CN112856810B - 热交换器的控制系统、采暖炉及其出水温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热交换器的控制系统、采暖炉及其出水温度控制方法，热交换器的控制系统用于对热交换器的换热效率进行调节；热交换器用于在热源流体和换热流体之间进行热交换，控制器用于获取热源流体流经热交换器前后的温度值和流量以及获取换热流体流经热交换器的流量和流入前的初始温度值以及预设流出的温度值；控制器用于根据公式计算热源流体的循环热负荷和换热流体的需求热负荷并根据热源流体的最小工作热负荷与需求热负荷判断是否调节热交换器的换热效率。该热交换器的控制系统通过获取换热系统中的各种参数值来调节热交换器的换热效率，确保用户可以获得所需温度的热水，避免出现热水的出水温度高于用户设定温度的情况发生。

Description

热交换器的控制系统、采暖炉及其出水温度控制方法

技术领域

本发明涉及一种热交换器的控制系统、采暖炉及其出水温度控制方法。

背景技术

传统的板换式采暖热水两用炉中，其作用是根据用户使用需求，对循环进行水路切换。当进行采暖时，三通阀通过电机作用将阀杆推到底，打开大循环回路，因此带有温度的采暖水可以进入采暖末端(地暖或散热片)，对房间进行散热采暖；当出现生活热水需求时，主控制器一旦检测到生活水水流信号时，会立刻控制电机回到初始位置，这样在弹簧的拉力作用，阀杆回到顶部，此时大循环回路关闭，小循环回路打开，因此采暖水进入板式换热器，通过板式换热器对生活水的进水进行换热，最终获得具有一定温度的生活水以供使用。

用户在使用带有板式换热器的采暖炉的洗浴功能时，采暖水在采暖炉内进行小循环，与高温烟气换热后，再通过板式换热器加热洗浴用水(生活水)。若用户设置的所需生活水的出水温度与生活水的进水温度相差较小，则采暖炉会以相对较小的负荷工作以达到用户设定水温。但采暖炉存在最小功率值，尤其在夏天使用时，生活水的进水温度较高，采暖炉即使在最小功率的状态下工作，生活水的出水温度也会高于用户设定温度，该情形极大的影响了用户体验，甚至烫伤用户。

目前主要采取降低采暖炉最小负荷的方法，但该方法只能在一定程度上缓解现存状况，最小负荷不能无限制的降低，依旧会出现实际出水温度高于用户设置温度的现象。也有技术在生活水的出水管处接旁通管，通过在流出的热水中混合未被加热的水来降低水温，但该技术需要额外布置管路和控制机构，结构较为复杂，占用用户的使用空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中使用采暖炉对生活水加热时，因采暖炉最小功率的限制无法得到合适温度的生活水的缺陷，提供一种热交换器的控制系统、采暖炉及其出水温度控制方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种热交换器的控制系统，用于对所述热交换器的换热效率进行调节，所述控制系统包括热交换器和控制器，所述控制器与所述热交换器连接；

所述热交换器用于在热源流体和换热流体之间进行热交换，所述控制器用于获取所述热源流体流经所述热交换器前的温度T₁、流经所述热交换器后的温度T₂和流经所述热交换器的流量G₁，所述控制器还用于获取所述换热流体流经所述热交换器的流量G₂和流入所述热交换器前的初始温度值T₃以及预设的流出所述热交换器的温度值T₀；

所述控制器用于根据公式Q₁＝C₁*G₁*(T₁-T₂)计算热源流体的循环热负荷，根据公式Q₀＝c₂*G₂*(T₀-T₃)计算换热流体的需求热负荷，其中：C₁为热源流体的比热容，C₂为换热流体的比热容；

所述控制器还设有所述热源流体的最小工作热负荷Q_1(min)，所述控制器还用于判断Q₀与Q_1(min)的大小，所述控制器还用于在Q₀≥Q_1(min)时保持所述热交换器的换热效率不变，所述控制器还用于在Q₀＜Q_1(min)时根据公式Q₀＝Q₁*η计算所述热交换器的所需的换热效率η，并根据计算结果调节所述热交换器实际工作时的换热效率η_n。

在本方案中，热交换器的控制系统通过获取换热系统中的各种参数值，根据设定的程序来调节热交换器的换热效率，确保用户可以获得所需温度的热水，避免出现热水的出水温度高于用户设定温度的情况发生，进而避免高温烫伤用户。

