CN109269333A - 用于消耗器的热交换介质的供应回路、工业设备和运行它们的方法 - Google Patents

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Abstract

用于消耗器热交换介质的供应回路，包括用于热交换介质的流入管线和回流管线，流入和回流管线通过消耗器热交换器彼此连接。输送热交换介质通过供应回路的泵送装置是具有输送泵和配属于输送泵的变频器的频率控制泵送装置。在工业设备的情况下，初级回路连接到作为次级回路的该类型的供应回路。在方法的情况下，供应回路选择性地在两种运行模式之一中运行，在第一运行模式，将从流入管线进入消耗器热交换器的热交换介质的温度通过混合控制来设定，从流入管线进入消耗器热交换器的热交换介质的温度通过阀的致动来设定，在第二运行模式，从流入管线进入消耗器热交换器的热交换介质的温度由对泵送装置的变频器的驱控通过体积流量控制来设定。

Description

用于消耗器的热交换介质的供应回路、工业设备和运行它们 的方法
技术领域
本发明涉及用于消耗器(consumer，用户)的热交换介质的供应回路， 该供应回路包括：
a)热交换介质的流入管线和热交换介质的回流管线，所述流入管线和 所述回流管线通过消耗器热交换器相互连接；
b)泵送装置，用于输送热交换介质通过所述供应回路。
此外，本发明涉及一种包括热交换介质的初级回路的工业设备，该初 级回路连接到用于消耗器的热交换介质的至少一个次级回路，次级回路的 流入管线连接至初级回路的流入管线并且次级回路的回流管线连接到初级 回路的回流管线。本发明还涉及用于操作供应回路或工业设备的方法。
背景技术
在工业设备中，已知存在对于热交换介质的分配部，该分配部形成热 交换介质的初级回路，热能可以经由该初级回路借助于消耗器处的消耗器 热交换器传递到消耗器。热交换介质可以以取决于传热方向的方式用于冷 却操作或加热操作。一般来说，热交换介质是水，另一种常用的热交换介 质例如是乙二醇或水和乙二醇的混合物。
在已知的供应回路的情况下，泵送装置提供通过消耗器或通过消耗器 热交换器的热交换介质的恒定且不变的体积流量，并且通过首先从初级回 路、其次从回流管线对流入管线进行给送，即进行所谓的混合控制操作。 在这种情况下，必须始终在初级回路中确保一定的最小压力，为此在初级 回路中设置一个或更多个网络泵，该网络泵意味着相对较高的维护工作量。
另外，在每种运行状态下，所述供应回路需要几乎相同的能量，在消 耗器处对热能的需求不变，例如在加热操作的情况下，因此导致供应回路 的能量需求降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种供应回路以及用于操作开始提到的类型的供 应回路的方法，该供应回路和方法使得获得改进的能量足迹。
所述目的是在开头所述类型的供应回路的情况下通过以下事实实现 的：
c)泵送装置是具有至少一个输送泵和分配给输送泵的变频器的频率控 制泵送装置。
频率控制泵送装置的使用打开了迄今为止尚不可能实现的运行模式， 并且在此情况下供应回路的操作的能量需求可以与消耗器处的能量需求相 关联。特别地，输送泵的输送能力可以变化，由此可以使热交换介质的通 过消耗器热交换器的体积流量适应消耗器热交换器处的需求。
有利的是，流入管线和回流管线通过循环管线彼此连接，使得热交换 介质能够被从回路中的回流管线引导出并进入到流入管线中。以这种方式， 热交换介质可以被再次利用，而不会被引导回去，例如再直接引导进入上 述初级回路中。
在此有利的是，存在阀，借助于该阀可以设定通过循环管线进入流入 管线的热交换介质的比例/份额。
尽管所述阀也可布置在回流管线中，但如果阀布置在循环管线中则在 流动方面是有利的。
此外，有利的是，循环管线在输送泵的上游通入流入管线。因此，从 循环管线流出进入到流入管线的热交换介质由输送泵有效地输送，并且同 时保证已经位于流入管线中的热交换介质与来自所述循环管线的热交换介 质的满意的充分混合。
