一種熱交換流體流動的監控系統的制作方法
本實用新型屬于熱交換領域，具體涉及一種熱交換流體流動的監控系統。
背景技術：
在中央空調系統或熱泵系統中，需要通過換熱器進行熱量交換，用于熱交換的流體在換熱器中進行熱量交換后，通過管道傳導至使用的房間，實現制冷或制熱。
換熱器是一種在不同溫度的兩種流體間實現熱量傳遞的設備，熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到流程規定的指標，以滿足工藝條件的需要。殼管式、套管式和板式等種類的換熱器包括換熱器使用側管路以及設置于換熱器使用側管路中的換熱器源側管路，其中，換熱器源側管路接入中央空調或熱泵系統，源側管路的流體的流動以及溫度控制由中央空調系統或熱泵系統控制。溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導熱，兩種流體之間進行換熱。對于換熱器使用側管路的流體來說，其流體流動由其他動力系統來實現，在熱交換時，可能會出現換熱器使用側管路的流體流動性不足或未流動情況，但此時中央空調系統或熱泵系統仍在工作，而換熱器中無法實現熱交換，因此換熱器源側管路流體溫度會一直上升或者一直下降，可能會出現溫度過高或結凍問題，進而損壞換熱器，甚至損壞中央空調系統或熱泵系統。
對此，現有技術給出一些換熱器使用側管路流體流動的監控方案。目前，暖通行業中水流檢測方法有靶流開關檢測法、壓差檢測法和超聲波檢測法。它們各有自己的優點，同時也有諸多不足。
靶流開關檢測法是在連接換熱器使用側管路的管道中設置靶流開關，當換熱器使用側管路中的流體流動時，流體會沖開靶流機械開關，觸發設置在靶流機械開關上的信號開關導通，從而獲知流體在流動。但靶流機械開關需要串接在管道中，安裝較復雜，對水流產生較大阻力，尤其是在小管徑管道中(如ND25及以下管道)的阻力更不容忽視，另外由于工作環境潮濕和溫度的變化，容易造成機械開關銹蝕等不足，導致機械開關卡死在某一位置而無法實現水流動檢測。
壓差檢測法是通過在連接換熱器使用側管路的管道進出口位置設置液柱式壓力計，如U型壓力計，通過對比流體流動時進出口位置壓差變化判斷流體是否在流動。但其缺點是在檢測換熱器內部堵塞時易產生檢測失誤，且在冬季低溫環境下，液柱式壓力計中封存的水會因結冰導致損壞。
利用超聲波碰到液體分界面會產生反射形成反射成回波原理檢測流體流動的超聲波傳感器，但其使用成本高，安裝需要的空間較大。
技術實現要素：
有鑒于此，本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種熱交換流體流動的監控系統，實現對換熱器使用側管路中流體不流動或流體溫度超溫的監控。
為實現以上目的，本實用新型采用如下技術方案：
一種熱交換流體流動的監控系統，包括換熱器、溫度檢測裝置和換熱控制系統，
所述溫度檢測裝置包括至少一個溫度傳感器、A/D轉換模塊、處理器模塊、繼電器和電源模塊；其中，所述電源模塊用于提供所述溫度檢測裝置的工作電壓；所述溫度傳感器連接至所述A/D轉換模塊，所述A/D轉換模塊連接至所述處理器模塊；所述繼電器具有常閉觸點，所述繼電器的線圈端與所述處理器模塊連接，所述繼電器的常閉觸點分別與所述換熱控制系統連接；
所述換熱器包括換熱器使用側管路以及設置于所述換熱器使用側管路中的換熱器源側管路，所述溫度傳感器設置于所述換熱器使用側管路上。
進一步地，所述換熱控制系統為中央空調控制系統或者熱泵控制系統。
進一步地，所述換熱器為盤管式換熱器、殼管式換熱器、套管式換熱器和板式換熱器中的任一種。
進一步地，所述溫度傳感器數量為三個，依次設置于所述換熱器使用側管路的入口位置、所述換熱器使用側管路的中間位置和所述換熱器使用側管路的出口位置。
進一步地，所述溫度傳感器數量為一個，設置于所述換熱器使用側管路的中間位置。
進一步地，所述溫度檢測裝置還包括指示燈，所述指示燈連接至所述處理器模塊。
進一步地，所述溫度檢測裝置還包括蜂鳴器，所述蜂鳴器連接至所述處理器模塊。
進一步地，所述溫度檢測裝置還包括顯示屏，所述顯示屏連接至所述處理器模塊。
進一步地，所述處理器模塊為單片機。
本實用新型采用以上技術方案，至少具備以下有益效果：
