JP2012532306A - Heat exchange system and method of operating a heat exchange system - Google Patents

Heat exchange system and method of operating a heat exchange system Download PDF

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Abstract

本発明は、流れセグメント21に配置された流路210を備えた熱交換器2を含む熱交換システム1に関する。輸送流体3と、動作状態において流路210を通って流れる加熱手段4との間の熱交換のために、輸送流体3を、流入領域201によって熱交換器2と流れ接触させること、及び流出領域202によって熱交換器2から離れるように導くことができる。本発明によれば、熱交換器2の汚れの程度Vを決定するために、圧力センサ5及び/又は速度センサ5の形の汚れセンサ5が設けられ、その汚れセンサによって、流入面201から流出面202を横断する輸送流体3の流れに特有の輸送パラメータTKを決定することができる。さらに、本発明は、熱交換システム1を動作させる方法に関する。  The present invention relates to a heat exchange system 1 including a heat exchanger 2 with a flow path 210 arranged in a flow segment 21. For the heat exchange between the transport fluid 3 and the heating means 4 flowing through the flow path 210 in the operating state, the transport fluid 3 is brought into flow contact with the heat exchanger 2 by the inflow region 201 and the outflow region. 202 can be led away from the heat exchanger 2. According to the present invention, a dirt sensor 5 in the form of a pressure sensor 5 and / or a speed sensor 5 is provided in order to determine the degree V of dirt in the heat exchanger 2, by means of the dirt sensor. A transport parameter TK specific to the flow of transport fluid 3 across the surface 202 can be determined. Furthermore, the present invention relates to a method for operating the heat exchange system 1.

Description

本発明は、独立請求項1及び11の導入部分による熱交換システム、並びに熱交換システムの汚染の程度に関する動作及び決定の方法に関する。   The invention relates to a heat exchange system according to the introductory part of independent claims 1 and 11 and to a method of operation and determination relating to the degree of contamination of the heat exchange system.

熱交換システムの使用は、従来技術から圧倒的に多数の用途において知られている。熱交換器は、通常の家庭用冷蔵庫などの冷却設備に、建築物又はあらゆる種類の車両、とりわけ自動車、航空機及び船舶における空調設備に、燃焼機関における水又はオイルのラジエータとして、例えばヒート・ポンプなど冷却液回路内のコンデンサ又は気化器として、また実際には当技術分野の平均的な技術を有する者にはすべてよく知られているさらなる数え切れない様々な用途に用いられている。   The use of heat exchange systems is known in numerous applications from the prior art. Heat exchangers are used in ordinary cooling equipment such as household refrigerators, in buildings or in all types of vehicles, especially in air conditioning equipment in automobiles, aircraft and ships, as water or oil radiators in combustion engines, for example heat pumps etc. It is used as a condenser or vaporizer in a coolant circuit, and indeed in a myriad of other applications that are all well known to those having average skill in the art.

この点に関して、完全に異なる使用領域とは異なり、熱交換器に意味のある分類を行う様々な方法が存在する。1つの試みは、様々なタイプの熱交換器の構成及び/又は製造による違いに従って分類することである。   In this regard, there are various ways to make meaningful classifications of heat exchangers, unlike completely different areas of use. One attempt is to classify according to different types of heat exchanger configurations and / or manufacturing differences.

したがって、一方では「管熱交換器」と呼ばれることもある、いわゆる「フィン付熱交換器」と、他方では「小型通路熱交換器(mini passage heat exchanger)」又は「小通路熱交換器(micro−passage heat exchanger)」に分けられる。   Thus, on the one hand, so-called “finned heat exchangers”, sometimes called “tube heat exchangers”, and on the other hand “mini passage heat exchangers” or “micropass heat exchangers (micro) -Passage heat exchanger) ".

すべてのタイプの熱交換器がそうであるように、使用期間がきわめて長いことでよく知られているフィンチューブ熱交換器は、2つの媒体間の熱伝達に役立つ。2つの媒体間の熱伝達は、例えばそれだけではないが、ある冷却媒体から空気へ又はその逆の伝達である。それは、例えば典型的な家庭用冷蔵庫によって知られる。その冷蔵庫の内部においては、冷却能力を作り出すために熱が熱交換器を介して環境空気へ放出される。   As is the case with all types of heat exchangers, fin tube heat exchangers, well known for their very long service life, serve for heat transfer between the two media. The heat transfer between the two media is, for example, but not limited to, the transfer from one cooling medium to the air or vice versa. It is known, for example, from a typical household refrigerator. Inside the refrigerator, heat is released to the ambient air through a heat exchanger to create cooling capacity.

熱交換器の外側の環境媒体、すなわち、例えば熱を受け取る又は熱を熱交換器へ伝達する水、油、又はしばしば単に大気は、この点に関しては同様に冷却又は加熱される。第2の媒体は、液体の冷熱若しくは熱伝達媒体、又は気化若しくは凝縮する「熱伝達媒体」とすることができる。この点に関して本願の範囲内では、「熱伝達媒体」という用語は、熱交換器で有利に使用することができる任意の流体を意味すると理解されたい。したがって、「熱伝達媒体」という用語は、科学技術において知られている典型的な冷却剤だけではなく、任意の他の適切な熱伝達媒体又は冷却手段を含む。例えばある特定の用途において、熱交換器が、例えば燃焼機関におけるラジエータなどの単純なラジエータである場合には、熱伝達媒体は、より具体的には、もちろん、冷却液として熱交換器を通って循環する単なる水又は油でもよい。   The environmental medium outside the heat exchanger, i.e. water, oil, or often simply simply the atmosphere that receives or transfers heat to the heat exchanger, for example, is likewise cooled or heated in this respect. The second medium may be a liquid cold or heat transfer medium, or a “heat transfer medium” that vaporizes or condenses. Within the scope of the present application in this regard, the term “heat transfer medium” is understood to mean any fluid that can be advantageously used in a heat exchanger. Thus, the term “heat transfer medium” includes not only typical coolants known in science and technology, but any other suitable heat transfer medium or cooling means. For example, in certain applications, if the heat exchanger is a simple radiator, for example a radiator in a combustion engine, the heat transfer medium more specifically, of course, passes through the heat exchanger as a coolant. It may be just water or oil that circulates.

いずれの場合も、環境媒体、すなわち例えば空気は、第2の媒体、すなわち例えば熱交換システム内を循環する冷却液よりかなり低い熱伝達係数を有する。このことは、2つの媒体に対する大きく異なる熱伝達面によって補償される。高い熱伝達係数を有する媒体、すなわち熱伝達手段は管の中を流れ、管は金属薄板部(リブ、フィン)によって外側に大きく拡大された面を有し、そこで例えば空気との熱伝達が行われる。   In any case, the environmental medium, for example air, has a much lower heat transfer coefficient than the second medium, for example the coolant circulating in the heat exchange system. This is compensated by very different heat transfer surfaces for the two media. A medium having a high heat transfer coefficient, that is, a heat transfer means, flows in the pipe, and the pipe has a surface greatly enlarged outward by metal thin plate portions (ribs, fins), for example, heat transfer with air is performed. Is called.

図2は、それ自体は周知であるフィンチューブ熱交換器を有する、本発明による熱交換システムを示している。この点に関して熱交換システムは、実際には複数のそのような要素によって形成される。   FIG. 2 shows a heat exchange system according to the invention having a finned tube heat exchanger which is known per se. In this regard, the heat exchange system is actually formed by a plurality of such elements.

この点に関して、外面と内面の割合は、フィンの形状(=管の直径、管の配置及び管の間隔)並びにフィンの間隔にも依存する。フィンの間隔は、様々な使用に対して様々に選択される。しかし、純粋な熱力学の観点からは間隔をできるだけ小さくすべきであるが、空気側での圧力損失が大きくなりすぎるほどに小さくすべきではない。経済上の理想は約2mmであり、これは液化器及び熱交換器にとって典型的な値である。   In this regard, the ratio of the outer surface to the inner surface also depends on the fin shape (= tube diameter, tube placement and tube spacing) and fin spacing. Fin spacing is variously selected for various uses. However, from a pure thermodynamic point of view, the spacing should be as small as possible, but not so small that the pressure loss on the air side becomes too great. The economic ideal is about 2 mm, which is typical for liquefiers and heat exchangers.

