一种自然循环分控相变换热系统及分控相变换热方法

摘要

本发明公开了一种自然循环分控相变换热系统及分控相变换热方法，所述换热系统包括热源蒸发器液位传感器、热源蒸发器、热源汽体压力传感器、汽流调节阀、蒸汽管、冷流体通道、冷源冷凝器、热流体通道、冷凝液回流管、回液逆止阀、液流调节阀；所述热源蒸发器液位传感器设置在热源蒸发器上，热源汽体压力传感器设置在热源蒸发器上或设置在所述蒸汽管上沿气流方向的汽流调节阀前；所述热源蒸发器设置在热流体通道上；所述冷源冷凝器设置在冷流体通道上；所述冷源冷凝器的底部位置高于热源蒸发器的底部。本发明采用自然循环方式实现分控相变换热的技术，简化了系统，提高了余热回收的效益。

说明书

技术领域

本发明属于安全可控的强化传热技术领域，特别适合应用于锅炉烟气和生产工 艺尾气的余热回收利用等领域。

背景技术

相变换热具有换热系数高、介质携带潜热大，以及相变饱和温度与饱和压力唯 一对应，相变流体温度分布均匀，相变参数容易控制等特点，因而被广泛应用于强 化传热和余热回收利用系统。

传统相变换热技术采用冷热源相变参数统一控制，通过调节冷源流体的流量来 调节冷源相变参数，继而改变热源相变参数。由于通过流量调节改变换热系数和传 热温差的换热调节方式有较大的滞后性，再加之大型系统的冷、热源热容量较大， 使得系统调节的波动和超调量较大，控制精度不高。

分控相变技术因为将冷、热源相变参数分别独立控制，使得热源相变参数不受 冷源换热相变参数的影响，即保障了热源相变参数的稳定，也增加了冷源换热的适 应性。分控相变技术重点控制热容量很小的热源相变换热器的相变参数，使得控制 系统时间常数大幅减小。分控相变采用将热源相变换热器的相变压力作为控制对象 可使系统控制响应更快，通过控制相变产汽温度的方式修正压力控制可使系统控制 精度更高，通过监控热源换热器壁温和冷源流体出口温度等方式自动控制系统的启 停，使得系统的控制可靠性大幅提高。因而对于应用在防止热源换热器发生低温腐 蚀和堵灰的余热回收系统中独具优势。目前在锅炉烟气余热回收系统中应用的分控 相变系统是唯一可以不用吹灰器清理烟道换热器的技术。

现有的分控相变技术以其强制循环的方式使得系统传热距离增大，设备布置灵 活，增强了系统应用的适应性和冷源换热的兼容性。但现有的分控相变系统相对也 有些不足，其系统较为复杂，附属设备较多，增大了系统投资、运行维护和管理费 用，对于一些传热量较小的应用领域的经济性不高。

发明内容

针对现有分控相变换热技术的不足，本发明的目的在于，提出了一种自然循环 分控相变换热系统及分控相变换热方法，采用自然循环方式实现分控相变换热的技 术，简化了系统，提高了余热回收的效益。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种自然循环分控相变换热系统，所述换热系统包括热源蒸发器液位传感器1、 热源蒸发器3、热源汽体压力传感器5、汽流调节阀6、蒸汽管7、冷流体通道8、冷 源冷凝器9、热流体通道17、冷凝液回流管18、回液逆止阀19、液流调节阀20；

所述热源蒸发器液位传感器1设置在热源蒸发器3上，热源汽体压力传感器5 设置在热源蒸发器3上或设置在所述蒸汽管7上沿气流方向的汽流调节阀6前；

所述热源蒸发器3设置在热流体通道17上；所述冷源冷凝器9设置在冷流体通 道8上；所述冷源冷凝器9的底部位置高于热源蒸发器3的底部；

所述热源蒸发器3内的上部蒸汽空间和冷源冷凝器9内的空间通过蒸汽管7连 通；

所述热源蒸发器3内的下部空间和冷源冷凝器9内的下部液体空间通过冷凝液 回流管18连通；所述冷凝液回流管18上沿流体流向依次设置有液流调节阀20和回 液逆止阀19。

作为上述分控相变换热系统的第一改进，所述换热系统还包括：冷源冷凝器压 力传感器14、冷流体控制阀15和热流体出口温度传感器16；

所述冷源冷凝器压力传感器14设置在冷源冷凝器9上；

所述冷流体控制阀15设置在冷流体通道8上；

所述热流体出口温度传感器16设置在沿热流体流向热源蒸发器3后的热流体通 道17上。

作为上述分控相变换热系统的第二改进，所述换热系统还包括：汽液换热装置 10和集液器11；

所述的集液器11设置在冷源冷凝器9的下方(或者，集液器11还可以内置于 冷源冷凝器9内部的下部空间，提高设备的集成度)，所述的集液器11的上部与冷 源冷凝器9的下部相联通，所述的集液器11的底部与冷凝液回流管18在冷源冷凝 器9出液口一端联通；

所述汽液换热装置10连接在蒸汽管7上在冷源冷凝器9的进汽端；所述的汽液 换热装置10设置在所述的集液器11内的冷凝液液面之下；所述汽液换热装置10由 设有众多出汽口的管排组成。

