучей среды с первым выпускным отверстием 120 для текучей среды и проходит через слой 108 изоляции и корпус 102 для нагрева внутренней полости 114, устройства 104 управления технологическим процессом и/или компонентов 106 внутри корпуса 102.
[0019]  Типовой контроллер 128 на фиг. 1-3 может быть реализован аппаратными средствами, программным обеспечением, прошивкой и/или любой комбинацией аппаратных средств, программного обеспечения и/или прошивки. Таким образом, типовой контроллер 128 мог быть реализован одной или более аналоговыми или цифровыми схемами, логическими схемами, программируемым процессором (и), специализированной интегральной микросхемой (и) (ASIC), программируемым логическим устройством (и) (PLD) и/или программируемым пользователем логическим устройством (и) (FPLD). Когда формулировка любого пункта формулы изобретения с объектом устройство или способ охватывает чисто программную реализацию и/или реализацию в виде прошивки, типовой контроллер 128, таким образом, явно определен как содержащий материальное машиночитаемое устройство хранения или диск хранения, такой как память, универсальный цифровой диск (DVD), компакт-диск (CD), Диск Blu-ray и т.д., хранящий программное обеспечение и/или прошивку. Кроме того, типовой контроллер 128 на фиг. 1-3 может содержать один или более элементов, процессы и/или устройства и/или может содержать более, чем одно любое или все элементы, процессы и устройства.
[0020]  Кроме того, типовой контроллер 128 на фига. 1-3 может устанавливать связь с одним или более датчиками 130 или элементом 132 (и) управления потоками при помощи любого типа проводного соединения (например, шина передачи данных, USB-соединение и т.д.) или механизма беспроводной связи (например, радиочастота, инфракрасное излучение и т.д.) с использованием любого прошлого, настоящего или будущего протокола связи (например, Bluetooth, USB 2.0, USB 3.0 и т.д.). Кроме того, один или более контроллер 128 или элемент (ы) 132 управления потоками на фиг. 1-3 могут устанавливать связь друг с другом при помощи такого механизма проводного соединения или беспроводной связи.
[0021]  На фиг. 4 показана блок схема последовательности операций, представляющая типовой способ 400, который может быть осуществлен типовым устройством, раскрытым в настоящем описании. Сначала текучую среду подводят к впускному отверстию 118 для текучей среды вихревой трубки 116 через подачу 124 текучей среды (блок 402). Подача 124 текучей среды может быть подачей текучей среды, разделенной на один или более других компонентов 106, где часть текучей среды для вихревой трубки 116 была отведена от существующей подачи 124 текучей среды. Текучая среда также может быть получена из подачи 124 текучей среды, выделенной для обеспечения сжатой текучей среды или текучей среды под давлением, в частности для подачи текучей среды к впускному отверстию 118 для текучей среды вихревой трубки 116.
[0022]  Контроллер 128 осуществляет измерение температуры по меньшей мере устройства 104 управления технологическим процессом и/или внутренней полости 114 корпуса 102 (блок 404). Затем контроллер 128 определяет, равна ли по существу температура устройства 104 управления технологическим процессом или внутренней полости 114 корпуса 102 заданной температуре (блок 406) путем сравнения измеренной температуры с температурой заданного значения. Если измеренная температура по существу не равна (например, перепад в пределах 10˚C) заданной температуре, выполняют регулировку потока через вихревую трубку 116 (блок 408) перед направлением этого потока к устройству 104 управления технологическим процессом или внутренней полости 114 корпуса 102 (блок 410). Поток может быть отрегулирован путем изменения давления текучей среды во впускном отверстии 118 для текучей среды вихревой трубки 116 и/или путем изменения потока текучей среды в первом выпускном отверстии 120  для текучей среды вихревой трубки 116 с использованием, например, клапана 132.
