CN102652258A - 结垢检测装置和结垢检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是指结垢检测装置（1）和方法，用于确定流体（6）处理设备（2）和/或这样的设备的内部功能组件（4）的表面（3）的结垢（5）的量，所述表面被暴露于所述流体并经受结垢。结垢检测装置和方法可用于监视若干表面如热传递表面的结垢量，也用于监视这样的确定流体处理设备和/或这样的设备的内部功能组件的清洗过程。根据本发明，检测装置（1）包括至少一个第一传感器（7），带有用于测量所述流体（6）的所述光学透明度T和/或电传导电导率Q的装置（9）。所述传感器包括至少一个敏感区域（8），位于所述表面（3）附近和/或之内，并且所述区域至少暂时地暴露于所述流体（6）。

Description

结垢检测装置和结垢检测方法
技术领域
本发明涉及结垢检测装置以及确定流体处理设备和/或这样的设备的内部功能组件的表面结垢量的方法，所述表面被暴露于这样的流体并经受结垢。
背景技术
结垢检测装置和方法可用于监视这样的流体处理设备和/或内部功能组件如热传递表面的表面结垢量，也可用于监视这样的流体处理设备和/或这样的设备的内部功能组件的清洗过程，通常称为CIP（原位清洗）。
对于过滤系统中的过滤器，测试清洗过程效率的方法和装置见US 20050000894 A1。在清洗过程后，对该系统加压并测量预定时段上的压力衰减。根据该压力衰减判断清洗过程是否见效。
不过，这样的系统无法在线确定结垢量。能够在线测量结垢量的其他方法和装置也存在。
能够在线监视沉积的堆积程度的测量从热传递表面的热传递结垢热阻和热传递表面清洁因子的装置见US 5992505A。该装置使用热传递表面以内缠绕的给定长度的给定导线测量热传递表面的平均温度以及入口/出口部位水温测量元件测量该装置入口/出口部位的温度。
在线测量包括热交换器的流体处理设备的结垢的另一种装置见US 4766553A。该装置作为热交换器的入口/出口温度、流速、面积和比热的函数来计算热传递系数。实际热传递系数与名义的或原始的热传递系数对比以判断该系数是否已经发生了任何恶化，这种恶化反映了热交换器的结垢。
不过，公知的结垢检测设备的问题是这些设备仅仅能够关于流体处理设备和/或其内部功能组件本身的运行参数，例如通过测量该系统的内部压力、热传递或流速来检测结垢。因此，检测到结垢发生在流体处理设备的运行参数已经显著恶化之时，这可能导致功能组件的损坏并可能使系统超限运行。不仅如此，先前阐述的系统需要多个传感器，这增加了这样的系统的不稳定性或故障。
执行清洗过程的方式通常是以加了洗涤剂的水冲洗该系统。经常发生的另一个问题是清洗失败。在这样的情况下以后的产品周期被缩短，这导致了产品损失，因为该系统不得不比计划更早地进入清洗阶段。曾经阐述的在线监视系统仅仅被设计为用于热传递表面或热交换器并且仅仅能够在系统运行时测量结垢量，而不能用于清洗阶段期间。
发明内容
所以本发明的一个目的是提供以上介绍类型的结垢检测设备和/或方法，它避免了上述缺点。
这个目的由根据本发明包括至少一个第一传感器的结垢检测装置实现，它包括测量所述流体的电传导电导率和/或光学透明度的装置，包括至少一个敏感区域，它位于所述流体处理设备和/或这样的设备的内部功能组件的所述表面附近或之内，并且其中所述区域至少暂时地暴露于所述流体。
根据本发明的结垢检测装置能够用于可以包括功能组件的流体处理设备的结垢、水垢和/或清洗控制，比如排水管道、UHT（超高温）管线、巴氏灭菌器管线、HTST（瞬间高温）巴氏灭菌器管线、冷却系统和/或锅炉系统。
利用本发明，任何流体处理设备的操作员都能够容易地了解其装置何时需要清洗以及每个清洗步骤何时能够结束。结果，最佳运行时间是可能的，这可以引起最佳过程成本，因为容易使用以及稳健的测量系统。
本发明的另一个优点是仅仅一个参数的测量就足以获得所述暴露表面的结垢量。不仅如此，所述测量与任何功能组件无关，使得所测量的参数对结垢给出了准确的结果，即使在结垢对所述系统的所述运行参数仍然可能具有仅仅较小的影响时。
根据本发明，流体处理设备可以是罐体、导管、容器、管道、循环系统或其任何组合。这些流体处理设备包括一个或多个内部功能组件，根据本发明的多种实施例它们可以是热传递表面、蒸发器、均化器、混合装置、混合机或其任何组合。
所述流体处理设备和/或其内部功能组件的表面暴露于所述流体并且经受结垢。它们可以包括这样的流体处理设备的内部功能组件表面。在考虑中的所述表面经受结垢所以可能仅仅暂时地暴露于所述流体，因为在一定的时间量后，结垢层可能完全覆盖了相应表面。
