DE19721810A1

DE19721810A1 - Monitoring method for dirt accumulation in heat exchangers

Info

Publication number: DE19721810A1
Application number: DE1997121810
Authority: DE
Inventors: Joachim Dreibach
Original assignee: DREIBACH GmbH
Current assignee: WANTSCHIK, MICHAEL, DR., 76187 KARLSRUHE, DE
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1997-05-26
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: DE19721810C2

Abstract

The monitoring method involves monitoring the surface temperature of a heat exchanger, or that of an adjacent area, using infrared rays. The resulting values are compared with a reference value range by a central computer which indicates any deviation outside the reference range. Infrared or optical monitors attached to the heat exchanger transmit signals to a central computer which stores information concerning a reference value range for normal outputs and data concerning the outside and ambient temperatures. Abnormal operation of the heat exchanger is recognised and the requirement for service is indicated. Routine cleaning of heat exchangers to reduce efficiency loss due to the build up of dust particles may be unnecessary in some cases but the need for cleaning is detected only when it becomes necessary.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Verschmutzungs zustandes eines Wärmeübertragers in einem Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder 2 sowie eine Vorrichtung für die Durch führung der Überwachung.The invention relates to a method for monitoring the pollution state of a heat exchanger in a heat exchanger according to Preamble of claim 1 or 2 and a device for the through management of surveillance.

Es ist allgemein bekannt, daß der Wirkungsgrad eines derartigen Wärmetau schers mit zunehmender Verschmutzung sinkt, bis ein Funktionieren des Wärmetauschers nicht mehr sichergestellt ist und das in der Regel zu kühlende Gerät infolge Überhitzung ausfällt. Bislang werden zur Vermeidung eines Ausfallens der Geräte infolge einer Überhitzung aufgrund von Verschmutzun gen die Wärmeüberträger der Wärmetauscher regelmäßig durch Sichtkontrollen überwacht und gegebenenfalls gereinigt oder ausgetauscht. Im Falle eines Versagens des Wärmetauschers können neben Ausfällen aufgrund mangelndem Wärmeaustauschs, beispielsweise bei einer Überhitzung wegen mangelnder Kühlleistung eines Kühlers, auch andere Versagensursachen vorliegen. Für das Wartungspersonal ist das Erkennen der einzelnen Ausfallursachen relativ schwierig, so daß eine umfangreiche Schulung erforderlich ist. It is well known that the efficiency of such a heat rope with increasing pollution, until the functioning of the Heat exchanger is no longer ensured and that is usually to be cooled Device fails due to overheating. So far, to avoid a Failure of the devices due to overheating due to contamination The heat exchangers of the heat exchangers are regularly checked visually monitored and cleaned or replaced if necessary. in case of an Failure of the heat exchanger can cause failures due to lack Heat exchange, for example in the event of overheating due to insufficient Cooling capacity of a cooler, there are also other causes of failure. For the Maintenance personnel are relatively aware of the individual causes of failure difficult, so extensive training is required.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung des Verschmutzungszustandes von Wärmetauschern zur Ver fügung zu stellen, durch das die Kontrolle von Wärmetauschern vereinfacht wird, insbesondere sollten unnötige Servicefahrten nicht mehr erforderlich sein. Zudem sollen die Anforderungen an das Wartungspersonal verringert werden.The present invention is therefore based on the object of a method for monitoring the contamination status of heat exchangers for ver to provide, which simplifies the control of heat exchangers in particular, unnecessary service trips should no longer be necessary. In addition, the requirements for maintenance personnel should be reduced.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung des Verschmut zungszustands eines Wärmeübertragers mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder 2 sowie durch eine entsprechende Vorrichtung für die Durchführung der Überwachung mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst.This task is accomplished through a process of monitoring pollution condition of a heat exchanger with the features of claim 1 or 2 and by an appropriate device for performing the Monitoring solved with the features of claim 7.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung des Verschmut zungszustands eines Wärmeübertragers läßt sich mit relativ einfachen Maßnah men sicherstellen, daß ein mit einem Wärmetauscher versehenes Gerät nicht infolge mangelnder Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme über den Wärmetau scher versagt. Sichtkontrollen, insbesondere unnötige Servicefahrten im Falle des Vorliegens einer relativ geringen Ablagerungsschicht sind überflüssig. Ferner kann bei der Schulung des Wartungspersonals für den Versagensfall ein Ausfallen aufgrund mangelnder Wärmeübertragung von vornherein ausgeschlos sen werden. Dies erleichtert eine Fehlerdiagnose erheblich.With the help of the method for monitoring the pollution condition of a heat exchanger can be done with relatively simple measure ensure that a device equipped with a heat exchanger is not due to insufficient heat emission or heat absorption via the heat rope sher failed. Visual inspections, especially unnecessary service trips in the event the presence of a relatively small deposit layer is superfluous. Furthermore, training for maintenance personnel in the event of a failure can help Failure due to lack of heat transfer excluded from the outset will be. This makes fault diagnosis much easier.

