CN115875724A - 一种储热取暖器换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储热换热领域，尤其涉及一种储热取暖器换热系统，所述换热系统包括：储热模块，其包括第一液体腔室，与所述第一液体腔室相邻的第二液体腔室；传输模块，其与所述储热模块相连接，包括若干输送管；换热模块，其与所述传输模块相连接，用于为冷流体和热流体的热量交换提供封闭；温度传感模块，其用于分别获取不同位置处热流体和冷流体的温度；流量传感模块，其用于分别获取冷流体和热流体的流量；中控模块，用于获取所述第二液体腔室内热流体在换热模块的流通路径，本发明能够通过对各输送管和各流量阀的控制实现热流体换热路径的选取，最大程度的满足冷流体的换热要求。

Description

一种储热取暖器换热系统

技术领域

本发明涉及储热换热领域，尤其涉及一种储热取暖器换热系统。

背景技术

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位,在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。现有技术中，换热器容器内多是设有让热水流过的管道，由于管道内热水和容器内冷热水的温度差，会形成热交换，高温物体的热量总是向低温物体传递，以此实现将管道里水的热量交换给容器内的冷水，但是，换热器存在在换热过程中管内外流体温差较大导致管道发生变形的问题。

中国专利CN110715431B提供了一种种换热控制系统及其控制方法和装置，包括第一换热回路和第二换热回路，第一换热回路和第二换热回路通过第一换热器进行热交换；第一温度采集器用于采集空调箱回风温度；控制装置用于根据第一温度采集器所采集的回风温度，对系统中的泵和电动阀的开关状态进行调节，能够提供组合式的换热控制方案，以获得更经济的空调调节模式，但是，仍未解决在换热过程中管内外流体温差较大导致管道发生变形的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种储热取暖器换热系统，能够解决在换热过程中管内外流体温差较大导致管道发生变形的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种储热取暖器换热系统，包括：

储热模块，其包括由活动闸门分割形成的用于对经过热量交换后的热流体进行加热的第一液体腔室，与所述第一液体腔室相邻用于储存温度达到换热温度标准值的热流体的第二液体腔室；

传输模块，其与所述储热模块相连接，包括连接于若干管束中心管与所述第二液体腔室之间用于将第二液体腔室内的热流体传输至各所述管束中心管内的第一输送管，连接于管壳与第二液体腔室之间用于将第二液体腔室内的热流体传输至所述管壳内的第二输送管，以及连接于管壳与所述第一液体腔室之间用于将经过热量交换后的热流体传输至第一液体腔室内的第三输送管，其中，所述第一输送管，所述第二输送管以及所述第三输送管分别设有若干用于控制热流体流通的流量阀；

换热模块，其与所述传输模块相连接，包括与所述第二输送管相连接的用于形成热流体流通的封闭空间的所述管壳，与管壳相连接用于增加进入管壳内的热流体的管程的若干半圆形挡板，设置于管壳形成的封闭空间内用于为冷流体提供流动空间的若干管束外套管，设置于各所述管束外套管内部且与管束外套管同中心轴的用于热流体流通的各所述管束中心管；

温度传感模块，其分别与所述储热模块和所述换热模块相连接，包括若干温度传感器，各所述温度传感器分别用于获取所述第一液体腔室的热流体温度，获取所述第二液体腔室的热流体温度，获取进入所述换热模块的冷流体温度，获取自换热模块排出的冷流体温度，以及获取某一管束外套管管壁温度；

流量传感模块，其分别与所述传输模块和所述换热模块相连接，包括设置于与所述换热模块相连接的入水管管口处用于获取进入换热模块的冷流体流量的第一流量计；

中控模块，其与所述流量传感模块、所述温度传感模块以及所述传输模块分别连接，用于根据进入所述换热模块的冷流体流量获取所述第二液体腔室内热流体在换热模块的流通路径，并根据进入换热模块的冷流体温度获取各所述管束中心管内热流体的停留时间。

进一步地，所述第一流量计获取进入所述换热模块的冷流体流量q，所述中控模块根据进入换热模块的冷流体流量q获取所述第二液体腔室内热流体在换热模块的流通路径，其中，

若冷流体流量q≤q0，所述中控模块关闭设置于所述第二输送管内的第三流量阀，设置于所述第三流量阀上方的第四流量阀以及设置于所述第三输送管内的第五流量阀，中控模块开启设置于所述第一输送管内的第一流量阀和设置于所述第一流量阀上方的第二流量阀，所述第二液体腔室内热流体通过第一流量阀和所述第二流量阀沿第一输送管进入各所述管束中心管，直至进入各管束中心管的热流体总体积等于0.8×Vc时，中控模块关闭第二流量阀，第一输送管停止向各管束中心管输送热流体；

若冷流体流量q＞q0，所述中控模块根据设置于与所述换热模块相连接的入水管管壁外表面的第三温度传感器获取的冷流体温度获取所述第二液体腔室内热流体在所述换热模块的流通路径；

其中，q0为进入所述换热模块的冷流体流量标准值，Vc为各所述管束中心管的总容积。

进一步地，各所述管束中心管内热流体总体积等于0.8×Vc时，所述中控模块关闭所述第二流量阀，所述第三温度传感器获取进入所述换热模块的冷流体温度Ta，中控模块根据冷流体温度Ta获取各管束中心管内热流体的停留时间，其中，

若Ta＜T1，所述中控模块获取各所述管束中心管内热流体的停留时间t1=t0；

若T1≤Ta≤T2，所述中控模块获取各所述管束中心管内热流体的停留时间t2=t0×（1+ （Ta- T1）×（T2- Ta）/ T1²）^0.5；

若Ta＞T2，所述中控模块获取各所述管束中心管内热流体的停留时间t3=2×t0；

其中，T1为冷流体温度第一标准值，T2为冷流体温度第二标准值，t0为热流体在各所述管束中心管内的标准停留时间。

进一步地，设置于所述换热模块排水端的第四温度传感器获取自换热模块排出的冷流体温度Ta’，所述中控模块根据冷流体温度Ta’判定是否对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节，其中，

