一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统及其控制方法与流程

本发明属于建筑暖通类领域，具体涉及一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统及其控制方法。

背景技术：

目前建筑物供热系统所用的热源，一般采用单一的常规能源，如燃气锅炉、电锅炉和燃油锅炉等。随着能源结构的紧张，可再生能源的利用已成必然趋势，这不仅有利于节能减排，也有利于能源的可持续发展。所谓“太阳能供热”，指通过太阳能集热器与储热水箱作为太阳能量采集系统，以热水或采暖为建筑物提供热量的新型节能供热方式。

常规太阳能供热系统由太阳能加热部分、辅助能源保障部分、低温热水地板辐射采暖系统及生活热水供应等几部分组成。其中，太阳能加热系统由太阳能集热器、太阳能循环水泵及储热水箱组成，其作用是通过设置于采光面的集热器最大限度地收集热量，并通过储热水箱进行热量的储备。辅助能源系统可由各种类型的常规能源组成，作为太阳能集热系统的补充，辅助系统可以在连续阴雨天气或其他特殊供暖需求时，满足供热及生活热水需求。

通常情况下，太阳能加热系统如果仅用于单独供应热水或采暖，一般设置一个储热水箱，其作用是储存热水，对于采暖系统还将热量传给采暖末端。如果太阳能系统既要供应热水又要采暖，则需要至少设置一台储热水箱和一台换热器，此种设置占地空间大，热损也增大。圆柱形的储热水箱其高度与直径的比例一般为0.85～1.15，此种比例的水箱，其内部热水无法达到很好分层的效果，且该水箱不兼具换热器的功能。

现有的供热系统，工艺复杂，占地面积大，冷热交换效率低下，现有技术无法满足社会大量的热水需求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统，包括：冷媒介质进口管1，冷水进口管2，初次加热进水管3，冷媒介质出口管4，螺旋换热罐5，控制系统6；所述螺旋换热罐5一侧设有冷媒介质进口管1及冷水进口管2，所述螺旋换热罐5另一侧设有初次加热进水管3及冷媒介质出口管4，所述螺旋换热罐5顶部表面设有控制系统6；

所述冷媒介质进口管1、冷水进口管2、初次加热进水管3及冷媒介质出口管4上的电控阀分别与控制系统6导线控制连接；

所述初次加热进水管3外形呈把手状结构。

进一步的，所述螺旋换热罐5包括：冷媒介质流动腔5-1，电加热罐5-2，螺旋换热管5-3，电加热棒5-4，冷媒介质浓度传感器5-5，电加热速率传感器5-6，温度传感器5-7；所述冷媒介质流动腔5-1由高锰合金钢卷圆焊接而成，冷媒介质流动腔5-1内部中空，冷媒介质流动腔5-1总高度不低于1m；所述电加热罐5-2位于冷媒介质流动腔5-1内部，电加热罐5-2与冷媒介质流动腔5-1中心轴线重合，电加热罐5-2总高度不低于冷媒介质流动腔5-1总高度的2/3，电加热罐5-2底面距冷媒介质流动腔5-1底面20cm～35cm；所述螺旋换热管5-3位于冷媒介质流动腔5-1与电加热罐5-2夹层空腔中，螺旋换热管5-3套设在电加热罐5-2外径，螺旋换热管5-3与电加热罐5-2中心轴线重合，螺旋换热管5-3最小经距电加热罐5-2外径2cm～5cm；所述电加热棒5-4位于电加热罐5-2内部空腔中，电加热罐5-2竖直均匀安放，电加热棒5-4数量不少于9个，相邻两电加热棒5-4间距5cm～10cm；所述冷媒介质浓度传感器5-5位于冷媒介质流动腔5-1内壁表面，冷媒介质浓度传感器5-5与控制系统6导线控制连接；所述电加热速率传感器5-6位于电加热罐5-2内壁表面，电加热速率传感器5-6与控制系统6导线控制连接；所述温度传感器5-7位于电加热罐5-2内壁表面，温度传感器5-7与控制系统6导线控制连接。

进一步的，所述电加热棒5-4包括：电加热中心柱5-4-1，阴极接线帽5-4-2，阳极接线帽5-4-3；所述电加热中心柱5-4-1为一直径为6cm～15cm的圆棒，电加热中心柱5-4-1高度大小为40cm～60cm；所述阴极接线帽5-4-2位于电加热中心柱5-4-1顶端表面，阴极接线帽5-4-2呈草帽状，阴极接线帽5-4-2与控制系统6负极导线控制连接；所述阳极接线帽5-4-3位于电加热中心柱5-4-1底端表面，阳极接线帽5-4-3与阴极接线帽5-4-2结构大小相同，阳极接线帽5-4-3与控制系统6正极导线控制连接。

