DE102016225528A1

DE102016225528A1 - Method and device for monitoring a soiling state in a heat exchanger

Info

Publication number: DE102016225528A1
Application number: DE102016225528.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wissner; Holger Henrich; Hans-Joachim Ripplinger; Raphael Lang; Armin Marko; Matthias Ruehl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-21

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Verschmutzungszustands bei einem Wärmetauscher, durch den mindestens ein Fluid strömt, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelgerät von einem in oder an einer Wand des Wärmetauschers angeordneten Temperatursensor aktuelle Betriebs-Wandtemperaturwerte enthaltende Signale erhält, dass das Regelgerät die Signale laufend überprüft, und dass das Regelgerät bei absinkenden Betriebs-Wandtemperaturwerten unter mindestens eine untere Temperaturschwelle eine mindestens einen ersten Fehlerzustand repräsentierende Größe in einen Speicher schreibt. Bei ansteigenden Betriebs-Wandtemperaturwerten über mindestens eine obere Temperaturschwelle schreibt das Regelgerät eine mindestens einen zweiten Fehlerzustand repräsentierende Größe in einen Speicher.

The method according to the invention for monitoring a heat exchanger, in particular a contamination state in a heat exchanger through which at least one fluid flows, is characterized in that a control device receives signals containing current operating wall temperature values from a temperature sensor arranged in or on a wall of the heat exchanger Regulating device continuously checks the signals, and that the controller writes at sinking operating wall temperature values below at least one lower temperature threshold, a size representing at least a first error condition in a memory. With increasing operating wall temperature values above at least one upper temperature threshold, the control device writes a variable representing at least one second fault state into a memory.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 4309313 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung des Verschmutzungs- und/oder Verkalkungszustandes von Wärmetauschern in Heiz- oder Kühlanlagen bekannt, bei dem Messwerte von sechs in den beteiligten Medien angeordneten Temperaturfühlern sowie Ansteuerungsdaten von zwei Medien umwälzenden Pumpen in einem Ausgangszustand sowie in einem Betriebszustand aufgezeichnet und ausgewertet werden.From the DE 4309313 A1 a method for monitoring the contamination and / or calcification state of heat exchangers in heating or cooling systems is known, are recorded and evaluated in the measured values of six arranged in the participating media temperature sensors and control data of two media circulating pumps in an initial state and in an operating condition ,

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Verschmutzungszustands bei einem Wärmetauscher, durch den mindestens ein Fluid strömt, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelgerät von einem in oder an einer Wand des Wärmetauschers angeordneten Temperatursensor aktuelle Betriebs-Wandtemperaturwerte enthaltende Signale erhält, dass das Regelgerät die Signale laufend überprüft, und dass das Regelgerät bei absinkenden Betriebs-Wandtemperaturwerten unter mindestens eine untere Temperaturschwelle eine mindestens einen ersten Fehlerzustand repräsentierende Größe in einen Speicher schreibt. Bei ansteigenden Betriebs-Wandtemperaturwerten über mindestens eine obere Temperaturschwelle schreibt das Regelgerät eine mindestens einen zweiten Fehlerzustand repräsentierende Größe in einen Speicher.The method according to the invention for monitoring a heat exchanger, in particular a contamination state in a heat exchanger through which at least one fluid flows, is characterized in that a control device receives signals containing current operating wall temperature values from a temperature sensor arranged in or on a wall of the heat exchanger Regulating device continuously checks the signals, and that the controller writes at sinking operating wall temperature values below at least one lower temperature threshold, a size representing at least a first error condition in a memory. With increasing operating wall temperature values above at least one upper temperature threshold, the control device writes a variable representing at least one second fault state into a memory.

Unter dem Ausdruck Überwachung eines Wärmetauschers wird hier insbesondere eine Überwachung der den Wärmetauscherbetrieb beeinflussenden Rahmenbedingungen verstanden. Dazu gehört insbesondere eine Verschmutzung, daneben aber auch eine Verkalkung, Verformung, Blockierung, Veränderung einer aufgebrachten Wärmedämmung. Unter einem Fluid wird hier eine fließfähige Substanz in einem gasförmigen oder flüssigen Aggregatzustand verstanden, beispielsweise kann das ein Gas, ein Heizgas, eine Flüssigkeit, ein Wasser, ein Heizwasser sein. Unter einem Wärmetauscher wird hier eine Vorrichtung verstanden, die mindestens ein erstes Fluid und optional ein zweites Fluid aufnimmt, insbesondere von mindestens einem ersten Fluid und optional einem zweiten Fluid durchströmt wird, und mit der Wärme beispielsweise zwischen diesen Fluiden übertragen werden kann, beispielsweise kann das ein Heizgas-Heizwasser-Wärmetauscher oder ein Heizwasser-Trinkwasser-Wärmetauscher sein. Unter einem Regelgerät wird hier ein Gerät verstanden, mit dem das Verfahren durchgeführt, gesteuert, geregelt wird. Unter einer Wärmetauscherwand wird hier zumindest ein Teil des Wärmetauscherbauteils verstanden, die den Wärmetauscher zumindest teilweise gegenüber einer Außenumgebung begrenzt, beispielsweise kann das eine Struktur aus Edelstahl, Aluminium, Gusseisen, Kupfer, beispielsweise in Form von Blech oder Gussmaterial sein. Unter einer Wandtemperatur wird hier die Temperatur einer Wärmetauscherwand verstanden. Eine Betriebs-Wandtemperatur ist eine Wandtemperatur, wie sie sich unter Betriebsbedingungen einstellt. Die Wandtemperatur wird mit einem Temperatursensor erfasst, insbesondere gemessen, das kann beispielsweise ein elektrischer oder elektronischer Temperatursensor sein, zum Beispiel ein NTC, ein PTC, ein Thermoelement, ein optischer Temperatursensor, ein Temperaturschalter. Unter aktuelle Betriebs-Wandtemperaturwerte enthaltende Signale werden hier Signale verstanden, die mindestens über die Betriebs-Wandtemperatur informieren und darüberhinaus weitere Informationen bereitstellen können, insbesondere zu Betriebsbedingungen, Uhrzeit/Datum. Unter einem Überprüfen wird hier ein Registrieren und/oder Vergleichen und/oder Bewerten verstanden. Unter einer laufenden Überprüfung wird hier eine ununterbrochene oder regelmäßig wiederkehrende Überprüfung verstanden.The term monitoring of a heat exchanger is understood in particular to be a monitoring of the conditions influencing the heat exchanger operation. This includes in particular a contamination, but also a calcification, deformation, blocking, change an applied thermal insulation. A fluid is understood here to be a flowable substance in a gaseous or liquid state of matter, for example, it may be a gas, a heating gas, a liquid, a water, a heating water. Here, a heat exchanger is understood to mean a device which receives at least a first fluid and optionally a second fluid, in particular flows through at least a first fluid and optionally a second fluid, and with which heat can be transmitted between these fluids, for example be a heating gas heating water heat exchanger or a heating water-drinking water heat exchanger. A control device is understood here to be a device with which the method is carried out, controlled, regulated. A heat exchanger wall is understood here to mean at least a part of the heat exchanger component which at least partially delimits the heat exchanger from an outside environment, for example, a structure of stainless steel, aluminum, cast iron, copper, for example in the form of sheet metal or cast material. Under a wall temperature, the temperature of a heat exchanger wall is understood here. An operating wall temperature is a wall temperature as set under operating conditions. The wall temperature is detected with a temperature sensor, in particular measured, which may for example be an electrical or electronic temperature sensor, for example an NTC, a PTC, a thermocouple, an optical temperature sensor, a temperature switch. Here, signals containing current operating wall temperature values are understood to be signals which inform at least the operating wall temperature and, moreover, can provide further information, in particular regarding operating conditions, time / date. A check is here understood to mean a registration and / or comparison and / or rating. An on-going review is understood here to be an uninterrupted or periodic review.

