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CN108138981B - 具有无线功率的集成内部流量、压力和/或温度测量的组合隔离阀和止回阀 - Google Patents

具有无线功率的集成内部流量、压力和/或温度测量的组合隔离阀和止回阀 Download PDF

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Abstract

无线供电系统包括用于液体循环系统的无线供电组合隔离阀和止回阀，具有在液体循环系统中配置的正关闭隔离阀以阻止流体流动，包括允许液体循环系统的维修，止回阀被配置在该液体循环系统中以阻止可能损害该液体循环系统的回流和重力循环，以及一个或多个传感器的组合，该一个或多个传感器的组合被配置成感测液体循环系统中的流体流动的一个或多个压力、温度或流量测量的对应组合，并且提供传感器信令，该传感器信令包含关于被感测的液体循环系统中的流体流动的一个或多个压力、温度或流量测量结果的对应组合的信息；以及被配置成接收无线电力信令的机载无线电力接收器，并且提供电力以对一个或多个传感器的组合供电。

Description

具有无线功率的集成内部流量、压力和/或温度测量的组合隔 离阀和止回阀
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月11日提交的临时申请序列号62/217,355(代理所档案号F-B&G-X0023//911-19.23-1)的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种阀门；更特别地，本发明涉及一种用于液体循环暖通空调(HVAC)系统的组合阀。
背景技术
当今的液体循环HVAC系统越来越多地利用变频驱动和变速泵。大多数这样的已知系统需要关闭和止回阀，以及永久地、或临时地安装以验证系统流速的流量测量设备。当永久地安装于液体循环HVAC系统时，这些已知的流量测量设备占据额外空间并且增加了系统压头的损失。取决于使用的流量测量设备的类型可能需要额外管道长度的显著量。
当被采用时，流速测量的非永久手段可能是劳动密集型的，并且取决于使用技术的类型，存在精确性、数据迁移性以及水泄漏可能性的可变度。
此外，美国专利号9,366,582(档案号：911-19.11-2//F-B&G-X0009)公开了一个这种已知的组合隔离和止回阀，该专利被受让给本申请的受让人并且在此通过引用整体并入。这种已知组合隔离和止回阀像在专利’582中公开的那样需要传感器，例如该传感器包括压力、温度或流速传感器的某些组合，使用硬接线电源配置来供电。然而，使用这种硬接线电源配置会导致或产生与将这种硬接线电源连接或耦合到这种传感器相关的许多问题和缺点，如下所述：
例如，需要物理访问在具有其中的这种传感器的组合阀处、或其附近的硬接线电源，以加电。还需要从硬接线电源到组合阀的物理地运行、连接或耦合电接线。从硬接线电源到一个或多个传感器组合的电接线可能导致或造成相关联的电接线混乱。用于连接到这种硬接线电源的相关联电接线混乱可能在整个HVAC系统中(例如特别是随时间的推移)导致并且产生电力和机械安全危害。
通过另外的例子，由于传感器需要被耦合或连接到电接线，所使用的这种电耦合或连接通常可能易于发生故障，从长远来看不可靠，并且可以容易地例如归因于湿气、污垢、周围大气状况和运动(包括与某些HVAC应用和/或环境相关联的振动)而随时间推移自身受损。此外，这种传感器，特别是如果未密封(例如气密地)，也可能随时间的推移而自身受损，例如归因于暴露于可能导致例如来自水和氧的腐蚀的湿气、污垢和周围大气状况。此外，归因于来自电接线的意外和不期望的移动(例如通过在任何这种HVAC应用和/或环境中被干扰、拉动和撕裂/断裂)，这种传感器本身也可能随时间推移而受损。如果需要的话，电接头或连接件还可以防止或严重受损将这种传感器实际密封在防潮外壳中的能力，特别是气密地，因为电接线需要穿入并且穿过这种传感器的壳体以提供功率。