作为上述分控相变换热系统的第三改进，所述换热系统还包括：回流液位传感 器21、放液阀22和补液阀23；

所述的回流液位传感器21设置在所述冷凝液回流管18上；所述回流液位传感 器21用于检测从液流调节阀20到冷源冷凝器9底部之间的液位；

所述的放液阀22经放液管连接在所述热源蒸发器3的底部；

所述补液阀23经补液管连接在集液器11上；

所述补液管来液为外供除盐水；或者所述补液管来液为冷流体通道8内的冷流 体。

作为上述分控相变换热系统的第四改进，所述换热系统还包括：热源蒸发器壁 温传感器2和热源汽体温度传感器4；

所述的热源蒸发器壁温传感器2设置在热流体出口一侧热源蒸发器3换热面的 下部；

所述热源汽体温度传感器4设置在热源蒸发器3靠近蒸汽出口的汽测空间；或 者，所述热源汽体温度传感器4设置在蒸汽管7上的沿气流方向的汽流调节阀6前。

作为上述分控相变换热系统的第五改进，所述换热系统还包括：积液传感器24；

所述积液传感器24有两个配对安装，所述两个积液传感器24均设置在沿热流 体流向热源蒸发器3后的热流体通道17底部。

作为上述分控相变换热系统的第六改进，所述蒸汽管7沿气流方向在汽流调节 阀6后连接有外联蒸汽管路，所述外联蒸汽管路上设有外联供汽阀12。

作为上述分控相变换热系统的第七改进，所述换热系统还包括：排空管和排空 阀13；

所述的排空管一端连接在所述冷源冷凝器9的蒸汽空间，另一端连接在逆止阀排 气装置；所述排空管上设置有排空阀13；

所述逆止阀排气装置可使冷源冷凝器9内气体排向大气，而外部空气无法进入 冷源冷凝器9。

本发明还提供了上述自然循环分控相变换热系统的分控相变换热方法，所述方 法包括以下步骤：

所述热流体通道17内的热流体通过热源蒸发器3将热量传递给热源蒸发器3内 的液体，使液体发生蒸发相变，产生蒸汽；所述蒸汽经蒸汽管7和汽流调节阀6进 入冷源冷凝器9内，所述蒸汽通过冷源冷凝器9将热量传递给冷流体通道8内的冷 流体，所述蒸汽发生冷凝相变，产生冷凝液；所述冷凝液经冷凝液回流管18和液流 调节阀20、回液逆止阀19返回到热源蒸发器3内，完成传热循环；

所述汽流调节阀6根据所述热源汽体压力传感器5的测量值控制其开度；

当所述热源汽体压力传感器5所测量的压力值低于所述热源汽体压力设定值时， 所述汽流调节阀6的开度减小，以减小蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量，消除或 减小热源汽体压力与所述设定值的偏差；

当所述热源汽体压力传感器5所测量的压力值高于所述热源汽体压力设定值时， 所述汽流调节阀6的开度增加，以增加蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量，消除或 减小热源汽体压力与所述设定值的偏差；

所述液流调节阀20根据所述热源蒸发器液位传感器1的测量值控制其开度；

当所述热源蒸发器液位传感器1所测量的液位值低于所述热源蒸发器液位设定 值时，所述液流调节阀20的开度增加，以增加冷凝液流入所述热源蒸发器3的流量， 消除或减小热源蒸发器液位与所述设定值的偏差；

当所述热源蒸发器液位传感器1所测量的液位值高于所述热源蒸发器液位设定 值时，所述液流调节阀20的开度减小，以减小冷凝液流入所述热源蒸发器3的流量， 消除或减小热源蒸发器液位与所述设定值的偏差。

所述回液逆止阀19使冷凝液只能由冷源冷凝器9流入热源蒸发器3，即使热源 蒸发器3内压力远高于冷源冷凝器9内的压力时，也不能使冷凝液从热源蒸发器3 倒流回冷源冷凝器9。

当上述自然循环分控相变换热系统包括第一改进的技术特征时，所述分控相变 换热方法还可包括以下步骤：

所述冷流体控制阀15根据所述冷源冷凝器压力传感器14的测量值控制其开度；

当所述冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值高于所述冷源冷凝器压力设定 一值时，所述冷流体控制阀15的开度增加，以增加冷流体流入所述冷源冷凝器9的 流量，增大冷源冷凝器9内蒸汽的凝结速度，消除或减小冷源冷凝器压力与所述设 定一值的偏差；

当所述冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值低于所述冷源冷凝器压力设定 一值时，所述冷流体控制阀15的开度减小，以减小冷流体流入所述冷源冷凝器9的 流量，减小冷源冷凝器9内蒸汽的凝结速度，消除或减小冷源冷凝器压力与所述设 定一值的偏差；

所述冷源冷凝器压力设定一值低于所述热源汽体压力设定一值0.001～1MPa，并 且所述冷源冷凝器压力设定一值跟随所述热源汽体压力设定值增减，两者差值保持 在合理范围，确保蒸汽在热源蒸发器3和冷源冷凝器9间始终有稳定的流动推动力；

所述冷流体控制阀15同时根据所述热流体出口温度传感器16的测量值控制其 开度；

当所述热流体出口温度传感器16所测量的温度值高于所述热流体出口温度设定 值时，所述冷流体控制阀15发出允许打开指令，以使冷流体控制阀15能够根据冷 源冷凝器压力传感器14所测量的压力值控制其开度；