进一步的，所述阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3由高分子材料压模成型，阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3的组成成分和制造过程如下：

一、阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3组成成分：

按重量份数计，3,3'-二硝基二苯二硫醚52～132份，3,3'-二氯-2,4-二硝基二苯胺72～132份，3,3',4,4'-四羧基二苯醚二酐122～232份，硝异硫氰二苯醚72～182份，3,4-二氟苯基异硫氰酸酯62～132份，1-异硫氰基-4-(4-硝基苯氧基)苯112～232份，浓度为42ppm～82ppm的氟代羰基异硫氰酸酯72～112份，苯甲酰基异硫氰硫酸酯62～122份，对苯二甲酰异硫氰酸酯62～152份，交联剂82～152份，2-氰基-3,4-二氟三氟甲苯42～122份，2-氟-5-氨基三氟甲苯72～162份，2-氯-5-三氟甲基苯腈32～62份，5-氯-2,4,6-三氟-1,3-苯二腈32～112份；所述交联剂为2,4-二氨基苯甲醚硫酸盐、甲苯-2,4-二氨基甲酸甲酯、2-氨基-4-N(2-羟乙基)苯甲醚硫酸盐中的任意一种；

二、阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3的制造过程，包含以下步骤：

第1步：在反应釜中加入电导率为0.32μS/cm～0.62μS/cm的超纯水512～1102份，启动反应釜内搅拌器，转速为82rpm～222rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至52℃～62℃；依次加入3,3'-二硝基二苯二硫醚、3,3'-二氯-2,4-二硝基二苯胺、3,3',4,4'-四羧基二苯醚二酐，搅拌至完全溶解，调节pH值为1.2～6.2，将搅拌器转速调至112rpm～232rpm，温度为72℃～142℃，酯化反应12～22小时；

第2步：取硝异硫氰二苯醚、3,4-二氟苯基异硫氰酸酯进行粉碎，粉末粒径为202～632目；加1-异硫氰基-4-(4-硝基苯氧基)苯混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为12mm～42mm，采用剂量为1.2kGy～9.2kGy、能量为5.2MeV～12MeV的α射线辐照42～122分钟，以及同等剂量的β射线辐照62～152分钟；

第3步：经第2步处理的混合粉末溶于氟代羰基异硫氰酸酯中，加入反应釜，搅拌器转速为72rpm～172rpm，温度为82℃～132℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.32MPa～-0.72MPa，保持此状态反应12～42小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为0.22MPa～0.62MPa，保温静置12～22小时；搅拌器转速提升至102rpm～242rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入苯甲酰基异硫氰硫酸酯、对苯二甲酰异硫氰酸酯完全溶解后，加入交联剂搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为3.2～6.2，保温静置12～22小时；

第4步：在搅拌器转速为122rpm～252rpm时，依次加入2-氰基-3,4-二氟三氟甲苯、2-氟-5-氨基三氟甲苯、2-氯-5-三氟甲基苯腈、5-氯-2,4,6-三氟-1,3-苯二腈，提升反应釜压力，使其达到0.72MPa～1.52MPa，温度为122℃～262℃，聚合反应12～32小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至22℃～32℃，出料，入压模机即可制得阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3。

本发明还公开了一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统的工作方法，该控制方法包括以下几个步骤：

第1步：控制系统6开启冷水进口管2上的电控阀向螺旋换热管5-3内输入冷水，同时控制系统6开启冷媒介质进口管1上的电控阀向冷媒介质流动腔5-1内输入冷媒介质，冷媒介质浓度传感器5-5实时监控冷媒介质流动腔5-1内冷媒介质的浓度，当冷媒介质浓度传感器5-5检测到冷媒介质流动腔5-1内冷媒介质的浓度小于0.4g/cm²～1.2g/cm²时，控制系统6控制冷媒介质进口管1上的电控阀加大冷媒介质的输入量；

第2步：控制系统6控制压缩机压缩冷媒介质，使冷媒介质增压升温，压缩后的高温热能通过螺旋换热管5-3传递给冷水进而加热冷水，螺旋换热管5-3内的冷水被初次加热后通过初次加热进水管3经电加热罐5-2底部输入电加热罐5-2内，控制系统6开启电加热棒5-4对电加热罐5-2内的温水进行二次加热，在加热过程中，温度传感器5-7对电加热罐5-2内的水温情况进行实时监控，当温度传感器5-7检测到电加热罐5-2内的水温达到90℃～100℃时，温度传感器5-7向控制系统6发送反馈电信号，控制系统6切断电加热棒5-4电源停止加热，节约能源；

