TWI677641B - 基於溫度之流量閥及流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種中央空調控制方法，由一整合電路執行，該方法包含：接收一溫度感應訊號，該溫度感應訊號指示關於循環冰水的一溫度落差資訊；及基於該溫度落差資訊輸出一驅動訊號以控制一流量閥的一驅動模組。

Description

基於溫度之流量閥及流量控制方法

本發明關於一種基於溫度的流量閥，尤其是一種依據溫度控制流量的流量閥及其控制方法。

空調系統大致上主要包含窗型冷氣機、分離式冷氣機及中央空調系統，其中窗型機及分離式冷氣機都是單一機系統，中央空調系統則主要由冰水機、空調箱、盤管風機及輸送管線所組成。中央空調系統係利用冰水或熱水來達到環境條件調整的目的，包括溫度、濕度及對流的調制，以滿足室內舒適或工作需求。第一圖例示一典型的中央空調系統(100)的方塊示意圖，該系統(100)包含冰水主機(110)、配置於熱負載(120)的一或多個盤管風機或稱送風盤管(130)及冷卻水塔(140)。冰水主機(110)具有經一壓縮機連接的一冷凝器及一蒸發器，所述冷凝器流通耦接至冷卻水塔(140)負責熱量的散除，而所述蒸發器連通耦接至熱負載(120)負責吸收熱量，壓縮機則負責壓縮冷媒達到冷凝器與蒸發器熱交換的目的。

一或多個流量閥可連接於冰水主機(110)與盤管風機(130)之間的管線，用以控制冰水的流量，達到溫度控制的目的。傳統盤管風機或送 風盤管的控制方式多以冰水或熱水的流量來維持室內的設定溫度，所述流量大多以三通電磁閥或兩通電磁閥來控制。舉例而言，當屋內溫度達到設定溫度時，兩通閥立刻關閉，三通電磁閥則將冰水或熱水直接由進水端旁路至回水端，以達到調整是內溫度的效果。然而，這些方式大量消耗冰水和熱水，亦產生相當的噪音及水錘的問題。

因此，為了克服傳統三通電磁閥的高使用成本以及兩通閥的噪音和水錘，有必要發展一種能改善上述問題的流量控制閥，尤其是能夠更精細地控制流量並具備可順暢運作之機構。

本發明目的在於提供一種中央空調系統，包含：一冰水主機，提供循環冰水；一熱負載，與該冰水主機流通連接以接收所述冰水；一流量閥，連通耦接於該冰水主機及該熱負載之間以調整該冰水主機及該熱負載之間的冰水流量；及一整合電路，通訊連接至該驅動模組及該溫度感應模組以蒐集關於該閥體的溫度資訊並據以產生驅動。其中，該流量閥包含：一本體，定義具有相互連通之一輸入端與一輸出端的一流道；一閥體，可轉動地容置於該流道中的輸入端和輸出端之間且定義有一通道，並經配置以選擇性地調整該輸入端與輸出端之間的連通，該閥體具有一對壓力平衡孔自該閥體的一表面延伸，用於降低該閥體所承受的壓力，複數個封襯夾持於該本體與該閥體之間，用於降低該本體與該閥體的摩擦力；及一驅動模組，經由一嚙合連接件耦接至該閥體以轉動該閥體。

在一具體實施例中，該嚙合連接件具有耦接該驅動模組與閥體的一嚙合介面，藉此該嚙合連接件與該閥體連接且可同步轉動。

在一具體實施例中，所述嚙合介面為一十字結構。

在一具體實施例中，流量閥更包含：一溫度感應模組，經配置以讀取關於該本體的溫度資訊。

在一具體實施例中，該整合電路包含一溫度控制模組，用於所述冰水的溫度設定。

在一具體實施例中，該整合電路進一步通訊耦接至一溫度控制器，該溫度控制器用於調整一流體供應源的溫度。

本發明另一目的在於提供一種流量閥，包含一閥體，該閥體具有一通道，其特徵在於該閥體上具有一對壓力平衡孔。

在一具體實施例中，該流量閥進一步包含一本體，該閥體設於該本體內，且本體與閥體間設有一空隙。

本發明又一目的在於提供一種中央空調控制方法。該方法包含：由一整合電路，接收一溫度感應訊號，該溫度感應訊號指示關於循環冰水的一溫度落差資訊；及基於該溫度落差資訊輸出一驅動訊號以控制一流量閥的一驅動模組。

