專利名稱：換熱器和換熱器的調(diào)節(jié)方法
換熱器和換熱器的調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱器，包括一個(gè)外殼，外殼內(nèi)設(shè)一次側(cè)和二次側(cè)，其 中 一次側(cè)有一個(gè)在入流接頭與回流4妄頭之間的一次側(cè)流動(dòng)^各徑，以及二次側(cè) 有一個(gè)在流入接頭與流出接頭之間的二次側(cè)流動(dòng)路徑， 一次側(cè)和二次側(cè)沿一 熱交換路線傳熱連接，以及在流出接頭區(qū)內(nèi)設(shè)第一溫度傳感器。此外本發(fā)明 涉及一種換熱器的調(diào)節(jié)方法，換熱器有一次側(cè)流動(dòng)路徑和二次側(cè)流動(dòng)路徑， 其中 一次側(cè)流動(dòng)^各徑與二次側(cè)流動(dòng)^各徑傳熱連接，以及在二次側(cè)流動(dòng)路徑區(qū) 域內(nèi)設(shè)一個(gè)溫度傳感器。
這種換熱器主要用于加熱住宅的生活用水和供熱水，它們由遠(yuǎn)距供熱系 統(tǒng)供給熱能。由遠(yuǎn)距供熱系統(tǒng)供應(yīng)的大多是熱水的載熱液體，流過(guò)一次側(cè)流 動(dòng)路徑，并與此同時(shí)將熱量傳給通過(guò)二次側(cè)流動(dòng)路徑流動(dòng)的生活用水和供熱 液體。通常 一 次側(cè)流動(dòng)路徑與二次側(cè)流動(dòng)路徑沿反方向流過(guò)，所以在二次側(cè) 的水可被加熱到超過(guò)液體在一次側(cè)出口處具有的溫度。
為了達(dá)到在出口處盡可能準(zhǔn)確的溫度調(diào)節(jié)，根據(jù)傳給二次側(cè)的熱量控制 一次側(cè)載熱液體的流動(dòng)。對(duì)此下面應(yīng)以在換熱器內(nèi)加熱的生活用水為例加以 說(shuō)明。只要生活用水在二次側(cè)回流接頭取出，冷的生活用水便補(bǔ)充流入入流 接頭內(nèi)。與之相應(yīng)，實(shí)際上載熱液體必須能同時(shí)通過(guò)一次側(cè)流動(dòng)路徑流動(dòng)， 從而可有足夠熱量傳給二次側(cè)。
為了控制或甚至調(diào)節(jié)一個(gè)在一次側(cè)用于控制液體流動(dòng)的閥，往往需要溫 度傳感器，借助它可以實(shí)施這種調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的目的是改善換熱器的可調(diào)性和監(jiān)控能力。'
為達(dá)到此目的在前言所述類型的換熱器中采取的措施為，在熱交換路線 上設(shè)至少一個(gè)第二溫度傳感器，以及這第一和第二溫度傳感器與一計(jì)算設(shè)備 連接。
通過(guò)使用第二溫度傳感器可以獲得有關(guān)換熱器更多的狀態(tài)信息。能提供 的信息越多，對(duì)通過(guò)一次側(cè)的載熱介質(zhì)流量的控制可以越準(zhǔn)確。此外另一個(gè) 溫度傳感器還可以對(duì)有關(guān)換熱器的污染狀況做出判斷。這尤其對(duì)于在維修時(shí) 可以分解的那些換熱器是有利的。優(yōu)選地，第二溫度傳感器沿?zé)峤粨Q路線布置在與第 一溫度傳感器有預(yù)定 距離處。也就是說(shuō)將第二溫度傳感器設(shè)在不同于第一溫度傳感器的位置。這 帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)例如是，在第一溫度傳感器有能力報(bào)告此溫度前，通過(guò)第二溫度 傳感器便已經(jīng)可以檢測(cè)到溫度改變。因此必要時(shí)人們可以更早介入對(duì)于一次 側(cè)閥的操縱，也就是說(shuō)將此閥例如更早地打開(kāi)或關(guān)閉。通過(guò)兩個(gè)溫度傳感器 已經(jīng)可以粗略描繪有關(guān)換熱器的溫度變化過(guò)程。當(dāng)然存在的溫度傳感器越 多，這種描繪完成得更完善。
優(yōu)選地，第二溫度傳感器布置在熱交換路線的中心區(qū)內(nèi)。 一個(gè)處于換熱 裝置中心的溫度傳感器可以對(duì)有關(guān)換熱器的負(fù)荷做出判斷。若人們得知此負(fù) 荷，則可以將一次側(cè)閥的調(diào)節(jié)改善為，使得打算在流出接頭取水時(shí)能得到更 迅速和更準(zhǔn)確的反應(yīng)。
