CN212777953U - 一种智能低温流体电加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能低温流体电加热系统，属于低温流体加热的技术领域，包括电加热换热器，还包括PLC控制器，所述电加热换热器的进口管路和出口管路上均设置有自动调节阀、压力变送器和温度变送器，电加热换热器内设有加热组件，且电加热换热器的内部填充有换热介质并通过加热组件加热；各所述自动调节阀、压力变送器、温度变送器和加热组件分别与所述PLC控制器电性连接，以达到能够实现加热系统在无人化操作的情况下智能化运行的目的。

Description

一种智能低温流体电加热系统

技术领域

本实用新型属于低温流体加热的技术领域，具体而言，涉及一种智能低温流体电加热系统。

背景技术

低温流体，通常是指其沸点低于120开尔文(缩写K)，即约零下153摄氏度，的流体。低温流体加热与常规的流体加热不同的是：一方面必须要严格控制加热量，加热器提供的热量与低温流体吸收的热量必须是精确计算的；另一方面加热必须均匀，否则容易出现低温流体气化，引发压力超压的危险。

现有的低温流体加热设备主要用于车载、船舶、潜水器等氢氧燃料电池的燃气供给、车载LNG燃气发动机燃气供给以及小流量低温流体工业用气装置等。其主要存在以下问题：

(1)需要人工操控，以确保出口的温度需求；

(2)超低温介质进入换热器后易出现结冰现象，无法在超低温介质(-253℃～90℃)的工况下运行；

(3)加热设备在运行中需要人力监控多个参数以确保稳定运行，缺乏智能化控制。

实用新型内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种智能低温流体电加热系统以达到能够实现加热系统在无人化操作的情况下智能化运行的目的。

本实用新型所采用的技术方案为：一种智能低温流体电加热系统，包括电加热换热器，还包括PLC控制器，所述电加热换热器的进口管路和出口管路上均设置有自动调节阀、压力变送器和温度变送器，电加热换热器内设有加热组件，且电加热换热器的内部填充有换热介质并通过加热组件加热；各所述自动调节阀、压力变送器、温度变送器和加热组件分别与所述PLC控制器电性连接。

进一步地，还包括设于电加热换热器上的液位计和与该电加热器内部相通的进水口管路，所述进水口管路上设有自动调节阀，自动调节阀和液位计分别与所述PLC控制器电连接，以通过液位计对电加热换热器内部的换热介质液位进行实时监测，以对其内部的换热介质进行实时补充。

进一步地，所述液位计采用音叉液位计，音叉液位计可实现设备在车用、船用及震动(设备在左右0～25度倾斜偏移)工况下的换热介质液位检测。

进一步地，还包括设于电加热换热器上的排气口管路，所述排气口管路设于所述电加热换热器的顶部，且排气口管路上设有自动排气阀。，在设备内部换热介质气化后，压力超出压力设定范围后，自动排气阀可以自动排出气体且不排出换热介质溶液，从而既可实现降低压力，又保证换热介质不会因为压力超高出现排出设备，导致换热介质在短时间内需要连续添加。

进一步地，还包括设于电加热换热器上的排水口管路，所述排水口管路设于所述电加热换热器的底部，且排水口管路上设有自动调节阀，自动调节阀与所述PLC控制器电连接，以满足对电加热换热器内部换热介质的实时更换需求。

进一步地，所述换热介质采用乙二醇溶液，乙二醇溶液具有冰点低，无污染的特性，乙二醇与水可任一混合比例用以调整乙二醇溶液的冰点值，从而匹配不同的低温介质。

进一步地，所述加热组件包括多组相互独立的加热棒，各组加热棒分别连接有对其电路通断控制的继电器，各所述继电器分别与所述PLC控制器电连接，由于每组加热棒相互独立，PLC控制器可通过各个继电器对各个加热棒分别控制，从而可实现对加热热量的大小控制操作，进而满足出口管路中对出口温度的需求。

本实用新型的有益效果为：

1.采用本实用新型所提供的智能低温流体电加热系统，其系统构成主要为自动调节阀、温度变送器以及压力变送器，在各个部件间的相互配合之下，能够对低温流体进行加热时，实现智能化无人操作，同时，还可确保在加热过程中，设备运行稳定且能够满足出口温度需求。