根据本发明，所述第一传感器包括位于所述暴露表面附近或之内的区域。所以，类似于所述暴露表面，所述传感器的所述区域可以至少暂时地暴露于所述流体并且也经受结垢。位于所述暴露表面附近或之内，所述传感器的所述区域的结垢量表示所述表面的结垢量。根据本发明，测量所述传导电导率和/或光学透明度的所述装置优选地包括所述区域。
根据本发明，每个所述第一传感器都可以包括测量物理参数例如所述传导电导率和/或光学透明度的装置。所述物理参数一般应当与所述流体处理设备的任何表面的结垢量无关。不过，根据本发明，测量所述参数的所述装置的实现方式使得以所述装置的所述物理参数测量结果确实显示出与这些表面的结垢量的强烈相关性。与所述系统处于其清洁状态时获得的所述物理参数的数值相比，以根据本发明的测量装置的所述物理参数测量结果引起所测量的物理参数的不同数值。所以，在根据本发明的结垢检测装置内可以使用的任何传感器都可以原始地设计为测量任何任意的物理参数，但是在测量所述物理参数时，由所述传感器传递的数值在所述传感器结垢的情况下显著恶化。优选地，这样的传感器包括经受结垢的区域，其中所述区域的结垢就是所述数值的所述恶化的原因。在这种情况下，所述区域能够位于在考虑中的所述暴露表面附近或之内，以便对这些暴露表面的结垢具有准确的度量。
根据本发明的优选实施例，以所述至少一个第一传感器测量的电传导电导率和/或光学透明度的任何变化都是对所述表面的结垢扩展的度量。
在从属权利要求中已经指定了所述结垢检测装置的和/或所述结垢检测方法实施例的其他优点并且将在下文中介绍。
在包括测量所述流体的电传导电导率的至少一个传感器的、根据本发明的所述结垢检测装置的优选实施例中，所述测量传感器的所述区域可以包括至少一个第一导电表面，它可以用作第一电极。所述传感器可以进一步包括测量所述第一导电表面与第二导电表面之间传导电导率的装置，其中，这个第二导电表面至少暂时地暴露于所述流体。所述第二导电表面然后可以用作第二电极。
优选地，所述传感器的所述区域也包括所述第二导电表面，不过位置与所述第一导电表面分开。根据本发明所述第二导电表面的其他实施例也是可能的。例如作为替代，所述第二导电表面可以实施在所述流体处理设备的任何导电组件中，如果存在着任何组件，或者所述测量传感器的所述区域以外的任何其他第二导电表面，不过专门设计为用作所述测量装置的第二电极。
根据本发明，与所述暴露表面相比，所述第二导电表面可以不那么显著地经受结垢，但是如果所述第二导电表面根本未经受结垢，或者与所述暴露表面类似地经受结垢，这也在本发明的范围之内。测量传导电导率的任何其他几何结构一般是可能的，只要测量所述流体的传导电导率的测量装置显示出所述测量结果的恶化，它取决于所述结垢量。
所述电导率传感器的可能实施例，优选地它可以由可购得的电导率测量单元实施，比如Ecolab Engineering公司的LGP电导率测量单元“Pt100”。这种特定的电导率传感器能够检测0至20mS/cm之间的电导率值并且也包括温度测量设备。不过，根据本发明，具有至少一个暴露的测量电极──根据本发明它对应于所述测量传感器的所述区域中包括的所述第一导电表面──的每一个其他传导电导率传感器都可以被包括在测量所述流体的所述传导电导率的所述装置中。优选地，这样的传感器甚至具有更大的检测范围，例如0至100mS/cm之间的电导率。
取决于所述结垢检测装置的应用范围，从而可以指定测量所述传导电导率的传感器。在本发明的一个优选实施例中，所述结垢检测装置能够用于检测流体处理设备和/或这样的设备的内部功能组件的表面的结垢量，其中，在相继的产品周期中所述流体处理设备可以用于不同的流体。在这样的情况下所述流体的固有电导率──在所述流体处理设备处于其清洁状态时一般能够以所述结垢检测装置测量──可能与每一种其他流体不同。在适于这样的情况的本发明的实施例中，所述结垢检测装置可以包括不同的电导率测量传感器，其中，每一个传感器都可以具有不同的测量范围，可能也具有变化的准确度。根据本发明的这样的实施例的所述结垢检测装置包括检测所测量的电导率是否在为所述传感器指定的数值范围之内的装置以及在多种传感器之间进行选择的装置。
