一种换热器的热交换系统及控制方法与流程

本申请涉及换热器的领域，尤其是涉及一种换热器的热交换系统及控制方法。

背景技术：

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，实现热能转移的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位。

换热器一般包括罐体、设置于罐体内的换热管道、传输泵及阀门系统，罐体内用于存放待换热的液体，换热管道与罐体内的液体接触，其内用于通热介质，例如蒸汽、热水等。阀门系统用于控制热介质通断、进出水或控制液体流量等，传输泵用于实现热介质的持续传输，从而在罐体内进行持续的热交换。

目前的换热器为防止换热管道过热加速老化，一般会在液体完全浸没所有换热管道后才开始通过阀门系统控制热介质通入换热管道内进行换热。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有目前的换热器在液体完全浸没换热管道后才开始通热介质，导致换热速度较慢，换热效率低的缺陷。

技术实现要素：

第一方面，为了提升换热速度，提升换热效率，本申请提供一种换热器的热交换系统。

本申请提供的一种换热器的热交换系统，采用如下的技术方案：

一种换热器的热交换系统，包括设置于罐体内的多个浮动盘管、第一换热管及第二换热管，还包括液位检测器、控制阀及控制装置，多个浮动盘管沿罐体高度方向间隔分布，各浮动盘管的进口均连通于第一换热管且其出口均连通于第二换热管；

控制阀有多个且分别设置于各浮动盘管的进口或出口上，用于控制热介质的通断；液位检测器用于检测罐体内液体的液位，当罐体内液体每达到浸没一个浮动盘管的设定液位时液位检测器输出一次触发信号，控制装置与液位检测器、控制阀连接，用于接收并响应触发信号以控制浮动盘管对应的控制阀开启。

通过采用上述技术方案，液位检测器用于检测罐体内液体的液面高度，当液体注入罐体内时，液面高度逐渐升高并逐步浸没各浮动盘管，当液体浸没某一浮动盘管时，液位检测器检测到液位达到浸没该浮动盘管的设定液位，此时液位检测器输出一次触发信号，触发信号可以是脉冲信号，而控制装置接收到触发信号后即控制控制阀开启，使第一换热管内的热介质通入该浮动盘管内并通过第二换热管导出，浮动盘管对罐体内的液体进行加热或冷却处理。期间，液面每浸没一个浮动盘管，就打开一个控制阀，以此使被液体浸没的浮动盘管都进入工作状态，一方面可以防止浮动盘管过热老化，另一方面可以提升换热速度，提升换热效率。

优选的，所述第一换热管位于罐体外的一段上设置有总阀，所述总阀与控制装置连接，当液位检测器输出首次触发信号时控制装置控制总阀开启。

通过采用上述技术方案，在液位检测器输出首次触发信号时，即当液体浸没最底部的浮动盘管时，总阀开启，此时热介质导入第一换热管，第一换热管内的热介质导入最底部的浮动盘管并开始换热操作，通过第一换热管散出的热量提前对罐体内进行预热，提高换热效率。

优选的，所述第一换热管位于罐体外的一段上设置有输送泵，所述输送泵与控制装置连接，所述控制装置用于依据触发信号的累计次数控制输送泵的功率，且触发信号的累计次数越高则输送泵的功率越高。

通过采用上述技术方案，触发信号的累计次数越多表示浮动盘管的启用数量越多，此时各浮动盘管的总通量增大，且此时罐体内液位升高，此时热量的需求越大，因此需要提升输送泵的功率，使得第一换热管内的液压增大，使得热介质的流量增大，使得此时浮动盘管输出的热量增加，从而提升换热效率。且功率递增的方式可以减少一开始少量浮动盘管时浮动盘管所受的内部压力，避免浮动盘管爆裂或泄露而造成安全隐患。

优选的，所述浮动盘管呈圆环状，且多个所述浮动盘管同轴分布，所述罐体内设置有环流叶轮及与环流叶轮连接的驱动件，所述环流叶轮的转动轴线与浮动盘管的中心轴线重合。

通过采用上述技术方案，浮动盘管呈圆环状，以此使热介质呈环形输送，热介质运输所产生的离心力使浮动盘管管壁产生高频振动，以此减少罐体内液体的层流现象，产生紊流现象，促使液体产生搔动，从而提升液体的换热效率。而环流叶轮的存在可以改变水流的流动方向，使得附近的水流沿浮动盘管中心的通道通过，减少换热死区，从而提升换热效率。

