控制补充设备的系统和方法

专利名称：控制补充设备的系统和方法
技术领域：
本发明通常涉及电器领域，例如在建筑物加热和空气调节中
使用的环境加热或冷却装置。更特别地，本发明涉及对包括例如加热 器和空气调节器这样的设备的控制，以及对这样的设备的启动
(activation)和去启动(deactivation )。
背景技术：
加热和冷却设备广泛地用于建筑物以及住宅和/或商业。这 种加热和冷却装置的实例包括空气调节器件、热泵、燃气锅炉、燃气
炉、循环太阳能热水器，以及用于为空气，譬如建筑物空气，或工业 中的工艺流体(process fluid)提供加热或冷却的多种的其它设备。其 它类型的设备也可用于为环境或工业系统提供加热或冷却。例如，诸 如冷藏冷芯盒(cold box)的储藏室需要进行冷却。同样，许多工业过 程需要对流体进行加热或冷却。例如，在容器被热装套(heatjacketed) 或冷装套(coldjacketed)的工业过程中，将使用某些形式的加热装置 或冷却装置对流体进行加热或冷却。在多数系统中，典型的是具有开关式恒温装置，其感测与预 定期望温度相比的环境温度，并且将加热和/或冷却装置或其它设备打 开或关闭从而增加输入到环境中的加热能量或冷却能量。已知多种简 单且可编程的恒温器，当与期望温度的偏差超过预定阈值时，所述恒 温器将系统打开或关闭。然而上述系统也有缺点。由于许多环境的加热和冷却需求会
随时改变，因此加热和冷却设备通常是过设计(over designed),从而 在需要时其能够承担最大负荷。结果，整个装置循环地启动和关闭，
因此有时产生许多循环，这可能有些能源利用率低。所述问题的一个 解决方案是减小对系统的设计限制，然而在一些情况下它将不能够满 足最高要求负荷。另 一个解决方案是对系统进行过设计以满足最高要 求负荷，这使得系统变得更加昂贵并且如上所述，经受可能具有利用 率低的启动和关闭次数的循环。此外，这种输入的循环类型在一些情 况下可能导致环境温度的波动，这在一些环境中是可以接受的，但在 期望将温度保持在非常平稳的状态的环境中是不可以接受的。同样，使用单个较大系统可以排除诸如太阳能热水器的一些 系统的使用，但由于天气的原因这有时但不总是可用的。考虑到上述问题，在本领域中存在对诸如加热和冷却装置的 设备进行控制的系统的需要，加热和冷却装置能够以期望的方式对加 热或冷却负荷的变化进行响应，同时还减小了系统的总成本和/或改进
系统的能量效率。

发明内容
本发明提供用于控制设备的系统和方法，例如加热和冷却设 备，更特别地，例如环境加热器和空气调节器。依照本发明的一个实施例， 一种用于对环境进行加热或冷却 的设备，其包括开关，其从外部装置接收输入以启动所述设备；监 控装置，其感测所述设备的运行水平和/或运行时间；以及控制器，当
所述设备的运行水平和/或时间超过预定值时，所述控制器将启动信号 发送给另 一个设备。依照本发明的另 一个实施例， 一种用于对环境进行加热或冷
却的系统，包括 一级设备，其包括开关，其从外部装置接收输入 以启动所述一级设备；监控装置，其感测所述一级设备的运行水平和/ 或运行时间；以及控制器，当所述设备的运行水平或时间超过预定值 时，所述控制器将启动信号发送给补充设备；以及补充设备，其包括 开关，其从所述一级设备接收输入以启动所述补充设备；监控装置， 其感测所述一级i殳备的运行水平和/或运行时间；以及控制器，当所述 设备的运行水平和/或时间超过预定值时，所述控制器将启动信号发送 给另一个补充设备。依照本发明的又一个实施例， 一种用于对环境进行加热或 冷却的设备，其包括控制器，其感测所述设备的状态，并且当所述 状态满足一个或多个预定状态中的一个时将启动信号发送给另一个设备。依照本发明的再一个实施例， 一种用于对环境进行加热或 冷却的方法，其包括从恒温器接收输入以打开或关闭设备以使该设 备在指定水平运行；确定所述设备的运行水平和/或运行时间；以及当 所述设备的运行水平和/或时间超过预定值时，将启动信号发送给另一 个设备。依照本发明的另一个实施例， 一种用于对环境进行加热或冷 却的设备，其包括用于从恒温器接收输入以打开或关闭设备从而使 该设备以指定水平运行的装置；用于确定所述设备的运行水平和/或运行时间的装置；以及当所述设备的运行水平和/或时间超过预定值时， 将启动信号发送给另 一个设备的装置。已经相当宽泛地概括出本发明的某些实施例，以便可以在此