在一具體實施例中，該方法更包含：判斷該溫度落差資訊是否超出一預設範圍以決定是否輸出該驅動訊號。

在一具體實施例中，該方法更包含：判斷該溫度落差資訊是否超出一預設範圍以決定是否重複接收一溫度感應訊號。

100‧‧‧中央空調系統

110‧‧‧冰水主機

120‧‧‧熱負載

130‧‧‧送風盤管

140‧‧‧冷卻水塔

200‧‧‧流量閥

210‧‧‧本體

322‧‧‧轉軸

342‧‧‧連接件、嚙合介面

3421‧‧‧第二嚙合介面

3422‧‧‧第三嚙合介面

350‧‧‧本體

351‧‧‧輸入端

352‧‧‧輸出端

211‧‧‧流道

220‧‧‧驅動模組

230‧‧‧連接件

250‧‧‧整合電路

260‧‧‧溫度感應模組

270‧‧‧溫度控制模組

271‧‧‧繼電器

272‧‧‧變壓器

300‧‧‧流量閥

310‧‧‧殼體

311‧‧‧輸入開口

312‧‧‧輸出開口

313‧‧‧上殼體

314‧‧‧下殼體

316‧‧‧凹槽

317‧‧‧固定介面

320‧‧‧驅動模組

321‧‧‧固定介面

353‧‧‧流道

354‧‧‧閥體

370‧‧‧溫度感應模組

500‧‧‧封襯

600‧‧‧壓力平衡孔

700‧‧‧空隙

800‧‧‧壓力平衡孔

900‧‧‧整合電路

910‧‧‧處理單元

920‧‧‧溫度感應電路

930‧‧‧控制電路

940‧‧‧溫度感應模組

950‧‧‧驅動模組

1010‧‧‧進水量

1030‧‧‧進水總量

1120‧‧‧回水溫度

1140‧‧‧進水回水溫差

1110‧‧‧室內溫度

1130‧‧‧進水溫度

第一圖顯示一中央空調系統的方塊示意圖。

第二圖顯示本發明流量閥的方塊示意圖。

第三圖顯示本發明流量閥的一實施例。

第四圖顯示本發明流量閥的一爆炸圖。

第五圖顯示本發明流量閥的一局部剖面。

第六圖顯示本發明閥體的一剖面。

第七圖顯示本發明閥體的另一實施例。

第八圖顯示本發明壓力平衡孔應用至一蝶型閥的實施例。

第九圖顯示本發明整合電路的一方塊示意圖。

第十A至十B圖分別顯示習知二通閥及本發明流量閥的進水量測試例。

第十一A至十一B圖分別顯示習知二通閥及本發明流量閥的室內溫度與進出水溫差的測試例。

在以下多個示例具體實施例的詳細敘述中，對該等隨附圖式進行參考，該等圖式形成本發明之一部分。且係以範例說明的方式顯示，藉由該範例可實作該等所敘述之具體實施例。提供足夠的細節以使該領域技術人員能夠實作該等所述具體實施例，而要瞭解到在不背離其精神或範圍下，也可以使用其他具體實施例，並可以進行其他改變。此外，雖然可以如此，但對於「一具體實施例」的參照並不需要屬於該相同或單數的具體實施例。因此，以下詳 細敘述並不具有限制的想法，而該等敘述具體實施例的範圍係僅由該等附加申請專利範圍所定義。

在整體申請書與申請專利範圍中，除非在上下文中另外明確說明，否則以下用詞係具有與此明確相關聯的意義。當在此使用時，除非另外明確說明，否則該用詞「或」係為一種包含的「或」用法，並與該用詞「及/或」等價。除非在上下文中另外明確說明，否則該用詞「根據」並非排他，並允許根據於並未敘述的多數其他因子。此外，在整體申請書中，「一」、「一個」與「該」的意義包含複數的參照。「在...中」的意義包含「在...中」與「在...上」。