频率控制的泵送装置和/或阀优选可以借助于控制装置来致动/操控/驱 控。
特别是当控制装置连接到传感器系统时，可以以取决于消耗器处的需 求的方式有效地调节供应回路的运行模式，其中通过该传感器系统，所述 输送泵的入口侧上的热交换介质的入口压力和/或所述输送泵的出口侧上 的热交换介质的出口压力和/或消耗器热交换器的入口侧上的流入管线中 的热交换介质的温度和/或消耗器热交换器的出口侧上的回流管线中的热 交换介质的温度能够被检测，并且相关联的传感器响应可以被传送到控制 装置。
为了使控制装置能够检测控制操作的效果，有利的是控制装置可以连 接到消耗器传感器系统。借助于消耗器传感器系统可以检测到消耗器的至 少一个操作参数并且可以传送到控制装置。
由于所述次级回路是具有上述部分或全部特征的供应回路，所以在开 头提到的类型的工业设备的情况下实现了上面提到的目的。
在具有频率控制泵送装置和用于循环管线的阀控制器的供应回路的情 况下，上述目的通过以下事实来实现：供应管线选择性地以两种运行模式 中的一种操作，
a)在第一运行模式中，通过混合控制操作设定从流入管线进入消耗器 热交换器的热交换介质的温度，在此混合控制的情况下通过对阀的驱控来 设定从流入管线进入消耗器热交换器的热交换介质的温度；
b)在第二运行模式中，由对泵送装置的变频器的驱控通过体积流量控 制操作的方式设定从流入管线进入消耗器热交换器的热交换介质的温度。
此外有利的是，在第三运行模式中，从所述流入管线进入所述消耗器 热交换器的热交换介质的温度通过组合控制操作而设定，在该组合控制的 情况下所述混合控制操作和所述体积流量操作相互组合。
附图说明
在下文中，将使用附图更详细地描述本发明的示例性实施例，其中：
图1显示了工业设备的示意性布局，
局部A示出了根据图1的工业设备的部分变型。
具体实施方式
在图1中，10表示工业设备，在该情况下，在初级回路14中引导热 交换介质12，该热交换介质12在下文中被称为HT介质12(“传热介质”)。 HT介质12可用于一个或更多个消耗器16，所述一个或更多个消耗器16 经由相应的次级回路18连接到所述初级回路14。为清晰起见，图1和局 部A分别仅示出在次级回路18中的一个消耗器16，在初级回路14和次级回路18中的HT介质12的流动方向通过没有特别地标识出的相应箭头示 出。这种类型的次级回路18通常限定出对于消耗器16的供应回路。
在下文中，在术语“初级回路”和“次级回路”被用作零件和部件的 名称中的前缀时，这些术语分别被缩写为“PC”(“初级回路”)和“SC” (“次级回路”)，以便表示这些零件和部件属于初级回路14或次级回路 18。
取决于应用情况，HT介质12可以是加热介质或冷却介质。将利用其 中HT介质12为用作加热介质的水的示例性实施例来描述本发明。
初级回路14包括PC流入管线20，热水22形式的热HT介质12在入 口24处被给送到PC流入管线20中。PC流入管线20汇入PC回流管线 26。冷水28形式的冷HT介质12在出口30处从PC回流管线26排出。 术语“热”和“冷”仅示出了经比较的介质的相对温度，热HT介质12比冷HT介质12更暖。
在从出口30到入口24的路径上，HT介质12被调节并且特别地被再 次加热或冷却，以便随后再次作为加热介质或冷却介质被再次送到PC流 入管线20中。
PC流入管线20和PC回流管线26通过均衡装置32以本身已知的方 式彼此分离，以均衡PC流入管线20和PC回流管线26中的不同大小的 循环流量。为此设置液压分离器34。
在局部A示出的替代布置的情况下，设置板式热交换器36代替液压 分离器34。PC流入管线20和PC回流管线26在板式热交换器36中经由 PC热交换器管线38彼此连接以形成回路管线，该回路管线于是限定了所 述初级回路14。板式热交换器36在单独的温度控制回路42中被送入单独 的热交换介质40，从而初级回路14中的HT介质12可以通过单独的热交换介质40进行温度控制，即加热或冷却。