Eine Temperaturschwelle ist ein Endwert (auch Grenzwert) einer maximal zulässigen Temperaturabweichung einer Betriebs-Wandtemperatur von einem Referenz-Wandtemperaturwert.A temperature threshold is a final value (also limit value) of a maximum permissible temperature deviation of an operating wall temperature from a reference wall temperature value.

Die mindestens eine untere Temperaturschwelle beschreibt den mindestens einen unteren Grenzwert einer Abweichung von einem Referenz-Wandtemperaturwert hin zu niedrigeren Temperaturen. Ein Unterschreiten einer unteren Temperaturschwelle wird mit einem Fehlerzustand assoziiert und einer Verschlechterung der Wärmeübertragung von einem wärmeabgebenden Fluid auf die wärmeübertragende Wand des Wärmetauschers zugeordnet, beispielsweise aufgrund einer Verschmutzung auf einer dem wärmeabgebenden Fluid zugewandten Wandseite. Aufgrund der Verschmutzung wird dem Wärmestrom vom wärmeabgebenden Fluid in die Wand ein erhöhter Widerstand entgegengesetzt, die Wand wird daher nicht so erwärmt wie ohne Verschmutzung. Eine Mindestwärmedurchgangsrate eines Wärmestroms durch die Wärmetauscherwand wird unterschritten.The at least one lower temperature threshold describes the at least one lower limit of a deviation from a reference wall temperature value to lower temperatures. Falling below a lower temperature threshold is associated with a fault condition and associated with a deterioration of the heat transfer from a heat-emitting fluid to the heat-transferring wall of the heat exchanger, for example, due to contamination on a side facing the heat-emitting fluid wall side. Due to the contamination, the heat flow from the heat-emitting fluid in the wall is opposed to increased resistance, the wall is therefore not heated as without pollution. A minimum heat transfer rate of a heat flow through the heat exchanger wall is exceeded.

Die mindestens eine obere Temperaturschwelle beschreibt den mindestens einen oberen Grenzwert einer Abweichung von einem Referenz-Wandtemperaturwert hin zu höheren Temperaturen. Ein Überschreiten einer oberen Temperaturschwelle wird mit einem Fehlerzustand assoziiert und einer Verschlechterung der Wärmeübertragung von der wärmeübertragenden Wand auf ein wärmeaufnehmendes Fluid zugeordnet, beispielsweise aufgrund einer Verschmutzung auf einer dem wärmeaufnehmenden Fluid zugewandten Wandseite. Aufgrund der Verschmutzung wird dem Wärmestrom von der Wand in das wärmeaufnehmende Fluid ein erhöhter Widerstand entgegengesetzt, die Wand wird daher nicht so gekühlt wie ohne Verschmutzung. Eine Mindestwärmedurchgangsrate eines Wärmestroms durch die Wärmetauscherwand wird unterschritten.The at least one upper temperature threshold describes the at least one upper limit of a deviation from a reference wall temperature value to higher temperatures. Exceeding an upper temperature threshold is associated with a fault condition and associated with degradation of heat transfer from the heat-transferring wall to a heat-receiving fluid, for example due to contamination on a wall-side facing the heat-receiving fluid. by virtue of the pollution is the heat flow from the wall in the heat-receiving fluid opposes increased resistance, the wall is therefore not as cooled as without pollution. A minimum heat transfer rate of a heat flow through the heat exchanger wall is exceeded.

Schreiben einer einen Fehlerzustand repräsentierenden Größe in einen Speicher bedeutet hier ein Speichern einer Information, die mindestens den Fehlerzustand definiert, optional mit weiteren Informationsinhalten beispielsweise zu Fehlerursache, Fehlerschwere, Betriebsbedingungen, Uhrzeit/Datum. Dieses Schreiben kann weitere Handlungsfolgen nach sich ziehen, wie sie in der folgenden Beschreibung näher ausgeführt sind.Writing a variable representing a fault state into a memory here means storing information which defines at least the fault state, optionally with further information contents, for example on the cause of the fault, severity of an error, operating conditions, time / date. This letter may entail further consequences of the action, as explained in more detail in the following description.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die untere Temperaturschwelle und/oder obere Temperaturschwelle im Regelgerät abgespeichert sind.An embodiment of the method is characterized in that the lower temperature threshold and / or upper temperature threshold are stored in the control device.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die untere Temperaturschwelle und/oder obere Temperaturschwelle empirisch so ermittelt sind, dass ein Mindestdurchfluss des Fluides durch den Wärmetauscher unterschritten wird. Ein Mindestdurchfluss ist beispielsweise ein Volumenstrom und beschreibt einen unteren Auslegungspunkt des Wärmetauschers, der nicht unterschritten werden soll. Der Mindestdurchfluss kann durch ungewollte Veränderungen am Wärmetauscher unterschritten werden, insbesondere durch Verschmutzung und/oder Verkalkung.A further embodiment of the method is characterized in that the lower temperature threshold and / or the upper temperature threshold are determined empirically so that a minimum flow of the fluid through the heat exchanger is exceeded. A minimum flow, for example, is a volume flow and describes a lower design point of the heat exchanger, which should not be undershot. The minimum flow can be exceeded by unwanted changes to the heat exchanger, in particular by contamination and / or calcification.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die untere Temperaturschwelle und/oder obere Temperaturschwelle empirisch so ermittelt sind, dass eine Mindestwärmedurchgangsrate einer Wärme durch die Wärmetauscherwand unterschritten wird. Eine Mindestwärmedurchgangsrate ist ein Mindestwärmestrom, der vom wärmeabgebenden Fluid durch die Wärmetauscherwand in das wärmeaufnehmende Fluid fließt, und beschreibt einen unteren Auslegungspunkt des Wärmetauschers, der nicht unterschritten werden soll. Die Mindestwärmedurchgangsrate kann durch ungewollte Veränderungen am Wärmetauscher unterschritten werden, insbesondere durch Verschmutzung und/oder Verkalkung.A further embodiment of the method is characterized in that the lower temperature threshold and / or upper temperature threshold are empirically determined so that a minimum heat transfer rate of heat is passed through the heat exchanger wall. A minimum heat transfer rate is a minimum heat flow that flows from the heat-emitting fluid through the heat exchanger wall into the heat-absorbing fluid, and describes a lower design point of the heat exchanger, which should not be exceeded. The minimum heat transfer rate can be exceeded by unwanted changes to the heat exchanger, in particular by contamination and / or calcification.