所有上述问题都可能出现在各种HVAC应用中，例如包括居住、商业或工业应用和/或环境。
鉴于此，需要更好的方式来提供动力来操作具有这种传感器的组合隔离和止回阀。
发明内容
总之，本发明提供了一种用于液体循环HVAC系统中的无线供电组合阀，以用作隔离阀；止回阀；并且作为用于测量流体参数(诸如流速、压力和/或温度)的手段。流速、压力和/或温度传感器将被嵌入到组合阀中。这些传感器具有将这种流体参数发射到各种HVAC系统控制的方法为特征。
基于在组合阀处所收集的数据，发射到控制设备的信号将使得HVAC系统回路泵能够调整它的性能并且满足期望的系统要求。特别地，在无线供电组合阀处所进行的连续流速、压力和温度测量可以被发射到与系统的控制器(例如变频驱动器(VFD)；楼宇管理系统(BMS)；或者其他这种控制设备)接口的配对设备。在操作中，系统控制器可以变化供应给泵的功率，并且因此例如基于接收到的信号来调整泵的性能。这产生一个连续的I/O(输入/输出)反馈回路，其中流速、压力和/或温度是输入，并且泵性能参数是期望的输出。数据也可以被发射到手持设备或远程位置以用于即时评估。
根据本发明，具有用于流速、压力和/或温度测量的嵌入式传感器的隔离阀、止回阀的新的组合提供了紧凑的产品外壳，该紧凑的产品外壳通过消除HVAC系统中的单独组件的需要而实现节省空间，诸如单独的隔离阀、止回阀、流量计、压力计和/或温度计，以及用于将其连接到电源的电接头和连接器。组合阀一体式传感器与泵的控制设备之间的连续I/O反馈回路确保了泵和系统始终以期望的最佳状况运行时节省最大能量。
根据一些实施例，该新的组合阀可以被配置成将所有这些特征并入为尽可能紧凑的外壳以在安装时节省空间和能量。嵌入该组合阀中的流速、压力和/或温度测量特征将消除当探头被插入阀或系统附件时通常存在的泄漏的可能性，以测量内部流体压力或温度，并且显着降低归因于与连接或耦合到电源有关的上述问题而导致的不可靠性以及故障。同样，为了系统设计考虑，该组合阀将产生单个压头损失位置。
此外，这种组合阀的一些实施例可以包含机载无线功率接收器，例如用以激励各种内部传感器并且启用数据通信。无线功率传输可以通过采用任何适合的无线能量传输技术由远程发射器来启用，其中射频(RF)在板上转换成直流(DC)，组合阀是一种优选的方法。
当用作正关闭隔离阀时，这种新的组合阀将阻止流体流动，使得可以在泵或系统上执行维护。当用作止回阀时，这种新的组合阀将阻止回流和重力循环，当回流和重力循环出现时对泵或系统运行时是有害的。
根据一些实施例，流量测量将通过与压力和/或温度测量组合使用的嵌入式电磁、机电或机械流量测量设备出现。这些传感器可以被配置成提供可以被系统控制器捕获、以记录用户状况的实时数据。在一些实施例中，在该新组合阀处收集的数据将被无线发射到与系统控制器(VFD、BMS或其他)和泵接口的配对设备。系统控制器可同样将状态更新无线地发射到组合阀。该系统控制器可以被配置成引导泵增加或减小速度，例如，根据满足最佳系统状况的要求。一些实施例可以被配置成使用有线连接来在新组合阀与系统控制器之间发射数据。
无线功率传输可被配置成对各种机载组合阀传感器供电，并且使得从新组合阀到泵控制器的数据传输，因此消除混乱，电和机械安全危害，并且改进整个系统的机械设置。
举例来说，一旦被远程发射器启用，用于对设备供电的RF信令可以连续地对内部传感器供电，或者周期性地对内部传感器供电，或者基于感测和/或数据传输率对内部传感器供电，或者它们的一些组合。
特别是，并且通过另外的示例，一个实际的应用/实施方式可以包括或采取如下形式：采用供应给阀模块的连续的无线电源。嵌入式阀传感器可以由分立能量分组供电，以用于阀模块内的数据收集和传输。从阀到VFD(回到泵)的数据传输可以被配置成以离散数据集的形式出现，例如不小于每秒一次。
特定实施例的示例
根据一些实施例，本发明可以采取系统或装置的形式(例如诸如无线供电系统)，其特征在于：
无线供电的组合隔离阀和止回阀，以用于液体循环系统，具有
