换热器和换热器的调节方法.pdf

本发明涉及一种换热器(1)，包括一个外壳(2)，在该外壳内设一次侧(3)和二次侧(4)，其中一次侧有一个在入流接头(6)与回流接头(7)之间的一次侧流动路径(5)，以及二次侧有一个在流入接头(11)与流出接头(12)之间的二次侧流动路径(10)，一次侧(3)和二次侧(4)沿一热交换路线(15)传热连接，以及在流出接头(12)的区域内设有第一温度传感器(16)。为了能改善换热器(1)的可调性和监控能力。本发明建议，在热交换路线(15)上设至少一个第二温度传感器(18-20、24、25)，以及这第一和第二温度传感器(16；18-20、24、25)与一计算设备(21)连接。

1.  一种换热器，包括一个外壳，在该外壳内设有一次侧和二次侧，其中一次侧有一个在入流接头与回流接头之间的一次侧流动路径，以及二次侧有一个在流入接头与流出接头之间的二次侧流动路径，一次侧和二次侧沿着一热交换路线传热连接，以及在流出接头区内设有第一温度传感器，其特征为：在所述热交换路线上设有至少一个第二温度传感器(18-20、24、25)，以及这第一和第二温度传感器(16；18-20、24、25)与一计算设备(21)连接。

2.  按照权利要求1所述的换热器，其特征为，所述第二温度传感器(24、19)沿所述热交换路线(15)相对于第一温度传感器(16)有预定距离地布置。

3.  按照权利要求1或2所述的换热器，其特征为，所述第二温度传感器(24)布置在所述热交换路线(15)的中心区内。

4.  按照权利要求1至3之一所述的换热器，其特征为，所述第二温度传感器(19)布置在流入接头(11)的区域内。

5.  按照权利要求1至4之一所述的换热器，其特征为，所述第二温度传感器(18-20、24、25)与一调节器(17)连接，后者根据第一温度传感器(16)确定的温度，控制一个用于调节通过一次侧(5)流体流的阀(9)，其中，第二温度传感器(18-20、24、25)影响所述调节器(17)的至少一个调节参数。

6.  按照权利要求1至5之一所述的换热器，其特征为，所述计算设备(21)有一个求差器(22)，它确定第一与第二温度传感器(16、20)之间的温差。

7.  按照权利要求6所述的换热器，其特征为，所述求差器(22)与一过程监控装置(23)连接。

8.  一种换热器(1)的调节方法，该换热器有一次侧流动路径(5)和二次侧流动路径(10)，其中，一次侧流动路径(5)与二次侧流动路径(10)传热连接，以及在二次侧流动路径区域内设有一个温度传感器(16)，其特征为：一计算设备(21)借助多个温度传感器(16、24、19；20、18、25)确定一次侧和/或二次侧流动路径的温度变化过程；以及，该计算设备(21)借助温度传感器(16、20；18；24；19、25)确定一次侧流动路径与二次侧流动路径之间的温差。

