ОТВОДЯЩИЙ УЗЕЛ С ЕДИНСТВЕННЫМ СОЕДИНЕНИЕМ
DISCHARGE UNIT WITH SINGLE CONNECTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к отводящему узлу, такому как кран, выполненному с возможностью регулировать температуру отводимой воды.
Уровень техники
Известен широкий диапазон различных вариантов осуществлений кранов. Также известны различные способы нагревания воды, один из которых [EP 2963350 A1, 06.01.2016] заключается в передаче тепла от горячей теплопередающей текучей среды к более холодной бытовой воде посредством теплообменника. В частности, в таких нагревательных системах температуру отводимой воды задают посредством смешения ненагретой бытовой воды с нагретой водой.
Однако, терморегулирующий водопроводный кран, например, соединенный с подачей холодной и горячей воды, задает жесткие ограничения на потребление энергии, установку и конструкцию.
Раскрытие сущности изобретения
Недостатки известных из уровня техники решений могут быть решены посредством системы потока текучей среды, содержащей канал бытового потока, соединяющий выпускное отверстие отводящего узла с подводом бытовой текучей среды, при этом имеется теплообменник, содержащий вторичный канал потока, соединенный с каналом бытового потока, причем отводящий узел соединен с выпускным отверстием канала потока вторичного контура, при этом имеется средство настройки потока, обеспечивающее возможность для пользователя открывать и закрывать средство регулировки бытового потока, соединенное с каналом бытового потока, причем упомянутая система потока дополнительно содержит средство регулировки нагревательного потока для регулирования скорости потока теплообменной текучей среды через канал первичного контура упомянутого теплообменника, при этом упомянутая система содержит средство, обеспечивающее то, что упомянутое средство регулировки нагревательного потока открыто только при наличии потока через упомянутый канал бытового потока. Это гарантирует то, что нагревательная текучая среда течет только тогда, когда имеется потребность в нагретой отведенной бытовой текучей среде, таким образом, не использованное тепло от теплообменной текучей среды, текущей в первичном контуре, не расходуется, когда оно не требуется.
В одном варианте осуществления в канале бытового потока после выпускного отверстия вторичного канала потока расположен температурный датчик для измерения температуры упомянутой бытовой текучей среды, при этом упомянутое средство регулировки нагревательного потока выполнено с возможностью осуществлять регулировку в соответствии с сигналом, переданным при помощи средства коммуникации от температурного датчика в соответствии с заданным значением температуры, настроенным при помощи средства настройки температуры. Средство настройки потока и/или средство настройки температуры в одном варианте осуществления является частью отводящего узла, и в других вариантах осуществления они расположены в другом месте, при этом они могут быть настроены посредством портативных устройств, например, сотового телефона или ноутбука. Пользователь, таким образом, может выбрать желаемую температуру текучей среды для отведения, а температурный датчик измеряет фактически отводимую текучую среду и отправляет сигнал в средство регулировки нагревательного потока для регулирования потока, чтобы поддерживать температуру отводимой текучей среды на уровне заданного значения температуры. Таким образом, в упомянутой системе не требуется, чтобы теплообменник нагревал бытовую текучую среду выше требуемой температуры, таким образом, неиспользуемая энергия не расходуется, поскольку через первичный контур проходит только необходимый объем теплообменной текучей среды.
Для простой реализации открытия первичного контура теплообменника потоку теплопередающей текучей среды только тогда, когда во вторичном контуре имеется поток бытовой текучей среды, в одном варианте осуществления средство регулировки нагревательного потока соединено со средством обнаружения потока, расположенным в связи с каналом потока бытовой текучей среды, при этом первая часть регулировки потока открыта только тогда, когда средство обнаружения потока регистрирует поток бытовой текучей среды.
Для обеспечения регулирования потока в одном варианте осуществления первое средство регулировки потока содержат клапан, образующий отверстие клапана, и соединено с приводом, соединенным со средством коммуникации и содержащим перемещающие средства для регулирования упомянутого отверстия клапана в ответ на сигнал от упомянутого средства коммуникации.