與之不同或附加地，第二溫度傳感器布置在前行接頭的區(qū)域內(nèi)。在這種 情況下第二溫度傳感器確定流入液體的溫度。這也是一個(gè)很有價(jià)值的信息。 若人們得知在二次側(cè)生活用水或供熱水的進(jìn)口溫度，則也可以根據(jù)在流入接 頭處的溫度與流出接頭處期望的溫度之間的溫度差控制 一次側(cè)的閥。
按一項(xiàng)優(yōu)選的設(shè)計(jì)規(guī)定，第二溫度傳感器與一調(diào)節(jié)器連接，后者根據(jù)第 一溫度傳感器確定的溫度，控制一個(gè)用于控制通過(guò)一次側(cè)流體流的閥，其中， 第二溫度傳感器影響調(diào)節(jié)器的至少 一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)。例如若調(diào)節(jié)器涉及P-調(diào)節(jié)
器或涉及一種有P-比例份額的調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器)，第二溫度傳 感器影響調(diào)節(jié)器的增益。若這種調(diào)節(jié)器增益選擇得過(guò)高，則冒振蕩的危險(xiǎn)。 反之，若增益選擇得過(guò)低，則存在調(diào)節(jié)器反應(yīng)過(guò)慢的危險(xiǎn)。當(dāng)現(xiàn)在評(píng)估來(lái)自 第二溫度傳感器的信息時(shí)，便可以保證增益始終與既定條件相適應(yīng)。在例如 換熱器負(fù)荷比較大時(shí)，這通過(guò)將第二溫度傳感器大體定位在熱交換線路的中 心可以檢測(cè)到這一情況，此時(shí)可以選擇比較大的增益，不必?fù)?dān)憂會(huì)有大的振 蕩。這同樣適用于第二溫度傳感器定位在入流接頭處。若第二溫度傳感器在 這里獲知溫度較低，則可以提高調(diào)節(jié)器的增益。反之，當(dāng)入流接頭處的進(jìn)口 溫度已經(jīng)高了或第二溫度傳感器確定換熱器的負(fù)荷較低時(shí)可以降低增益。
也有利的是，計(jì)算設(shè)備有一個(gè)求差器，它確定第一與第二溫度傳感器之 間的溫差。這種溫差不僅可以影響調(diào)節(jié)器。而且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間可以確定換熱 器是否堵塞。也就是說(shuō)，這種所謂的"結(jié)污"，隨著時(shí)間的推移導(dǎo)致惡化一 次側(cè)與二次側(cè)之間的熱傳導(dǎo)。這種惡化不僅可以通過(guò)溫差獲知，而且也可以通過(guò)溫度特征曲線的變化過(guò)程確定。
尤其當(dāng)求差器與過(guò)程監(jiān)控裝置連接時(shí)便是這種情況。于是可以在不同的 時(shí)間確定，溫差處于什么狀況。當(dāng)盡管在一次側(cè)輸入同樣的熱量，但確定在 第 一溫度傳感器與第二溫度傳感器之間的溫差較小，據(jù)此便可以推斷出換熱 器已堵塞。
對(duì)于前言所述類型的方法為達(dá)到提出的目的采取的措施為，計(jì)算設(shè)備借 助多個(gè)溫度傳感器確定一次和/或二次側(cè)流動(dòng)路徑的溫度變化過(guò)程；以及，計(jì) 算設(shè)備借助溫度傳感器確定一次側(cè)流動(dòng)路徑與二次側(cè)流動(dòng)路徑之間的溫差。
若知道溫度變化過(guò)程，便可以通過(guò)一次側(cè)改善載熱介質(zhì)的控制。通過(guò)監(jiān) 頂'J溫差可以對(duì)換熱器何時(shí)必須維護(hù)做出判斷。
下面結(jié)合附圖借助優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。其中


圖1示意表示換熱裝置；以及
圖2表示反向流過(guò)的換熱器特征曲線。
換熱器1有一個(gè)外殼2，在外殼內(nèi)設(shè)一次側(cè)3和二次側(cè)4。 一次側(cè)3有 一個(gè)一次側(cè)流動(dòng)^各徑'5,它在入流接頭6與回流接頭7之間延伸并可沿箭頭 8的方向流過(guò)一種沒(méi)有詳細(xì)表示的載熱流體。載熱流體例如由遠(yuǎn)距供熱設(shè)備 提供。換熱器1在本實(shí)施例中用于加熱獨(dú)家住宅的生活用水。
