专利名称：用于供热及调节系统等的流体循环泵的制作方法
技术领域：
本发明较为一般而言是关于一种流体循环泵，例如装置于供热及/或调节系统的类型。
本发明并有关一种供热及/或调节系统特性参数的一种量度方法。下文的说明是有关本应用范围，以便于解说。
背景技术：
如熟悉本范围的人士所熟知，装设于供热及/或调节系统的流体循环泵，亦即通称的循环装置，一般采用附有绕组及相扼流的非同步类型电发动机。
该等装置的速度由控制单元调节，所依据的是从整个系统量度所得的变项的瞬时数值。特别是其中提供量度循环流体流量率、温度及压力的感应器。
举例而言，目前用于制造循环装置的非同步发动机需要一套合适的电源电子电路系统，用以驱动及调节发动机的运作步骤，但亦需要一套讯号电子电路系统作检测之用，例如检测发动机的旋转或发动机相位。
虽然由多种观点看来均有其优点，但使用非同步电发动机的循环装置亦已知存在弊端，主要者列述如下-由于绕组及相扼流而导致速度变动不精确，并产生震动，随后附带听觉及电动类型的干扰；-循环装置运作的可靠程度并不特别高，原因是这有赖整个系统内安设的各感应器的正确运作。
利用同步发动机技术连同永磁转子的循环装置，在近年始成功在商业上使用。
同步发动机的优点在于结构及安装简单，兼且成本适中。
同步发动机的使用包含若干驱动问题的解决方法，原因是励磁通量由于永磁而固定，需要定子绕组作相对较高的电流吸收，以合适地调节发动机旋转的速度及方向变动。
此外，为了限制单线圈上的电流，从而避免去磁风险，有需要注意更高度地细分定子电极。
同步发动机的此等独特性，令致发动机的驱动需要若干窍门，特别是在负荷可突然或随时间变动的情况。
此情况的一个实例是封闭液压回路结构的供热及/或调节系统，当中的流体流含有一种抗凝固附加物并占相当的百份比，此情况常见于必须在严寒状况运作的供热系统，例如是在北方国家。
在此情况下，有需要定期核实系统运作良好，以便能够在有需要时加添抗凝固附加物，又或按照户内及/或户外温度影响的热力需求调节有效运作的流体流量率。
本发明目前解决的技术问题，在于设计一种装置于供热及/或调节系统的流体循环泵，其具备的结构及功能特性可提供有关系统状况的信息，检测例如系统内运作流体所蕴含的附加物百份比，因而可调节供热及/或调节系统的运作状况。
发明内容
按照本发明，此问题通过前述类型的流体循环泵解决，其特征在于包含一种来自上述控制电子电路的信号输出，以提供一种与系统内运作流体所蕴含附加物百份比相互关连的数值。
本发明亦关于供热系统特性参数的一种量度方法，如权利要求第4项所界定。
按照本发明的循环泵及量度方法的进一步特征及优点，将于下文对其实施例的说明中显示。该实施例说明参照附图作出，以供表述之用，不含限制性。
图1以图解方式显示一装有按照本发明实现的循环泵的供热系统。
图2以图解方式显示用以操作图1的泵的同步电发动机，装有按照本发明可确定系统内运作流体所蕴附加物百份比的装置；图3显示泵运作的控制电子器件的方块图。
图4以图解显示按照本发明的泵连同控制电子器件。
具体实施例方式
参照各附图，1整体及以图解显示一种供热及/或调节系统，其中装有按照本发明实现的运作流体循环泵2。
泵2以属于同步类型为佳，即是由包含永磁转子14的同步电发动机12以旋转运作。用以运作泵的同步发动机12的内部结构于图2显示，并将于下文说明。
供热系统1包含一种封闭液压回路6，其将于下文界定为主体，并装有多种供热元件7。
液压回路6备有组成一系列的同步循环泵2、主体热交换器3，即一个锅炉，以及供热元件7。
与备有供热元件7的回路部份关联的位置，设有一第二热交换器5供热至一卫生回路9，例如分送家用热水的回路。该热交换器5是第二封闭液压回路8的一部份。
在主体液压回路6与第二液压回路8之间的交接节点，管道部份从该处分支出来与备有供热元件7的回路部份关联，该处备有一道电动三路阀4。
较佳是按照本发明，有可能依据透过泵2得出的流体动力参数，决定抗凝固附加物的百份比。
换言之，同步泵2容许提供与系统内附加物百份比相互关连的电信号。
特地参照图3的实例更详尽地说明，该图中显示一种按照本发明实现并全体以10表示的控制电子器件，用于确定系统1内运作流体所蕴含抗凝固附加物百份比。
该器件10并能够确定由同步电发动机12操作的泵2的流量率。该种于图3显示的发动机12所属的类型，包含一种备有永磁的转子14，该转子由装有极靴18连同相关绕组的定子16所产生的电磁场感生旋转。