更好地理解对这些实施例的详细说明，以及更好地理解当前对技术的 贡献。当然，下面将说明本发明的附加实施例，这些实施例将形成所 附加的权利要求的主题。在这点上，在详细地说明本发明的至少一个实施例之前，应 理解为本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所图示的结构和元 件的布置。除那些所说明的之外，本发明是能够以多种方式实践和实 施。同样，应该理解的是此处用到的措辞和术语以及摘要，是出于说 明的目的而不应被认为是限制。同样，本领域技术人员将理解的是，本公开所基于的概念可 以容易地被作为实现本发明的几个目的的其它结构、方法和系统的设 计的基础。因此，重要的是，权利要求应被视为在不背离本发明的精 神和范围的情况下包括这种等同结构。


图1为根据本发明的优选实施例的加热或冷却设备系统的 示意图，包括多个单独的设备，并且包括用于控制所述设备的控制系统。图2为表示用在图i的控制系统中的步骤的流程图。
具体实施例方式本发明提供了用于控制设备的系统和方法，例如加热和冷却 设备，更特别地是，例如环境加热器和空气调节器。以下以具有多个加热装置的加热系统来讨i仑优选实施例。然 而，容易理解的是可以用相同的方式来控制任何形式的设备。特别是， 例如，被控制的设备可以是任何种类的加热装置和/或空气调节装置。 可以不受限制地包括，例如燃气炉、燃气锅炉、燃煤锅炉、燃油加热 器、电炉、热泵、空气调节装置、冷冻器、壁炉、冷却塔或任何其它 热系统，例如包括太阳能加热循环水系统等。此外，本发明的控制系 统也可以应用于其它设备，诸如冷藏器、炉子或将能量传递到环境中 的其它系统。现在参看图1，优选实施例10图示具有四个i殳备10、 12、 14和16,每个设备从输入导管18接收流体，对流体进行加热并将其 返回到输出导管20。这可以包括例如将热水供应到利用散热器对环境 进ff力。热的热水加热系统的系统。第一设备10由恒温器22以常规方式进行控制。因此，应该 理解的是该系统具有这样的益处，即其能够在不对恒温器22或其与第 一设备10的连接进行任何修改的情况下被实施。如果第一或一级设备10以其全部加热容量(firing capacity ) (或其它预定容量)运行了预定的时间，与一级设备IO相关联的控制 器24经由通信路径26发送信号至补充设备12。控制器24可以具有单 独的监控装置、控制过程以及适当的继电器，或可以是诸如可编程逻 辑计算机系统的其它任何设计。信号将启动第一补充设备12,从而使
其也运行以提供补充能量，在此情况下为补充加热。通过这种方式， 一级设备10无须被设计为提供施加给该系统的全负荷。当第一补充设 备12已经运行了一段时间时，它将提供满意的热负荷，并且环境将达
到其期望的温度，使得恒温器22关闭一级设备10。 一级设备10的控 制器24也将在此时关闭第一补充设备12。当再次需要加热时，可以重 复上述过程。图1还示出了第二补充设备14和第三补充设备16。这些以 串联或"菊花链"方式连接，从而第一补充设备12具有经由线路30与 第二补充设备14通讯的控制器28。因此，在此系统中，如果一级设备 10和第一补充设备12 二者均在运行，并且补充设备12以全部或预定 容量运行了预定的时间，则第一补充设备12的控制器28发送启动第 二补充设备14的信号。第二补充设备14也具有控制器32，如果第二 补充设备14已经以预定水平运行了预定的时间，则控制器32能够通 过通信线路34将控制信号发送给第三补充设备16，将第三补充设备 16打开。如上所述，能够看出图1的系统提供了许多操作上的益处。 首先，在链中的每一个设备IO、 12、 14、 16能够被选定为具有适当的 尺寸、成本、功效和耐久性。因此，例如，在一些情况下一级设备10 可以是高效且耐用的主要设备，并且预期为几乎所有的时间都在运行。 补充系统可以被预期为运行的时间较短，并且是完全不同的类型和/或 具有不同的耐久性和容量规格。本发明也可以有其它选择。例如， 一级设备10可以是高成 本效率但容量有限的系统，诸如在一些实例中的太阳能热水器系统。