换热器和换热器的调节方法
本发明涉及一种换热器，包括一个外壳，外壳内设一次侧和二次侧，其中一次侧有一个在入流接头与回流接头之间的一次侧流动路径，以及二次侧有一个在流入接头与流出接头之间的二次侧流动路径，一次侧和二次侧沿一热交换路线传热连接，以及在流出接头区内设第一温度传感器。此外本发明涉及一种换热器的调节方法，换热器有一次侧流动路径和二次侧流动路径，其中一次侧流动路径与二次侧流动路径传热连接，以及在二次侧流动路径区域内设一个温度传感器。
这种换热器主要用于加热住宅的生活用水和供热水，它们由远距供热系统供给热能。由远距供热系统供应的大多是热水的载热液体，流过一次侧流动路径，并与此同时将热量传给通过二次侧流动路径流动的生活用水和供热液体。通常一次侧流动路径与二次侧流动路径沿反方向流过，所以在二次侧的水可被加热到超过液体在一次侧出口处具有的温度。
为了达到在出口处尽可能准确的温度调节，根据传给二次侧的热量控制一次侧载热液体的流动。对此下面应以在换热器内加热的生活用水为例加以说明。只要生活用水在二次侧回流接头取出，冷的生活用水便补充流入入流接头内。与之相应，实际上载热液体必须能同时通过一次侧流动路径流动，从而可有足够热量传给二次侧。
为了控制或甚至调节一个在一次侧用于控制液体流动的阀，往往需要温度传感器，借助它可以实施这种调节。
本发明的目的是改善换热器的可调性和监控能力。
为达到此目的在前言所述类型的换热器中采取的措施为，在热交换路线上设至少一个第二温度传感器，以及这第一和第二温度传感器与一计算设备连接。
通过使用第二温度传感器可以获得有关换热器更多的状态信息。能提供的信息越多，对通过一次侧的载热介质流量的控制可以越准确。此外另一个温度传感器还可以对有关换热器的污染状况做出判断。这尤其对于在维修时可以分解的那些换热器是有利的。
优选地，第二温度传感器沿热交换路线布置在与第一温度传感器有预定距离处。也就是说将第二温度传感器设在不同于第一温度传感器的位置。这带来的优点例如是，在第一温度传感器有能力报告此温度前，通过第二温度传感器便已经可以检测到温度改变。因此必要时人们可以更早介入对于一次侧阀的操纵，也就是说将此阀例如更早地打开或关闭。通过两个温度传感器已经可以粗略描绘有关换热器的温度变化过程。当然存在的温度传感器越多，这种描绘完成得更完善。
优选地，第二温度传感器布置在热交换路线的中心区内。一个处于换热装置中心的温度传感器可以对有关换热器的负荷做出判断。若人们得知此负荷，则可以将一次侧阀的调节改善为，使得打算在流出接头取水时能得到更迅速和更准确的反应。
与之不同或附加地，第二温度传感器布置在前行接头的区域内。在这种情况下第二温度传感器确定流入液体的温度。这也是一个很有价值的信息。若人们得知在二次侧生活用水或供热水的进口温度，则也可以根据在流入接头处的温度与流出接头处期望的温度之间的温度差控制一次侧的阀。
按一项优选的设计规定，第二温度传感器与一调节器连接，后者根据第一温度传感器确定的温度，控制一个用于控制通过一次侧流体流的阀，其中，第二温度传感器影响调节器的至少一个调节参数。例如若调节器涉及P-调节器或涉及一种有P-比例份额的调节器(PI调节器或PID调节器)，第二温度传感器影响调节器的增益。若这种调节器增益选择得过高，则冒振荡的危险。反之，若增益选择得过低，则存在调节器反应过慢的危险。当现在评估来自第二温度传感器的信息时，便可以保证增益始终与既定条件相适应。在例如换热器负荷比较大时，这通过将第二温度传感器大体定位在热交换线路的中心可以检测到这一情况，此时可以选择比较大的增益，不必担忧会有大的振荡。这同样适用于第二温度传感器定位在入流接头处。若第二温度传感器在这里获知温度较低，则可以提高调节器的增益。反之，当入流接头处的进口温度已经高了或第二温度传感器确定换热器的负荷较低时可以降低增益。
也有利的是，计算设备有一个求差器，它确定第一与第二温度传感器之间的温差。这种温差不仅可以影响调节器。而且经过一段时间可以确定换热器是否堵塞。也就是说，这种所谓的“结污”，随着时间的推移导致恶化一次侧与二次侧之间的热传导。这种恶化不仅可以通过温差获知，而且也可以通过温度特征曲线的变化过程确定。
尤其当求差器与过程监控装置连接时便是这种情况。于是可以在不同的时间确定，温差处于什么状况。当尽管在一次侧输入同样的热量，但确定在第一温度传感器与第二温度传感器之间的温差较小，据此便可以推断出换热器已堵塞。