正关闭隔离阀，被配置在液体循环系统中以阻止流体流动，包括允许液体循环系统的维护，配置在液体循环系统中的止回阀以阻止可能损害液体循环系统的回流和重力循环，以及
一个或多个传感器的组合，该一个或多个传感器被配置成感测在液体循环系统中的流体流动的一个或多个压力、温度或流量测量的对应组合，并且提供包含关于被感测的在液体循环系统中的流体流动的一个或多个压力、温度或流量测量的对应组合的信息的传感器信令；以及
机载无线功率接收器，被配置成接收无线功率信令，并且提供功率以对一个或多个传感器的组合供电。
根据一些实施例，该系统或装置还可以包括以下特征中的一个或多个：
机载无线功率接收器可以被配置成以射频(RF)信令的形式接收无线功率信令并且将RF信令转换成直流(DC)信令，以用于对一个或多个传感器的组合供电。
无线供电系统可以包括被配置成使用无线能量传输来提供RF信令的远程发射器。
远程发射器可以被配置成提供RF信号以用于连续地对传感器的组合供电，或者以用于周期性地对传感器的组合供电，或者基于感测和/或数据传输速率以用于对传感器的组合供电，或者其的一些组合。
一个或多个传感器的组合可以由分立能量分组供电，以在无线供电组合隔离阀和止回阀内进行数据收集和传输。
无线供电系统可以包括被配置成接收传感器信令的无线数据传输装置，并且提供无线数据传输传感器信令，该无线数据传输传感器信令包含关于被感测的液体循环系统中的流体流动的一个或多个压力、温度或流量测量的组合的信息；并且机载无线功率接收器可以被配置成提供功率以对无线数据传输装置供电并且使能无线数据通信。
机载无线功率接收器可以包括以下电路的一些组合：无线接收器，被配置成接收无线RF功率信令形式的无线功率信令；无线到DC功率转换器，将该无线RF功率信令转换成DC功率信令以对一个或多个传感器的组合供电；和/或DC功率提供模块被配置成将DC功率提供给一个或多个传感器的组合。
该一个或多个传感器可以包括DC传感器，该DC传感器被配置成接收DC信号并且感测液体循环系统中的流体流动的一个或多个压力、温度或流量测量的对应组合。
该一个或多个传感器可以被完全地密封和封闭，包括气密地，而不需要耦合或连接到电力接线。
无线供电系统可以是或形成HVAC液体循环系统的一部分，例如包括用于居住、商业和工业应用。
本发明的优点
根据本发明的这种类型的无线供电系统，(例如用于居住、商业和工业应用中的HVAC系统)包括许多优点，如下所述：例如，不需要物理访问具有一个或多个传感器的组合阀处或其附近的硬接线电源，以对其加电。也不需要将来自任何这种硬接线电源的电接线物理地运行、连接或耦合到组合阀。由于不存在从任何硬接线电源运行到组合阀的电接线，这消除了来自相关联电接线混乱的任何不利影响(例如，当使用如上文所阐述的这种电接线时可能出现的不利影响)。消除相关联的电接线混乱也消除了任何电力和机械安全危害，该安全危害否则可能由HVAC系统中作为一个整体的任何这种相关联的电接线混乱而导致或产生(例如特别是随时间的推移)。
通过另外的示例，由于传感器不需要通过电接线耦合或连接到硬接线电源，所以这消除了对任何这种电接头或连接件的需要，并且还消除归因于湿气、污垢、周围大气状况、以及运动(包括与HVAC应用和/或环境相关联的振动)随时间推移而出现的任何和全部问题。消除对于电接头或连接件的需求还允许将这种传感器密封在防潮外壳中，特别是密封的，如果期望的话，取决于应用。此外，由于传感器不需要通过电接线耦合或连接到硬接线电源，所以这可能基本上减少甚至消除归因于引起腐蚀(例如来自水和氧气)的湿气、污垢和周围大气状况随时间的推移对这种传感器本身损害，特别是如果这种传感器没有以其他方式密封(例如气密地)。而且，归因于来自这种电接线在任何这种HVAC应用和/或环境中被干扰、拉动和撕裂/断裂的运动，这种传感器还可能随时间推移不会受损。
总之，去除前述的电硬接线和相关联的物理接头或连接件为整体HVAC系统提供了许多重要的短期和长期优点和益处，特别是当与上述'582专利中公开的系统相比时。鉴于此，本发明提供了一种更好的方式来提供功率来操作具有这种传感器的组合隔离和止回阀。