该器件10包含一种转子14的磁通量感应器20，例如霍尔(Hall)类型的感应器，安排于接近转子14的定子16之上。该感应器20与一处理单元22连接，例如一种控制器或中央处理器，输出泵流量率的数值。
按照本发明，为了确定由同步电发动机12操作的泵内的流量率Q，该器件10的处理单元22与一记忆部份联系使用，该记忆部份储存有实验性数据，是流量率数值与泵发动机的一种运作变项(例如负荷角)的相应数值之间的相互关连。
实施时，按照本发明，有可能采用泵的一个运作变项的量度，特别是负荷角或延迟θ的量度，来厘定在稳定运作情况下以同步发动机12运作的泵2内循环的流体流量率Q。
众所周知，此负荷角θ是指发动机12末端应用的电压与相反电动力之间的相位变动，而该相反电动力是由定子16通量作用加上转子14永磁的旋转感生的通量所产生。
当与发动机12相连的泵轴心被施加的负荷有所变动，同时施加于发动机12转子14的阻力转矩亦有所变动，因而改变相反电动力与网络电压之间的移位角，此正是负荷角θ。
负荷角的增加与泵内流量率Q的提高成正比例地相互关连，属于线段的线性相互关连。举例而言，在线性化后，流量率增加意味着负荷角按比例增加，相反亦然，流量率减低与负荷角减低相对应。
按照本发明，流量率数值与相应负荷角数值之间的相互关连是预先确定的此项相互关连能够透过实验测试确定，或是亦可透过理论模拟或在利用电脑模拟实验确定，优选是在校准步骤的过程中，并以在泵的制造地点作出为较佳。
更详尽而言，如图3所清楚显示，处理单元22除与感应器20相连外，其亦于输入点接收一种网络同步信号24及一种与网络电压26有效数值成正比例的信号。
借着使用霍尔(Hall)类型的数码感应器20，得以量度转子14磁通量峰值的演变。知悉后者在相反电动力会有90°延迟，则负荷角θ可准确地确定为发动机12末端应用的电压(有赖网络同步信号24得悉)与相反电动力之间的相位变动，而该相反电动力是由定子16通量作用加上转子14永磁旋转感生的通量所产生。
相位变动θ因此是由处理单元22以网络同步信号24为参考所确定，其为一种矩形波信号，其起伏的边缘与经过零网络电压的过渡一致。
值得注意的是，霍尔(Hall)类型的数码感应器20输出一种矩形波信号，起伏的边缘与旋转时转子14永磁的极性倒置一致。
同步信号24边缘与感应器信号边缘20之间经过的时间，表示转子14的位置，并与负荷角θ成正比例。
然而，此时间随着流量率、发动机12的供电电压及转子14磁石运作温度而改变。
在此宜明确说明，负荷角θ之所以按流量率而定，与泵的电物理特性相连。不计及结构方面(例如水力学、定子绕组及机械部份)，其在一种已确立的产品中，主要由于生产容差而影响负荷角θ，然而，在数值细小及相对稳定的情况下，直接影响负荷角变化的其他关键参数，正是网络电压及转子14磁石温度。在泵设有同步发动机12及转子14浸于运作流体内的例子中，磁石的温度与运作流体的温度相应。
如网络电压减低，定子16产生的磁通量强度亦减低，其后会出现发动机12励磁不足。
励磁不足令致更难于维持发动机12的同步状态，此将被诠释为工作负荷增加，直接引起负荷角增加。
反之亦然，网络电压增加，表示发动机12励磁过多，负荷角因而减少。
因此，循环运作流体的液压流量率Q，自运作泵2的同步电发动机在运作状况时开始取得。
同时，运作流体的温度亦能够以运作泵2的同步电发动机的运作状况确定。
有需要倚赖运作流体的温度，是由于用以制造转子14的铁磁物料有一种按温度改变的剩余磁感应BR。
提高转子14磁石的运作温度，令剩余磁感应BR减低，继而影响连锁通量的强度，该通量减低，导致发动机12处于与供电电压减低时的类似状况。
因此，就负荷角而言，温度提高将会令负荷角增加，反之亦然。
为了识别负荷角θ的变动是由于供电电压还是由于泵的流量率转变而造成，故使用与网络电压有效数值成正比例的信号26。
此信号26是以例如一种调节装置28如电压适配硬件回路，从网络电压信号30取得。此信号26容许处理单元22回到供应的有效数值，藉此，处理单元22能够提供一种完全独立于供电电压而与液压流量率成正比例的信号。
另外，为了识别负荷角θ的变动是由于热力的逐渐改变还是由于泵的流量率改变而造成，必须使用一种霍尔(Hall)类型的类比感应器20A。
类比形式的霍尔(Hall)感应器20A除了可读取转子14磁石的极性倒置外，并能够输出一种正弦曲线信号，该信号的宽度与制造转子14的铁磁物料的剩余磁感应BR成正比例。