Bei einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung eines Verschmutzungszustands, insbesondere eines Verkalkungszustands, bei einem Wärmetauscher sind ein erster Fluidraum des Wärmetauschers zur Aufnahme eines ersten Fluids, ein zweiter Fluidraum des Wärmetauschers zur Aufnahme eines zweiten Fluids und eine Außenumgebung des Wärmetauschers durch Wärmetauscherwände hydraulisch voneinander getrennt. Mindestens ein in und/oder an einer Wärmetauscherwand angeordneter Temperatursensor erfasst mindestens eine Wandtemperatur. Das Verfahren umfasst die Schritte Erfassen mindestens einer Betriebs-Wandtemperatur, Korrekturrechnen der mindestens einen Betriebs-Wandtemperatur, und Ermitteln einer Abweichung zwischen der Korrektur gerechneten Betriebs-Wandtemperatur und einer Referenz-Wandtemperatur. Wenn die Abweichung vorgegebene Abweichungs-Grenzwerte überschreitet oder unterschreitet, wird eine Hinweismeldung über den Verschmutzungszustand an einen Nutzer ausgegeben, und/oder eine Betriebseinschränkung vorgenommen, und/oder eine Betriebsabschaltung ausgelöst.In a second inventive method for monitoring a fouling condition, in particular a calcification state, in a heat exchanger, a first fluid space of the heat exchanger for receiving a first fluid, a second fluid space of the heat exchanger for receiving a second fluid and an external environment of the heat exchanger are separated from each other by heat exchanger walls. At least one temperature sensor arranged in and / or on a heat exchanger wall detects at least one wall temperature. The method includes the steps of detecting at least one operating wall temperature, correcting the at least one operating wall temperature, and determining a deviation between the corrected operating wall temperature and a reference wall temperature. If the deviation exceeds or falls below predetermined deviation limits, an indication of the fouling condition is issued to a user, and / or an operation restriction is made, and / or an operation shutdown is triggered.

Unter einem Wärmetauscher wird hier eine Vorrichtung verstanden, die mindestens ein erstes Fluid und ein zweites Fluid aufnimmt, insbesondere von mindestens einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid durchströmt wird, und mit der Wärme zwischen diesen Fluiden übertragen werden kann, beispielsweise kann das ein Heizgas-Heizwasser-Wärmetauscher oder ein Heizwasser-Trinkwasser-Wärmetauscher sein. Unter einem Fluidraum eines Wärmetauschers wird hier ein begrenzter Raum, insbesondere ein Hohlraum, zur Aufnahme, insbesondere zur Durchleitung, eines Fluides mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung verstanden. Unter einer Außenumgebung wird hier eine Peripherie verstanden, in der der Wärmetauscher angeordnet ist, die am Wärmetausch zwischen erstem und zweitem Fluid möglichst unbeteiligt sein soll, beispielsweise kann das ein zum Beispiel mit Umgebungsluft gefüllter Aufstellraum des Wärmetauschers oder eine Wärmedämmung sein. Unter Wärmetauscherwänden werden hier flächige und/oder schalenförmige feste Strukturen verstanden, die die Fluidräume und/oder die Außenumgebung des Wärmetauschers zumindest teilweise begrenzen und voneinander trennen, beispielsweise können das Strukturen aus Edelstahl, Aluminium, Gusseisen, Kupfer, beispielsweise in Form von Blech oder Gussmaterial sein. Unter hydraulischer Trennung wird hier eine fluiddichte Trennung durch Wärmetauscherwände und Zuleitungen zu den Einlassöffnungen und Ableitungen aus den Auslassöffnungen der Fluidräume verstanden. Unter einer Verschmutzung wird hier eine mit den Fluiden in den Wärmetauscher eingetragene und im Wärmetauscher sich ansammelnde Verunreinigung verstanden, die den Wärmetausch und/oder den Wärmetauscherbetrieb ungünstig beeinflusst, beispielsweise kann das eine Kalkabscheidung von im Fluid gelösten Calcium, eine Verschlammung, eine Salzabscheidung, eine Rußabscheidung, eine Staubabscheidung im Fluidraum und/oder im Wärmetauscher sein. Unter dem Begriff Überwachen eines Zustandes wird hier ein Ermitteln und/oder Erkennen und/oder Bewerten dieses Zustands und/oder ein Hinweisen auf den Zustand und/oder ein Ableiten und/oder Auslösen von Handlungen bei erkannter Handlungsnotwendigkeit verstanden. Unter Erfassen einer Temperatur wird ein Messen von Temperaturwerten und/oder ein Erfassen von Überschreitungen von vorgebbaren Temperaturschwellwerten verstanden. Unter Korrekturrechnen eines Temperaturwertes wird ein Umrechnen verstanden, bei dem aus dem erfassten Temperaturwert ein korrigierter Temperaturwert berechnet wird. Insbesondere berücksichtigt das Korrekturrechnen Messwertveränderungen, die sich durch von den Referenzbedingungen abweichende Betriebsbedingungen einstellen. Insbesondere macht das Korrekturrechnen den Wert der Betriebs-Wandtemperatur vergleichbar mit dem Wert der Referenz-Wandtemperatur, und zwar gerade auch für voneinander abweichende Betriebsbedingungen und Referenzbedingungen. Unter Betriebsbedingungen werden hier aufgeprägte oder äußere Rahmenbedingungen verstanden wie zum Beispiel Fluidtemperaturen an den Einlassöffnungen oder in den Fluidräumen, Volumenströme der Fluide, Temperatur der Außenumgebung. Unter Referenzbedingungen werden hier spezielle Betriebsbedingungen bei einem Referenzzustand verstanden. Explizit von den Betriebsbedingungen ausgenommen ist der Verschmutzungszustand des Wärmetauschers. Die Erfassung oder Vorgabe der Referenz-Wandtemperatur erfolgt, zusätzlich zu den Referenzbedingungen, für den unverschmutzten Wärmetauscher. Abweichungen zwischen Betriebsbedingungen und Referenzbedingungen sind beispielsweise Folge eines leistungsmodulierenden Betriebs des Wärmetauschers. Insbesondere umfasst sind Abweichungen in den Fluidtemperaturen, in der Temperatur der Außenumgebung, in den Fluidvolumenströmen, im Wärmeeintrag in einen Fluidraum, im Wärmeaustrag aus einem Fluidraum. Unter Ermitteln einer Abweichung wird beispielsweise eine Differenzbildung verstanden. Unter Abweichungs-Grenzwerten werden hier Grenzwerte oder Schwellenwerte verstanden, die verschiedenen Verschmutzungszuständen, insbesondere verschiedenen Rubriken von Verschmutzungszuständen, zugeordnet sind, bespielsweise eine Einteilung in Rubriken wie „Verschmutzung unbedenklich“, „Verschmutzung noch akzeptabel“, „Verschmutzung unzulässig, Wärmetauscherbetrieb einschränken und Wartung veranlassen“, „Verschmutzung unzulässig, Wärmetauscherbetrieb sofort einstellen und Wartung veranlassen“.A heat exchanger is here understood to mean a device which receives at least a first fluid and a second fluid, in particular flows through at least a first fluid and a second fluid, and with which heat can be transferred between these fluids, for example, a fuel gas. Heating water heat exchanger or a heating water-drinking water heat exchanger. A fluid space of a heat exchanger is here understood to mean a limited space, in particular a cavity, for receiving, in particular for passing, a fluid having an inlet opening and an outlet opening. Under an external environment is here understood a periphery in which the heat exchanger is arranged, which should be as uninvolved at the heat exchange between the first and second fluid, for example, this may be a filled for example with ambient air installation space of the heat exchanger or a thermal insulation. Under heat exchanger walls here are understood planar and / or cup-shaped solid structures that at least partially limit the fluid spaces and / or the external environment of the heat exchanger and separate from each other, for example, the structures of stainless steel, aluminum, cast iron, copper, for example in the form of sheet metal or cast material be. Hydraulic separation is here understood to mean a fluid-tight separation through heat exchanger walls and feed lines to the inlet openings and outlets from the outlet openings of the fluid spaces. Under a pollution is here a registered with the fluids in the heat exchanger and accumulated in the heat exchanger pollution understood that adversely affects the heat exchange and / or heat exchanger operation, for example, the lime separation of calcium dissolved in the fluid, a silt, a salt deposit, a Soot deposition, a dust deposit in the fluid space and / or in the heat exchanger. The term "monitoring of a state" here means determining and / or recognizing and / or evaluating this state and / or referring to the state Understood state and / or a deduction and / or triggering actions in case of identified need for action. By detecting a temperature is meant measuring of temperature values and / or detection of exceedances of predefinable temperature threshold values. Correction calculation of a temperature value is understood to mean a conversion in which a corrected temperature value is calculated from the detected temperature value. In particular, the correction calculation takes into account measured value changes that occur due to operating conditions deviating from the reference conditions. In particular, the correction computation makes the value of the operating wall temperature comparable to the value of the reference wall temperature, especially for different operating conditions and reference conditions. Operating conditions are understood here as applied or external conditions, such as, for example, fluid temperatures at the inlet openings or in the fluid spaces, volume flows of the fluids, temperature of the outside environment. By reference conditions is meant here specific operating conditions in a reference state. Explicitly excluded from the operating conditions is the soiling state of the heat exchanger. The detection or specification of the reference wall temperature, in addition to the reference conditions, for the unpolluted heat exchanger. Deviations between operating conditions and reference conditions are, for example, the result of power-modulating operation of the heat exchanger. In particular, deviations in the fluid temperatures, in the temperature of the outside environment, in the fluid volume flows, in the heat input into a fluid space, in the heat discharge from a fluid space are included. By determining a deviation is meant, for example, a difference. Deviation limit values are defined here as limit values or threshold values which are assigned to different soiling states, in particular different categories of soiling states, for example a classification into categories such as "contamination unobjectionable", "pollution still acceptable", "contamination inadmissible, restricting heat exchanger operation and causing maintenance "," Immediate contamination, stop heat exchanger operation immediately and arrange for maintenance ".