[0023]  Если измеренная температура и температура заданного значения по существу равны в блоке 406, текучую среду от первого выпускного отверстия 120 для текучей среды направляют по меньшей мере к устройству 104 управления технологическим процессом или внутренней полости 114 корпуса 102 (блок 410) без начальной регулировки потока текучей среды через вихревую трубку 116. Текучая среда от первого выпускного отверстия 120 для текучей среды может быть разделена на множество частей, по меньшей мере одна из которых отводится к устройству 104 управления технологическим процессом или внутренней полости 114 корпуса 102. Одна или более других частей могут быть отведены к другим компонентам 106 устройства 104 управления технологическим процессом.
[0024]  В этом примере по меньшей мере части способа, представленного блоком схемой последовательности операций на фиг. 4, может быть осуществлена с использованием машиночитаемых инструкций, которые содержат программу, исполняемую процессором, таким как процессор 512, показанный в типовой процессорной платформе 500, рассмотренной в представленном ниже описании в отношении фиг. 5. Программа может быть воплощена в программном обеспечении, сохраненном на материальном машиночитаемом носителе данных, таком как CD-ROM, гибкий диск, жесткий диск, универсальный цифровой диск (DVD), диск Blu-ray или память, связанная с процессором 512, однако в качестве альтернативного варианта реализации вся программа и/или ее части могли бы быть исполнены устройством, отличным от процессора 512, и/или воплощены в прошивке или выделенном оборудовании. Кроме того, несмотря на то, что типовая программа описана со ссылкой на блок схему последовательности операций, изображенную на фиг. 4, тем не менее, в альтернативном варианте реализации может быть использовано много других способов осуществления типового устройства, раскрытого в настоящем описании. Например, порядок исполнения блоков может быть изменен, и/или некоторые описанные блоки могут быть изменены, исключены или объединены.
[0025]  Согласно приведенному выше описанию по меньшей мере часть типового способа на фиг. 4 может быть осуществлена с использованием закодированных инструкций (например, читаемые компьютером и/или машиночитаемые инструкции), сохраненных на материальном машиночитаемом носителе данных, таком как жесткий диск, флэш-память, постоянная память (ROM), компакт-диск (CD), универсальный цифровой диск (DVD), кэш-память, оперативная память (RAM) и/или любое другое устройство хранения или запоминающий диск, на котором информация хранится в течение любой продолжительности (например, в течение продолжительных периодов времени, постоянно, в течение небольшой продолжительности, временной буферизации и/или кэширования информации). В контексте настоящего описания термин материальный машиночитаемый носитель данных явно определен как содержащий любой тип машиночитаемого устройства хранения и/или запоминающего диска и исключающий распространяющиеся сигналы, и исключающий среду передачи данных. В контексте настоящего описания «материальный читаемый компьютером носитель данных» и «материальный машиночитаемый носитель данных» используется взаимозаменяемо. Кроме того или в качестве альтернативы, типовой способ на фиг. 4 может быть осуществлен с использованием закодированных инструкций (например, читаемые компьютером и/или машиночитаемые инструкции), сохраненных на энергонезависимом считываемом компьютером и/или машиночитаемом носителе, таком как жесткий диск, флэш-память, постоянная память, компакт-диск, универсальный цифровой диск, кэш-память, оперативная память и/или любое другое устройство хранения данных или запоминающий диск, на котором информация хранится в течение любой продолжительности (например, в течение продолжительных периодов времени, постоянно, в течение небольшой продолжительности, временной буферизации и/или кэширования информации). В контексте настоящего описания термин энергонезависимый машиночитаемый носитель явно определен как содержащий любой тип машиночитаемого устройства хранения данных и/или запоминающего диска и исключающий распространяющиеся сигналы, и исключающий среду передачи данных.
ТМ
[0026]  На фиг. 5 показана блок-схема типовой процессорной платформы 500, выполненной с возможностью исполнения инструкций для осуществления по меньшей мере части способа на фиг. 4. Процессорная платформа 500 может быть, например, сервером, персональным компьютером, мобильным устройством (например, сотовый телефон, смартфон, планшет, такой как iPad), персональным цифровым помощником (PDA), устройством для доступа к Internet или любым другим типом вычислительного устройства.
