WO2006000262A1 - Method and device for determining the state of a heat transfer device - Google Patents

Method and device for determining the state of a heat transfer device Download PDF

Info

Publication number
WO2006000262A1
WO2006000262A1 PCT/EP2005/002836 EP2005002836W WO2006000262A1 WO 2006000262 A1 WO2006000262 A1 WO 2006000262A1 EP 2005002836 W EP2005002836 W EP 2005002836W WO 2006000262 A1 WO2006000262 A1 WO 2006000262A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
heat transfer
transfer device
medium
measured
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/002836
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ronald Hepper
Ralf Niebe
Original Assignee
Wiessner Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wiessner Gmbh filed Critical Wiessner Gmbh
Publication of WO2006000262A1 publication Critical patent/WO2006000262A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/30Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F12/00Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
    • F24F12/001Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air
    • F24F12/006Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an air-to-air heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/20Humidity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/40Pressure, e.g. wind pressure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/56Heat recovery units

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining a state of a heat transfer device.
  • Heat transfer devices also called heat exchangers or Winnipegtau shear
  • heat transfer devices are known in various embodiments and in a variety of applications.
  • heat is transferred from a gaseous or liquid heat medium flowing through the heat transfer device to another gaseous or fluid heat medium also flowing through the heat transfer device.
  • all politiciansrans ⁇ port mechanisms ie heat conduction, heat convection and / or varnish ⁇ radiation are used, wherein in the convection in addition a phase transformation or state of aggregation state by evaporation or condensation can be used.
  • recuperative heat exchangers In practice, as heat transfer devices mainly three types of heat exchangers in use, namely so-called Rekuperato ⁇ Ren or recuperative heat exchangers, regenerators or regenerative heat exchangers and direct contact heat exchangers. Regenerative heat exchangers are generally used for discontinuous operation, while recuperators are predominantly used for continuous operation.
  • recuperators In recuperators, a partition wall or heat transfer surface is arranged between the two streams of the heat media, so that a heat transfer takes place through the heat transfer surface.
  • Reproducible heat exchangers are mainly tube heat exchangers or plate heat exchangers. Heat exchangers used.
  • a tube heat exchanger a plurality of tubes are usually arranged parallel to each other and one of the cherries ⁇ media is passed through the interior of the tubes. By contrast, the other heat medium flows along the outside of the tubes.
  • a plate heat exchanger individual plates are arranged parallel to one another and one of the heat media flows through a part of the intermediate spaces between the plates and the other heat medium through the other part of the intermediate spaces between the plates.
  • the materials used for the recuperative heat exchangers are materials which are corrosion-resistant and have smooth surfaces, for example glass, plastic-coated metals and stainless steels.
  • regenerative heat transfer in regenerators storage masses are used which are alternately brought into contact with the heat-emitting and the heat-absorbing medium, for example the exhaust air flow and the supply air flow.
  • the storage mass is continuously rotated, for example accommodated in a cylindrical rotor which is driven by a motor.
  • the two fluid heat media flow through the storage mass of the regenerator, usually in countercurrent, and are conducted in separate channels before and after the heat exchanger.
  • heat transfer equipment One of the most important applications of heat transfer equipment is heat recovery, especially in the industrial sector.
  • process effluent heat medium for example Exhaust or exhaust air
  • the most common use in the process is the preheating of the other heat medium, for example, the supply air, which is then used in the process.
  • the exchange number defines in heat recovery the intensity or the efficiency or the efficiency of the transfer of heat and moisture from the one medium, eg. B. exhaust, on the other medium z. B. supply air.
  • the three physical variables temperature, enthalpy and humidity of the supply air on the one hand and the air on the other hand are of importance for the transferred heat flow.
  • the exchange number for the enthalpy transmission corresponds to the quotient of the difference between the enthalpy of the supply air after the heat exchanger and the enthalpy of the supply air upstream of the heat exchanger on the one hand and the difference between the enthalpy of the exhaust air upstream of the heat exchanger and the enthalpy of the exhaust air downstream of the heat exchanger on the other hand.
  • the exchange rate for the temperature transfer ie the temperature efficiency
  • the exchange number for the moisture transfer is defined as the quotient of the difference between the moisture charge of the supply air after the heat exchanger and the moisture loading of the supply air upstream of the heat exchanger on the one hand and the difference in the moisture content. charge the exhaust air before the heat exchanger and the moisture content of the exhaust air to the heat exchanger on the other.
  • the heat exchange between the heat media in the heat transfer device is the more efficient the closer the exchange number to 1. With negligible replacement, the exchange numbers go to 0 and with ideal replacement against 1.
  • the size of the exchange numbers depends on the type of heat exchanger and also on the flow control.
  • the exchange rates are set once in the design of heat exchangers to optimize their efficiency and heat transfer behavior. However, a once designed heat exchanger is then no longer checked or monitored during operation with regard to its heat transfer behavior or its current exchange number. As a result, in the case of a deterioration in the efficiency of a heat exchanger in a heat recovery system, considerable energy losses can occur. Such a deterioration of the efficiency can be achieved, for example, by soiling or clogging in the heat exchanger or a pipe or a break or crack in a glass tube of a pipe heat exchanger or by aging or even material wear or corrosion
  • the invention has for its object to admit a method of a device for determining a state of a heat transfer device an ⁇ .
  • the invention is based on the consideration, the state and / or the heat transfer behavior of a heat exchanger during operation by measuring selected measured variables of the heat media involved in the heat transfer and evaluation of the measured values or measurement signals obtained and thus the user values of parameters for the state, in particular the heat transfer behavior of theticianintuiters during operation or during the bathübertragungs ⁇ process to provide.
  • the invention enables for the first time a quantitative assessment or analysis of the actual state or the actual characteristic of a heat exchanger during its use or operation, for example in heat recovery.
  • FIG. 4 shows the calculation of a compensated volumetric flow or mass flow of the air flows according to FIG. 1 in a diagram
  • FIG. 5 the calculation of the heat quantity efficiency of a heat exchanger 1 in a diagram, the calculation of the transmitted heat output and the amount of heat transferred a heat exchanger according to FIG 1 in a diagram, the calculation of the heat quantity efficiency ei ⁇ nes heat exchanger according to FIG 1 in a graph
  • FIG 7 the calculation of Temperature of in the heat Ausc 8 shows the calculation of the mass flow of condensate arising in the heat exchanger according to FIG. 1 in a diagram
  • FIG. 9 shows the detection of a glass tube break in the heat exchanger according to FIG. 1 by evaluating moisture loadings in a diagram
  • FIG 10 shows the detection of a glass tube break in the heat exchanger according to FIG. 1 by evaluating mass flows in a diagram
  • FIGS. 1 to 10 are each shown schematically. Corresponding parts and sizes are provided in FIGS. 1 to 10 with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a process air system which supplies supply air ZL to a process area 2 via an air inlet inlet 3 and removes exhaust air ABL from the process area 2 via an exhaust air outlet 4.
  • a Zu povertyventilator 5 sucks outdoor air AL from an outdoor space, usually atmospheric air or hall air, on, which flows at an input 21 in a heat exchanger 10 and the heat exchanger 10 flows through, and at an output 22 as supply air ZL flows again to Zu povertyventila- gate 5.
  • the supply air ZL after the supply air fan 5 and upstream of the supply air inlet 3, is heated to a predetermined temperature, which is desired for conditioning or supplying the process zone 2 with process air.