В одном варианте осуществления упомянутое средство регулировки нагревательного потока образует первую часть, а упомянутое средство обнаружения потока образует вторую часть средств регулировки потока, соединенные с первичным и вторичным каналом потока упомянутого теплообменника, соответственно. Это, например, может быть использовано для выполнения их в виде единого узла, который может быть встроен в теплообменника в теплообменник или на него.
В одном варианте осуществления простого механического исполнения упомянутый температурный датчик содержит объем датчика потока, заполненный газом и/или текучей средой, реагирующими на изменение температуры изменением их объема, при этом упомянутое средство коммуникации представляет собой средство коммуникации посредством текучей среды, соединенное с внутренним объемом привода, соединенного с упомянутым средством регулировки нагревательного потока, выполненным с возможностью воздействовать на отверстие клапана. Данное исполнение является недорогим и простым в изготовлении и монтаже.
В одном варианте осуществления этот механический температурный датчик содержит регулируемую часть объема, соединенную с упомянутым средством настройки температуры так, что регулирование средства настройки температуры вызывает изменение объема регулируемой части объема и, тем самым, изменение заданного значения температуры.
В одном варианте осуществления упомянутая вторая часть представляет собой обратный клапан, физически соединенный со средством регулировки нагревательного потока, выполненным с возможностью открывать его при наличии потока в канале бытового потока, при этом он закрыт в противном случае. Это обеспечивает простое, надежное и недорогое решение, подходящее для встраивания в теплообменник или на него.
В одном варианте осуществления, соответствующем более электрическому исполнению, средство настройки температуры и/или настройки потока выполнено с возможностью сообщаться с контроллером, выполненным с возможностью также сообщаться с температурным датчиком, причем контроллер выполнен с возможностью преобразовывать настройки и измеренную температуру в управляющий сигнал, сообщаемый упомянутому средству регулировки нагревательного потока и упомянутому средству регулировки бытового потока. Таким образом, температурный датчик может представлять собой любой подходящий для отправки сигнала в контроллер датчик, причем упомянутый контроллер может включать в себя средство хранения цифровых данных и процессор. Это исполнение предпочтительно подходит для соединения, например, с облачной сетью или сетью Интернет в целом или, например, только для беспроводной настройки и/или сопряжения
В одном варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью сообщаться с приводными средствами, соединенными с упомянутой первой частью и/или упомянутой частью регулировки потока. Таким образом, контроллер выполнен с возможностью отправлять инструкции приводным средствам для регулировки скорости потока, и опционально также получать данные по обратной связи от приводных средств и/или средства регулировки потока.
В одном варианте осуществления упомянутое средство настройки потока представляет собой упомянутое средство обнаружения потока. В этом случае контроллер может быть оповещен о том, что требуется поток бытовой текучей среды и, таким образом, может управлять открытием и настройкой соответствующих скоростей потока.
В одном варианте осуществления упомянутое средство настройки потока соединено с клапаном в упомянутом отводящем узле для настройки скорости потока бытовой текучей среды, предназначенной для отведения.
Настоящее изобретение также относится к способу управления отведением бытовой текучей среды посредством отводящего узла, соединенного с системой потока, содержащей теплообменник с первичным каналом потока и вторичным каналом потока, причем согласно упомянутому способу настраивают требуемую скорости потока и заданное значение температуры упомянутой отводимой текучей среды при помощи средства настройки потока и средства настройки температуры, соответственно, при этом средство настройки потока сообщается с частью регулировки бытового потока, управляющей потоком упомянутой бытовой текучей среды через упомянутый вторичный канал потока и из отводящего узла, причем согласно упомянутому способу управляют средством регулировки нагревательного потока, регулирующим поток теплообменной текучей среды через упомянутый первичный контур так, что средство регулировки нагревательного потока открывается в ответ на открытие средства регулировки бытового потока и закрывается при закрытии средства регулировки бытового потока, а в противном случае средство (8а) регулировки нагревательного потока и часть регулировки бытового потока регулируют независимо. Это гарантирует то, что нагревательная текучая среда течет только тогда, когда имеется потребность в нагретой отводимой бытовой текучей среде. Таким образом, не использованное тепло от теплообменной текучей среды, текущей в первичном контуре, не расходуется, когда она не требуется.