对于前言所述类型的方法为达到提出的目的采取的措施为，计算设备借助多个温度传感器确定一次和/或二次侧流动路径的温度变化过程；以及，计算设备借助温度传感器确定一次侧流动路径与二次侧流动路径之间的温差。
若知道温度变化过程，便可以通过一次侧改善载热介质的控制。通过监测温差可以对换热器何时必须维护做出判断。
下面结合附图借助优选的实施例详细说明本发明。其中：
图1示意表示换热装置；以及
图2表示反向流过的换热器特征曲线。
换热器1有一个外壳2，在外壳内设一次侧3和二次侧4。一次侧3有一个一次侧流动路径5，它在入流接头6与回流接头7之间延伸并可沿箭头8的方向流过一种没有详细表示的载热流体。载热流体例如由远距供热设备提供。换热器1在本实施例中用于加热独家住宅的生活用水。
为了控制通过一次侧流动路径5的流动设一个阀9，在本例中它装在外壳2外部。阀9的控制在后面说明。
二次侧4有一个二次侧流动路径10，它在流入接头11与流出接头12之间延伸。当水龙头14打开时，二次侧流动路径10沿箭头13的方向被流过。水笼头14可涉及例如热水开关。
如虚线表示的那样，一次侧3与二次侧4沿一热交换线路15传热连接。图1仅示意表示。在实际的换热器中，一次侧流动路径5和二次侧流动路径例如通过布设波纹板或弯曲板从而在横截面内形成蜂窝状结构实现。这些“蜂窝”中有一些属于一次侧流动路径5，而其余的“蜂窝”属于二次侧流动路径。因此热传导面由蜂窝的壁构成。在一次侧3沿相对于二次侧4液体的逆流方向流动的载热液体，沿热交换线路15将其热量传给二次侧4的液体。基于这种反向流动，可以使二次侧4液体的温度比较高。按一种典型的运行方式，流入入流接头的液体有数量级在60与120℃之间的温度，以及在回流接头处离开换热器时有在15至40℃范围内的温度(取决于输出的热量)。在二次侧的液体进入流入接头时有在5至15℃范围内的温度，以及在流过二次侧时加热到数量级在50与60℃之间的温度。
为了控制阀9，在流出接头12的区域内设第一温度传感器16。第一温度传感器16主要确定要从水笼头14放出的液体，例如生活用水的温度。它也可以在小范围内影响一次侧3的温度。
若打开水笼头14，新鲜的生活用水便通过二次侧流动路径10流动，所以在第一温度传感器16的区域内温度下降。第一温度传感器16与调节器17连接，后者根据在额定值与由第一温度传感器16确定的实际值之间的温差控制此阀，使得有较高温度的载热液体流过一次侧3。与此同时将热量传给二次侧4，使流出接头12处的温度经过或短或长的时间达到期望的值。
除此之外，在换热器1的二次侧4设第二温度传感器24。第二温度传感器24沿热交换线路15设在离第一温度传感器16有一定距离处。在本例中它大体设在热交换线路15的中心。
借助第二温度传感器24能够确定沿换热器1二次侧4长度的温度变化过程。当然，为了能更好地获知温度变化过程，也可以使用更多个传感器，例如设在流入接头11处的第三温度传感器19。
温度变化过程可以做出两个判断：首先给出有关换热器1负荷的陈述。这尤其适用于在人们能评估第二温度传感器24温度信息的情况下。
若能评估第三温度传感器19的温度信息，则可以获得有关外部条件的信息，例如流入生活用水的温度。
最后，还可以在入流接头6的区域内设第四温度传感器20。借助第四温度传感器20可以对进口温度或在一次侧进口温度与二次侧出口温度之间的温差做出判断。按类似的方式，一次侧3还有第五温度传感器18和第六温度传感器25，从而也可以确定一次侧3的温度变化过程。
在本实施例中入流接头6处的进口温度由一远距离供热设备控制。借助温度传感器16、20可以比较准确地调节水笼头14处的温度。
若描绘了温度变化过程，则可以对负荷变化快速反应。于是在一个可以检测到二次侧4流出接头12处相应的温度降的时刻之前，便已经显示负荷改变。
图2表示换热器二次侧流动路径10的温度变化过程。图中表示四条不同的特征曲线A至D。特征曲线A表示在换热器额定负荷时的温度变化过程。在入流接头6处一次侧入流温度为65℃，以及在流入接头11处生活用水的流入温度为10℃。流入的生活用水进入热交换线路内越长，温度越高。当第二温度传感器24安装在中心时，亦即当有效的热交换面积为0.5时，测得温度约为34℃。在负荷较低为15％时，换热器中心的温度下降至28℃，如特征曲线B所示。特征曲线C和D也表示在额定负荷时和在15％负荷时的温度变化过程，不过现在一次侧入流温度是100℃。因此换热器的这些特征曲线随负荷和进口温度显著改变，以及在换热器中心的温度变动最大，所以温度传感器24装在这里是有利的。