较佳地，所述热交换器为板式换热器，所述板式换热器的换热效率通过改变所述板式换热器参与换热的换热片的数量进行调节；

所述板式换热器具有多个换热效率值η_n，所述换热效率值η_n为所述板式换热器每减少n个换热片后的实际换热效率，其中n≥0，且n为整数；

所述控制器还用于在Q₀≥Q_1(min)时，不减少换热片的数量，即n＝0；

所述控制器还用于在Q₀＜Q_1(min)时，将换热效率η与η_n进行比较，当η_n≤η＜η_n-1，所述控制器控制所述板式换热器减少n个换热片，n＞0。

在本方案中，通过改变板式换热器参与换热的换热片的数量来调节热交换器的换热效率，结构简单，操作方便。

较佳地，所述板式换热器包括多个第一换热板和多个第二换热板，所述第一换热板和所述第二换热板间隔设置，所述第二换热板的两侧面与相邻的两个所述第一换热板分别形成换热腔和热源腔，每个所述第一换热板上设有与所述热源腔连通的第一通孔，多个所述第一通孔形成第一流体通道，所述第一流体通道具有热源进口或热源出口，所述热源进口或所述热源出口通过所述第一流体通道与每个所述第一通孔对应的热源腔连通，所述板式换热器还包括驱动机构和密封件，所述密封件外周面与所述第一通孔的内周面密封连接，所述驱动机构用于驱动所述密封件在所述第一流体通道内轴向移动。

在本方案中，通过在板式换热器的换热源流体进入的第一流体通道内设置密封件，通过驱动机构驱动密封件在第一流体通道内移动，使密封件堵塞对应位置换热板的第一通孔内进入热源腔的进水口，并且阻止该密封件后侧的第一流体通道与前侧的第一流体通道连通，进而阻止换热源流体流入对应位置第一换热板以及后侧第一换热板的热源腔。实现了通过改变板式换热器参与换热的换热板的数量来调节该板式换热器的换热效率。

较佳地，所述驱动机构包括步进电机、螺杆和滑套，所述螺杆与所述步进电机的输出轴连接，所述滑套具有与所述螺杆配合的内螺纹，所述滑套设于所述螺杆上，所述滑套的外周面与所述第一流体通道的内周面滑动接触，所述密封件安装在所述滑套上。

在本方案中，通过步进电机驱动螺杆转动，使与螺杆螺纹连接的滑套在第一流体通道内轴向滑动，进而带动密封件在第一流体通道内轴向移动，通过改变密封件的位置控制换热源流体流入的热源腔的数量，改变参与换热的换热板的数量改变板式换热器的换热效率。

较佳地，所述驱动机构包括电磁吸合机构和阀杆，所述阀杆的一端与所述密封件连接，所述阀杆的另一端与所述电磁吸合机构连接。

在本方案中，通过电磁吸合机构控制密封件在第一流体通道内轴向移动，结构简单。

较佳地，所述热交换器的换热效率通过改变流入或流出所述热交换器的所述热源流体的流量进行调节。

较佳地，所述热交换器为板式换热器，所述板式换热器包括多个第一换热板和多个第二换热板，所述第一换热板和所述第二换热板间隔设置，所述第二换热板的两侧面与相邻的两个所述第一换热板分别形成换热腔和热源腔，每个所述第一换热板上设有与所述热源腔连通的第一通孔，多个所述第一通孔形成第一流体通道，所述第一流体通道具有热源进口或热源出口，所述热源进口或所述热源出口通过所述第一流体通道与每个所述第一通孔对应的所述热源腔连通，所述第一通孔具有圆柱形通道，所述热源腔的进水口或出水口设于所述圆柱形通道的内壁上；

所述板式换热器还包括驱动机构和密封件，所述驱动机构驱动所述密封件在所述第一流体通道内转动以改变一个或多个所述第一通孔内的所述进水口或所述出水口的开口面积。

在本方案中，通过在板式换热器的换热源流体流入或流出的第一流体通道内设置密封件，通过驱动机构驱动密封件在第一流体通道内旋转，使密封件改变第一流体通道内一个或多个第一通孔内的进水口或出水口的开口面积，进而改变换热源流体流入或流出对应位置第一换热板上的热源腔的水流量，实现了通过改变板式换热器参与换热的热源流体的流量来调节该板式换热器的换热效率。

较佳地，所述驱动机构包括步进电机和旋转体，所述旋转体的一端与所述步进电机的输出端连接，所述旋转体远离所述步进电机的一端与所述密封件连接；

所述进水口或所述出水口为半圆形结构，所述密封件为与所述进水口或所述出水口适配的半圆柱体或外周面具有半圆形开口的圆筒结构。

在本方案中，通过步进电机的输出轴驱动旋转体旋转来控制密封件的旋转角度，进而控制与密封件相对应的热源腔的进水口或出水口的开口大小。将进水口或出水口设置成半圆形结构，可以得到最大的进水流量或出水流量，增加换热器的换热效率。

较佳地，所述第一流体通道具有热源进口，每个所述第一换热板上还设有多个与所述热源腔连通的第二通孔，多个所述第二通孔形成第二流体通道，所述第二流体通道具有热源出口，所述热源出口通过所述第二流体通道与每个所述第二通孔对应的热源腔连通。

在本方案中，通过将多个第一换热板的第二通孔形成第二流体通道使得热源腔内的热源流体被换热后通过统一的流路排出。

较佳地，每个所述第二换热板上设有与所述换热腔连通的第三通孔和第四通孔，多个所述第三通孔形成第三流体通道，所述第三流体通道具有冷源进口，所述冷源进口通过所述第三流体通道与每个所述第三通孔对应的换热腔连通；