当所述热流体出口温度传感器16所测量的温度值低于所述热流体出口温度设定 值时，所述冷流体控制阀15被强制关闭到所设定的最小开度，并发出报警信号。

当上述自然循环分控相变换热系统包括第二改进的技术特征时，所述分控相变 换热方法还可包括以下步骤：

所述冷源冷凝器9内的冷凝液都汇集进集液器11内；所述集液器内的冷凝液经 冷凝液回流管18和液流调节阀20、回液逆止阀19进入热源蒸发器3，完成传热循 环；

所述由热源蒸发器3产生的蒸汽经蒸汽管7进入汽液换热装置10，所述蒸汽由 汽液换热装置10的出汽口进入集液器11内的液面之下，与集液器内的冷凝液混合 换热，蒸汽被冷却为饱和蒸汽或过热度减小，同时集液器内的冷凝液被加热为饱和 水或过冷度减小。

当上述自然循环分控相变换热系统包括第三改进的技术特征时，所述分控相变 换热方法还可包括以下步骤：

所述的放液阀22根据所述回流液位传感器21的测量值控制其开关；

当所述回流液位传感器21所测量的液位值高于所述回流液位设定一值时，所述 放液阀22打开，并发出报警信号；

当所述回流液位传感器21所测量的液位值由高于回流液位设定一值回复到低于 所述回流液位设定二值时，所述放液阀22关闭；

所述补液阀23根据所述回流液位传感器21的测量值控制其开关；

当所述回流液位传感器21所测量的液位值高于所述回流液位设定三值时，所述 补液阀23关闭；

当所述回流液位传感器21所测量的液位值由高于回流液位设定三值回复到低于 所述回流液位设定四值时，所述补液阀23打开，并发出报警信号；

所述的回流液位设定一值、回流液位设定二值、回流液位设定三值和 回流液位设定四值依次减小。

当上述自然循环分控相变换热系统包括第四改进的技术特征时，所述分控相变 换热方法还可包括以下步骤：

所述的热源汽体温度传感器4可控制汽流调节阀6的开度；

当所述热源汽体温度传感器4所测量的温度值低于所述热源汽体温度设定值时， 所述汽流调节阀6的开度减小，以减小蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量，消除或 减小热源汽体温度测量值与所述设定值的偏差；

当所述热源汽体温度传感器4所测量的温度值高于所述热源汽体温度设定值时， 所述汽流调节阀6的开度增大，以增大蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量，消除或 减小热源汽体温度测量值与所述设定值的偏差；

所述的热源蒸发器壁温传感器2可分别控制汽流调节阀6、放液阀22和补液阀 23；

当所述热源蒸发器壁温传感器2所测量的温度值低于所述热源蒸发器壁温设定 一值时，所述汽流调节阀6的开度减小，以减小蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量， 消除或减小热源蒸发器壁温测量值与所述设定一值的偏差；

当所述热源蒸发器壁温传感器2所测量的温度值高于所述热源蒸发器壁温设定 一值时，所述汽流调节阀6的开度增大，以增大蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量， 消除或减小热源蒸发器壁温测量值与所述设定一值的偏差；

当所述热源蒸发器壁温传感器2所测量的温度值低于所述热源蒸发器壁温设定 二值时，系统发出报警信号；

当所述热源蒸发器壁温传感器2所测量的温度值低于所述热源蒸发器壁温设定 三值时，所述补液阀23禁止打开，放液阀22强制打开，将系统内存液排空；

当所述热源蒸发器壁温传感器2所测量的温度值由低于所述热源蒸发器壁温设 定三值回复到在所述热源蒸发器壁温设定二值以上时，所述补液阀23允许打开，放 液阀22允许关闭；

所述热源蒸发器壁温设定一值、所述热源蒸发器壁温设定二值和所述热源蒸发 器壁温设定三值的大小依次减小。

所述热源蒸发器壁温传感器2、热源汽体温度传感器4和热源汽体压力传感器5 对汽流调节阀6的控制可采用加权的方式进行，侧重于某一传感器的控制，则增大 该传感器控制信号的权值；

当上述自然循环分控相变换热系统包括第五改进的技术特征时，所述分控相变 换热方法还可包括以下步骤：

若热源蒸发器3发生泄漏，冷凝液外漏后，所述积液传感器24可测量出热流体 通道17底部的积液量；

当所述配对的积液传感器24其中之一检测出热流体通道17底部存在积液时， 系统发出报警信号；

当所述配对的两个积液传感器24都检测出热流体通道17底部存在积液时，所 述补液阀23禁止打开，放液阀22强制打开，将系统内存液排空。

当上述自然循环分控相变换热系统包括第六改进的技术特征时，所述分控相变 换热方法还可包括以下步骤：

所述外联蒸汽管路在所述一种自然循环分控相变换热系统启动过程中，由外来 蒸汽向蒸汽管7进汽以加热集液器11内的冷凝液，减小冷凝液的过冷度；

或者利用外来蒸汽加热冷流体通道8内的冷流体；

或者利用外来蒸汽将分控相变系统内的不凝结气体排空，以提高系统换热器的 相变换热效率；

或者，所述外联蒸汽管路在所述一种自然循环分控相变换热系统正常运行中， 将蒸汽管7内蒸汽向外供汽，以利用热流体通道17内的热流体热量对外供热。

当上述自然循环分控相变换热系统包括第七改进的技术特征时，所述分控相变 换热方法还可包括以下步骤：

当所述冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值高于所述冷源冷凝器压力设定 二值时，系统发出报警信号；

当冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值高于所述冷源冷凝器压力设定三值 时，所述补液阀23禁止打开，所述排空阀13强制打开，将系统内蒸汽和不凝气体 经逆止阀排气装置排空；

当所述冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值由高于冷源冷凝器压力设定三 值回复到所述冷源冷凝器压力设定二值以下时，所述补液阀23允许打开，排空阀13 关闭；

所述的冷源冷凝器压力设定一值、冷源冷凝器压力设定二值和冷源冷凝器压力 设定三值依次增大。

本发明中的七个技术改进可以进行任意组合以得到若干不同的技术方案，其中， 一个优选的技术方案为：

一种自然循环分控相变换热系统，所述换热系统包括热源蒸发器液位传感器1、 热源蒸发器3、热源汽体压力传感器5、汽流调节阀6、蒸汽管7、冷流体通道8、冷 源冷凝器9、热流体通道17、冷凝液回流管18、回液逆止阀19、液流调节阀20、冷 源冷凝器压力传感器14、冷流体控制阀15、热流体出口温度传感器16、汽液换热装 置10、集液器11、回流液位传感器21、放液阀22、补液阀23、积液传感器24、排 空管和排空阀13；

所述热源蒸发器液位传感器1设置在热源蒸发器3上，热源汽体压力传感器5 设置在热源蒸发器3上或设置在所述蒸汽管7上沿气流方向的汽流调节阀6前；

所述热源蒸发器3设置在热流体通道17上；所述冷源冷凝器9设置在冷流体通 道8上；所述冷源冷凝器9的底部位置高于热源蒸发器3的底部；

所述热源蒸发器3内的上部蒸汽空间和冷源冷凝器9内的空间通过蒸汽管7连 通；

所述热源蒸发器3内的空间和冷源冷凝器9内的下部液体空间通过冷凝液回流 管18连通；所述冷凝液回流管18上沿流体流向依次设置有液流调节阀20和回液逆 止阀19；

所述冷源冷凝器压力传感器14设置在冷源冷凝器9上；

所述冷流体控制阀15设置在冷流体通道8上；

所述热流体出口温度传感器16设置在沿热流体流向热源蒸发器3后的热流体通 道17上；

所述的集液器11设置在冷源冷凝器9的下方，所述的集液器11的上部与冷源 冷凝器9的下部相联通，所述的集液器11的底部与冷凝液回流管18在冷源冷凝器9 出液口一端联通；

所述汽液换热装置10连接在蒸汽管7上在冷源冷凝器9的进汽端；所述的汽液 换热装置10设置在所述的集液器11内的冷凝液液面之下；所述汽液换热装置10由 设有众多出汽口的管排组成；

或者，所述汽液换热装置10为开有众多网眼的平板或者容器，蒸汽管7内蒸汽 穿过网眼后实现与集液器11内冷凝液的混合换热；

所述的回流液位传感器21设置在所述冷凝液回流管18上；所述回流液位传感 器21用于检测从液流调节阀20到冷源冷凝器9底部之间的液位；

所述的放液阀22经放液管连接在所述热源蒸发器3的底部；

所述补液阀23经补液管连接在集液器11上；

所述补液管来液为外供除盐水；或者所述补液管来液为冷流体通道8内的冷流 体；

所述积液传感器24有两个配对安装，所述两个积液传感器24均设置在沿热流 体流向热源蒸发器3后的热流体通道17底部；

所述的排空管一端连接在所述冷源冷凝器9内的蒸汽空间，另一端连接在逆止 排气装置；所述排空管上设置有排空阀13；

所述逆止排气装置可使冷源冷凝器9内气体排向大气，而外部空气无法进入冷 源冷凝器9。

基于上述的自然循环分控相变换热系统的分控相变换热方法，所述方法包括以 下步骤：

热流体通道17内的热流体通过热源蒸发器3将热量传递给热源蒸发器3内的液 体，使液体发生蒸发相变，产生蒸汽；蒸汽经蒸汽管7和汽流调节阀6进入冷源冷 凝器9内，蒸汽通过冷源冷凝器9将热量传递给冷流体通道8内的冷流体，蒸汽发 生冷凝相变，产生冷凝液；冷凝液都汇集进集液器11内；集液器内的冷凝液经冷凝 液回流管18和液流调节阀20、回液逆止阀19进入热源蒸发器3，完成传热循环；

冷源冷凝器的压力设定一值低于热源汽体压力设定一值0.001～1MPa，并且冷源 冷凝器压力设定一值跟随热源汽体压力设定值增减，两者差值保持在合理范围，确 保蒸汽在热源蒸发器3和冷源冷凝器9间始终有稳定的流动推动力；

当冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值高于冷源冷凝器压力设定二值时， 系统发出报警信号；

当冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值高于冷源冷凝器压力设定三值时， 补液阀23禁止打开，排空阀13强制打开，将系统内蒸汽和不凝气体经逆止阀排气 装置排空；

当冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值由高于冷源冷凝器压力设定三值回 复到冷源冷凝器压力设定二值以下时，补液阀23允许打开，排空阀13关闭；

冷源冷凝器压力设定一值、冷源冷凝器压力设定二值和冷源冷凝器压力设定三 值依次增大；

冷流体控制阀15根据热流体出口温度传感器16的测量值控制其开度；

当热流体出口温度传感器16所测量的温度值高于热流体出口温度设定值时，冷 流体控制阀15发出允许打开指令，以使冷流体控制阀15能够根据冷源冷凝器压力 传感器14所测量的压力值控制其开度；

当热流体出口温度传感器16所测量的温度值低于热流体出口温度设定值时，冷 流体控制阀15被强制关闭到所设定的最小开度，并发出报警信号；

若热源蒸发器3发生泄漏，冷凝液外漏后，积液传感器24用于测量出热流体通 道17底部的积液量；

当配对的积液传感器24其中之一检测出热流体通道17底部存在积液时，系统 发出报警信号；

当配对的两个积液传感器24都检测出热流体通道17底部存在积液时，补液阀 23禁止打开，放液阀22强制打开，将系统内存液排空。

本发明的优点：

1、本发明通过精确的冷、热源相变压差控制和水位差控制实现自然循环方式的 分控相变传热，简化了分控相变系统组成和运行方式，投资小，运行简单，维护费 用低，安全可靠，经济性高。

2、本发明加强了冷源相变参数的控制，即可确保自然循环的循环动力稳定可靠， 也更方便调节冷源冷凝器的传热温差和换热能力。

3、本发明采用简单的混合换热方式实现降低蒸汽过热度和冷凝液过冷度的目的， 即避免或减小了过热蒸汽换热，提高了冷源冷凝器的凝结放热系数，也避免或缩小 了热源蒸发器壁温的非相变参数控制，安全性提高。

4、本发明简化了外接热源系统，功能多，综合性强，同时也为自然循环分控相 变系统与其它系统结合，扩大应用范围提供了基础。

5、本发明设有综合性控制和安全保护、报警系统，简单可靠，充分发挥出了分 控相变的优势，提高了自然循环分控相变系统运行的可靠性。

附图说明

图1为本发明自然循环分控相变换热系统的结构示意图；

附图标记：1、热源蒸发器液位传感器；2、热源蒸发器壁温传感器；3、热源蒸 发器；4、热源汽体温度传感器；5、热源汽体压力传感器；6、汽流调节阀；7、蒸 汽管；8、冷流体通道；9、冷源冷凝器；10、汽液换热装置；11、集液器；12、外 联供汽阀；13、排空阀；14、冷源冷凝器压力传感器；15、冷流体控制阀；16、热 流体出口温度传感器；17、热流体通道；18、冷凝液回流管；19、回液逆止阀；20、 液流调节阀；21、回流液位传感器；22、放液阀；23、补液阀；24、积液传感器。

具体实施方式

下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，一种自然循环分控相变换热系统，所述换热系统包括热源蒸发器 液位传感器1、热源蒸发器3、热源汽体压力传感器5、汽流调节阀6、蒸汽管7、冷 流体通道8、冷源冷凝器9、热流体通道17、冷凝液回流管18、回液逆止阀19、液 流调节阀20；

所述热源蒸发器液位传感器1设置在热源蒸发器3上，热源汽体压力传感器5 设置在热源蒸发器3上或设置在所述蒸汽管7上沿气流方向的汽流调节阀6前；

所述热源蒸发器3设置在热流体通道17上；所述冷源冷凝器9设置在冷流体通 道8上；所述冷源冷凝器9的底部位置高于热源蒸发器3的底部；

所述热源蒸发器3内的上部蒸汽空间和冷源冷凝器9内的空间通过蒸汽管7连 通；

所述热源蒸发器3内的下部空间和冷源冷凝器9内的下部液体空间通过冷凝液 回流管18连通；所述冷凝液回流管18上沿流体流向依次设置有液流调节阀20和回 液逆止阀19。

所述换热系统还包括：冷源冷凝器压力传感器14、冷流体控制阀15和热流体出 口温度传感器16；

所述冷源冷凝器压力传感器14设置在冷源冷凝器9上；

所述冷流体控制阀15设置在冷流体通道8上；

所述热流体出口温度传感器16设置在沿热流体流向热源蒸发器3后的热流体通 道17上。

所述换热系统还包括：汽液换热装置10和集液器11；

所述的集液器11设置在冷源冷凝器9的下方，所述的集液器11的上部与冷源冷凝 器9的下部相联通，所述的集液器11的底部与冷凝液回流管18在冷源冷凝器9出 液口一端联通；

所述汽液换热装置10连接在蒸汽管7上在冷源冷凝器9的进汽端；所述的汽液 换热装置10设置在所述的集液器11内的冷凝液液面之下；所述汽液换热装置10由 设有众多出汽口的管排组成。

