CN101023312A - 具有温度控制阀的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有温度传感器的热交换器，并且尤其涉及一种可用于使用区域供热水对热水进行加热的热交换器。该热交换器(1)包括：板(2)，设置在组件中并铜焊在一起，从而在可替换的板对之间形成用于第一介质(Fj)和第二介质(VV)的5个分离的通道；两对连接部，分别用于第一介质的进口(3)和出口(4)以及用于第二介质的进口(5)和出口(6)；以及温度传感器(9)，可连接至阀(7)，以控制经过热交换器的第一介质的供应。第一介质用于向第二介质供应热量。温度传感器(9)穿过多个板而设置，并且与所述板进行导热接触，使得温度传感器控制第一阀。

Description

具有温度控制阀的热交换器
技术领域
本发明涉及一种具有温度传感器的热交换器，并且尤其涉及一种可用于使用区域供热水对热水进行加热的热交换器。本发明提供了一种用于连接至阀的热交换器，通过控制该阀的温度传感器的适当定位和连接可以迅速地打开和关闭该阀。
背景技术
众所周知，热交换器可以用来加热热水。此方面的具体问题在于，当热水的出水(tapping)被中断时，必须迅速切断来自区域供热系统的热水供应。否则会有水将过热的风险，尤其有造成烫伤其它东西的风险。文献EP 608195公布了一种对该问题的解决方案。在浸水管中设置温度传感器，该温度传感器与区域供热和热水回路中的水均相接触。但是，由于传感器位于水中，所以很少获得对于水温有利的检测。这尤其发生在低速水流以及特别是静止的水的情况下。另一已知问题在于出水期间热水温度的波动问题。这尤其发生在出水水流发生变化的期间。该问题的最常见原因是温度检测太慢。
发明内容
本发明通过将温度传感器设置成与热交换器的板进行金属导热接触来解决该问题。从而热量迅速传输到传感器，这进而加快了温度检测的速度。
因此，本发明涉及一种热交换器，其包括：板，设置在组件中并铜焊在一起，使得在可替换的板对之间形成用于第一和第二介质的分离的通道；两对连接部，分别用于第一和第二介质的进口和出口；以及温度传感器，可连接至第一阀，以调整经过热交换器的第一介质的供应，其中，第一介质用于将热量传输至第二介质。
根据本发明，温度传感器设置在穿过多个板的孔中，所述孔设置在板中脊状部在用于其中一种介质的通道中会合的地方，从而得以实现与所述板的导热接触，该温度传感器设置成控制第一阀。
优选地，该温度传感器与机械地作用于第一阀上的测温包(bulb)结合。
适当地，该测温包包含蜡，该蜡具有在预定温度左右的熔化范围。
附图说明
下面将参照附图详细描述本发明，附图中：
图1是根据本发明的热交换器的示意平面图；
图2是根据本发明的具有温度传感器的多个板的横截面视图；以及
图3是表示两种操作情况的温度曲线。
具体实施方式
板式热交换器是用于在两种不同介质之间进行热交换的公知设备。板式热交换器用在许多不同场合中，并且虽然本发明作为用于使用区域供热来供应热水的热交换器已经进行了专门开发，但是本发明并不限于任何特殊场合。本发明最适用于各种全铜焊类型的板式热交换器。换句话说，热交换器包括具有凹槽图案的板，该板具有用于两种介质的进口和出口连接部。这些板设置在组件中并铜焊在一起，以形成一个单元。在可替换的板对之间形成用于彼此逆流循环的两种介质的分离的通道。该技术是公知的，因此将不在此进行详细描述。
图1是用于使用来自区域供热网络的热水对水进行加热的热交换器的示意图。热交换器1具有板2，该板具有两对连接部。其中一对连接部包括用于区域供热水Fj的进口3和出口4。第二对包括用于热水VV的进口5和出口6。传统的热水循环系统12可以连接至虚线所示的热水系统。将可以认识到，热水在进口5处实际上是冷的或至少处于较低的温度，并且当热水流经到出口6时在热交换器中被加热。