在本发明的某不同实施例中，所述结垢检测装置包括至少一个传感器，用于测量所述流体的光学透明度，所述测量传感器的所述区域可以包括至少一个光学透明的窗口。由于所述传感器的所述区域位于所述暴露表面附近或之内，所述窗口可能也经受结垢。所述传感器可以进一步包括测量所述光学透明度和/或可以发射进所述流体的光散射量的装置。由于这样的原因，这些装置可以包括至少一个光源和光学检测器，其中，所述光源可以通过所述透明窗口把光发射进所述流体，而所述光学检测器可以检测因为所述流体内和可能也在所述暴露表面的结垢内的散射效应而散射进所述检测器的光。放置所述光学检测器的多种替代方案是可能的。在某优选实施例中，所述光学检测器被安装在紧靠所述发光器件，而在另一个实施例内，所述检测器被安装得空间上离开光检测器件，在第二个透明窗口之后。根据本发明，所述传感器的所述测量窗口可能经受结垢，结果降低了所述光学窗口的透明度。
所述发光器件的可能实施例是例如激光器、白炽灯或发光二极管（LED）。所述发光器件的优选中心波长在所述流体一般透明但是其中任何结垢半透明和/或吸收（absorbing）的光谱的范围内。通过使用可购得的光检测和/或光吸收传感器，比如Optec制造的近红外吸收传感器HS 16-N，实现了可能的实施测量所述流体的所述光学透明度的这样的传感器。不仅如此，根据这样的实施例的结垢检测装置可以包括反光装置，比如若干镜面。
在另一个优选实施例中的结垢检测装置可以进一步包括第二传感器，在它位于的位置所述物理参数的测量信号不随时间恶化或者可以比所述第一传感器的测量信号随时间恶化缓慢得多。所述第二传感器可以包括测量所述流体的光学透明度和/或电导率的装置，包括至少一个敏感区域，它至少暂时地受所述流体影响并且其位置使得它或者未经受结垢或者仅仅以小于所述流体处理设备和/或其内部功能组件的所述暴露表面结垢的量经受结垢。在所述结垢检测装置的某优选实施例中，所述第二传感器的所述区域经受结垢的程度小于所述流体处理设备和/或其内部功能组件的所述暴露表面结垢量的一半。
在根据本发明的所述结垢检测装置的另一个实施例中，所述结垢检测装置进一步包括多个所述第一和/或第二传感器并且也可以包括计算多个传感器的测量值的平均值的装置。作为替代或作为补充，所述结垢检测装置可以包括选择多个所述第一和/或第二传感器的一个或另一个信号用于进一步处理的装置，取决于这些传感器的规格和/或偏离测量值，它们或许指明了相应传感器的故障。
在所述结垢检测装置的多种不同替代方案中，所述结垢检测装置可以进一步包括下列设备中的至少一个：温度测量设备、感应电导率测量设备、计算设备、数据存储设备、可视化设备和/或任何其他输出生成设备，如显示器、数据接口，和/或某种模拟信号。
温度测量设备可以用于把所测量的电导率和/或透明度关于温度归一化。在本发明的一个优选实施例中，所述温度测量设备被包括在测量所述流体的电导率和/或透明度的传感器之内。在另一个实施例中，设置所述温度测量设备的位置，使得在所述第一和/或第二传感器的位置处所述流体的温度可能由使用某种实施的预定义温度梯度计算相应位置处温度的计算装置而间接地确定。
在本发明的不同的实施例中，所述结垢检测装置可以进一步包括感应电导率测量设备，用于测量不受所述暴露表面的结垢影响的电导率。当以感应电导率传感器测量所述电导率时，测量值一般与所述传感器的任何结垢无关，并且实施在本发明的结垢检测装置中可以用作测量的传导电导率的参考值。在本发明的一个优选实施例中，所述结垢检测装置包括所述第一传感器至少其一和至少一台感应电导率测量设备。
根据本发明的结垢检测装置可以进一步包括通过计算以所述感应电导率测量设备的测量值和以所述传导电导率测量设备的测量值的差来确定结垢参数S的装置。对于所述暴露表面之内和/或附近仅仅一个位置局部地布置的所述结垢检测装置，还包括感应电导率测量设备的结垢检测装置可能特别有利。
正如先前已经阐述，所述结垢检测装置可以进一步包括计算设备，用于计算结垢参数S。在这样的情况下，所述结垢检测装置的全部传感器和/或测量设备可以连接到模/数（A/D）转换器，它把所述传感器和/或测量设备的模拟信号转换为数字信号。所述数字信号可以进一步传递到所述计算设备。
所述结垢检测装置可以进一步包括数据存储设备，用于保存所述传感器和/或测量设备的测量值和/或保存任何算出的结垢参数S。在所述结垢检测装置的另一个实施例中，所述结垢检测装置可以进一步包括可视化设备，用于随时间可视化所述结垢参数S和/或所述测量数据和/或用于优选地对于所述流体处理设备和/或其内部功能组件的清洗要求输出自动建议。
在根据本发明的所述结垢检测装置的实施例中，所述计算设备可以进一步包括若干例程，用于根据权利要求书和/或以下说明中指定的方法计算结垢参数S以及用于分析所述结垢参数S。在所述结垢检测装置的优选实施例中，正如先前的介绍，指定所述结垢检测装置的特征的方式可以是它们允许完成所述方法。