若Ta’＜Ta0，所述中控模块判定对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节，所述第二加热器对第二液体腔室内的热流体进行加热，当第二液体腔室内热流体温度由Tb0升高至Tb1时，第二加热器停止对第二液体腔室内热流体加热；

若Ta0≤Ta’≤1.2×Ta0，所述中控模块判定不对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节；

若Ta’＞1.2×Ta0，所述中控模块根据冷流体温度Ta’判定对所述第二液体腔室内热流体温度及下一次进入各管束中心管的热流体总体积进行调节；

其中，Ta0为冷流体排出所述换热模块的预设温度，Tb1=Tb0+2×（Ta0-Ta’），Tb0为所述第二液体腔室内热流体温度初始值。

进一步地，所述第四温度传感器获取自所述换热模块排出的冷流体温度Ta’高于1.2×Ta0时，所述中控模块根据冷流体温度Ta’对所述第二液体腔室内热流体温度以及下一次进入各所述管束中心管的热流体总体积进行调节，其中，

若1.2×Ta0＜Ta’≤1.35×Ta0，所述中控模块判定对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节，中控模块启动设置于第二液体腔室侧壁外表面的散热单元，所述散热单元对第二液体腔室内的热流体进行散热，当第二液体腔室内热流体温度由Tb0降低至Tb2时，中控模块停止散热单元的运行；

若1.35×Ta0＜Ta’≤1.5×Ta0，所述中控模块判定对下一次进入各所述管束中心管的热流体总体积进行调节，中控模块将下一次进入各管束中心管的热流体总体积由0.8×Vc调节至V’，使V’=0.8×Vc-Vc×（Ta’-1.35×Ta0）/ Ta0；

若Ta’＞1.5×Ta0，所述中控模块判定同时对所述第二液体腔室内热流体温度以及下一次进入各所述管束中心管的热流体总体积进行调节，中控模块启动所述散热单元，当第二液体腔室内热流体温度由Tb0降低至Tb3时，中控模块停止散热单元的运行，中控模块将下一次进入各管束中心管的热流体总体积由0.8×Vc调节至0.5×Vc；

其中，Tb2=（1-（1.5×Ta0- Ta’）/（1.2×Ta0））²×Tb0，Tb3= Tb0×（1-（Ta’-1.5×Ta0）/ Ta’）。

进一步地，所述第一流量计获取进入所述换热模块的冷流体流量q＞q1时，所述中控模块根据所述第三温度传感器获取的冷流体温度Tf获取所述第二液体腔室内热流体在换热模块的流通路径，其中，

若Tf≤T1，所述中控模块开启所述第一流量阀、所述第二流量阀、所述第三流量阀、所述第四流量阀及所述第五流量阀，所述第二液体腔室内一部分热流体通过第一流量阀和第二流量阀沿所述第一输送管进入各所述管束中心管，另一部分热流体通过第三流量阀和第四流量阀沿所述第二输送管进入所述管壳内沿各所述半圆形挡板形成的路径流通，各管束中心管内热流体与管壳内热流体通过第五流量阀沿所述第三输送管排入所述第一液体腔室；

若Tf＞T1，所述中控模块关闭所述第一流量阀和所述第二流量阀，开启所述第三流量阀、所述第四流量阀以及所述第五流量阀，所述第二液体腔室内热流体通过第三流量阀和第四流量阀沿所述第二输送管进入所述管壳内沿各所述半圆形挡板形成的路径流通，并通过第五流量阀沿所述第三输送管排入所述第一液体腔室。

进一步地，所述中控模块根据所述第一液体腔室内热流体温度Tm与设置于某一所述管束外套管外管壁表面的第五温度传感器获取的某一所述管束外套管的管壁温度Tn的对比结果判定是否对各所述管束外套管的管壁温度进行温度补偿，其中，

若Tn≤0.6×Tm，所述中控模块判定对各所述管束外套管的管壁温度进行温度补偿；

若Tn＞0.6×Tm，所述中控模块判定不对各所述管束外套管的管壁温度进行温度补偿。

进一步地，所述中控模块判定对各所述管束外套管的管壁温度进行补偿时，设置于各管束外套管两端的若干温度补偿器开始运行，中控模块根据所述第三温度传感器获取的进入所述换热模块时的冷流体温度Tα，所述第五温度传感器获取的某一所述管束外套管的管壁温度Tn’，以及设置于所述第二液体腔室底部的第二温度传感器获取的所述第二液体腔室内的热流体温度Tb’获取各所述温度补偿器对各所述管束外套管的管壁补偿温度，其中，

若| Tn’-Tα|＞| Tn’- Tb’|，所述中控模块获取各所述温度补偿器对各所述管束外套管的管壁补偿温度Tu1=min{ Tn’+ Tn’×（1-| Tn’- Tb’|/| Tn’-Tα|）, 0.6×Tm }；

若| Tn’-Tα|≤| Tn’- Tb’|，所述中控模块获取各所述温度补偿器对各所述管束外套管的管壁补偿温度Tu2=0.75×Tm；

其中，min{ Tn’+ Tn’×（1-| Tn’- Tb’|/| Tn’-Tα|）, 0.6×Tm }表示在Tn’+Tn’×（1-| Tn’- Tb’|/| Tn’-Tα|）与0.6×Tm之间取最小值。

进一步地，所述中控模块根据所述第三温度传感器获取的冷流体温度Tf获取热流体在各所述管束中心管内的总流量Q1以及热流体在所述管壳内的流量Q2，其中，

若Tf≤0.6×T1，所述中控模块获取热流体在各所述管束中心管内的总流量Q1=q’×（1+（0.6×T1-Tf）/0.6×T1），并获取热流体在所述管壳内的流量Q2=1.5×Q1；

若0.6×T1＜Tf≤T1，所述中控模块获取热流体在各所述管束中心管内的总流量Q1=0.8×q’×（1-（Tf-0.6×T1）×（T1- Tf）/ Tf²），并获取热流体在所述管壳内的流量Q2=1.2× Q1；