区域供热水的供应由阀7控制，该阀优选地安装在向热交换器1供应的区域供热水供应管线中，如图所示，或者安装在从热交换器1返回的区域供热水返回管线中。阀7可以可替换地置于热交换器1中。阀7的打开和关闭由包括温度传感器9(该温度传感器将在下面进一步详细描述)以及能够打开和关闭阀7的执行器的恒温功能元件控制。热水的出水以使用至少一个阀8的通常方式来控制。阀8通常是外部的，而不是热交换器的一部分，通常多个热水龙头位于建筑物的不同位置处。
进入的区域供热水通常处于约100℃的温度。可以根据户外温度、用于目前区域供热系统的设计数据、以及其它因素来升高或降低该温度。区域供热水应该流经热交换器，或者是连续的(当龙头8打开时或如果运转任一所连接的热水回路12来加热热水时)，或者是断续的(如果没有热水回路12或热水回路没有运转，并且当龙头8关闭以保留热交换器中的热水的热量时)，从而即使在这种情况下，当龙头8打开时也可以直接接近热水。另一方面，重要的是，区域供热阀7直接响应热水中的温度变化，并且当龙头8关闭时，其迅速关闭。如果区域供热阀7保持打开状态很长时间，则根据区域供热阀7关闭的迅速程度，水可能或多或少地存在过热的危险。然后，如果龙头8再次打开，则存在烫伤的危险。通常，出口热水的温度应该从不高于约55℃。阀7的延迟关闭还造成能量消耗增加，并可能造成热交换器中碳酸钙沉淀的问题。
图2示出了根据本发明设计的温度传感器9。温度传感器9穿过多个板2而设置。这可以通过设置在板中，优选地在脊状部(ridge)在用于其中一种所述介质的所述通道中会合的地方中的孔来实现。温度传感器与板具有很好的，实际上是直接的金属导热接触，并且被热水VV(即，待加热的介质)环绕，而根据脊状部的宽度，用于区域供热水Fj的通道位于距离传感器9的某一较小距离处。传感器设置在热交换器中，靠近区域供热水Fj的进口3。因此，在热水离开热交换器之前，该温度传感器起作用。
对于穿过热交换器的孔的设计，参见WO 98/37374号和WO00/03189号公开文本。
传感器可以直接压到或铜焊到板2上，或者可以设置于管道10中，该管道自身是压到或铜焊到板上的。后一种变型意味着温度传感器可从热交换器上拆卸且可以容易更换。
从金属板到传感器的热量传递大约比从静止水到传感器的热量传递快7倍。因此，相比于现有技术，温度检测也相应地较快。
各种类型的温度传感器是公知的，并且可以用在本发明中。本发明中建议，温度传感器具有包含某种介质的(传感器本体)测温包11，这种介质随着温度的变化在体积或压力方面变化，例如，具有优选蜡或石蜡(或甘油)。具有这种类型的温度传感器的阀是公知的，例如，用于基于水的供热系统的普通散热器中的恒温阀形式的阀。当测温包被加热时，蜡熔化且占据较大的体积。在优选实施例中，当蜡熔化时蜡的体积增加19％。测温包液力地且机械地连接至阀7，并且膨胀的体积关闭阀7。当蜡冷却时，蜡再次凝固且占据较小的体积。然后，偏压阀7的弹簧打开阀7。适当地，蜡是熔点稍有不同的各种石蜡的混合物，这意味着蜡将具有介于完全固态形式与液态形式之间的熔化范围。该混合物选择成可使得阀在预定温度T(例如大约55℃(或53℃))下动作，并且熔化范围应该相当小，例如熔化范围为ΔT＝0.7℃。在从T到T+ΔT的该熔化范围内，阀7打开至较大或较小的程度。因此，处于熔化范围以下的温度时，阀完全打开，而处于熔化范围以上的温度时，阀完全关闭。
蜡的增加体积借助于液压油(hydraulic liquid)通过毛细管传送至执行器。在执行器中，作用在阀7上的活塞运动。应该注意到，蜡是不可压缩的，所以不受压力的影响。因此，阀的执行器通过体积而不是通过压力来控制。由于这一事实，所以该控制不受区域供热水系统中的压力变化的影响。
图3示出了具有根据本发明的热交换器的两种操作情况的温度曲线。该曲线表示例如在图2中的点P处的温度。曲线的左端处示出了区域供热回路Fj中的温度；中央示出了金属板中的温度，以图3中的M表示；并且右端示出了热水回路VV中的温度。温度传感器9设置于热水侧上的金属接触中，并且传感器的温度t与图3中金属壁的右侧上的温度一致。由于传感器9设置于热水通道VV中，这种效果被加强，并且由于位于区域供热水通道的脊状部中的传感器的位置，区域供热水Fj在给定的距离处循环。