以下簡短提供該等創新主題的簡要總結，以提供對某些態樣的一基本瞭解。並不預期此簡短敘述做為一完整的概述。不預期此簡短敘述用於辨識主要或關鍵元件，或用於描繪或是限縮該範圍。其目的只是以簡要形式呈現某些概念，以做為稍後呈現之該更詳細敘述的序曲。

第二圖為本發明流量閥的方塊示意圖，其顯示本發明的流量閥(200)包含一本體(210)、一驅動模組(220)及一連接件(230)。作為一電子控制流量閥，本發明流量閥還進一步包含一整合電路(250)及一溫度感應模組(260)。

本體(210)定義具有相互連通之一輸入端與一輸出端的一流道(211)並適於與管路的連接以接收和傳遞流體(氣體或液體)。各種本體的外觀可被涵蓋，並不限於圖示所顯示的態樣。本體(210)還具有一閥體(圖中未示)，其以可動的方式(如往復移動或旋轉)容置於本體(210)的流道 (211)。所述閥體通常具有一特定形狀，其配合所述可動方式及本發明提供的平衡手段可無段地調整流道(211)輸入端與輸出端之間的連通狀態。

驅動模組(220)機械耦接至本體(210)中的閥體。具體而言，驅動模組(220)係經由一連接件(230)機械耦接至閥體。藉此，驅動模組(220)可同步驅動閥體相對於本體(210)移動，達到流量閥(200)的啟閉目的。各種類型的驅動模組(220)可被涵蓋，例如伺服馬達或步進馬達。在一實施例中，驅動模組(220)係配置成提供旋轉驅動，配合一可旋轉連接件或傳動軸而使閥體旋轉。在一實施例中，所述連接件(230)可包含一嚙合連接手段，使驅動模組(220)與所述閥體能夠同步動作。

整合電路(250)經配置與溫度感應模組(260)通訊連接，以接收所述溫度感應訊號並分別進行處理和分析。整合電路(250)包含專用於處理溫度感應訊號的電路。相關技術領域人員應瞭解，更多或更少的必要電子元件可實施於該整合電路(250)中，以實現所述訊號處理。在一實施例中，溫度感應模組(260)經適當配置以基於本體(210)的溫度產生溫度感應訊號。在其他實施例中，溫度感應模組(260)可基於其他一或多個位置的溫度產生溫度感應訊號。再者，整合電路(250)更與一溫度控制模組(270)通訊連接。如圖示，整合電路(250)可經由一繼電器(271)及一變壓器(272)通訊連接至溫度控制模組(270)，其經配置以產生一控制訊號並經由整合電路(250)輸出至驅動裝置(220)以指示一動作指令，藉此無段控制該流量閥(200)的啟閉。儘管未繪示，溫度感應模組(270)亦可經適當的調整而作為整合電路(250)的一部分。整合電路(250)可以是遠端伺服器的全部或一部分，並經由網路與所述模組通訊連接。

本文所述無段是指閥體移動的位置並非具有明顯的節點，閥體的移動接近像是連續的變化。因此，本發明流動閥並非僅提供一關閉狀態和一開啟狀態，本發明流動閥具有更多的開啟選擇，流量的控制更為彈性。

第三圖顯示本發明流量閥的一實施例(300)。在連接管線之前，流量閥(300)的外觀包含一殼體(310)及一驅動模組(320)。如圖示，殼體(310)是沿著三軸延伸的一六面體。殼體(310)具有一輸入開口(311)及一輸出開口(312)，其可分別經由已知的手段連接至空調系統的管線。圖示之輸入/輸出開口(311、312)是沿著x方向配置。在其他實施例中，殼體(310)的輸入/輸出開口(311、312)及/或驅動模組(320)可為不同的相對位置。殼體(310)定義有一容置空間，其可提供有適當的限位機構使第二圖所示之元件可穩固地安裝於其中。

