一种热交换流体流动的检测方法和监控系统与流程

本发明属于热交换领域，具体涉及一种热交换流体流动的检测方法和监控系统。

背景技术：

在中央空调系统或热泵系统中，需要通过换热器进行热量交换，用于热交换的流体在换热器中进行热量交换后，通过管道传导至使用的房间，实现制冷或制热。

换热器是一种在不同温度的两种流体间实现热量传递的设备，热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要。壳管式、套管式和板式等种类的换热器包括换热器使用侧管路以及设置于换热器使用侧管路中的换热器源侧管路，其中，换热器源侧管路接入中央空调或热泵系统，源侧管路的流体的流动以及温度控制由中央空调系统或热泵系统控制。温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热，两种流体之间进行换热。对于换热器使用侧管路的流体来说，其流体流动由其他动力系统来实现，在热交换时，可能会出现换热器使用侧管路的流体流动性不足或未流动情况，但此时中央空调系统或热泵系统仍在工作，而换热器中无法实现热交换，因此换热器源侧管路流体温度会一直上升或者一直下降，可能会出现温度过高或结冻问题，进而损坏换热器，甚至损坏中央空调系统或热泵系统。

对此，现有技术给出一些换热器使用侧管路流体流动的监控方案。目前，暖通行业中水流检测方法有靶流开关检测法、压差检测法和超声波检测法。它们各有自己的优点，同时也有诸多不足。

靶流开关检测法是在连接换热器使用侧管路的管道中设置靶流开关，当换热器使用侧管路中的流体流动时，流体会冲开靶流机械开关，触发设置在靶流机械开关上的信号开关导通，从而获知流体在流动。但靶流机械开关需要串接在管道中，安装较复杂，对水流产生较大阻力，尤其是在小管径管道中(如ND25及以下管道)的阻力更不容忽视，另外由于工作环境潮湿和温度的变化，容易造成机械开关锈蚀等不足，导致机械开关卡死在某一位置而无法实现水流动检测。

压差检测法是通过在连接换热器使用侧管路的管道进出口位置设置液柱式压力计，如U型压力计，通过对比流体流动时进出口位置压差变化判断流体是否在流动。但其缺点是在检测换热器内部堵塞时易产生检测失误，且在冬季低温环境下，液柱式压力计中封存的水会因结冰导致损坏。

利用超声波碰到液体分界面会产生反射形成反射成回波原理检测流体流动的超声波传感器，但其使用成本高，安装需要的空间较大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种热交换流体流动的检测方法和监控系统，利用热交换流体的温度变化监控流体的流动。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种热交换流体流动的检测方法，采集热交换流体的多个温度，对比采集的温度，判断所述热交换流体是否流动；

其中，采集所述热交换流体的多个温度的方法包括沿所述热交换流体的流向方向依次采集多个温度。

进一步地，沿所述热交换流体的流向方向依次采集三个温度，分别为热交换流体入口位置温度T_in、热交换流体中间位置温度T_mid和热交换流体出口位置温度T_out；

当T_in、T_mid、T_out之间关系满足T_in＞T_mid＞T_out和T_in＜T_mid＜T_out两者之中的任一条件时，所述热交换流体在流动。

进一步地，当|T_in-T_out|≥T1时，其中，T1为所述热交换流体流动不足的报警阈值，所述热交换流体在流动，但流动不足。

进一步地，当T_mid＞T_in、且T_mid＞T_out，或者当T_mid＜T_in、且T_mid＜T_out时，

若|T_in-T_mid|≥T2、且|T_out-T_mid|≥T2，其中，T2为所述热交换流体未流动的报警阈值，所述热交换流体没有流动。

进一步地，采集所述热交换流体的多个温度的方法还包括采集所述热交换流体的同一位置不同时间的温度，设定采集温度的时间间隔Δt，按时间间隔Δt采集所述热交换流体的同一位置的温度：T₁、T₂…T_n-1、T_n，其中，n≥2；

通过公式K＝|(T_n-T_n-1)/Δt|，得到时间间隔Δt的温度变化斜率K；

设定所述热交换流体流动时的斜率阈值K1，

若K≥K1，所述热交换流体未流动；

若K＜K1，所述热交换流体在流动。

一种热交换流体流动的监控系统，所述热交换流体流动的监控系统利用上述所述热交换流体流动的检测方法，包括换热器、温度检测装置和换热控制系统，

所述温度检测装置包括至少一个温度传感器、A/D转换模块、处理器模块、继电器和电源模块；其中，所述电源模块用于提供所述温度检测装置的工作电压；所述温度传感器连接至所述A/D转换模块，所述A/D转换模块连接至所述处理器模块；所述继电器具有常闭触点，所述继电器的线圈端与所述处理器模块连接，所述继电器的常闭触点分别与所述换热控制系统连接；