为了实现引言中阐述的目的，进一步提供了一种用于确定暴露于所述流体的流体处理设备和/或这样的设备的内部功能组件的表面结垢量的方法，其中，所述方法包括以下步骤：在这样的位置测量所述流体的电传导电导率Q和/或光学透明度T，这样的位置被选择为使得它们在所述暴露表面附近或之内以及电传导电导率和/或光学透明度的变化表示对所述暴露表面的结垢扩展的度量，确定结垢参数S，以及优选地通过所述结垢参数S与预定义参考值的对比来分析所述结垢参数S，优选地预定义参考值是依赖于流体的预定义参考值。
优选地，进行所述流体的电传导电导率Q和/或光学透明度T测量的方式使得在所述流体处理设备的至少一个产品周期内测量电传导电导率Q和/或光学透明度T的装置连续地保持在所述位置。这样的产品周期被定义为所述流体处理设备和/或其内部功能组件的两个清洗过程之间的时段。因此，优选地，测量电传导电导率和/或光学透明度的所述装置暴露于所述流体与所述表面同样多。根据本发明，在所述产品周期内测量的电传导电导率Q和/或光学透明度T的任何变化都表示对所述暴露表面的结垢扩展的度量。
确定结垢参数S的步骤能够以多种方式进行。在根据本发明的方法的一种替代中，所述结垢参数S直接等于在所述测量步骤中测量的测量值（Q,T）。作为替代，所述测量值可以以预定义的转换系数C归一化。
确定结垢参数S的步骤可以进一步包括计算测量值（Q,T）与预定义参考值的差和/或相对差的步骤，优选地，所述参考值对应于在所述系统处于其清洁状态下可以测出的所述物理参数的数值（Q0,T0）。所以，所述参考值一般取决于流体。所述测量值与所述参考值之间的所述差然后可以被解释为对所述表面的结垢量的度量，所以可以被视为结垢参数S。当所述结垢参数S高于可以取决于所述流体和/或流体处理设备的某个预定义阈值（QT,TT）时，分析所述结垢参数的步骤可以产生对应的清洗建议。
在根据本发明的方法的替代中，所述测量步骤进一步包括在因为特别不受结垢影响而选择的若干位置测量所述流体的电传导电导率Q’和/或光学透明度T’。这些位置可以远离考虑中的所述暴露表面，优选地是关于所述流体处理设备的任何内部功能组件的上游。
从所述位置获得的不受结垢影响的测量信号（Q’,T’）可以用作连续参考值的方式使得在经受结垢的若干位置的测量值（Q,T）与在特别不受结垢影响的若干位置的测量值（Q’,T’）之间的差（Q-Q’,T-T’）和/或相对差（(Q-Q’)/Q,(T-T’)/T）被用作对所述暴露表面的结垢量的度量。确定结垢参数S的步骤可以然后进一步包括计算所述差的步骤，以便把对应的结果与结垢参数S相关联。通过采用根据本发明包括至少一个第一传感器和至少第二传感器的结垢检测装置能够进行的这样的方法的优点由以下事实给出：对于解释在经受结垢的若干位置的传导电导率和/或光学透明度的测量值，对取决于流体的参考值例如所述流体本身的电导率和/或光学透明度（Q0,T0）的了解一般不是必须的。不仅如此，还可以不要求先前测量的参考值。
在根据本发明的方法的另一种替代中，除了在经受结垢的某位置测量电传导电导率以外，所述方法可以进一步包括测量所述流体的电感应电导率Qind的步骤。测量所述电感应电导率的位置是任意的，并且可以在接近所述暴露表面的位置进行，优选地在测量所述传导电导率的相同位置。测量所述感应电导率Qind的优点由以下事实给出：其值一般与任何所述暴露表面的结垢无关。确定结垢参数S的步骤可以进一步包括计算在经受结垢的位置测量传导电导率时获得的测量值Q与在测量电感应电导率Qind时获得的测量值Qind之间的差（Q-Qind）和/或相对差（(Q-Qind)/Q）的步骤。
不仅如此，所述测量步骤也可以包括测量所述流体的温度。优选地，在测量所述流体的电导率（Q,Q’,Qind）和/或光学透明度（T,T’）的相同位置测量温度。确定结垢参数S的步骤可以然后进一步包括测出的电导率（Q,Q’,Qind）和/或光学透明度（T,T’）关于温度归一化。能够根据电导率和/或光学透明度与温度之间的线性关系或者任何其他预定义的函数关系执行这种归一化，优选地关于所述流体选定预定义函数。
在根据本发明的方法的一种优选替代中，测量、确定结垢参数和分析所述结垢参数的步骤与所述流体处理设备和/或其功能组件的任何操作同时进行。作为替代，测量和/或确定结垢参数的步骤重复任意次数再进行其余步骤。优选地，在预定义的时间间隔Δt之后重复地进行全部步骤。根据所述方法的这个优选替代，能够在线监视所述暴露表面的结垢。
