一种换热器能效检测设备的制作方法

本实用新型涉及换热器能效技术领域，具体涉及一种换热器能效检测设备。

背景技术：

换热器作为国民经济发展中重要的热能转换装置，是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，其主要功能是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工业过程工艺条件的需要，同时提高工业过程的能源利用率。其中，工业常用换热器分为板式换热器和管壳式换热器。

换热器不仅是保证工艺流程和条件所普遍使用的设备，也是开发利用工业二次能源、实现热回收和节约能源的主要设备，因此在工业生产中十分常见，广泛应用于国民经济的各部门，涉及的行业包括动力、化工、石油、冶金、核能、航天航空、食品、纺织、供暖、制冷等。基于各行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长，预计2015年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10-15％左右的速度增长。目前，全国换热器市场呈现出供不应求的市场状态，换热设备产业正处在黄金增长期，到2020年我国换热器行业规模有望达到1500亿元。

随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也不断加强，对换热器的换热能力，即热工性能的重视日益提高，对其能效的综合评定也提上了日程。在国务院印发的《＂十二五＂国家战略性新兴产业发展规划》中指出围绕应用面广、节能潜力大的工业领域，实施重大技术装备产业化示范工程。到2015年，高效节能技术与装备市场占有率提高到30％左右，创新能力和装备开发能力接近国际先进水平。《节能减排＂十二五＂规划》中更是明确指出，推动能效水平提高首先要加强工业节能。坚持走新型工业化道路，通过明确目标任务、加强行业指导、推动技术进步、强化监督管理，推进工业重点行业节能。因此对工业重要设备换热器进行能效评定方法的研究显得尤为重要，能效评定不是换热器换热系数高低的直接比较，也不是换热能力与流动阻力的综合评价，而是对换热器能源利用的技术性和经济性进行评定，给出能效等级，对工业生产和推广使用节能型换热器具有十分重要的指导意义和实践作用。

换热器能效评定是在不降低产品的其他特性，如性能、质量、安全和整体价格的前提下，评价产品能源性能的过程。能效标识是附在用能产品上的一种信息标签，用于表示产品的能源特性，如耗电量、能源效率或能源成本形式，为使用者提供必要的信息。本实用新型的发明人经过调研发现，目前我国已对几十种涉及能源利用的产品开展了能效评价体系并颁布了相应的标准，然而对换热器能效评定的工作还处在研究讨论中，现有检测设备中也没有能够集中检测计算在用换热器实际能效的设备，因此着手研制换热器能效检测设备显得十分必要。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种换热器能效检测设备，该装置可实现流量、温度、差压等基础数据的采集，并实时计算显示换热器的总传热系数等热工性能和阻力特性，以用于快速判定换热器能效值的高低，依此推断换热器传热能力好坏的程度，作为换热器是否需要进行检修或拆开去除内部污垢等维护工作的一个判断依据。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种换热器能效检测设备，所述换热器包括热介质管路和冷介质管路，所述热介质管路包括连通设置的热介质进口管路和热介质出口管路，所述冷介质管路包括连通设置的冷介质进口管路和冷介质出口管路，所述检测设备包括流量检测装置、温度检测装置、差压检测装置和主机数据处理装置，所述流量检测装置适于对热介质进口管路和冷介质进口管路中的介质流量进行检测，所述温度检测装置适于对热介质进口管路、热介质出口管路、冷介质进口管路和冷介质出口管路中的介质温度进行检测，所述差压检测装置适于对热介质进口管路与热介质出口管路之间、冷介质进口管路与冷介质出口管路之间的介质差压进行检测，所述主机数据处理装置与流量检测装置、温度检测装置、差压检测装置分别连接，并适于对检测的介质流量、介质温度和介质差压信号进行处理转换和计算显示。

进一步，所述流量检测装置包括超声波流量传感器和流量数据传输线，所述超声波流量传感器分别设置在热介质进口管路和冷介质进口管路上，所述流量数据传输线的一端与超声波流量传感器连接，另一端与主机数据处理装置连接。

进一步，所述超声波流量传感器为接触式或外夹式超声波流量传感器。

进一步，所述接触式超声波流量传感器通过粘接或焊接的方式安装在管路的开口上，所述外夹式超声波流量传感器通过绑带固定在管路上，且与管壁面间之间涂有耦合剂。

进一步，所述温度检测装置包括贴片式温度传感器和温度数据传输线，所述贴片式温度传感器分别设置在热介质进口管路、热介质出口管路、冷介质进口管路和冷介质出口管路上，所述温度数据传输线的一端与贴片式温度传感器连接，另一端与主机数据处理装置连接。