若Tf＞T1，所述中控模块获取热流体在所述管壳内的流量Q2=0.8× q’ ×（1-T1/Tf）；

其中，q’为所述第一流量计获取的进入所述换热模块的冷流体流量。

进一步地，所述第四温度传感器获取自所述换热模块排出的冷流体温度Tf’，所述中控模块根据冷流体温度Tf’判定是否对所述第二液体腔室内的热流体温度进行调节，其中，

若Tf’＜0.9×Ta0，所述中控模块判定对所述第二液体腔室内的热流体温度进行调节，所述第二加热器对第二液体腔室内的热流体进行加热，当第二液体腔室内热流体温度由Tg0升高至Tg1时，第二加热器停止对第二液体腔室内热流体加热；

若Tf’≥0.9×Ta0，所述中控模块判定不对所述第二液体腔室内的热流体温度进行调节；

其中，Ta0为冷流体排出所述换热模块的预设温度，Tg1=Tb0+2×Ta0-Tf’，Tb0为所述第二液体腔室内热流体温度标准初始值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置储热模块，能够将温度满足换热要求的热流体与经过热量交换后温度不满足换热要求的热流体进行分隔，能够节省加热器的功率，且使进入换热模块的热流体温度维持在一个合理稳定的范围，本发明通过设置传输模块，能够通过对各输送管和各流量阀的控制实现热流体换热路径的选取，使所述换热系统更加合理，能够最大程度的满足冷流体的换热要求，本发明通过设置换热模块，能够使热流体与冷流体的热量进行充分交换，且通过设置管束中心管以及管束外套管两端的温度补偿器能够避免管束外套管的弯曲变形，进而保证换热系统的使用寿命。

尤其，本发明根据进入换热模块的冷流体流量初步获取热流体在换热模块的流通路径，其中，热流体在管束中心管中流通路径为直线，且当冷流体进入换热模块进行换热时，在管束中心管的热流体为静止状态，能够减小热流体交换给冷流体的热量额外损耗的热量，且当进入换热模块的冷流体流量较小时，选取管束中心管作为热流体的流通路径能够减小相变材料的使用量，进而减小对经过热量交换后的热流体进行加热的热功率，实现节能环保。

尤其，本发明根据冷流体进入管束外套管前的温度获取热流体在管束中心管的停留时间，当冷流体温度较低时，热流体需要交换给冷流体的热量较多，中控模块选取较短的热流体停留时间能够保证及时更换拥有足够热量的热流体在管束中心管内，进而保证冷流体能够获取足够的热量以满足换热要求，当冷流体温度较高时，热流体需要交换给冷流体的温度较少，中控模块选取较长的热流体停留时间能够使热流体内热量被充分交换，减少热流体流动次数能够减少额外的热量损耗。

尤其，本发明根据冷流体排出换热模块的预设温度与自换热模块排出的冷流体温度的对比结果对进入管束中心管的热流体温度进行调节，当自换热模块排出的冷流体温度较低时，通过提高进入管束中心管的热流体温度加快冷流体与热流体间热量交换的速度，使冷流体能够在排出换热模块前达到冷流体排出换热模块的预设温度，进而满足冷流体的换热要求。

尤其，当自换热模块排出的冷流体温度较高时，通过降低进入各管束中心管的热流体温度可以较小幅度减小热流体携带的热量，进而减小热流体交换给冷流体的热量；当自换热模块排出的冷流体温度过高时，只降低进入各所述管束中心管的热流体温度仍不足以使自换热模块排出的冷流体温度满足换热要求，中控模块在降低进入各管束中心管的热流体温度的同时减小进入各管束中心管的热流体总体积，能够大幅度减小热流体携带的热量，进而控制排出换热模块的冷流体的温度。

尤其，当进入换热模块的冷流体流量较大时，本发明换热模块需要在较短时间内完成对冷流体的换热，本发明通过对热流体在换热模块的流通路径的选取实现短时间内对冷流体的热量交换，当冷流体流量较大而温度高于冷流体温度第一标准值时，通过挡板增加热流体的湍动程度来提高热量交换的速度，当冷流体流量较大而温度低于冷流体温度第一标准值时，通过管束中心管内的热流体和管束外套管外部，即管壳内的热流体共同对冷流体进行交换，进而使排出换热模块的冷流体温度满足换热要求。

尤其，由于管束外套管内冷流体流通，热流体在管壳内流通时会对各管束外套管进行冲击，管束外套管管壁内外会形成较大温差，进而使管束外套管管壁处产生较大的应力使各管束外套管发生弯曲变形，通过对各管束外套管的管壁进行温度补偿能够减小温差，避免破坏各管束外套管，同时，对各管束外套管管壁进行温度补偿也能将部分管壁的部分热量传递给冷流体。

尤其，本发明获取冷流体温度与管束外套管管壁的温度差，并获取热流体温度与管束外套管管壁的温度差，通过两个温度差的对比结果可以初步判定在对管束外套管管壁进行温度补偿前的各管束外套管管壁内外热应力分布情况，当冷流体温度与管束外套管管壁的温度差大于热流体温度与管束外套管管壁的温度差时，选取较小的温度补偿值能够避免管壁内外因短时间内温差较大发生变形；当冷流体温度与管束外套管管壁的温度差小于热流体温度与管束外套管管壁的温度差时，选取较大的温度补偿值能够避免管壁与热流体之间温差较大而导致管束外套管结构破坏。

尤其，本发明根据冷流体温度获取热流体在换热模块内不同流通路径内的流量，当冷流体流量较大时，通过换热模块的时间较短，单位时间内需要换取的热量更多，为避免热流体在热量交换时出现热量不足的情况，通过对各流通路径的热流体进行循环流通能够保证满足冷流体的换热要求，此外，通过热流体流动时的湍动能也能转换为部分热量传递给冷流体。