根据所述方法的替代，确定结垢参数S的步骤可以包括作为电导率（Q,Q’,Qind）和/或光学透明度（T,T’）的测量值的函数来计算结垢参数S。优选地，这个函数关于所述测量值是线性的，不过它有可能是具有预定义转换系数Ci的任何种类的N阶多项式。优选地，根据所述测量步骤内使用的相应传感器选择这些转换系数Ci。在某种先前进行的标定步骤内可以确定所述转换系数Ci。
在所述方法的另一种替代内，确定所述结垢参数S的步骤进一步包括用相应的数据采集和/或数据存储装置保存所述结垢参数S，和/或分析所述结垢参数S的步骤包括从所述数据存储装置检索先前的结垢参数组并可视化所述结垢参数组。不过，分析所述结垢参数也可以通过对比所述结垢参数S与某个预定义的阈值ST实现。万一所述结垢参数S大于所述阈值ST，所述方法可以进一步包括通知所述流体处理设备和/或其内部功能的用户的步骤。
在根据本发明的方法的进一步替代中，分析所述结垢参数S的步骤也可以包括优选地通过数值地计算所述结垢参数S的一阶导数f’(S)来计算作为所述结垢参数S随时间变化的度量的第二参数S’，以及把这个第二参数S’与某个预定义参考值S’T对比。优选地分析的步骤引起指明清洗的必要性，此时参数S’的幅度小于所述预定义的阈值S’T。
在根据本发明的方法的替代中，所述流体是包含悬浮和/或乳状液的混合物。优选地所述流体是主要包含牛奶的混合物。所述具有内部功能组件的流体处理设备可以是例如UHT管线。高温可以引起牛奶变性，它可能是所述UHT管线表面结垢的原因，所述表面在发热元件的下游。不过，任何其他类型的流体都可以在所述流体处理设备内处理，所以选择任何种类的优选流体都不以任何方式限制本发明。
本方法的进一步替代可以包括在所述流体处理设备和/或其功能组件内的各种位置和/或在不同时间，优选地所述时间间隔Δt的整数片段，测量传导电导率和/或光学透明度的步骤。计算平均值的附加步骤可以提高所述确定所述结垢参数S的准确度。
在不止一个位置测量所述电传导电导率和/或光学透明度的情况下，可以通过取平均值执行所述结垢参数S的确定步骤。
从优选实施例的以下详细公开，从附带的专利权利要求书以及从附图，本发明的其他目的、特征和优点将显而易见。
附图说明
现在将参考附图在下文中更详细地介绍本发明的优选实施例，其中:
图1是具有内部功能组件的流体处理设备的示意图，包括根据本发明的结垢检测装置；
图2是当流体处理设备及其内部功能组件的表面被安排在流体的流动方向时它们的示意图，包括根据本发明的结垢检测装置；
图3是沿着图2中截线的传感器的示意图；
图4是图3所示传感器的等效电路图；
图5是根据本发明的方法的四种不同替代的流程图。
具体实施方式
在图1中，示意地显示了流体处理设备（2），用于对流体巴氏灭菌，优选地是包含牛奶的某种混合物。流体处理设备（2）的产品回路（12）包含UHT管线，它包括导管和罐体以及两个热交换器（37）用于根据前述说明它表示流体处理设备（2）的所述内部功能组件加热流体（6）。产品回路（12）具有入口部位用于把流体（6）馈入产品回路（12）以及出口部位用于流体（6）的收回。该流体首先通过第一热交换器（37），通过与已经通过了产品回路（12）的大部分并且马上就要经由出口部位退出产品回路（12）的流体（6）的那些部分的热力学接触预热流体（6）。该流体在第一热交换器（37）中被预热之后，被引导穿过导管进入第二热交换器（37），在此通过与外部水回路（38）的热力学接触被加热至高温。在外部水回路（38）中的水已经被加热，方式为通过第三热交换器（41），它由蒸汽和/或某种电力热源（39）驱动。该热源还包括电输出，它可以用作对水回路温度的度量。流体（6）在第一和第二热交换器中被加热之后和/或之时，可能导致在流体加热设备和热交换器的表面（3）上结垢（5），它们恰好位于第一热交换器起点处及其下游。尤其对于牛奶，这样的结垢（5）不出预料，因为牛奶在高温变性，它导致了所述结垢（5）。该流体被进一步地引导穿过导管，也可能包括罐体，使流体在一定量的时间保持高于一定的温度。流体（6）在离开产品回路（12）之前，通过第一热交换器（37）内的热力学接触预热流体进入产品回路（12）的那些部分，正如以前已经说过。
如图1所示根据本发明优选实施例的结垢检测装置（1）包括两个带有测量流体的传导电导率的装置（9，109）的传感器（7，107）、两台温度测量设备（30，130）、用于测量流体的感应电导率的传感器（13）、模数转换器（35）和个人计算机（PC）（36）。后者包括计算设备（32）、数据设备（33）和可视化设备（34）。