进一步，所述贴片式温度传感器采用铂热电阻感温元件和具有优良导热性能的纯铜材质弯折而成具有设定弧度的贴片组合构成。

进一步，所述热介质进口管路、热介质出口管路、冷介质进口管路和冷介质出口管路的管壁面沿周向均匀布置四个贴片式温度传感器。

进一步，所述差压检测装置包括第一连接管、开关阀、塑料导通管、第二连接管、三通阀和差压传感器，所述第一连接管的一端分别与热介质进口管路、热介质出口管路、冷介质进口管路和冷介质出口管路中的介质连通，所述第一连接管的另一端通过开关阀与塑料导通管的一端连通，所述塑料导通管的另一端通过第二连接管与主机数据处理装置上的取压孔连通，所述三通阀设于第二连接管上，所述差压传感器设置于主机数据处理装置内部并与取压孔连通。

进一步，所述主机数据处理装置包括装置壳体，所述装置壳体内设有积算仪及与积算仪分别连接的流量信号处理转换单元、温度信号处理转换单元和差压信号处理转换单元，所述流量信号处理转换单元的另一端与流量数据传输线连接，所述温度信号处理转换单元的另一端与温度数据传输线连接，所述差压信号处理转换单元的一端与差压传感器连接，所述装置壳体的正面设有与积算仪连接的显示器，所述装置壳体的侧面设有设置差压传感器的取压孔。

进一步，所述积算仪选用型号为SB-2100C的积算仪。

与现有技术相比，本实用新型提供的换热器能效检测设备，高度集成了流量检测装置、温度检测装置、差压检测装置和主机数据处理装置，做到了系统集成一体化，可以实现温度、差压、流量等基础数据的采集，还能通过积算仪按照预置的计算公式进行流体雷诺数、对数平均温差、冷热侧热流量、热平衡误差、总传热系数及能效的计算和显示，可极大方便工业现场在用换热器能效参数的检测。因此，本申请提供的检测设备可用于检测换热器热工性能和阻力特性，快速判定换热器能效值的高低，依此推断换热器传热能力好坏的程度，作为换热器是否需要进行检修或拆开去除内部污垢之类的维护工作的一个判断依据。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的换热器能效检测设备原理示意图。

图2是本实用新型实施例提供的换热器能效检测设备结构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的一种差压检测装置结构示意图。

图4是本实用新型实施例提供的主机数据处理装置原理示意图。

图中，1、换热器；11、热介质进口管路；12、热介质出口管路；13、冷介质进口管路；14、冷介质出口管路；2、流量检测装置；21、超声波流量传感器；22、流量数据传输线；3、温度检测装置；31、贴片式温度传感器；32、温度数据传输线；4、差压检测装置；41、第一连接管；42、开关阀；43、塑料导通管；44、第二连接管；45、三通阀；46、差压传感器；5、主机数据处理装置；51、装置壳体；52、积算仪；53、流量信号处理转换单元；54、温度信号处理转换单元；55、差压信号处理转换单元；56、显示器。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参考图1-图4所示，本实用新型提供一种换热器能效检测设备，所述换热器1包括热介质管路和冷介质管路，所述热介质管路包括连通设置的热介质进口管路11和热介质出口管路12，所述冷介质管路包括连通设置的冷介质进口管路13和冷介质出口管路14，所述检测设备包括流量检测装置2、温度检测装置3、差压检测装置4和主机数据处理装置5，所述流量检测装置2适于对热介质进口管路11和冷介质进口管路13中的介质流量进行检测，所述温度检测装置3适于对热介质进口管路11、热介质出口管路12、冷介质进口管路13和冷介质出口管路14中的介质温度进行检测，以获取换热器冷热介质侧的进出口温差，所述差压检测装置4适于对热介质进口管路11与热介质出口管路12之间、冷介质进口管路13与冷介质出口管路14之间的介质差压进行检测，以获取换热器冷热介质流经换热器后的压降，所述主机数据处理装置5与流量检测装置2、温度检测装置3、差压检测装置4分别连接，并适于对检测的介质流量、介质温度和介质差压信号进行处理转换，通过预置的计算公式计算出冷热介质或冷热流体雷诺数、对数平均温差、冷热侧热流量、热平衡误差、总传热系数及能效等参数并进行显示。