附图说明
附图包括以下图，未按比例绘制：
图1示出了根据本发明的一些实施例的无线供电系统的图。
图2示出了根据本发明的一些实施例的具有图1中所示的无线供电系统的液体循环系统，泵和泵控制器以及HVAC系统的组合的图。
附图包括附图标记和引线，其被包括在下面详细描述每个图。在附图中，不同图中的类似元件利用类似的附图标记和引线。此外，并非每个元件都在每个图中利用附图标记和引线示出和/或标记以减少整个附图中的混乱。
具体实施方式
图1-2
图1示出了系统或装置(例如诸如一般指示为10的无线供电系统)，特征在于无线供电的组合隔离阀和止回阀20与机载无线功率接收器40(也称为无线至DC功率变换器和无线接收器)。
无线供电组合隔离阀和止回阀20可以被配置用于一般指示为60并且在图2中示出(例如用于处理流过管道P的流体F)的液体循环系统。举例来说，液体循环系统60可以包括HVAC系统62，该HVAC系统62相对于通过相关联的管道耦合的泵64和泵控制器66而布置。根据一些实施例，泵控制器66可以被配置成提供用于操作远程发射器68的控制信令，例如，与本文所阐述的一致。
无线供电组合隔离阀和止回阀20可以被配置成包括以下部分：
被配置在液体循环系统60(图2)中的正关闭隔离阀22，以防止流体流动，包括允许该液体循环系统60的维护，
被配置在液体循环系统60中的止回阀24，以防止可能损害液体循环系统60的回流和重力循环，以及
一个或多个传感器28、30、32的组合26，其被配置成感测在液体循环系统60中的流体流动的一个或多个压力、温度或流量测量的对应组合，并且提供传感器信令SPTF，该传感器信令SPTF包含关于感测到的在液体循环系统60中的流体流动的一个或多个压力、温度或流量测量的对应组合的信息。
机载无线功率接收器40可以被配置成接收无线功率信令SRF，并且提供功率(例如，直流(DC)信令SDC)，以对例如一个或多个传感器28、30、32的组合供电。
根据一些实施例，系统或装置100还可以包括以下特征中的一个或多个：
机载无线功率接收器40可以被配置成以射频(RF)信令的形式接收无线功率信令SRF，并且将该RF信令转换成DC信令SDC，以用于为一个或多个传感器28、30、32的组合供电。在图1中，机载无线功率接收器40被示出：将DC信令SDC提供给组合26；并且如本领域技术人员将领会的，DC信令SDC被理解为例如经由硬接线到一个或多个传感器28、30、32，用以向每个传感器提供电力。(没有示出硬接线以减少附图中的混乱。)换言之，根据本发明的一些实施例，机载无线功率接收器40被理解为物理连接或耦合到一个或多个传感器28、30、32和无线数据传输装置34，使得机载无线功率接收器40可以提供(并且一个或多个传感器28、30、32和无线数据传输装置34可以接收)适合的DC信令SDC，以用于为一个或多个传感器28、30、32以及无线数据传输装置34供电。
无线供电系统10可以包括远程发射器68(参见图2)，该远程发射器68被配置成使用无线能量传输来提供RF信令SRF。远程发射器68可以被配置成提供RF信号SRF以用于连续地为传感器28、30、32的组合供电，或者以用于周期性地给传感器28、30、32的组合供电，或者例如基于感测和/或数据传输速率以用于给传感器28、30、32的组合供电，或它们的一些组合。泵控制器66可以被配置成向远程发射器68提供适合的控制信令以使用无线能量传输来提供RF信令SRF。例如用于提供适合的RF信令(如信令SRF)的远程发射器(像元件68)在本领域中是已知的，并且本发明的范围不旨在限于其现在已知或将来以后开发的任何特定类型或种类。
举例来说，一个或多个传感器28、30、32的组合可以由分立能量分组供电，以在无线供电的组合隔离阀和止回阀20内进行数据收集和传输。换而言之，泵控制器66可以被配置成向远程发射器68提供控制信令，以例如取决于应用利用相应的分立能量分组对各个传感器28、30、32供电，以用于相应的数据收集和传输。实际上，泵控制器66和远程发射器68可以被配置成选择性地提供各自的分立能量分组，以用于从选择性的传感器进行选择性的数据收集和传输。