测量流体的传导电导率的第一传感器（7）被放置的位置，使得在图2中可见的传感器区域（8）位于流体处理设备及其热交换器经受结垢（5）的暴露表面（3）之内。所以，传感器（7）的所述区域（8）也以这样的方式经受结垢（5），该方式使得这个区域（8）上的结垢（5）表示了流体处理设备表面（3）的结垢，包括热交换器的表面。温度测量设备（30）之一位于正在测量流体（6）的电导率之处附近，以便测量该位置流体的温度。测量流体温度的传感器（30）和测量流体传导电导率的传感器（7）在图1和图2中示意地展示为分开的，不过，在本发明的优选实施例中两台设备能够结合在单一设备中。
第二温度测量设备（130）和带有测量流体的传导电导率的装置（109）的传感器（7，107）被放置在流体处理设备内关于第一和第二热交换器（37）内的热传递表面（4）的上游。在这个位置流体尚未被加热，所以在流体处理设备的附近表面上不产生任何结垢。在一个产品周期内，优选地是两个清洗过程之间的时段，位于热传递器（37）的水箱上游的传感器（107）所测出的传导电导率一般应当保持不变。另一方面，第一传感器（7）所测出的传导电导率有变化，因为在热交换器（37）处和/或其下游的流体处理设备表面（3）的结垢（5）。由于流体（6）的温度升高而产生结垢（5）。
结垢检测装置（1）进一步包括用于测量流体的感应电导率的传感器（13）。在这个特定实施例中传感器（13）的位置位于热交换器（37）下游，但是能够位于流体处理设备（2）内的任何位置。一般来说，在一个操作周期内流体（6）的感应电导率一般应当保持不变，因为用这样的方式测量流体的感应电导率，使得流体处理设备内表面的或传感器的任何结垢都不会使正在测量的信号恶化。
全部传感器都被连接到模/数（A/D）转换器，它将传感器的测量值转换为数字信号。数字信号被传递到计算设备，根据本发明实施例它被包括在个人计算机（36）中。使用连接到个人计算机（36）的可视化设备（34），任何测量值都能够可视化，它还可以包括任何算出的结垢参数或基于结垢参数与预定义阈值或参考值对比的任何自动的建议。
在图2中，流体流（6）被示意地显示为它沿着流体处理设备表面的多个组件通过，包括其内部功能组件（3）和根据本发明优选实施例的结垢检测装置（1），在图1中已显示。被通过的功能组件包括第一和第二热交换器（37）的热传递表面（4）。根据图2的示意图，流体首先通过带有测量流体的传导电导率的装置（109）的传感器以及温度测量设备（130）。在这些设备的位置，流体（6）尚未被加热所以在流体处理设备表面上不产生任何结垢（5）。跟随流体流（6）向右，正如图2所示，流体（6）通过热交换器（4，37）的表面。从而流体（6）被加热并且可能开始在流体处理设备和热交换器的表面（3）上产生结垢（5）。在流体处理设备和热交换器表面（3）经受结垢（5）的位置，已经布置了附加的温度传感器（30）和测量流体的传导电导率的传感器（7）。
测量流体传导电导率的两个传感器（7，107）通过包括位于流体处理设备（2）的相应表面之内并可能经受结垢的区域（8，108）而示意地展示在图2中，这是热交换器（4，37）下游传感器（7）的情形。传感器（7）进一步包括测量流体的电传导电导率的装置（9，109），其中这些装置连接到第一导电表面（10，110）和第二导电表面（11，111），其中在本发明的这个特定实施例中，两个导电表面（10，110，11，111）都位于传感器（7，107）的所述区域（8，108）之内。传感器的导电表面（10，110，11，111）因此同样经受结垢，如同传感器（7，107）的区域（8，108）那样。传感器被再次连接到模数转换器（35），它连接到包括计算设备（32）、数据设备（33）和可视化设备（34）的个人计算机（36）。
图3显示了沿着图2中截线的、测量流体传导电导率的传感器（7）的示意图。该图显示了正在结垢（5）并且包括第一导电表面（10）和第二导电表面（11）的传感器区域（8）。两个导电表面都连接着用于测量电传导电导率的装置（9）。不仅如此，图3还显示了第一（10）与第二导电表面（11）之间的场线途径（40）。取决于结垢（5）的量，电场线（40）部分地通过了结垢（5）的层和流体本身。
在图4中对于图3中表示的每条电场线（40）在第一与第二导电表面之间的电流显示了等效电路图。对全部剩余场线示意地显示了等效电阻（44）。可见，沿着任何一条场线的每条电流路径的电阻都能够被视为取决于结垢量的电阻（43）与表示流体（6）的电阻的另一个电阻（42）的串联。在一个产品周期内，结垢层（5）的等效电阻（43）增大，由于结垢层（5）的厚度增大所导致。