所述换热系统还包括：回流液位传感器21、放液阀22和补液阀23；

所述的回流液位传感器21设置在所述冷凝液回流管18上；所述回流液位传感 器21用于检测从液流调节阀20到冷源冷凝器9底部之间的液位；

所述的放液阀22经放液管连接在所述热源蒸发器3的底部；

所述补液阀23经补液管连接在集液器11上；

所述补液管来液为外供除盐水；或者所述补液管来液为冷流体通道8内的冷流 体。

所述换热系统还包括：热源蒸发器壁温传感器2和热源汽体温度传感器4；

所述的热源蒸发器壁温传感器2设置在热流体出口一侧热源蒸发器3换热面的 下部；

所述热源汽体温度传感器4设置在热源蒸发器3靠近蒸汽出口的汽测空间；或 者，所述热源汽体温度传感器4设置在蒸汽管7上的沿气流方向的汽流调节阀6前。

所述换热系统还包括：积液传感器24；

所述积液传感器24有两个配对安装，所述两个积液传感器24均设置在沿热流 体流向热源蒸发器3后的热流体通道17底部。

所述换热系统还包括：所述蒸汽管7沿气流方向在汽流调节阀6后连接有外联 蒸汽管路，所述外联蒸汽管路上设有外联供汽阀12。

所述换热系统还包括：排空管和排空阀13；

所述的排空管一端连接在所述冷源冷凝器9的蒸汽空间，另一端连接在逆止阀 排气装置；所述排空管上设置有排空阀13；

所述逆止阀排气装置可使冷源冷凝器9内气体排向大气，而外部空气无法进入 冷源冷凝器9。

本发明还提供了上述自然循环分控相变换热系统的分控相变换热方法，所述方 法包括以下步骤：

所述热流体通道17内的热流体通过热源蒸发器3将热量传递给热源蒸发器3内 的液体，使液体发生蒸发相变，产生蒸汽；所述蒸汽经蒸汽管7和汽流调节阀6进 入冷源冷凝器9内，所述蒸汽通过冷源冷凝器9将热量传递给冷流体通道8内的冷 流体，所述蒸汽发生冷凝相变，产生冷凝液；所述冷凝液经冷凝液回流管18和液流 调节阀20、回液逆止阀19返回到热源蒸发器3内，完成传热循环；

所述汽流调节阀6根据所述热源汽体压力传感器5的测量值控制其开度；

当所述热源汽体压力传感器5所测量的压力值低于所述热源汽体压力设定值时， 所述汽流调节阀6的开度减小，以减小蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量，消除或 减小热源汽体压力与所述设定值的偏差；

当所述热源汽体压力传感器5所测量的压力值高于所述热源汽体压力设定值时， 所述汽流调节阀6的开度增加，以增加蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量，消除或 减小热源汽体压力与所述设定值的偏差；

所述液流调节阀20根据所述热源蒸发器液位传感器1的测量值控制其开度；

当所述热源蒸发器液位传感器1所测量的液位值低于所述热源蒸发器液位设定 值时，所述液流调节阀20的开度增加，以增加冷凝液流入所述热源蒸发器3的流量， 消除或减小热源蒸发器液位与所述设定值的偏差；

当所述热源蒸发器液位传感器1所测量的液位值高于所述热源蒸发器液位设定 值时，所述液流调节阀20的开度减小，以减小冷凝液流入所述热源蒸发器3的流量， 消除或减小热源蒸发器液位与所述设定值的偏差。

所述回液逆止阀19使冷凝液只能由冷源冷凝器9流入热源蒸发器3，即使热源 蒸发器3内压力远高于冷源冷凝器9内的压力时，也不能使冷凝液从热源蒸发器3 倒流回冷源冷凝器9。

所述冷流体控制阀15根据所述冷源冷凝器压力传感器14的测量值控制其开度；

当所述冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值高于所述冷源冷凝器压力设定 一值时，所述冷流体控制阀15的开度增加，以增加冷流体流入所述冷源冷凝器9的 流量，增大冷源冷凝器9内蒸汽的凝结速度，消除或减小冷源冷凝器压力与所述设 定一值的偏差；

当所述冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值低于所述冷源冷凝器压力设定 一值时，所述冷流体控制阀15的开度减小，以减小冷流体流入所述冷源冷凝器9的 流量，减小冷源冷凝器9内蒸汽的凝结速度，消除或减小冷源冷凝器压力与所述设 定一值的偏差；

所述冷源冷凝器压力设定一值低于所述热源汽体压力设定一值0.001～1MPa，并 且所述冷源冷凝器压力设定一值跟随所述热源汽体压力设定值增减，两者差值保持 在合理范围，确保蒸汽在热源蒸发器3和冷源冷凝器9间始终有稳定的流动推动力；

所述冷流体控制阀15同时根据所述热流体出口温度传感器16的测量值控制其 开度；

当所述热流体出口温度传感器16所测量的温度值高于所述热流体出口温度设定 值时，所述冷流体控制阀15发出允许打开指令，以使冷流体控制阀15能够根据冷 源冷凝器压力传感器14所测量的压力值控制其开度；

当所述热流体出口温度传感器16所测量的温度值低于所述热流体出口温度设定 值时，所述冷流体控制阀15被强制关闭到所设定的最小开度，并发出报警信号。

所述冷源冷凝器9内的冷凝液都汇集进集液器11内；所述集液器内的冷凝液经 冷凝液回流管18和液流调节阀20、回液逆止阀19进入热源蒸发器3，完成传热循 环；

所述由热源蒸发器3产生的蒸汽经蒸汽管7进入汽液换热装置10，所述蒸汽由 汽液换热装置10的出汽口进入集液器11内的液面之下，与集液器内的冷凝液混合 换热，蒸汽被冷却为饱和蒸汽或过热度减小，同时集液器内的冷凝液被加热为饱和 水或过冷度减小。