  • the process area 2 can be, for example, a paper or pulp mill and the supply air ZL can be used to dry the paper or pulp webs in the machine.
  • the supply air ZL can be used to dry the paper or pulp webs in the machine.
  • the supply air ZL normally be Lufttempe ⁇ temperatures of the supply air ZL of 110 0 C to 120 0 C.
  • the invention is not limited to this application.
  • the exhaust air ABL is drawn off from the process area 2 via the exhaust air outlet 4 by means of an exhaust air fan 6 and introduced into the heat exchanger 10 via a further inlet 23 of the heat exchanger 10, passed through this and at a another output 24 of the heat exchanger 10 as exhaust air FL discharged again to the exhaust fan 6 out.
  • the exhaust air ABL still contains a considerable residual heat.
  • the exhaust air ABL typically has temperatures of between 70 0 C and 90 ° C.
  • the waste heat contained in the exhaust air ABL is now at least partially recovered in the heat exchanger 10 by air for preheating or heating the outside air AL or for providing preheated Zu ⁇ ZL, which is then brought by the heater 31 to the final temperature, is used.
  • the outside air AL can be brought from an outside temperature of typically - 15 ° C to + 30 ° C to a pre-temperature of + 50 ° C to + 70 ° C, which then as supply air ZL at the exit from the heat exchanger 10th having.
  • the heat exchanger 10 is formed for example as a cross-flow tube heat exchanger, in the vertical glass tubes of the exhaust air flow ABL is guided vertically from bottom to top and outside of the glass tubes along the outside air flow AL is guided horizontally.
  • condensate of the exhaust air ABL can flow off more easily downwards.
  • other types and designs of heat exchangers are usable.
  • the heat exchanger 10 are now assigned four sensor devices 11 to 14 zuge ⁇ .
  • the sensor device 11 is connected upstream of the inlet 21 of the heat exchanger 10 into the flow path of the outside air AL and measures measured variables of the outside air AL.
  • the sensor device 12 is the output 22nd arranged downstream of the heat exchanger 10 in the flow path of the supply air ZL and measures measured variables of the supply air ZL.
  • the sensor device 13 is connected upstream of the inlet 23 of the heat exchanger 10 into the flow path of the exhaust air ABL and measures measured variables of the exhaust air ABL.
  • the sensor device 14 is connected behind the output 24 of the heat exchanger 10 into the flow path of the exhaust air FL and measures measured variables of the exhaust air FL.
  • the water circuit 32 of the optional heat recovery device 30 is also associated with a sensor device 16 for measuring measured variables of the water. Furthermore, the optional heat recovery device 30 in the flow path of the exhaust air FL downstream of a further sensor device 17 for measuring measured variables of the exhaust air FL after flowing through the heat exchanger 30th
  • the sensor devices 11 to 14 and 16 may have analog or digital sensors.
  • their sensor or measuring signals are preferably digitized and further processed in the form of digital signals. Basically, of course, an analog signal processing of the analog measurement signals is possible. With digital sensors, these provide equally digital measuring signals or measured values at their outputs.
  • The, preferably digital, outputs of the sensor devices 11 to 14 and 16 and 17 are each connected to inputs of an evaluation device (or: evaluation unit) 7.
  • the evaluation device 7 may be integrated with one or more sensor devices 11 to 14 in one unit or operated as a separate structural unit and / or self-sufficient.
  • the evaluation device 7 evaluates the measured values or measurement signals obtained from the sensor devices 11 to 14 and determines therefrom physical quantities, at least physical parameters for the current heat transfer behavior and / or the state of the heat exchanger 10. The evaluation device 7 also evaluates the Measured values or measuring signals of the sensors For evaluation, the evaluation device 7 generally comprises at least one digital signal processor or microprocessor and associated memory for storing determined data and stored control and computation programs, as well as if necessary from value tables.
  • the evaluation results ie the determined digital, in particular binary, values of the characteristic quantities, are transmitted by the evaluation device 7 via a data bus or a bus interface to a higher-level process control system 8.
  • Standard bus technology such as Ethernet (TCP / IP) or Profibus can be used here.
  • lines via line networks such as the Internet or telephone connections and / or modem and / or also wireless connections, for example via radio, mobile radio and / or satellite are possible.
  • an analog signal processing and / or transmission of the measurement signals is also possible as an alternative.
  • the process control system 8 is provided only for the heat recovery system or for the entire process air system or else for the entire process, here for example the paper or cellulose production process in the paper or cellulose machine.
  • a display device (or display unit) 9 of the process control system 8 and / or in or in the evaluation device 7 generally a graphic screen (display), for example a computer monitor
  • the values obtained by the evaluation device 7 are Kenn ⁇ sizes of the heat exchanger 10 and possibly the heat recovery 30 at least partially visualized or graphed, in particular in the form of numbers behind associated identifiers or physical symbols or in the form of curves, diagrams or similar known per se display modes.
  • the user thus receives on the display device 9 continuously information about important parameters of the heat recovery tuschf ⁇ fenden part of his system and can assess the condition of the heat exchanger 10 and possibly the heat recovery 30 and possibly optimize or correct.
  • the heat recovery system becomes transparent and plant availability is increased, analyzes of system economics can be made, decisions on energy optimization can be supported, and on-demand maintenance can be facilitated.
  • process control systems know-how about heat recovery systems can be made available and integrated into overall concepts. Heat recovery systems themselves are upgraded with the intelligent evaluation
  • the sensor devices 11 to 14 for the heat exchanger 10 preferably comprise individual sensors for measuring the temperature t, the relative humidity ⁇ and the volume flow or the pressure, in particular differential pressure, in particular dynamic pressure, of the associated air flow.
  • individual sensors for measuring the temperature t, the relative humidity ⁇ and the volume flow or the pressure, in particular differential pressure, in particular dynamic pressure, of the associated air flow.
  • proven sensor technology of temperature, humidity, Volumen ⁇ flow and pressure measurement can be used.
  • resistance temperature sensors can be used.
  • flowmeters such as ultrasonic, eddy frequency induction or anemometer flow sensors, back pressure or flow rate gauges can be used.
  • the relative humidity for example, capacitive humidity sensors are used.
  • the absolute humidity or moisture loading x for example directly by means of a LiCl moisture sensor, the conversion temperature of which depends on the absolute humidity, or indirectly by means of a dew point temperature sensor, for example a dew point mirror.
  • the water content of the air in the not yet saturated state essentially comprises water vapor (or: moisture, proportion of the water in the gaseous state) and in the supersaturated state additionally also entrained or floating water droplets (or: water in liquid form).
  • water vapor or: moisture, proportion of the water in the gaseous state
  • supersaturated state additionally also entrained or floating water droplets (or: water in liquid form).
  • the absolute humidity or the absolute water vapor content or the moisture charge x corresponds to the quotient of the mass of the water vapor (vapor mass) contained in the air, measured for example in grams (g), and the mass of the dry air (dry air mass), usually expressed in kg, both masses being determined in the same gas volume, for example one cubic meter (1 m 3 ), at the same temperature and at the same pressure.
  • the absolute vapor content or the moisture loading X is therefore a dimensionless quantity.
  • the relative water vapor content or the relative humidity ⁇ is based on the saturation state and is defined as the quotient of the partial density or concentration of the water vapor at the predetermined temperature, for example measured in g / m 3 , and the saturation partial density of the water. steam which, upon reaching the saturation partial pressure of the water, sets or would adjust at the same temperature and is also measured in g / m 3 .