第3步：在电加热棒5-4加热过程中，电加热速率传感器5-6对加热速率进行实时监控，当电加热速率传感器5-6检测到加热速率低于40％时，电加热速率传感器5-6向控制系统6发送反馈电信号，控制系统6控制电加热棒5-4加大热量输出能力。

本发明专利一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统及其控制方法，其优点在于：

(1)该装置内部设有二次双重加热结构，加热效率更高；

(2)该装置结构设计合理紧凑，集成度高；

(3)该装置阴极接线帽和阳极接线帽采用高分子材料制备，换热速度保持率提升显著。

本发明所述的一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统及其控制方法结构新颖合理，换热效率高效，适用范围广阔。

附图说明

图1是本发明中所述的一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统示意图。

图2是本发明中所述的螺旋换热罐内部结构示意图。

图3是本发明中所述的电加热棒结构示意图。

图4是本发明所述的阴极接线帽和阳极接线帽材料与加热速度保持率关系图。

以上图1～图3中，冷媒介质进口管1，冷水进口管2，初次加热进水管3，冷媒介质出口管4，螺旋换热罐5，冷媒介质流动腔5-1，电加热罐5-2，螺旋换热管5-3，电加热棒5-4，电加热中心柱5-4-1，阴极接线帽5-4-2，阳极接线帽5-4-3，冷媒介质浓度传感器5-5，电加热速率传感器5-6，温度传感器5-7，控制系统6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统进行进一步说明。

如图1所示，是本发明提供的一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统的示意图。图中看出，包括：冷媒介质进口管1，冷水进口管2，初次加热进水管3，冷媒介质出口管4，螺旋换热罐5，控制系统6；所述螺旋换热罐5一侧设有冷媒介质进口管1及冷水进口管2，所述螺旋换热罐5另一侧设有初次加热进水管3及冷媒介质出口管4，所述螺旋换热罐5顶部表面设有控制系统6；

所述冷媒介质进口管1、冷水进口管2、初次加热进水管3及冷媒介质出口管4上的电控阀分别与控制系统6导线控制连接；

所述初次加热进水管3外形呈把手状结构。

如图2所示，是本发明中所述的螺旋换热罐内部结构示意图。从图2或图1中看出，所述螺旋换热罐5包括：冷媒介质流动腔5-1，电加热罐5-2，螺旋换热管5-3，电加热棒5-4，冷媒介质浓度传感器5-5，电加热速率传感器5-6，温度传感器5-7；所述冷媒介质流动腔5-1由高锰合金钢卷圆焊接而成，冷媒介质流动腔5-1内部中空，冷媒介质流动腔5-1总高度不低于1m；所述电加热罐5-2位于冷媒介质流动腔5-1内部，电加热罐5-2与冷媒介质流动腔5-1中心轴线重合，电加热罐5-2总高度不低于冷媒介质流动腔5-1总高度的2/3，电加热罐5-2底面距冷媒介质流动腔5-1底面20cm～35cm；所述螺旋换热管5-3位于冷媒介质流动腔5-1与电加热罐5-2夹层空腔中，螺旋换热管5-3套设在电加热罐5-2外径，螺旋换热管5-3与电加热罐5-2中心轴线重合，螺旋换热管5-3最小经距电加热罐5-2外径2cm～5cm；所述电加热棒5-4位于电加热罐5-2内部空腔中，电加热罐5-2竖直均匀安放，电加热棒5-4数量不少于9个，相邻两电加热棒5-4间距5cm～10cm；所述冷媒介质浓度传感器5-5位于冷媒介质流动腔5-1内壁表面，冷媒介质浓度传感器5-5与控制系统6导线控制连接；所述电加热速率传感器5-6位于电加热罐5-2内壁表面，电加热速率传感器5-6与控制系统6导线控制连接；所述温度传感器5-7位于电加热罐5-2内壁表面，温度传感器5-7与控制系统6导线控制连接。