第一操作情况是热水龙头8关闭的情况，并且以上部温度曲线A示出。我们假设，龙头8刚刚关闭，且没有热水回路12处于运转中。区域供热水Fj仍然是温的。在热水侧上，没有流动，从而出现了层流状态。这种状态具有较高的热阻，从而金属壁和接近于该金属壁的热水的温度迅速升高，例如，升高至接近76℃，即，远远高于预定温度T。这也是温度传感器的温度t。因此，测温包中的蜡熔化，并且关闭了区域供热阀7。应注意的是，实际上，热水VV加热得相当慢，而不会达到远远高于T的温度。
如果热水龙头8保持关闭状态很长时间，温度曲线A下降并且变得水平(未示出)。当测温包中的温度t降到T+ΔT以下时，蜡开始凝固，并且区域供热阀打开。然后加热热水。当热水温度进而传感器的温度t升高到T+ΔT以上时，区域供热阀7再次关闭。由于蜡一降低到温度T以下阀就打开，所以该特征用作自动热量保持功能，而同时确保了热水的较短响应时间。这样，就实现了在温度T左右的热水的热量保持。
另一方面，如果热水阀8打开(或者热水回路12使得热水VV循环)，则存在更快的过程。图3中的较低的温度曲线B表示热水龙头8打开的情况。当热水龙头8打开时，在热水中发生湍流，这使得金属板，尤其是接合脊状部处，换句话说，设置有温度传感器9的位置处迅速冷却。冷却的时间通常不会超过2秒。传感器测温包9中的温度下降到温度T以下，并且蜡完全凝固，使得区域供热阀7打开。然后温度曲线很快出现，如同B中的一样。
这种情况持续到热水龙头8关闭(或者热水回路12停止)。然后，热水流动突然变成湍流，并且热水的热阻增加，从而金属被迅速加热。热水被加热得相当地慢，但温度传感器9主要检测金属的温度。所以测温包11迅速加热至温度T+ΔT以上，并且区域供热阀7完全关闭。这样，不会出现热水的过热。不久，温度就如同上面的温度曲线A中的一样。
为实现最好的功能，传感器9应该尽可能设置于区域供热进口3附近。传感器的不对称位置意味着当制造板时应该有利地使用双头工具(double tools)。作为替换，在热交换器的顶部和底部处，可以将温度传感器出口设置成旋转对称的。仅有一个出口用于温度传感器，而另一个可以是空闲的。此外，区域供热水应该沿着与热水相反的方向流动。
温度传感器可以穿过整个热交换器组件而设置，或者仅穿过少数几个板而设置。
根据本发明的控制如同热PID控制器一样操作。均衡作用是很显然的；在水温高于温度T的情况下，存在增加的熔化，使得蜡膨胀。综合作用由熔化的蜡与固相的蜡比例确定。如果熔化热是160kJ/kg，则其对应于大约40℃温度变化时的能量值。这意味着蜡的体积不因为温度T而受限制。因此，当环境温度大约在温度T时，体积上没有变化。在低于温度T的环境温度下，蜡泥开始凝固，而蜡的温度不会变化。仅当蜡完全凝固时，蜡的温度才开始变化。相反，微商作用(derivative action)对蜡不起作用。通过将具有蜡的传感器靠近区域供热水的进口而设置，可以获得微商作用。这意味着当阀打开得更大时，蜡周围的材料中的温度比水中的温度升高得快。
本领域技术人员可以理解，可以在板的数目和不同的脊状部样式、热交换器连接部和阀等方面对热交换器的设计进行改变。本发明的范围仅由所附权利要求限制。

Claims (17)