[0027]  Процессорная платформа 500 в представленном примере содержит процессор 512. Процессор 512 в представленном примере является аппаратными средствами. Например, процессор 512 может быть осуществлен одной или более интегральными схемами, логическими схемами, микропроцессорами или контроллерами любого необходимого семейства или производителя.
[0028]  Процессор 512 в изображенном примере содержит локальную память 513 (например, кэш-память). Процессор 512 в изображенном примере осуществляет связь с оперативной памятью, содержащей энергозависимую память 514 и энергонезависимую память 516 посредством шины 518. Энергозависимая память 514 может быть осуществлена синхронной динамической оперативной памятью (SDRAM), динамической оперативной памятью (DRAM), динамической оперативной памятью RAMBUS (RDRAM) и/или любым другим типом устройства оперативной памяти. Энергонезависимая память 516 может быть осуществлена флэш-памятью и/или любым другим необходимым типом запоминающего устройства. Управление доступом к оперативной памяти 514, 516 осуществляется контроллером памяти.
[0029]  Процессорная платформа 500 изображенного примера также содержит интерфейсную схему 520. Интерфейсная схема 520 может быть реализована любым типом интерфейсного стандарта, такого как интерфейс Ethernet, универсальная последовательная шина (USB) и/или последовательный интерфейс PCI Express.
[0030]  В изображен примере одно или более устройств 522 ввода соединены с интерфейсной схемой 520. Устройство (а) 522 ввода обеспечивает (-ют) пользователю возможность ввода данных и команд в процессор 512. Устройство (а) 522 ввода может быть осуществлено, например, звуковым датчиком, микрофоном, камерой (фото или видео), клавиатурой, кнопкой, мышью, сенсорным экраном, сенсорной панелью, шаровым манипулятором, манипулятором isopoint и/или системой речевого ввода.
[0031]  Одно или более устройств 524 вывода также соединены с интерфейсной схемой 520 в изображенном примере. Устройства 524 вывода могут быть осуществлены, например, устройствами отображения (например, светодиод (LED), органический светодиод (OLED), жидкокристаллический дисплей, дисплей на электронно-лучевой трубке (CRT), сенсорный экран, устройство тактильного вывода, принтер и/или громкоговорители). Интерфейсная схема 520 изображенного примера, таким образом, обычно содержит плату графического драйвера, микросхему графического драйвера или процессор графического драйвера.
[0032]  Интерфейсная схема 520 изображенного примера также содержит коммуникационное устройство, такое как передатчик, приемник, приемопередатчик, модем и/или сетевую интерфейсную карту для облегчения обмена данными с внешними машинами (например, вычислительные устройства любого вида) через сеть 526 (например, соединение Ethernet, цифровая абонентская линия (DSL), телефонная линия, коаксиальный кабель, система сотовой телефонной сети и т.д.).
[0033]  Процессорная платформа 500 изображенного примера также содержит одно или более массовых запоминающих устройств 528, предназначенных для хранения программного обеспечения и/или данных. Примеры таких массовых запоминающих устройств 528 охватывают накопители на гибких дисках, накопители на жёстких дисках, CD-приводы, приводы Blu-ray диска, системы RAID и приводы универсального цифрового диска (DVD).
[0034]  Закодированные инструкции 532 для осуществления по меньшей мере части способа 400 на фиг. 4 могут быть сохранены на массовом запоминающем устройстве 28, в энергозависимой памяти 514, в энергонезависимой памяти 516, и/или на съемном материальном машиночитаемом носителе данных, таком как CD, или DVD.
[0035]  Несмотря на то, что в настоящем описании были раскрыты некоторые типовые способы, устройства и изделия, объем защиты этого патента не ограничивается указанными раскрытиями. Наоборот, этот патент охватывает все способы, устройства и изделия, явно находящиеся в пределах объема пунктов формулы изобретения этого патента.