在图5中，显示了根据本发明的方法的四个不同替代的流程图。该流程图以图形方式演示了结垢检测方法的步骤，同时使用了之前已经介绍的根据本实施例的结垢检测装置。图5所示的全部替代以测量步骤开始，它包括在经受结垢的位置测量电传导电导率Qi。关于根据图1的结垢检 装置，执行测量步骤的方式能够采用电传导电导率传感器（7），它位于热交换器（37，4）表面的下游。
在根据本发明的方法的一个可能替代中，确定结垢参数S的步骤在实现时根据图5中最左侧上显示的第一替代。在这种情况下，结垢参数S被计算为测出的Qi与预定义参考值之间的差，根据这个替代后者由在测量周期起点所测出的传导电导率给出。优选地，测量周期在与产品周期在同一时间开始。在这种情况下，传导电导率Q0在流体处理设备的清洁阶段中测量，所以应当对应于流体的物理上预期的取决于流体的电导率。分析步骤包括检查饱和度参数是否超过某阈值，在肯定的情况下它引起发布清洗忠告的步骤。测量、确定和分析的步骤被连续地重复，优选地在预定义的时间间隔Δt开始。索引i表示增大的整数，它随每个新的测量步骤连续地增大。
在本方法的第二替代内，测量步骤进一步包括在未经受结垢的位置测量传导电导率Q’。当考虑根据图1的流体处理设备和/或其内部功能组件时，执行传导电导率Q’的测量步骤能够采用结垢检测装置的传感器（107），它位于任何内部功能组件的上游。在这种情况下，通过计算在未经受结垢的位置测量的传导电导率Q’与在经受结垢的位置测量的传导电导率Q之间的差来执行确定结垢参数S的步骤。分析步骤保持与之前介绍的替代相同。
以这样的方式执行在图5中示意地显示的本方法的第三替代，该方式使得测量步骤包括测量感应电导率Qind。由于感应电导率与流体处理设备和/或其内部功能组件内的任何表面的结垢量无关，所以这种方法的优点由以下这个事实给出：感应电导率的测量能够在测量传导电导率的同一位置进行。根据本方法的第三替代，正如图5所示，确定结垢参数的步骤包括作为感应电导率的函数与传导电导率的函数之间的差来计算饱和度参数。这些函数有可能是任何种类的多项式，并且根据测量相应值所用的传感器指定。该多项式有可能在图5中未显示的先前的标定步骤内对每个传感器已经专门预定了。不过，计算饱和度参数S也有可能通过直接计算所测出的电感与传导电导率之间的差。分析所述结垢参数S的步骤再次保持相同。
在结垢检测方法的第四替代内，正如图5所示，测量步骤进一步包括在测量感应电导率和/或传导电导率的位置测量流体的温度。确定结垢参数的步骤现在包括测出的电导率关于温度归一化的步骤。因此，在图5中，计算结垢参数的步骤包括相应的函数，它们也取决于测出的电导率Q或Qind附近的温度T。
正如图5所示，第四替代进一步包括保存全部测量值的步骤以及检索旧的数据值的另一个步骤，以相应的可视化装置将这些值可视化。
根据本发明的方法还包括任何其他替代，它们可以是那些先前介绍的替代的组合或按照权利要求书特征的任何其他替代。
以上主要参考结垢检测装置（1）的优选实施例已经介绍了本发明。不过，与以上公开的实施例不同的其他实施例在由附带的专利权利要求所定义的本发明的范围内也是可能的。
1 结垢检测装置
2 流体处理设备
3 经受结垢的流体处理设备和热交换器的暴露表面
4 热传递表面
5 结垢
6 流体
7，107 传感器
8，108 区域/传感器区域
9，109 测量流体电传导电导率的装置
10，110 第一导电表面
11，111 第二导电表面
12 产品回路，包括导管和罐体
13 感应电导率传感器
30，130 温度测量设备
31 感应电导率测量设备
32 计算设备
33 数据设备
34 可视化设备
35 A/D转换器
36 PC
37 用于热传递的热交换器
38 用于热传递的水回路
39 发热元件，包括电力供应和输出
40 电场线
41 用于热传递的热交换器
42 通过任何流体的的电流的等效电阻
43 通过任何结垢的电流的等效电阻
44 等效电阻

Claims (13)

1.一种结垢检测装置（1），用于确定流体处理设备（2）和/或这样的设备的内部功能组件（4）的表面（3）的结垢（5）的量，其中，所述表面（3）被暴露于所述流体（6）并经受结垢，以及所述检测装置（1）包括至少一个第一传感器（7），所述第一传感器包括装置（9），用于测量所述流体（6）的所述光学透明度T和/或电传导电导率Q，包括至少一个敏感区域（8），位于所述表面（3）附近和/或之内，并且所述区域至少暂时地暴露于所述流体（6）。