Die Überwachung kann sowohl anhand der Infrarotstrahlung, der Oberflächen temperatur oder der Temperatur in nächster Nähe des Wärmetauschers, als auch durch optische Überwachung erfolgen. Die ermittelten Meßwerte oder Bilder wurden mit Sollwerten verglichen. Für das optische Verfahren ist in aller Regel neben einem Empfänger eine Lampe erforderlich, damit konstante Rah menbedingungen vorliegen.The monitoring can be based on the infrared radiation, the surfaces temperature or the temperature in close proximity to the heat exchanger, as also done by optical monitoring. The determined measured values or Images were compared to target values. For the optical process is in everything Usually a lamp is required in addition to a receiver so that constant frame conditions exist.

Die Überwachung der Ablagerungsschicht kann on-line, in kontinuierlichen Abständen, mittels einzelner Fernabfragen oder vorzugsweise nur im Falle des Über- bzw. Unterschreiten des Sollwerts mittels automatischer Meldung erfol gen. Infolge einer oder mehreren Meldungen wird der Einsatz des Wartungs personals koordiniert.Monitoring of the deposit layer can be done on-line, in continuous Intervals, by means of individual remote queries or preferably only in the case of The setpoint is exceeded or undershot by means of an automatic message As a result of one or more messages, the use of the maintenance coordinated personnel.

Besonders vorteilhaft ist die Überwachung mit Hilfe eines Programms, das den Einsatzplan des Wartungspersonals in Abhängigkeit von der Dringlichkeit auf grund des Verschmutzungszustands der überwachten Wärmeüberträger fest setzt. Dabei ist zu beachten, daß ein ausreichender Zeitraum bis zum Erreichen des abschließenden Grenzwerts, bei dessen Überschreiten ein Versagen des mit dem Wärmetauscher verbundenen Geräts nicht mehr ausgeschlossen werden kann, gegeben ist. Mit Hilfe des Programms und bereits vorhandener Karten lassen sich die zu fahrenden Strecken für jeden Einsatztag minimieren. Auf diese Weise lassen sich erhebliche Kostenersparnisse realisieren, insbesondere wird die Arbeitszeit des Wartungspersonals optimal ausgenutzt.Monitoring with the aid of a program which is particularly advantageous Deployment plan of the maintenance staff depending on the urgency due to the contamination status of the monitored heat exchangers puts. It should be noted that there is a sufficient period of time before reaching of the final limit value, when exceeded a failure of the device connected to the heat exchanger can no longer be excluded can, is given. With the help of the program and existing cards the distances to be traveled can be minimized for each day of use. On in this way considerable cost savings can be realized, in particular the working time of the maintenance personnel is optimally used.

Relativ sichere Meßergebnisse werden bei Überwachungen anhand von zwei oder drei Meßstellen ermittelt. Im Falle von drei Meßstellen ist bei einem Überschreiten des Sollwerts an allen drei Stellen mit 98%iger Wahrscheinlich keit von einer Ablagerungsschicht auszugehen, aufgrund derer der Wärmeüber tragungskoeffizient entsprechend abgesunken ist. Dies gilt auch für das optische Verfahren.Relatively reliable measurement results are obtained from two monitoring systems or three measuring points determined. In the case of three measuring points, one is 98% probability of exceeding the setpoint in all three places to start from a deposit layer, due to which the heat transfer bearing coefficient has dropped accordingly. This also applies to the optical Method.