无线供电系统10可以包括无线数据传输装置34，该无线数据传输装置34被配置成从传感器28、30、32接收传感器信令SP、ST、SF，并且以无线数据传输传感器信令SPTF的形式提供传感器信令SP、ST、SF，无线数据传输传感器信令SPTF包含关于感测到的在液体循环系统60中流体流动的一个或多个压力、温度或流量测量的组合的信息。图1示出了无线数据传输装置34，该无线数据传输装置34布置在组合26中或形成组合26的一部分，其中每个传感器28、30、32与无线数据传输装置34之间的信令交换可以包括传感器信令SP、ST、SF，其被从每个传感器传递到无线数据传输装置34。与本文所阐述的一致，机载无线功率接收器40还可以被配置成以DC信令SDC的形式提供功率，以对无线数据传输装置34供电并且使能无线数据通信(例如返回到泵控制器66(图2))。
举例来说，机载无线功率接收器40可以包括或者采取无线接收器40a的形式，该无线接收器40a被配置成接收无线RF功率信令形式的无线功率信令SRF以及来自控制器66(图2)的状态传输信号SST。机载无线功率接收器40还可以包括或者采取无线到DC功率变换器40b的形式，无线到DC功率变换器40b被配置成将接收的无线RF功率信令转换成DC功率信令，以对一个或多个传感器28、30、32的组合供电。机载无线功率接收器40还可以包括被配置成向一个或多个传感器28、30、32的组合提供DC功率信令的DC功率模块(未示出)。在图1和2中，机载无线功率接收器40被理解成包含用于实施所有上述无线功率转换和接收器功能的电路。如本领域技术人员将领会的，机载无线功率接收器40及它的相关联的功能可以以一个独立电路、模块或单元以及两个以上的单独电路、模块或单元来实施。换而言之，本发明的范围并不旨在限于机载无线功率接收器40的结构和功能的任何具体实施方式。
一个或多个传感器28、30、32可以是DC传感器，该DC传感器被配置成接收DC信令SDC，感测液体循环系统中的流体流动的一个或多个压力、温度或流量测量的相应组合，并且将传感器信号SP、ST、SF，例如提供给无线数据传输装置34。
根据一些实施例，一个或多个传感器28、30、32可以被完全密封和封闭，包括气密地，而不需要耦合或连接到电力接线，因此传感器不受制或受损于水气、污垢和周围大气状况，而水气、污垢和周围大气状况可能导致故障和/或腐蚀(例如来自水和氧气)。
图2：液压系统60
举例来说，图2示出了作为无线供电系统10的一个可能实施例的液体循环系统60。实施例是可设想的，并且本发明的范围旨在包括使用无线供电系统10的其他类型或种类的系统，这些系统或者是现在已知的或者将来以后开发的。
液体循环系统60包括HVAC系统62、泵64和控制器66。如本领域技术人员将领会的，像元件62的HVAC系统在本领域中是已知的，并且本发明的范围并非旨在局限于其现在已知或将来以后开发的任何特定类型或种类。此外，像元件64的泵和像元件66的泵控制器在本领域中也是已知的，并且本发明的范围并非旨在局限于其现在已知或将来以后开发的任何特定类型或种类。
在图2中，泵控制器66可以被配置具备无线发射器，以提供无线发射器控制器信令SST，该无线发射器控制器信令SST包含关于从控制器66到无线供电系统10的状态传输请求的信息。举例来说，机载无线功率接收器40可以被配置成接收无线发射器控制器信令SST，并且向无线数据传输装置34提供对应的无线发射器控制器信令，以用于处理状态传输请求。作为响应，无线数据传输装置34可以被配置成提供无线数据传输传感器信令SPTF，该无线数据传输传感器信令SPTF包含具备适合的状态传输应答的信息。在图2中，无线数据传输装置34未被示出，以减少附图中的混乱。读者参考图1，其示出了该元件以及它与各种传感器28、30、32的互连。
无线到DC功率变换器
