DE19721810C2 - Method for monitoring the contamination state of a heat exchanger which is part of a heat exchanger, and an associated device - Google Patents
Method for monitoring the contamination state of a heat exchanger which is part of a heat exchanger, and an associated deviceInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Verschmutzungs zustandes eines Wärmeübertragers, der Teil eines Wärmetauschers ist, sowie eine zugehörige Vorrichtung.The invention relates to a method for monitoring the pollution state of a heat exchanger that is part of a heat exchanger, and an associated device.
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 Verschmutzungen die Wärmeüberträger der Wärmetauscher regelmäßig durch Sichtkontrollen überwacht und gegebenenfalls gereinigt oder ausge tauscht. 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 usually too cooling device fails due to overheating. So far Avoiding equipment failure due to overheating the heat exchangers of the heat exchangers regularly monitored by visual inspections and cleaned or cleaned if necessary swaps. In the event of a failure of the heat exchanger, in addition Failures due to a lack of heat exchange, for example at one Overheating due to insufficient cooling capacity of a radiator, including others Failure causes exist. For the maintenance personnel, recognizing the individual causes of failure relatively difficult, so that an extensive Training is required.
Die FR 2.174.257 A1 beschreibt Verbesserungen bei der Wärmerückgewinnung dienenden Wärmetauschern. Insbesondere wird ein Infrarot-Detektor beschrieben, der mittels eines einaxial bewegbaren Umlenkspiegels heiße Stellen, sogenannte "points chauds", mit einer Temperatur von ungefähr 700°C detektiert. Eventuelle Verschmutzungen werden dadurch nicht direkt als solche, sondern allenfalls indirekt über ihre Wärmeabstrahlung detektiert. Ein ähnliches Prinzip wird auch in der US 3,861,458 beschrieben, wobei eine Zeile von Infrarot-Detektoren an einer zu überwachenden Fläche angeordnet sind und beispielsweise entstehende Flammenherde detektieren sollen.FR 2.174.257 A1 describes improvements in heat recovery serving heat exchangers. In particular, an infrared detector described, which is called by means of a uniaxially movable deflection mirror Places, so-called "points chauds", with a temperature of about 700 ° C detected. Any soiling will not become direct as such, but at most indirectly detected via their heat radiation. A similar principle is also described in US 3,861,458, wherein a row of infrared detectors on a surface to be monitored are arranged and detect emerging flames, for example should.
In Styppa, H.: Schaltschrank-Klimatisierung: Grundlagen, Komponenten, Landsberg/Lech: Verl. Moderne Industrie, 1992, Seiten 35 bis 37 ist ein Schaltschrank-Kühlgerät mit einer Mikrocomputer-Regelung gezeigt, die in Überwachungssysteme, wie beispielsweise eine zentrale Leittechnik oder ein Anzeige- und Informationssystem, integrierbar ist.In Styppa, H .: Cabinet air conditioning: basics, components, Landsberg / Lech: Verl. Moderne Industrie, 1992, pages 35 to 37 is a Enclosure cooling unit with a microcomputer control shown in Monitoring systems, such as a central control system or a Display and information system that can be integrated.
Die DE 195 04 325 A1 beschreibt eine kostenorientierte Überwachung eines reinigbaren Wärmetauschers. Dabei wird ein Meßwert, aus dem sich der Verschmutzungszustand des Wärmetauschers ableiten läßt, einer Auswerteelektronik zugeführt und aus dem Meßwert der aktuelle Verschmutzungszustand ermittelt. Bei diesem Meßwert kann es sich um eine Temperatur, um einen Druck, um eine Differenz zwischen zwei Temperaturen oder zwei Drücken, um die Durchflußmenge eines Fluids, um die Konzentration eines in Fluid gelösten Bestandteils oder um eine Drehzahl handeln. Bei den überwachten Meßwerten handelt es sich um Kenngrößen, die auf die im Wärmetauscher eingesetzten Medien oder Betriebsparameter bezogen sind.DE 195 04 325 A1 describes cost-oriented monitoring a cleanable heat exchanger. This becomes a measured value from which the state of pollution of the heat exchanger can be deduced, one Evaluation electronics supplied and the current value from the measured value Contamination status determined. This measured value can be a Temperature to a pressure to a difference between two Temperatures or two pressures to determine the flow rate of a fluid the concentration of a component dissolved in fluid or by one Act speed. The monitored measured values are Characteristics that relate to the media used in the heat exchanger or Operating parameters are related.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Überwachung des Verschmutzungszustandes eines Wärmeübertragers, der Teil eines Wärmetauschers ist, bereitzustellen, durch das bzw. die der Verschmutzungszustand einfach und zuverlässig überwacht werden kann. Insbesondere sollen von Wartungspersonal durchzuführende Inspektionen betreffend den Verschmutzungszustand weitgehend nicht mehr erforderlich sein.The invention is therefore based on the problem of a method and a method associated device for monitoring the state of pollution to provide a heat exchanger that is part of a heat exchanger, by the or the the state of pollution easily and reliably can be monitored. In particular, by maintenance personnel inspections to be carried out regarding the state of pollution largely no longer required.