Die Bildung der Ablagerungsschicht wird im Falle einer berührungslosen Temperaturmessung nicht oder nur bedingt beeinflußt, so daß die Meßwerte nicht oder nur minimal verfälscht werden.The formation of the deposit layer is in the case of a non-contact Temperature measurement not influenced or only influenced to a limited extent, so that the measured values not or only minimally falsified.

Besonders vorteilhaft ist die Messung der von der zu überwachenden Ober flächen abgestrahlten Infrarotstrahlung, da auf diese Weise ein ausreichender Abstand des Meßgeräts von der Oberfläche sichergestellt werden kann und da durch die Bildung der Ablagerungsschicht nicht beeinflußt wird. The measurement of the upper to be monitored is particularly advantageous radiated infrared radiation, because in this way a sufficient Distance of the measuring device from the surface can be ensured and there is not affected by the formation of the deposit layer.

Entsprechende Vorteile bietet auch eine Vorrichtung, die für die Überwachung des Verschmutzungszustands eines Wärmeübertragers geeignet ist. Als Wärme übertrager kann sowohl ein Kühler als auch ein Heizelement überwacht wer den.A device for monitoring also offers corresponding advantages the contamination state of a heat exchanger is suitable. As warmth The transmitter can monitor both a cooler and a heating element the.

Besonders vorteilhaft ist das Einbauen einer Überwachungsvorrichtung in Schaltkästen, insbesondere für den Mobilfunk oder die Satellitenkommunika tion. Ferner können auch Umweltmeßstationen entsprechend überwacht wer den. Bei der Überwachung von nur zu bestimmten Zeiten zugänglicher Um weltmeßstationen können zusätzlich ensprechende Parameter im Rahmen des Programms vorgesehen werden, die sicherstellen, daß eine Wartung rechtzeitig, beispielsweise vor Wintereinbruch erfolgen kann.It is particularly advantageous to install a monitoring device in Control boxes, in particular for mobile radio or satellite communications tion. Furthermore, environmental measuring stations can be monitored accordingly the. When monitoring only accessible at certain times World measuring stations can also set corresponding parameters within the scope of the Program are provided to ensure that maintenance is timely, for example, before the onset of winter.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand verschiedener Ausfüh rungsbeispiele näher beschrieben. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist in einem Schaltschrank für den Mobilfunk ein Kühlgerät in Form eines Wärme tauschers vorgesehen. Dabei wird die in Wärme umgewandelte Leistung aus dem Innenraum des Schaltschranks mit Hilfe eines Wärmeübertragers an die Umgebung abgegeben. Für die Kühlung des Wärmeübertragers wird hierbei die Umgebungsluft verwendet. Der Wärmeübertrager ist herkömmlicher Bauart und weist einzelne Lamellen aus einem im Ausführungsbeispiel ca. 0,2 mm starken Blech auf. Andere Blechdicken sind jedoch möglich.The present invention is hereinafter based on various embodiments Rungsbeispiele described in more detail. According to a first embodiment A cooling device in the form of heat in a control cabinet for mobile radio exchanger provided. This converts the power converted into heat the interior of the control cabinet with the help of a heat exchanger Environment. For the cooling of the heat exchanger, the Ambient air used. The heat exchanger is of conventional design and has individual lamellae of a thickness of approximately 0.2 mm in the exemplary embodiment Tin on. However, other sheet thicknesses are possible.

Aus der Umgebung lagert sich beispielsweise Staub oder Blütenpollen auf der metallischen Oberfläche des Wärmetauschers und bildet eine auf dieser Ober fläche haftende Ablagerungsschicht. Mit zunehmender Dicke der Ablagerungs schicht sinkt der Wirkungsgrad des Wärmetauschers, so daß es bei her kömmlichen Geräten ab einer gewissen Dicke der Ablagerungsschicht zu einer Verschlechterung der Entwärmungsleistung und dadurch zu einer Überhitzung kommen kann. For example, dust or pollen from the surrounding area is deposited on the metallic surface of the heat exchanger and forms an upper on this Adhesive deposit layer. With increasing thickness of the deposit layer decreases the efficiency of the heat exchanger, so that it comes from conventional devices from a certain thickness of the deposit layer to a Deterioration of the heat dissipation performance and thereby overheating can come.