多个所述第四通孔形成第四流体通道，所述第四流体通道具有冷源出口，所述冷源出口通过所述第四流体通道与每个所述第四通孔对应的换热腔连通。

在本方案中，通过将第二换热板上的第三通孔形成第三流体通道，便于待换热的流体通过第三流体通道流入换热腔进行换热。通过将第二换热板上的第四通孔形成第四流体通道，便于待换热的流体在换热后通过第四流体通道流出换热腔。

较佳地，所述第一换热板上设有第一连通孔和第二连通孔，所述第一连通孔与所述第三通孔对应连通设置形成所述第三流体通道，所述第二连通孔与所述第四通孔对应连通设置形成所述第四流体通道，所述第一连通孔的孔径等于所述第三通孔的孔径，所述第二连通孔的孔径等于所述第四通孔的孔径；

所述第二换热板上设有第三连通孔和第四连通孔，所述第三连通孔与所述第一通孔对应连通设置形成所述第一流体通道，所述第四连通孔与所述第二通孔对应连通设置形成所述第二流体通道，所述第三连通孔的孔径等于所述第一通孔的孔径，所述第四连通孔的孔径等于所述第二通孔的孔径。

在本方案中，通过在第一换热板上设置与第二换热板的第三通孔和第四通孔对应的连通孔，使得多个第一换热板和第二换热板叠加时，可以形成连续的第三流体通道和第四流体通道。通过使第一连通孔的孔径等于第三通孔的孔径，第二连通孔的孔径等于第四通孔的孔径，避免在第三流体通道和第四流体通道内形成凹陷部位影响流体的正常流动。通过在第二换热板上设置与第一热板的第一通孔和第二通孔对应的连通孔，使得多个第一换热板和第二换热板叠加时，可以形成连续的第一流体通道和第二流体通道。通过使第三连通孔的孔径等于第一通孔的孔径，第四连通孔的孔径等于第二通孔的孔径，避免在第一流体通道和第二流体通道内形成凹陷部位影响流体的正常流动。

一种采暖炉，所述采暖炉包括采暖水水路、生活水水路和上述的热交换器和控制器，所述采暖水水路与所述热交换器的热源腔连通，所述生活水水路与所述热交换器的换热腔连通。

在本方案中，采暖炉采用上述结构，可以根据生活水的进水温度调节热交换器的换热效率得到用户设定的出水温度，避免出现在采暖炉在最小功率的状态下因生活水的进水温度较高导致生活水的出水温度高于用户设定温度的情况发生，进而避免高温烫伤用户。

一种采暖炉中生活水的出水温度控制方法，所述采暖炉为上述的采暖炉，所述出水温度控制方法包括以下步骤：

设定生活水出水时的需求温度值T₀；

获取所述生活水被加热前的初始温度值T₃和流经所述热交换器的流量G₂，根据公式Q₀＝C₂*G₂*(T₀-T₃)计算将所述生活水从初始温度值T₃升温至需求温度值T₀的需求热负荷Q₀；

获取采暖水流经所述热交换器前的温度T₁、流经所述热交换器后的温度T₂和流经所述热交换器的流量G₁，根据公式Q₁＝C₁*G₁*(T₁-T₂)计算所述采暖水的循环热负荷Q₁；

获取所述采暖炉设定的所述采暖水的最小工作热负荷Q_1(min)，将所述需求热负荷Q₀与所述最小工作热负荷Q_1(min)进行比较，如果Q₀≥Q_1(min)，则保持所述热交换器的换热效率不变；如果Q₀＜Q_1(min)，根据公式Q₀＝Q₁*η计算所述热交换器的所需的换热效率η，并根据计算结果调节所述热交换器工作时的换热效率η_n。

较佳地，所述热交换器为板式换热器，所述板式换热器的换热效率通过改变所述板式换热器参与换热的换热片的数量进行调节，所述板式换热器具有多个换热效率值η_n，所述换热效率值η_n为所述板式换热器每减少n个换热片后的实际换热效率，其中n≥0，且n为整数；

在Q₀≥Q_1(min)时，使n＝0，即不减少换热片的数量；

在Q₀＜Q_1(min)时，根据计算结果调节所述热交换器的实际工作换热效率η_n，包括以下步骤：

将计算得到的换热效率η与多个预设的换热效率值η_n进行比较，如果η_n≤η＜η_n-1，n＞0，则控制所述板式换热器减少n个换热片，得到板式换热器的实际工作时的换热效率η_n。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明热交换器的控制系统通过获取换热系统中的各种参数值，根据设定的程序来调节热交换器的换热效率，确保用户可以获得所需温度的热水，避免出现热水的出水温度高于用户设定温度的情况发生，进而避免高温烫伤用户。