本實用新型在換熱器使用側管路設置至少一個溫度傳感器，換熱控制系統和溫度檢測裝置通過繼電器的通斷建立干接點信號連接，通過本實用新型，能夠實現對換熱器使用側管路熱流體流動監控、熱交換溫度超溫的監控，當換熱器使用側管路流體不流動或換熱器使用側管路中流體溫度超溫時，觸發繼電器得電斷開，換熱控制系統獲得斷開信號后停止工作，實現對換熱控制系統的保護，同時，本實用新型在正常工作時繼電器為常閉狀態，通過繼電器常閉觸點提供干接點導通信號，這樣換熱控制系統和溫度檢測裝置分別獨立工作，兩者間不存在電信號的互相影響，因而能夠提高整個系統的工作穩定性。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本實用新型流體熱交換示意圖；
圖2是本實用新型一種熱交換流體制冷模式下溫度變化斜率K的計算方法示意圖；
圖3是本實用新型一種熱交換流體制熱模式下溫度變化斜率K的計算方法示意圖；
圖4是本實用新型一種熱交換流體流動監控系統實施例示意圖；
圖5是本實用新型一種熱交換流體流動監控系統的工作原理示意圖。
圖中1-換熱器；2-溫度檢測裝置；3-換熱控制系統；101-換熱器使用側管路；101a-換熱器使用側管路入口；101b-換熱器使用側管路出口；102-換熱器源側管路；102a-換熱器源側管路入口；102b-換熱器源側管路出口；201-溫度傳感器；202-A/D轉換模塊；203-處理器模塊；204-繼電器；205-電源模塊；206-指示燈；207-蜂鳴器；208-顯示屏。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本實用新型的技術方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本實用新型所保護的范圍。
如圖1所示，圖1為熱交換流體熱交換示意圖，本實用新型提供一種熱交換流體流動的檢測方法，采集熱交換流體的多個溫度，對比采集的溫度，判斷所述熱交換流體是否流動。
可知，熱交換流體流動過程中進行熱交換，這樣熱交換流體流向方向的各處溫度或者熱交換流體同一位置的不同時間的溫度會有變化，通過對比熱交換流體的流向方向的各處溫度或者熱交換流體同一位置的不同時間的溫度，可以判斷熱交換流體是否流動。
根據上述方案，本實用新型提供一種優選方案，具體為：沿所述熱交換流體的流向方向依次采集多個溫度，對比采集的溫度，判斷所述熱交換流體是否流動。
通過上述方案，沿所述熱交換流體的流向方向依次采集多個溫度，如采集兩處溫度，溫度采集點分別設置在所述熱交換流體的入口位置和出口位置，也可設置在熱交換流體其他位置，具體設置時只需將兩處的位置設有一定距離即可。
當然也可沿所述熱交換流體的流向方向采集兩個以上的溫度，同樣相鄰兩處的溫度采集位置設有一定距離即可。
從獲得更好檢測效果方面考慮，設置的溫度采集點越多越好，但從成本和實際需要方面考慮，設置的溫度采集點越少越好，在只設置兩個溫度采集點時，如設置于換熱器使用側管路的入口位置和出口位置，換熱器使用側管路的流體正常流動時，入口位置和出口位置的溫度是不同的，這樣可以判斷出換熱器使用側管路流體在流動，但當換熱器使用側管路流體流動降低到一定程度時，雖然換熱器使用側管路入口位置和出口位置的溫度仍然是不同的，但因換熱器使用側管路中的流體在換熱器中滯留時間太長，導致換熱器使用側管路中間位置的溫度會明顯高于或低于換熱器使用側管路兩端的溫度，這樣會損壞換熱器和換熱控制系統，這種情況也是實際使用過程中不希望發生的。
為了克服上述不足之處，本實用新型給出一種優選方案來解決上述問題，具體為：沿所述熱交換流體的流向方向依次采集三個溫度，分別為熱交換流體入口位置溫度Tin、熱交換流體中間位置溫度Tmid和熱交換流體出口位置溫度Tout；
當Tin、Tmid、Tout之間關系滿足Tin＞Tmid＞Tout和Tin＜Tmid＜Tout兩者之中的任一條件時，所述熱交換流體在流動。
通過上述方案可知，熱交換流體進行熱交換，在制熱時，熱交換流體流向方向溫度是逐漸升高，對應的是Tin＜Tmid＜Tout；制冷時，熱交換流體流向方向溫度是逐漸降低，對應的是Tin＞Tmid＞Tout。