作为具体实施例，请参考图2所示，所述流量检测装置2包括超声波流量传感器21和流量数据传输线22，所述超声波流量传感器21分别设置在热介质进口管路11和冷介质进口管路13上，所述流量数据传输线22的一端与超声波流量传感器21连接，另一端与主机数据处理装置5连接，由此实现对热介质进口管路11和冷介质进口管路13中的介质流量进行检测。所述超声波流量传感器21是在电信号的作用下产生超声波输出，并可将声波信号转换为电信号的器件。作为一种实施方式，所述流量检测装置2需要同时测量热介质和冷介质的流量，因而采用双声道超声波流量传感器21，具备双声道测量功能，即有两对传感器，能同时测量两处的流量。所述超声波流量传感器21为两对分别布置在热介质进口管路11和冷介质进口管路13的传感器，根据管道特点和安装环境可选接触式超声波流量传感器或外夹式超声波流量传感器。所述超声波流量传感器21是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的，即一对传感器A和B安装在管道上下游，交替发射和接收超声波信号，一路超声波信号顺介质运动方向传播，一路超声波信号逆介质运动方向传播，当流体静止时，两路超声波传播时间相等，当流体运动时，因超声波信号顺流传播速度比逆流传播速度快，会产生传播时间差Δτ。流体的流速V与Δτ成正比，由此即可测量出流体流量。

作为具体实施例，所述接触式超声波流量传感器通过粘接或焊接的方式安装在管路的开口上，或者通过专用管箍将球阀底座固定在被测管路上，使用开孔器密封护套连接球阀底座后钻孔，然后插入接触式超声波流量传感器；所述外夹式超声波流量传感器通过绑带固定在管路上，且与被测管路的管壁面间之间涂有适量的耦合剂，由此可将超声波流量传感器较好地贴合在冷热介质进口管路表面，保证了超声波信号良好传递。

作为具体实施例，请参考图2所示，所述温度检测装置3包括贴片式温度传感器31和温度数据传输线32，所述贴片式温度传感器31分别设置在热介质进口管路11、热介质出口管路12、冷介质进口管路13和冷介质出口管路14上，所述温度数据传输线32的一端与贴片式温度传感器31连接，另一端与主机数据处理装置5连接，由此实现对冷热介质进出口管路中介质温度的检测，依此获取换热器冷热介质侧的进出口温差Δt。其中，所述贴片式温度传感器31是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，并且传感器具有一定的薄片式形状以更好地测量物体表面温度，特别是圆管表面的温度测量需要贴片具有一定的弧度。作为一种实施方式，所述贴片式温度传感器31采用铂热电阻感温元件(根据测温条件不同可选用Pt1000或Pt100)和具有优良导热性能的纯铜材质弯折而成具有设定弧度的贴片组合构成，铂电阻与温度之间的关系接近于线性。使用的时候所述贴片式温度传感器的探头前端垂直于被测物体，和待测物体紧密接触，通过测量铂电阻的阻值能推算出被测物体的温度，这种电阻温度传感器能用于-200℃～+850℃温度范围内的温度测量。

作为具体实施例，所述热介质进口管路11、热介质出口管路12、冷介质进口管路13和冷介质出口管路14的管壁面沿周向均匀布置四个贴片式温度传感器31，由此可对冷热介质进出口管路中的介质温度进行全面测量，提升了测量的准确度。当然，本领域的技术人员在前述实施例的基础上，也可以在管壁面沿周向均匀布置两个、三个或者多个贴片式温度传感器31，以满足实际测量需要。

作为具体实施例，请参考图2和图3所示，所述差压检测装置4包括第一连接管41、开关阀42、塑料导通管43、第二连接管44、三通阀45和差压传感器46，所述第一连接管41的一端分别与热介质进口管路11、热介质出口管路12、冷介质进口管路13和冷介质出口管路14中的介质连通，所述第一连接管41的另一端通过开关阀42与塑料导通管43的一端连通，所述塑料导通管43的另一端通过第二连接管44与主机数据处理装置5上的取压孔连通，所述三通阀45设于第二连接管44上，所述差压传感器46设置于主机数据处理装置5内部并与取压孔连通。具体地，在冷热介质进出口管路上凿出一开口，将所述第一连接管41的一端与该开口螺纹连接，所述第一连接管41的另一端和塑料导通管43的一端套接在开关阀42内部，所述塑料导通管43的另一端套接在第二连接管44的一端外部，所述第二连接管44的另一端插接在主机数据处理装置5内部设置差压传感器46的取压孔上，所述三通阀45安装在第二连接管44上，由此可将冷热介质进出口管路中的介质旁路导通到取压孔内，并能够排放出塑料导通管43中安装混入的空气，通过差压传感器46进行介质差压检测，以获取换热器冷热介质流经换热器后的压降。