由于转子的永磁的剩余磁感应BR紧密倚赖运作温度，借着类比感应器20A产生的正弦曲线信号，处理单元22能够进一步识别由于流量率转变造成的负荷角变动与由于温度转变而造成的负荷角变动。
实质上，所产生的是一种与流量率Q相互关连的输出信号34，该信号与置于处理单元22的负荷角θ测量仪表32的数值成正比例，因而与液压流量率成正比例，信号的处理是基于一个以实验检测预设的数值表。
实质上，借着器件10的处理单元22，有可能进行下列的电信号采集及处理-采集负荷角θ、网络电压及转子14磁石温度的现行数值；
-把上述负荷角现行数值与预设的与流量率数值相互关连表中储存的数值比较-有可能按照网络电压数值及/或转子磁石温度改正流量率数值，并确定现行的流量率数值。
按照本发明，优点在于有可能确定系统1内的循环运作流体所蕴含附加物的百份比。此百份比间接自运作泵2的同步电发动机12在瞬时运作状态时开始取得。
处理单元22因而能够提供进一步的信号输出35，例如图4所示，以提供与运作流体附加物百份比相互关连的数值。
如前文所述，附加物百份比是一项别具意义的数据，原因是抗凝固附加物通常按相当的百份比引入，例如高达40％。
更详细而言，系统的效率同时倚赖主体回路6及第二回路9的交换器3及5，以及抗凝固附加物的百份比。事实上，加添抗凝固附加物能够增加运作流体粘度达20％，此明显影响系统的能量表现。
此表示一个已知的附加物百份比亦有相应的预定系统1能量效率，因此，知悉附加物百份比，即可间接地进一步取得有关系统1效率的资料。
举例而言，下表适用于乙二醇附加物，当中把流体于运作温度T的比热与不同的附加物百份比相连乙二醇份量百份比温度F°
循环运作流体的粘度按一已知的关系影响同步发动机对电力的吸收，该已知关系视泵2的流体动力特性而定。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代表摩擦系数I代表液压回路的等效长度d代表液压回路的等效直径
ω代表循环器的运作发动机速度P代表吸收的电力。
摩擦系数ξ倚赖雷诺数(Re)而定，在实验中从液压回路中取得。雷诺数则按照下列关系视乎流体粘度μ而定Re＝I·d·ω/μ此外，循环运作流体粘度μ影响热交换系数，因而最终影响交换器的热值。此数值的变动，就一起始已知的状况而言，提供流体粘度的指标。
为了确定在一起始参考状况下系统1的热值数值，可使用一种起始量度方法，在紧接泵2下游作封闭输送而进行。
其后，有可能令致运作流体只在卫生回路9的第二热交换器5循环而进行进一步量度。
为达到此目的，电动三路阀4可予控制，以使其只供应第二热交换器5，以致泵2只为回路9作出供应。
第二交换器5的热值须视乎交换器本身的流体动力特性以及流体的粘度例如可使用下列公式q＝αAρt其中α代表运流热交换系数输出A代表热交换的等效表面ρt代表交换器输入及输出之间减少的热如所知，α系数按下列关系视纽塞数(Nusselt number(Nu))而定α＝(Nu Л)/d其中Л代表热传导性d代表等效液压直径此外Nu＝C·Rem·Prn其中C、m及n是实验系数及Re＝雷诺数(Reynolds number)及Pr＝普朗特数(Prandtl number)视乎运作流体的特性而定，例如粘度、比热及热传导性。
知悉所使用的附加物类型后，即可在已知运作回路情况下，即附有封闭传导泵或例如仅限于交换器5第二回路的循环情况下，从连结泵所吸收电力的实验表中，取得流体粘度及温度T。
按照本发明的方法亦能够以非同步发动机运作的泵启动，该发动机需备有感应器以检测运作流体的流量率Q。同时，在此情况下，更有可能借着封闭输出下的第一量度与其后的第二液压回路量度，从流量率数值取得与附加物百份比相互关连的信号。
实质上，按照本发明的方法可借着利用系统1中唯一的泵来提供此项附加物百份比的指标。明显地，使用同步泵的进一步优点是可在无感应器的情况下进行量度。
按照本发明的流体循环泵的主要优点在于实际上有可能提供一项与系统中运作流体所蕴含的附加百份比数值相互关连的信号输出。
另一方面，该泵的控制回路输出的数值，在其他流体动力参数如流量率、运作温度及附加物百份比已知的情况下，可取得系统1效率的指标。