因此， 一级设备10将在大多数时间运行从而能够节约成本和/或能量效 率。但是当需要不能够由低成本太阳能提供的峰值负荷时，可以仅在 需要时运行诸如常规燃油加热器的补充加热器12。图1所示的结构具有许多其它的优点。例如，整个系统可以 由单个恒温器运行而不管多少设备连接在一起。每个设备能够具有简 单的设计，其中每个设备具有其自己的控制器，所述控制器仅需要检 测设备被启动了多久，或任意地，设备在什么水平运行并且运行了多 长时间。然后控制器仅需要为下一个设备提供开/关信号。因此每个设 备能够被构造为从恒温器或另一个设备接收简单的开/关控制。同样， 每个设备仅需要具有监控设备的简单状况并提供输出的控制器，如果 设备彼此串联或以"菊花链"连接在一起将用到所述输出。以这种方 式，与中央恒温器或控制系统相比，本系统能够使成本和复杂性最小 化，并且还能够提供本领域中现成的可交换性和适应性。设备的控制 器可以进一步具有能感测出它们自己的故障的特性。因此，如果系统 出现故障，控制器将启动下一个设备。尽管图1示出具有四个设备的实例，容易理解的是系统能够 具有两个或任何更多数量的设备。在另 一个优选特征中，每个控制器可以设置有简单的设备去 启动开关。当所述去启动开关关闭时，设备将不工作，但是与这个设 备相关联的控制器将把启动信号发送到下一个更高级别的相关联的设
的情况下是有用的。因此，如果一级设备被设计为使用变得昂贵的燃
料类型，操作者很容易打开用于该设备的去启动开关，并且当一级设 备从恒温器接收到请求时将会自动地通知下一个设备开始运行。通过第 一 或前 一 个设备启动第二或下 一 个设备有时#皮称为
"求助"。即，在本发明的这些实施例中，当设备处于诸如以全容量运 行了一定时间、损坏或被设定为去启动状态的条件下时，在恒温器或 另一个设备要求该设备运行时，该设备能够对线路中的另 一个设备发 出"求助"，然后所述另一个设备将为系统提供补充能量。在一些实施
例中，每个设备能够具有几个部件，包括被当作开关的部件，其从 诸如恒温器或其它设备接收启动输入；被当作监控装置的部件，其感 测设备的运行水平和/或时间；以及控制器，其将启动信号发送给另一 个设备。然而，这些部件不需要位于单独的物理装置中。即，例如全 部部件可以位于单个电路板上或在集成的单个装置或计算机内，或者 例如它们可以位于几个独立的分立电路或逻辑装置上。同样可以利用 在单个集成装置或几个分立装置内的软件或程序逻辑来实现这些功
能。软件或程序逻辑同样可以是单个程序或多个单独的程序。所述系统的另 一个优点是它能够为在多重环境中具有多样 装置的操作者提供灵活度。例如，系统可被设计为在一年的大多数时 间使用单个设备IO,但在一年内出现峰值负荷时，第二设备12和/或 第三设备14等能够被运送到该位置并被运行。在一些情况下补充设备 能够比一级设备小并且易于携带。在换季时，补充设备能够从它们不 再被需要的一个位置移去，并被送到另一个位置并且在该位置运行。 此外，如上所述的补充设备有时可以比主要设备便宜和/或笨重得多， 反之亦然。
图2为说明在本发明的一些实施例中实施的步骤的流程图。
例如，在步骤40测量环境温度。在一些情况中，例如建筑物环境，温 度可以由典型的环境恒温器测量，或者在单独处理的情况中，可以由 温差电偶或取决于被保持的环境的其它装置测量。在步骤42，控制系 统判定其是否已经以全部(或预定)热容量运行超过预定的时间。如 果没有在步骤44达到时间和温度标准，系统基于在步骤40来自恒温 器的输入继续运^f亍。然而，如果达到了时间和温度标准，那么相应的 控制器关闭继电器或以其它方式来启动补充设备(线路中的下一个设 备)。即，在步骤46系统向其被分配的相邻设备发出"求助"。控制信号路径26、 30和34可以是有线或无线的或是其它通 信类型。同样地，从恒温器22到第一设备10的控制路径也可以是有 线或无线的。通过详细的说明本发明的许多特征和优点是明显的，因此， 随附的权利要求旨在覆盖落在本发明真实的精神和范围内的发明的全 部特征和优点。此外，由于本领域技术人员容易想到多种改进和变化， 不期望将本发明限制到图示和描述的具体结构和操作，因此，全部适 当的改进和等同替换落在本发明的范围内。