為了控制通過(guò)一次側(cè)流動(dòng)路徑5的流動(dòng)設(shè)一個(gè)閥9,在本例中它裝在外 殼2外部。閥9的控制在后面說(shuō)明。
二次側(cè)4有一個(gè)二次側(cè)流動(dòng)路徑10，它在流入接頭11與流出接頭12 之間延伸。當(dāng)水龍頭14打開(kāi)時(shí)，二次側(cè)流動(dòng)路徑10沿箭頭13的方向被流 過(guò)。水籠頭14可涉及例如熱水開(kāi)關(guān)。
如虛線表示的那樣， 一次側(cè)3與二次側(cè)4沿一熱交換線路15傳熱連接。 圖l僅示意表示。在實(shí)際的換熱器中， 一次側(cè)流動(dòng)路徑5和二次側(cè)流動(dòng)路徑 例如通過(guò)布設(shè)波紋板或彎曲板從而在橫截面內(nèi)形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。這些 "蜂窩"中有一些屬于一次側(cè)流動(dòng)路徑5,而其余的"蜂窩"屬于二次側(cè)流 動(dòng)路徑。因此熱傳導(dǎo)面由蜂窩的壁構(gòu)成。在一次側(cè)3沿相對(duì)于二次側(cè)4液體 的逆流方向流動(dòng)的載熱液體，沿?zé)峤粨Q線^各15將其熱量傳給二次側(cè)4的液 體?；谶@種反向流動(dòng)，可以使二次側(cè)4液體的溫度比較高。按一種典型的 運(yùn)行方式，流入入流接頭的液體有數(shù)量級(jí)在60與120。C之間的溫度，以及在 回流接頭處離開(kāi)換熱器時(shí)有在15至40。C范圍內(nèi)的溫度(取決于輸出的熱量)。在二次側(cè)的液體進(jìn)入流入接頭時(shí)有在5至15。C范圍內(nèi)的溫度，以及在流過(guò)二
次側(cè)時(shí)加熱到數(shù)量級(jí)在50與60。C之間的溫度。
為了控制閥9，在流出接頭12的區(qū)域內(nèi)設(shè)第一溫度傳感器16。第一溫 度傳感器16主要確定要從水籠頭14放出的液體，例如生活用水的溫度。它 也可以在小范圍內(nèi)影響一次側(cè)3的溫度。
若打開(kāi)水籠頭14，新鮮的生活用水便通過(guò)二次側(cè)流動(dòng)路徑IO流動(dòng)，所 以在第一溫度傳感器16的區(qū)域內(nèi)溫度下降。第一溫度傳感器16與調(diào)節(jié)器17 連接，后者根據(jù)在額定值與由第一溫度傳感器16確定的實(shí)際值之間的溫差 控制此閥，使得有較高溫度的載熱液體流過(guò)一次側(cè)3。與此同時(shí)將熱量傳給 二次側(cè)4，使流出接頭12處的溫度經(jīng)過(guò)或短或長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到期望的值。
除此之外，在換熱器1的二次側(cè)4設(shè)第二溫度傳感器24。第二溫度傳 感器24沿?zé)峤粨Q線路15設(shè)在離第一溫度傳感器16有一定距離處。在本例 中它大體設(shè)在熱交換線路15的中心。
借助第二溫度傳感器24能夠確定沿?fù)Q熱器1 二次側(cè)4長(zhǎng)度的溫度變化 過(guò)程。當(dāng)然，為了能更好地獲知溫度變化過(guò)程，也可以使用更多個(gè)傳感器， 例如設(shè)在流入接頭11處的第三溫度傳感器19。
溫度變化過(guò)程可以做出兩個(gè)判斷首先給出有關(guān)換熱器l負(fù)荷的陳述。 這尤其適用于在人們能評(píng)估第二溫度傳感器24溫度信息的情況下。
若能評(píng)估第三溫度傳感器19的溫度信息，則可以獲得有關(guān)外部條件的 信息，例如流入生活用水的溫度。
最后，還可以在入流接頭6的區(qū)域內(nèi)設(shè)第四溫度傳感器20。借助第四 溫度傳感器20可以對(duì)進(jìn)口溫度或在一次側(cè)進(jìn)口溫度與二次側(cè)出口溫度之間 的溫差做出判斷。按類似的方式， 一次側(cè)3還有第五溫度傳感器18和第六 溫度傳感器25，從而也可以確定一次側(cè)3的溫度變化過(guò)程。
在本實(shí)施例中入流接頭6處的進(jìn)口溫度由一遠(yuǎn)距離供熱設(shè)備控制。借助 溫度傳感器16、 20可以比較準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)水籠頭14處的溫度。