尤其，本发明根据冷流体排出换热模块的预设温度与自换热模块排出的冷流体温度的对比结果对冷流体温度是否满足换热要求进行判定，当冷流体温度小于冷流体排出换热模块的预设温度时，通过对进入管束中心管的热流体温度进行调节，能够提高进入管束中心管的热流体温度加快冷流体与热流体间热量交换的速度，且能够提高单位时间内热量的交换量，进而使冷流体能够在排出换热模块前达到冷流体排出换热模块的预设温度。

附图说明

图1为发明实施例储热取暖器换热系统示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明实施例储热取暖器换热系统示意图，所述储热取暖器换热系统包括第一液体腔室1，与第一液体腔室相邻的第二液体腔室2，第一液体腔室与第二液体腔室通过活动闸门3分隔，第一液体腔室底部设置有用于对第一液体腔室内的热流体进行加热的第一加热器4，第一加热器旁边设置有用于获取第一液体腔室内的热流体温度的第一温度传感器5，第二液体腔室底部设置有用于对第二液体腔室内的热流体进行保温加热的第二加热器6，第二加热器旁边设置有用于获取第二液体腔室内的热流体温度的第二温度传感器7，第二液体腔室侧壁设有用于帮助第二液体腔室内的热流体散热的散热单元8，第二液体腔室还连接有用于将热流体传输至各管束中心管的第一输送管9，第一输送管靠近第一液体腔室的端部处设有第一流量阀10，第一流量阀上方设有用于获取热流体在第一输送管内流量的第二流量计11，第二流量计上方设有第二流量阀12，与第一输送管并列设置有用于将热流体传输至管壳内的第二输送管13，第二输送管靠近第二液体腔室的端部设置有第三流量阀14，第三流量阀上方设置有用于获取热流体在第二输送管内流量的第三流量计15，第三流量计上方设置有用于控制热流体流量的第四流量阀16，第一输送管与第二输送管分别与管壳17连接，管壳内壁连接有若干半圆形挡板18，半圆形挡板用于增加热流体的管程以使热流体的热量得到充分交换，半圆形挡板中部设置有若干用于冷流体流通的管束外套管19，各管束外套管内分别设有用于热流体流通的管束中心管20，其中，某一管束外套管外壁设有用于获取管束外套管管壁温度的第五温度传感器21，管束外套管两端设有若干用于阻断冷流体且能够对管束外套管外壁进行温度补偿的温度补偿器22，管壳一端连接有冷流体入水管28，冷流体入水管设置有第一流量计25，冷流体入水管上方设有用于获取冷流体温度的第三温度传感器26，管壳另一端连接有冷流体出水管29，冷流体出水管外壁表面设置有第四温度传感器27，管壳还连接有第三输送管23，第三输送管设置有用于控制热流体流通的第五流量阀24，其中，第一流量计、第二流量计及第三流量计能够获取流体的实时流量，并能获取流体在一段时间后通过该流量计的累计体积。

具体而言，在本发明实施例中，冷流体沿管束外套管与管束中心管之间的空间流动，当第二液体腔室内的热流体沿第一输送管进入管束中心管时，热流体与冷流体通过管束中心管管壁实现热量交换，当热流体沿第二输送管进入管壳内时，热流体与冷流体通过管束外套管管壁实现热量交换，当热流体完成热量交换沿第三输送管进入第一液体腔室时，第一加热器对第一液体腔室内的热流体进行加热，使其达到换热温度标准值，然后活动闸门打开，第一液体腔室内的热流体进入第二液体腔室。

具体而言，本发明通过设置储热模块，能够将温度满足换热要求的热流体与经过热量交换后温度不满足换热要求的热流体进行分隔，能够节省加热器的功率，且使进入换热模块的热流体温度维持在一个合理稳定的范围，本发明通过设置传输模块，能够通过对各输送管和各流量阀的控制实现热流体换热路径的选取，使所述换热系统更加合理，能够最大程度的满足冷流体的换热要求，本发明通过设置换热模块，能够使热流体与冷流体的热量进行充分交换，且通过设置管束中心管以及管束外套管两端的温度补偿器能够避免管束外套管的弯曲变形，进而保证换热系统的使用寿命。

所述第一流量计获取进入所述换热模块的冷流体流量q，所述中控模块根据进入换热模块的冷流体流量q获取所述第二液体腔室内热流体在换热模块的流通路径，其中，

若冷流体流量q≤q0，所述中控模块关闭设置于所述第二输送管内的第三流量阀，设置于所述第三流量阀上方的第四流量阀以及设置于第三输送管内的第五流量阀，中控模块开启设置于所述第一输送管内的第一流量阀和设置于所述第一流量阀上方的第二流量阀，所述第二液体腔室内热流体通过第一流量阀和所述第二流量阀沿第一输送管进入各所述管束中心管，直至进入各管束中心管的热流体总体积等于0.8×Vc时，中控模块关闭第二流量阀，所述第一输送管停止向各管束中心管输送热流体；

若冷流体流量q＞q0，所述中控模块根据所述第三温度传感器获取的冷流体温度获取所述第二液体腔室内热流体在所述换热模块的流通路径；

其中，q0为进入所述换热模块的冷流体流量标准值，Vc为各所述管束中心管的总容积。

具体而言，本发明第二流量计能够同时测得进入各管束中心管的热流体流量和进入各管束中心管的热流体体积。

具体而言，本发明根据进入换热模块的冷流体流量初步获取热流体在换热模块的流通路径，其中，热流体在管束中心管中流通路径为直线，且当冷流体进入换热模块进行换热时，在管束中心管的热流体为静止状态，能够减小热流体交换给冷流体的热量额外损耗的热量，且当进入换热模块的冷流体流量较小时，选取管束中心管作为热流体的流通路径能够减小相变材料的使用量，进而减小对经过热量交换后的热流体进行加热的热功率，实现节能环保。

各所述管束中心管内热流体总体积等于0.8×Vc时，所述中控模块关闭所述第二流量阀，所述第三温度传感器获取进入所述换热模块的冷流体温度Ta，中控模块根据冷流体温度Ta获取各所述管束中心管内热流体的停留时间，其中，