Betriebs-Wandtemperatur und Referenz-Wandtemperatur sind Werte, die an derselben Stelle gemessen und/oder für dieselbe Stelle am Wärmetauscher vorgegeben sind.Operating wall temperature and reference wall temperature are values measured at the same location and / or specified for the same location on the heat exchanger.

Eine Hinweismeldung über den Verschmutzungszustand des Wärmetauschers an einen Nutzer ausgeben bedeutet hier, diese Hinweismeldung auf einem Ausgabegerät, insbesondere einem optischen oder akustischen Ausgabegerät, auszugeben, wenn die Abweichung einen ersten vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert überschreitet. Ein erster Abweichungs-Grenzwert kann beispielsweise 10 Kelvin betragen oder beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 und 15 Kelvin liegen.Issuing an information message about the fouling state of the heat exchanger to a user here means to output this information message on an output device, in particular an optical or acoustic output device, when the deviation exceeds a first predetermined deviation limit. A first deviation limit value can be, for example, 10 Kelvin or, for example, in a range between 5 and 15 Kelvin.

Eine Betriebseinschränkung vorzunehmen bedeutet hier, ein Signal zum Auslösen einer Betriebseinschränkung, insbesondere eine verringerte Durchströmung mindestens eines Fluidraums mit Fluid oder Absenkung einer Temperatur eines Fluids, an ein Regelgerät auszugeben, wenn die Abweichung einen zweiten vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert überschreitet. Ein zweiter Abweichungs-Grenzwert kann beispielsweise 20 Kelvin betragen oder beispielsweise in einem Bereich zwischen 15 und 25 Kelvin liegen.To make an operating restriction here means to output a signal for triggering an operating restriction, in particular a reduced flow through at least one fluid space with fluid or lowering a temperature of a fluid, to a control device, when the deviation exceeds a second predetermined deviation limit value. A second deviation limit value can be, for example, 20 Kelvin or, for example, in a range between 15 and 25 Kelvin.

Eine Betriebsabschaltung auszulösen bedeutet hier, ein Signal zum Auslösen einer Betriebsabschaltung, insbesondere eine Abschaltung einer Durchströmung mindestens eines Fluidraums mit Fluid oder Absenkung einer Temperatur eines Fluids, beispielsweise auf eine Temperatur der Außenumgebung, an ein Regelgerät auszugeben, wenn die Abweichung einen dritten vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert überschreitet. Ein dritter Abweichungs-Grenzwert kann beispielsweise 30 Kelvin betragen oder beispielsweise in einem Bereich zwischen 25 und 35 Kelvin liegen.Triggering an operating shutdown here means outputting a signal for triggering an operating shutdown, in particular a disconnection of a flow of at least one fluid space with fluid or lowering a temperature of a fluid, for example to a temperature of the external environment, to a control device, if the deviation has a third predetermined deviation. Exceeds limit. A third deviation limit value can be, for example, 30 Kelvin or, for example, in a range between 25 and 35 Kelvin.

Vorteilhafterweise wird die Abweichung nach Betrag und Vorzeichen mit den unteren und oberen Abweichungs-Grenzwerten verglichen. Die Abweichung A zwischen der Korrektur gerechneten Betriebs-Wandtemperatur TWBK und einer Referenz-Wandtemperatur TWR berechnet sich hier aus: A = TWBK - TWR. Advantageously, the deviation is compared by magnitude and sign with the lower and upper deviation limits. The deviation A between the correction calculated operating wall temperature TWBK and a reference wall temperature TWR is calculated here from: A = TWBK - TWR.

Das Vorzeichen der Abweichung gibt darüber Aufschluss, ob eine Verschmutzung auf der Wandseite des wärmeabgebenden Fluids oder auf der Wandseite des wärmeaufnehmenden Fluids vorliegt. Ein negatives Vorzeichen der Abweichung (Abkühlung / Abfall der Korrektur gerechneten Betriebs-Wandtemperatur gegenüber der Referenz-Wandtemperatur) stellt sich dann ein, wenn der Wärmeübergang vom wärmeabgebenden Fluid zur Wärmetauscherwand aufgrund von dort vorhandenen Verschmutzungen zunehmend erschwert wird. Ein positives Vorzeichen (Erwärmung / Anstieg der Korrektur gerechneten Betriebs-Wandtemperatur gegenüber der Referenz-Wandtemperatur) stellt sich dann ein, wenn der Wärmeübergang von der Wärmetauscherwand zum wärmeaufnehmenden Fluid aufgrund von dort vorhandenen Verschmutzungen zunehmend erschwert wird.The sign of the deviation indicates whether there is contamination on the wall side of the heat-emitting fluid or on the wall side of the heat-absorbing fluid. A negative sign of the deviation (cooling / falling of the correction calculated operating wall temperature relative to the reference wall temperature) occurs when the heat transfer from the heat-emitting fluid to the heat exchanger wall is increasingly difficult due to the existing contaminants there. A positive sign (heating / increase in the correction calculated operating wall temperature relative to the reference wall temperature) is established when the heat transfer from the heat exchanger wall to the heat-absorbing fluid is increasingly difficult due to the existing contaminants there.

Die Unterschreitung einer unteren Temperaturschwelle oder eines unteren Abweichungs-Grenzwerts und/oder die Überschreitung einer oberen Temperaturschwelle oder eines oberen Abweichungs-Grenzwerts gibt darüber Aufschluss, ob eine Verschmutzung unbedenklich, oder noch akzeptabel, oder unzulässig ist mit der Handlungsfolge „Wärmetauscherbetrieb einschränken und/oder Wartung planen“ (zum Beispiel Wärmetauscherreinigung, Entkalkung und/oder Wasserentsalzung jetzt planen), oder unzulässig ist mit der Handlungsfolge „Wärmetauscherbetrieb sofort einstellen und Wartung veranlassen“ (zum Beispiel Wärmetauscher jetzt Entkalken). Falling below a lower temperature threshold or a lower deviation limit and / or exceeding an upper temperature threshold or an upper deviation limit provides information on whether pollution is harmless, or still acceptable, or inadmissible with the sequence of action "restrict heat exchanger operation and / or Plan maintenance "(for example, plan heat exchanger cleaning, decalcification and / or desalination now), or it is not permissible with the sequence of action" Immediately adjust heat exchanger operation and initiate maintenance "(for example, heat exchanger now descaling).