优选的，所述环流叶轮有多个且分别设置于相邻浮动盘管之间，且所述环流叶轮用于将其下方的液体泵送至其上方，多个所述环流叶轮的泵送方向一致。

通过采用上述技术方案，低温液体一般从底部通入，高温液体一般从顶部流出，因此环流叶轮的存在可以使罐体底部的低温液体自浮动盘管的中心处汇入，并从各浮动盘管的间隙处及浮动盘管顶部流出，从而形成环流，形成水循环，提升换热效率。

优选的，所述环流叶轮的叶片的偏心端设置有扰流片，所述扰流片延伸至相邻浮动盘管的管道之间。

通过采用上述技术方案，由于相邻浮动盘管之间的间隙是换热效率最高的区域，而扰流片的设置用于加快相邻浮动盘管之间的水的流速，以此加强紊流现象，从而提升换热效率。

优选的，相邻所述环流叶轮之间设置有连接组件，且所述环流叶轮之间通过连接组件可拆卸连接。

通过采用上述技术方案，通过拆卸环流叶轮可以实现环流叶轮的可更换，以此方便进行浮动盘管除垢，以及开展浮动盘管与环流叶轮的维护工作。

优选的，所述环流叶轮包括与驱动件连接的转轴，所述连接组件包括设置于所述转轴底端的滑块，所述转轴顶端开设有条形槽，所述环流叶轮的滑块用于与其下方相邻的另一环流叶轮的条形槽滑移连接，且所述条形槽内空间的最大宽度大于其开口宽度，所述条形槽的底端开设有供滑块插入的安装槽。

通过采用上述技术方案，上一环流叶轮的转轴底端的滑块插入下一环流叶轮的转轴顶端的安装槽内时，滑块可沿条形槽滑动，此时由于条形槽内空间的最大宽度大于其开口宽度，且在环流叶轮自重作用下，可以限制滑块脱离条形槽，从而实现相邻环流叶轮的连接，方便拆装。

优选的，所述转轴底端开设有螺孔，所述转轴顶端开设有通孔，当滑块滑动至脱离安装槽并进入条形槽内时通孔与螺孔相对，且所述通孔内穿设有与螺孔螺纹连接的螺栓。

通过采用上述技术方案，通过穿过通孔与螺孔螺纹连接的螺栓实现相邻两个环流叶轮的固定，以此减少环流叶轮的晃动，从而避免环流叶轮晃动时与浮动盘管碰撞而使浮动盘管受损，从而延长使用寿命。

第二方面，为了提升换热速度，提升换热效率，本申请提供一种控制方法，采用如下的技术方案：

一种控制方法，应用上述换热器的热交换系统，包括如下步骤，

采集各浮动盘管相对罐体底壁的高度值；

依据各浮动盘管的高度值计算多个设定液位值；

采集罐体的当前液位值；

依据当前液位值与设定液位值输出操作指令；

当当前液位值超过当前浮动盘管对应的设定液位值时，输出对应开启当前浮动盘管的控制阀的操作指令。

通过采用上述技术方案，通过采集各浮动盘管相对罐体底壁的高度值可以得到当液体浸没浮动盘管时所需的设定液位值，而通过对比液位值与设定液位值的大小可以判断液位是否达到浸没当前浮动盘管的高度，以此按照液体的注入量精准调控控制阀的开闭，实现液体的提前换热，提升换热效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.液位检测器检测液面高度是否到达浸没某一浮动盘管的设定液位，如果达到则输出一次触发信号，控制装置响应并控制对应控制阀开启，使得热介质通入该浮动盘管内，对罐体内的液体进行加热或冷却处理，且液体每浸没一个浮动盘管，控制装置就打开一个控制阀，以此使被液体浸没的浮动盘管都进入工作状态，以此提升换热速度，提升换热效率；