Wird die Oberfläche des Wärmeübertragers jedoch in Hinblick auf Ablage rungen regelmäßig überwacht, so kann es zu keiner Überhitzung aufgrund der Ablagerungsschicht kommen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind für die Überwachung der Oberfläche drei Sensoren vorgesehen, die an unterschied lichen Stellen die Oberflächentemperatur einzelner Lamellen ermitteln. Dies erfolgt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel berührungslos mittels einer Mes sung der von diesen Bereichen abgestrahlten Infrarotstrahlung. Die ermittelten Meßwerte, im folgenden als Istwerte bezeichnet, werden an einen zentralen Rechner weitergegeben, an den auch Meßwerte der Außentemperatur, der rela tiven Luftfeuchte und sonstiger Daten der Umgebung sowie die aktuelle Lei stungsaufnahme, übermittelt werden. Anhand der Umgebungsparameter sowie der Leistungsaufnahme wird vom zentralen Rechner ein Sollwert für die ein zelnen Meßstellen ermittelt. Die Festlegung des Sollwerts erfolgt mittels einer vorgegebenen Berechnungsformel oder einer vorgegebenen Tabelle. Die ge messenen Istwerte werden mit diesem Sollwert verglichen. Melden alle drei Meßstellen Istwerte, die für die jeweiligen Meßstelle festgelegten Sollwert über steigen, so kann mit 98% Wahrscheinlichkeit von einer Verschmutzung des Wärmeübertragers ausgegangen werden. Überschreiten die Istwerte den Soll wert, so wird eine entsprechende Meldung an eine zentrale Überwachungs stelle weitergeleitet. Von dieser zentralen Überwachungsstelle aus kann dann je nach Dringlichkeit eine Servicefahrt zu dem entsprechenden Schaltschrank geplant werden. Die Dringlichkeit ist dabei von dem für die Auslösung des Alarms verantwortlichen Sollwerts abhängig. Alternativ können auch unter schiedliche Meldungen in Abhängigkeit der Dringlichkeit oder eine regelmäßi ge Übermittlung der Ist- und Sollwerte vorgesehen werden.However, the surface of the heat exchanger with regard to storage monitored regularly, so there can be no overheating due to the Deposit layer come. According to the embodiment are for the Surface monitoring provided three sensors that differed points determine the surface temperature of individual slats. This According to the first exemplary embodiment, this takes place without contact by means of a measurement solution of the infrared radiation emitted by these areas. The determined Measured values, hereinafter referred to as actual values, are sent to a central Computer passed on to which also measured values of the outside temperature, the rela air humidity and other environmental data as well as the current lei recording, transmitted. Based on the environmental parameters as well the power consumption is a setpoint for the one from the central computer individual measuring points determined. The setpoint is determined using a predefined calculation formula or a predefined table. The ge measured actual values are compared with this setpoint. Report all three Measuring points Actual values, the setpoint specified for the respective measuring point with a 98% probability of contamination of the Heat exchanger are assumed. The actual values exceed the target a corresponding message to a central monitoring job forwarded. From this central monitoring point can then a service trip to the corresponding control cabinet according to urgency be planned. The urgency is different from that for triggering the Alarms responsible setpoint dependent. Alternatively, you can also go to Different reports depending on the urgency or a regular transmission of the actual and target values can be provided.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist anstelle der berührungslosen Messung der Infrarotstrahlung ein Temperaturfühler vorgesehen, der an einzel nen Punkten die Temperatur ausgewählter Lamellen ermittelt. Als Meßpunkte ist hierfür vorzugsweise der äußere Bereich der Lamellen geeignet.According to a second embodiment, instead of the non-contact Measurement of infrared radiation, a temperature sensor is provided, which on individual the temperature of selected fins. As measuring points the outer area of the slats is preferably suitable for this.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel erfolgt die Messung der Lufttemperatur beim Eintritt und beim Austritt aus dem Wirkungsbereich des Wärmeübertra gers. In diesem Fall ist jedoch zusätzlich noch ein Belüftungssystem vorgese hen, das für eine entsprechende Luftzirkulation sorgt.In a third embodiment, the air temperature is measured when entering and exiting the effective area of the heat transfer gers. In this case, however, an additional ventilation system is provided hen that ensures adequate air circulation.

Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel erfolgt keine Messung der Ober flächentemperatur des Wärmeübertragers sondern mit Hilfe einer Kamera, eines Photo- oder Lichtsensors wird ein Bild der Oberfläche aufgezeichnet. Damit keine Lichtschwankungen infolge unterschiedlicher Beleuchtung vorliegen, ist eine Lampe zur Beleuchtung vorgesehen, die die Meßstelle ausleuchtet. Das aufgezeichnete Bild wird mit Hilfe eines zentralen Rechners mit einem Ver gleichsbild verglichen. Dieses Vergleichsbild wird bei Inbetriebnahme bzw. beim Austausch des Wärmetauschers erstellt. Mit zunehmender Verschmutzung des Wärmetauschers unterscheidet sich das aktuell aufgezeichnete Bild immer mehr vom Vergleichsbild, bis ein vorgegebener Bereich überschritten wird und dadurch eine Mitteilung an die zentrale Überwachungsstelle erfolgt.According to a fourth embodiment, the upper is not measured surface temperature of the heat exchanger but with the help of a camera, one Photo or light sensor records an image of the surface. In order to there are no light fluctuations due to different lighting a lamp for lighting is provided, which illuminates the measuring point. The recorded image is with the help of a central computer with a ver compared image. This comparison picture is created when replacing the heat exchanger. With increasing pollution of the heat exchanger, the currently recorded image always differs more of the comparison image until a predetermined range is exceeded and this sends a message to the central monitoring body.

Alternativ sind auch Kombinationen der einzelnen Meßverfahren möglich.Alternatively, combinations of the individual measuring methods are also possible.

Claims

1. A method for monitoring the contamination state of a heat exchanger, which is part of a heat exchanger, characterized in that the infrared radiation, the surface temperature or the temperature in the immediate vicinity of the heat exchanger is determined for monitoring using a measuring point, that this measured value with a setpoint range is compared, the setpoint range is determined on the basis of the outside temperature and / or other ambient parameters and / or the current power consumption of the device with the aid of a central computer and that in the event of a deviation from the setpoints, a message is sent to a central monitoring point.

2. Procedure for monitoring the pollution status of a heat transmitter, which is part of a heat exchanger, characterized in that that the monitoring takes place optically, with a setpoint range or a setpoint table is compared, and that in the event of a deviation a message from the target values to a central monitoring point he follows.

3. Procedure for monitoring the pollution status of a heat Transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that the Use of maintenance personnel using a software program like this is coordinated that depending on the urgency due to the Contamination condition of the monitored heat exchangers moving routes can be minimized.

4. Procedure for monitoring the pollution status of a heat Transmitter according to one of the preceding claims 1 or 2, characterized characterized in that the monitoring based on measurements on two or three measuring points in the area of the heat exchanger.

5. Procedure for monitoring the pollution status of a heat Transmitter according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the monitoring by means of non-contact temperature measurement takes place.

6. Procedure for monitoring the pollution status of a heat Transmitter according to claim 5, characterized in that the tempera by measuring the surface of the surface to be monitored radiated infrared radiation is determined.

7. Device for monitoring the pollution status of a heat transmitter, which is part of a heat exchanger, with a sensor for Determination of the infrared radiation, the surface temperature or the Temperature in close proximity to the heat exchanger, a central one Computer and sensors to determine the outside temperature and / or other environmental parameters and / or the current power consumption of the device connected to the heat exchanger, the central Computer is suitable for sending a message to a central monitoring to be submitted if the actual value determined is above or below a setpoint given to the computer.

8. Device for monitoring the pollution status of a heat mer heat exchanger, which is part of a heat exchanger, with a receiver, which determines an optical image and a central computer, the central computer is suitable for sending a message to a central Submit monitoring body when the image is off a setpoint gives way.

9. The device according to claim 7 or 8, characterized in that two or three measuring points are provided in the immediate vicinity of the heat exchanger are.

10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the Heat exchanger is a cooler and the actual value determined above one The setpoint is when a monitoring station is notified.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the method or device for monitoring for monitoring the cooling of a control box regarding the Mobile communications, satellite communications or in an environmental measuring station is provided.