在这种情况下，例如，乙二醇或水和乙二醇的混合物于是可以用作初 级回路14中的HT热交换介质12。
局部A可见的看到的虚线参考线涉及示例性实施例，该示例性实施例 没有具体示出并将在下文进一步描述。
作为次级回路18中的消耗器16的示例，图1示出了消耗器热交换器 44，该热交换器44尤其可以构造为本身已知的翅片式热交换器或板式热交 换器。所述消耗器热交换器44就其本身而言可以(例如通过循环系统)封 闭，以便对积聚在那里并且必须被调节的空气进行温度控制。
次级回路18包括SC流入管线46，该SC流入管线46从PC流入管 线20通向消耗器热交换器44。在消耗器热交换器44处，次级流入管线46 汇入SC热交换器管线48中，该换热管线48通过消耗器热交换器44并随 后通入连接到PC回流管线26的SC回流管线50。
SC流入管线46和SC回流管线50通过SC循环管线52彼此连接，以 使得HT介质12可以再次从回路中的SC回流管线50被引导到SC流入管 线46中。所述回流发生在HT介质12流回进入PC回流管线26之前。阀 54布置在SC循环管线52中，结果使得可以设定HT介质12的被引导返 回的比例/份额，也就是说可以设定从SC循环管线52流出进入到流入管线 46中的HT介质12的比例/份额。阀54通过阀驱动器56操作。
次级回路18包括频率控制的泵送装置58。该泵送装置58具有用于 HT介质12的输送泵60和相关联的变频器62。在本示例性实施例的情况 下，输送泵60布置在SC循环管线52以及SC流入管线46中的消耗器热 交换器44之间。换句话说，SC循环管线52在泵送装置58或输送泵60 的上游通入SC流入管线46。
阀54的阀驱动装置56和输送泵60的变频器62通过控制装置64致动， 为此该控制装置64经由控制线路66和控制线路68连接到阀驱动装置56 和变频器62。控制装置64以取决于该控制装置从SC传感器系统70获得 的测量参数的方式来控制阀驱动装置56和输送泵60，该SC传感器系统 70属于所述次级回路18并且将相关联的传感器响应传送至控制装置64。 SC传感器系统70包括多个传感器，这些传感器将它们的传感器数据传输 到控制装置64，这些传输通过虚线连接线表示，没有为这些虚线连接线提 供专门的名称。这种类型的通信可以通过相应的数据线或以无线方式进行。
在输送泵60的上游，入口压力传感器72测量HT介质12在输送泵 60的入口侧上的入口压力。出口压力传感器74测量HT介质12在输送泵 60的出口侧上的出口压力。以此方式，差压测量的可能性被集成到泵送装 置58中。
此外，SC传感器系统70包括流入温度传感器76，该流入温度传感器 76检测SC流入管线46中的HT介质12在消耗器16的入口侧上的温度， 也就是说在当前情况下的在消耗器热交换器44的入口侧上的温度。回流温 度传感器78确定SC回流管线50中的HT介质12在消耗器16的出口侧 上的温度，也就是说在当前情况下的在消耗器热交换器44的出口侧上的温 度。
另外，消耗器传感器系统80向控制装置64提供关于消耗器16的操作 参数的反馈，所述操作参数反映出次级回路18中的设置在消耗器上达到的 效果。在当前情况下，使用温度传感器82来举例说明消耗器传感器系统 80。
作为示例，如果消耗器热交换器44属于如上所述的循环系统，则该温 度传感器82可布置在循环系统的已经离开消耗器热交换器44的气流中。
借助于频率控制的泵送装置58，可以实现次级回路18的对于在消耗 器16处的传热的特别节能的操作：
在第一运行模式中，可以通过混合控制操作设定从SC流入管线46进 入消耗器热交换器44的HT介质12的温度。在此，HT介质12的体积流 量由消耗器热交换器44保持恒定，并且所述控制操作通过SC循环管线52 中的阀54的致动而发生。例如，如果温度传感器82检测到要被温度控制 的循环空气太热以致循环空气的温度高于设定点温度，并且如果回流温度 传感器78检测到SC回流管线50中的HT介质12的温度低于循环空气的 设定点温度时，SC流入管线46中的HT介质12的温度可通过阀54的打 开或进一步打开而降低，结果来自SC回流管线的HT介质12横流进入SC 流入管线并且将位于那里的HT介质12整体冷却至比没有HT介质12的 所述横流时的温度更低的温度。