2.采用本实用新型所提供的智能低温流体电加热系统，根据低温介质特性，PLC控制器可先期通过加热组件对换热介质进行预热，防止超低温介质进入加热换热器后出现结冰，以此实现超低温介质(-253℃～90℃)的工况运行。

附图说明

图1是本实用新型所提供的智能低温流体电加热系统的整体结构示意图；

图2是本实用新型所提供的智能低温流体电加热系统的管路连接图

附图中标注如下：

M-自动调节阀，LII-液位计，S-自动排气阀，PT-压力变送器，TT-温度变送器，W-加热组件，1-进口，2-出口，3-进水口，4-排气口，5-排水口，6-测满口，7-PLC控制柜，8-固定框架，9-电加热换热器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义；实施例中的附图用以对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

如图1、图2所示，在本实施例中具体提供了一种智能低温流体电加热系统，包括固定框架和装于该固定框架上的电加热换热器和PLC控制柜，在PLC控制柜内还包括PLC控制器，在所述电加热换热器的一端连接有进口管路，且进口管路上沿低温介质的流向依次布置有自动调节阀、压力变送器和温度变送器；在所述电加热换热器的另一端连接有出口管路，且出口管路上沿低温介质的流向依次布置有自动调节阀、压力变送器和温度变送器，在电加热换热器的内部设有换热管路并通过该换热管路将进口管路和出口管路连通，当低温流体介质从进口管路进入，流经换热管路，并在换热管路与电加热换热器内部换热介质的作用下，实现对低温流体介质进行加热，进而将满足温度需求的低温流体介质由出口管路流出。

在电加热换热器内设有加热组件，且电加热换热器的内部填充有换热介质并通过加热组件加热；在电加热换热器上还设有温度变送器，以通过该温度变送器实时检测电加热换热器内换热介质的加热温度情况，该温度变送器与PLC控制器电连接，以将换热介质的温度信息实时反馈至PLC控制器，PLC控制器实时接收电加热换热器内换热介质的温度数据，若温度过高或过低，则通过PLC控制器对加热组件的加热量进行调节，以保证设备的安全运行。

各所述自动调节阀、压力变送器、温度变送器和加热组件分别与所述PLC控制器电性连接，在本实施例中，PLC控制器的型号为西门子s7-200smart，在PLC控制器的作用下，实现各个部件之间的协同工作。其工作原理如下：

在低温流体介质进入电加热换热器前，PLC控制器根据低温流体介质的低温特性，控制加热组件工作以预先将电加热换热器内部的换热介质加热，通过设于电加热换热器上的温度变送器实时检测，当换热介质达到预设温度时，然后，PLC控制器控制进口管路上的自动调节阀门打开，低温流体介质进入电加热换热器中，同时，在运行过程中，通过进口管路上的温度变送器和压力变送器对进口管路内低温流体介质的压力及温度进行检测，并将检测数据实时反馈至PLC控制器，PLC控制器根据检测数据调整进口管路上的自动调节阀以对进口管路的流量进行调控；具体调控方法如下：当通过压力变送器检测到进口压力小于设定压力时，调节进口管路上阀门开度将开大，通过增大流量来满足后端压力需求，反之开度调小；当通过温度变送器检测到进口温度过低，调节进口管路上阀门开度调小，保证后方工作安全，反之开度调大。

同理，在出口管路上设有温度变送器和压力变送器，以实时检测换热后低温流体介质的温度与压力，PLC控制器根据温度变送器和压力变送器所反馈的检测数据，通过温度数据，PLC控制器可调整加热组件的加热量以保证出口温度需求(例如：出口温度不够，则增大加热组件的加热量，反之，减小加热组件的加热量)；通过压力数据，PLC控制器可调整该出口管路上自动调节阀的开度大小，以对出口管路的流量进行调控，进而对换热管道内的低温流体介质压力进行调节，例如：出口管路上的压力变送器检测压力过低时，出口管路上的调节阀开度增大，增大流量以调节压力，当开度最大无法满足压力需求，则通过增大位于进口管路上的调节阀开度，增大进口流量，进而满足压力需求，反之，同理，此处不再赘述。