2.触发信号的累计次数越多表示浮动盘管的启用数量越多，因此需要提升输送泵的功率，使得第一换热管内的液压增大，使得热介质的流量增大，使得此时浮动盘管输出的热量增加，从而提升换热效率，且减少一开始浮动盘管所受的内部压力，降低安全隐患；

3.低温液体一般从底部通入，高温液体一般从顶部流出，因此环流叶轮的存在可以使罐体底部的低温液体自浮动盘管的中心处汇入，并从各浮动盘管的间隙处及浮动盘管顶部流出，从而形成环流，形成水循环，提升换热效率。

附图说明

图1是本申请实施例的换热器的热交换系统的整体结构示意图。

图2是本申请实施例的换热器的热交换系统的部分结构示意图，主要展示浮动盘管。

图3是本申请实施例的换热器的热交换系统的部分结构示意图，主要展示连接组件。

图4是本申请实施例的换热器的热交换系统的部分结构示意图，主要展示滑块。

图5是本申请实施例的控制方法的方法流程图。

附图标记说明：1、罐体；11、安装口；12、安装盖；13、进液管；14、出液管；2、浮动盘管；21、支管；22、进口管；23、出口管；24、第一换热管；25、第二换热管；3、液位检测器；31、控制阀；32、总阀；33、输送泵；4、环流叶轮；41、驱动件；42、扰流片；5、连接组件；51、转轴；52、条形槽；53、安装槽；54、螺孔；55、通孔；56、滑块；57、螺栓。

具体实施方式

以下结合全部附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种换热器的热交换系统。本申请的热交换系统可以对液体进行加热或冷却处理，而本实施例中仅重点描述加热处理。参照图1、图2，换热器的热交换系统包括罐体1、浮动盘管2、第一换热管24、第二换热管25、进液管13及出液管14。进液管13与罐体1底部连通，用于将冷水等低温液体导入罐体1内，而热介质通过第一换热管24通入浮动盘管2内，再从第二换热管25输出，进行热介质循环。其中浮动盘管2采用导热性强的铜材制成，实现热介质与罐体1内液体的热量交换，加热后的液体自与罐体1顶部连通的出液管14导出，从而实现换热功能。

罐体1的顶部开设有圆形的安装口11，安装口11用于方便浮动盘管2的放入，而安装口11上盖设有安装盖12，安装盖12通过螺钉与罐体1固定。第一换热管24与第二换热管25均穿过安装盖12，且与浮动盘管2连通。浮动盘管2整体呈圆环状，其包括多个呈螺旋状分布的支管21，各支管21的螺旋半径沿偏离浮动盘管2的中心处方向依次增大，且多个支管21的一端连通有进口管22，进口管22与多个支管21均连通，多个支管21的另一端连通有出口管23，出口管23与多个支管21均连通。

呈螺旋状的支管21可以使热介质呈环形输送，热介质运输所产生的离心力使浮动盘管2管壁产生高频振动，以此减少罐体1内液体的层流现象，产生紊流现象，促使液体产生搔动，从而提升液体的换热效率。且浮动盘管2有多个，各浮动盘管2沿高度方向均匀间隔分布且均同轴分布，各浮动盘管2的进口管22均与第一换热管24连通，各浮动盘管2的出口管23均与第二换热管25连通，以此将热介质通入各浮动盘管2内。

罐体1底部内壁上设置有液位检测器3，液位检测器3采用压阻式传感器，通过测量罐体1内液位检测器3所受液压可以测量出水深，即液面高度，当压阻式传感器所测液压达到设定值时输出触发信号，即脉冲信号，以此监测液位情况。在另一实施例中，液位检测器3也可以采用光电液位开关，若采用光电液位开关，则需要在罐体1内壁上沿其高度方向间隔设置光电液位开关，当液面高度达到浸没光电液位开关的设定高度时，此时液体刚好浸没对应的浮动盘管21，此时光电液位开关触发并输出脉冲信号，以此监测液位情况。

且液位检测器3上连接有控制装置，控制装置采用单片机或plc控制器，而第一换热管24位于罐体1外的一段上设置有总阀32，总阀32用于通断热介质，且与控制装置电连接。当液位检测器3输出首次触发信号时，即当液体浸没罐体1内最下方的一个浮动盘管2时，控制装置控制总阀32开启，使得热介质通入罐体1内的第一换热管24内，开始换热操作，并通过第一换热管24散出的热量提前对罐体1内进行预热，提高换热效率。