  • the relative humidity also corresponds to the quotient of the current steam partial pressure and the saturation vapor partial pressure.
  • the relative humidity is dimensionless and is usually given in percent (%), whereby in the subsatured state the relative humidity is below 100% and in the saturated state is 100%. With a higher temperature, the relative humidity decreases while the absolute humidity remains the same.
  • a multiplicity of further physical variables of the heat recovery system, dependent on these measured variables can be numerically calculated by the evaluation device 7 with the heat exchanger 10, for example, with stored analytical functions, equations, formulas or with fit functions or interpolation, or based on given value tables or characteristic curves or diagrams.
  • FIG. 2 shows in a diagram how different physical quantities are determined from the measured variables temperature t and relative humidity ⁇ of each individual air stream with associated water content on the basis of relationships based on the Mollier diagram (or: hx diagram) or shown therein
  • the Moisink diagram or: hx diagram
  • the enthalpy h of the moist gas is plotted over its moisture loading x (therefore: hx diagram), whereby on two orthogonal axes of the diagram on the abscissa the moisture loading x and on the ordinate the temperature t can be read. Isotherms are drawn from the corresponding temperature values on the ordinate as straight lines with an incline increasing with the temperature.
  • the evaluation device 7 With the four temperature values t AL of the sensor device 11, t ZL of the sensor device 12, t ABL of the sensor device 13 and t FL of the sensor device 14, the evaluation device 7 now uses the evaluation device 7 as the first characteristic for the heat transfer in the heat exchanger 10 Current temperature efficiency (or: thermal efficiency, temperature exchange rate) ⁇ th of the heat exchanger 10 as a quotient of the difference t ZL - t AL and the difference t ABL - t FL determined and transmitted to the process control system 8 for display on the display device 9.
  • FIG. 4 shows how an uncompensated volume flow of the medium with the predetermined parameters of the flow cross-sectional area A and the proportionality constant k of the sensor device (of the measuring element) first of all is measured from the differential pressure measured in the corresponding streaming heat medium by one of the sensor devices 11 to 14 or 16 and 17. be ⁇ is calculated and then densely compensated with the determined according to FIG 3 density p of Medi ⁇ this volume flow and also a corre sponding densely compensated mass flow is determined.
  • the compensated volume flows or mass flows of the media for example AL, ZL, ABL, FL, according to FIG. 1, are now advantageously generated by the evaluation device 7 in order to calculate further indications to be displayed on the display device 9 Characteristics of the heat exchanger 10 used and can also be displayed on the display device 9 itself.
  • the current heat quantity efficiency ⁇ Q of the heat exchanger 10 is calculated from the four enthalpies h AL of the outside air AL, h ZL of the supply air ZL, h ABL of the exhaust air ABL and h FL of the outgoing air FL according to FIG 1 and the mass flow determined according to FIG. 4
  • the condensate temperature of the condensate produced in the heat exchanger according to FIG. 1 can now be determined from the measured values for the temperature and the relative humidity and with the aid of the hx diagram.
  • the tau temperature t t is preferably used simply as the condensate temperature.
  • FIG. 8 shows the calculation of the mass flow of condensate arising in the heat exchanger according to FIG. 1 or the amount of condensate to be removed as the difference between the mass flow of the exhaust air ABL at the inlet 23 of the heat exchanger 10 and the mass flow of the exhaust air FL at the outlet 24 of the heat exchanger 10.
  • FIGS. 9 and 10 now show embodiments in which a glass tube break in a glass tube heat exchanger 10 is detected by the evaluation device 7 and can be displayed on the display device 9. It will exploited that a glass tube break leads to an exit of exhaust air ABL o- contained therein water vapor, which can be detected by measurement.
  • the determined absolute moisture loadings x AL of the outside air AL and x ZL of the supply air FL are preferably compared or balanced with a formula in order to prevent a breakage or crack of the glass tube (n ) to recognize.
  • the determined mass flows of outside air AL and supply air ZL are preferably balanced with a formula, as shown in FIG.
  • All measured value calculations are preferably pressure- and temperature-compensated.
  • the heat recovery system can be additionally evaluated in terms of its efficiency, possibly optimized or renewed.
  • contamination and / or blockage on or in the heat exchanger 10 can also be monitored on both transmission sides based on system changes.
  • at least one additional differential pressure sensor is used to measure a pressure difference between the inlet 21 and the outlet 22 or preferably between the inlet 23 and the output 24 of the heat exchanger 10 is provided, preferably in the sensor devices 11 and 12 or 13 and 14.
  • an optimization of the heat flow capacities of the evaluation device 7 can be carried out with the aid of the calculated data.
  • an optimal energy utilization is guaranteed at every operating point.
  • an optimization of the heat flow capacities of the evaluation device 7 can be carried out with the aid of the calculated data and additional use of volume flow measurement in the water circuit 32 (for example ultrasound measuring device).
  • volume flow measurement in the water circuit 32 for example ultrasound measuring device
  • the efficiency or the heat transfer can be optimized by the heat flow capacity of a heat medium, ie AL or ZL in the heat exchanger 10 or water in the water circuit 32 of the heat exchanger 30, on the one hand and the heat flow capacity of the other heat medium, ie ABL or FL, on the other be set equal to each other.
  • the heat flow capacity corresponds to the product of heat capacity and mass flow of the heat transfer medium. Therefore the mass flow of at least one medium, e.g. AL or the water, while the mass flow of the other medium, e.g. ABL, may be led through the process.
  • the numerical calculation does not have to follow the stepwise sequence of the physical formulas, but can also use equations solved to reduce rounding errors immediately after the input variables, for example the temperature t or the relative humidity ⁇ .

Abstract

The invention relates to a method and device for determining the state of a heat transfer device through which at least two heat media flow and wherein heat is transferred between the at least two heat media in a heat transfer process. For this purpose, a) at least one physical measuring variable of at least one of the heat media is measured during heat transfer, and b) a value of at least one state variable depending on the measuring value(s) and characterizing the state of the heat transfer device is determined based on the measured values or measuring signals of the measured variable(s).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ERMITTELN EINES ZU¬ STANDES EINER WÄRMEÜBERTRAGUNGSEINRICHTUNGMETHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A STATE OF A HEAT TRANSFER DEVICE
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandes einer Wärmeübertragungseinrichtung.The invention relates to a method and a device for determining a state of a heat transfer device.
Wärmeübertragungseinrichtungen, auch Wärmeübertrager oder Wärmetau¬ scher genannt, sind in vielfältigen Ausführungsformen und in einer Vielzahl von Anwendungen bekannt. In einer Wärmeübertragungseinrichtung wird Wärme von einem durch die Wärmeübertragungseinrichtung strömenden gasförmigen oder flüssigen Wärmemedium auf ein anderes, ebenfalls durch die Wärmeübertragungseinrichtung strömendes gasförmiges oder fluides Wärmemedium übertragen. Zur Wärmeübertragung können alle Wärmetrans¬ portmechanismen, also Wärmeleitung, Wärmekonvektion und/oder Wärme¬ strahlung zum Einsatz kommen, wobei bei der Konvektion zusätzlich eine Phasenumwandlung oder Aggregatzustandsänderung durch Verdampfen oder Kondensation zum Einsatz kommen kann.Heat transfer devices, also called heat exchangers or Wärmetau shear, are known in various embodiments and in a variety of applications. In a heat transfer device, heat is transferred from a gaseous or liquid heat medium flowing through the heat transfer device to another gaseous or fluid heat medium also flowing through the heat transfer device. For heat transfer, all Wärmerans¬ port mechanisms, ie heat conduction, heat convection and / or Wärme¬ radiation are used, wherein in the convection in addition a phase transformation or state of aggregation state by evaporation or condensation can be used.