Das Problem ist durch das im Anspruch 1 bestimmte Verfahren und durch die im Anspruch 4 bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.The problem is by the method defined in claim 1 and by the device defined in claim 4 solved. Special Embodiments of the invention are defined in the subclaims.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung des Ver schmutzungszustands eines Wärmeübertragers läßt sich mit relativ einfachen Maßnahmen sicherstellen, daß ein mit einem Wärmetauscher versehenes Gerät nicht infolge mangelnder Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme über den Wärmetauscher 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 ausgeschlossen werden. Dies erleichtert eine Fehlerdiagnose erheblich. With the help of the inventive method for monitoring the Ver State of dirt of a heat exchanger can be relatively simple Take measures to ensure that a heat exchanger Device due to insufficient heat emission or heat absorption the heat exchanger fails. Visual inspections, especially unnecessary ones Service trips in the event of a relatively small number Deposit layers are superfluous. Furthermore, when training the Maintenance personnel fail in the event of failure due to lack of Heat transfer can be excluded from the outset. This makes it easier an error diagnosis considerably.
Das Überwachen der Oberfläche des Wärmeübertragers erfolgt mit einem optischen Sensor, wobei das Ausgangssignal des optischen Sensors einen Istwert bildet, der mit einem aus einem Sollwertbereich festlegbaren Sollwert verglichen wird. Diese Überwachung der Oberfläche des Wärmeübertragers wird beleuchtet. Dabei ist in aller Regel neben dem optischen Sensor eine Lampe erforderlich, damit konstante Rahmenbedingungen vorliegen.The surface of the heat exchanger is monitored with a optical sensor, the output signal of the optical sensor one Actual value forms with a setpoint that can be determined from a setpoint range is compared. This monitoring the surface of the heat exchanger is illuminated. There is usually one next to the optical sensor Lamp required so that constant framework conditions exist.
Die Überwachung der Ablagerungsschicht kann online, in kontinuierlichen Abständen, mittels einzelner Fernabfragen oder vorzugsweise nur im Falle des Über- bzw. Unterschreiten des Sollwerts mittels automatischer Meldung erfolgen. Infolge einer oder mehreren Meldungen wird der Einsatz des Wartungspersonals koordiniert.Monitoring of the deposit layer can be done online, in continuous Intervals, by means of individual remote queries or preferably only in the case automatic reporting of the setpoint being exceeded or undershot respectively. As a result of one or more messages, the use of the Coordinated maintenance personnel.
Besonders vorteilhaft ist die Überwachung mit Hilfe eines Programms, das den Einsatzplan des Wartungspersonals in Abhängigkeit von der Dringlichkeit aufgrund des Verschmutzungszustands der überwachten Wärmeüberträger festsetzt. 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 that the schedule of the maintenance personnel depending on the Urgency due to the contamination status of the monitored Heat exchanger sticks. It should be noted that a sufficient Period until the final limit is reached, at which Exceed failure of the associated with the heat exchanger Device can no longer be excluded, is given. With the help of Program and existing cards can be used to drive Minimize distances for every day of use. This way realize considerable cost savings, especially the working time optimally used by the maintenance staff.
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 Wahrscheinlichkeit von einer Ablagerungsschicht auszugehen, aufgrund derer der Wärmeübertragungskoeffizient entsprechend abgesunken ist.Relatively reliable measurement results are obtained during monitoring using determined two or three measuring points. In the case of three measuring points If the setpoint is exceeded in all three places with 98% Probability of a deposit layer due to whose heat transfer coefficient has decreased accordingly.