为保证整个设备系统的安全运行，还包括设于电加热换热器上的液位计和与该电加热器内部相通的进水口管路，所述进水口管路上设有自动调节阀，自动调节阀和液位计分别与所述PLC控制器电连接，以通过液位计对电加热换热器内部的换热介质液位进行实时监测，当检测到电加热换热器内部的液位过低时，通过自动调节阀控制以对其内部的换热介质进行实时补充。在实际应用中，液位计采用音叉液位计，音叉液位计可实现设备在车用、船用及震动(设备在左右0～25度倾斜偏移)工况下的换热介质液位检测。

还包括设于电加热换热器上的排水口管路，所述排水口管路设于所述电加热换热器的底部，且排水口管路上设有自动调节阀，自动调节阀与所述PLC控制器电连接，当电加热换热器内部的换热介质需要更换时，以满足对电加热换热器内部换热介质的实时更换需求；又或者，在液位器检测到电加热换热器内部的液位高度过高时，则PLC控制器则会调控该排水口管路上的自动调节阀，以将电加热换热器内部的换热介质进行排放，以满足内部的液位要求。

为了进一步保证整体设备的安全运行，还包括设于电加热换热器上的排气口管路，所述排气口管路设于所述电加热换热器的顶部，且排气口管路上设有自动排气阀。在设备内部换热介质气化后，由于自动排气阀预设有压力阈值，当压力超出压力设定范围后，排气口管路并未直接与电加热换热器内部的换热介质相接触，自动排气阀可以自动排出气体且不排出换热介质溶液，从而既可实现降低压力，又保证换热介质不会因为压力超高而出现排出设备的现象，导致换热介质在短时间内需要连续添加。

为进一步增强该加热系统的适用范围，所述换热介质采用乙二醇溶液，乙二醇溶液具有冰点低，无污染的特性，乙二醇与水可任一混合比例用以调整乙二醇溶液的冰点值，从而匹配不同的低温介质。

实施例2

在实施例1所公开的智能低温流体电加热系统的基础上，为进一步实现在加热时，能够对加热量进行适当控制，所述加热组件包括多组相互独立的加热棒，各组加热棒贯穿于电加热换热器内部，以对填充于电加热换热器内部的换热介质进行加热，各组加热棒分别连接有对其电路通断控制的继电器，各所述继电器的控制端分别与所述PLC控制器电连接，以通过PLC控制器对各个继电器的动作进行操控，进而将各组加热棒接入至与之对应的供电电路中，由于每组加热棒相互独立，PLC控制器可通过各个继电器对各个加热棒分别控制，以对接入电路并运行的加热棒个数进行调整，从而可实现对加热热量的大小控制操作，进而满足出口管路中对出口温度的需求。

在实际应用过程中，由于电加热换热器多为圆形状，可将各组加热棒绕电加热换热器的周向方向均匀布置，以可对电加热换热器内部的换热介质进行均衡加热。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能低温流体电加热系统，包括电加热换热器，其特征在于，还包括PLC控制器，所述电加热换热器的进口管路和出口管路上均设置有自动调节阀、压力变送器和温度变送器，电加热换热器内设有加热组件，且电加热换热器的内部填充有换热介质并通过加热组件加热；各所述自动调节阀、压力变送器、温度变送器和加热组件分别与所述PLC控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的智能低温流体电加热系统，其特征在于，还包括设于电加热换热器上的液位计和与该电加热换热器内部相通的进水口管路，所述进水口管路上设有自动调节阀，自动调节阀和液位计分别与所述PLC控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的智能低温流体电加热系统，其特征在于，所述液位计采用音叉液位计。

4.根据权利要求1所述的智能低温流体电加热系统，其特征在于，还包括设于电加热换热器上的排气口管路，所述排气口管路设于所述电加热换热器的顶部，且排气口管路上设有自动排气阀。

5.根据权利要求1所述的智能低温流体电加热系统，其特征在于，还包括设于电加热换热器上的排水口管路，所述排水口管路设于所述电加热换热器的底部，且排水口管路上设有自动调节阀，自动调节阀与所述PLC控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的智能低温流体电加热系统，其特征在于，所述换热介质采用乙二醇溶液。

7.根据权利要求1所述的智能低温流体电加热系统，其特征在于，所述加热组件包括多组相互独立的加热棒，各组加热棒分别连接有对其电路通断控制的继电器，各所述继电器分别与所述PLC控制器电连接。

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