作为具体实施例，请参考图2和图4所示，所述主机数据处理装置5包括装置壳体51，所述装置壳体51内设有积算仪52及与积算仪52分别连接的流量信号处理转换单元53、温度信号处理转换单元54和差压信号处理转换单元55，所述流量信号处理转换单元53的另一端与流量数据传输线22连接，所述温度信号处理转换单元54的另一端与温度数据传输线32连接，所述差压信号处理转换单元55的一端与差压传感器46连接，所述装置壳体51的正面设有与积算仪52连接的显示器56，所述装置壳体51的侧面设有两对流量信号连接口、四个温度信号连接口和两对取压孔(图中未示)。具体地，所述流量信号处理转换单元53用于对流量数据传输线22传输过来的介质时差信号进行流量计算处理并输出标准的4mA～20mA信号，其流量信号处理转换单元53具体选用型号为FLUXUS F601的处理转换器，所述温度信号处理转换单元54用于对温度数据传输线32传输过来的铂电阻阻值变化信号进行处理，换算为对应的温度值并输出标准的4mA～20mA信号，其温度信号处理转换单元54具体选用型号为WD-Pt100的处理转换器，所述差压信号处理转换单元55用于对差压传感器46传输过来的介质差压数据进行数字化处理，并输出标准的4mA～20mA信号，其差压信号处理转换单元55具体选用型号为H802-600Pa的处理转换器，所述积算仪52用于对处理后的介质流量、温度和差压数据进行计算。

作为具体实施例，所述积算仪52选用型号为SB-2100C的积算仪，通过所述积算仪52内部预置的计算公式，可对介质或流体的流体雷诺数、对数平均温差、冷热侧热流量、热平衡误差、总传热系数及能效等参数进行计算，并可将计算出的参数值通过显示器56进行显示以便查看。其中，假设热介质进口管路11中的介质流量为q_vh，冷介质进口管路13中的介质流量为q_vc，热介质进口管路11中的介质温度为t_h1，热介质出口管路12中的介质温度为t_h2，冷介质进口管路13中的介质温度为t_c1，冷介质出口管路14中的介质温度为t_c2，热介质管路中的压降为Δp_h，冷介质管路中的压降为Δp_c，根据前述采集的这些基础数据和检测前输入设备的管道(直径d、材质等)、选择的介质种类、换热器结构参数(如板式换热器的板片波纹形式、几何尺寸、传热面积A等)，通过所述积算仪52可以自动计算出冷介质流速u_c(m/s)、热介质流速u_h(m/s)、冷热介质进口温度比τ、效能ε、冷介质热流量Φ_c(W)、热介质热流量Φ_h(W)、热平衡误差ΔΦ(％)、冷介质雷诺数Re_c、热介质雷诺数Re_h、对数平均温差Δt_m(℃)和总传热系数k_exp(W/m².k)，具体的计算公式如下：

冷介质流速热介质流速其中S_c、S_h分别为冷热介质管道的截面积，可由输入的管道直径d计算可得；冷热介质进口温度比效能冷介质热流量Φ_c＝q_mcc_pc(t_c2-t_c1)，热介质热流量Φ_h＝q_mhc_ph(t_h1-t_h2)，其中q_mc、q_mh分别为冷热介质的质量流量，由介质的体积流量q_v与当前温度下介质密度ρ相除得到；c_pc、c_ph分别为冷热介质的比热系数；热平衡误差冷介质雷诺数热介质雷诺数其中μ为介质黏度系数；对数平均温差其中Δt₁、Δt₂分别是(t_h1-t_h2)、(t_c2-t_c1)的较大者和较小者，总传热系数作为一种具体实施方式，能效的计算公式为：EEI＝k_exp/Δp_m^0.31，其中Δp_m＝(Δp_h+Δp_c)/2。

与现有技术相比，本实用新型提供的换热器能效检测设备，高度集成了流量检测装置、温度检测装置、差压检测装置和主机数据处理装置，做到了系统集成一体化，可以实现温度、差压、流量等基础数据的采集，还能通过积算仪按照预置的计算公式进行流体雷诺数、对数平均温差、冷热侧热流量、热平衡误差、总传热系数及能效的计算和显示，可极大方便工业现场在用换热器能效参数的检测。因此，本申请提供的检测设备可用于检测换热器热工性能和阻力特性，快速判定换热器能效值的高低，依此推断换热器传热能力好坏的程度，作为换热器是否需要进行检修或拆开去除内部污垢之类的维护工作的一个判断依据。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。