In der Praxis sind als Wärmeübertragungseinrichtungen hauptsächlich drei Typen von Wärmetauschern in Gebrauch, nämlich sogenannte Rekuperato¬ ren oder rekuperative Wärmetauscher, Regeneratoren oder regenerative Wärmetauscher und Direktkontakt-Wärmetauscher. Regenerative Wärme¬ übertrager werden in der Regel für einen diskontinuierlichen Betrieb ver¬ wendet, während Rekuperatoren überwiegend für den kontinuierlichen Be¬ trieb zum Einsatz kommen.In practice, as heat transfer devices mainly three types of heat exchangers in use, namely so-called Rekuperato¬ Ren or recuperative heat exchangers, regenerators or regenerative heat exchangers and direct contact heat exchangers. Regenerative heat exchangers are generally used for discontinuous operation, while recuperators are predominantly used for continuous operation.
Bei Rekuperatoren ist eine Trennwand oder Wärmeübertragungsfläche zwi¬ schen den beiden Strömen der Wärmemedien angeordnet, so dass eine Wär¬ meübertragung durch die Wärmübertragungsfläche stattfindet. Als rekupera¬ tive Wärmetauscher werden hauptsächlich Rohrwärmetauscher oder Platten- Wärmetauscher eingesetzt. Bei einem Rohrwärmetauscher werden mehrere Röhren in der Regel parallel zueinander angeordnet und eines der Wärme¬ medien wird durch das Innere der Röhren geleitet. Das andere Wärmemedi¬ um strömt dagegen außerhalb an den Röhren entlang. Bei einem Platten- Wärmetauscher sind einzelne Platten parallel zueinander angeordnet und ei¬ nes der Wärmemedien strömt durch einen für dieses Wärmemedium vorge¬ sehenen Teil der Zwischenräume zwischen den Platten und das andere Wär¬ memedium durch den anderen Teil der Zwischenräume zwischen den Plat¬ ten. Als Wärmeübertragungsflächen dienen bei dem Rohrwärmtauscher die Wandungen der Röhren und bei dem Plattenwärmtauscher die Platten selbst. Als Werkstoffe für die rekuperativen Wärmeübertrager kommen Materialien in Betracht, die korrosionsbeständig sind und glatte Oberflächen haben, bei¬ spielsweise Glas, kunststoffbeschichtete Metalle und Edelstahle.In recuperators, a partition wall or heat transfer surface is arranged between the two streams of the heat media, so that a heat transfer takes place through the heat transfer surface. Reproducible heat exchangers are mainly tube heat exchangers or plate heat exchangers. Heat exchangers used. In a tube heat exchanger, a plurality of tubes are usually arranged parallel to each other and one of the Wärme¬ media is passed through the interior of the tubes. By contrast, the other heat medium flows along the outside of the tubes. In a plate heat exchanger, individual plates are arranged parallel to one another and one of the heat media flows through a part of the intermediate spaces between the plates and the other heat medium through the other part of the intermediate spaces between the plates. The materials used for the recuperative heat exchangers are materials which are corrosion-resistant and have smooth surfaces, for example glass, plastic-coated metals and stainless steels.
Bei einem Kreuzstromwärmetauscher werden die Ströme der beiden Wär¬ memedien gekreuzt oder orthogonal zueinander gerichtet, bei einem Gleich¬ stromwärmetauscher in gleicher Richtung und bei einem Gegenstromwärme- tauscher in entgegengesetzten Richtungen.In the case of a cross-flow heat exchanger, the flows of the two heat mediums are crossed or orthogonal to one another, in the case of a DC heat exchanger in the same direction and in the case of a countercurrent heat exchanger in opposite directions.
Bei der regenerativen Wärmeübertragung in Regeneratoren werden Spei¬ chermassen benutzt, die abwechselnd mit dem wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden Medium, beispielsweise dem Fortluftstrom und dem Zuluftstrom, in Berührung gebracht werden. Üblicherweise wird die Spei¬ chermasse dazu kontinuierlich gedreht, beispielweise in einem zylindrischen Rotor untergebracht, der von einem Motor angetrieben ist. Die beiden flui¬ den Wärmemedien durchströmen, meist im Gegenstrom, die Speichermasse des Regenerators und werden vor und nach dem Wärmetauscher in getrenn¬ ten Kanälen geführt.In regenerative heat transfer in regenerators, storage masses are used which are alternately brought into contact with the heat-emitting and the heat-absorbing medium, for example the exhaust air flow and the supply air flow. Usually, the storage mass is continuously rotated, for example accommodated in a cylindrical rotor which is driven by a motor. The two fluid heat media flow through the storage mass of the regenerator, usually in countercurrent, and are conducted in separate channels before and after the heat exchanger.
Eine der wichtigsten Anwendungen von Wärmeübertragungseinrichtungen ist die Wärmerückgewinnung, insbesondere im Bereich der Industrie. Dabei wird Restwärme oder Abwärme oder Fortwärme in einem von einem, insbe¬ sondere industriellen, Prozess abströmenden Wärmemedium, beispielweise Abgas oder Fortluft, zur Eigennutzung im Prozess oder auch zur Fremdnut¬ zung in anderen Prozessen oder zu Heizzwecken wenigstens teilweise rück¬ gewonnen. Die häufigste Eigennutzung im Prozess ist die Vorerwärmung des anderen Wärmemediums, beispielsweise der Zuluft, welches dann im Prozess verwendet wird.One of the most important applications of heat transfer equipment is heat recovery, especially in the industrial sector. In this case, residual heat or waste heat or heat recovery in one of a, in particular industrial, process effluent heat medium, for example Exhaust or exhaust air, for own use in the process or for Fremdnut¬ tion in other processes or for heating purposes at least partially recovered. The most common use in the process is the preheating of the other heat medium, for example, the supply air, which is then used in the process.
In der Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung von Fortluft ist immer das Vorhandensein von Wasser oder Feuchtigkeit in der Luft zu beachten, das zur Kondensation von Wasser in dem Wärmetauscher führen kann und für die sogenannte Austauschzahl der Wärmerückgewinnung zu berücksichti¬ gen ist. Die Austauschzahl definiert bei der Wärmerückgewinnung die Inten¬ sität oder die Effizienz oder den Wirkungsgrad der Übertragung von Wärme und Feuchte von dem einen Medium, z. B. Fortluft, auf das andere Medium z. B. Zuluft.In the heat transfer and heat recovery of exhaust air always the presence of water or moisture in the air is to be noted, which can lead to the condensation of water in the heat exchanger and for the so-called exchange number of the heat recovery zugerei¬ conditions. The exchange number defines in heat recovery the intensity or the efficiency or the efficiency of the transfer of heat and moisture from the one medium, eg. B. exhaust, on the other medium z. B. supply air.