接收射频(RF)信令并且将射频(RF)信令转换成直流(DC)信令的DC功率转换器是本领域已知的；并且本发明的范围并非旨在局限于其任何特定类型或种类，例如现在已知的或将来以后开发的。举例来说，读者可参考美国专利号8,461,817，其通过引用整体并入本文。
无线发射器/接收器
发射/接收无线信令的无线发射器/接收器在本领域中是已知的；并且本发明的范围并非旨在限于其任何特定类型或种类，例如现在已知的或将来以后开发的。
本发明的范围
应该理解的是，除非本文陈述的情况以外，关于本文中的特定实施例所描述的任何的特征、特性、备选或修改还可以应用，使用或与本文所描述的任何其他实施例合并。而且，这里的附图并不一定按比例绘制。
尽管本发明已经相对于其示例性实施例进行了描述和例示，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行前述以及各种其他添加和省略。

Claims (11)

1.一种无线供电系统，包括：
无线供电组合阀，以用于液体循环系统，具有：
正关闭隔离阀，被配置在所述液体循环系统中以阻止流体流动，包括允许所述液体循环系统的维护，
止回阀，被配置在所述液体循环系统中，以阻止可能损害所述液体循环系统的回流和重力循环，以及
多个传感器，被配置成感测所述液体循环系统中的所述流体流动的一个或多个对应压力、温度或流量测量，并且提供传感器信令，所述传感器信令包含关于被感测的所述液体循环系统中的所述流体流动的所述一个或多个对应压力、温度或流量测量的信息；以及
机载无线功率接收器，被耦合到所述多个传感器，其中所述机载无线功率接收器被配置成接收无线功率信令，并且提供功率以便对所述多个传感器供电，其中所述多个传感器由分立能量分组选择性地供电，以用于从所述多个传感器中的选择性传感器进行选择性的数据收集和传输。
2.根据权利要求1所述的无线供电系统，其中所述机载无线功率接收器被配置成接收射频(RF)信令形式的所述无线功率信令，并且将所述RF信令转换成直流(DC)信令，以用于对所述多个传感器的组合供电。
3.根据权利要求2所述的无线供电系统，其中所述无线供电系统包括远程发射器，所述远程发射器被配置成使用无线能量传输来提供所述RF信令。
4.根据权利要求1所述的无线供电系统，其中
所述无线供电系统包括无线数据传输装置，被配置成接收所述传感器信令，并且提供无线数据传输传感器信令，所述无线数据传输传感器信令包含关于被感测的所述液体循环系统中的所述流体流量的所述一个或多个压力、温度或流量测量的信息；以及
所述机载无线功率接收器被配置成提供功率以对所述无线数据传输装置供电并且使能无线数据通信。
5.根据权利要求1所述的无线供电系统，其中所述机载无线功率接收器包括无线接收器，所述无线接收器被配置成接收无线RF功率信令形式的所述无线功率信令。
6.根据权利要求5所述的无线供电系统，其中所述机载无线功率接收器包括无线到DC功率变换器，以将所述无线RF功率信令转换成DC功率信令以对所述多个传感器供电。
7.根据权利要求6所述的无线供电系统，其中所述机载无线功率接收器包括DC功率提供模块，所述DC功率提供模块被配置成向所述多个传感器提供所述DC功率。
8.根据权利要求1所述的无线供电系统，其中所述机载无线功率接收器包括无线到DC功率变换器，以将所述无线功率信令转换成DC功率信令以对所述多个传感器供电。
9.根据权利要求1所述的无线供电系统，其中所述多个传感器是DC传感器，所述DC传感器被配置成接收DC信令并且感测所述液体循环系统中的所述流体流动的所述一个或多个压力、温度或流量测量。
10.根据权利要求1所述的无线供电系统，其中所述多个传感器被完全密封和封闭，包括气密地，而不需要耦合或连接到电力接线。
11.根据权利要求1所述的无线供电系统，其中所述无线供电系统是用于居住、商业或工业应用的HVAC液体循环系统或形成所述HVAC液体循环系统的一部分。
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