こうしたいわゆるフィンチューブ熱交換器の製造は、長年にわたって知られている標準化された手順に従って行われる。フィンは、プレス及び特別なツールを用いて打ち抜かれ、一緒にパックとして配置される。その後、管とフィンとの間にきわめて良好な接触、したがって良好な熱伝達が生じるように、管が押し込まれ、機械的に又は水圧によって広げられる。次いで、個々の管が弓状体によって互いに接続され、管を集めて分配し、また互いにはんだ付けすることが多い。   The manufacture of such so-called finned tube heat exchangers is carried out according to standardized procedures that have been known for many years. The fins are stamped using a press and special tools and placed together as a pack. The tube is then pushed and spread mechanically or by hydraulic pressure so that a very good contact and thus a good heat transfer between the tube and the fin occurs. The individual tubes are then connected to one another by an arcuate body, often collecting and dispensing the tubes and soldering to each other.

ここで、フィンの表面と空気との間で伝達される熱が、フィンを通って管に至る熱伝導によって伝達されなければならないという事実によって、効率の程度は本質的に決まる。この熱伝達をいっそう効果的にするほど、フィンの伝導性又は厚さは大きくなり、パイプ間の間隔は小さくなる。この点に関して、フィンの効率の程度について述べる。このために、今日ではフィンの材料として主にアルミニウムが使用されているが、アルミニウムは経済的な条件で高い熱伝導度(約220W/mK)を有する。管の間隔はできるだけ小さくすべきであるが、それによって多数の管が必要になるという問題をまねく。(一般に銅で製造される)管は薄いアルミニウムのフィンよりかなり高価であるため、管の数が多くなるとコストが高くなる。こうした材料のコストは、管の直径及び壁の強度を低減すること、すなわち、少数の大きい管ではなく多数の小さい管を有する熱交換器を構築することによって削減することが可能である。熱力学的には、小さい直径を有するきわめて多数の管を互いに狭い間隔で配置するというこの解決策は理想的であろう。しかしながら、管を広げ、はんだ付けするための作業時間もきわめて重要なコスト要因である。これは、そうしたシナリオにおいて非常に大きくなるであろう。   Here, the degree of efficiency is essentially determined by the fact that the heat transferred between the fin surface and air must be transferred by heat conduction through the fin to the tube. The more effective this heat transfer, the greater the conductivity or thickness of the fins and the smaller the spacing between pipes. In this regard, the degree of fin efficiency will be described. For this reason, aluminum is mainly used today as a material for fins, but aluminum has a high thermal conductivity (about 220 W / mK) in economical conditions. The spacing between the tubes should be as small as possible, but this leads to the problem of requiring a large number of tubes. Since tubes (generally made of copper) are considerably more expensive than thin aluminum fins, the cost increases with the number of tubes. The cost of such materials can be reduced by reducing the diameter of the tubes and the strength of the walls, i.e. building a heat exchanger with a large number of small tubes instead of a small number of large tubes. Thermodynamically, this solution would be ideal where a very large number of tubes with small diameters are spaced closely together. However, the working time for expanding and soldering the tube is also a very important cost factor. This will be very large in such scenarios.

このために数年前、新しい種類の熱交換器が開発された。この熱交換器は、いわゆる小型通路熱交換器若しくは小通路熱交換器、又は小流路熱交換器(micro−channel heat exchanger)。この熱交換器は、全く異なる工程によって製造され、狭い間隔を有する多数の小さい管というフィンチューブ熱交換器の理想的な概念にほぼ一致する。   For this reason, a new kind of heat exchanger was developed several years ago. This heat exchanger is a so-called small passage heat exchanger or a small passage heat exchanger, or a micro-channel heat exchanger. This heat exchanger is manufactured by a completely different process and almost matches the ideal concept of a finned tube heat exchanger with a large number of small tubes with narrow spacing.

小通路熱交換器では、小さい管の代わりにアルミニウムの押出し品が用いられるが、この熱交換器は、例えば約1mmの直径を有するきわめて多くの小さい通路を有する。例えば本発明による図1の実施形態には、やはりそれ自体は周知のこのような押出し部分が使用され、概略的に示されている。この点に関して熱交換器は、必要とされる熱の出力に応じて、実際には中央の熱交換要素としての単一の押出し部分で済ませることができる。より高い熱伝達性能を得るために、言うまでもなく複数の押出し部分を同時に設けることもでき、それらは例えば適当な組み合わせとして、入口の導管及び出口の導管を介して互いに接続されるか又は互いにはんだ付けされる。   In small-path heat exchangers, aluminum extrudates are used instead of small tubes, but this heat exchanger has a very large number of small paths, for example having a diameter of about 1 mm. For example, in the embodiment of FIG. 1 according to the invention, such an extruded part, also known per se, is used and schematically shown. In this regard, depending on the required heat output, the heat exchanger can in fact be a single extrusion part as a central heat exchange element. In order to obtain a higher heat transfer performance, it is of course also possible to provide a plurality of extruded parts simultaneously, which are connected together or soldered together, for example in a suitable combination via an inlet conduit and an outlet conduit. Is done.

このような部分は、例えば適切な押し出し成形手順で、複数の材料から様々な形状に簡単に製造することができる。しかしながら、小型通路熱交換器の製造については、適当に成形された金属薄板部を組み立てる方法、又は他の適切な方法など、他の製造方法も知られている。   Such parts can be easily manufactured in a variety of shapes from multiple materials, for example, with a suitable extrusion procedure. However, other manufacturing methods are also known for the manufacture of small passage heat exchangers, such as assembling appropriately shaped sheet metal parts or other suitable methods.

これらの部分は広げることができず、また広げる必要がなく、打ち抜かれたフィン・パックに押し込まれることもない。その代わりに、金属薄板の小片及び各部分を交互に配置することによって熱交換パックが得られるように、例えば金属薄板の小片、特にアルミニウムの小片が、互いに近接する2つの型出しされた金属薄板部の間に置かれる(例えば1cm未満の典型的な間隔)。次いでこのパックは、はんだ付け用のオーブンの中で全体的にはんだ付けされる。   These parts cannot be unfolded, do not need to be unfolded, and are not pushed into the punched fin pack. Instead, two molded metal sheets, for example, metal sheet pieces, in particular aluminum pieces, are close to each other so that a heat exchange pack can be obtained by alternately arranging the pieces of metal sheets and parts. Between the parts (eg a typical spacing of less than 1 cm). The pack is then totally soldered in a soldering oven.

これは、小型通路熱交換器を使用するときでも、表面を増大させ、小型通路熱交換器の内部に流入する熱伝達媒体と、例えば熱が放出される空気との間の熱伝達を改善するために、フィンがしばしば、フィンチューブ熱交換器と同じ方法で同様に使用されることを意味している。   This increases the surface even when using a small passage heat exchanger and improves the heat transfer between the heat transfer medium flowing into the interior of the small passage heat exchanger and, for example, air from which heat is released. For this reason, fins are often used in the same way as fin tube heat exchangers.

この点に関して、両タイプの熱交換器において、スリット、いわゆる「ルーバ」を有するフィンを提供することが知られている。当技術分野の平均的な技術を有する者には確実に理解されるように、こうしたルーバは、ほとんどがフィンの表面に形成されたルーフ形の突出部であり、一方では例えば空気がそれを通って流れることができ、他方ではそこで空気の乱流を生じることができ、その結果、熱を交換する空気とフィンとの間で、有効な接触時間又は有効な接触面がさらに増加し、熱交換の効率をさらに高めることができる。この手段も長い間にわたって知られており、ルーバの特別な形状設計は用途に応じて大きく異なってもよい。最も単純なケースでは、ルーバは単なるスリット、すなわちフィン内の細長く狭い溝又はフィン内の開口部である。   In this regard, it is known to provide fins with slits, so-called “louvers”, in both types of heat exchangers. As will be appreciated by those having an average skill in the art, these louvers are mostly roof-shaped protrusions formed on the surface of the fin, while air passes through it, for example. On the other hand, there can be turbulence of the air, resulting in a further increase in the effective contact time or effective contact surface between the heat-exchanged air and the fins, and the heat exchange The efficiency can be further increased. This means has also been known for a long time, and the special shape design of the louver may vary greatly depending on the application. In the simplest case, the louver is simply a slit, an elongated narrow groove in the fin or an opening in the fin.

小型通路熱交換器では空間が狭く通路の直径が小さいため、フィンの効率の程度がきわめて高く、また充填される容積(通路の内側)がきわめて小さい熱交換器が得られる。この技術の他の利点は、材料接合(pairing)(腐食)を回避できること、軽量であること(銅ではない)、高圧安定性であること(約100バール)、並びにコンパクトなタイプの構造であること(例えば熱交換器の典型的な深さは約20mm)である。   In a small passage heat exchanger, the space is small and the passage diameter is small, so that the efficiency of fins is extremely high, and a heat exchanger with a very small volume (inside the passage) is obtained. Other advantages of this technology are avoidance of material bonding (corrosion), light weight (not copper), high pressure stability (about 100 bar), and compact type structure. (For example, the typical depth of a heat exchanger is about 20 mm).