1.一种热交换器(1)，包括：板(2)，设置在组件中并铜焊在一起，从而在可替换的板(2)对之间形成用于第一和第二介质(Fj、VV)的分离的通道；两对连接部，分别用于所述第一介质(Fj)的进口(3)和出口(4)以及所述第二介质(VV)的进口(5)和出口(6)；以及温度传感器(9)，可连接至第一阀(7)，以控制经过所述热交换器(1)的所述第一介质(Fj)的供应，所述第一介质(Fj)用于向所述第二介质(VV)供应热量，其特征在于，温度传感器(9)设置在穿过多个板(2)的孔中，所述孔设置在所述板中脊状部在用于其中一种所述介质的所述通道中会合的地方，从而得以实现与所述板的导热接触，并且特征在于所述温度传感器(9)设置成控制所述第一阀(7)。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述温度传感器(9)固定到所述板(2)。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述温度传感器(9)铜焊到或压到所述板(2)。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述温度传感器(9)可拆卸地设置于管道(10)中，所述管道自身固定于所述板(2)。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，所述管道(10)铜焊到或压到所述板(2)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述温度传感器(9)设置成使得其被用于所述第二介质(VV)的通道环绕。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第一(Fj)和第二(VV)介质设置成沿着相反方向流动，并且特征在于所述温度传感器(9)设置在所述热交换器(1)的设置有用于所述第一介质(Fj)的所述进口(3)以及用于所述第二介质(VV)的出口(6)的部分上。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述温度传感器(9)靠近用于所述第一介质(Fj)的所述进口(3)而设置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述温度传感器(9)包括机械地影响所述第一阀(7)的测温包(11)。
10.根据权利要求9所述的热交换器，其特征在于，所述测温包(11)含有蜡，从而使得第一阀(7)设置成当所述蜡熔化时关闭，而当所述蜡凝固时打开。
11.根据权利要求10所述的热交换器，其特征在于，所述蜡具有在预定温度T左右的熔化范围。
12.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述预定温度T为大约55℃。
13.根据权利要求11或12所述的热交换器，其特征在于，所述蜡的熔化范围为大约0.7℃。
14.根据权利要求11、12或13所述的热交换器，其特征在于，所述蜡的熔化热为160kJ/kg。
15.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述温度传感器(9)设置成当所述温度传感器(9)检测到温度降低并且所检测到的温度t低于预定温度T时打开所述第一阀(7)；并且特征在于，所述温度传感器(9)设置成当所述温度传感器(9)检测到温度升高并且所检测到的温度t高于某一较高的预定温度T+ΔT时关闭所述第一阀(7)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，用于所述第一介质(Fj)的所述进口(3)和所述出口(4)设置成连接至区域供热网络，而用于所述第二介质(VV)的所述进口(5)和所述出口(6)设置成连接至热水回路，所述热水回路包括至少一个第二阀(8)，以便控制经过所述热交换器(1)的所述第二介质(VV)的供应。
17.根据权利要求16所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器设置成连接至也包含热水循环系统(12)的热水回路。
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