如图3所示，是本发明中所述的电加热棒结构示意图。从图3或图1中看出，所述电加热棒5-4包括：电加热中心柱5-4-1，阴极接线帽5-4-2，阳极接线帽5-4-3；所述电加热中心柱5-4-1为一直径为6cm～15cm的圆棒，电加热中心柱5-4-1高度大小为40cm～60cm；所述阴极接线帽5-4-2位于电加热中心柱5-4-1顶端表面，阴极接线帽5-4-2呈草帽状，阴极接线帽5-4-2与控制系统6负极导线控制连接；所述阳极接线帽5-4-3位于电加热中心柱5-4-1底端表面，阳极接线帽5-4-3与阴极接线帽5-4-2结构大小相同，阳极接线帽5-4-3与控制系统6正极导线控制连接。

本发明所述的一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统的工作过程是：

第1步：控制系统6开启冷水进口管2上的电控阀向螺旋换热管5-3内输入冷水，同时控制系统6开启冷媒介质进口管1上的电控阀向冷媒介质流动腔5-1内输入冷媒介质，冷媒介质浓度传感器5-5实时监控冷媒介质流动腔5-1内冷媒介质的浓度，当冷媒介质浓度传感器5-5检测到冷媒介质流动腔5-1内冷媒介质的浓度小于0.4g/cm²～1.2g/cm²时，控制系统6控制冷媒介质进口管1上的电控阀加大冷媒介质的输入量；

第2步：控制系统6控制压缩机压缩冷媒介质，使冷媒介质增压升温，压缩后的高温热能通过螺旋换热管5-3传递给冷水进而加热冷水，螺旋换热管5-3内的冷水被初次加热后通过初次加热进水管3经电加热罐5-2底部输入电加热罐5-2内，控制系统6开启电加热棒5-4对电加热罐5-2内的温水进行二次加热，在加热过程中，温度传感器5-7对电加热罐5-2内的水温情况进行实时监控，当温度传感器5-7检测到电加热罐5-2内的水温达到90℃～100℃时，温度传感器5-7向控制系统6发送反馈电信号，控制系统6切断电加热棒5-4电源停止加热，节约能源；

第3步：在电加热棒5-4加热过程中，电加热速率传感器5-6对加热速率进行实时监控，当电加热速率传感器5-6检测到加热速率低于40％时，电加热速率传感器5-6向控制系统6发送反馈电信号，控制系统6控制电加热棒5-4加大热量输出能力。

本发明所述的一种大型商场供水系统中热耦合器控制系统及其控制方法结构新颖合理，换热效率高效，适用范围广阔。

以下是本发明所述阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3的制造过程的实施例，实施例是为了进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

按照以下步骤制造本发明所述阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3，并按重量分数计：

第1步：在反应釜中加入电导率为0.32μS/cm的超纯水512份，启动反应釜内搅拌器，转速为82rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至52℃；依次加入3,3'-二硝基二苯二硫醚52份、3,3'-二氯-2,4-二硝基二苯胺72份、3,3',4,4'-四羧基二苯醚二酐1222份，搅拌至完全溶解，调节pH值为1.2，将搅拌器转速调至112rpm，温度为72℃，酯化反应12小时；

第2步：取硝异硫氰二苯醚72份、3,4-二氟苯基异硫氰酸酯62份进行粉碎，粉末粒径为202目；加1-异硫氰基-4-(4-硝基苯氧基)苯112份混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为12mm，采用剂量为1.2kGy、能量为5.2MeV的α射线辐照42分钟，以及同等剂量的β射线辐照62分钟；

第3步：经第2步处理的混合粉末溶于浓度为42ppm的氟代羰基异硫氰酸酯72份中，加入反应釜，搅拌器转速为72rpm，温度为82℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.32MPa，保持此状态反应12小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为0.22MPa，保温静置12小时；搅拌器转速提升至102rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入苯甲酰基异硫氰硫酸酯62份、对苯二甲酰异硫氰酸酯62份完全溶解后，加入交联剂82份搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为3.2，保温静置12小时；

第4步：在搅拌器转速为122rpm时，依次加入2-氰基-3,4-二氟三氟甲苯42份、2-氟-5-氨基三氟甲苯72份、2-氯-5-三氟甲基苯腈32份、5-氯-2,4,6-三氟-1,3-苯二腈32份，提升反应釜压力，使其达到0.72MPa，温度为122℃，聚合反应12小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至22℃，出料，入压模机即可制得阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3；

所述交联剂为2,4-二氨基苯甲醚硫酸盐。

实施例2

按照以下步骤制造本发明所述阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3，并按重量分数计：

第1步：在反应釜中加入电导率为0.62μS/cm的超纯水1102份，启动反应釜内搅拌器，转速为222rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至62℃；依次加入3,3'-二硝基二苯二硫醚132份、3,3'-二氯-2,4-二硝基二苯胺132份、3,3',4,4'-四羧基二苯醚二酐232份，搅拌至完全溶解，调节pH值为6.2，将搅拌器转速调至232rpm，温度为142℃，酯化反应22小时；