若描繪了溫度變化過(guò)程，則可以對(duì)負(fù)荷變化快速反應(yīng)。于是在一個(gè)可以 檢測(cè)到二次側(cè)4流出接頭12處相應(yīng)的溫度降的時(shí)刻之前，便已經(jīng)顯示負(fù)荷 改變。
圖2表示換熱器二次側(cè)流動(dòng)路徑10的溫度變化過(guò)程。圖中表示四條不 同的特征曲線A至D。特征曲線A表示在換熱器額定負(fù)荷時(shí)的溫度變化過(guò)程。在入流接頭6處一次側(cè)入流溫度為65 °C,以及在流入接頭11處生活用
水的流入溫度為10°C。流入的生活用水進(jìn)入熱交換線路內(nèi)越長(zhǎng)，溫度越高。 當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅?4安裝在中心時(shí)，亦即當(dāng)有效的熱交換面積為0.5時(shí)，測(cè) 得溫度約為34。C。在負(fù)荷較低為15%時(shí)，換熱器中心的溫度下降至28。C, 如特征曲線B所示。特征曲線C和D也表示在額定負(fù)荷時(shí)和在15 %負(fù)荷時(shí) 的溫度變化過(guò)程，不過(guò)現(xiàn)在一次側(cè)入流溫度是100°C。因此換熱器的這些特 征曲線隨負(fù)荷和進(jìn)口溫度顯著改變，以及在換熱器中心的溫度變動(dòng)最大，所 以溫度傳感器24裝在這里是有利的。
最后，還可以通過(guò)借助溫度傳感器，亦即至少借助第二溫度傳感器18 或借助第三溫度傳感器19,檢測(cè)到的溫度變化過(guò)程，推斷出換熱器"結(jié)污"， 亦即推斷出換熱器已逐漸堵塞。
由圖l可以看出，溫度傳感器16、 18-20、 24、 25(不必規(guī)定所有這些溫 度傳感器)與調(diào)節(jié)器17連接。這些溫度傳感器16、 18-20、 24、 25有能力影 響調(diào)節(jié)器17的至少一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)。這些調(diào)節(jié)參數(shù)可例如涉及增益，亦即在 P(比例)-、PI(比例積分)-或PID(比例積分微分)調(diào)節(jié)器時(shí)涉及P(比例)環(huán)節(jié)。 若例如在入流接頭6與流出接頭12之間的溫度差過(guò)大，則降低增益。若例 如在另一個(gè)溫度傳感器18所在位置的溫度減小，盡管二次側(cè)的外部溫度保 持不變，仍需改變調(diào)節(jié)器17的調(diào)節(jié)參數(shù)。若調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為PI調(diào)節(jié)器，則改 變參數(shù)P或參數(shù)I或兩者，以便能促使調(diào)節(jié)器17對(duì)改變更好地反應(yīng)。例如 在負(fù)荷升高的情況下當(dāng)進(jìn)口溫度高時(shí)調(diào)節(jié)器不再必須開(kāi)得如在低的進(jìn)口溫 度時(shí)那么大。類似的考慮也適用于負(fù)荷改變時(shí)。在溫度較低時(shí)，在有些情況 下需要在一次側(cè)3閥9的開(kāi)度比在高的溫度時(shí)有更大的改變。
調(diào)節(jié)器17是一個(gè)計(jì)算設(shè)備21的組成部分，該計(jì)算設(shè)備還包括一個(gè)求差 器22和一個(gè)過(guò)程監(jiān)控裝置23。求差器22確定在第一溫度傳感器16與傳感 器20之間、在傳感器24與傳感器18之間以及在傳感器19與傳感器25之 間的溫差。過(guò)程監(jiān)控裝置23監(jiān)測(cè)溫差隨時(shí)間的變化。因此求差器提供在一 次側(cè)和二次側(cè)流動(dòng)i 各徑5和10逐點(diǎn)測(cè)得的當(dāng)?shù)販夭?。調(diào)節(jié)器17確定每個(gè)當(dāng) 地溫差的一個(gè)平均值。平均值可以例如在24小時(shí)內(nèi)計(jì)算。尤其對(duì)溫度傳感 器19與25之間的溫差感興趣，在換熱器污染時(shí)溫差在此位置最大并因而最 明顯。若例如在其他條件不改變時(shí)流入接頭11與回流接頭7之間的溫差變 大，則表明流過(guò)一次側(cè)3的水不再冷卻得那么好。換句話說(shuō)，從一次側(cè)3向二次側(cè)4的熱傳導(dǎo)受阻。這是換熱器l已逐漸耗盡堵塞的一種明確標(biāo)志。