如第四圖所示為第三圖流量閥(300)的一爆炸視圖。可看到該流量閥(300)還包含、一連接件(340)及一本體(350)。為簡潔之目的，流量閥的部分構件並未顯示，特此敘明。

殼體(310)可拆解為一上殼體(313)和一下殼體(314)，其內表面可以形成有複數個對應的限位結構，如用於牢固本體(350)的相應凹槽。下殼體(314)的內表面形成有接收本體(350)的一凹槽(316)。下殼體(314)的前端面形成有一對固定介面(317)。凹槽(316)沿著x方向延伸且配置成本體(350)可融入的形狀。

驅動模組(320)具有對應於所述固定介面(317)的另一對固定介面(321)，使驅動模組(320)能牢固至下殼體(314)上且以一轉軸(322)耦接連接件(342)。轉軸(322)與連接件(342)之間的其他連接元 件係省略描述以達簡潔之目的。本實施例的驅動模組(320)係提供一旋轉驅動。

連接件(342)係配置於驅動模組(320)與本體(350)之間。較佳地，所述連接件(342)為一嚙合連接件，其包含一嚙合介面(342)。嚙合介面(342)包含耦接驅動模組(320)的一第一嚙合介面(省略未顯示)、一第二嚙合介面(3421)及一第三嚙合介面(3422)，其彼此相互配合而同步轉動。第二嚙合介面(3421)為由一縱向桿和一橫向桿交疊而成的一十字結構。第一嚙合介面配置成能夠接收第二嚙合介面(3421)橫向桿的圖形，而第三嚙合介面(3422)則配置成能夠接收縱向桿的圖形。據此，經由所述嚙合介面(342)使整個連接件(342)同步旋轉。

本體(350)定義具有相互連通之一輸入端(351)與一輸出端(352)的一流道(353)。一閥體(354)可轉動地容置於該流道(353)中的輸入端(351)和輸出端(353)之間且定義一通道(位標示符號)。閥體(353)經配置以沿著xz平面轉動藉此無段調整輸入端(351)與輸出端(352)之間的連通。閥體(353)與所述第三嚙合介面(3422)固定連接。因此，所述旋轉驅動一併同步閥體(354)，使閥體(354)的通道與流道(353)形成一夾角，當兩者大致上呈垂直則為閥關閉。相關技術領域人員應瞭解，該閥體(354)可為一球狀閥體或蝶形閥體，不限於圖示之態樣。一溫度感應模組(370)可提供於凹槽(316)中的一適當位置以讀取本體(350)的溫度數值。

較佳地，為了確保閥體(354)的順暢轉動，本發明採取一機構手段及一壓力平衡手段。第五圖顯示本體(350)及閥體(354)的剖面圖。可 看見，本發明提供有兩個封襯(500)夾持於本體(350)及閥體(354)之間以降低兩者的摩擦力。所述封襯(500)可為大致上與y-z平面平行的一環體，並接觸於閥體(354)的兩端邊緣。較佳地，所述封襯(500)是由聚合物所組成，如鐵氟龍。如圖所示，本體(305)的內表面係形成適當的結構以放置所述封襯(500)和閥體(354)。如此，在長時間的操作下，避免閥體(354)磨損過快也確保轉動順暢。此外第六圖顯示所述閥體(354)的剖面圖。可看到，該閥體(354)為一球狀閥且其自表面向內延伸有一對壓力平衡孔(600)，其可在閥體(354)中延伸一長度或者延伸至通道(353)與通道(353)連通。所述壓力平衡孔(600)可保有少量氣體，在閥體(354)轉動過程，壓力平衡孔(600)能施予一壓力於本體(350)及閥體(354)之間，使轉動更為順暢，解決了因為輸入端(351)和輸出端(352)的壓力差而產生的機械阻礙。相對地，驅動模組(320)的輸出負擔也可以降低。簡而言之，有壓力平衡孔的情況下，流量閥的關閉並非能完全關閉，意即閥體(354)的兩端仍保持微量的連通。參閱第七圖，在本發明的另一實施例中，閥體(354)與本體(350)之間可形成一狹小空隙(700)。此空隙(700)亦有平衡壓力的作用(意即，確保閥體(354)的兩端仍有些許的連通)，使閥體(354)可順利地轉動。參閱八圖，其他類型的閥體如一蝶型閥可採用本發明提供之壓力平衡孔，如圖所示一對壓力平衡孔(800)可設置在蝶型閥門(即閥體)的翅膀部位。