附图说明

图1为本发明实施例1中的采暖炉的结构示意图。

图2为本发明实施例1中的板式换热器的结构示意图。

图3为图2中热交换器本体的结构分解示意图。

图4为图2中驱动机构的结构分解示意图。

图5为图4中A处局部放大图。

图6为本发明实施例1中的第一流体通道内的局部结构示意图。

图7为本发明实施例1中采暖炉中生活水的出水温度控制方法的流程图。

图8为本发明实施例2中的板式换热器的结构示意图。

图9为图8中驱动机构的结构分解示意图。

图10为本发明实施例3中的板式换热器的结构示意图。

图11为图10中B处局部放大图。

附图标记说明：

采暖炉本体1

采暖水水路2

生活水水路3

热交换器4

水流量计5

水泵6

燃气管路7

换热器本体100

第一流体通道101

进水口1011

第二流体通道102

第三流体通道103

第四流体通道104

第一换热板110

第一通孔111

第二通孔112

第一连通孔113

第二连通孔114

热源腔115

第二换热板120

第三通孔121

第四通孔122

第三连通孔123

第四连通孔124

换热腔125

壳体130

第一步进电机200

第一输出轴201

螺杆202

滑套203

密封件300

电磁吸合机构400

阀杆401

第二步进电机500

第二输出轴501

旋转体502

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在该实施例范围之中。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种采暖炉，该采暖炉包括采暖炉本体1、采暖水水路2、生活水水路3、热交换器4和控制器，采暖水水路2与热交换器4的热源腔连通，生活水水路3与热交换器4的换热腔连通。热交换器4的换热效率可通过下述的热交换器控制系统进行调节，该热交换器的控制系统用于对热交换器的换热效率进行调节，该控制系统包括热交换器和控制器，控制器与热交换器连接，热交换器用于在热源流体和换热流体之间进行热交换。采暖水水路2中的水通过水泵5驱动在管路中循环，并在采暖炉本体1内进行加热，生活水水路3的水经过热交换器4的换热腔被加热。

本实施例中的采暖炉可以根据生活水的进水温度调节热交换器4的换热效率得到用户设定的出水温度，避免出现在采暖炉在最小功率的状态下因生活水的进水温度较高导致生活水的出水温度高于用户设定温度的情况发生，进而避免高温烫伤用户。

在该热交换器控制系统中，控制器用于获取热源流体流经热交换器4前的温度T₁、流经热交换器4后的温度T₂和流经热交换器4的流量G₁，控制器还用于获取换热流体流经热交换器4的流量G₂和流入热交换器4前的初始温度值T₃以及预设的流出热交换器4的温度值T₀。

该控制器还用于根据公式Q₁＝c₁*G₁*(T₁-T₂)计算热源流体的循环热负荷Q₁，根据公式Q₀＝c₂*G₂*(T₀-T₃)计算换热流体的需求热负荷Q₀，其中：C₁为热源流体的比热容，C₂为换热流体的比热容。

该控制器还设有热源流体的最小工作热负荷Q_1(min)，控制器还用于判断Q₀与Q_1(min)的大小，控制器还用于在Q₀≥Q_1(min)时保持热交换器4的换热效率不变，以及在Q₀＜Q_1(min)时根据公式Q₀＝Q₁*η计算热交换器4的所需的换热效率η，并根据计算结果调节热交换器4的换热效率η_n。

本实施例中的热交换器的控制系统通过获取换热系统中的各种参数值，根据设定的程序来调节热交换器4的换热效率，确保用户可以获得所需温度的热水，避免出现热水的出水温度高于用户设定温度的情况发生，进而避免高温烫伤用户。

在本实施例中，热交换器4为板式换热器，该板式换热器的换热效率通过改变板式换热器参与换热的换热片的数量进行调节。通过改变板式换热器参与换热的换热片的数量来调节热交换器的换热效率，结构简单，操作方便。

该板式换热器具有多个换热效率值η_n，换热效率值η_n为板式换热器每减少n个换热片后的实际换热效率，其中n≥0，且n为整数。

该控制器用于在Q₀≥Q_1(min)时，不减少换热片的数量，即n＝0；该控制器还用于在Q₀＜Q_1(min)时，将计算得到的换热效率η与η_n进行比较，当η_n≤η＜η_n-1，控制器控制板式换热器减少n个换热片，n＞0。

如图2-6所示，为本实施例中的板式换热器，该板式换热器包括换热器本体100、密封件300和驱动密封件300轴向移动的驱动机构。换热器本体100包括多个第一换热板110、多个第二换热板120和壳体130，第一换热板110和第二换热板120间隔设置在壳体130内，第一换热板110和第二换热板120的侧面上分别具有第一凹槽115和第二凹槽125，第二换热板120的两侧面与相邻的两个第一换热板110叠加时，通过第一凹槽115和第二凹槽125在第一换热板110和第二换热板120的两侧面均分别形成换热腔和热源腔。每个第一换热板110上设有与热源腔连通的第一通孔111，多个第一通孔111形成第一流体通道101，第一流体通道101具有热源进口，热源进口通过第一流体通道101与每个第一通孔111对应的热源腔连通。密封件300外周面与第一通孔111的内周面密封连接，驱动机构用于驱动密封件300在第一流体通道101内轴向移动。