權(quán)利要求
1.一種換熱器，包括一個(gè)外殼，在該外殼內(nèi)設(shè)有一次側(cè)和二次側(cè)，其中一次側(cè)有一個(gè)在入流接頭與回流接頭之間的一次側(cè)流動(dòng)路徑，以及二次側(cè)有一個(gè)在流入接頭與流出接頭之間的二次側(cè)流動(dòng)路徑，一次側(cè)和二次側(cè)沿著一熱交換路線傳熱連接，以及在流出接頭區(qū)內(nèi)設(shè)有第一溫度傳感器，其特征為在所述熱交換路線上設(shè)有至少一個(gè)第二溫度傳感器(18-20、24、25)，以及這第一和第二溫度傳感器(16；18-20、24、25)與一計(jì)算設(shè)備(21)連接。
2. 按照權(quán)利要求1所迷的換熱器，其特征為，所述第二溫度傳感器(24、 19)沿所述熱交換路線(15)相對(duì)于第一溫度傳感器(16)有預(yù)定距離地布置。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的換熱器，其特征為，所述第二溫度傳感 器(24)布置在所述熱交換路線(15)的中心區(qū)內(nèi)。
4. 按照權(quán)利要求1至3之一所述的換熱器，其特征為，所述第二溫度 傳感器(19)布置在流入接頭(11)的區(qū)域內(nèi)。
5. 按照權(quán)利要求1至4之一所述的換熱器，其特征為，所述第二溫度 傳感器(18-20、 24、 25)與一調(diào)節(jié)器(17)連接，后者根據(jù)第一溫度傳感器(16) 確定的溫度，控制一個(gè)用于調(diào)節(jié)通過(guò)一次側(cè)(5)流體流的閥(9),其中，第二 溫度傳感器(18-20、 24、 25)影響所述調(diào)節(jié)器(17)的至少一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)。
6. 按照權(quán)利要求1至5之一所述的換熱器，其特征為，所述計(jì)算設(shè)備(21) 有一個(gè)求差器(22),它確定第一與第二溫度傳感器(16、 20)之間的溫差。
7. 按照權(quán)利要求6所述的換熱器，其特征為，所述求差器(22)與一過(guò)程 監(jiān)控裝置(23)連接。
8. —種換熱器(l)的調(diào)節(jié)方法，該換熱器有一次側(cè)流動(dòng)路徑(5)和二次側(cè) 流動(dòng)路徑(IO)，其中， 一次側(cè)流動(dòng)路徑(5)與二次側(cè)流動(dòng)路徑(10)傳熱連接， 以及在二次側(cè)流動(dòng)路徑區(qū)域內(nèi)設(shè)有一個(gè)溫度傳感器(16),其特征為 一計(jì)算 設(shè)備(21)借助多個(gè)溫度傳感器(16、 24、 19; 20、 18、 25)確定一次側(cè)和/或二 次側(cè)流動(dòng)路徑的溫度變化過(guò)程；以及，該計(jì)算設(shè)備(21)借助溫度傳感器(16、 20; 18; 24; 19、 25)確定一次側(cè)流動(dòng)^各徑與二次側(cè)流動(dòng)^各徑之間的溫差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種換熱器(1)，包括一個(gè)外殼(2)，在該外殼內(nèi)設(shè)一次側(cè)(3)和二次側(cè)(4)，其中一次側(cè)有一個(gè)在入流接頭(6)與回流接頭(7)之間的一次側(cè)流動(dòng)路徑(5)，以及二次側(cè)有一個(gè)在流入接頭(11)與流出接頭(12)之間的二次側(cè)流動(dòng)路徑(10)，一次側(cè)(3)和二次側(cè)(4)沿一熱交換路線(15)傳熱連接，以及在流出接頭(12)的區(qū)域內(nèi)設(shè)有第一溫度傳感器(16)。為了能改善換熱器(1)的可調(diào)性和監(jiān)控能力。本發(fā)明建議，在熱交換路線(15)上設(shè)至少一個(gè)第二溫度傳感器(18-20、24、25)，以及這第一和第二溫度傳感器(16；18-20、24、25)與一計(jì)算設(shè)備(21)連接。
文檔編號(hào)F24D19/10GK101310149SQ200680042398
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
發(fā)明者阿特利·貝諾尼森 申請(qǐng)人:丹佛斯公司