板式换热器防冻控制方法、板式换热器和空调与流程

1.本发明涉及智能控制领域，更具体地涉及板式换热器防冻控制方法、板式换热器和空调。


背景技术：

2.板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器，换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道,通过板片进行热量交换。板式换热器已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、造纸、轻纺、船舶、供热等领域，可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种情况。近年来,板式换热器技术日益成熟,与其它管壳式换热器相比，板式换热器一经投入使用就表现出与众不同的优点，它不但传热效率高、对数平均温差大、末端温差小、热损失小、结构紧凑轻巧、容易改变换热面积或流程组合，而且还具有重量轻、价格低、制作方便、安装清洗简单、污垢系数低、使用寿命长等优点。在相同压力损失和泵功耗情况下，其传热系数比管式换热器高3
‑
5倍，占地面积却仅为管式换热器的1/3，热回收率高达90％以上，适用范围较广，在各个行业得到了广泛应用。
3.在实际使用过程中，由于操作与设计的不合理造成水侧经常的发生冻结结冰现象，严重情况下可导致板换冻裂，结冰问题仅与蒸发器有关，因为它通常是在低温下制冷剂蒸发来冷却水，是否结冰主要取决于内部冷却水温度。其中板式换热器结冰的主要原因有：1)板换制造商的分配器设计不良，或生产工艺问题；2)设计蒸发温度低于0度；3)冬天停机时水没放空；4)机组设计问题导致板换阻塞)结垢；5)板换设计过大；6)制冷剂侧先启动，水侧后启动；7)水泵选型不合理，或启动)除霜控制逻辑不合理。
4.中国专利号为zl200410010319.9的专利提出了一种板式换热器防冻装置及其控制方法，通过在板式换热器外周加装加热装置调节换热器内水温壁面冻结，但由于板式换热器为金属制品，且其本身存在泄漏风险，使其外部加热装置存在安全隐患，另外也增加了使用成本。
5.中国专利号为201620417152.6的专利提出了一种换热器防冻装置，将感温探头插入到换热器的氟系统部分，感应当换热器作为蒸发器的时候，换热器内部的实时温度，当氟系统的温度低于机械装置断开动作的设定值时(例如0.5℃)，装置断开，系统停机，保证水换热器的蒸发温度在任何时候都不会低于0℃，但由于板式换热器在不同工况下的换热情况不同，单纯监测冷媒温度并不能完全确保水温不低于0℃，存在一定的不可靠性。
6.因此，现有技术需要一种板式换热器防冻结控制策略来实现冻结的预防与发现并消除冻结。
7.上述在背景部分公开的信息仅用于对本发明的背景做进一步的理解，因此它可以包含对于本领域普通技术人员已知的不构成现有技术的信息。