在本实施例中，通过在板式换热器的换热源流体进入的第一流体通道101内设置密封件300，控制器通过控制驱动机构驱动密封件300在第一流体通道101内移动，使密封件300堵塞对应位置第一换热板110的第一通孔111内进入热源腔的进水口1011，并且阻止该密封件300后侧的第一流体通道101与前侧的第一流体通道101连通，进而阻止换热源流体流入对应位置第一换热板110以及后侧第一换热板110的热源腔。实现了通过改变板式换热器参与换热的换热板的数量来调节该板式换热器的换热效率。

如图4-6所示，本实施例中的驱动机构包括第一步进电机200、螺杆202和滑套203，螺杆202与第一步进电机200的第一输出轴201连接，滑套203具有与螺杆202配合的内螺纹，滑套203设于螺杆202上，滑套203的外周面与第一流体通道101的内周面滑动接触，密封件300安装在滑套203上。

通过第一步进电机200驱动螺杆202转动，使与螺杆202螺纹连接的滑套203在第一流体通道101内轴向滑动，进而带动密封件300在第一流体通道101内轴向移动，通过改变密封件300的位置控制换热源流体流入的热源腔的数量，改变参与换热的换热板的数量改变板式换热器的换热效率。

如图2-3所示，每个第一换热板110上还设有多个与热源腔连通的第二通孔112，多个第二通孔112形成第二流体通道102，第二流体通道102具有热源出口，热源出口通过第二流体通道102与每个第二通孔112对应的热源腔连通。通过将多个第一换热板110的第二通孔112形成第二流体通道102使得热源腔内的热源流体被换热后通过统一的流路排出。

当然，在其他实施例中，密封件300也可以设置在第二通孔112形成的第二流体通道102内，通过驱动机构驱动密封件300在第二流体通道102内移动，使密封件300堵塞对应位置第一换热板110的第二通孔112内进入热源腔的出水口，并且阻止该密封件300后侧的第二流体通道102与前侧的第二流体通道102连通，进而阻止换热源流体流入对应位置第一换热板110以及后侧第一换热板110的热源腔。也可实现了通过改变板式换热器参与换热的换热板的数量来调节该板式换热器的换热效率。

如图3所示，每个第二换热板120上设有与换热腔连通的第三通孔121，多个第三通孔121形成第三流体通道103，第三流体通道103具有冷源进口，冷源进口通过第三流体通道103与每个第三通孔121对应的换热腔连通。通过将第二换热板120上的第三通孔121形成第三流体通道103，便于待换热的流体通过第三流体通道103流入换热腔进行换热。

再如图3所示，每个第二换热板120上设有与换热腔连通的第四通孔122，多个第四通孔122形成第四流体通道104，第四流体通道104具有冷源出口，冷源出口通过第四流体通道104与每个第四通孔122对应的换热腔连通。通过将第二换热板120上的第四通孔122形成第四流体通道104，便于待换热的流体在换热后通过第四流体通道104流出换热腔。

再如图3所示，第一换热板110上设有第一连通孔113和第二连通孔114，第一连通孔113与第三通孔121对应连通设置形成第三流体通道103，第二连通孔114与第四通孔122对应连通设置形成第四流体通道104。通过在第一换热板110上设置与第二换热板120的第三通孔121和第四通孔122对应的连通孔，使得多个第一换热板110和第二换热板120叠加时，可以形成连续的第三流体通道103和第四流体通道104。

在本实施例中，第一连通孔113的孔径等于第三通孔121的孔径，第二连通孔114的孔径等于第四通孔122的孔径。通过使第一连通孔113的孔径等于第三通孔121的孔径，第二连通孔114的孔径等于第四通孔122的孔径，避免在第三流体通道103和第四流体通道104内形成凹陷部位影响流体的正常流动。

当然，在其他实施例中，第二连通孔114的孔径可以与第四通孔122的孔径不同，但第一连通孔113的孔径与第三通孔121的孔径不同。

如图3所示，在本实施例中，第二换热板120上设有第三连通孔123和第四连通孔124，第三连通孔123与第一通孔111对应连通设置形成第一流体通道101，第四连通孔124与第二通孔112对应连通设置形成第二流体通道102。第三连通孔123的孔径等于第一通孔111的孔径，第四连通孔124的孔径等于第二通孔112的孔径。

通过在第二换热板120上设置与第一热板的第一通孔111和第二通孔112对应的连通孔，使得多个第一换热板110和第二换热板120叠加时，可以形成连续的第一流体通道101和第二流体通道102。通过使第三连通孔123的孔径等于第一通孔111的孔径，第四连通孔124的孔径等于第二通孔112的孔径，避免在第一流体通道101和第二流体通道102内形成凹陷部位影响流体的正常流动。