In einer Ausführung des Verfahrens sind die unteren und oberen Abweichungs-Grenzwerte zur Einteilungen in verschiedene Rubriken von Verschmutzungszuständen und/oder die Handlungsfolgen in Abhängigkeit von dem Vorzeichen der Abweichung unterschiedlich definiert. In anderen Worten können Abweichungen aufgrund von Verschmutzungen auf der wärmeabgebenden Seite anders bewertet werden als Abweichungen aufgrund von Verschmutzungen auf der wärmeaufnehmenden Seite.In one embodiment of the method, the lower and upper deviation limits for differentiation into different categories of contamination states and / or the action sequences depending on the sign of the deviation are defined differently. In other words, deviations due to soils on the exothermic side may be evaluated differently than deviations due to soils on the heat receiving side.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Betriebs-Wandtemperatur und ein Erfassen der Referenz-Wandtemperatur bei gleichen oder im Wesentlichen gleichen Betriebsbedingungen des Wärmetauschers erfolgt, und dass das Korrekturrechnen eine Multiplikation mit einem Wert Eins ist.An advantageous embodiment of the method is characterized in that the detection of the operating wall temperature and a detection of the reference wall temperature takes place at the same or substantially the same operating conditions of the heat exchanger, and that the correction computation is a multiplication by a value one.

Das Erfassen der Referenz-Wandtemperatur erfolgt bei Referenzbedingungen sowie bei unverschmutztem Wärmetauscher. Beispielsweise ist das Erfassen ein Messen bei Referenzbedingungen. Erfolgt das Erfassen der Betriebs-Wandtemperatur ebenfalls bei Referenzbedingungen oder bei im Wesentlichen gleichen Betriebsbedingungen wie das Erfassen der Referenz-Wandtemperatur, so ist das Korrekturrechnen der Betriebs-Wandtemperatur (Multiplikation mit Eins) die einfache Abbildung auf sich selbst, also eine in der Mathematik sogenannte identische Abbildung.The reference wall temperature is recorded at reference conditions and when the heat exchanger is unpolluted. For example, the detection is a measurement at reference conditions. If the operating wall temperature is also detected under reference conditions or under substantially the same operating conditions as the detection of the reference wall temperature, then the correction calculation of the operating wall temperature (multiplication by one) is the simple mapping to itself, ie so-called mathematics identical picture.

Referenzbedingungen sind speziell ausgewählte Betriebsbedingungen und können fast beliebig sein, werden dann jedoch für eine konkrete Verfahrensausgestaltung fest ausgewählt und beibehalten. Empfehlenswert ist eine Festlegung auf stationäre Betriebsbedingungen, und/oder auf solche, die sich im Betrieb regelmäßig wieder einstellen, wie beispielsweise ein Anfahrzustand bei einem Betriebsstart, eine maximale Heizleistung seitens des wärmeabgebenden Fluids, übliche Fluidtemperaturwerte, übliche Fluidvolumenströme und/oder Kombinationen der Vorgenannten.Reference conditions are specially selected operating conditions and can be almost arbitrary, but are then firmly selected and maintained for a concrete process design. It is advisable to stipulate stationary operating conditions and / or those which regularly set in operation, such as a start-up state at a start of operation, a maximum heat output by the heat-emitting fluid, usual fluid temperature values, usual fluid volume flows and / or combinations of the aforementioned.

Die Erfassung oder Vorgabe der Referenz-Wandtemperatur erfolgt bei Referenzbedingungen für den unverschmutzten Wärmetauscher.The detection or specification of the reference wall temperature takes place at reference conditions for the unpolluted heat exchanger.

Der Ausdruck im Wesentlichen gleiche Betriebsbedingungen des Wärmetauschers bedeutet hier eine geringe Abweichung zwischen Betriebsbedingungen und Referenzbedingungen, die eine Vergleichbarkeit von Betriebs-Wandtemperatur und Referenz-Wandtemperatur bei Korrekturrechnen nach der identischen Abbildung noch zulässt. Beispielsweise sind das Betriebsbedingungen, die um höchstens 5 %, vorteilhafterweise um höchstens 1 %, besonders vorteilhafterweise um höchstens 0,5 % voneinander abweichen.The term essentially the same operating conditions of the heat exchanger means here a small deviation between operating conditions and reference conditions, which still allows a comparison of operating wall temperature and reference wall temperature in correction calculations according to the identical figure. For example, the operating conditions which differ by no more than 5%, advantageously not more than 1%, particularly advantageously no more than 0.5%.

Alternativ zum Erfassen kann die Referenz-Wandtemperatur für Referenzbedingungen auch vorgegeben werden, zum Beispiel auf Basis von Labor- bzw. Prüfstandsmessungen oder auf Basis von Berechnungen bzw. Simulationen.As an alternative to detection, the reference wall temperature for reference conditions can also be specified, for example based on laboratory or test bench measurements or on the basis of calculations or simulations.

Diese Referenz-Wandtemperatur ist den Referenzbedingungen zugeordnet.This reference wall temperature is assigned to the reference conditions.

Die Referenz-Wandtemperatur kann in einer Speichereinheit beispielsweise eines Regelgerätes abgespeichert werden.The reference wall temperature can be stored in a memory unit, for example, a control device.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Betriebs-Wandtemperatur bei Betriebsbedingungen des Wärmetauschers erfolgt, und dass die Referenz-Wandtemperatur bei Referenzbedingungen des Wärmetauschers erfasst wird und/oder Referenzbedingungen zugeordnet ist, und dass das Korrekturrechnen eine Abweichung der Betriebsbedingung von der Referenzbedingung berücksichtigt.A further advantageous embodiment of the method is characterized in that the operating wall temperature is detected under operating conditions of the heat exchanger, and that the reference wall temperature is detected at reference conditions of the heat exchanger and / or reference conditions is assigned, and that the correction calculation is a deviation of the operating condition taken into account by the reference condition.