2.根据权利要求1的结垢检测装置（1），其中，所述测量传感器（7）的所述区域（8）包括至少一个第一导电表面（10），以及所述传感器（7）进一步包括第二导电表面（11），所述第二导电表面至少暂时地暴露于所述流体，优选地位于所述区域（8）之内，但是空间上与所述第一导电表面（10）分开。
3.根据权利要求1至2中任何一个的结垢检测装置（1），其中，所述测量传感器的所述区域（8）包括至少一个光学透明的窗口，以及用于测量所述光学透明度的所述装置包括光源和光检测器，其中所述光源通过所述透明窗口将光发射到所述流体（6）中，而所述光检测器检测从所述流体（6）散射到所述检测器中的光。
4.根据权利要求1至3中任何一个的结垢检测装置（1），其中，所述检测装置进一步包括第二传感器（107），所述第二传感器包括用于测量所述流体（6）的光学透明度T和/或电导率Q的装置（109），以及未经受结垢或者结垢量小于所述流体处理设备（2）和/或内部功能组件（4）的所述表面（3）的结垢的区域（108），优选地小于所述流体处理设备（2）的所述表面（3）的结垢量的一半。
5.根据任何一个前面的权利要求的结垢检测装置（1），其中，所述检测装置（1）包括下列设备中的至少一个：
温度测量设备（30），用于把所测量的电导率和/或透明度关于温度归一化；
感应电导率测量设备（31），用于测量不受所述表面的结垢影响的电导率；
计算设备（32），用于计算结垢参数S；
数据存储设备（33），和/或
可视化设备（34），用于随时间可视化所述结垢参数S和/或所述测量数据和/或用于优选地关于清洗要求输出自动建议。
6.一种用于确定暴露于流体的流体处理设备和/或这样的设备的内部功能组件的表面结垢量的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
a)在这样的位置测量所述流体的电传导电导率Q和/或光学透明度T，这样的位置被选择为使得它们在所述暴露表面附近或之内，并且其中电传导电导率和/或光学透明度的变化表示对所述暴露表面的结垢扩展的度量，
b)确定结垢参数S，
c)优选地通过所述结垢参数S与预定义参考值的对比来分析所述结垢参数S，优选地所述预定义参考值是依赖于流体的预定义参考值。
7.根据权利要求6的方法，其中，所述测量步骤包括：在这样的位置测量所述流体的电传导电导率Q和/或光学透明度T，这样的位置被选择为特别不受结垢影响，优选地远离所述暴露表面，以及确定所述结垢参数S的步骤包括：计算在所述暴露表面附近或之内的所述位置测出的传导电导率和/或光学透明度（Q,T）与在特别不受结垢影响的所述位置测出的传导电导率和/或光学透明度（Q’,T’）之间的差和/或相对差，如(Q-Q’)/Q或Q-Q’和/或(T-T’)/T或T-T’。
8.根据权利要求6至7中任何一个的方法，其中，所述测量步骤包括测量所述流体的电感应电导率Qind的步骤以及确定所述结垢参数S的步骤包括作为感应电导率与传导电导率之间的差和/或相对差（如(Q-Qind)/Q或Q-Qind）的函数来计算所述结垢参数S。
9.根据权利要求6至8中任何一个的方法，其中，所述测量步骤包括关于所述测量位置测量所述流体的温度，以及确定所述结垢参数S的步骤包括作为温度的函数来计算所述结垢参数S。
10.根据权利要求6至9中任何一个的方法，其中，所述步骤与所述流体处理设备和/或这样的设备的内部功能组件的使用和/或清洗同时进行，和/或在预定义的时间间隔Δt之后重复地进行。
11.根据权利要求6至10中任何一个的方法，其中，确定所述结垢参数S的步骤包括作为所测量的电传导电导率Q和/或所述光学透明度T的函数来计算所述结垢参数S，其中所述函数优选地是带有预定义转换系数Ci的多项式。
12.根据权利要求6至11中任何一个的方法，其中，确定所述结垢参数S的步骤进一步包括用相应的数据采集和/或数据存储装置保存所述结垢参数S，和/或分析所述结垢参数S的步骤包括从所述数据存储装置检索先前的结垢参数组并可视化所述结垢参数组和/或优选地通过数值地计算所述结垢参数S的一阶导数f’(S)来计算作为所述结垢参数S随时间变化的度量的第二参数S’，以及把这个第二参数S’与某个预定义参考值对比。
13.根据权利要求6至12中任何一个的方法，其中，所述流体是包含悬浮和/或乳状液的混合物。
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