最后，还可以通过借助温度传感器，亦即至少借助第二温度传感器18或借助第三温度传感器19，检测到的温度变化过程，推断出换热器“结污”，亦即推断出换热器已逐渐堵塞。
由图1可以看出，温度传感器16、18-20、24、25(不必规定所有这些温度传感器)与调节器17连接。这些温度传感器16、18-20、24、25有能力影响调节器17的至少一个调节参数。这些调节参数可例如涉及增益，亦即在P(比例)-、PI(比例积分)-或PID(比例积分微分)调节器时涉及P(比例)环节。若例如在入流接头6与流出接头12之间的温度差过大，则降低增益。若例如在另一个温度传感器18所在位置的温度减小，尽管二次侧的外部温度保持不变，仍需改变调节器17的调节参数。若调节器设计为PI调节器，则改变参数P或参数I或两者，以便能促使调节器17对改变更好地反应。例如在负荷升高的情况下当进口温度高时调节器不再必须开得如在低的进口温度时那么大。类似的考虑也适用于负荷改变时。在温度较低时，在有些情况下需要在一次侧3阀9的开度比在高的温度时有更大的改变。
调节器17是一个计算设备21的组成部分，该计算设备还包括一个求差器22和一个过程监控装置23。求差器22确定在第一温度传感器16与传感器20之间、在传感器24与传感器18之间以及在传感器19与传感器25之间的温差。过程监控装置23监测温差随时间的变化。因此求差器提供在一次侧和二次侧流动路径5和10逐点测得的当地温差。调节器17确定每个当地温差的一个平均值。平均值可以例如在24小时内计算。尤其对温度传感器19与25之间的温差感兴趣，在换热器污染时温差在此位置最大并因而最明显。若例如在其他条件不改变时流入接头11与回流接头7之间的温差变大，则表明流过一次侧3的水不再冷却得那么好。换句话说，从一次侧3向二次侧4的热传导受阻。这是换热器1已逐渐耗尽堵塞的一种明确标志。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种换热器，包括一个外壳，在该外壳内设一次侧和二次侧，其中一次侧有一个在入流接头与回流接头之间的一次侧流动路径，以及二次侧有一个在流入接头与流出接头之间的二次侧流动路径，一次侧和二次侧沿一热交换路线传热连接，以及在流出接头区内设第一温度传感器，其中，在所述热交换路线上设至少一个第二温度传感器，其特征为：这第一和第二温度传感器(16；18-20、24、25)与用于确定一次侧和二次侧温度变化过程的一计算设备(21)连接。
2.按照权利要求1所述的换热器，其特征为，所述第二温度传感器(24、19)沿所述热交换路线(15)相对于第一温度传感器(16)有预定距离地布置。
3.按照权利要求1或2所述的换热器，其特征为，所述第二温度传感器(24)布置在所述热交换路线(15)的中心区内。
4.按照权利要求1至3之一所述的换热器，其特征为，所述第二温度传感器(19)布置在流入接头(11)的区域内。
5.按照权利要求1至4之一所述的换热器，其特征为，所述第二温度传感器(18-20、24、25)与一调节器(17)连接，后者根据第一温度传感器(16)确定的温度，控制一个用于调节通过一次侧(5)流体流的阀(9)，其中，第二温度传感器(18-20、24、25)影响所述调节器(17)的至少一个调节参数。
6.按照权利要求1至5之一所述的换热器，其特征为，所述计算设备(21)有一个求差器(22)，它确定第一与第二温度传感器(16、20)之间的温差。
7.按照权利要求6所述的换热器，其特征为，所述求差器(22)与一过程监控装置(23)连接。
8.一种换热器(1)的调节方法，该换热器有一次侧流动路径(5)和二次侧流动路径(10)，其中，一次侧流动路径(5)与二次侧流动路径(10)传热连接，以及在二次侧流动路径区域内设有一个温度传感器(16)，其特征为：一计算设备(21)借助多个温度传感器(16、24、19；20、18、25)确定一次和/或二次侧流动路径的温度变化过程；以及，该计算设备(21)借助温度传感器(16、20；18；24；19、25)确定一次侧流动路径与二次侧流动路径之间的温差。