每个浮动盘管2的进口管22的进口侧均设置有控制阀31，控制阀31采用电磁阀，用于控制热介质的通断，且在常规状态下处于关闭状态。控制装置电连接于多个控制阀31以分别控制各个电磁阀开闭。当罐体1内液位每达到浸没一个浮动盘管2的设定液位时液位检测器3输出一次触发信号，而控制装置与液位检测器3连接，用于接收并响应触发信号以控制被液体浸没的浮动盘管2对应的控制阀31开启，使第一换热管24内的热介质通入该浮动盘管2内，并对罐体1内的液体进行加热处理。且当总阀32开启的同时罐体1内最下方的浮动盘管2的控制阀31开启，并对液体进行加热处理。

其中，控制阀31的开闭设定可以参照以下示例：将设定液位分为20cm、40cm、60cm等多个梯级，每个梯级分别对应浸没一个浮动盘管2所需的液面高度，例如当液位达到40cm时代表液体刚好浸没了两个浮动盘管2，此时液位检测器3输出第二次触发信号，此时控制装置开启第二个浮动盘管2的控制阀31，并保持最下方的浮动盘管21的控制阀31保持开启，从而提升与液体的热交换面积，提升换热效率。

而第一换热管24位于罐体1外的一段上设置有输送泵33，且输送泵33位于总阀32靠罐体1的一侧，输送泵33与控制装置连接。控制装置接收到触发信号时增加输送泵33的功率，且输送泵33功率与开启控制阀31的数量呈正比关系，即触发信号的累计次数越高输送泵33的功率越高。功率递增的方式可以减少初始阶段少量浮动盘管2启用时浮动盘管2所受的内部压力，避免浮动盘管2爆裂或泄露而造成安全隐患，而当液体总量持续上升时，浮动盘管2开启数量递增，此时增大输送泵33的功率，提升热介质通量，从而加快热交换。

为使得罐体1内液体保持流动，以加快热交换，因此在罐体1内设置环流叶轮4及与环流叶轮4连接的驱动件41，环流叶轮4包括呈圆柱状的转轴51，而驱动件41包括通过螺钉固定于安装盖12上的伺服电机。伺服电机位于罐体1外且其输出轴与环流叶轮4的转轴51同轴固定，以此带动环流叶轮4转动。

环流叶轮4的转动轴线与浮动盘管2的中心轴线重合，且环流叶轮4的直径与浮动盘管2的内径一致或差距范围在设定范围内。环流叶轮4有多个且与浮动盘管2一一对应，各环流叶轮4分别位于相邻浮动盘管2之间。环流叶轮4用于将其下方的液体泵送至其上方，即其泵送方向竖直向上，且多个环流叶轮4的泵送方向一致。由于进液管13位于罐体1的底部，因此低温液体会出现在环流叶轮4的下方，并在环流叶轮4作用下沿浮动盘管2的中心通道向上流动。而根据流体热运动的规律，升温的流体因为密度变小会向上浮动，并从浮动盘管2顶部流出，而顶部的液体在后续液体的推动下在罐体1顶部作用下折返向下流动，形成环流，形成液体循环，以此提升换热效率。

且环流叶轮4的叶片的偏心端设置有扰流片42，扰流片42有多个且沿转轴51周向等角度间隔分布，扰流片42呈方形长条状，竖直分布且延伸至相邻浮动盘管2的支管21形成的间隙内。由于该间隙是换热效率最高的区域，而扰流片42的设置用于加快相邻浮动盘管2之间的液体流速，以此加强紊流现象，从而提升换热效率。

且控制装置与驱动件41电连接，当罐体1内的液面高度达到浸没最上方的浮动盘管2时，即液位检测器3输出最后一次触发信号时，控制装置控制驱动件41，即伺服电机启动，以此带动环流叶轮4转动，从而提升换热效率。且控制装置可以依据用户的意愿，通过机械开关或虚拟开关，并采用无线或有线的方式进行人工控制，从而使得热交换系统工作在低功耗模式或高效换热模式，提升适用性。