對于上述方案，利用熱交換流體入口溫度和出口溫度的差值進行判斷，但其差值并不是越大越好，當熱交換流體入口溫度和出口溫度的差值達到一定程度時，表明熱交換流體的流動不足，熱交換流體在換熱器中滯留時間太長，對此本實用新型提供一種優選的檢測方案，當|Tin-Tout|≥T1時，所述熱交換流體在流動，但流動不足，其中，T1為所述熱交換流體流動不足的報警閾值，對此可通過蜂鳴器和LED指示燈分別發出聲光報警。通過該方案，設定熱交換流體流動不足的報警閾值，如將報警閾值設為10℃，當熱交換流體入口溫度和出口溫度的差值絕對值大于等于10℃時，判定熱交換流體流動不足。本實用新型給出的具體報警閾值只是一個應用舉例，在實際應用過程中，報警閾值的具體設定值可能并非本實用新型給出的舉例值，應根據具體情況設定熱交換流體流動不足的最優報警閾值。
對于上述方案，當熱交換流體流動性繼續降低時，可能會出現雖然熱交換流體入口位置和出口位置的溫度雖然仍具有一定差值，但熱交換流體在換熱器中滯留時間太長，一直在進行熱交換狀態，導致熱交換流體中間位置的溫度會明顯高于或低于熱交換流體兩端的溫度，對于此問題，本實用新型給出優選的檢測方案，具體為：在Tmid＞Tin、且Tmid＞Tout，或者當Tmid＜Tin、且Tmid＜Tout時，若|Tin-Tmid|≥T2、且|Tout-Tmid|≥T2，其中，T2為所述熱交換流體未流動報警閾值，所述熱交換流體未流動，對此可通過蜂鳴器和LED指示燈分別發出聲光報警。通過該方案，設定熱交換流體未流動的報警閾值，如3℃。當制冷或制熱狀態時，中間位置的溫度分別與兩端位置的差值絕對值大于等于3℃時，判定熱交換流體未流動。當Tmid≥T3，或Tmid≤T4時，繼電器常閉觸點斷開，換熱控制系統收到此信息后發出系統停止運行指令，保護熱交換設備；其中，T3為所述熱交換高溫保護閾值，T4為所述熱交換低溫保護閾值。
對于本實用新型提供的采集熱交換流體的多個溫度，對比采集的溫度，判斷所述熱交換流體是否流動方案，本實用新型還提供另一種檢測方案，具體為：采集所述熱交換流體的同一位置不同時間的溫度，設定采集溫度的時間間隔Δt，按時間間隔Δt采集所述熱交換流體的同一位置的溫度：T1、T2…Tn-1、Tn，其中，n≥2，通過公式K＝|(Tn-Tn-1)/Δt|得到時間間隔Δt的溫度變化斜率，如圖2和3所示；
設定熱交換流體流動的時斜率閾值K1，
若K≥K1，所述熱交換流體未流動；
若K＜K1，所述熱交換流體在流動。
該方案在實際應用過程中，優先采集熱交換流體中間位置的不同時間的溫度。
根據以上各種熱交換流體流動的檢測方法，本實用新型提供一種熱交換流體流動的監控系統，如圖1、圖4和圖5所示，所述監控系統包括換熱器1、溫度檢測裝置2、換熱控制系統3，
其中，
所述溫度檢測裝置2包括至少一個溫度傳感器201、A/D轉換模塊202、處理器模塊203、繼電器204和電源模塊205；其中，所述電源模塊205用于提供所述溫度檢測裝置2的工作電壓；所述溫度傳感器201連接至所述A/D轉換模塊202，所述A/D轉換模塊202連接至所述處理器模塊203；所述繼電器204具有常閉觸點，所述繼電器204的線圈端與所述處理器模塊203連接，所述繼電器204的常閉觸點分別與所述換熱控制系統3連接；
所述換熱器1包括換熱器使用側管路101以及設置于所述換熱器使用側管路101中的換熱器源側管路102，所述溫度傳感器201設置于所述換熱器使用側管路101上。
上述熱交換流體流動的監控系統中，所述換熱控制系統3為現有技術的中央空調控制系統或者熱泵控制系統，所述換熱器1包括換熱器使用側管路101以及設置于所述換熱器使用側管路中的換熱器源側管路102，所述換熱器1可選用現有技術的盤管式、殼管式、套管式和板式等種類的換熱器，其包括換熱器使用側管路入口101a、換熱器使用側管路出口101b、換熱器源側管路入口102a和換熱器源側管路出口102b。
對于所述溫度傳感器201的設置，優選為三個，依次設置于所述換熱器的使用側管路入口101a位置、所述換熱器1的使用側管路出口位置101b和所述換熱器的使用側管路中間位置。另外，本實用新型也可僅使用一個溫度傳感器，其設置位置優選設置在所述換熱器使用側管路的中間位置。
從獲得更好檢測效果方面考慮，設置的所述溫度傳感器201越多越好，但從成本和實際需要方面考慮，設置的所述溫度傳感器201越少越好，在只設置兩個所述溫度傳感器201時，如設置于所述換熱器使用側管路101的入口位置和出口位置，所述換熱器使用側管路101的流體正常流動時，入口位置和出口位置的溫度是不同的，這樣可以判斷出所述換熱器使用側管路101流體在流動。但當所述換熱器使用側管路101流體流動降低到一定程度時，雖然所述換熱器使用側管路101入口位置和出口位置的溫度仍然是不同的，但因熱交換流體的流動不足，熱交換流體在換熱器中滯留時間太長，導致換熱器使用側管路101中間位置的溫度會明顯高于或低于換熱器使用側管路101兩端的溫度，這樣會損壞換熱器和換熱控制系統，這種情況是實際使用過程中不希望發生的。