Entsprechende Vorteile bietet auch eine Vorrichtung, die für die Überwachung des Verschmutzungszustands eines Wärmeübertragers geeignet ist. Als Wärmeübertrager kann sowohl ein Kühler als auch ein Heizelement überwacht werden.Corresponding advantages also offer a device for Monitoring the contamination status of a heat exchanger suitable is. Both a cooler and a heat exchanger can be used Heating element to be monitored.
Besonders vorteilhaft ist das Einbauen einer Überwachungsvorrichtung in Schaltkästen, insbesondere für den Mobilfunk oder die Satellitenkommunikation. Ferner können auch Umweltmeßstationen entsprechend überwacht werden. Bei der Überwachung von nur zu bestimmten Zeiten zugänglicher Umweltmeßstationen können zusätzlich entsprechende 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 Switch boxes, especially for mobile radio or Satellite communications. Environmental measuring stations can also be used be monitored accordingly. When monitoring only to certain times of accessible environmental measuring stations can additionally appropriate parameters are provided within the program, which ensure that maintenance is timely, for example before Onset of winter can take place.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand verschiedener Aus führungsbeispiele näher beschrieben. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist in einem Schaltschrank für den Mobilfunk ein Kühlgerät in Form eines Wärmetauschers 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 examples management examples described in more detail. According to a first Embodiment is in a cabinet for mobile radio Cooling device provided in the form of a heat exchanger. The in Heat converted power from the interior of the control cabinet Released to the environment with the help of a heat exchanger. For the The ambient air is used to cool the heat exchanger. The heat exchanger is of a conventional design and has individual ones Slats from a sheet of approximately 0.2 mm thick in the exemplary embodiment. 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 Oberfläche haftende Ablagerungsschicht. Mit zunehmender Dicke der Ablagerungsschicht sinkt der Wirkungsgrad des Wärmetauschers, so daß es bei herkömmlichen Geräten ab einer gewissen Dicke der Ablagerungsschicht zu einer Verschlechterung der Entwärmungsleistung und dadurch zu einer Überhitzung kommen kann.For example, dust or bee pollen accumulates in the area the metallic surface of the heat exchanger and forms one on it Adhesive deposit layer on the surface. With increasing thickness of the Deposition layer reduces the efficiency of the heat exchanger so that it in conventional devices from a certain thickness Deposition layer to deteriorate the heat dissipation performance and this can lead to overheating.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Messung mit Hilfe einer Kamera, eines Photo- oder Lichtsensors. Mit Hilfe der Kamera wird dabei 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 Vergleichsbild 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 second exemplary embodiment, a measurement is carried out with the help a camera, a photo or light sensor. With the help of the camera an image of the surface is recorded. So that none There are fluctuations in light due to different lighting a lamp for lighting is provided, which illuminates the measuring point. The recorded image is processed with the help of a central computer Comparison image compared. This comparison picture is made during commissioning or when replacing the heat exchanger. With increasing Soiling of the heat exchanger is currently different recorded image more and more of the comparison image until a predetermined one Area is exceeded and thereby a notification to the central Monitoring body takes place.
Die ermittelten Meßwerte der optischen Sensoren, im folgenden als Istwerte bezeichnet, werden an einen zentralen Rechner weitergegeben, an den auch Meßwerte der Außentemperatur, der relativen Luftfeuchte und sonstiger Daten der Umgebung sowie die aktuelle Leistungsaufnahme übermittelt werden. Anhand der Umgebungsparameter sowie der Leistungsaufnahme wird vom zentralen Rechner ein Sollwert für die einzelnen Meßstellen ermittelt. Die Festlegung des Sollwerts erfolgt mittels einer vorgegebenen Berechnungsformel oder einer vorgegebenen Tabelle. Melden beispielsweise alle drei Meßstellen Istwerte, die den für die jeweilige Meßstelle festgelegten Sollwerts übersteigen, so kann mit 98% Wahrscheinlichkeit von einer Verschmutzung des Wärmeübertragers ausgegangen werden. In diesem Fall wird die Überschreitung und gegebenenfalls auch eine Unterschreitung einer zentralen Überwachungsstelle mitgeteilt, von der aus dann je nach Dringlichkeit eine Servicefahrt zu dem entsprechenden Schaltschrank geplant werden kann. Die Dringlichkeit ist dabei von dem für die Auslösung des Alarms verantwortlichen Sollwert abhängig. Alternativ können auch unterschiedliche Meldungen in Abhängigkeit der Dringlichkeit oder eine regelmäßige Übermittlung der Ist- und Sollwerte vorgesehen werden.The determined measured values of the optical sensors, in the following as Actual values are passed on to a central computer the also measured values of the outside temperature, the relative air humidity and other data of the environment as well as the current power consumption be transmitted. Based on the environmental parameters as well as the Power consumption becomes a setpoint for the central computer the individual measuring points determined. The setpoint is determined by means of a predefined calculation formula or a predefined one Table. For example, all three measuring points report actual values that correspond to the for the respective measuring point may exceed the specified setpoint, with 98% probability of contamination of the heat exchanger be assumed. In this case, the overrun and if necessary, also falling below a central Monitoring body notified, from which, depending on the urgency, one Service trip to the corresponding control cabinet can be planned. The urgency is different from that for triggering the alarm responsible setpoint. Alternatively, you can different messages depending on the urgency or one regular transmission of the actual and target values should be provided.