Bei der Wärmerückgewinnung aus Fortluft sind die drei physikalischen Grö¬ ßen Temperatur, Enthalpie und Feuchte der Zuluft einerseits und der Fort¬ luft andererseits für den übertragenen Wärmestrom von Bedeutung. Man unterscheidet zwischen den Austauschzahlen für die Enthalpie, für die Tem- peratur und für die Feuchte. Die Austauschzahl für die Enthalpieübertragung entspricht dem Quotienten aus der Differenz aus der Enthalpie der Zuluft nach dem Wärmetauscher und der Enthalpie der Zuluft vor dem Wärmetau¬ scher einerseits und der Differenz der Enthalpie der Fortluft vor dem Wär¬ metauscher und der Enthalpie der Fortluft nach dem Wärmetauscher ande- rerseits. Die Austauschzahl für die Temperaturübertragung, d.h. der Tempe¬ ratur-Wirkungsgrad, ist definiert als Quotient aus der Differenz der Tempe¬ ratur der Zuluft nach dem Wärmetauscher und der Temperatur der Zuluft vor dem Wärmetauscher einerseits und der Differenz der Temperatur der Fortluft vor dem Wärmetauscher und der Temperatur der Fortluft nach dem Wärmetauscher andererseits. Entsprechend ist die Austauschzahl für die Feuchteübertragung definiert als Quotient aus der Differenz der Feuchtebe¬ ladung der Zuluft nach dem Wärmetauscher und der Feuchtebeladung der Zuluft vor dem Wärmetauscher einerseits und der Differenz der Feuchtebe- ladung der Fortluft vor dem Wärmetauscher und der Feuchtebeladung der Fortluft nach dem Wärmetauscher andererseits.In the case of heat recovery from exhaust air, the three physical variables temperature, enthalpy and humidity of the supply air on the one hand and the air on the other hand are of importance for the transferred heat flow. One differentiates between the exchange numbers for the enthalpy, for the temperature and for the humidity. The exchange number for the enthalpy transmission corresponds to the quotient of the difference between the enthalpy of the supply air after the heat exchanger and the enthalpy of the supply air upstream of the heat exchanger on the one hand and the difference between the enthalpy of the exhaust air upstream of the heat exchanger and the enthalpy of the exhaust air downstream of the heat exchanger on the other hand. The exchange rate for the temperature transfer, ie the temperature efficiency, is defined as the quotient of the difference between the temperature of the supply air after the heat exchanger and the temperature of the supply air upstream of the heat exchanger on the one hand and the difference of the temperature of the exhaust air upstream of the heat exchanger and the temperature of the exhaust air to the heat exchanger on the other. Accordingly, the exchange number for the moisture transfer is defined as the quotient of the difference between the moisture charge of the supply air after the heat exchanger and the moisture loading of the supply air upstream of the heat exchanger on the one hand and the difference in the moisture content. charge the exhaust air before the heat exchanger and the moisture content of the exhaust air to the heat exchanger on the other.
Der Wärmeaustausch zwischen den Wärmemedien in der Wärmeübertra- gungseinrichtung ist umso effizienter je näher die Austauschzahl an 1 liegt. Bei vernachlässigbarem Austausch gehen die Austauschzahlen gegen 0 und bei idealem Austausch gegen 1. Die Größe der Austauschzahlen hängt von der Art des Wärmeübertragers ab sowie auch von der Strömungsführung.The heat exchange between the heat media in the heat transfer device is the more efficient the closer the exchange number to 1. With negligible replacement, the exchange numbers go to 0 and with ideal replacement against 1. The size of the exchange numbers depends on the type of heat exchanger and also on the flow control.
Die Austauschzahlen werden bei der Auslegung von Wärmetauschern zur Optimierung von deren Effizienz und Wärmeübertragungsverhalten einmalig festgelegt. Ein einmal ausgelegter Wärmetauscher wird jedoch im Betrieb dann nicht mehr hinsichtlich seines Wärmeübertragungsverhaltens oder sei¬ ner aktuellen Austauschzahl überprüft oder überwacht. Dadurch kann es bei einer Verschlechterung der Effizienz eines Wärmetauschers bei einem Wär¬ merückgewinnungssystem zu erheblichen Energieverlusten kommen. Eine solche Verschlechterung der Effizienz kann beispielweise durch Verschmut¬ zung oder Verstopfung im Wärmetauscher oder einer Leitung oder einen Bruch oder Riss in einer Glasröhre eines Rohrwärmtauschers oder durch Alterung oder auch Materialverschleiß oder Korrosion erfolgenThe exchange rates are set once in the design of heat exchangers to optimize their efficiency and heat transfer behavior. However, a once designed heat exchanger is then no longer checked or monitored during operation with regard to its heat transfer behavior or its current exchange number. As a result, in the case of a deterioration in the efficiency of a heat exchanger in a heat recovery system, considerable energy losses can occur. Such a deterioration of the efficiency can be achieved, for example, by soiling or clogging in the heat exchanger or a pipe or a break or crack in a glass tube of a pipe heat exchanger or by aging or even material wear or corrosion
Diese Problematik wird aber in der Praxis der industriellen Wärmerückge¬ winnung entweder überhaupt nicht wahrgenommen oder in Kauf genommen.However, this problem is either not perceived at all or accepted in the practice of industrial heat recovery.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustande einer Wärmeübertragungseinrichtung an¬ zugeben.The invention has for its object to admit a method of a device for determining a state of a heat transfer device an¬.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des An- Spruchs 1 bzw. des Anspruchs 29.This object is achieved according to the invention with the features of claim 1. and of claim 29.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, den Zustand und/oder das Wär¬ meübertragungsverhalten eines Wärmeübertragers während des Betriebs durch Messung von ausgewählten Messgrößen der an der Wärmeübertragung beteiligten Wärmemedien und Auswertung der erhaltenen Messwerte oder Messsignale festzustellen und somit dem Benutzer Werte von Kenngrößen für den Zustand, insbesondere das Wärmeüb er tragungs verhalten, des Wär- meübertragers während des Betriebs oder während des Wärmeübertragungs¬ vorganges zur Verfügung zu stellen.The invention is based on the consideration, the state and / or the heat transfer behavior of a heat exchanger during operation by measuring selected measured variables of the heat media involved in the heat transfer and evaluation of the measured values or measurement signals obtained and thus the user values of parameters for the state, in particular the heat transfer behavior of the Wärmeübertragers during operation or during the Wärmeübertragungs¬ process to provide.
Beim Stand der Technik kann eine einmal eingestellte oder ausgelegte Wär¬ meübertragungscharakteristik eines Wärmeübertragers während des Betriebs nicht mehr festgestellt oder überprüft werden und damit kann die tatsächli¬ che Wärmeübertragungscharakteristik von der gewünschten Charakteristik oder der Ist-Zustand des Wärmeübertragers von seinem Soll-Zustand erheb¬ lich abweichen, ohne dass dies quantitativ analysiert werden könnte.In the prior art, a set or designed heat transfer characteristic of a heat exchanger during operation can no longer be ascertained or checked, and thus the actual heat transfer characteristic of the desired characteristic or the actual state of the heat exchanger can be raised from its desired state without this being quantitatively analyzed.
Die Erfindung ermöglicht dagegen erstmalig eine quantitative Bewertung oder Analyse des Ist-Zustands oder der Ist-Charakteristik eines Wärme¬ übertragers während seines Einsatzes oder Betriebs, beispielsweise in der Wärmerückgewinnung.By contrast, the invention enables for the first time a quantitative assessment or analysis of the actual state or the actual characteristic of a heat exchanger during its use or operation, for example in heat recovery.