Das Erfassen der Betriebs-Wandtemperatur erfolgt bei beliebigen Betriebsbedingungen des Wärmetauschers, wobei diese Betriebsbedingungen sich im Allgemeinen von den Referenzbedingungen, die bei der Erfassung der Referenz-Wandtemperatur herrschen und/oder denen die Referenz-Wandtemperatur zugeordnet ist, unterscheiden können. Damit sind Betriebs-Wandtemperatur und Referenz-Wandtemperatur hinsichtlich eines Rückschließens auf einen Verschmutzungszustand und einem Ableiten von Handlungsfolgen nicht geeignet, da nicht miteinander vergleichbar. Die Betriebs-Wandtemperatur wird nun von Betriebsbedingungen auf Referenzbedingungen Korrektur gerechnet, so dass die Korrektur gerechnete Betriebs-Wandtemperatur einen Wert annimmt, der bei ihrer Erfassung unter Referenzbedingungen vorliegen würde. Bei der Korrektur gerechneten Betriebs-Wandtemperatur liegt allerdings auch der Einfluss der Verschmutzung vor, daher nehmen die Korrektur gerechnete Betriebs-Wandtemperatur und die Referenz-Wandtemperatur unterschiedliche Werte an. Somit liegen nun zwei Wandtemperaturwerte vor - die Korrektur gerechnete Wandtemperatur und die Referenz-Wandtemperatur-, die miteinander vergleichbar sind und Rückschlüsse auf einen Verschmutzungszustand des Wärmetauschers ermöglichen. Das Korrekturrechnen erfolgt anhand eines mathematischen Modells (Korrekturmodell), dass eine Umrechnung der Betriebs-Wandtemperatur von Betriebsbedingungen auf Referenzbedingungen ermöglicht.The detection of the operating wall temperature takes place at any operating conditions of the heat exchanger, which operating conditions are generally different from the reference conditions that prevail in the detection of the reference wall temperature and / or to which the reference wall temperature is assigned. Thus, operating wall temperature and reference wall temperature are not suitable for inference to a fouling condition and deriving of consequences, since they are not comparable. The operating wall temperature is now corrected from operating conditions to reference conditions such that the correction calculated operating wall temperature assumes a value that would be present at its detection under reference conditions. However, the influence of the pollution is also present when the operating wall temperature is calculated, therefore the correction calculated operating wall temperature and the reference wall temperature are different Values. Thus, there are now two wall temperature values - the corrected wall temperature calculated and the reference wall temperature - which are comparable with each other and allow conclusions to be drawn on a state of contamination of the heat exchanger. Correction calculation is based on a mathematical model (correction model) that allows a conversion of the operating wall temperature from operating conditions to reference conditions.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung eines Verschmutzungszustands bei einem Wärmetauscher, wobei ein erster Fluidraum des Wärmetauschers dazu vorgesehen ist, ein erstes Fluid aufzunehmen, ein zweiter Fluidraum des Wärmetauschers dazu vorgesehen ist, ein zweites Fluid aufzunehmen, und mindestens ein in und/oder an einer Wärmetauscherwand angeordneter Temperatursensor dazu vorgesehen ist, mindestens eine Wandtemperatur zu erfassen, umfasst eine Erfassungseinheit zum Erfassen mindestens einer Betriebs-Wandtemperatur, eine Recheneinheit zum Korrekturrechnen der mindestens einen Betriebs-Wandtemperatur, eine Vergleichseinheit zum Ermitteln einer Abweichung zwischen der Korrektur gerechneten Betriebs-Wandtemperatur und einer Referenz-Wandtemperatur, ein Ausgabe- und/oder Regelgerät zum Ausgeben einer Hinweismeldung über den Verschmutzungszustand an einen Nutzer und/oder Vornehmen einer Betriebseinschränkung und/oder Auslösen einer Betriebsabschaltung, wenn die Abweichung vorgegebene Abweichungs-Grenzwerte überschreitet.The inventive apparatus for monitoring a fouling condition in a heat exchanger, wherein a first fluid space of the heat exchanger is provided to receive a first fluid, a second fluid space of the heat exchanger is provided to receive a second fluid, and at least one in and / or on a heat exchanger wall arranged temperature sensor is provided to detect at least one wall temperature, comprises a detection unit for detecting at least one operating wall temperature, a computing unit for correcting the at least one operating wall temperature, a comparison unit for determining a deviation between the correction calculated operating wall temperature and a reference Wall temperature, an output and / or control device for outputting a notification message about the contamination state to a user and / or making an operating restriction and / or triggering an operation shutdown when the deviation ng exceeds given deviation limit values.

Unter einem an einer Wärmetauscherwand angeordneten Temperatursensor wird hier ein Temperatursensor verstanden, der beispielsweise außen auf einer der Außenumgebung zugewandten Wandseite des Wärmetauschers angeordnet ist und so in wärmeleitendem Kontakt mit einer äußeren Oberfläche der Wärmetauscherwand steht. Unter einem in einer Wärmetauscherwand angeordneten Temperatursensor wird hier ein Temperatursensor verstanden, der beispielsweise in einer Aufnahmebohrung in der Wärmetauscherwand angeordnet ist und so in wärmeleitendem Kontakt mit einem Inneren der Wärmetauscherwand steht. Insbesondere ist der Temperatursensor in oder an einer den ersten Fluidraum vom zweiten Fluidraum trennenden Wärmetauscherwand angeordnet und misst eine Wandtemperatur im Temperatureinflussbereich zwischen erstem Fluid und zweitem Fluid. Eine beispielsweise elektrische Kontaktierung des Temperatursensors zum Auslesen eines Temperaturmesswerts ist durch die Öffnung zur Aufnahmebohrung in der Oberfläche der Wärmetauscherwand möglich. Die Erfassungseinheit liest den oder die Temperaturmesswerte (zum Beispiel Betriebs-Wandtemperatur, Referenz-Wandtemperatur) des mindestens einen Temperatursensors ein und/oder speichert diese Temperaturmesswerte und/oder vorgegebene Temperaturwerte (zum Beispiel eine vorgegebene Referenz-Wandtemperatur). Die Recheneinheit rechnet die Betriebs-Wandtemperatur von Betriebsbedingungen auf Referenzbedingungen auf Basis eines mathematischen Modells Korrektur. Das Ausgabe- und/oder Regelgerät kann sowohl Hinweismeldungen akustisch oder optisch ausgeben als auch Eingriffe in den Wärmetauscherbetrieb vornehmen oder veranlassen.Here, a temperature sensor arranged on a heat exchanger wall is understood to be a temperature sensor which is arranged, for example, on the outside of a wall side of the heat exchanger facing the outside environment and thus in heat-conducting contact with an outer surface of the heat exchanger wall. Here, a temperature sensor arranged in a heat exchanger wall is understood to be a temperature sensor which is arranged, for example, in a receiving bore in the heat exchanger wall and thus is in heat-conducting contact with an interior of the heat exchanger wall. In particular, the temperature sensor is arranged in or on a heat exchanger wall separating the first fluid space from the second fluid space and measures a wall temperature in the temperature-influencing area between the first fluid and the second fluid. An example of electrical contacting of the temperature sensor for reading a temperature reading is possible through the opening to the receiving bore in the surface of the heat exchanger wall. The detection unit reads in the temperature measurement value or values (for example, operating wall temperature, reference wall temperature) of the at least one temperature sensor and / or stores these temperature measurement values and / or predetermined temperature values (for example a predetermined reference wall temperature). The arithmetic unit calculates the operating wall temperature from operating conditions to reference conditions based on a mathematical model correction. The output and / or control device can both information messages acoustically or visually output as well as make interventions in the heat exchanger operation or cause.