技术实现要素：

8.本发明提供了板式换热器防冻控制方法，能够解决旨在解决板式换热器水侧冻结、冻裂并最终引起系统损坏的问题。
9.本发明的第一方面提供了一种板式换热器防冻控制方法,包括:s1：检测所述板式换热器当前水温k
当前
和出水流量q
当前
；
10.s2:当k
当前
<预设的阈值k3时，在增加板式换热器出水流量后,检测所述板式所述换热器的水温k
t
；s3：如果k
t
<k
当前
,则继续增加板式换热器的出水流量；s4：如果k
t
≥k
当前
或换热器的出水流量已增加两次，则不继续改变换热器的出水流量。
11.根据本发明的一个实施例，其当k
当前
>k3时,则所述板式换热器保持当前的运行状态。
12.根据本发明的一个实施例，所述步骤s2还包括：设置预设的阈值k1和k2，其中k1<k2<k3，其中当k
当前
≤k1时，将q
当前
增加至q
当前
+z；当k1<k
当前
≤k2时，将q
当前
增加至q
当前
+y；当k2<k
当前
≤k3时，将q
当前
增加至q
当前
+x；其中x,y和z为增加的板式换热器的出水流量。
13.根据本发明的一个实施例，所述步骤s3还包括，如果k
t
<k
当前
,则在预设的时间段内继续增加板式换热器的出水流量与所述步骤s2所增加的流量相同。
14.根据本发明的一个实施例，其中，其中z为所述板式换热器的板换最大出水流量的5％
‑
10％，所述y为所述板式换热器的板换最大出水流量的4％
‑
8％，所述x为所述板式换热器的板换最大出水流量的2％
‑
6％。
15.根据本发明的一个实施例，其中z的选择范围为所述板式换热器的板换最大出水流量的5％
‑
7％，所述y的选择范围为所述板式换热器的板换最大出水流量的4％
‑
6％，所述x的选择范围为所述板式换热器的板换最大出水流量的2％
‑
4％。
16.根据本发明的一个实施例，其中当增加板式换热器出水流量后,在预定的时间段t后检测所述板式所述换热器的水温k
t
,所述预定时间段t的选择范围为5秒至40秒,优选为30秒。
17.根据本发明的一个实施例，其中所述k1、k2和k3的选择范围为0℃
‑
5℃。
18.本发明的第二方面提供了一种板式换热器，其根据所述的防冻控制方法来进行防冻控制。
19.一种空调，其包含根据所述的防冻控制方法来进行防冻控制的板式控制器。
20.本发明的板式换热器在作为蒸发器使用过程中，水侧温度逐渐降低，此时若不进行精细化调节必将引起水侧冻结问题，本发明的方案基于对出口水流量与出口水温的双重监测，实现冻结的预防与发现并消除冻结问题的方法，在防冻过程中不加装加热等辅助设备，安全可靠，不增加额外成本。另外，本发明的方案通过引入临界温度点与不同温度区间下的流量调节方式可以达到避免水侧冻结，并且相较于当下的防冻策略，本发明不增加系统设备成本，经济性高，可实施性强。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图进行简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是根据本发明的一个示例性的本发明的板式换热器防冻控制方法流程图。
23.图2是根据本发明的一个示例性的实施例的一种板式换热器防冻控制方法控制策略实施框图。
具体实施例
24.如在本文中所使用的，词语“第一”、“第二”等可以用于描述本发明的示例性实施例中的元件。这些词语只用于区分一个元件与另一元件，并且对应元件的固有特征或顺序等不受该词语的限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含意相同的含意。如在常用词典中定义的那些术语被解释为具有与相关技术领域中的上下文含意相同的含意，而不被解释为具有理想或过于正式的含意，除非在本发明中被明确定义为具有这样的含意。
25.本领域的技术人员将理解的是，本文中描述的且在附图中说明的本发明的装置和方法是非限制性的示例性实施例，并且本发明的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施例所说明或描述的特征可与其他实施例的特征组合。这种修改和变化包括在本发明的范围内。
26.下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在附图中，省略相关已知功能或配置的详细描述，以避免不必要地遮蔽本发明的技术要点。另外，通篇描述中，相同的附图标记始终指代相同的电路、模块或单元，并且为了简洁，省略对相同电路、模块或单元的重复描述。
27.此外，应当理解一个或多个以下方法或其方面可以通过至少一个控制单元或控制器执行。术语“控制单元”，“控制器”,“控制模块”或者“主控模块”可以指代包括存储器和处理器的硬件设备，存储器或者计算机可读存储介质配置成存储程序指令，而处理器具体配置成执行程序指令以执行将在以下进一步描述的一个或更多进程。而且，应当理解，正如本领域普通技术人员将意识到的，以下方法可以通过包括处理器并结合一个或多个其他部件来执行。
28.为了解决板式换热器水路运行过程中存在的板换冻结、冻裂问题，本发明提供了一种板式换热器的防冻控制策略，其中带板式换热器的系统运行时，板式换热器水侧水泵启动运行。
29.首先，板式换热器温度监控装置实时监测板式换热器出水温度k
当前
，流量监控装置实时监测板式换热器出水流量q
当前
；
30.具体的，防冻的关键在于出水流量与出水温度直接的协调控制，例如，当水温为零度保持不变时，水流量相对较小时会极易产生冻结现象，特别是针对于板式换热器这种复杂的流动结构，内部的部分流体流速普遍低于平均流速，造成内部流体部分区域此时已经产生冻结现象。
31.图1是根据本发明的一个示例性的本发明的板式换热器防冻控制方法流程图。如图1所示：