一整合電路(未顯示)可通訊連接至所述驅動模組(320)及溫度感應模組(370)以接收、處理及輸出各種關於該流量閥的訊號及指令，達 到智慧控制的要求。據此，採用本發明流量閥的空調系統能夠有效率地分配流量，節省無意義的能量消耗。

第九圖顯示本發明整合電路的一實施例(900)。整合電路(900)包含一或多個處理單元(910)、一或多個溫度感應電路(920)及一或多個控制電路(930)。如箭頭所示，整合電路(900)係執行一中央空調控制方法。整合電路(900)的溫度感應電路(920)接收一溫度感應訊號，該溫度感應訊號指示關於循環冰水的一溫度落差資訊。整合電路(900)可從一溫度感應模組(940)接收所述溫度感應訊號，其可基於在溫度感應模組因溫度落差所發生的電壓變化而產生。因此，溫度感應訊號包含溫度落差的資訊，其可由處理單元(910)分析並辨識出溫度落差的數值。

處理單元(910)基於所述溫度落差資訊令控制電路(930)輸出一控制訊號以控制所述流量閥，如前述控制驅動模組的轉動。處理單元(910)判斷該溫度落差資訊是否超出一預設範圍以決定是否輸出該驅動訊號。此外，處理單元(910)判斷該溫度落差資訊是否超出一預設範圍以決定是否重複接收一溫度感應訊號。所述預設範圍可經由如前述之溫度控制模組(270)決定。例如，溫度控制模組(270)可具有使用者輸入介面，其允許使用者輸入所述預定範圍並儲存在整合電路(900)。舉例而言，使用者可輸入預設範圍為一希望溫度的正負三度。

若溫度感應訊號指示當前溫度落差大於所述預設範圍(箭頭”是”)，則處理單元(910)令控制電路(930)輸出一驅動訊號至流量閥的驅動模組(950)。所述驅動訊號指示驅動模組所需運動的範圍，如轉動的一角度範圍。若感應訊號指示當前溫度落差小於所述預設範圍(箭頭”否”)，則處 理單元(910)令溫度感應電路(920)持續接收來自溫度感應模組(940)的溫度感應訊號以持續地監測循環水溫。

第十A圖顯示本發明流量閥的進水流量測試例。第十B圖顯示習知二通閥的進水流量測試例。其中，第一虛線代表進水量，第二虛線代表回水量，斜線面積代表進水總量。返參第一圖，本測試例所述進水量(1010)是根據從冰水機(110)至一盤管風機(130)之間的流量測量所獲得，所述回水量(1020)根據由從一盤管風機(130)至冰水機(110)之間的流量測量所獲得，所述進水總量(1030)是根據一盤管風機(130)的進水側和回水側的流量落差所獲得。所述流量差異的測量可利用已知的手段，如超音波流量計分別在所述進水側和回水側的監控。此外，橫軸代表一時間軸，縱軸為水流量的單位。在同等運轉環境溫度比較下，習知二通閥累積相對較多的進水量，顯然本發明流量閥具備省水效果。

第十一A圖顯示本發明流量閥的室內溫度與進出水溫差的測試例。第十一B圖顯示習知二通閥的室內溫度與進出水溫差的測試例。其中第一虛線代表室內溫度(1110)，第二虛線代表回水溫度(1120)，第三虛線代表進水溫度(1130)，斜線面積代表進水回水溫差(1140)。此外，橫軸代表一時間軸，縱軸為溫度單位。在同等運轉環境溫度下，習知二通閥的進出水溫差約在兩度，而本發明流量閥的進水回水溫差約七度。此溫差的提高是重要的，意即在本發明流量閥的控制之下，單位流量在盤管風機(130)所能吸收的熱量是比習知二通閥還要多的，也就是冰水能從熱負載(120)帶走更多的熱。此外，習知二通閥在測量時間後端的室內溫度是相對不穩定的。顯然，本發明流量閥的表現比習知二通閥更為理想。