Mit der Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, das es erlaubt, die Verschmutzung eines Wärmetauschers zu überwachen, insbesondere zu erfassen, zu bewerten, Handlungsnotwendigkeiten zu erkennen und erforderliche Maßnahmen (Handlungsfolgen) zum Schutz des Wärmetauschers sowie einer angeschlossenen Anlage, beispielsweise einer Heiz- und/oder Kühlanlage, einzuleiten und/oder auszuführen. Damit werden der Wärmetauscher und die Anlage vor Beeinträchtigungen der Funktion, Schäden des Materials, sowie ungeplanten Ausfallzeiten geschützt.With the invention, a method is provided, which allows to monitor the pollution of a heat exchanger, in particular to detect, assess, recognize action needs and necessary measures (actions) to protect the heat exchanger and a connected system, such as a heating and / or cooling system, initiate and / or execute. This protects the heat exchanger and the system from impairment of function, material damage and unplanned downtime.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Wärmeübergang von einem wärmeabgebenden Fluid über eine Wärmetauscherwand auf ein wärmeaufnehmendes Fluid durch eine Verschmutzung beeinflusst, insbesondere beeinträchtigt werden kann. Beispielsweise kann die Verschmutzung bezüglich der Wärmeübertragung eine isolierende Wirkung haben, weshalb sich ein Wärmedurchlasswiderstand zum Beispiel von einem wärmeabgebenden Fluid auf die Wärmetauscherwand oder von der Wärmetauscherwand auf ein wärmeaufnehmendes Fluid erhöht. - Auch bei ansonsten gleichen oder im Wesentlichen gleichen Betriebsbedingungen verschiebt sich die Wandtemperatur dann zu höheren oder auch niedrigeren Werten als beim unverschmutzten Wärmetauscher.The invention is based on the finding that heat transfer from a heat-emitting fluid via a heat exchanger wall to a heat-absorbing fluid can be influenced, in particular impaired, by contamination. For example, the contamination with respect to the heat transfer can have an insulating effect, for which reason a heat transfer resistance, for example, increases from a heat-emitting fluid to the heat exchanger wall or from the heat exchanger wall to a heat-absorbing fluid. - Even with otherwise the same or substantially the same operating conditions, the wall temperature then shifts to higher or lower values than the unpolluted heat exchanger.

Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt die Zeichnung. So zeigt

1 einen Ausschnitt aus einem Heizgas-Heizwasser-Wärmetauscher mit einem an einer Wärmetauscherwand angeordneten Temperatursensor,
2 einen Ausschnitt aus einem Heizgas-Heizwasser-Wärmetauscher mit einem in einer Wärmetauscherwand angeordneten Temperatursensor,
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens.

Embodiments of the invention is shown in the drawing. So shows

1 a section of a heating gas heating water heat exchanger with a temperature sensor arranged on a heat exchanger wall,
2 a section of a heating gas heating water heat exchanger with a temperature sensor arranged in a heat exchanger wall,
3 a flowchart of a method
4 a flowchart of a method.

1 offenbart einen schematischen Ausschnitt aus einem Heizgas-Heizwasser-Wärmetauscher 1 mit einem an einer Wärmetauscherwand 2 angeordneten Temperatursensor 3. Der Wärmetauscher 1 weist einen ersten Fluidraum 11 zur Aufnahme und/oder Durchleitung eines ersten Fluides, beispielsweise eines wärmeabgebenden Heizgases, sowie einen zweiten Fluidraum 12 zur Aufnahme und/oder Durchleitung eines zweiten Fluides, beispielsweise eines wärmeaufnehmenden Heizwassers, auf. Umgeben ist der Wärmetauscher 1 von einer Außenumgebung 13, beispielsweise Luft oder eine Wärmedämmung. Wärmetauscherwände 2 trennen die Fluidräume 11, 12 und die Außenumgebung 13 fluidisch dicht voneinander. Eine Wärmeübertragung vom ersten Fluid auf das zweite Fluid erfolgt mittels Wärmeleitung durch die Wärmetauscherwand 2. An der Wärmetauscherwand 2, von der Außenumgebung 13 aus zugänglich, vorteilhafterweise in einem Temperatureinflussbereich von erstem und zweitem Fluid, ist der Temperatursensor 3 angeordnet zur Messung der Wandtemperatur. Der Temperatursensor 3 kann beispielsweise an der Wärmetauscherwand 2 festgeklebt sein. Weitere beispielhafte Befestigungsarten sind Anlöten, Anschweißen, Festklemmen, Anschrauben. Im Betrieb des Wärmetauschers 1 kann die Wärmetauscherwand 2 sowohl auf der dem ersten Fluidraum 11 zugewandten Seite als auch auf der dem zweiten Fluidraum 12 zugewandten Seite verschmutzen, beispielsweise aufgrund von Staub-, Ruß- oder Kalkabscheidung und andere. Die Wandtemperatur stellt sich im Betrieb des Wärmetauschers 1 in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen und eines Verschmutzungszustandes ein. So kann aus der Wandtemperatur, bei gleichbleibenden oder auch bei für die Messung angefahrenen oder auch bei variablen aber bekannten Betriebsbedingungen, auf den Verschmutzungszustand des Wärmetauschers 1 zurückgeschlossen werden. 1 discloses a schematic section of a heating gas heating water heat exchanger 1 with one on a heat exchanger wall 2 arranged temperature sensor 3 , The heat exchanger 1 has a first fluid space 11 to Receiving and / or passage of a first fluid, such as a heat-emitting fuel gas, and a second fluid space 12 for receiving and / or passing a second fluid, for example a heat-absorbing heating water on. Surrounded is the heat exchanger 1 from an outside environment 13 , For example, air or thermal insulation. heat exchanger walls 2 separate the fluid spaces 11 . 12 and the outside environment 13 fluidly close together. A heat transfer from the first fluid to the second fluid takes place by means of heat conduction through the heat exchanger wall 2 , At the heat exchanger wall 2 , from the outside environment 13 accessible, advantageously in a temperature influence range of the first and second fluid, is the temperature sensor 3 arranged to measure the wall temperature. The temperature sensor 3 can, for example, on the heat exchanger wall 2 be stuck. Other exemplary types of attachment are soldering, welding, clamping, screwing. In operation of the heat exchanger 1 can the heat exchanger wall 2 both on the first fluid space 11 facing side as well as on the second fluid space 12 facing side dirty, for example due to dust, soot or lime deposit and others. The wall temperature arises during operation of the heat exchanger 1 depending on the operating conditions and a pollution condition. Thus, from the wall temperature, with constant or even approached for the measurement or even with variable but known operating conditions, on the pollution state of the heat exchanger 1 be closed back.

Insbesondere stellt sich eine gegenüber einer Referenz-Wandtemperatur niedrigere Betriebs-Wandtemperatur (bei ansonsten gleichen Betriebsbedingungen) oder eine niedrigere, Korrektur gerechnete Betriebs-Wandtemperatur (bei variablen aber bekannten Betriebsbedingungen, wobei die Betriebs-Wandtemperatur auf Referenzbedingungen umgerechnet wird) dann ein, wenn der Wärmetauscher 1 auf der Seite des wärmeabgebenden Fluides verschmutzt. Und insbesondere stellt sich eine gegenüber einer Referenz-Wandtemperatur höhere Betriebs-Wandtemperatur oder eine höhere, Korrektur gerechnete Betriebs-Wandtemperatur dann ein, wenn der Wärmetauscher 1 auf der Seite des wärmeaufnehmenden Fluides verschmutzt. Unterschreitet die Betriebs-Wandtemperatur bestimmte untere Temperaturschwellen, oder überschreitet die Betriebs-Wandtemperatur bestimmte obere Temperaturschwellen, so kann daraus auf den Verschmutzungszustand zurückgeschlossen werden.In particular, an operating wall temperature lower than a reference wall temperature (under otherwise identical operating conditions) or a lower operating wall temperature calculated for correction (at variable but known operating conditions, where the operating wall temperature is converted to reference conditions) then occurs when the operating wall temperature heat exchangers 1 dirty on the side of the heat-emitting fluid. In particular, a higher operating wall temperature than a reference wall temperature or a higher operating wall temperature, calculated as a correction, then sets when the heat exchanger 1 contaminated on the side of the heat-absorbing fluid. If the operating wall temperature falls below certain lower temperature thresholds, or if the operating wall temperature exceeds certain upper temperature thresholds, then it can be deduced from the polluted state.