所述的放液阀22根据所述回流液位传感器21的测量值控制其开关；

当所述回流液位传感器21所测量的液位值高于所述回流液位设定一值时，所述 放液阀22打开，并发出报警信号；

当所述回流液位传感器21所测量的液位值由高于回流液位设定一值回复到低于 所述回流液位设定二值时，所述放液阀22关闭；

所述补液阀23根据所述回流液位传感器21的测量值控制其开关；

当所述回流液位传感器21所测量的液位值高于所述回流液位设定三值时，所述 补液阀23关闭；

当所述回流液位传感器21所测量的液位值由高于回流液位设定三值回复到低于 所述回流液位设定四值时，所述补液阀23打开，并发出报警信号；

所述的回流液位设定一值、回流液位设定二值、回流液位设定三值和 回流液位设定四值依次减小。

所述的热源汽体温度传感器4可控制汽流调节阀6的开度；

当所述热源汽体温度传感器4所测量的温度值低于所述热源汽体温度设定值时， 所述汽流调节阀6的开度减小，以减小蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量，消除或 减小热源汽体温度测量值与所述设定值的偏差；

当所述热源汽体温度传感器4所测量的温度值高于所述热源汽体温度设定值时， 所述汽流调节阀6的开度增大，以增大蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量，消除或 减小热源汽体温度测量值与所述设定值的偏差；

所述的热源蒸发器壁温传感器2可分别控制汽流调节阀6、放液阀22和补液阀 23；

当所述热源蒸发器壁温传感器2所测量的温度值低于所述热源蒸发器壁温设定 一值时，所述汽流调节阀6的开度减小，以减小蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量， 消除或减小热源蒸发器壁温测量值与所述设定一值的偏差；

当所述热源蒸发器壁温传感器2所测量的温度值高于所述热源蒸发器壁温设定 一值时，所述汽流调节阀6的开度增大，以增大蒸汽流出所述热源蒸发器3的流量， 消除或减小热源蒸发器壁温测量值与所述设定一值的偏差；

当所述热源蒸发器壁温传感器2所测量的温度值低于所述热源蒸发器壁温设定 二值时，系统发出报警信号；

当所述热源蒸发器壁温传感器2所测量的温度值低于所述热源蒸发器壁温设定 三值时，所述补液阀23禁止打开，放液阀22强制打开，将系统内存液排空；

当所述热源蒸发器壁温传感器2所测量的温度值由低于所述热源蒸发器壁温设 定三值回复到在所述热源蒸发器壁温设定二值以上时，所述补液阀23允许打开，放 液阀22允许关闭；

所述热源蒸发器壁温设定一值、所述热源蒸发器壁温设定二值和所述热源蒸发 器壁温设定三值的大小依次减小。

所述热源蒸发器壁温传感器2、热源汽体温度传感器4和热源汽体压力传感器5 对汽流调节阀6的控制可采用加权的方式进行，侧重于某一传感器的控制，则增大 该传感器控制信号的权值；

若热源蒸发器3发生泄漏，冷凝液外漏后，所述积液传感器24可测量出热流体 通道17底部的积液量；

当所述配对的积液传感器24其中之一检测出热流体通道17底部存在积液时， 系统发出报警信号；

当所述配对的两个积液传感器24都检测出热流体通道17底部存在积液时，所 述补液阀23禁止打开，放液阀22强制打开，将系统内存液排空。

所述外联蒸汽管路在所述一种自然循环分控相变换热系统启动过程中，由外来 蒸汽向蒸汽管7进汽以加热集液器11内的冷凝液，减小冷凝液的过冷度；

或者利用外来蒸汽加热冷流体通道8内的冷流体；

或者利用外来蒸汽将分控相变系统内的不凝结气体排空，以提高系统换热器的 相变换热效率；

或者，所述外联蒸汽管路在所述一种自然循环分控相变换热系统正常运行中， 将蒸汽管7内蒸汽向外供汽，以利用热流体通道17内的热流体热量对外供热。

当所述冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值高于所述冷源冷凝器压力设定 二值时，系统发出报警信号；

当冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值高于所述冷源冷凝器压力设定三值 时，所述补液阀23禁止打开，所述排空阀13强制打开，将系统内蒸汽和不凝气体 经逆止阀排气装置排空；

当所述冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值由高于冷源冷凝器压力设定三 值回复到所述冷源冷凝器压力设定二值以下时，所述补液阀23允许打开，排空阀13 关闭；

所述的冷源冷凝器压力设定一值、冷源冷凝器压力设定二值和冷源冷凝器压力 设定三值依次增大。

实施例2

一种自然循环分控相变换热系统，所述换热系统包括热源蒸发器液位传感器1、 热源蒸发器3、热源汽体压力传感器5、汽流调节阀6、蒸汽管7、冷流体通道8、冷 源冷凝器9、热流体通道17、冷凝液回流管18、回液逆止阀19、液流调节阀20、冷 源冷凝器压力传感器14、冷流体控制阀15、热流体出口温度传感器16、汽液换热装 置10、集液器11、回流液位传感器21、放液阀22、补液阀23、积液传感器24、排 空管和排空阀13；