所述换热器包括换热器使用侧管路以及设置于所述换热器使用侧管路中的换热器源侧管路，所述温度传感器设置于所述换热器使用侧管路上。

进一步地，所述换热控制系统为中央空调控制系统或者热泵控制系统，所述换热器为盘管式换热器、壳管式换热器、套管式换热器和板式换热器中的任一种。

进一步地，所述温度传感器数量为三个，依次设置于所述换热器使用侧管路的入口位置、所述换热器使用侧管路的中间位置和所述换热器使用侧管路的出口位置。

进一步地，所述温度传感器数量为一个，设置于所述换热器使用侧管路的中间位置。

进一步地，所述温度检测装置还包括指示灯、蜂鸣器和显示屏，所述指示灯、所述蜂鸣器和所述显示屏分别连接至所述处理器模块。

本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本发明通过采集热交换流体的多个温度，采集多个温度的具体方法为沿热交换流体的流向方向依次采集多个温度，或通过采集热交换流体的同一位置不同时间的温度，对比采集的温度，判断热交换流体是否流动，还可以判断热交换流体流动性是否不足；根据上述热交换流体流动的检测方法，本发明还提供一种热交换流体流动的监控系统，该监控系统中温度检测装置和换热控制系统通过具有常闭触点的继电器建立干接点信号连接，换热控制系统和温度检测装置分别独立工作，两者间不存在电信号的互相影响，因而能够提高整个系统的工作稳定性，当换热器使用侧管路热流体不流动或换热器使用侧管路流体温度超温时，触发继电器得电断开，换热控制系统接收到断开信号后停止工作，实现对换热控制系统的保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明流体热交换示意图；

图2是本发明一种热交换流体流动的检测方法中制冷模式下温度变化斜率K的计算方法示意图；

图3是本发明一种热交换流体流动的检测方法中制热模式下温度变化斜率K的计算方法示意图；

图4是本发明一种热交换流体流动监控系统实施例示意图；

图5是本发明一种热交换流体流动监控系统的工作原理示意图。

图中1-换热器；2-温度检测装置；3-换热控制系统；101-换热器使用侧管路；101a-换热器使用侧管路入口；101b-换热器使用侧管路出口；102-换热器源侧管路；102a-换热器源侧管路入口；102b-换热器源侧管路出口；201-温度传感器；202-A/D转换模块；203-处理器模块；204-继电器；205-电源模块；206-指示灯；207-蜂鸣器；208-显示屏。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，图1为热交换流体热交换示意图，本发明提供一种热交换流体流动的检测方法，采集热交换流体的多个温度，对比采集的温度，判断所述热交换流体是否流动。

可知，热交换流体流动过程中进行热交换，这样热交换流体流向方向的各处温度或者热交换流体同一位置的不同时间的温度会有变化，通过对比热交换流体的流向方向的各处温度或者热交换流体同一位置的不同时间的温度，可以判断热交换流体是否流动。

根据上述方案，本发明提供一种优选方案，具体为：沿所述热交换流体的流向方向依次采集多个温度，对比采集的温度，判断所述热交换流体是否流动。

通过上述方案，沿所述热交换流体的流向方向依次采集多个温度，如采集两处温度，温度采集点分别设置在所述热交换流体的入口位置和出口位置，也可设置在热交换流体其他位置，具体设置时只需将两处的位置设有一定距离即可。

当然也可沿所述热交换流体的流向方向采集两个以上的温度，同样相邻两处的温度采集位置设有一定距离即可。

从获得更好检测效果方面考虑，设置的温度采集点越多越好，但从成本和实际需要方面考虑，设置的温度采集点越少越好，在只设置两个温度采集点时，如设置于换热器使用侧管路的入口位置和出口位置，换热器使用侧管路的流体正常流动时，入口位置和出口位置的温度是不同的，这样可以判断出换热器使用侧管路流体在流动，但当换热器使用侧管路流体流动降低到一定程度时，虽然换热器使用侧管路入口位置和出口位置的温度仍然是不同的，但因换热器使用侧管路中的流体在换热器中滞留时间太长，导致换热器使用侧管路中间位置的温度会明显高于或低于换热器使用侧管路两端的温度，这样会损坏换热器和换热控制系统，这种情况也是实际使用过程中不希望发生的。

为了克服上述不足之处，本发明给出一种优选方案来解决上述问题，具体为：沿所述热交换流体的流向方向依次采集三个温度，分别为热交换流体入口位置温度T_in、热交换流体中间位置温度T_mid和热交换流体出口位置温度T_out；