权利要求
1、一种用于对环境进行加热或冷却的设备，其包括开关部件，其从外部装置接收输入以启动所述设备；监控装置部件，其感测所述设备的运行水平和/或运行时间；及控制器部件，当所述设备的运行水平和/或时间超过预定值时，所述控制器部件将启动信号发送给另一个设备。
2、 如权利要求l所述的设备，其中所述设备包括炉、锅炉、热泵 和/或空气调节器中的至少一个。
3、 如权利要求l所述的设备，其中所述外部装置为恒温器。
4、 如权利要求l所述的设备，其中所述控制器关闭继电器以将启 动信号提供给另一个设备。
5、 一种用于对环境进行加热或冷却的系统，其包括 一级设备，其包括开关部件，其从外部装置接收输入以启动所述一级设备；监控装置部件，其感测所述一级设备的运行水平和/或运 4亍时间；及控制器部件，当所述设备的运行水平或时间超过预定值 时，所述控制器部件将启动信号发送给补充设备；及补充设备，其包括开关部件，其从所述一级设备接收输入以启动所述补充设备；监控装置部件，其感测所述一级设备的运行水平和/或运行时间；及控制器部件，当所述设备的运行水平和/或时间超过预定 值时，所述控制器部件将启动信号发送给另一个补充设备。
6、 如权利要求5所述的系统，其中第二个设备包括炉、锅炉、热 泵和/或空气调节器中的至少一个。
7、 如权利要求5所述的系统，其中所述外部装置为恒温器。
8、 如权利要求5所述的系统，其中所述补充设备控制器关闭继电 器以将运行信号提供给另 一个补充设备。
9、 一种用于对环境进行加热或冷却的设备，其包括控制器，其能够感测所述设备的状态，并且当所述状态满足一个 或多个预定状态中的一个时将启动信号发送给另 一个设备。
10、 如权利要求9所述的设备，其中所述设备包括炉、锅炉、热 泵和/或空气调节器中的至少一个。
11、如权利要求9所述的设备，其中所述预定状态包括运行时间、 运行水平、故障和去启动中的一个或多个。
12、 如权利要求9所述的设备，其中所述控制器关闭继电器以将 启动信号提供给另 一个设备。
13、 一种用于对环境进行加热或冷却的方法，其包括从恒温器接收输入以打开或关闭设备从而在指定水平运行； 确定所述设备的运行水平和/或运行时间；及发送给另 一个设备。
14、 如权利要求13所述的方法，其中所述设备包括炉、锅炉、热 泵和/或空气调节器中的至少一个。
15、 如权利要求13所述的方法，其中接收步骤包括从恒温器接收信号。
16、 如权利要求13所述的方法，其中所述发送步骤包括关闭继电 器以将启动信号提供给下一个设备。
17、 一种用于对环境进行加热或冷却的设备，其包括用于从恒温器接收输入以打开或关闭设备从而在指定水平运行的 装置；用于确定所述设备的运行水平和/或运行时间的装置；及当所述设备的运行水平和/或时间超过预定值时，将启动信号发送 给另一个设备的装置。
18、 如权利要求17所述的设备，其中所述设备包括炉、锅炉、热 泵和/或空气调节器中的至少一个。
19、 如权利要求17所述的设备，其中接收装置从恒温器接收信号。
20、如权利要求17所述的设备，其中发送装置包括继电器以将启 动信号提供给下一个设备。
全文摘要
本发明涉及用于控制一个或多个设备的系统和方法，所述系统包括控制系统，在所述控制系统中一个设备处于诸如以全容量运行预定的时间的状态，并且启动信号被发送到第二设备。设备可以连接在一起以彼此控制，以便当第二设备以全容量运行时第三设备被启动等等。
文档编号B23K13/08GK101360582SQ200680048984
公开日2009年2月4日 申请日期2006年12月21日 优先权日2005年12月21日
发明者杰夫·耶利内克, 瑞安·哈德斯蒂 申请人:Spx公司