参照图2、图3，相邻环流叶轮4之间设置有连接组件5，且环流叶轮4之间通过连接组件5可拆卸连接，以此实现环流叶轮4的可更换，以此方便进行浮动盘管2除垢，以及开展浮动盘管2与环流叶轮4的维护工作。

参照图3、图4，转轴51的顶端与底端均开设有直角槽且两个直角槽的开口方向相反，连接组件5包括设置于转轴51底端的滑块56，滑块56与直角槽内壁焊接固定，滑块56呈圆形且其径向截面呈t字形。而转轴51顶端的直角槽内壁上开设有条形槽52，条形槽52沿其宽度方向的截面呈t形，且环流叶轮4的滑块56用于与其下方相邻的另一环流叶轮4的条形槽52滑移连接，以此将下一环流叶轮4吊挂于上一环流叶轮4上。且条形槽52内空间的最大宽度大于其开口宽度，以此限制滑块56脱离条形槽52，而条形槽52的底端开设有供滑块56插入的安装槽53，安装槽53的宽度大于条形槽52内空间的最大宽度。

且转轴51底端开设有螺孔54，转轴51顶端开设有通孔55，通孔55内穿设有与螺孔54螺纹连接的螺栓57。当滑块56滑动至脱离安装槽53并进入条形槽52内时通孔55与螺孔54相对，此时只需拧动螺栓57就能锁紧下一环流叶轮4与上一环流叶轮4，以此减少环流叶轮4的晃动，从而避免环流叶轮4晃动时与浮动盘管2（见图2）碰撞而使浮动盘管2（见图2）受损，从而延长使用寿命。

参照图2、图5，本实施例还提供一种控制方法，应用于上述换热器的热交换系统，其包括如下步骤：

s100：采集各浮动盘管2相对罐体1底壁的高度值；

具体的，当液面在罐体1底壁上时液面高度为0，因此相对罐体1底壁的高度值即液面高度值。

s200：依据各浮动盘管2的高度值计算多个设定液位值。

具体的，依据各浮动盘管2的高度值获取液体浸没每一浮动盘管2时分别所需的液面高度，并将多组液面高度值设为设定液位值。

s300：采集罐体1的当前液位值；

s400：依据当前液位值与设定液位值输出操作指令。

s500：当当前液位值超过当前浮动盘管2对应的设定液位值时，输出对应开启当前浮动盘管2的控制阀31的操作指令。

具体的，可通过压阻式液位传感器采集罐体1的当前液位值，并依据当前液位值与设定液位值的大小判定是否输出操作指令，每当液体浸没一个浮动盘管2时，液面高度达到一项设定液位值，此时输出一次操作指令，以控制对应控制阀31开启，使得被浸没的浮动盘管2通入热介质，对液体进行加热处理。

本申请实施例一种换热器的热交换系统的实施原理为：首先，工作人员通过进液管13向罐体1内通入低温液体，使得液面高度持续升高，当液体浸没最下方的浮动盘管2时，液位检测器3检测到液位达到设定液位值并输出触发信号，控制装置响应触发信号控制该浮动盘管2的控制阀31开启，同时控制总阀32开启，使得热介质通过第一换热管24进入最下方的浮动盘管2内，并对液体进行加热。

而每当液体浸没一个浮动盘管2时，液面高度达到一项设定液位值，此时液位检测器3输出一次触发信号，控制装置则控制被浸没的浮动盘管2的控制阀31开启，以此使各个浮动盘管2逐步通入热介质，提高热交换面积。同时，控制装置控制输送泵33的功率逐步上升，使得热介质的流量增大，配合开启数量增多的浮动盘管2，使得热量输送量逐渐增多，从而加快换热速度，提升换热效率。

安装环流风扇时，将上一环流风扇的转轴51底端的滑块56插入下一环流风扇的转轴51顶端的安装槽53内，在环流风扇自重作用下，滑块56滑入条形槽52内，以此限制滑块56脱离条形槽52，且此时通孔55与螺孔54相对，只需插入并拧动螺栓57就能锁紧下一环流叶轮4与上一环流叶轮4，以此减少环流叶轮4的晃动。而当需要清理环流风扇或浮动盘管2时，工作人员只需依次拆卸连接组件5，即可方便清洗。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。