小型通路熱交換器自体は、可搬式の用途で1990年代に確立された。軽量であること、ブロックの深さが小さいこと、並びにここで必要とされる制限された寸法が、これに対する理想的な前提条件である。自動車のラジエータ、並びに車両の空調ユニット用の液化器及び気化器は、今日ではほとんど小型通路熱交換器を用いて実現されている。   The small passage heat exchanger itself was established in the 1990s for portable applications. Light weight, small block depth, and the limited dimensions required here are ideal prerequisites for this. The liquefiers and vaporizers for automotive radiators and vehicle air conditioning units are now mostly realized using small passage heat exchangers.

一方において、固定位置での使用には、多くの場合、より大きい熱交換器が必要とされ、他方において、あまり重量がなくコンパクトであることがこの場合に重要ではあるが、むしろ資金的に理想的な値であることがずっと重要になる。この用途に適するように、小型通路熱交換器は今まで寸法が制限されていた。複数の小さいモジュールを、複雑でコストのかかる方法によって接続しなければならなかった。さらに、押出し部分にアルミニウムを使用すると比較的高くなり、したがって、この材料の使用によるコスト面での利点はほとんど期待されていなかった。   On the one hand, use in a fixed position often requires a larger heat exchanger, and on the other hand it is important in this case to be less heavy and compact, but rather financially ideal. It is much more important to be a reasonable value. To suit this application, small passage heat exchangers have been limited in size to date. Multiple small modules had to be connected in a complex and costly way. Furthermore, the use of aluminum in the extruded part is relatively high, and therefore, the cost advantage of using this material was hardly expected.

しかしながら、とりわけ銅の価格がアルミニウムに比べて急に上昇していることにより、この技術も固定的な用途にとってますます興味深いものになりつつある。   However, this technology is also becoming more and more interesting for fixed applications, especially due to the sudden rise in the price of copper compared to aluminum.

この点に関して、これまでに知られている熱交換システムすべてにおける問題は、熱交換システム構成要素、特に熱交換器自体、すなわち、とりわけ熱交換器のフィンの汚染である。それは、動作状態では基本的に避けることができないものである。   In this regard, a problem with all previously known heat exchange systems is contamination of the heat exchange system components, in particular the heat exchanger itself, i.e., among other things, the heat exchanger fins. It is basically unavoidable in the operating state.

液化器又は戻り交換器(return exchanger)などの空冷式熱交換器は、汚染された環境で作動することがしばしばである。空気の汚染物質は、自然によるもの(花粉、昆虫、ダスト、葉など)、又は産業によるもの(研削のダスト、タイヤの摩耗、粉末のダスト、厚紙のダストなど)である可能性がある。多くの汚染物質は空冷式熱交換器に固着し、徐々に空冷式熱交換器を詰まらせる。   Air-cooled heat exchangers such as liquefiers or return exchangers often operate in a contaminated environment. Air pollutants can be from nature (pollen, insects, dust, leaves, etc.) or from industry (grinding dust, tire wear, powder dust, cardboard dust, etc.). Many contaminants stick to the air-cooled heat exchanger and gradually clog the air-cooled heat exchanger.

例えば対応するファンの助けによって熱交換器を通過するように冷却空気が導かれる熱交換器は、やがてそうした汚染物質、又は冷却空気に含まれるあらゆる種類の他の汚染物質によってますます汚染される可能性がある。それが、例えば熱交換器の表面の熱伝導係数の低下をまねく恐れがあり、その結果、熱伝導性能が著しく低減される。このため、動作コストが高くなることがある。或いは極端な場合には、熱交換装置がもはや必要とされる熱交換性能をもたらすことが全くできなくなる。最悪の場合にはそれが重大な損傷につながることがある。   For example, a heat exchanger in which cooling air is directed through the heat exchanger with the help of a corresponding fan can eventually become more and more contaminated by such contaminants, or any other type of contaminant contained in the cooling air. There is sex. For example, this may lead to a decrease in the heat conduction coefficient of the surface of the heat exchanger, and as a result, the heat conduction performance is significantly reduced. For this reason, operation cost may become high. Or, in extreme cases, the heat exchange device can no longer provide the required heat exchange performance. In the worst case it can lead to serious damage.

この点に関して、前述のルーバは特に汚染物質の影響を受けやすい。特にルーバは、すべての種類の汚染物質にとって都合のよい支持材を提供する。汚染物質はフィン内のルーバの縁部に集まり、したがってフィンの熱伝達の悪化、したがって熱交換器の性能の損失をまねき、その結果、エネルギー消費が増大し、さらには機能停止の恐れもある。   In this regard, the aforementioned louvers are particularly susceptible to contaminants. In particular, louvers provide a convenient support for all types of contaminants. Contaminants collect at the edge of the louver in the fin, thus degrading the heat transfer of the fin and thus losing the performance of the heat exchanger, resulting in increased energy consumption and even a possible outage.

したがって、汚染物質によって空気側の抵抗が増大し、結果として空気流の体積が低減され、熱伝達も低減されることがきわめて多い。このため、データ処理ユニット、燃焼機関、又は他の機関など、冷却される機関が過熱し、損傷を受ける恐れがある。冷却が不足するために、例えば低温の貯蔵庫に貯蔵される食物などの商品の損傷が悪化する恐れもある。   Thus, contaminants often increase the resistance on the air side, resulting in a reduction in airflow volume and heat transfer. This can cause the engine to be cooled, such as a data processing unit, combustion engine, or other engine, to overheat and be damaged. Due to the lack of cooling, damage to commodities such as food stored in cold storage, for example, can be exacerbated.

この点に関して、こうした問題は、フィンチューブ熱交換器でもフィンを備えた小通路熱交換器でも生じる。   In this regard, such problems occur in both fin tube heat exchangers and short path heat exchangers with fins.

このような重大な損傷を防止し、且つこのような汚染物質に備えた処置をとるように、費用をかけて定期的に熱交換器を清浄化するか、又は熱交換器には対応するフィルタが設けられなければならない。しかしながら、フィルタも定期的に清浄化しなければならない。   In order to prevent such serious damage and take measures against such pollutants, the heat exchanger is regularly cleaned at an expense, or the heat exchanger has a corresponding filter. Must be provided. However, the filter must also be cleaned regularly.

この点に関して周知のシステムでは、熱交換装置の清浄化は労力を要し、したがって複雑で費用がかかる。これは、まず第一に構造上の理由から、例えば動作状態では熱交換器に容易にアクセスできないからである。多くの周知の熱交換装置では、例えば熱交換器自体又は熱交換システムのハウジング内部の他のきわめて重要な構成要素を清浄化するために、又は単に清浄化が必要かどうか、若しくは清浄化をさらに延期してもよいかどうかを調べるためにも、例えばハウジングを開放する必要がある。この点に関して、ハウジングの開放は時間を要する複雑なものではない。しかしながらこの場合には、既に言及したように、対応して接続された熱機関を停止しなければならならない。その理由は、そうしなければ安全上の理由から熱交換システムのハウジングの開放が許容されない、又は技術的な理由から作動状態ではハウジングの開放が全く不可能であるからである。   In known systems in this regard, cleaning the heat exchange device is labor intensive and therefore complex and expensive. This is because, first of all, for structural reasons, for example, the heat exchanger cannot be easily accessed in the operating state. In many known heat exchange devices, for example, to clean the heat exchanger itself or other critical components inside the housing of the heat exchange system, or simply whether or not cleaning is necessary, In order to check whether it is possible to postpone, it is necessary to open the housing, for example. In this regard, opening the housing is not time consuming and complicated. In this case, however, as already mentioned, the correspondingly connected heat engines must be shut down. The reason is that otherwise the opening of the housing of the heat exchange system is not allowed for safety reasons, or the opening of the housing in the operating state is absolutely impossible for technical reasons.

さらなる要点は、ある制限範囲内では、熱交換システムの適当な制御及び/又は熱交換システムの調節によって、例えば汚染の程度に応じて空気を熱交換器による熱交換に導くファンの性能を適合させることによって、時間と共に増大する汚染を補償することが可能であることである。或いは、熱交換器によって熱伝達媒体の貫流若しくは作動圧力を再調整するか、又は他の動作パラメータを対応するように適合させる。   A further point is that, within certain limits, by suitable control of the heat exchange system and / or adjustment of the heat exchange system, for example, adapting the performance of the fan that directs air to heat exchange by the heat exchanger depending on the degree of contamination. It is possible to compensate for contamination that increases with time. Alternatively, the heat transfer medium flow through or working pressure is readjusted by a heat exchanger, or other operating parameters are adapted.