通过输送泵60的相应控制操作，SC流入管线46中的HT介质12的 体积流量保持恒定。
相反，如果要被温度控制的循环空气太冷，则阀54可以关闭，结果， 未混合的热的HT介质12从PC流入管线20被供给到消耗器热交换器44， 结果要被温度控制的循环空气被加热。
在第二运行模式中，可以通过体积流量控制操作来设定从SC流入管 线46进入消耗器热交换器44的HT介质12的温度。在此，阀54关闭或 保持打开在一个位置，并且仅通过输送泵60的转速来控制来自PC流入管 线20的HT介质12的供给。如果阀54关闭，则给送到消耗器热交换器 44的HT介质12是来自PC流入管线20的热的、未混合的HT介质12。
在第三运行模式中，通过组合上述混合控制操作和上述体积流量控制 操作的组合控制操作来进行从SC流入管线46进入消耗器热交换器44的 HT介质12的温度设定。
如果待温度控制的循环空气的温度待降低，那么此时可以首先仅将输 送泵60的转速降低到较低的阈值而不改变阀54的设置，该下限值例如处 于输送泵60的最大转速的50％处。当达到所述阈值时，体积流量保持恒 定并且进一步的温度控制操作通过相应的阀54的致动进行。
借助于频率控制的泵送装置58，由于在另外的次级回路18中的另外 的消耗器16而可能发生的初级回路14中的压力变化也可以被快速且可靠 地补偿。
此外，控制装置64被设置为能够检测操作所需的能量。输送泵60的 泵特性曲线存储在变频器62中。通过相应的电流测量结合输送泵60的转 速和经由压力传感器72和74的差压测量的结果，可以计算体积流量并且 可以作为4-20mA电流信号输出，该电流信号又可以与温度传感器76和 78的温度数据相互作用而被转换为反映所需能量的值。以取决于所获得的 数据的方式，控制装置64确定哪一种运行模式在温度控制操作的情况下在 消耗器16处对于能量消耗和所需的功效是最有利的。在设备10中可无需 额外的能量计。
由于在控制原理即混合控制操作、体积流量控制操作或组合控制操作 的选择中的灵活性，次级回路18可以以能量优化的方式操作并且可以始终 设置为最有利的能源消耗。
总体而言，输送泵60通常在所有运行模式中以这样的方式操作，即出 口压力传感器74处的压力高于入口压力传感器72处的压力，也就是说HT 介质12在SC回流管线50中的压力总是大于在输送泵60上游的SC流入 管线46中的压力以及消耗器热交换器44中或消耗器热交换器管线48中的 压力。
另外，在初级回路14的PC流入管线20中不必保持总压。在初级回 路14中不需要网络泵。因此除了改善的能量足迹之外，也减少了设备的维 护和维修工作。
在没有特别示出的改型的情况下，消耗器热交换器44也可以构造为板 式热交换器。这尤其是在根据局部A的变型的情况下被考虑，如果在初级 回路14中使用乙二醇作为HT介质12的话。
在没有具体示出的进一步变型的情况下，次级回路18也可以被构造成 通过板式换热器84与初级回路14分离的闭合回路，所述板式换热器84 布置在初级回路14和次级回路18之间。则在初级回路14和次级回路18 之间的该过渡处的布置大致对应于局部A所示的布置，其中为与所述示例 性实施例相关的管线和部件提供上述虚线参考线。
则该处的温度控制回路42对应于给送回路86，在这种情况下，给送 流入管线20a从PC流入管线20分支出来，并且给送回流管线26a通向 PC回流管线26，给送流入管线20a和给送回流管线26a通过热交换器管 线88在板式热交换器84中连接。
在这种情况下，SC流入管线46和SC回流管线50在热交换器84中 通过另外的由90表示的热交换器管线相互连接。
在这种情况下，例如，乙二醇或水和乙二醇的混合物于是可以用作次 级回路中的HT热交换介质12，而初级回路14可以引导水作为热交换介 质。