所述热源蒸发器液位传感器1设置在热源蒸发器3上，热源汽体压力传感器5 设置在热源蒸发器3上或设置在所述蒸汽管7上沿气流方向的汽流调节阀6前；

所述热源蒸发器3设置在热流体通道17上；所述冷源冷凝器9设置在冷流体通 道8上；所述冷源冷凝器9的底部位置高于热源蒸发器3的底部；

所述热源蒸发器3内的上部蒸汽空间和冷源冷凝器9内的空间通过蒸汽管7连 通；

所述热源蒸发器3内的空间和冷源冷凝器9内的下部液体空间通过冷凝液回流 管18连通；所述冷凝液回流管18上沿流体流向依次设置有液流调节阀20和回液逆 止阀19；

所述冷源冷凝器压力传感器14设置在冷源冷凝器9上；

所述冷流体控制阀15设置在冷流体通道8上；

所述热流体出口温度传感器16设置在沿热流体流向热源蒸发器3后的热流体通 道17上；

所述的集液器11设置在冷源冷凝器9的下方，所述的集液器11的上部与冷源 冷凝器9的下部相联通，所述的集液器11的底部与冷凝液回流管18在冷源冷凝器9 出液口一端联通；

所述汽液换热装置10连接在蒸汽管7上在冷源冷凝器9的进汽端；所述的汽液 换热装置10设置在所述的集液器11内的冷凝液液面之下；所述汽液换热装置10由 设有众多出汽口的管排组成；

或者，所述汽液换热装置10为开有众多网眼的平板或者容器，蒸汽管7内蒸汽 穿过网眼后实现与集液器11内冷凝液的混合换热；

所述的回流液位传感器21设置在所述冷凝液回流管18上；所述回流液位传感 器21用于检测从液流调节阀20到冷源冷凝器9底部之间的液位；

所述的放液阀22经放液管连接在所述热源蒸发器3的底部；

所述补液阀23经补液管连接在集液器11上；

所述补液管来液为外供除盐水；或者所述补液管来液为冷流体通道8内的冷流 体；

所述积液传感器24有两个配对安装，所述两个积液传感器24均设置在沿热流 体流向热源蒸发器3后的热流体通道17底部；

所述的排空管一端连接在所述冷源冷凝器9内的蒸汽空间，另一端连接在逆止 排气装置；所述排空管上设置有排空阀13；

所述逆止排气装置可使冷源冷凝器9内气体排向大气，而外部空气无法进入冷 源冷凝器9。

基于上述的自然循环分控相变换热系统的分控相变换热方法，所述方法包括以 下步骤：

热流体通道17内的热流体通过热源蒸发器3将热量传递给热源蒸发器3内的液 体，使液体发生蒸发相变，产生蒸汽；蒸汽经蒸汽管7和汽流调节阀6进入冷源冷 凝器9内，蒸汽通过冷源冷凝器9将热量传递给冷流体通道8内的冷流体，蒸汽发 生冷凝相变，产生冷凝液；冷凝液都汇集进集液器11内；集液器内的冷凝液经冷凝 液回流管18和液流调节阀20、回液逆止阀19进入热源蒸发器3，完成传热循环；

冷源冷凝器的压力设定一值低于热源汽体压力设定一值0.001～1MPa，并且冷源 冷凝器压力设定一值跟随热源汽体压力设定值增减，两者差值保持在合理范围，确 保蒸汽在热源蒸发器3和冷源冷凝器9间始终有稳定的流动推动力；

当冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值高于冷源冷凝器压力设定二值时， 系统发出报警信号；

当冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值高于冷源冷凝器压力设定三值时， 补液阀23禁止打开，排空阀13强制打开，将系统内蒸汽和不凝气体经逆止阀排气 装置排空；

当冷源冷凝器压力传感器14所测量的压力值由高于冷源冷凝器压力设定三值回 复到冷源冷凝器压力设定二值以下时，补液阀23允许打开，排空阀13关闭；

冷源冷凝器压力设定一值、冷源冷凝器压力设定二值和冷源冷凝器压力设定三 值依次增大；

冷流体控制阀15根据热流体出口温度传感器16的测量值控制其开度；

当热流体出口温度传感器16所测量的温度值高于热流体出口温度设定值时，冷 流体控制阀15发出允许打开指令，以使冷流体控制阀15能够根据冷源冷凝器压力 传感器14所测量的压力值控制其开度；

当热流体出口温度传感器16所测量的温度值低于热流体出口温度设定值时，冷 流体控制阀15被强制关闭到所设定的最小开度，并发出报警信号；

若热源蒸发器3发生泄漏，冷凝液外漏后，积液传感器24用于测量出热流体通 道17底部的积液量；

当配对的积液传感器24其中之一检测出热流体通道17底部存在积液时，系统 发出报警信号；

当配对的两个积液传感器24都检测出热流体通道17底部存在积液时，补液阀 23禁止打开，放液阀22强制打开，将系统内存液排空。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管 参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明 的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均 应涵盖在本发明的权利要求范围当中。