しかしながら、こうした手段はすべて、熱交換システムの汚染の程度を知らなければならないこと、さらに、好ましくは汚染の程度を定性的にだけではなく定量的に知らなければならないこと、特に汚染の変化が確認できなければならないことを前提にしている。   However, all of these measures should ensure that the degree of contamination of the heat exchange system must be known, and that the degree of contamination should preferably be known quantitatively as well as qualitatively, especially confirming changes in contamination. It is assumed that it must be possible.

したがって、本発明の目的は、従来技術によって知られている問題を克服し、特に熱交換システム、とりわけの熱交換器のフィンの汚染の程度を連続的に監視することを可能にする、改善された熱交換システムを利用可能にすることである。特に、所定の制限範囲内で、熱交換器、又は熱交換システム全体の熱伝達性能を長い動作時間わたって最適化することもできるように、ある特定の関連する動作パラメータを本質的に変化する熱交換システムの汚染に適合させることが可能であり、且つ汚染が増大しても、長い動作時間にわたって、所定の熱伝達性能を保証することもできる熱交換システムが提案される。さらに本発明によって、所定の汚染の程度が自動的に認識されることが保証され、あまり費用をかけずに清浄化作業が必要な理想的な時期を自動的に認識することができるようにする。   The object of the present invention is therefore improved, overcoming the problems known from the prior art, in particular allowing to continuously monitor the degree of contamination of the heat exchange system, in particular the heat exchanger fins. To make available a heat exchange system. In particular, within certain limits, certain associated operating parameters are inherently varied so that the heat transfer performance of the heat exchanger or the entire heat exchange system can also be optimized over a long operating time. A heat exchange system is proposed which can be adapted to the contamination of the heat exchange system and can guarantee a predetermined heat transfer performance over a long operating time even if the contamination increases. Furthermore, the present invention guarantees that a predetermined degree of contamination is automatically recognized, so that it can automatically recognize an ideal time when a cleaning operation is required without much expense. .

この目的を満足する本発明の主題は、独立請求項1及び11の特徴によって特徴付けられる。   The subject matter of the present invention that satisfies this object is characterized by the features of the independent claims 1 and 11.

従属請求項は、本発明の特に有利な実施形態に関する。   The dependent claims relate to particularly advantageous embodiments of the invention.

したがって、本発明は、流れセグメントに配置された流路を備えた熱交換器を含む熱交換システムに関する。輸送流体と、動作状態において流路を通って流れる熱伝達媒体との間の熱交換のために、輸送流体を、入口領域を介して熱交換器と流れ接触させること、及び出口領域を介して再び熱交換器から離れるように導くことができる。本発明によれば、熱交換器の汚染の程度を決定するために、圧力センサ及び/又は速度センサの形の汚染センサが設けられ、それを用いて、入口領域から出口領域にわたる輸送流体の流れに特徴的な輸送パラメータを決定することができる。   Accordingly, the present invention relates to a heat exchange system that includes a heat exchanger with a flow path disposed in a flow segment. For heat exchange between the transport fluid and the heat transfer medium flowing through the flow path in the operating state, the transport fluid is brought into flow contact with the heat exchanger via the inlet region and via the outlet region. It can be led away from the heat exchanger again. According to the invention, a contamination sensor in the form of a pressure sensor and / or a velocity sensor is provided for determining the degree of contamination of the heat exchanger, which is used to flow the transport fluid from the inlet region to the outlet region. The characteristic transport parameters can be determined.

特徴的な輸送パラメータを監視する、本発明による汚染センサによって、時間と共に増大する熱交換システムの汚染を自動的且つ連続的に監視することが初めて可能になり、熱交換器全体の圧力損失が著しく上昇する前に、本発明による汚染センサによって熱交換器の性能の低下が認識されるようになる。すなわち、増大する熱交換器の汚染がまだ熱交換器全体の圧力損失の増大につながらない程度の汚染であっても、熱交換器の出力の低下を大いに利用するということは、本発明のきわめて重要な認識である。それどころか、このことは、より早い段階における熱交換器全体の圧力損失の低減につながる。   The contamination sensor according to the present invention, which monitors characteristic transport parameters, makes it possible for the first time to automatically and continuously monitor heat exchange system contamination that increases over time, leading to a significant pressure drop across the heat exchanger. Before it rises, the contamination sensor according to the present invention will recognize a decrease in the performance of the heat exchanger. That is, it is extremely important for the present invention to take advantage of the reduced power output of the heat exchanger, even if the increased heat exchanger contamination is such that it still does not lead to an increase in pressure loss across the heat exchanger. Recognition. On the contrary, this leads to a reduction in the pressure loss across the heat exchanger at an earlier stage.

これは、熱交換器の特徴的な輸送パラメータから、例えば熱交換器全体の圧力の低下、又は例えば熱交換器を通って流れる空気などの輸送流体の流速から、熱交換器の性能又は性能の変化に関する信頼性のある情報を得ることが本発明によって初めて可能になることを意味する。   This can be attributed to the performance or performance of the heat exchanger from the characteristic transport parameters of the heat exchanger, such as the pressure drop across the heat exchanger, or the flow rate of the transport fluid such as air flowing through the heat exchanger. It means that the present invention makes it possible for the first time to obtain reliable information about changes.

これは、熱交換システムの増大する汚染を、例えば熱交換システムの適切な制御及び/又は調節によってある限界範囲内で補償できることを意味している。それは、例えば、熱交換器による熱交換へ空気を導くファンの性能が汚染の程度に応じて調整されるという点においてである。或いは他方では、熱伝達媒体の貫流又は熱伝達媒体の動作圧力が熱交換器によって適当に再調整されるという点、又は異なるパラメータが適当に修正されるという点においてである。   This means that increased contamination of the heat exchange system can be compensated within certain limits, for example by appropriate control and / or adjustment of the heat exchange system. That is, for example, in that the performance of a fan that directs air to heat exchange by a heat exchanger is adjusted according to the degree of contamination. Alternatively, on the other hand, the heat transfer medium flow-through or the operating pressure of the heat transfer medium is readjusted appropriately by the heat exchanger, or the different parameters are adjusted appropriately.

この点に関して、実際的に特に適切な実施形態では、熱交換システムの汚染の程度を連続的に、さらに必要な場合には、定量的にだけではなく定性的にも決定することが可能であり、とりわけ汚染の変化を時間に応じて決定することもできる。すなわち本発明によれば、熱交換システムの汚染の程度、特に熱交換器のフィンの汚染の程度を、熱交換システムにおいて連続的に監視することができる。   In this regard, in a particularly suitable embodiment in practice, it is possible to determine the degree of contamination of the heat exchange system continuously and, if necessary, qualitatively as well as quantitatively. In particular, the change in contamination can also be determined as a function of time. That is, according to the present invention, the degree of contamination of the heat exchange system, in particular, the degree of contamination of the fins of the heat exchanger can be continuously monitored in the heat exchange system.

これにより、所定の範囲内で本質的に変化する熱交換システムの汚染に対して、ある特定の関連するパラメータを系統的に調整することが可能になる。したがって、より長い動作期間の間、熱交換器又は熱交換システム全体の熱伝達性能を連続的に最適化することも可能になる。その結果、長い動作時間の間も所定の熱伝達性能が依然として保証されるようになる。あまり費用をかけずに、またあまり複雑にならずに、必要な清浄化及びメンテナンスの理想的な時期を自動的に認識することができるように、本発明によって所定の汚染の程度を自動的に認識することが可能である。   This makes it possible to systematically adjust certain relevant parameters for heat exchange system contamination that varies essentially within a predetermined range. Thus, it is also possible to continuously optimize the heat transfer performance of the entire heat exchanger or heat exchange system during longer operating periods. As a result, the predetermined heat transfer performance can still be guaranteed during long operating times. The present invention automatically determines the degree of a given contamination so that it can automatically recognize the ideal time of cleaning and maintenance required, without much expense and complexity. It is possible to recognize.

この点に関して、本発明は、輸送流体の特徴的な輸送パラメータが、明確で再現可能な形で熱交換システムの汚染の程度、特に熱交換器の汚染の程度に依存するという認識に基づいている。   In this regard, the invention is based on the recognition that the characteristic transport parameters of the transport fluid depend in a clear and reproducible manner on the degree of contamination of the heat exchange system, in particular the degree of contamination of the heat exchanger. .