通過上述方案，本實用新型通過所述溫度傳感器201設置在所述換熱器1使用側管路上，這種設置方式的優點是，所述溫度傳感器與熱交換流體不直接接觸，不受熱交換流體溫度變化、腐蝕的影響，且具有低成本的優點，同時溫度傳感器直接安裝在換熱器使用側管路的管壁上即可，因而具有安裝方便的優點。
本實用新型中可通過所述溫度傳感器201獲得溫度信號，通過所述A/D轉換模塊202轉換后發送到所述處理器模塊203，所述處理器模塊203優選為單片機，溫度數據間的比較結果可通過單片機的邏輯運算獲得，進而實現給所述繼電器204線圈提供開關信號，控制所述繼電器204的常閉觸點的打開或閉合，當所述換熱器使用側管路中流體熱交換正常進行時，所述繼電器204的常閉觸點為閉合狀態，所述換熱控制系統3獲得導通信號，所述換熱控制系統3正常工作；當所述換熱器使用側管路中流體未流動或熱交換溫度超溫時，所述處理器模塊203向所述繼電器204發出觸發信號，所述繼電器204線圈得電使得所述繼電器204常閉觸點斷開，所述換熱控制系統3獲得斷開信號，停止工作，所述換熱控制系統3實現自我保護。
本實用新型的監控系統通過溫度傳感器采集溫度的方式，在實現監控所述換熱器使用側管路101中熱交換流體流動情況的同時，還可實現監控所述換熱器使用側管路101中熱交換流體溫度的功能，如將所述溫度傳感器201設置在所述換熱器使用側管路101的中間位置，設定制冷時防凍保護報警值，當所述溫度傳感器201檢測的溫度低于設定的防凍保護溫度時，所述換熱控制系統3在得到所述繼電器204的斷開信號后停止工作；設定制熱時制熱超溫報警值，當所述溫度傳感器201檢測的溫度高于設定的制熱超溫報警值時，所述換熱控制系統3在得到所述繼電器204的斷開信號后停止工作，這樣可實現對所述換熱控制系統3自身的保護。
另外，本實用新型中所述換熱控制系統3和所述溫度檢測裝置2通過所述繼電器204的通斷建立連接，正常工作時所述繼電器204為常閉觸點提供干接點信號，這樣所述換熱控制系統3和所述溫度檢測裝置2分別獨立工作，兩者間不存在電信號的互相影響，因而能夠提高整個系統的工作穩定性。
所述溫度檢測裝置2只在檢測到制熱超溫報警值、制冷時防凍保護報警值時或者所述換熱器使用側管路的流體沒有流動時，才觸發斷開所述繼電器204常閉觸點的信號，所述換熱控制系統3收到所述繼電器204常閉觸點斷開信號后，停止工作，所述換熱控制系統3實現自我保護。
如圖5所示，作為一種優選的改進方案，所述溫度檢測裝置2還包括指示燈206，所述指示燈206連接至所述處理器模塊203，這樣可以對本實用新型檢測的各種情況作報警提示，尤其是檢測到所述換熱器使用側管路101中流體流動性不足的情況，這種情況下，所述繼電器204仍然是常閉狀態，因而所述換熱控制系統3是正常工作的，這樣情況可通過所述處理器模塊203控制所述指示燈206發出報警信號。
如圖5所示，本實用新型還提供另一種聲音報警提示手段，所述溫度檢測裝置2還包括蜂鳴器207，所述蜂鳴器207連接至所述處理器模塊203。
如圖5所示，為了方便人們現場了解所述換熱器使用側管路101上的所述溫度傳感器201檢測到溫度，所述溫度檢測裝置2還包括顯示屏208，所述顯示屏208連接至所述處理器模塊208，這樣可將所述溫度傳感器201檢測的溫度顯示在顯示屏208，可以直觀了解熱交換情況。
本實用新型通過在熱換器中使用側管路上設置溫度傳感器，實現對熱換器中使用側管路中的流體的流動監控、溫度高溫保護和溫度低溫保護，熱換器使用側管路中的流體可以為液體，例如水，也可以為氣體。對比現有技術采用靶流開關檢測法、壓差檢測法和超聲波檢測法使用的裝置，當熱換器使用側管路中的流體為氣體時，上述現有技術的各種檢測裝置，不能檢測氣體流體的流動。
以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
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