在其他实施例中，第四连通孔124的孔径可以大于或小于第二通孔112的孔径，但第三连通孔123的孔径一定要大于第一通孔111的孔径，否则不利于密封件300在第一流体通道101内轴向移动。

如图3所示，第一通孔111和第二通孔112设于第一换热板110相对的两端的对角位置，第三通孔121和第四通孔122设于第二换热板120相对的两端的对角位置。通过采用上述结构，使得热源流体和待换热流体可以分别在热源腔和换热腔内具有更长的流经路径，提高换热效果。

如图7所示，本实施例还公开了上述采暖炉中生活水的出水温度控制方法，采暖炉中生活水的出水温度控制方法包括以下步骤：

S1、设定生活水出水时的需求温度值T₀；

S2、获取生活水被加热前的初始温度值T₃和流经板式换热器的流量G₂，根据公式Q₀＝C₂*G₂*(T₀-T₃)计算将生活水从初始温度值T₃升温至需求温度值T₀的需求热负荷Q₀；

S3、获取采暖水流经板式换热器前的温度T₁、流经板式换热器后的温度T₂和流经板式换热器的流量G₁，根据公式Q₁＝C₁*G₁*(T₁-T₂)计算采暖水的循环热负荷Q₁；

S4、获取采暖炉设定的采暖水的最小工作热负荷Q_1(min)，将需求热负荷Q₀与最小工作热负荷Q_1(min)进行比较，如果Q₀≥Q_1(min)，则执行步骤S5；如果Q₀＜Q_1(min)，则执行步骤S6；

S5、保持板式换热器的换热效率不变；

S6、根据公式Q₀＝Q₁*η计算板式换热器的所需的换热效率η，根据计算结果调节板式换热器的实际工作时的换热效率η_n；

在本实施例的步骤S5中，不减少板式换热器的换热片的数量，即，使n＝0。

在本实施例的步骤S6中，根据计算结果调节所述热交换器的实际工作时的换热效率η_n，包括以下步骤：

将计算得到换热效率η与控制器内预设的板式换热器的多个换热效率值η_n进行比较，如果η_n≤η＜η_n-1，则控制板式换热器减少n个换热片，此时n＞0，得到板式换热器实际工作时的换热效率η_n。

实施例2

如图8-9所示，本实施例的换热器本体100与实施例1大体相同，不同之处在于：控制密封件300在第一流体通道101内周向移动的驱动机构不同。本实施例中的驱动机构包括电磁吸合机构400和阀杆401，阀杆401的一端与密封件300连接，阀杆401的另一端与电磁吸合机构400连接。

通过电磁吸合机构400控制密封件300在第一流体通道101内轴向移动，结构简单。具体控制时，通过改变流经电磁吸合机构400内部的电磁线圈上电流的大小和方向来改变磁力的大小和方向，进而驱动阀杆401的位移方向和大小。

实施例3

本实施例的板式换热器的换热器本体100与实施例1大体相同，不同之处在于：在本实施例中，板式换热器的换热效率通过改变流入热交换器的热源流体的流量进行调节。

如图2、图3、图10和图11所示，为本实施例的一种板式换热器，该板式换热器包括换热器本体100、密封件300和驱动密封件300旋转的驱动机构。换热器本体100包括多个第一换热板110、多个第二换热板120和壳体130，第一换热板110和第二换热板120间隔设置在壳体130内，第一换热板110和第二换热板120的侧面上分别具有第一凹槽115和第二凹槽125，第二换热板120的两侧面与相邻的两个第一换热板110叠加时，通过第一凹槽115和第二凹槽125在第一换热板110和第二换热板120的两侧面均分别形成换热腔和热源腔。每个第一换热板110上设有与热源腔连通的第一通孔111，多个第一通孔111形成第一流体通道101，第一流体通道101具有热源进口，热源进口通过第一流体通道101与每个第一通孔111对应的热源腔连通。在本实施例中，第一通孔111具有圆柱形通道，热源腔的进水口1011设于该圆柱形通道的内壁上，驱动机构驱动密封件300在第一流体通道101内转动以改变一个或多个第一通孔111内的进水口1011的开口面积。

在本实施例中，通过在板式换热器的换热源流体进入的第一流体通道101内设置密封件300，通过驱动机构驱动密封件300在第一流体通道101内旋转，使密封件300改变第一流体通道101内一个或多个第一通孔111内的进水口1011的开口面积，进而改变换热源流体流入对应位置第一换热板110上的热源腔的水流量，实现了通过改变板式换热器参与换热的热源流体的流量来调节该板式换热器的换热效率。

如图10和图11所示，本实施例中的驱动机构包括第二步进电机500和旋转体502，旋转体502的一端与第二步进电机500的第二输出轴501连接，旋转体502远离第二步进电机500的一端与密封件300连接。通过第二步进电机500的第二输出轴501驱动旋转体502旋转来控制密封件300的旋转角度，进而控制与密封件300相对应的热源腔的进水口1011的开口大小，实现了通过改变板式换热器参与换热的热源流体的流量来调节该板式换热器的换热效率。