これに関して、輸送パラメータは、例えば輸送流体の流速、すなわち例えば熱交換器を通る空気の流速とすることができる。しかしながら、輸送パラメータは、輸送流体の圧力、例えば入口領域を介して熱交換器に入る前の空気の圧力、又は熱交換器の出口領域を通して流出する間若しくはその後の圧力でもよい。   In this regard, the transport parameter can be, for example, the flow rate of the transport fluid, i.e., the flow rate of air through the heat exchanger, for example. However, the transport parameter may be the pressure of the transport fluid, for example the pressure of air before entering the heat exchanger via the inlet region, or the pressure during or after exiting through the outlet region of the heat exchanger.

輸送パラメータは、熱交換器全体の差圧又は圧力損失であることが特に好ましい。後で図4よび図5を参照して詳しく説明するように、すなわち実験において、増大する熱交換器の汚染が、汚染の程度に応じて特徴的な形で、流動する輸送流体の圧力損失に影響を及ぼすことが示されている。   It is particularly preferred that the transport parameter is the differential pressure or pressure loss across the heat exchanger. As will be described in detail later with reference to FIGS. 4 and 5, that is, in experiments, increasing heat exchanger contamination is characterized by a pressure drop in the flowing transport fluid in a characteristic manner depending on the degree of contamination. It has been shown to have an effect.

例えば対応する較正測定によって、ルックアップテーブル又は数学的な関数を生成することが可能である。それは、輸送流体の圧力、及び/又は絶対圧力の値及び/又は特徴的な流速の損失に応じて熱交換システムの汚染の程度を反映するものである。おそらくは、例えばファンの回転速度、温度若しくは他のパラメータ、又は熱交換システムの動作パラメータ及び状態パラメータなど、さらなるパラメータが考慮される。当技術分野の平均的な技術を有する者には、汚染の程度の決定に特定のパラメータを考慮すべきであり、言うまでもなく、それが対応する熱交換システムの実際の設計に依存することが理解される。   It is possible to generate a look-up table or a mathematical function, for example with a corresponding calibration measurement. It reflects the degree of contamination of the heat exchange system depending on the pressure of the transport fluid and / or the absolute pressure value and / or the characteristic flow rate loss. Perhaps further parameters are taken into account, such as, for example, the rotational speed of the fan, temperature or other parameters, or operating and status parameters of the heat exchange system. Those with average skill in the art understand that specific parameters should be considered in determining the degree of contamination, and of course it depends on the actual design of the corresponding heat exchange system Is done.

本発明は、有効な熱伝達面を増大させるためにフィンを含む熱交換器において特に有利に用いることができ、フィンが最初に明示したルーバを備えることが好ましい。   The present invention can be used particularly advantageously in heat exchangers that include fins to increase the effective heat transfer surface, and it is preferred that the fins comprise a louver initially specified.

後で図5を用いて説明するように、すなわち、ルーバの汚染は、全く驚くべき形で、まず圧力損失の低減をもたらす。この場合、汚染の程度の関数としての圧力損失はまず最小値まで低下し、次いで汚染が進むにつれて再び上昇する。全く予想に反することであったが、これは、汚染の増大と共にまず熱交換器全体の圧力損失が低減することを意味している。   As will be explained later with reference to FIG. 5, i.e. louver contamination, in a completely surprising manner, first leads to a reduction in pressure loss. In this case, the pressure loss as a function of the degree of contamination first decreases to a minimum value and then increases again as contamination progresses. It was totally unexpected, but this meant that the pressure loss across the heat exchanger first decreased with increasing contamination.

ルーバの増大する汚染、特にルーバの縁部と共に開口スリットの増大する汚染によって、主にルーバの縁部における乱流が低減され、又はルーバの縁部における乱流が最小限に抑えられ、或いは対応する汚染の場合には完全に妨げられ、その結果、生じる乱流が小さくなり、したがって、フィンによって形成される流路を通しての全体的な圧力損失が低減されるということは、本発明のきわめて重要な認識である。これは、圧力損失に関連付けられる熱交換器の性能の損失がルーバにおける乱流の低減に起因することを意味している。その理由は、輸送流体の熱交換器との有効な接触時間又は有効な接触面が低減されるためである。   Increased contamination of the louver, especially the increased contamination of the opening slit along with the louver edge, reduces turbulence mainly at the louver edge, or minimizes or responds to turbulence at the louver edge It is very important for the present invention that in the case of contamination to be completely prevented, the resulting turbulence is reduced and thus the overall pressure loss through the flow path formed by the fins is reduced. Recognition. This means that the loss in heat exchanger performance associated with pressure loss is due to reduced turbulence in the louver. The reason is that the effective contact time or effective contact surface of the transport fluid with the heat exchanger is reduced.

この認識を利用することにより、特別な実施形態では、本発明に従って、熱交換システムにおける圧力損失の測定のためのきわめて単純な汚染センサを導入することができる、又導入されている。その汚染センサは熱交換器を通る圧力の低下の低減を検知し、したがって、好ましくは時間に応じて汚染の程度を測定することができる。このため、空気の量が、清浄な条件と汚染された条件においてそれぞれ本質的に同じであることを特に保証すべきである。空気の量に対して、熱交換器全体のそれぞれの圧力損失が測定される。すなわち、さらなる環境条件におけるファンの回転速度は、好ましくは清浄な条件と汚染された条件の間で実質的に同じにすべきである。このために、例えばEC技術によって速度調節される換気装置では、特に、機関の充電率を信号として用いることができる。   By taking advantage of this recognition, in a particular embodiment, a very simple contamination sensor can be introduced for the measurement of pressure loss in a heat exchange system according to the invention. The contamination sensor detects a reduction in the pressure drop through the heat exchanger and can therefore preferably measure the degree of contamination as a function of time. For this reason, it should be particularly ensured that the amount of air is essentially the same in clean and contaminated conditions. The respective pressure loss across the heat exchanger is measured against the amount of air. That is, the rotational speed of the fan at further environmental conditions should preferably be substantially the same between clean and contaminated conditions. For this reason, the charge rate of the engine, in particular, can be used as a signal in a ventilator whose speed is adjusted, for example by EC technology.

既に幾度か言及してきたように、実際的に特に重要な実施形態では、流れセグメントにおける熱交換率を高めるためにフィンを設けることが可能であり、フィン上に、特にルーバの形で貫流開口部を設けることが好ましい。   As has been mentioned several times, in a particularly important embodiment in practice it is possible to provide fins to increase the heat exchange rate in the flow segment, on the fins, especially in the form of louvers. Is preferably provided.

この点に関して、本発明による熱交換器の少なくとも1つの熱交換器は小通路熱交換器であり、及び/又は少なくとも1つの熱交換器は管熱交換器である。   In this regard, at least one heat exchanger of the heat exchanger according to the invention is a short path heat exchanger and / or at least one heat exchanger is a tube heat exchanger.

実際には、本発明の熱交換システムでは、入口領域から出口領域への輸送流体の輸送のために、輸送装置、特にファンが、それ自体は周知の方法で設けられ、実際には輸送流体は大気であることがきわめて多い。   In practice, in the heat exchange system according to the invention, a transport device, in particular a fan, is provided in a manner known per se for the transport of transport fluid from the inlet region to the outlet region. Very often the atmosphere.

同様に既に言及したように、輸送パラメータを輸送流体の圧力、特に熱交換器の入口領域と出口領域との間の圧力損失とすること、並びに/或いは輸送パラメータを輸送流体の流速、及び/又は輸送流体の他の特徴的な流れ特性とすることもできる。   Similarly, as already mentioned, the transport parameter is the pressure of the transport fluid, in particular the pressure loss between the inlet and outlet regions of the heat exchanger, and / or the transport parameter is the flow rate of the transport fluid, and / or Other characteristic flow characteristics of the transport fluid can also be provided.

制御及び/又は調節のために、並びに/或いは熱交換システムの動作パラメータ又は状態パラメータのデータの記録のために特に有利なのは、制御ユニット、特に、制御及び/又は調節のために、並びに/或いは熱交換システムの動作パラメータ又は状態パラメータのデータ収集のために、熱交換器のセンサ、及び/又は輸送装置、及び/又は汚染センサ、及び/又は熱機関に信号接続されたデータ処理ユニットを有する制御ユニットである。   Particularly advantageous for control and / or adjustment and / or for recording data of operating parameters or status parameters of the heat exchange system is particularly advantageous for control units, in particular for control and / or adjustment and / or for heat. Control unit having a data processing unit in signal connection to a heat exchanger sensor and / or transport device and / or a contamination sensor and / or a heat engine for data collection of operating parameters or status parameters of the exchange system It is.