В одном своем варианте осуществления способ содержит этап, на котором, когда открывают первую часть регулировки потока, ее регулируют в ответ на сигнал, переданный от температурного датчика, выполненного с возможностью измерять температуру упомянутой бытовой текучей среды в положении между выпускным отверстием канала потока вторичного контура и выпускным отверстием отводящего узла, для управления температурой в соответствии с упомянутым заданным значением температуры. При этом также обеспечивается то, что в упомянутой системе не требуется, чтобы теплообменник нагревал бытовую текучую среду выше требуемой температуры, таким образом, неиспользуемая энергия не расходуется, поскольку через первичный контур проходит только необходимый объем теплообменной текучей среды.
В одном варианте осуществления в соответствии с любым предыдущим вариантом осуществления упомянутое соединение отводящего узла с выпускным отверстием вторичного канала потока упомянутого теплообменника является единственным соединением по текучей среде с упомянутым отводящим узлом.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана система потока текучей среды согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, содержащая отводящий узел, соединенный только с выпускным отверстием вторичного контура теплообменника.
На фиг. 2 показан отводящий узел согласно механическому варианту осуществления.
На фиг. 3 показан отводящий узел согласно электронному варианту осуществления.
На фиг. 4 показана система потока текучей среды согласно другому варианту осуществления, в котором обводная линия дополнительно напрямую соединяет отводящий узел с линией холодной текучей среды.
На фиг. 5 показана блок-схема, иллюстрирующая способ регулировки согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая способа регулировки согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Нагревательная система 1 потока, схематично показанная на фиг. 1, содержит линию 2 подачи нагревательной текучей среды, соединенную с впускным отверстием первичного канала теплообменника 5 для подачи в него теплопередающей текучей среды. Выпускное отверстие первичного канала теплообменника 5 соединено с линией 3 возврата нагревательной текучей среды для отвода нагревательной текучей среды после ее прохождения через первичный канал потока теплообменника 5.
Линия 4 холодной воды соединяет канал потока вторичного контура теплообменника 5 с холодной водой через впускное отверстие вторичного контура.
В теплообменнике 5 тепло передается от теплопередающей текучей среды, протекающей в первичном канале потока через теплопередающую поверхность, к холодной воде, протекающей во вторичном канале потока.
В одном варианте осуществления множество соединенных между собой микроструктурированных пластин теплообменника образует первичный и вторичный каналы потока так, что каждый второй канал потока между соседними пластинами образует первичный контур теплообменника 5 и соединен с впускным отверстием и выпускным отверстием первичного контура, при этом другой каждый второй канал потока образует вторичный контур теплообменника 5 и соединен с впускным отверстием и выпускным отверстием вторичного контура.
Выпускное отверстие вторичного контура соединено с отводящим узлом 6, например, краном.
Канал потока от линии холодной воды, проходящей через вторичный канал потока теплообменника 5 к выпускному отверстию теплообменника, называется далее каналом бытового потока.
В показанном варианте осуществления перекачивающее средство 7 формирует поток нагревательной текучей среды через линию 3 подачи нагревательной текучей среды, канал потока первичного контура теплообменника 5 и линию 4 возврата нагревательной текучей среды.
Поток в линии 4 холодной воды может быть обеспечен средствами создания давления так, что, при отведении воды отводящим узлом 6, перепад давления вытесняет воду через линию 4 холодной воды, канал потока вторичного контура и выпускное отверстие теплообменника 5 и к отводящему узлу 6.
Средства 8 управления потоком содержать средство 8а регулировки нагревательного потока для управления скоростью потока через первичный контур теплообменника 5.
Средства 8 управления потоком также могут содержать средство 8b обнаружения потока, выполненное с возможностью обнаруживать и/или реагировать при наличии потока в канале бытового потока. Они могут быть выполнены в виде двух отдельных узлов 8а, 8b или могут быть соединены между собой так, что могут функционировать как единый блок. Они могут быть встроены в теплообменник 5 или быть внешними по отношению к нему. Средства 8 управления потоком могут содержать клапаны 8а и/или 8b.