Der Benutzer kann nun direkt „online" die aktuellen Werte der Kenngrößen auf einer Anzeigeeinheit, beispielsweise seines Prozessleitsystems oder seiner Prozessleitwarte, angezeigt bekommen (Visualisierung). Ferner können die ermittelten Werte oder Verläufe der Kenngrößen oder auch der primären Messwerte und Messignale über vorgegebene, längere Zeiträume gespeichert werden („Historien") und mit diesen gespeicherten Verläufen auch im Nach¬ hinein oder Auswertungen oder Analysen der Wärmeübertragungssysteme vorgenommen werden. Mit diesen Maßnahmen ist eine fortlaufende Über¬ prüfung und Überwachung der Wärmeübertragungs- oder -rückgewinnungs- anlage während deren gesamter Betriebsdauer möglich, insbesondere im Rahmen von Prozessleitaufgaben bzw. in einem vorhandenen Prozessleitsys- tem für eine Gesamtanlage, in der die Wärmeübertragungs- oder Wärme¬ rückgewinnungsanlage als ein Bestandteil integriert ist. Schließlich ist es mit Hilfe der Erfindung auch möglich, das Wärmeübertragungsverhalten eines Wärmeübertragers auch noch im Betriebs (wieder) zu optimieren durch Ver¬ ändern von Stellgröße(n) derart, dass die Kenngröße(n) wieder in einem ge¬ wünschten Bereich liegt bzw. liegen.The user can now directly "online" get the current values of the characteristic values on a display unit, eg his process control system or process control system (visualization) Furthermore, the determined values or characteristics of the characteristic quantities or the primary measured values and measurement signals over predetermined, longer Periods are stored ("histories") and with these stored progressions also in Nach¬ into or evaluations or analyzes of the heat transfer systems are made. With these measures, continuous monitoring and monitoring of the heat transfer or recovery plant during its entire service life is possible, in particular in the context of process control tasks or in an existing process control system for a complete installation in which the heat transfer or heat transfer takes place recovery plant is integrated as a component. Finally, it is also possible with the help of the invention, the heat transfer behavior of a Heat exchanger even in operation (again) to optimize by ver¬ change of manipulated variable (s) such that the parameter (s) is again in a ge desired range or lie.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Anwendungen des Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich aus den vom Anspruch 1 bzw. 29 jeweils abhängigen Ansprüchen.Advantageous embodiments and further developments as well as applications of the method and the device emerge from the claims dependent respectively from claims 1 and 29.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren FIG 1 ein Wärmerückgewinnungssystem in einem Prozessluftsystem in einem schematischen Schaubild, FIG 2 die Berechnung von physikalischen Größen eines Luftstromes ge¬ mäß FIG 1 aus dessen Messgrößen Temperatur und relative Feuchte in einem Schaubild, FIG 3 die Berechnung des Temperatur-Wirkungsgrades eines Wärmetau¬ schers des Wärmerückgewinnungssystems gemäß FIG 1 in einem Schaubild, FIG 4 die Berechnung eines kompensierten Volumenstroms oder Massen- Stroms der Luftströme gemäß FIG 1 in einem Schaubild, FIG 5 die Berechnung des Wärmemengen-Wirkungsgrades eines Wärme¬ tauschers gemäß FIG 1 in einem Schaubild, FIG 6 die Berechnung der übertragenen Wärmeleistung und der übertra¬ genen Wärmemenge eines Wärmetauschers gemäß FIG 1 in einem Schaubild die Berechnung des Wärmemengen- Wirkungsgrades ei¬ nes Wärmetauschers gemäß FIG 1 in einem Schaubild, FIG 7 die Berechnung der Temperatur von im Wärmetauscher gemäß FIG 1 entstehendem Kondensat in einem Schaubild, FIG 8 die Berechnung des Massenstromes von im Wärmetauscher gemäß FIG 1 entstehendem Kondensat in einem Schaubild, FIG 9 die Erkennung eines Glasröhrenbruchs im Wärmetauscher gemäß FIG 1 durch Auswertung von Feuchtebeladungen in einem Schau¬ bild und FIG 10 die Erkennung eines Glasröhrenbruchs im Wärmetauscher gemäß FIG 1 durch Auswertung von Massenströmen in einem SchaubildThe invention will be explained below with reference to exemplary embodiments. Reference is made to the drawing, in which a heat recovery system in a process air system in a schematic diagram, Figure 2, the calculation of physical quantities of an air flow ge according to FIG 1 from its measured variables temperature and relative humidity in a graph, FIG FIG. 4 shows the calculation of a compensated volumetric flow or mass flow of the air flows according to FIG. 1 in a diagram, FIG. 5 the calculation of the heat quantity efficiency of a heat exchanger 1 in a diagram, the calculation of the transmitted heat output and the amount of heat transferred a heat exchanger according to FIG 1 in a diagram, the calculation of the heat quantity efficiency ei¬ nes heat exchanger according to FIG 1 in a graph, FIG 7, the calculation of Temperature of in the heat Ausc 8 shows the calculation of the mass flow of condensate arising in the heat exchanger according to FIG. 1 in a diagram, FIG. 9 shows the detection of a glass tube break in the heat exchanger according to FIG. 1 by evaluating moisture loadings in a diagram and FIG 10 shows the detection of a glass tube break in the heat exchanger according to FIG. 1 by evaluating mass flows in a diagram
jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile und Grö- ßen sind in den FIG 1 bis 10 mit denselben Bezugszeichen versehen.are each shown schematically. Corresponding parts and sizes are provided in FIGS. 1 to 10 with the same reference numerals.
In FIG 1 ist ein Prozessluftsystem dargestellt, das einem Prozessbereich 2 über einen Zulufteinlass 3 Zuluft ZL zuführt und von dem Prozessbereich 2 über einen Abluftauslass 4 Abluft ABL abführt.FIG. 1 shows a process air system which supplies supply air ZL to a process area 2 via an air inlet inlet 3 and removes exhaust air ABL from the process area 2 via an exhaust air outlet 4.
Ein Zuluftventilator 5 saugt dazu Außenluft AL aus einem Außenraum, in der Regel Atmosphärenluft oder Hallenluft, an, die an einem Eingang 21 in einen Wärmetauscher 10 strömt und den Wärmetauscher 10 durchströmt, und an einem Ausgang 22 als Zuluft ZL wieder ausströmt zum Zuluftventila- tor 5. In wenigstens einer Heizeinrichtung 31 wird die Zuluft ZL, nach dem Zuluftventilator 5 und vor dem Zulufteinlass 3 auf eine vorbestimmte Tem¬ peratur aufgeheizt, die für eine Konditionierung oder Versorgung des Pro¬ zessbereichs 2 mit Prozessluft gewünscht ist.A Zuluftventilator 5 sucks outdoor air AL from an outdoor space, usually atmospheric air or hall air, on, which flows at an input 21 in a heat exchanger 10 and the heat exchanger 10 flows through, and at an output 22 as supply air ZL flows again to Zuluftventila- gate 5. In at least one heating device 31, the supply air ZL, after the supply air fan 5 and upstream of the supply air inlet 3, is heated to a predetermined temperature, which is desired for conditioning or supplying the process zone 2 with process air.
Der Prozessbereich 2 kann beispielsweise eine Papier- oder Zellstoffmaschi¬ ne sein und die Zuluft ZL zum Trocknen der Papier- oder Zellstoffbahnen in der Maschine eingesetzt werden. Dabei werden üblicherweise Lufttempe¬ raturen der Zuluft ZL von 110 0C bis 120 0C eingestellt. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt.The process area 2 can be, for example, a paper or pulp mill and the supply air ZL can be used to dry the paper or pulp webs in the machine. In this case normally be Lufttempe¬ temperatures of the supply air ZL of 110 0 C to 120 0 C. The invention is not limited to this application.