この点に関して、熱交換システムは、実際にはラジエータ、特に自動車(特別な場合には陸上車両、航空機若しくは水上車両)用のラジエータ、又は可搬若しくは固定の加熱設備、冷却設備若しくは空調設備、特に機関、データ処理システム若しくは建築物のための冷却装置用のラジエータ、コンデンサ若しくは気化器とすることができる。   In this regard, the heat exchange system is actually a radiator, in particular a radiator for a motor vehicle (land vehicles, aircraft or water vehicles in special cases), or a portable or stationary heating, cooling or air conditioning facility, in particular It can be a radiator, condenser or vaporizer for a cooling device for an engine, data processing system or building.

さらに、本発明は、本発明に従って記載された熱交換システムを動作させる方法に関する。輸送パラメータが測定され、その輸送パラメータから熱交換器の汚染の程度が決定される。   Furthermore, the present invention relates to a method for operating a heat exchange system described according to the present invention. The transport parameters are measured and the degree of contamination of the heat exchanger is determined from the transport parameters.

この点に関して実施のために特に重要な実施形態では、輸送パラメータから熱交換器全体の圧力低下が決定され、特に熱交換器の熱伝達性能の低下を圧力損失から決定することができる。   In an embodiment particularly important for implementation in this regard, the overall heat exchanger pressure drop can be determined from the transport parameters, and in particular the heat transfer performance degradation of the heat exchanger can be determined from the pressure loss.

この点に関して、輸送装置の性能、特にファンの回転速度は、熱交換器の汚染の程度に応じて制御及び/又は調節することができ、且つ/或いはサービス・ルーチンのための時期は、汚染の程度に応じて自動的に決定される。   In this regard, the performance of the transport device, particularly the rotational speed of the fan, can be controlled and / or adjusted depending on the degree of contamination of the heat exchanger and / or the time for the service routine is It is automatically determined according to the degree.

有利には、本発明による熱交換システムでは、オンラインによる方法において、特にイントラネット若しくはインターネットを介して、動作データ及び/又は状態データが制御センタによって監視され、且つ/或いはこうして熱交換システムが制御及び/又は調節される。   Advantageously, in the heat exchange system according to the invention, operating data and / or status data are monitored by the control center in an online manner, in particular via an intranet or the Internet, and / or the heat exchange system is thus controlled and / or controlled. Or adjusted.

以下では、図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。図面は概略図として示される。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The drawings are shown schematically.

小通路熱交換器を有する、本発明による熱交換システムの第1の実施形態を示す図である。1 shows a first embodiment of a heat exchange system according to the invention with a small passage heat exchanger. フィンチューブ熱交換器を有する、図1による第2の実施形態を示す図である。FIG. 2 shows a second embodiment according to FIG. 1 with a finned tube heat exchanger. 圧力損失を決定するための差圧測定を伴う実施形態を示す図である。FIG. 5 shows an embodiment with differential pressure measurement to determine pressure loss. 輸送流体の流速に応じた汚染の様々な程度における圧力損失を示す図である。FIG. 6 shows pressure loss at various degrees of contamination as a function of the flow rate of the transport fluid. 汚染の程度に応じた圧力損失及び性能曲線を示す図である。It is a figure which shows the pressure loss and performance curve according to the degree of contamination.

図1には、小通路熱交換器を有する熱交換システムの第1の実施形態の概略図が示されている。熱交換システムは全体として参照番号1で参照されており、以下でも同様である。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of a heat exchange system with a small passage heat exchanger. The heat exchange system is generally referred to by reference numeral 1 and so on.

図1の熱交換システムは、熱交換器2を含む。この実施例では、熱交換器2は、流路201が流れセグメント21に配置された小通路熱交換器2である。輸送流体3(このケースでは大気である)と、動作状態において流路210を通って流れる熱伝達媒体4(例えばCOなどの冷媒4である)との間の熱交換のために、入口領域201を介して輸送流体3を熱交換器2と流れ接触させ、出口領域202を介して再び熱交換器2から離れるように導くことができる。 The heat exchange system in FIG. 1 includes a heat exchanger 2. In this embodiment, the heat exchanger 2 is a small passage heat exchanger 2 in which a flow path 201 is arranged in the flow segment 21. The transport fluid 3 (in this case a air), for heat exchange between the heat transfer medium 4 flowing through the flow path 210 in the operating state (for example, a refrigerant 4, such as CO 2), the inlet region The transport fluid 3 can be brought into flow contact with the heat exchanger 2 via 201 and directed away from the heat exchanger 2 again via the outlet region 202.

本発明によれば、熱交換器2の汚染を決定するために汚染センサ5が設けられている。この実施例では、汚染センサ5は、空気3の流れ方向において、フィン6からなるフィン・パックの上流に配置される。汚染センサ6は、圧力センサ6、速度センサ6、貫流センサ6、又は他の適当な汚染センサ6である。それを用いて、入口領域201から出口領域202を介する輸送流体の流れにとって特徴的である、輸送パラメータTKを決定することができる。   According to the invention, a contamination sensor 5 is provided for determining contamination of the heat exchanger 2. In this embodiment, the contamination sensor 5 is arranged upstream of the fin pack consisting of the fins 6 in the flow direction of the air 3. The contamination sensor 6 is a pressure sensor 6, a velocity sensor 6, a flow-through sensor 6, or other suitable contamination sensor 6. It can be used to determine a transport parameter TK that is characteristic for the flow of transport fluid from the inlet region 201 through the outlet region 202.

それぞれがフィン面62を有する複数のフィン6を備えたフィン・パックは、流れセグメント21と、この実施例では大気である輸送流体3との間の熱交換率を高める働きをする。   A fin pack comprising a plurality of fins 6 each having a fin surface 62 serves to increase the heat exchange rate between the flow segment 21 and the transport fluid 3 which in this embodiment is the atmosphere.

図1の実施形態では、ルーバが存在している可能性があるが、ルーバは明示的に示されてはいない。したがって、図1による特別な実施形態においてルーバをフィン6の上に設けてもよい。また、異なる実施形態においては、適当な異なる用途に対してルーバが不要であるため、ルーバは設けられない。   In the embodiment of FIG. 1, louvers may be present, but the louvers are not explicitly shown. Thus, a louver may be provided on the fin 6 in a special embodiment according to FIG. Also, in different embodiments, no louver is provided because no louver is required for appropriate different applications.

実際には、フィン6のパックによって空気3を輸送するために、空気3の輸送用のファン7(分かりやすくするために図1には示されていない)が設けられる。そして、例えば汚染センサ5の助けによって検知された熱交換器2の汚染の強さに応じて、例えば図4による流速LGを設定することができるようにする。この点に関して、輸送流体の空気3は、ファン7からフィン6のパックを通って矢印3の方向に動かされる。   In practice, a fan 7 for transporting air 3 (not shown in FIG. 1 for the sake of clarity) is provided for transporting air 3 by a pack of fins 6. Then, for example, the flow velocity LG according to FIG. 4 can be set according to the contamination intensity of the heat exchanger 2 detected with the help of the contamination sensor 5. In this regard, the transport fluid air 3 is moved from the fan 7 through the pack of fins 6 in the direction of arrow 3.

図1は、小通路熱交換器2を有する本発明による実施形態に関する。図1では、ここでは小通路である複数の流路210を明確に認識することができる。   FIG. 1 relates to an embodiment according to the invention with a short passage heat exchanger 2. In FIG. 1, a plurality of flow paths 210 which are small passages can be clearly recognized here.

図2は、小通路熱交換器の代わりに典型的なフィンチューブ熱交換器を用いる点においてのみ、図1の実施形態と本質的に区別される。フィン6には明確にルーバ61が見られる。図2の実施例では、フィン6はまだ汚染されていない。図1の実施例とのさらなる相違は、汚染センサ5がフィン6からなるフィン・パックの内部に収容されていることである。   FIG. 2 is essentially differentiated from the embodiment of FIG. 1 only in that a typical finned tube heat exchanger is used instead of the short path heat exchanger. The louver 61 is clearly seen on the fin 6. In the embodiment of FIG. 2, the fins 6 are not yet contaminated. A further difference from the embodiment of FIG. 1 is that the contamination sensor 5 is housed inside a fin pack consisting of fins 6.

言うまでもなく、本発明による各実施形態では、別法として適当な位置に他の汚染センサ5も配置するか、又は追加として複数の汚染センサ5を同時に設けてもよい。   Needless to say, in each embodiment according to the present invention, another contamination sensor 5 may alternatively be disposed at an appropriate position, or a plurality of contamination sensors 5 may be provided at the same time.

きわめて特別な配置では、同一の熱交換システムに、小通路熱交換器2と典型的なフィン付熱交換器を同時に設けることも可能である。   In a very special arrangement, it is also possible to provide the same heat exchange system with a short-path heat exchanger 2 and a typical finned heat exchanger at the same time.