綜上所述，本發明相對於先前技術可具有以下優點，包含可代替目前較昂貴的比例式三通電磁閥，達到省水和省電的目的；可降低冰/熱水管路系統及控制閥的成本；可解決一般兩通閥斷續控制的噪音及水錘問題；無段控制的溫度控制，使得室內溫度變化較為穩定。

據此，該等描述支援執行該等具體動作之手段的組合、支援執行該等具體動作之多數的組合，以及支援執行該等具體動作之程式指令方式。也將可瞭解，該流程圖描繪中的每一區塊以及該流程圖描繪中區塊的組合可由模組實作，像是以特殊目的硬體為基礎的系統，該系統執行該等具體動作步驟，或是特殊目的硬體與電腦指令的組合。

以上內容提供該等敘述具體實施例之組合的製造與使用的完整描述。因為在不背離此敘述精神與範圍下可以產生許多具體實施例，因此這些具體實施例將存在於以下所附加之該等申請專利範圍之中。

Claims (11)

1. 一種流量閥，包含：一本體，定義具有相互連通之一輸入端與一輸出端的一流道；一閥體，可轉動地容置於該流道中的輸入端和輸出端之間且定義有一通道，並經配置以選擇性地調整該輸入端與輸出端之間的連通，該閥體具有一對壓力平衡孔及複數個封襯，該對壓力平衡孔自該閥體的一表面延伸，用於降低該閥體所承受的壓力，而該等複數個封襯夾持於該本體與該閥體之間，用於降低該本體與該閥體的摩擦力；一溫度感應模組，經配置以偵測該本體之溫度；一驅動模組，經由一嚙合連接件耦接至該閥體以轉動該閥體；及一整合電路，通訊連接至該溫度感應模組以蒐集該閥體的溫度資訊並據以使該驅動模組驅動該閥體轉動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之流量閥，其中該嚙合連接件具有耦接該驅動模組與閥體的一嚙合介面，藉此該嚙合連接件與該閥體連接且可同步轉動。
3. 如申請專利範圍第2項所述之流量閥，其中所述嚙合介面為一十字結構。
4. 如申請專利範圍第1項所述之流量閥，更包含：一溫度感應模組，經配置以讀取關於該本體的溫度資訊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之流量閥，其中該整合電路包含一溫度控制模組，提供溫度設定。
6. 一種流量閥，包含一閥體，該閥體具有一通道，其特徵在於該閥體上具有一對壓力平衡孔。
7. 如申請專利範圍第6項所述之流量閥，進一步包含一本體，該閥體設於該本體內，且本體與閥體間設有一空隙。
8. 如申請專利圍第6項所述之流量閥，其中該對平衡孔與該通道連通。
9. 一種流量控制方法，由一整合電路執行，該方法包含：接收一溫度感應訊號，該溫度感應訊號指示關於循環冰水的一溫度落差資訊；及基於該溫度落差資訊輸出一驅動訊號以控制一流量閥的一驅動模組，其中該流量閥包含：一本體，定義具有相互連通之一輸入端與一輸出端的一流道；一閥體，可轉動地容置於該流道中的輸入端和輸出端之間且定義有一通道，並經配置以選擇性地調整該輸入端與輸出端之間的連通，該閥體具有一對壓力平衡孔自該閥體的一表面延伸，用於降低該閥體所承受的壓力，複數個封襯夾持於該本體與該閥體之間，用於降低該本體與該閥體的摩擦力；一驅動模組，接收所述驅動訊號並經由一嚙合連接件耦接至該閥體以轉動該閥體；及一溫度感應模組，經配置以讀取關於該本體的溫度資訊並輸出所述溫度感應訊號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，更包含：判斷該溫度落差資訊是否超出一預設範圍以決定是否輸出該驅動訊號。
11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，更包含：判斷該溫度落差資訊是否超出一預設範圍以決定是否重複接收一溫度感應訊號。