В одном варианте осуществления, после начала отведения воды из отводящего узла 6, средство 8b обнаружения потока средств 8 управления потоком реагируют открытием потока через вторичный контур теплообменника 5. Эта вторичная скорость потока может быть настроена пользователем при помощи средства 10 настройки потока на отводящем узле 6 в соответствии с желаемым выпускаемым потоком воды. В одном варианте осуществления отводящий узел 6, таким образом, выполнен с возможность сообщаться 11 со средствами 8 управления потоком для открытия потока с настроенной скоростью потока в соответствии с пользовательской настройкой. Средства 8 управления потоком, таким образом, могут содержать приводные средства для обеспечения возможности регулирования.
Средства 8b обнаружения потока выполнены с возможностью реагировать на поток в канале бытового потока тем, что вызывают открытие средства 8а регулировки нагревательного потока, открывая, тем самым, поток теплопередающей текучей среды через первичный канал для нагревания текучей среды, проходящей через вторичный канал.
Температура текучей среды, выходящей из вторичного выпускного отверстия, зависит от множества факторов, таких как материал и размеры теплообменника, начальная температура теплопередающей текучей среды и холодной воды в линии 2 подачи нагревательной текучей среды и в линии 4 холодной воды, соответственно, а также от их относительных скоростей потока в первичном и вторичном каналах потока теплообменника 5.
Обеспечена возможность регулировать скорости потока первичного и вторичного контура, при этом в одном варианте осуществления отводящий узел 6, таким образом, содержит средство 9 настройки температуры для выбора пользователем желаемой температуры, или заданного значения температуры, причем данную настройку вместе с настройкой скорости потока преобразуют в сигнал для средств 8 управления потоком, чтобы соответственно регулировать скорости потока при помощи средства 8а регулировки нагревательного потока.
В одном варианте осуществления выбранная пользователем скорость потока и/или температура не относятся непосредственно к фактической скорости потока и/или температуре на выпуске, при этом пользователю необходимо выполнить регулировку вручную до удовлетворительного состояния.
В улучшенном варианте осуществления пользователь выбирает скорость потока и/или температуру, непосредственно относящиеся к фактической скорости потока и/или температуре на выпуске. Это может быть обусловлено некоторым установленным соотношением в виде таблицы, составляющим основу для вычисления требуемых первичных и вторичных скоростей потока, однако в более гибком показанном варианте осуществления для измерения температуры отводимой воды присоединен температурный датчик 12. Он может быть расположен в отводящем узле 6, например, на его выпускном отверстии, при этом он может быть расположен в любом месте между ним и областью вторичного выпускного отверстия теплообменника 5.
Температура отводимой воды измеряют температурным датчиком 12, при этом скорость потока первичного контура (и, возможно, скорость потока вторичного контура) регулируют до тех пор, пока не будет достигнута требуемая температура, затем ей управляют для поддержания скорости потока.
Это управление может осуществляться любыми средствами, такими как способ с обратной связью пропорционального (Р), пропорционально-интегрального (PI) и пропорционально-интегрально-дифференциального (PID) типа и так далее. С системой может быть соединен контроллер, например, образующий часть отводящего узла 6 или сообщающийся с ним при помощи любых средств, причем контроллер содержит необходимые средства обработки, а также алгоритмы для выполнения вычислений и для отправки необходимых сигналов в средства 8 управления потоком для соответствующей регулировки.
В альтернативных или дополнительных вариантах осуществления средства управления работают на основании изменения объема расширяющейся текучей среды и/или газа в ответ на изменения температуры. Таким образом, средство 11 коммуникации может представлять собой капиллярную трубку с текучей средой и/или газом, тем самым, также образуя линию обратной связи.
Средства 6 отвода могут содержать средства отображения, чтобы пользователь мог видеть выбранные значения и/или фактически измеренные значения.
В одном варианте осуществления перекачивающее средство 7 активируют посредством переключающих средств 13, при этом переключатель активируют посредством начального потока через линию 4 холодной воды. С линией 4 холодной воды может быть соединен датчик 14 потока, регистрирующий начальную скорость потока, или же информация может быть предоставлена, например, непосредственно от отводящего узла 6. Как только в линии 4 холодной воды регистрируют поток, насос запускают с некоторой скоростью, что по меньшей мере является достаточным для достижения настроенной первичной скорости потока.