在本实施例中，进水口1011为半圆形结构，密封件300为与进水口1011适配的半圆柱体结构。将进水口1011设置成半圆形结构，可以得到最大的进水流量，增加换热器的换热效率。

在其他实施例中密封件也可为外周面具有半圆形开口的圆筒结构或者半环形结构等，在此不做具体描述。

当然，在其他实施例中，热交换器的换热效率通过改变流出热交换器的热源流体的流量进行调节。即，将密封件300设置在第二通孔112形成的第二流体通道102内，通过驱动机构驱动密封件300在第二流体通道102内旋转，使密封件300改变第二流体通道102内一个或多个第二通孔112内的出水口的开口面积，进而改变换热源流体流出对应位置第一换热板110上的热源腔的水流量，实现了通过改变板式换热器参与换热的热源流体的流量来调节该板式换热器的换热效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种热交换器的控制系统，用于对所述热交换器的换热效率进行调节，其特征在于，所述控制系统包括热交换器和控制器，所述控制器与所述热交换器连接；

所述热交换器用于在热源流体和换热流体之间进行热交换，所述控制器用于获取所述热源流体流经所述热交换器前的温度T₁、流经所述热交换器后的温度T₂和流经所述热交换器的流量G₁，所述控制器还用于获取所述换热流体流经所述热交换器的流量G₂和流入所述热交换器前的初始温度值T₃以及预设的流出所述热交换器的温度值T₀；

所述控制器用于根据公式Q₁＝C₁*G₁*(T₁-T₂)计算热源流体的循环热负荷，根据公式Q₀＝C₂*G₂*(T₀-T₃)计算换热流体的需求热负荷，其中：C₁为热源流体的比热容，C₂为换热流体的比热容；

所述控制器还设有所述热源流体的最小工作热负荷Q_1(min)，所述控制器还用于判断Q₀与Q_1(min)的大小，所述控制器还用于在Q₀≥Q_1(min)时保持所述热交换器的换热效率不变，所述控制器还用于在Q₀＜Q_1(min)时根据公式Q₀＝Q₁*η计算所述热交换器的所需的换热效率η，并根据计算结果调节所述热交换器的实际工作时的换热效率η_n。

2.如权利要求1所述的热交换器的控制系统，其特征在于，所述热交换器为板式换热器，所述板式换热器的换热效率通过改变所述板式换热器参与换热的换热片的数量进行调节；

所述板式换热器具有多个换热效率值η_n，所述换热效率值η_n为所述板式换热器每减少n个换热片后的实际换热效率，其中n≥0，且n为整数；

所述控制器还用于在Q₀≥Q_1(min)时，不减少换热片的数量，即n＝0；

所述控制器还用于在Q₀＜Q_1(min)时，将换热效率η与η_n进行比较，当η_n≤η＜η_n-1，所述控制器控制所述板式换热器减少n个换热片，n＞0。

3.如权利要求2所述的热交换器的控制系统，其特征在于，所述板式换热器包括多个第一换热板和多个第二换热板，所述第一换热板和所述第二换热板间隔设置，所述第二换热板的两侧面与相邻的两个所述第一换热板分别形成换热腔和热源腔，每个所述第一换热板上设有与所述热源腔连通的第一通孔，多个所述第一通孔形成第一流体通道，所述第一流体通道具有热源进口或热源出口，所述热源进口或所述热源出口通过所述第一流体通道与每个所述第一通孔对应的热源腔连通，所述板式换热器还包括驱动机构和密封件，所述密封件外周面与所述第一通孔的内周面密封连接，所述驱动机构用于驱动所述密封件在所述第一流体通道内轴向移动。

4.如权利要求3所述的热交换器的控制系统，其特征在于，所述驱动机构包括步进电机、螺杆和滑套，所述螺杆与所述步进电机的输出轴连接，所述滑套具有与所述螺杆配合的内螺纹，所述滑套设于所述螺杆上，所述滑套的外周面与所述第一流体通道的内周面滑动接触，所述密封件安装在所述滑套上。

5.如权利要求3所述的热交换器的控制系统，其特征在于，所述驱动机构包括电磁吸合机构和阀杆，所述阀杆的一端与所述密封件连接，所述阀杆的另一端与所述电磁吸合机构连接。

6.如权利要求1所述的热交换器的控制系统，其特征在于，所述热交换器的换热效率通过改变流入或流出所述热交换器的所述热源流体的流量进行调节。

7.如权利要求6所述的热交换器的控制系统，其特征在于，所述热交换器为板式换热器，所述板式换热器包括多个第一换热板和多个第二换热板，所述第一换热板和所述第二换热板间隔设置，所述第二换热板的两侧面与相邻的两个所述第一换热板分别形成换热腔和热源腔，每个所述第一换热板上设有与所述热源腔连通的第一通孔，多个所述第一通孔形成第一流体通道，所述第一流体通道具有热源进口或热源出口，所述热源进口或所述热源出口通过所述第一流体通道与每个所述第一通孔对应的所述热源腔连通，所述第一通孔具有圆柱形通道，所述热源腔的进水口或出水口设于所述圆柱形通道的内壁上；