当T_in、T_mid、T_out之间关系满足T_in＞T_mid＞T_out和T_in＜T_mid＜T_out两者之中的任一条件时，所述热交换流体在流动。

通过上述方案可知，热交换流体进行热交换，在制热时，热交换流体流向方向温度是逐渐升高，对应的是T_in＜T_mid＜T_out；制冷时，热交换流体流向方向温度是逐渐降低，对应的是T_in＞T_mid＞T_out。

对于上述方案，利用热交换流体入口温度和出口温度的差值进行判断，但其差值并不是越大越好，当热交换流体入口温度和出口温度的差值达到一定程度时，表明热交换流体的流动不足，热交换流体在换热器中滞留时间太长，对此本发明提供一种优选的检测方案，当|T_in-T_out|≥T1时，所述热交换流体在流动，但流动不足，其中，T1为所述热交换流体流动不足的报警阈值，对此可通过蜂鸣器和LED指示灯分别发出声光报警。通过该方案，设定热交换流体流动不足的报警阈值，如将报警阈值设为10℃，当热交换流体入口温度和出口温度的差值绝对值大于等于10℃时，判定热交换流体流动不足。本发明给出的具体报警阈值只是一个应用举例，在实际应用过程中，报警阈值的具体设定值可能并非本发明给出的举例值，应根据具体情况设定热交换流体流动不足的最优报警阈值。

对于上述方案，当热交换流体流动性继续降低时，可能会出现虽然热交换流体入口位置和出口位置的温度虽然仍具有一定差值，但热交换流体在换热器中滞留时间太长，一直在进行热交换状态，导致热交换流体中间位置的温度会明显高于或低于热交换流体两端的温度，对于此问题，本发明给出优选的检测方案，具体为：在T_mid＞T_in、且T_mid＞T_out，或者当T_mid＜T_in、且T_mid＜T_out时，若|T_in-T_mid|≥T2、且|T_out-T_mid|≥T2，其中，T2为所述热交换流体未流动报警阈值，所述热交换流体未流动，对此可通过蜂鸣器和LED指示灯分别发出声光报警。通过该方案，设定热交换流体未流动的报警阈值，如3℃。当制冷或制热状态时，中间位置的温度分别与两端位置的差值绝对值大于等于3℃时，判定热交换流体未流动。当T_mid≥T3，或T_mid≤T4时，继电器常闭触点断开，换热控制系统收到此信息后发出系统停止运行指令，保护热交换设备；其中，T3为所述热交换高温保护阈值，T4为所述热交换低温保护阈值。

对于本发明提供的采集热交换流体的多个温度，对比采集的温度，判断所述热交换流体是否流动方案，本发明还提供另一种检测方案，具体为：采集所述热交换流体的同一位置不同时间的温度，设定采集温度的时间间隔Δt，按时间间隔Δt采集所述热交换流体的同一位置的温度：T₁、T₂…T_n-1、T_n，其中，n≥2，通过公式K＝|(T_n-T_n-1)/Δt|得到时间间隔Δt的温度变化斜率，如图2和3所示；

设定热交换流体流动的时斜率阈值K1，

若K≥K1，所述热交换流体未流动；

若K＜K1，所述热交换流体在流动。

该方案在实际应用过程中，优先采集热交换流体中间位置的不同时间的温度。

根据以上各种热交换流体流动的检测方法，本发明提供一种热交换流体流动的监控系统，如图1、图4和图5所示，所述监控系统包括换热器1、温度检测装置2、换热控制系统3，

其中，

所述温度检测装置2包括至少一个温度传感器201、A/D转换模块202、处理器模块203、继电器204和电源模块205；其中，所述电源模块205用于提供所述温度检测装置2的工作电压；所述温度传感器201连接至所述A/D转换模块202，所述A/D转换模块202连接至所述处理器模块203；所述继电器204具有常闭触点，所述继电器204的线圈端与所述处理器模块203连接，所述继电器204的常闭触点分别与所述换热控制系统3连接；

所述换热器1包括换热器使用侧管路101以及设置于所述换热器使用侧管路101中的换热器源侧管路102，所述温度传感器201设置于所述换热器使用侧管路101上。

上述热交换流体流动的监控系统中，所述换热控制系统3为现有技术的中央空调控制系统或者热泵控制系统，所述换热器1包括换热器使用侧管路101以及设置于所述换热器使用侧管路中的换热器源侧管路102，所述换热器1可选用现有技术的盘管式、壳管式、套管式和板式等种类的换热器，其包括换热器使用侧管路入口101a、换热器使用侧管路出口101b、换热器源侧管路入口102a和换热器源侧管路出口102b。

对于所述温度传感器201的设置，优选为三个，依次设置于所述换热器的使用侧管路入口101a位置、所述换热器1的使用侧管路出口位置101b和所述换热器的使用侧管路中间位置。另外，本发明也可仅使用一个温度传感器，其设置位置优选设置在所述换热器使用侧管路的中间位置。