32.在步骤s1处，检测所述板式换热器当前水温k
当前
和出水流量q
当前
；
33.在步骤s2处，当k
当前
<预设的阈值k3时，在增加板式换热器出水流量后,检测所述板式所述换热器的水温k
t
；
34.在步骤s3处，如果k
t
<k
当前
,则继续增加板式换热器的出水流量；
35.在步骤s4处，如果k
t
≥k
当前
或换热器的出水流量已增加两次，则不继续改变换热器的出水流量。
36.图2是根据本发明的一个示例性的实施例的一种板式换热器防冻控制方法控制策略实施框图。
37.如图2所示，设置临界温度值k1、k2、k3，且满足关系k1＜k2＜k3；
38.具体的，临界温度的设定根据板式换热器大小的不同有所差异，大流量下的板式换热器的临界温度值应低于小流量板式换热器下的临界温度值，不同的板式换热器临界温度范围保持在优选范围值0℃到5℃之间；
39.更进一步的，当监测到k
当前
≤k1时，此时出水温度较低，换热器内部极易产生冻结现象，此时出水流量q
当前
增加至q
当前
+z；流量相应增大，提高板式换热器内部部分区域流速较低的湍流扰动，从而避免部分冻结现象，其中z值的大小优选区间在该板换最大水流量的5％到10％；
40.具体的，当流量增加后，预设时间段t后判定换热器的水温k
t
值是否较之前有所提升，若k
t
值提升后则保持当前温度下的水流量，若k
t
值未变化则继续保持当前状态，若k
t
值降低则流量增加z，更进一步的，此段时间可选范围为5秒到40秒，优选的，此段时间设定为30秒，另：z值增加量优选下偏差，即5％到7％范围。
41.更具体的，当满足(1)水温有所提升(2)流量增加两次后；两个中任一条件时保持当前运行。
42.更进一步的，当监测到k1＜k
当前
≤k2时，此时出水温度相对较低，换热器内部易产生冻结现象，此时出水流量q
当前
增加至q
当前
+y；流量相应增大，提高板式换热器内部部分区域流速较低的湍流扰动，从而避免部分冻结现象，其中y值的大小优选区间在该板换最大水流量的4％到8％；
43.具体的，当流量增加后，预定时间段后判定k
t
值是否较之前有所提升，若k
t
值提升后则保持当前温度下的水流量，若k
t
值未变化则继续保持当前，若k
t
值降低则流量增加y，更进一步的，此段时间可选范围为5秒到40秒，优选的，此段时间设定为30秒，另外，y值增加量优选下偏差，即4％到6％范围。
44.更具体的，当满足1、水温有所提升2、流量增加两次后；两个中任一条件时保持当前运行。
45.更进一步的，当监测到k2＜k
当前
≤k3时，此时出水温度低，换热器内部易产生冻结现象，此时出水流量q
当前
增加至q
当前
+x；流量相应增大，提高板式换热器内部部分区域流速较低的湍流扰动，从而避免部分冻结现象，其中x值的大小优选区间在该板换最大水流量的2％到6％；
46.具体的，当流量增加后，预定时间段后判定k
t
值是否较之前有所提升，若k
t
值提升后则保持当前温度下的水流量，若k值未变化则继续保持当前，若k
t
值降低则流量增加x，更进一步的，此段时间可选范围为5秒到40秒，优选的，此段时间设定为30秒，另：x值增加量优选下偏差，即2％到4％范围。
47.更具体的，当满足(1)水温有所提升；(2)流量增加两次后；两个中任一条件时保持当前运行
48.更进一步的，当监测到k
当前
＞k3时；此时水温运行正常，保持当前运行。
49.根据本发明的一个或多个实施例，当板式换热器出水口的流量增加两次后，板式换热器的流量不再改变。根据本发明的一个或多个实施例，换热器的出水口流量的两次增加都是在固定的时间段t内检测换热器的水温。在实际的操作中，也可以采用可变的时间段和增加不同的流量来实现本发明。例如，在两个不同的时间段t1和t2内分别增加流量z1和z2(x和y的增加与此类似)；或者在多个不同的时间段内增加不同的流量。其中时间段t可以是变化或者不变的，增加的流量也可以是变化或者不变地增加。
50.根据本发明的一个或多个实施例，本发明还提供了一种板式换热器防冻控制装置，其使用本发明上述的方法来控制换热器。
51.根据本发明的一个或多个实施例，本发明还提供了一种板式换热器，其根据所述的防冻控制方法来进行防冻控制。
52.根据本发明的一个或多个实施例，本发明还提供了一种空调，其包含根据所述的防冻控制方法来进行防冻控制的板式控制器。
53.根据本发明的一个或多个实施例，本发明控制装置的控制电路、(控制逻辑、主控系统或控制模块)可以包含一个或多个处理器，也可以在内部包含有非暂时性计算机可读介质。具体地，主控系统或控制模块可以包括微控制器mcu，主控芯片或处理器可以诸如但不限于一个或多个单核或多核处理器。(一个或多个)处理器可包括通用处理器和专用处理器(例如，图形处理器、应用处理器等)的任何组合。处理器可与其耦接和/或可包括计存储器/存储装置，并且可被配置为执行存储在存储器/存储装置中的指令，以实现在本发明中控制器上运行的各种应用和/或操作系统。
54.作为本发明示例的上文涉及的附图和本发明的详细描述，用于解释本发明，但不限制权利要求中描述的本发明的含义或范围。因此，本领域技术人员可以很容易地从上面的描述中实现修改。此外，本领域技术人员可以删除一些本文描述的组成元件而不使性能劣化，或者可以添加其它的组成元件以提高性能。此外，本领域技术人员可以根据工艺或设备的环境来改变本文描述的方法的步骤的顺序。因此，本发明的范围不应该由上文描述的实施例来确定，而是由权利要求及其等同形式来确定。
55.尽管本发明结合目前被认为是可实现的实施例已经进行了描述，但是应当理解本发明并不限于所公开的实施例，而相反的，意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同配置。