第2步：取硝异硫氰二苯醚182份、3,4-二氟苯基异硫氰酸酯132份进行粉碎，粉末粒径为632目；加1-异硫氰基-4-(4-硝基苯氧基)苯232份混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为42mm，采用剂量为9.2kGy、能量为12MeV的α射线辐照122分钟，以及同等剂量的β射线辐照152分钟；

第3步：经第2步处理的混合粉末溶于浓度为82ppm的氟代羰基异硫氰酸酯112份中，加入反应釜，搅拌器转速为172rpm，温度为132℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.72MPa，保持此状态反应42小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为0.62MPa，保温静置22小时；搅拌器转速提升至242rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入苯甲酰基异硫氰硫酸酯122份、对苯二甲酰异硫氰酸酯152份完全溶解后，加入交联剂152份搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为6.2，保温静置22小时；

第4步：在搅拌器转速为252rpm时，依次加入2-氰基-3,4-二氟三氟甲苯122份、2-氟-5-氨基三氟甲苯162份、2-氯-5-三氟甲基苯腈62份、5-氯-2,4,6-三氟-1,3-苯二腈112份，提升反应釜压力，使其达到1.52MPa，温度为262℃，聚合反应32小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至32℃，出料，入压模机即可制得阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3；

所述交联剂为2-氨基-4-N(2-羟乙基)苯甲醚硫酸盐。

实施例3

按照以下步骤制造本发明所述阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3，并按重量分数计：

第1步：在反应釜中加入电导率为0.42μS/cm的超纯水902份，启动反应釜内搅拌器，转速为122rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至58℃；依次加入3,3'-二硝基二苯二硫醚92份、3,3'-二氯-2,4-二硝基二苯胺92份、3,3',4,4'-四羧基二苯醚二酐132份，搅拌至完全溶解，调节pH值为4.2，将搅拌器转速调至132rpm，温度为92℃，酯化反应18小时；

第2步：取硝异硫氰二苯醚92份、3,4-二氟苯基异硫氰酸酯92份进行粉碎，粉末粒径为432目；加1-异硫氰基-4-(4-硝基苯氧基)苯132份混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为32mm，采用剂量为8.2kGy、能量为8.2MeV的α射线辐照72分钟，以及同等剂量的β射线辐照112分钟；

第3步：经第2步处理的混合粉末溶于浓度为72ppm的氟代羰基异硫氰酸酯92份中，加入反应釜，搅拌器转速为112rpm，温度为102℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.62MPa，保持此状态反应32小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为0.42MPa，保温静置18小时；搅拌器转速提升至142rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入苯甲酰基异硫氰硫酸酯92份、对苯二甲酰异硫氰酸酯92份完全溶解后，加入交联剂102份搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为5.2，保温静置18小时；

第4步：在搅拌器转速为152rpm时，依次加入2-氰基-3,4-二氟三氟甲苯82份、2-氟-5-氨基三氟甲苯132份、2-氯-5-三氟甲基苯腈52份、5-氯-2,4,6-三氟-1,3-苯二腈62份，提升反应釜压力，使其达到1.12MPa，温度为162℃，聚合反应22小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至28℃，出料，入压模机即可制得阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3；

所述交联剂为甲苯-2,4-二氨基甲酸甲酯。

对照例

对照例为市售某品牌的阴极接线帽和阳极接线帽用于加热过程的使用情况。

实施例4

将实施例1～3制备获得的阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3和对照例所述的阴极接线帽和阳极接线帽用于加热过程的使用情况进行对比，并以10万伏高电压状态电阻值、使用寿命、耐高温强度提升率、耐腐蚀度提升率为技术指标进行统计，结果如表1所示：

表1为实施例1～3和对照例所述的阴极接线帽和阳极接线帽用于加热过程中的各项参数的对比结果，从表1可见，本发明所述的阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3，其10万伏高电压状态电阻值、使用寿命、耐高温强度提升率、耐腐蚀度提升率均高于现有技术生产的产品。

此外，如图4所示，是本发明所述的阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3材料与加热速度保持率关系图。图中看出，实施例1～3所用高分子阴极接线帽5-4-2和阳极接线帽5-4-3，在加热速度保持率方面优于现有产品。