在这种变型的情况下，板式热交换器84的控制操作同样可以通过确保 能量均衡的控制装置64进行，以实现能量优化的运行模式。

Claims (11)

1.用于消耗器(16)的热交换介质(12)的供应回路，包括：
a)热交换介质(12)的流入管线(46)和热交换介质(12)的回流管线(50)，所述流入管线和所述回流管线通过消耗器热交换器(44)彼此连接；
b)泵送装置，所述泵送装置用于输送所述热交换介质(12)通过所述供应回路，
其特征在于：
c)所述泵送装置为具有输送泵(60)和配属于所述输送泵(60)的变频器(62)的频率控制泵送装置(58)。
2.根据权利要求1所述的供应回路，其特征在于，所述流入管线(46)和所述回流管线(50)通过循环管线(52)彼此连接，使得热交换介质(12)能够被从回路中的回流管线(50)引导出以进入流入管线(46)中。
3.根据权利要求2所述的供应回路，其特征在于，存在阀(54)，借助于所述阀能够设置流过所述循环管线(52)进入流入管线(46)中的热交换介质(12)的份额。
4.根据权利要求3所述的供应回路，其特征在于，所述阀(54)布置在所述循环管线(52)中。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的供应回路，其特征在于，所述循环管线(52)在所述输送泵(60)的上游通入所述流入管线(46)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的供应回路，其特征在于，所述频率控制的泵送装置(58)和/或所述阀(54)能够借助于控制装置(64)驱控。
7.根据权利要求6所述的供应回路，其特征在于，所述控制装置(64)连接到传感器系统(70)，通过所述传感器系统，所述输送泵(60)的入口侧上的热交换介质(12)的入口压力和/或所述输送泵(60)的出口侧上的热交换介质(12)的出口压力和/或消耗器热交换器(44)的入口侧上的流入管线(46)中的热交换介质(12)的温度和/或消耗器热交换器(44)的出口侧上的回流管线(50)中的热交换介质(12)的温度能够被检测，并且相关联的传感器响应能够被传送到控制装置(64)。
8.根据权利要求6或7所述的供应回路，其特征在于，所述控制装置(64)能够连接到消耗器传感器系统(80)，通过所述消耗器传感器系统，所述消耗器(16)的至少一个操作参数能够被检测并且能够被传送到控制装置(64)。
9.一种工业设备，所述工业设备具有用于热交换介质(12)的初级回路(14)，该初级回路连接到用于消耗器(16)的热交换介质(12)的至少一个次级回路(18)，次级回路(18)的流入管线(46)连接到所述初级回路(14)的流入管线(20)，并且次级回路(18)的回流管线(50)连接到初级回路(14)的回流管线(26)，其特征在于，所述次级回路(18)为根据权利要求1至8中任一项所述的供应回路(18)。
10.一种用于运行根据权利要求3至8中任一项所述的供应回路或者根据权利要求9所述的工业设备的方法，其特征在于：供应回路选择性地以如下两种运行模式中的一种来运行：
a)在第一运行模式中，通过混合控制来设定从流入管线(46)进入消耗器热交换器(44)的热交换介质(12)的温度，在该混合控制的情况下通过对阀(54)的驱控来设定从流入管线(46)进入消耗器热交换器(44)的热交换介质(12)的温度；
b)在第二运行模式中，通过对泵送装置(58)的变频器(62)的驱控，通过体积流量控制来设定从流入管线(46)进入消耗器热交换器(44)的热交换介质(12)的温度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在第三运行模式中，从流入管线(46)进入消耗器热交换器(44)的热交换介质(12)的温度通过组合控制而设定，在该组合控制的情况下所述混合控制和所述体积流量控制相互组合。
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