从获得更好检测效果方面考虑，设置的所述温度传感器201越多越好，但从成本和实际需要方面考虑，设置的所述温度传感器201越少越好，在只设置两个所述温度传感器201时，如设置于所述换热器使用侧管路101的入口位置和出口位置，所述换热器使用侧管路101的流体正常流动时，入口位置和出口位置的温度是不同的，这样可以判断出所述换热器使用侧管路101流体在流动。但当所述换热器使用侧管路101流体流动降低到一定程度时，虽然所述换热器使用侧管路101入口位置和出口位置的温度仍然是不同的，但因热交换流体的流动不足，热交换流体在换热器中滞留时间太长，导致换热器使用侧管路101中间位置的温度会明显高于或低于换热器使用侧管路101两端的温度，这样会损坏换热器和换热控制系统，这种情况是实际使用过程中不希望发生的。

通过上述方案，本发明通过所述温度传感器201设置在所述换热器1使用侧管路上，这种设置方式的优点是，所述温度传感器与热交换流体不直接接触，不受热交换流体温度变化、腐蚀的影响，且具有低成本的优点，同时温度传感器直接安装在换热器使用侧管路的管壁上即可，因而具有安装方便的优点。

本发明中可通过所述温度传感器201获得温度信号，通过所述A/D转换模块202转换后发送到所述处理器模块203，所述处理器模块203优选为单片机，温度数据间的比较结果可通过单片机的逻辑运算获得，进而实现给所述继电器204线圈提供开关信号，控制所述继电器204的常闭触点的打开或闭合，当所述换热器使用侧管路中流体热交换正常进行时，所述继电器204的常闭触点为闭合状态，所述换热控制系统3获得导通信号，所述换热控制系统3正常工作；当所述换热器使用侧管路中流体未流动或热交换温度超温时，所述处理器模块203向所述继电器204发出触发信号，所述继电器204线圈得电使得所述继电器204常闭触点断开，所述换热控制系统3获得断开信号，停止工作，所述换热控制系统3实现自我保护。

本发明的监控系统通过温度传感器采集温度的方式，在实现监控所述换热器使用侧管路101中热交换流体流动情况的同时，还可实现监控所述换热器使用侧管路101中热交换流体温度的功能，如将所述温度传感器201设置在所述换热器使用侧管路101的中间位置，设定制冷时防冻保护报警值，当所述温度传感器201检测的温度低于设定的防冻保护温度时，所述换热控制系统3在得到所述继电器204的断开信号后停止工作；设定制热时制热超温报警值，当所述温度传感器201检测的温度高于设定的制热超温报警值时，所述换热控制系统3在得到所述继电器204的断开信号后停止工作，这样可实现对所述换热控制系统3自身的保护。

另外，本发明中所述换热控制系统3和所述温度检测装置2通过所述继电器204的通断建立连接，正常工作时所述继电器204为常闭触点提供干接点信号，这样所述换热控制系统3和所述温度检测装置2分别独立工作，两者间不存在电信号的互相影响，因而能够提高整个系统的工作稳定性。

所述温度检测装置2只在检测到制热超温报警值、制冷时防冻保护报警值时或者所述换热器使用侧管路的流体没有流动时，才触发断开所述继电器204常闭触点的信号，所述换热控制系统3收到所述继电器204常闭触点断开信号后，停止工作，所述换热控制系统3实现自我保护。

如图5所示，作为一种优选的改进方案，所述温度检测装置2还包括指示灯206，所述指示灯206连接至所述处理器模块203，这样可以对本发明检测的各种情况作报警提示，尤其是检测到所述换热器使用侧管路101中流体流动性不足的情况，这种情况下，所述继电器204仍然是常闭状态，因而所述换热控制系统3是正常工作的，这样情况可通过所述处理器模块203控制所述指示灯206发出报警信号。

如图5所示，本发明还提供另一种声音报警提示手段，所述温度检测装置2还包括蜂鸣器207，所述蜂鸣器207连接至所述处理器模块203。

如图5所示，为了方便人们现场了解所述换热器使用侧管路101上的所述温度传感器201检测到温度，所述温度检测装置2还包括显示屏208，所述显示屏208连接至所述处理器模块208，这样可将所述温度传感器201检测的温度显示在显示屏208，可以直观了解热交换情况。

本发明通过在热换器中使用侧管路上设置温度传感器，实现对热换器中使用侧管路中的流体的流动监控、温度高温保护和温度低温保护，热换器使用侧管路中的流体可以为液体，例如水，也可以为气体。对比现有技术采用靶流开关检测法、压差检测法和超声波检测法使用的装置，当热换器使用侧管路中的流体为气体时，上述现有技术的各种检测装置，不能检测气体流体的流动。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。