Gleichzeitig zum Zuführen der Zuluft ZL in den Prozessbereich 2 wird von dem Prozessbereich 2 über den Abluftauslass 4 die Abluft ABL mittels eines Fortluftventilators 6 abgesaugt und über einen weiteren Eingang 23 des Wärmetauschers 10 in den Wärmetauscher 10 eingeleitet, durch diesen ge- führt und an einem weiteren Ausgang 24 des Wärmetauschers 10 als Fortluft FL wieder ausgeleitet zum Fortluftventilator 6 hin. Die Abluft ABL beinhaltet immer noch eine beträchtliche Restwärme. Bei einer Papiermaschine hat die Abluft ABL typischerweise Temperaturen von zwischen 70 0C und 90 °C.At the same time as supplying the supply air ZL into the process area 2, the exhaust air ABL is drawn off from the process area 2 via the exhaust air outlet 4 by means of an exhaust air fan 6 and introduced into the heat exchanger 10 via a further inlet 23 of the heat exchanger 10, passed through this and at a another output 24 of the heat exchanger 10 as exhaust air FL discharged again to the exhaust fan 6 out. The exhaust air ABL still contains a considerable residual heat. In a paper machine, the exhaust air ABL typically has temperatures of between 70 0 C and 90 ° C.
Die in der Abluft ABL enthaltene Abwärme wird nun wenigstens teilweise in dem Wärmetauscher 10 zurückgewonnen, indem sie zum Vorwärmen oder Erwärmen der Außenluft AL bzw. zum Bereitstellen von vorgewärmter Zu¬ luft ZL, die dann von der Heizeinrichtung 31 auf die endgültige Temperatur gebracht wird, verwendet wird. So kann beispielsweise die Außenluft AL von einer Außentemperatur von typischerweise - 15 °C bis + 30 °C auf eine Vor¬ temperatur von + 50 °C bis + 70 °C gebracht werden, die sie dann als Zuluft ZL beim Austritt aus dem Wärmetauscher 10 aufweist.The waste heat contained in the exhaust air ABL is now at least partially recovered in the heat exchanger 10 by air for preheating or heating the outside air AL or for providing preheated Zu¬ ZL, which is then brought by the heater 31 to the final temperature, is used. For example, the outside air AL can be brought from an outside temperature of typically - 15 ° C to + 30 ° C to a pre-temperature of + 50 ° C to + 70 ° C, which then as supply air ZL at the exit from the heat exchanger 10th having.
Der Wärmetauscher 10 ist beispielsweise als Kreuzstrom-Rohrwärmetauscher ausgebildet, in dessen vertikalen Glasröhren der Abluftstrom ABL senkrecht von unten nach oben geführt wird und außen an den Glasröhren entlang der Außenluftstrom AL horizontal geführt wird. In dieser Ausführung kann Kondensat der Abluft ABL leichter nach unten abfließen. Jedoch sind auch andere Arten und Ausbildungen von Wärmetauschern verwendbar.The heat exchanger 10 is formed for example as a cross-flow tube heat exchanger, in the vertical glass tubes of the exhaust air flow ABL is guided vertically from bottom to top and outside of the glass tubes along the outside air flow AL is guided horizontally. In this version, condensate of the exhaust air ABL can flow off more easily downwards. However, other types and designs of heat exchangers are usable.
Zusätzlich kann zur Steigerung der Energieeffizienz noch weitere Restwärme der aus dem Wärmetauscher 10 austretenden, üblicherweise noch 60 0C bis 65 0C warmen Fortluft FL in einem weiteren Wärmerückgewinner 30, bei¬ spielsweise einem Luft/Wasser/Wärmetauscher mit einem Wasserkreislauf 32 mit einer Pumpe, entzogen werden. Diese im Wärmerückgewinner 30 rückgewonnene Wärme der Fortluft FL kann beispielsweise zum Heizen und /oder für eine Klimatisierung der Hallen- oder Gebäudeluft verwendet wer¬ den.In addition, to increase the energy efficiency, further residual heat of the exiting from the heat exchanger 10, usually still 60 0 C to 65 0 C warm exhaust air FL in another heat recovery 30, spielsweise an air / water / heat exchanger with a water circuit 32 with a pump to be withdrawn. This heat of the exhaust air FL recovered in the heat recovery unit 30 can be used, for example, for heating and / or for air conditioning of the hall or building air.
Dem Wärmetauscher 10 sind nun vier Sensoreinrichtungen 11 bis 14 zuge¬ ordnet. Die Sensoreinrichtung 11 ist vor den Eingang 21 des Wärmetau¬ schers 10 in den Strömungsweg der Außenluft AL geschaltet und misst Messgrößen der Außenluft AL. Die Sensoreinrichtung 12 ist dem Ausgang 22 des Wärmetauschers 10 nachgeschaltet in dem Strömungsweg der Zuluft ZL angeordnet und misst Messgrößen der Zuluft ZL. Die Sensoreinrichtung 13 ist vor den Eingang 23 des Wärmetauschers 10 in den Strömungsweg der Abluft ABL geschaltet und misst Messgrößen der Abluft ABL. Die Sensor- einrichtung 14 schließlich ist hinter dem Ausgang 24 des Wärmetauschers 10 in den Strömungsweg der Fortluft FL geschaltet und misst Messgrößen der Fortluft FL.The heat exchanger 10 are now assigned four sensor devices 11 to 14 zuge¬. The sensor device 11 is connected upstream of the inlet 21 of the heat exchanger 10 into the flow path of the outside air AL and measures measured variables of the outside air AL. The sensor device 12 is the output 22nd arranged downstream of the heat exchanger 10 in the flow path of the supply air ZL and measures measured variables of the supply air ZL. The sensor device 13 is connected upstream of the inlet 23 of the heat exchanger 10 into the flow path of the exhaust air ABL and measures measured variables of the exhaust air ABL. Finally, the sensor device 14 is connected behind the output 24 of the heat exchanger 10 into the flow path of the exhaust air FL and measures measured variables of the exhaust air FL.
Dem Wasserkreislauf 32 des optionalen Wärmerückgewinners 30 ist ebenfalls eine Sensoreinrichtung 16 zugeordnet zur Messung von Messgrößen des Wassers. Ferner ist dem optionalen Wärmerückgewinner 30 im Strömungs¬ weg der Fortluft FL eine weitere Sensoreinrichtung 17 nachgeschaltet zur Messung von Messgrößen der Fortluft FL nach Durchströmen des Wärme¬ tauschers 30.The water circuit 32 of the optional heat recovery device 30 is also associated with a sensor device 16 for measuring measured variables of the water. Furthermore, the optional heat recovery device 30 in the flow path of the exhaust air FL downstream of a further sensor device 17 for measuring measured variables of the exhaust air FL after flowing through the heat exchanger 30th
Die Sensoreinrichtungen 11 bis 14 und 16 können analoge oder digitale Sen¬ soren aufweisen. Bei analogen Sensoren werden deren Sensor- oder Messsig¬ nale vorzugsweise digitalisiert und in Form digitaler Signale weiterverarbei¬ tet. Grundsätzlich ist natürlich auch eine analoge Signalverarbeitung der ana- logen Messsignale möglich. Bei digitalen Sensoren stellen diese gleich digita¬ le Messsignale oder Messwerte an ihren Ausgängen zur Verfügung.The sensor devices 11 to 14 and 16 may have analog or digital sensors. In the case of analog sensors, their sensor or measuring signals are preferably digitized and further processed in the form of digital signals. Basically, of course, an analog signal processing of the analog measurement signals is possible. With digital sensors, these provide equally digital measuring signals or measured values at their outputs.