若Ta＜T1，所述中控模块获取各所述管束中心管内热流体的停留时间t1=t0；

若T1≤Ta≤T2，所述中控模块获取各所述各管束中心管内热流体的停留时间t2=t0×（1+ （Ta- T1）×（T2- Ta）/ T1²）^0.5；

若Ta＞T2，所述中控模块获取各所述管束中心管内热流体的停留时间t3=2×t0；

其中，T1为冷流体温度第一标准值，T2为冷流体温度第二标准值，t0为热流体在各所述管束中心管内的标准停留时间。

具体而言，当停留在各管束中心管内的热流体达到停留时间时，中控模块开启第五流量阀，各管束中心管内的热流体通过第五流量阀沿第三输送管进入第一液体腔室。

具体而言，本发明根据冷流体进入管束外套管前的温度获取热流体在管束中心管的停留时间，当冷流体温度较低时，热流体需要交换给冷流体的热量较多，中控模块选取较短的热流体停留时间能够保证及时更换拥有足够热量的热流体在管束中心管内，进而保证冷流体能够获取足够的热量以满足换热要求，当冷流体温度较高时，热流体需要交换给冷流体的温度较少，中控模块选取较长的热流体停留时间能够使热流体内热量被充分交换，减少热流体流动次数能够减少额外的热量损耗。

所述第四温度传感器获取自所述换热模块排出的冷流体温度Ta’，所述中控模块根据冷流体温度Ta’判定是否对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节，其中，

若Ta’＜Ta0，所述中控模块判定对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节，所述第二加热器对所述第二液体腔室内的热流体进行加热，当第二液体腔室内热流体温度由Tb0升高至Tb1时，第二加热器停止对第二液体腔室内热流体加热；

若Ta0≤Ta’≤1.2×Ta0，所述中控模块判定不对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节；

若Ta’＞1.2×Ta0，所述中控模块根据冷流体温度Ta’判定对所述第二液体腔室内热流体温度及下一次进入各管束中心管的热流体总体积进行调节；

其中，Ta0为冷流体排出所述换热模块的预设温度，Tb1=Tb0+2×（Ta0-Ta’），Tb0为所述第二液体腔室内热流体温度初始值。

具体而言，本发明根据冷流体排出换热模块的预设温度与自换热模块排出的冷流体温度的对比结果对进入管束中心管的热流体温度进行调节，当自换热模块排出的冷流体温度较低时，通过提高进入管束中心管的热流体温度加快冷流体与热流体间热量交换的速度，使冷流体能够在排出换热模块前达到冷流体排出换热模块的预设温度，进而满足冷流体的换热要求。

所述第四温度传感器获取自所述换热模块排出的冷流体温度Ta’高于1.2×Ta0时，所述中控模块根据冷流体温度Ta’对所述第二液体腔室内热流体温度以及下一次进入各管束中心管的热流体总体积进行调节，其中，

若1.2×Ta0＜Ta’≤1.35×Ta0，所述中控模块判定对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节，中控模块启动设置于第二液体腔室侧壁外表面的散热单元，所述散热单元对第二液体腔室内的热流体进行散热，当第二液体腔室内热流体温度由Tb0降低至Tb2时，中控模块停止散热单元的运行；

若1.35×Ta0＜Ta’≤1.5×Ta0，所述中控模块判定对下一次进入各所述管束中心管的热流体总体积进行调节，中控模块将下一次进入各管束中心管的热流体总体积由0.8×Vc调节至V’，使V’=0.8×Vc-Vc×（Ta’-1.35×Ta0）/ Ta0；

若Ta’＞1.5×Ta0，所述中控模块判定同时对所述第二液体腔室内热流体温度以及下一次进入各所述管束中心管的热流体总体积进行调节，中控模块启动所述散热单元，当第二液体腔室内热流体温度由Tb0降低至Tb3时，中控模块停止散热单元的运行，中控模块将下一次进入各管束中心管的热流体总体积由0.8×Vc调节至0.5×Vc；

其中，Tb2=（1-（1.5×Ta0- Ta’）/（1.2×Ta0））²×Tb0，Tb3= Tb0×（1-（Ta’-1.5×Ta0）/ Ta’）。

具体而言，当自换热模块排出的冷流体温度较高时，通过降低进入各管束中心管的热流体温度可以较小幅度减小热流体携带的热量，进而减小热流体交换给冷流体的热量；当自换热模块排出的冷流体温度过高时，只降低进入各所述管束中心管的热流体温度仍不足以使自换热模块排出的冷流体温度满足换热要求，中控模块在降低进入各管束中心管的热流体温度的同时减小进入各管束中心管的热流体总体积，能够大幅度减小热流体携带的热量，进而控制排出换热模块的冷流体的温度。

所述第一流量计获取进入所述换热模块的冷流体流量q＞q1时，所述中控模块根据所述第三温度传感器获取的冷流体温度Tf获取所述第二液体腔室内热流体在所述换热模块的流通路径，其中，

若Tf≤T1，所述中控模块开启所述第一流量阀、所述第二流量阀、所述第三流量阀、所述第四流量阀及所述第五流量阀，所述第二液体腔室内一部分热流体通过第一流量阀和第二流量阀沿所述第一输送管进入各所述管束中心管，另一部分热流体通过第三流量阀和第四流量阀沿所述第二输送管进入所述管壳内沿各所述半圆形挡板形成的路径流通，各管束中心管内热流体与管壳内热流体通过第五流量阀所述沿第三输送管排入所述第一液体腔室；

若Tf＞T1，所述中控模块关闭所述第一流量阀和所述第二流量阀，开启所述第三流量阀、所述第四流量阀以及所述第五流量阀，所述第二液体腔室内热流体通过第三流量阀和第四流量阀沿所述第二输送管进入所述管壳内沿各所述半圆形挡板形成的路径流通，并通过第五流量阀沿所述第三输送管排入所述第一液体腔室。