Нагревательная система 1 может быть соединена со множеством теплообменников 5 и соответствующих отводящих узлов 6, причем для обслуживания всех их присоединено одно перекачивающее средство 7. В этом варианте осуществления перекачивающее средство 7 может быть запущено независимо от того, какой отводящий узел открыт, а только на основе начальной скорость потока в линии 4 холодной воды. В этом случае потоки могут быть направлены только к тем устройствам, где открыт отводящий узел 6, инструктируя, тем самым, средство 8 управления потоком о пропускании текучей среды.
В одном варианте осуществления перекачивающее средство 7 представляет собой первую часть 8а средств 8 регулировки потока.
Нагревательная система может составлять часть сети централизованного теплоснабжения, при этом линия 2 подачи и линия 3 возврата нагревательной текучей среды, соответственно, непосредственно, или опосредованно через теплообменник, соединены с этой сетью. Альтернативно она может составлять часть других средств нагрева, таких как средств нагрева от солнечного теплового излучения и так далее.
На фиг. 2 показан один механический пример варианта осуществления отводящего узла 6, включающего в себя средство 9 настройки температуры и средство 10 настройки скорости потока. Температурный датчик 12 в показанном примере содержит первую часть 20а, имеющую внутренний объем, и часть внешней поверхности, находящуюся в контакте с водой, поступающей в отводящий узел 6 из выпускного отверстия вторичного контура теплообменника 5. Внутренний объем части 20а соединен с внутренним объемом второй части 20b, причем объем второй части 20b может быть отрегулирован при помощи средства 9 настройки температуры. Внутренний объем первой и второй частей 20а, 20b заполнен текучей средой и/или газом, объем которых расширяется при увеличении их температуры, при этом их объем сокращается при уменьшении температуры соответственно. При этом трубка средств 11 коммуникации (например, капиллярная трубка) образует средство коммуникации со средством 8 регулировки потока. В одном варианте осуществления средство 11 коммуникации, таким образом, соединено с внутренним объемом второй части 20b и заполнено той же текучей средой и/или газом.
При этом трубка средства 11 коммуникации может контактировать с объемом, образующим камеру давления, имеющую одну стенку, образованную мембраной, выполненной с возможностью прогибаться под действием перепада давления на мембране. Другая сторона мембраны может при этом контактировать, например, с поджимным элементом. Прогиб мембраны определяет отверстие клапана средства 8а регулировки нагревательного потока и, тем самым, регулирует скорость потока первичного контура в ответ на изменение объема текучей среды и/или газа внутри частей 20а, 20b температурного датчика 12, при этом трубка 11 сообщения и внутренний объем средств 8 регулировки потока контактируют с одной стороной мембраны, причем этот объем вместе определяет объем датчика потока. В одном варианте осуществления средство 8а регулировки нагревательного потока представляет собой, таким образом, термостатический клапан 8а, при этом часть, содержащая мембрану, может образовывать интегральную часть клапана 8а или может представлять собой привод, присоединенным к нему.
В показанном варианте осуществления объем температурного датчика может быть отрегулирован при помощи средства 9 настройки температуры, обеспечивающей изменение внутреннего объема второй части 20b температурного датчика 12, изменяя, тем самым, заданное значение температуры.
Отводящий узел 6 показанного на фиг. 2 варианта осуществления дополнительно включает в себя средство 10 настройки потока, выполненное с возможностью управлять частью регулировки бытового потока, или клапаном 21, для регулирования отверстия клапана, и, таким образом, настраивать скорость потока воды, отводимой посредством отводящего узла 6.
Также могут применяться альтернативные исполнения температурного датчика 12 и средств термостатического клапана в средствах 8 регулировки потока, например, использование термостатов с биметаллическим терморегулятором, термостатов с восковым наполнителем или пневматических термостатов и так далее.