明显地，熟悉本范畴的人士为了符合特定及或有的需要，将可对上述流体循环泵作若干修改，但全部须在以下权利要求中界定的本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种流体循环泵(2)，特别用于备有一主体液压回路(6)及一第二液压回路(9)的供热及/或调节系统(1)，其中该泵由一同步电发动机(12)运作，并由一控制电子器件(10)驱动，特点在于上述器件(10)包含一处理单元(22)，从其输入点中接收来自转子(14)磁通量感应器(20)的第一信号(24)以及第二网络同步信号(24)；同时，并备有一记忆部份或与一记忆部份相联，当中储存关于液压流量率(Q)数值与泵发动机一项运作变项的相互关连的实验数据，以产生一项与循环运作流体所蕴含附加物百份比相互关连的信号输出。
2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，上述变项是负荷角θ，以及上述感应器(20)是一数码霍尔(Hall)感应器。
3.如权利要求1所述的的泵，其特征在于，上述变项是负荷角θ，以及上述感应器(20A)是一类比霍尔(Hall)感应器。
4.一种供热及/或调节系统(1)的一项特性参数的量度方法，该系统备有主体液压回路(6)及第二液压回路(9)，当中并提供至少一个由电发动机运作及由控制电子器件(10)驱动的运作流体循环泵(2)。此方法的特点在于其提供一项循环运作流体流量率的起始量度，在紧接泵的下游作封闭输出的情况下进行量度；一项循环运作流体流量率的其后量度，在唯一的第二液压回路(9)进行；上述第一及第二量度均借着与泵(2)的控制器件(10)相联的方式进行，以输出一项与循环运作流体所蕴含附加物百份比相互关连，或与系统热值的变化相互关连的电信号。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该泵(2)由一备有永磁转子(14)的同步电发动机(12)运作，以及上述第一及第二量度是通过下列步骤进行采集该泵至少一种运作变项；把上述变项的数值与预定的液压流量率数值相互关连表作比较，并确定相应的流量率数值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，上述的至少一项泵运作变项是负荷角或延迟θ，即是施加于发动机(12)末端的网络电压与相反电动力之间的相位变动角，而该相反电动力是由定子通量作用加上转子(14)永磁旋转感生的通量所产生。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，容许采集泵的另一运作变项，例如转子磁石的温度。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，容许借着类比类型的霍尔(Hall)感应器(20A)，检测一种与转子的铁磁物料剩余磁感应(BR)成正比例并视乎运作温度而定的信号。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，上述的至少一项泵运作变项是负荷角或延迟θ，借着数码霍尔(Hall)感应器(20)检测。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，上述的至少一项泵运作变项是负荷角或延迟θ，借着类比霍尔(Hall)感应器(20A)检测。
11.备有一主体液压回路(6)及一第二液压回路(9)的供热及/或调节系统，特点在于其包含至少一个如权利要求1所述的流体循环泵。
全文摘要
本发明是关于一种供热及/或调节系统(1)的特性参数的一种量度方法，该系统备有一主体液压回路(6)及一第二液压回路(9)，其中提供至少一个运作流体循环泵(2)，该泵由一电发动机运作，并由一控制电子器件(10)驱动。该方法提供一项循环运作流体流量率的起始量度，在紧接泵的下游作封闭输出的情况下进行量度；一项循环运作流体流量率的其后量度，在唯一的第二液压回路(9)进行；第一及第二量度均借着与泵(2)的控制器件(10)相联的方式进行，以输出一项与循环运作流体所蕴含附加物的百份比相互关连，或与系统热值的变化相互关连的电信号。
文档编号F04B49/06GK1658108SQ200510009499
公开日2005年8月24日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年2月12日
发明者艾利奥·马利奥尼 申请人:雅斯高股份有限公司