具体而言，当进入换热模块的冷流体流量较大时，本发明换热模块需要在较短时间内完成对冷流体的换热，本发明通过对热流体在换热模块的流通路径的选取实现短时间内对冷流体的热量交换，当冷流体流量较大而温度高于冷流体温度第一标准值时，通过挡板增加热流体的湍动程度来提高热量交换的速度，当冷流体流量较大而温度低于冷流体温度第一标准值时，通过管束中心管内的热流体和管束外套管外部，即管壳内的热流体共同对冷流体进行交换，进而使排出换热模块的冷流体温度满足换热要求。

所述中控模块根据所述第一液体腔室内热流体温度Tm与所述第五温度传感器获取的某一所述管束外套管的管壁温度Tn的对比结果判定是否对各所述管束外套管的管壁温度进行温度补偿，其中，

若Tn≤0.6×Tm，所述中控模块判定对各所述管束外套管的管壁温度进行温度补偿；

若Tn＞0.6×Tm，所述中控模块判定不对各所述管束外套管的管壁温度进行温度补偿。

具体而言，由于管束外套管内冷流体流通，热流体在管壳内流通时会对各管束外套管进行冲击，管束外套管管壁内外会形成较大温差，进而使管束外套管管壁处产生较大的应力使各管束外套管发生弯曲变形，通过对各管束外套管的管壁进行温度补偿能够减小温差，避免破坏各管束外套管，同时，对各管束外套管管壁进行温度补偿也能将部分管壁的部分热量传递给冷流体。

所述中控模块判定对各所述管束外套管的管壁温度进行补偿时，各所述温度补偿器开始运行，中控模块根据所述第三温度传感器获取的进入所述换热模块时的冷流体温度Tα，所述第五温度传感器获取的某一所述管束外套管的管壁温度Tn’，以及所述第二温度传感器获取的所述第二液体腔室内的热流体温度Tb’获取各温度补偿器对各所述管束外套管的管壁补偿温度，其中，

若| Tn’-Tα|＞| Tn’- Tb’|，所述中控模块获取各所述温度补偿器对各所述管束外套管的管壁补偿温度Tu1=min{ Tn’+ Tn’×（1-| Tn’- Tb’|/| Tn’-Tα|）, 0.6×Tm }；

若| Tn’-Tα|≤| Tn’- Tb’|，所述中控模块获取各所述温度补偿器对各所述管束外套管的管壁补偿温度Tu2=0.75×Tm；

其中，min{ Tn’+ Tn’×（1-| Tn’- Tb’|/| Tn’-Tα|）, 0.6×Tm }表示在Tn’+Tn’×（1-| Tn’- Tb’|/| Tn’-Tα|）与0.6×Tm之间取最小值。

具体而言，本发明获取冷流体温度与管束外套管管壁的温度差，并获取热流体温度与管束外套管管壁的温度差，通过两个温度差的对比结果可以初步判定在对管束外套管管壁进行温度补偿前的各管束外套管管壁内外热应力分布情况，当冷流体温度与管束外套管管壁的温度差大于热流体温度与管束外套管管壁的温度差时，选取较小的温度补偿值能够避免管壁内外因短时间内温差较大发生变形；当冷流体温度与管束外套管管壁的温度差小于热流体温度与管束外套管管壁的温度差时，选取较大的温度补偿值能够避免管壁与热流体之间温差较大而导致管束外套管结构破坏。

所述中控模块根据所述第三温度传感器获取的冷流体温度Tf获取热流体在各所述管束中心管内的总流量Q1以及热流体在所述管壳内的流量Q2，其中，

若Tf≤0.6×T1，所述中控模块获取热流体在各所述管束中心管内的总流量Q1=q’×（1+（0.6×T1-Tf）/0.6×T1），并获取热流体在所述管壳内的流量Q2=1.5× Q1；

若0.6×T1＜Tf≤T1，所述中控模块获取热流体在各所述管束中心管内的总流量Q1=0.8×q’ ×（1-（Tf-0.6×T1）×（T1- Tf）/ Tf²），并获取热流体在所述管壳内的流量Q2=1.2× Q1；

若Tf＞T1，所述中控模块获取热流体在所述管壳内的流量Q2=0.8×q’ ×（1-T1/Tf）；

其中，q’为所述第一流量计获取的进入所述换热模块的冷流体流量。

具体而言，本发明根据冷流体温度获取热流体在换热模块内不同流通路径内的流量，当冷流体流量较大时，通过换热模块的时间较短，单位时间内需要换取的热量更多，为避免热流体在热量交换时出现热量不足的情况，通过对各流通路径的热流体进行循环流通能够保证满足冷流体的换热要求，此外，通过热流体流动时的湍动能也能转换为部分热量传递给冷流体。

所述第四温度传感器获取自所述换热模块排出的冷流体温度Tf’，所述中控模块根据冷流体温度Tf’判定是否对所述第二液体腔室内的热流体温度进行调节，其中，

若Tf’＜0.9×Ta0，所述中控模块判定对所述第二液体腔室内的热流体温度进行调节，所述第二加热器对所述第二液体腔室内的热流体进行加热，当第二液体腔室内热流体温度由Tg0升高至Tg1时，第二加热器停止对第二液体腔室内热流体加热；

若Tf’≥0.9×Ta0，所述中控模块判定不对所述第二液体腔室内的热流体温度进行调节；

其中，Ta0为冷流体排出所述换热模块的预设温度，Tg1=Tb0+2×Ta0-Tf’，Tb0为所述第二液体腔室内热流体温度标准初始值。

具体而言，本发明根据冷流体排出换热模块的预设温度与自换热模块排出的冷流体温度的对比结果对冷流体温度是否满足换热要求进行判定，当冷流体温度小于冷流体排出换热模块的预设温度时，通过对进入管束中心管的热流体温度进行调节，能够提高进入管束中心管的热流体温度加快冷流体与热流体间热量交换的速度，且能够提高单位时间内热量的交换量，进而使冷流体能够在排出换热模块前达到冷流体排出换热模块的预设温度。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储热取暖器换热系统，其特征在于，包括：