熱交換器2全体の圧力損失ΔPを決定するための差圧測定を伴う、実際にきわめて重要な他の実施形態を図3に概略的に示す。それ自体は周知の形のファン7が、輸送パラメータTKの特性を有する環境空気3を、入口領域201を介して熱交換器2を通して運ぶ。そして、ファン7は、空気3を、熱交換器システム1から出口領域202を介し、カバーAを通して周囲環境に戻るように案内する。   Another embodiment, which is actually very important, with a differential pressure measurement for determining the pressure loss ΔP across the heat exchanger 2 is schematically shown in FIG. A fan 7 of a type known per se carries the ambient air 3 having the characteristics of the transport parameter TK through the heat exchanger 2 via the inlet region 201. The fan 7 then guides the air 3 from the heat exchanger system 1 through the outlet area 202 and back through the cover A to the surrounding environment.

空気3が熱交換器2を通過する間の圧力損失ΔPを決定するために、図面の左手側の入口領域201の前、及び図面の右手側の出口領域202の後ろにそれぞれ汚染センサ5を設け、測定された差圧から熱交換器2全体の圧力損失(ΔP)を決定できるようにする。   In order to determine the pressure loss ΔP during the passage of the air 3 through the heat exchanger 2, the contamination sensors 5 are respectively provided in front of the inlet region 201 on the left hand side of the drawing and behind the outlet region 202 on the right hand side of the drawing. The pressure loss (ΔP) of the entire heat exchanger 2 can be determined from the measured differential pressure.

それは本発明にとって全く限定的なものではなく、圧力損失ΔPを決定するためにその手段が用いられることを理解されたい。有利には、それ自体は周知の様々な差圧センサを全く同様に用いることができる。   It should be understood that it is not at all limiting to the present invention and that means are used to determine the pressure loss ΔP. Advantageously, various differential pressure sensors known per se can be used in exactly the same way.

最後に、図4には、フィン6及びルーバ61を備えた小通路熱交換器2を有する熱交換システム1について、輸送パラメータTKの特性の典型的なカーペット・プロットを概略的に示されている。   Finally, FIG. 4 schematically shows a typical carpet plot of the characteristics of the transport parameter TK for a heat exchange system 1 having a short passage heat exchanger 2 with fins 6 and louvers 61. .

図4の実施例では、圧力損失ΔPは、様々な汚染の程度V(V、V、・・・Vmaxまで)における輸送流体3の流速LGに応じた輸送パラメータTKとして示されている。当技術分野の平均的な技術を有する者には、他の輸送パラメータTK、例えば貫流量などについて、また言うまでもなく他のタイプ熱交換器、例えばフィンチューブ熱交換器についても、対応するカーペット・プロットをプロットできることが問題なく理解される。 In the example of FIG. 4, the pressure loss ΔP is shown as a transport parameter TK as a function of the flow velocity LG of the transport fluid 3 at various contamination degrees V (up to V 0 , V 1 ,... V max ). . Those having average skill in the art will have corresponding carpet plots for other transport parameters TK, such as through-flow rates, and of course for other types of heat exchangers, such as finned tube heat exchangers. Can be plotted without problems.

曲線Vは、新たに清浄化された、すなわちまだ汚染されていない熱交換システム1のものである。特性曲線の曲線Vは、同じ熱交換システム1において一定の動作期間後に記録したものである。ここでは、熱交換器2は既にかなり汚染されている。対応する小さな圧力損失ΔPとしてそれを認識することができる。曲線Vは、汚染されていない熱交換器2の曲線Vより緩やかである。さらに動作した後、熱交換器2はますます汚染され、V、Vなどを経て最終的には曲線Vmaxの形の許容される最大の汚染を示すまでになり、再び清浄化しなければならなくなる。 Curve V 0 is for a heat exchange system 1 that is freshly cleaned, ie not yet contaminated. The characteristic curve V 1 is recorded after a certain period of operation in the same heat exchange system 1. Here, the heat exchanger 2 is already very contaminated. It can be recognized as a corresponding small pressure loss ΔP. Curve V 1 is more gradual than curve V 0 of uncontaminated heat exchanger 2. After further operation, the heat exchanger 2 is increasingly contaminated, through V 2 , V 3, etc., eventually showing the maximum allowable contamination in the form of the curve V max and must be cleaned again. No longer.

最後に、図5は、汚染の程度Vと、これに起因する圧力損失ΔPの変化との関係、及び、これに関連する熱交換器2の熱伝達性能PWの低下との関係を説明する特徴的な図を概略図として示している。   Finally, FIG. 5 is a feature illustrating the relationship between the degree of contamination V and the change in the pressure loss ΔP resulting from this, and the related decrease in the heat transfer performance PW of the heat exchanger 2. A schematic diagram is shown as a schematic diagram.

熱交換器2の汚染の程度Vは、水平な横座標に示されている。横座標は、図面の左から右に向かって増加する。熱交換器2による圧力損失ΔPは、縦座標の左手の軸ΔPに示されている。また、縦座標の右手の軸PWには、増大する汚染の程度Vに起因する熱伝達性能PWの低下が同時に読み取られる。   The degree of contamination V of the heat exchanger 2 is indicated on the horizontal abscissa. The abscissa increases from left to right in the drawing. The pressure loss ΔP due to the heat exchanger 2 is shown on the left hand axis ΔP on the ordinate. Further, a decrease in the heat transfer performance PW due to the increasing degree of contamination V is simultaneously read on the right hand axis PW of the ordinate.

この点に関して、実線ΔPは汚染の程度Vに応じた圧力損失ΔPの推移に対応し、点線は汚染の程度Vに応じた熱伝達性能PWの低下を示す。この点に関して、圧力損失ΔP及び熱伝達性能PWは、ある汚染の程度Vでは等しくゼロであり、すなわち、それぞれ汚染されていない熱交換器2を表す100%に正規化されている。   In this regard, the solid line ΔP corresponds to the transition of the pressure loss ΔP according to the degree of contamination V, and the dotted line represents a decrease in the heat transfer performance PW according to the degree of contamination V. In this regard, the pressure loss ΔP and the heat transfer performance PW are equally zero at a certain degree of contamination V, ie normalized to 100%, each representing an uncontaminated heat exchanger 2.

非常にわずかな汚染Vでは、熱交換器全体の圧力の低下ΔPは、最初は限界の汚染の程度Vkまでほぼ一定のままである。汚染の程度が高まるにつれて、圧力損失ΔPはそこから急に著しく低下し、汚染の程度Vにおいて圧力損失ΔPの値が最小値に達する。同時に、熱伝達性能PWも急速に低下する。VkとVの間の汚染の区間及びその前では、まずルーバのみがダストの粒子によって詰まり、それによって熱交換器2を通って流れる輸送流体3、すなわち例えば空気3の乱流がさらに低減され、ルーバ61はダストによってさらに強固に詰まる。こうして空気3は、熱交換器2をより簡単に且つ/又はより高速に通過できるようになる。一方では、これによって圧力損失ΔPが低減され、他方では、輸送媒体3と熱交換器2との間の効果的な接触時間又は効果的な接触面が低減され、それによって熱伝達性能PWの大幅な低下が観察されるようになる。 With very little contamination V, the pressure drop ΔP across the heat exchanger initially remains nearly constant up to the critical contamination degree Vk. As the degree of contamination increases, the pressure loss ΔP decreases sharply from there and the value of the pressure loss ΔP reaches a minimum value at the degree of contamination V m . At the same time, the heat transfer performance PW also decreases rapidly. In interval and the previous contamination between Vk and V m, only first louvers clogged by the particles of dust and thereby transport fluid 3 flowing through the heat exchanger 2, i.e. for example air turbulence 3 is further reduced The louver 61 is more firmly clogged with dust. Thus, the air 3 can pass through the heat exchanger 2 more easily and / or faster. On the one hand, this reduces the pressure loss ΔP, and on the other hand, the effective contact time or effective contact surface between the transport medium 3 and the heat exchanger 2 is reduced, thereby significantly increasing the heat transfer performance PW. A significant decrease is observed.

さらに汚染が大きくなると、再び圧力損失ΔPが高まる。この理由は、ルーバがその中に向かって作動させられる、個々のフィンの間の中間領域が、ダストによってますます詰まり、その結果、同じ単位時間あたりのファン性能で熱交換器を通して輸送できる空気3が、ますます減少するからである。   When the contamination further increases, the pressure loss ΔP increases again. The reason for this is that the intermediate area between the individual fins, into which the louver is actuated, becomes increasingly clogged with dust, so that air 3 that can be transported through the heat exchanger with the same fan performance per unit time 3 This is because it decreases more and more.