На фиг. 3 показано электронное исполнение отводящего узла 6, включающее в себя электрическое средство 9 настройки температуры и средство 10 настройки потока, сообщающиеся 23 с контроллером 22, включающим в себя процессор, причем контроллер 22 является внутренним или внешним по отношению к отводящему узлу 6. Температурный датчик 12 может представлять собой датчик любого типа, в котором может генерироваться сигнал для контроллера 22. Контроллер 22 может реагировать тем, что регулирует скорость потока предназначенной для отведения воды во вторичном контуре теплообменника 5, либо регулирует внутреннюю часть 21 регулировки потока отводящего узла 6, либо средства 8b регулировки нагревательного потока средств 8 регулировки потока теплообменника 5. Это регулирование может осуществляться при помощи соединенных перемещающих средств потока, таких как приводы. Таким же образом контроллер 22 может настраивать скорость потока первичного контура теплообменника 5 согласно заданному значению температуры и в ответ на измеренную температуру воды, поступающей в отводящий узел 6, посредством регулирования средства 8а регулировки нагревательного потока. Это регулирование также может осуществляться при помощи соединенных перемещающих средств потока, таких как приводы. В этом случае средство 11 коммуникации может представлять собой средства любого типа, выполненные с возможностью отправлять электрические, аналоговые, цифровые и другие сигналы.
В настоящем изобретении может использоваться комбинация разных частей вышеупомянутых вариантов осуществления или других решений, выполняющих то же самое.
В одном варианте осуществления системой может управлять пользователь, осуществляющий открытие потока посредством средства 10 настройки скорости потока и, таким образом, обеспечивающий поток через вторичный контур теплообменника 5. Средства 8 регулировки потока выполнены с возможностью реагировать открытием средства 8а регулировки нагревательного потока и, таким образом, скорости потока первичного контура, причем эта скорость потока может быть отрегулирована в соответствии с настроенной температурой при помощи средства 9 настройки температуры. Этот вариант осуществления применим к любому из упомянутых вариантов осуществления.
В одном варианте осуществления соединение между первой 8а и второй 8b частями средств 8 регулировки потока может быть выполнено так, что открытие одной может обеспечивать открытие другой.
На фиг. 4 показан дополнительный возможный вариант осуществления заявленной системы, в котором обводная линия 15 соединяет линию 4 подачи холодной воды непосредственно с отводящим узлом 6 в дополнение к соединению с теплообменником 5. Устройство 16 управления потоком, например, клапан, выполнен с возможностью управлять потоком через обводную линию 15.
В варианте осуществления обычно не имеется никакого потока через обводную линию 15, однако если поток, проходящий через канал потока вторичного контура теплообменника 5, был нагрет больше, чем требуется, и оказывается невозможным достичь этой температуры, устройству 16 управления потоком может быть направлена инструкция 17 открыть поток, который должен быть смешан с выходящим потоком текучей среды вторичного контура.
На фиг. 5 проиллюстрирован способ управления отведением бытовой текучей среды при помощи отводящего узла 6, соединенного с системой потока, содержащей теплообменник 5 с первичным каналом потока и вторичным каналом потока, причем упомянутый способ содержит этап 30 настройки требуемой скорости потока и заданного значения температуры упомянутой отводимой текучей среды при помощи средства 10 настройки потока и средства 9 настройки температуры, соответственно, этап 31, на котором средство 10 настройки потока сообщается со средством 21 регулировки бытового потока, управляющим потоком упомянутой бытовой текучей среды через упомянутый вторичный канал потока из отводящего узла 6, этап 32, на котором управляют средством 8а регулировки нагревательного потока, регулирующими поток теплообменной текучей среды через упомянутый первичный контур, таким образом, что средство 8а регулировки нагревательного потока открывается в ответ на открытие средства 21 регулировки бытового потока и закрывается, когда средство 21 регулировки бытового потока закрывается, и этап 33, на котором после открытия средства 8а регулировки нагревательного потока и часть 21 регулировки бытового потока регулируют независимо.
На фиг. 6 этап 33 заменен более улучшенным исполнением по сравнению с вариантом осуществления на фиг. 5, а именно этапом 34, на котором, если средство 8а регулировки нагревательного потока открыто, его регулируют в ответ на сигнал, передаваемый при помощи средства 11 коммуникации от температурного датчика 12, измеряющего температуру упомянутой бытовой текучей среды в положении между выпускным отверстием канала потока вторичного контура и выпускным отверстием отводящего узла 6 для управления температурой в соответствии с упомянутым заданным значением температуры.