储热模块，其包括由活动闸门分割形成的用于对经过热量交换后的热流体进行加热的第一液体腔室，与所述第一液体腔室相邻用于储存温度达到换热温度标准值的热流体的第二液体腔室；

传输模块，其与所述储热模块相连接，包括连接于若干管束中心管与所述第二液体腔室之间用于将第二液体腔室内的热流体传输至各所述管束中心管内的第一输送管，连接于管壳与第二液体腔室之间用于将第二液体腔室内的热流体传输至所述管壳内的第二输送管，以及连接于管壳与所述第一液体腔室之间用于将经过热量交换后的热流体传输至第一液体腔室内的第三输送管；

换热模块，其与所述传输模块相连接，包括与所述第二输送管相连接的用于形成热流体流通的封闭空间的所述管壳，与管壳相连接用于增加进入管壳内的热流体的管程的若干半圆形挡板，设置于管壳形成的封闭空间内用于为冷流体提供流动空间的若干管束外套管，设置于各所述管束外套管内部且与管束外套管同中心轴的用于热流体流通的各所述管束中心管；

温度传感模块，其分别与所述储热模块和所述换热模块相连接，包括若干温度传感器，各所述温度传感器分别用于获取所述第一液体腔室的热流体温度，获取所述第二液体腔室的热流体温度，获取进入所述换热模块的冷流体温度，获取自换热模块排出的冷流体温度，以及获取某一管束外套管管壁温度；

流量传感模块，其分别与所述传输模块和所述换热模块相连接，包括设置于与所述换热模块相连接的入水管管口处用于获取进入换热模块的冷流体流量的第一流量计；

中控模块，其与所述流量传感模块、所述温度传感模块以及所述传输模块分别连接，用于根据进入所述换热模块的冷流体流量获取所述第二液体腔室内热流体在换热模块的流通路径，并根据进入换热模块的冷流体温度获取各所述管束中心管内热流体的停留时间。

2.根据权利要求1所述的储热取暖器换热系统，其特征在于，所述第一流量计获取进入所述换热模块的冷流体流量q，所述中控模块根据进入换热模块的冷流体流量q获取所述第二液体腔室内热流体在换热模块的流通路径，其中，

若冷流体流量q≤q0，所述中控模块关闭设置于所述第二输送管内的第三流量阀，设置于所述第三流量阀上方的第四流量阀以及设置于所述第三输送管内的第五流量阀，中控模块开启设置于所述第一输送管内的第一流量阀和设置于所述第一流量阀上方的第二流量阀，所述第二液体腔室内热流体通过第一流量阀和所述第二流量阀沿第一输送管进入各所述管束中心管，直至进入各管束中心管的热流体总体积等于0.8×Vc时，中控模块关闭第二流量阀，第一输送管停止向各管束中心管输送热流体；

若冷流体流量q＞q0，所述中控模块根据设置于与所述换热模块相连接的入水管管壁外表面的第三温度传感器获取的冷流体温度获取所述第二液体腔室内热流体在所述换热模块的流通路径；

其中，q0为进入所述换热模块的冷流体流量标准值，Vc为各所述管束中心管的总容积。

3.根据权利要求2所述的储热取暖器换热系统，其特征在于，各所述管束中心管内热流体总体积等于0.8×Vc时，所述中控模块关闭所述第二流量阀，所述第三温度传感器获取进入所述换热模块的冷流体温度Ta，中控模块根据冷流体温度Ta获取各管束中心管内热流体的停留时间，其中，

若Ta＜T1，所述中控模块获取各所述管束中心管内热流体的停留时间t1=t0；

若T1≤Ta≤T2，所述中控模块获取各所述管束中心管内热流体的停留时间t2=t0×（1+（Ta- T1）×（T2- Ta）/ T1²）^0.5；

若Ta＞T2，所述中控模块获取各所述管束中心管内热流体的停留时间t3=2×t0；

其中，T1为冷流体温度第一标准值，T2为冷流体温度第二标准值，t0为热流体在各所述管束中心管内的标准停留时间。

4.根据权利要求3所述的储热取暖器换热系统，其特征在于，所述第二液体腔室底部设置有用于对第二液体腔室内的热流体进行保温加热的第二加热器，设置于所述换热模块排水端的第四温度传感器获取自换热模块排出的冷流体温度Ta’，所述中控模块根据冷流体温度Ta’判定是否对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节，其中，

若Ta’＜Ta0，所述中控模块判定对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节，所述第二加热器对第二液体腔室内的热流体进行加热，当第二液体腔室内热流体温度由Tb0升高至Tb1时，第二加热器停止对第二液体腔室内热流体加热；

若Ta0≤Ta’≤1.2×Ta0，所述中控模块判定不对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节；

若Ta’＞1.2×Ta0，所述中控模块根据冷流体温度Ta’判定对所述第二液体腔室内热流体温度及下一次进入各管束中心管的热流体总体积进行调节；

其中，Ta0为冷流体排出所述换热模块的预设温度，Tb1=Tb0+2×（Ta0-Ta’），Tb0为所述第二液体腔室内热流体温度初始值。

5.根据权利要求4所述的储热取暖器换热系统，其特征在于，所述第四温度传感器获取自所述换热模块排出的冷流体温度Ta’高于1.2×Ta0时，所述中控模块根据冷流体温度Ta’对所述第二液体腔室内热流体温度以及下一次进入各所述管束中心管的热流体总体积进行调节，其中，

若1.2×Ta0＜Ta’≤1.35×Ta0，所述中控模块判定对所述第二液体腔室内热流体温度进行调节，中控模块启动设置于第二液体腔室侧壁外表面的散热单元，所述散热单元对第二液体腔室内的热流体进行散热，当第二液体腔室内热流体温度由Tb0降低至Tb2时，中控模块停止散热单元的运行；