この点に関して、圧力損失ΔPの最小値の近傍では、熱伝達性能PWは、既にもはや許容できないレベルまで低下しており、この特別な実施例では、既に熱伝達性能PWの最大可能値の50%まで低下しているということはきわめて重要である。   In this regard, in the vicinity of the minimum value of the pressure loss ΔP, the heat transfer performance PW has already dropped to an unacceptable level, and in this particular embodiment, already 50% of the maximum possible value of the heat transfer performance PW. It is extremely important that it has declined.

したがって、本発明のきわめて重要な認識は、熱交換器の清浄化は圧力損失ΔPの増加時に行うのではなく、ずっと早い時期に、すなわち圧力損失ΔPが著しく低下している段階で行うべきであるということである。   Therefore, a very important recognition of the present invention is that the heat exchanger cleaning should not be done when the pressure loss ΔP increases, but much earlier, ie when the pressure loss ΔP is significantly reduced. That's what it means.

したがって、本発明により、一方では清浄化の間隔の維持を理想的な形で保証することができ、他方では、本発明による熱交換システムの理想的な動作を保証することができる。さらに、他の目的のために準自動的に生じる電子信号を利用することも可能であり、例えば様々なメンテナンスの目的で有利に利用することもできる。   Thus, according to the invention, maintenance of the cleaning interval can be ensured on the one hand in an ideal way, and on the other hand, the ideal operation of the heat exchange system according to the invention can be ensured. Furthermore, it is possible to use an electronic signal generated semi-automatically for other purposes, and for example, it can be advantageously used for various maintenance purposes.

Claims (15)

流れセグメント(21)に配置された流路(210)を備えた熱交換器(2)を含む熱交換システムであって、輸送流体(3)と、動作状態において前記流路(210)を通って流れる熱伝達媒体(4)との間の熱交換のために、前記輸送流体(3)を、入口領域(201)を介して前記熱交換器(2)と流れ接触させること、及び出口領域(202)を介して再び前記熱交換器(2)から離れるように導くことができる熱交換システムにおいて、
前記熱交換器(2)の汚染の程度(V)を決定するために、圧力センサ(5)及び/又は速度センサ(5)の形の汚染センサ(5)が設けられ、それを用いて、前記入口領域(201)から前記出口領域(202)を介する前記輸送流体(3)の流れに特有の輸送パラメータ(TK)を決定することができることを特徴とする熱交換システム。
A heat exchange system comprising a heat exchanger (2) with a flow path (210) disposed in a flow segment (21), comprising a transport fluid (3) and in the operating state through the flow path (210). For the heat exchange with the flowing heat transfer medium (4), the transport fluid (3) in flow contact with the heat exchanger (2) via the inlet region (201) and the outlet region In a heat exchange system which can be led away from the heat exchanger (2) again via (202),
In order to determine the degree of contamination (V) of the heat exchanger (2), a contamination sensor (5) in the form of a pressure sensor (5) and / or a speed sensor (5) is provided, A heat exchange system characterized in that a transport parameter (TK) specific to the flow of the transport fluid (3) from the inlet region (201) through the outlet region (202) can be determined.
熱交換率を高めるために、流れセグメント(21)にフィン(6)が設けられた、請求項1に記載された熱交換システム。   The heat exchange system according to claim 1, wherein the flow segment (21) is provided with fins (6) to increase the heat exchange rate. 前記フィン(6)に、特にルーバ(61)の形で、貫流開口部(61)が設けられた、請求項2に記載された熱交換システム。   3. A heat exchange system according to claim 2, wherein the fins (6) are provided with through-flow openings (61), in particular in the form of louvers (61). 少なくとも1つの熱交換器(2)が小通路熱交換器(2)である、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載された熱交換システム。   4. The heat exchange system according to claim 1, wherein the at least one heat exchanger (2) is a short passage heat exchanger (2). 5. 少なくとも1つの熱交換器(2)が管熱交換器(2)である、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載された熱交換システム。   The heat exchange system according to any one of claims 1 to 4, wherein the at least one heat exchanger (2) is a tube heat exchanger (2). 前記入口領域(201)から前記出口領域(202)への前記輸送流体(3)の輸送のために、輸送装置(7)、特にファンが設けられた、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載された熱交換システム。   6. A transport device (7), in particular a fan, is provided for transport of the transport fluid (3) from the inlet region (201) to the outlet region (202). A heat exchange system according to any one of the above. 前記輸送パラメータ(TK)が、前記輸送流体(3)の圧力、特に前記熱交換器(2)の前記入口領域(201)と前記出口領域(202)との間の圧力損失(ΔP)である、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載された熱交換システム。   The transport parameter (TK) is the pressure of the transport fluid (3), in particular the pressure loss (ΔP) between the inlet region (201) and the outlet region (202) of the heat exchanger (2). The heat exchange system according to any one of claims 1 to 6. 前記輸送パラメータ(TK)が、前記輸送流体(3)の流速である、請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載された熱交換システム。   The heat exchange system according to any one of claims 1 to 7, wherein the transport parameter (TK) is a flow rate of the transport fluid (3). 制御ユニット、特にデータ処理ユニットを有する制御ユニットが、制御及び/又は調節のために、並びに/或いは前記熱交換システムの動作パラメータ又は状態パラメータのデータ収集のために、前記熱交換器(2)のセンサ、及び/又は前記輸送装置(7)、及び/又は前記汚染センサ(5)、及び/又は熱機関に信号接続される、請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載された熱交換システム。   A control unit, in particular a control unit with a data processing unit, can be used for control and / or regulation and / or for collecting data on operating parameters or state parameters of the heat exchange system. 9. The sensor and / or the transport device (7) and / or the contamination sensor (5) and / or a heat engine as a signal connection. Heat exchange system. 前記熱交換システムは、ラジエータ、特に自動車用、とりわけ陸上車両、航空機若しくは水上車両用のラジエータ、又は可搬式若しくは定置式の加熱設備、冷却設備若しくは空調設備、特にデータ処理システム用の機械若しくは建築物のための冷却装置用のラジエータ、コンデンサ若しくは気化器である、請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載された熱交換システム。   Said heat exchange system is a radiator, in particular a radiator for an automobile, in particular a land vehicle, an aircraft or a water vehicle, or a portable or stationary heating facility, cooling facility or air conditioning facility, in particular a machine or building for a data processing system The heat exchange system according to any one of claims 1 to 9, wherein the heat exchange system is a radiator, condenser or vaporizer for a cooling device. 請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載された熱交換システム(1)を動作させる方法であって、輸送パラメータ(TK)を測定し、前記輸送パラメータ(TK)から熱交換器(2)の汚染の程度(V)を決定する方法。   A method for operating a heat exchange system (1) according to any one of claims 1 to 10, wherein a transport parameter (TK) is measured and a heat exchanger is determined from the transport parameter (TK). (2) A method for determining the degree of contamination (V). 前記輸送パラメータ(TK)から圧力の低下(ΔP)を決定する、請求項11に記載された方法。   12. The method according to claim 11, wherein the pressure drop ([Delta] P) is determined from the transport parameter (TK). 前記圧力損失(ΔP)から前記熱交換器(2)の圧力の熱伝達性能(PW)の低下を決定する、請求項11又は請求項12に記載された方法。   The method according to claim 11 or 12, wherein a decrease in the heat transfer performance (PW) of the pressure of the heat exchanger (2) is determined from the pressure loss (ΔP). 前記輸送装置(7)の性能、特に前記ファン(7)の回転速度が、前記熱交換器(2)の汚染の程度に応じて制御及び/又は調節され、並びに/或いはサービス・ルーチンのための時期が、前記汚染の程度に応じて自動的に決定される、請求項11から請求項13までのいずれか一項に記載された方法。   The performance of the transport device (7), in particular the rotational speed of the fan (7), is controlled and / or adjusted according to the degree of contamination of the heat exchanger (2) and / or for service routines. 14. A method according to any one of claims 11 to 13, wherein the timing is automatically determined according to the degree of contamination. オンラインによる方法において、特にイントラネット若しくはインターネットを介して、前記熱交換システム(1)からの動作データ及び/又は状態データが制御センタによって監視され、並びに/或いは前記熱交換システム(1)が制御及び調節される、請求項11から請求項14までのいずれか一項に記載された方法。   In an on-line method, operating data and / or status data from the heat exchange system (1) is monitored by a control center and / or the heat exchange system (1) is controlled and regulated, especially via an intranet or the Internet. 15. A method as claimed in any one of claims 11 to 14, wherein:
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