Alternativ sind auch Kombinationen der einzelnen Meßverfahren möglich.Alternatively, combinations of the individual measuring methods are also possible.
Claims (8)
- - Beleuchten der zu überwachenden Oberfläche des Wärmeübertragers,
- - Überwachen der Oberfläche des Wärmeübertragers mit einem optischen Sensor, wobei das Ausgangssignal des optischen Sensors einen Istwert bildet,
- - Vergleichen des Istwerts mit einem aus einem Sollwertbereich festlegbaren Sollwert, und
- - Mitteilen an eine zentrale Überwachungsstelle, wenn der Istwert den Sollwert über- oder unterschreitet.
- Illuminating the surface of the heat exchanger to be monitored,
- Monitoring the surface of the heat exchanger with an optical sensor, the output signal of the optical sensor forming an actual value,
- - Comparing the actual value with a setpoint which can be determined from a setpoint range, and
- - Notification to a central monitoring point if the actual value exceeds or falls below the setpoint.
- - Ermitteln von Umgebungs- und/oder Leistungsparametern des Wärmetauschers, und
- - Berücksichtigen der Umgebungs- und/oder aktuellen Leistungsparameter bei der Festlegung des Sollwertes aus dem Sollwertbereich.
- - Determination of environmental and / or performance parameters of the heat exchanger, and
- - Taking into account the environmental and / or current performance parameters when determining the setpoint from the setpoint range.
- - Überwachen der Oberfläche des Wärmeübertragers an zwei oder drei Meßstellen.
- - Monitoring the surface of the heat exchanger at two or three measuring points.
- - einem optischen Sensor zum Überwachen der Oberfläche des Wärmeübertragers, wobei das Ausgangssignal des optischen Sensors einen Istwert bildet,
- - elektronischen Vergleichsmitteln zum Vergleichen des Istwerts mit einem aus einem Sollwertbereich festlegbaren Sollwert, und
- - einem zentralen Rechner zum Absenden einer Mitteilung an eine zentrale Überwachungsstelle, wenn der Istwert den Sollwert über- oder unterschreitet.
- an optical sensor for monitoring the surface of the heat exchanger, the output signal of the optical sensor forming an actual value,
- electronic comparison means for comparing the actual value with a target value which can be determined from a target value range, and
- - A central computer for sending a message to a central monitoring point if the actual value exceeds or falls below the target value.
- - Meßwertaufnehmer zur Ermittlung von Umgebungs- und/oder Leistungsparametern des Wärmetauschers.
- - Transducers for determining the environmental and / or performance parameters of the heat exchanger.
- - daß der optische Sensor ein Bildaufnehmer ist, der ein optisches Bild des Wärmeübertragers ermittelt.
- - That the optical sensor is an image sensor that determines an optical image of the heat exchanger.
- - der Wärmeübertrager zur Kühlung eines Schaltkastens dient, wie er in Mobilfunk- oder Umweltstationen oder für die Satellitenkommunikation vorgesehen ist.
- - The heat exchanger is used to cool a control box, as is provided in mobile radio or environmental stations or for satellite communication.
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| Date | Code | Title | Description |
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Owner name: WANTSCHIK, MICHAEL, DR., 76187 KARLSRUHE, DE |
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