若1.35×Ta0＜Ta’≤1.5×Ta0，所述中控模块判定对下一次进入各所述管束中心管的热流体总体积进行调节，中控模块将下一次进入各管束中心管的热流体总体积由0.8×Vc调节至V’，使V’=0.8×Vc-Vc×（Ta’-1.35×Ta0）/ Ta0；

若Ta’＞1.5×Ta0，所述中控模块判定同时对所述第二液体腔室内热流体温度以及下一次进入各所述管束中心管的热流体总体积进行调节，中控模块启动所述散热单元，当第二液体腔室内热流体温度由Tb0降低至Tb3时，中控模块停止散热单元的运行，中控模块将下一次进入各管束中心管的热流体总体积由0.8×Vc调节至0.5×Vc；

其中，Tb2=（1-（1.5×Ta0- Ta’）/（1.2×Ta0））²×Tb0，Tb3= Tb0×（1-（Ta’-1.5×Ta0）/ Ta’）。

6.根据权利要求5所述的储热取暖器换热系统，其特征在于，所述第一流量计获取进入所述换热模块的冷流体流量q＞q1时，所述中控模块根据所述第三温度传感器获取的冷流体温度Tf获取所述第二液体腔室内热流体在换热模块的流通路径，其中，

若Tf≤T1，所述中控模块开启所述第一流量阀、所述第二流量阀、所述第三流量阀、所述第四流量阀及所述第五流量阀，所述第二液体腔室内一部分热流体通过第一流量阀和第二流量阀沿所述第一输送管进入各所述管束中心管，另一部分热流体通过第三流量阀和第四流量阀沿所述第二输送管进入所述管壳内沿各所述半圆形挡板形成的路径流通，各管束中心管内热流体与管壳内热流体通过第五流量阀沿所述第三输送管排入所述第一液体腔室；

若Tf＞T1，所述中控模块关闭所述第一流量阀和所述第二流量阀，开启所述第三流量阀、所述第四流量阀以及所述第五流量阀，所述第二液体腔室内热流体通过第三流量阀和第四流量阀沿所述第二输送管进入所述管壳内沿各所述半圆形挡板形成的路径流通，并通过第五流量阀沿所述第三输送管排入所述第一液体腔室。

7.根据权利要求6所述的储热取暖器换热系统，其特征在于，所述中控模块根据所述第一液体腔室内热流体温度Tm与设置于某一所述管束外套管外管壁表面的第五温度传感器获取的某一所述管束外套管的管壁温度Tn的对比结果判定是否对各所述管束外套管的管壁温度进行温度补偿，其中，

若Tn≤0.6×Tm，所述中控模块判定对各所述管束外套管的管壁温度进行温度补偿；

若Tn＞0.6×Tm，所述中控模块判定不对各所述管束外套管的管壁温度进行温度补偿。

8.根据权利要求7所述的储热取暖器换热系统，其特征在于，所述中控模块判定对各所述管束外套管的管壁温度进行补偿时，设置于各管束外套管两端的若干温度补偿器开始运行，中控模块根据所述第三温度传感器获取的进入所述换热模块时的冷流体温度Tα，所述第五温度传感器获取的某一所述管束外套管的管壁温度Tn’，以及设置于所述第二液体腔室底部的第二温度传感器获取的所述第二液体腔室内的热流体温度Tb’获取各所述温度补偿器对各所述管束外套管的管壁补偿温度，其中，

若| Tn’-Tα|＞| Tn’- Tb’|，所述中控模块获取各所述温度补偿器对各所述管束外套管的管壁补偿温度Tu1=min{ Tn’+ Tn’×（1-| Tn’- Tb’|/| Tn’-Tα|）, 0.6×Tm }；

若| Tn’-Tα|≤| Tn’- Tb’|，所述中控模块获取各所述温度补偿器对各所述管束外套管的管壁补偿温度Tu2=0.75×Tm；

其中，min{ Tn’+ Tn’×（1-| Tn’- Tb’|/| Tn’-Tα|）, 0.6×Tm }表示在Tn’+ Tn’×（1-| Tn’- Tb’|/| Tn’-Tα|）与0.6×Tm之间取最小值。

9.根据权利要求8所述的储热取暖器换热系统，其特征在于，所述中控模块根据所述第三温度传感器获取的冷流体温度Tf获取热流体在各所述管束中心管内的总流量Q1以及热流体在所述管壳内的流量Q2，其中，

若Tf≤0.6×T1，所述中控模块获取热流体在各所述管束中心管内的总流量Q1=q’ ×（1+（0.6×T1-Tf）/0.6×T1），并获取热流体在所述管壳内的流量Q2=1.5× Q1；

若0.6×T1＜Tf≤T1，所述中控模块获取热流体在各所述管束中心管内的总流量Q1=0.8×q’ ×（1-（Tf-0.6×T1）×（T1- Tf）/ Tf²），并获取热流体在所述管壳内的流量Q2=1.2×Q1；

若Tf＞T1，所述中控模块获取热流体在所述管壳内的流量Q2=0.8× q’ ×（1-T1/Tf）；

其中，q’为所述第一流量计获取的进入所述换热模块的冷流体流量。

10.根据权利要求9所述的储热取暖器换热系统，其特征在于，所述第四温度传感器获取自所述换热模块排出的冷流体温度Tf’，所述中控模块根据冷流体温度Tf’判定是否对所述第二液体腔室内的热流体温度进行调节，其中，

若Tf’＜0.9×Ta0，所述中控模块判定对所述第二液体腔室内的热流体温度进行调节，所述第二加热器对第二液体腔室内的热流体进行加热，当第二液体腔室内热流体温度由Tg0升高至Tg1时，第二加热器停止对第二液体腔室内热流体加热；

若Tf’≥0.9×Ta0，所述中控模块判定不对所述第二液体腔室内的热流体温度进行调节；

其中，Ta0为冷流体排出所述换热模块的预设温度，Tg1=Tb0+2×Ta0-Tf’，Tb0为所述第二液体腔室内热流体温度标准初始值。

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