2 offenbart einen schematischen Ausschnitt aus einem Heizgas-Heizwasser-Wärmetauscher 1 mit einem in einer Wärmetauscherwand 2 angeordneten Temperatursensor 3. Beispielsweise handelt es sich bei dem Temperatursensor 3 um ein Mantel-Thermoelement, das in eine Bohrung in der Wärmetauscherwand 2 eingeführt ist. Durch diese Anordnung sind Temperatureinflüsse seitens der Außenumgebung minimierbar. Ein besonders gut wärmeleitender Kontakt zwischen Wärmetauscherwand 2 und Temperatursensor 3 kann mittels einer Wärmeleitpaste erreicht werden. 2 discloses a schematic section of a heating gas heating water heat exchanger 1 with one in a heat exchanger wall 2 arranged temperature sensor 3 , For example, the temperature sensor is 3 around a jacket thermocouple that penetrates into a hole in the heat exchanger wall 2 is introduced. By this arrangement, temperature influences from the outside environment can be minimized. A particularly good heat-conducting contact between the heat exchanger wall 2 and temperature sensor 3 can be achieved by means of a thermal compound.

3 offenbart ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überwachung eines Wärmetauschers. Die beispielhafte Schrittreihenfolge zeigt in Schritt 1, dass ein Regelgerät von einem in oder an einer Wand des Wärmetauschers angeordneten Temperatursensor aktuelle Betriebs-Wandtemperaturwerte enthaltende Signale erhält. Schritt 2 zeigt, dass das Regelgerät die Signale laufend überprüft. Schritt 3 zeigt, dass das Regelgerät bei absinkenden Betriebs-Wandtemperaturwerten unter mindestens eine untere Temperaturschwelle eine mindestens einen Fehlerzustand repräsentierende Größe in einen Speicher schreibt, beziehungsweise dass das Regelgerät bei ansteigenden Betriebs-Wandtemperaturwerten über mindestens eine obere Temperaturschwelle eine mindestens einen weiteren Fehlerzustand repräsentierende Größe in einen Speicher schreibt. Das Verfahren wird während des Wärmetauscherbetriebs sich wiederholend immer wieder aufs Neue durchlaufen. 3 discloses a flowchart of a method for monitoring a heat exchanger. The example step sequence shows in step 1 in that a control device receives signals containing current operating wall temperature values from a temperature sensor arranged in or on a wall of the heat exchanger. step 2 shows that the controller continuously checks the signals. step 3 shows that at decreasing operating wall temperature values below at least one lower temperature threshold, the control unit writes a variable representing at least one fault condition into a memory, or that the control unit, with increasing operating wall temperature values over at least one upper temperature threshold, writes a variable representing at least one further fault condition into a memory writes. The process is repeatedly iterated during heat exchanger operation.

4 offenbart ein weiteres Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überwachung eines Wärmetauschers. Die beispielhafte Schrittreihenfolge zeigt in Schritt 1 das Erfassen mindestens einer Betriebs-Wandtemperatur, in Schritt 2 das Korrekturrechnen der mindestens einen Betriebs-Wandtemperatur, und in Schritt 3 das Ermitteln einer Abweichung zwischen der Korrektur gerechneten Betriebs-Wandtemperatur und einer Referenz-Wandtemperatur. In Schritt 4 wird die Abweichung mit vorgegebenen unteren und oberen Abweichungs-Grenzwerten verglichen und/oder bewertet. In Abhängigkeit des Ausgangs des Vergleichs, wenn die Abweichung vorgegebene Abweichungs-Grenzwerte unterschreitet oder überschreitet, wird entweder in Schritt 5 eine Hinweismeldung über den Verschmutzungszustand des Wärmetauschers (auf der Seite des wärmeabgebenden oder des wärmeaufnehmenden Fluids) an einen Nutzer ausgegeben, und/oder in Schritt 6 eine Betriebseinschränkung vorgenommen, und/oder in Schritt 7 eine Betriebsabschaltung ausgelöst. Das Verfahren wird während des Wärmetauscherbetriebs sich wiederholend immer wieder aufs Neue durchlaufen. 4 discloses another flowchart of a method for monitoring a heat exchanger. The example step sequence shows in step 1 detecting at least one operating wall temperature, in step 2 correcting the at least one operating wall temperature, and in step 3 determining a deviation between the corrected operating wall temperature and a reference wall temperature. In step 4 the deviation is compared and / or evaluated with predetermined lower and upper deviation limit values. Depending on the outcome of the comparison, if the deviation falls below or exceeds given deviation limits, either in step 5 an indication of the fouling state of the heat exchanger (on the side of the heat-emitting or the heat-receiving fluid) to a user, and / or in step 6 an operational restriction is made, and / or in step 7 an operating shutdown triggered. The process is repeatedly iterated during heat exchanger operation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4309313 A1 [0001]

Claims

Method for monitoring a heat exchanger, in particular a contamination state in a heat exchanger through which flows at least one fluid, characterized in that a control unit receives from a temperature sensor arranged in or on a wall of the heat exchanger signals containing current operating wall temperature values that the control device receives the signals continuously checked, and that the controller writes at sinking operating wall temperature below at least one lower temperature threshold representing at least one fault condition size in a memory, and that the controller at increasing operating wall temperature over at least one upper temperature threshold representing at least one further fault condition size in writes a memory.

Method according to Claim 1 , characterized in that the lower temperature threshold and / or upper temperature threshold are stored in the control device.

Method according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the lower temperature threshold and / or upper temperature threshold are determined empirically so that a minimum flow of the fluid through the heat exchanger is exceeded.

Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the lower temperature threshold and / or the upper temperature threshold is empirically determined so that a minimum heat transfer rate of a heat flow through the heat exchanger wall is exceeded.

Method for monitoring a heat exchanger, in particular a contamination state in a heat exchanger, wherein A first fluid space of the heat exchanger for receiving a first fluid, a second fluid space of the heat exchanger for receiving a second fluid, and an external environment of the heat exchanger are separated from each other by heat exchanger walls, and At least one temperature sensor arranged in or on a heat exchanger wall detects at least one wall temperature, comprising the steps Detecting at least one operating wall temperature, Correcting the at least one operating wall temperature, Determining a deviation between the correction calculated operating wall temperature and a reference wall temperature, • Issuing a message about the pollution status to a user and / or making an operational restriction and / or triggering an operational shutdown when the deviation exceeds or falls below predetermined deviation limits.

Method according to Claim 5 characterized in that the operating wall temperature is sensed and the reference wall temperature is sensed or predetermined for equal or substantially equal operating conditions of the heat exchanger, and that the correction calculation is a multiplication by a value of one.

Method according to Claim 5 or 6 characterized in that the operating wall temperature is detected in an operating condition of the heat exchanger, and that the reference wall temperature is detected at a reference condition of the heat exchanger and / or associated with a reference condition, and that the correction calculation is a deviation of the operating condition from the reference condition considered.

A device for monitoring a soiling state in a heat exchanger for carrying out a method according to any one of the preceding claims, wherein A first fluid space of the heat exchanger is provided to receive a first fluid, A second fluid space of the heat exchanger is provided to receive a second fluid, • At least one arranged in and / or on a heat exchanger wall temperature sensor is provided to detect at least one wall temperature, comprising A detection unit for detecting at least one operating wall temperature, A computing unit for correcting the at least one operating wall temperature, A comparison unit for determining a deviation between the correction-calculated operating wall temperature and a reference wall temperature, An output and / or control device for outputting a notification message about the soiling state to a user and / or making an operating restriction and / or triggering an operating shutdown when the deviation exceeds or falls below predetermined deviation limit values.