所述板式换热器还包括驱动机构和密封件，所述驱动机构驱动所述密封件在所述第一流体通道内转动以改变一个或多个所述第一通孔内的所述进水口或所述出水口的开口面积。

8.如权利要求7所述的热交换器的控制系统，其特征在于，所述驱动机构包括步进电机和旋转体，所述旋转体的一端与所述步进电机的输出端连接，所述旋转体远离所述步进电机的一端与所述密封件连接；

所述进水口或所述出水口为半圆形结构，所述密封件为与所述进水口或所述出水口适配的半圆柱体或外周面具有半圆形开口的圆筒结构。

9.如权利要求3或7所述的热交换器的控制系统，其特征在于，所述第一流体通道具有热源进口，每个所述第一换热板上还设有多个与所述热源腔连通的第二通孔，多个所述第二通孔形成第二流体通道，所述第二流体通道具有热源出口，所述热源出口通过所述第二流体通道与每个所述第二通孔对应的热源腔连通。

10.如权利要求9所述的热交换器的控制系统，其特征在于，每个所述第二换热板上设有与所述换热腔连通的第三通孔和第四通孔，多个所述第三通孔形成第三流体通道，所述第三流体通道具有冷源进口，所述冷源进口通过所述第三流体通道与每个所述第三通孔对应的换热腔连通；

多个所述第四通孔形成第四流体通道，所述第四流体通道具有冷源出口，所述冷源出口通过所述第四流体通道与每个所述第四通孔对应的换热腔连通。

11.如权利要求10所述的热交换器的控制系统，其特征在于，所述第一换热板上设有第一连通孔和第二连通孔，所述第一连通孔与所述第三通孔对应连通设置形成所述第三流体通道，所述第二连通孔与所述第四通孔对应连通设置形成所述第四流体通道，所述第一连通孔的孔径等于所述第三通孔的孔径，所述第二连通孔的孔径等于所述第四通孔的孔径；

所述第二换热板上设有第三连通孔和第四连通孔，所述第三连通孔与所述第一通孔对应连通设置形成所述第一流体通道，所述第四连通孔与所述第二通孔对应连通设置形成所述第二流体通道，所述第三连通孔的孔径等于所述第一通孔的孔径，所述第四连通孔的孔径等于所述第二通孔的孔径。

12.一种采暖炉，其特征在于，所述采暖炉包括采暖水水路、生活水水路和权利要求1至11任一项所述的热交换器和控制器，所述采暖水水路与所述热交换器的热源腔连通，所述生活水水路与所述热交换器的换热腔连通。

13.一种采暖炉中生活水的出水温度控制方法，所述采暖炉为权利要求12所述的采暖炉，其特征在于，所述出水温度控制方法包括以下步骤：

设定生活水出水时的需求温度值T₀；

获取所述生活水被加热前的初始温度值T₃和流经所述热交换器的流量G₂，根据公式Q₀＝C₂*G₂*(T₀-T₃)计算将所述生活水从初始温度值T₃升温至需求温度值T₀的需求热负荷Q₀；

获取采暖水流经所述热交换器前的温度T₁、流经所述热交换器后的温度T₂和流经所述热交换器的流量G₁，根据公式Q₁＝C₁*G₁*(T₁-T₂)计算所述采暖水的循环热负荷Q₁；

获取所述采暖炉设定的所述采暖水的最小工作热负荷Q_1(min)，将所述需求热负荷Q₀与所述最小工作热负荷Q_1(min)进行比较，如果Q₀≥Q_1(min)，则保持所述热交换器的换热效率不变；如果Q₀＜Q_1(min)，根据公式Q₀＝Q₁*η计算所述热交换器的所需的换热效率η，并根据计算结果调节所述热交换器的实际工作时的换热效率η_n。

14.如权利要求13所述的采暖炉中生活水的出水温度控制方法，其特征在于，所述热交换器为板式换热器，所述板式换热器的换热效率通过改变所述板式换热器参与换热的换热片的数量进行调节，所述板式换热器具有多个换热效率值η_n，所述换热效率值η_n为所述板式换热器每减少n个换热片后的实际换热效率，其中n≥0，且n为整数；

在Q₀≥Q_1(min)时，使n＝0，即不减少换热片的数量；

在Q₀＜Q_1(min)时，根据计算结果调节所述热交换器的实际工作时的换热效率η_n，包括以下步骤：

将计算得到的换热效率η与多个预设的换热效率值η_n进行比较，如果η_n≤η＜η_n-1，n＞0，则控制所述板式换热器减少n个换热片，得到板式换热器的实际工作时的换热效率η_n。

Images