Die, vorzugsweise digitalen, Ausgänge der Sensoreinrichtungen 11 bis 14 und 16 und 17 sind jeweils mit Eingängen einer Auswerteeinrichtung (oder: Auswerteeinheit) 7 verbunden. Die Auswerteeinrichtung 7 kann mit einer oder mehreren Sensoreinrichtungen 11 bis 14 in einer Einheit integriert sein oder auch als eigene bauliche Einheit und/oder autark betrieben werden.The, preferably digital, outputs of the sensor devices 11 to 14 and 16 and 17 are each connected to inputs of an evaluation device (or: evaluation unit) 7. The evaluation device 7 may be integrated with one or more sensor devices 11 to 14 in one unit or operated as a separate structural unit and / or self-sufficient.
Die Auswerteeinrichtung 7 wertet die von den Sensoreinrichtungen 11 bis 14 erhaltenen Messwerte oder Messsignale aus und ermittelt daraus physikali¬ sche Größen, zumindest physikalische Kenngrößen für das aktuelle Wärme¬ übertragungsverhalten und/oder den Zustand des Wärmetauschers 10. Eben¬ so wertet die Auswerteeinrichtung 7 die Messwerte oder Messignale der Sen- soreinrichtungen 16 und 17 aus und ermittelt daraus eine oder mehrere Kenngröße(n) des Wärmerückgewinners 30. Zur Auswertung umfasst die Auswerteeinrichtung 7 im Allgemeinen wenigstens einen digitalen Signalpro¬ zessor oder Mikroprozessor und zugeordnete Speicher zum Speichern von ermittelten Daten und hinterlegten Steuer- und Rechenprogramme sowie ggf. von Wertetabellen.The evaluation device 7 evaluates the measured values or measurement signals obtained from the sensor devices 11 to 14 and determines therefrom physical quantities, at least physical parameters for the current heat transfer behavior and / or the state of the heat exchanger 10. The evaluation device 7 also evaluates the Measured values or measuring signals of the sensors For evaluation, the evaluation device 7 generally comprises at least one digital signal processor or microprocessor and associated memory for storing determined data and stored control and computation programs, as well as if necessary from value tables.
Die Auswerteergebnisse, also die ermittelten digitalen, insbesondere binären, Werte der Kenngrößen, überträgt die Auswerteeinrichtung 7 über einen Da- tenbus oder eine Busschnittstelle an ein übergeordnetes Prozessleitsystem 8. Hier kann Standard-Bustechnologie wie Ethernet (TCP/IP) oder Profibus eingesetzt werden. Ferner sind auch Verbindungen über Leitungsnetze wie Internet oder Telefonverbindungen und/oder Modem und/oder auch draht¬ lose Verbindungen beispielsweise über Funk, Mobilfunk und/oder Satelliten möglich. Natürlich ist alternativ auch eine analoge Signalverarbeitung und/oder -Übertragung der Messsignale möglich.The evaluation results, ie the determined digital, in particular binary, values of the characteristic quantities, are transmitted by the evaluation device 7 via a data bus or a bus interface to a higher-level process control system 8. Standard bus technology such as Ethernet (TCP / IP) or Profibus can be used here. Furthermore, connections via line networks such as the Internet or telephone connections and / or modem and / or also wireless connections, for example via radio, mobile radio and / or satellite are possible. Of course, an analog signal processing and / or transmission of the measurement signals is also possible as an alternative.
Das Prozessleitsystem 8 ist nur für das Wärmerückgewinnungssystem oder für das gesamte Prozessluftsystem oder aber auch für den gesamten Prozess, hier beispielsweise den Papier- oder Zelluloseherstellungsprozess in der Pa¬ pier- oder Zellulosemaschine, vorgesehen.The process control system 8 is provided only for the heat recovery system or for the entire process air system or else for the entire process, here for example the paper or cellulose production process in the paper or cellulose machine.
Auf einer Anzeigeeinrichtung (oder: Anzeigeeinheit) 9 des Prozessleitsys- tems 8 und/oder bei oder in der Auswerteeinrichtung 7, im Allgemeinen ei- nem grafischen Bildschirm (Display), beispielsweise einem Computermoni¬ tor, werden die von der Auswerteeinrichtung 7 erhaltenen Werte der Kenn¬ größen des Wärmetauschers 10 und ggf. des Wärmerückgewinners 30 wenigstens zum Teil visualisiert oder grafisch dargestellt, insbesondere in Form von Zahlen hinter zugehörigen Bezeichnern oder physikalischen Sym- bolen oder auch in Form von Kurven, Diagrammen oder ähnlichen an sich bekannten Anzeigearten. Der Benutzer erhält somit auf der Anzeigeeinrichtung 9 fortlaufend Infor¬ mationen über wichtige Kenngrößen des die Wärmerückgewinnung betref¬ fenden Teils seiner Anlage und kann den Zustand des Wärmetauschers 10 und ggf. des Wärmerückgewinners 30 bewerten und überwachen sowie ggf. optimieren oder korrigieren. Für den Anlagenbetreiber oder Benutzer wird das Wärmerückgewinnungssystem transparent und die Anlagenverfügbarkeit erhöht, können Analysen zur Wirtschaftlichkeit des Systems erstellt und Entscheidungen hinsichtlich einer Energieoptimierung unterstützt werden sowie eine bedarfsgerechte Wartung erleichtert werden. In Prozessleitsyste- men kann das Know-How über Wärmerückgewinnungssysteme verfügbar gemacht und kann in Gesamtkonzepte integriert werden. Wärmerückgewin¬ nungssysteme selbst werden mit der intelligenten Auswertung aufgewertetOn a display device (or display unit) 9 of the process control system 8 and / or in or in the evaluation device 7, generally a graphic screen (display), for example a computer monitor, the values obtained by the evaluation device 7 are Kenn¬ sizes of the heat exchanger 10 and possibly the heat recovery 30 at least partially visualized or graphed, in particular in the form of numbers behind associated identifiers or physical symbols or in the form of curves, diagrams or similar known per se display modes. The user thus receives on the display device 9 continuously information about important parameters of the heat recovery tätf¬ fenden part of his system and can assess the condition of the heat exchanger 10 and possibly the heat recovery 30 and possibly optimize or correct. For the plant operator or user, the heat recovery system becomes transparent and plant availability is increased, analyzes of system economics can be made, decisions on energy optimization can be supported, and on-demand maintenance can be facilitated. In process control systems, know-how about heat recovery systems can be made available and integrated into overall concepts. Heat recovery systems themselves are upgraded with the intelligent evaluation
Die Sensoreinrichtungen 11 bis 14 für den Wärmetauscher 10 umfassen vor- zugsweise einzelne Sensoren zur Messung der Temperatur t, der relativen Feuchte φ und des Volumenstromes oder des Druckes, insbesondere Diffe¬ renzdruckes, insbesondere Staudruckes, des zugehörigen Luftstromes. Hier kann bewährte Sensortechnologie der Temperatur-, Feuchte-, Volumen¬ strom- und Druckmesstechnik eingesetzt werden.The sensor devices 11 to 14 for the heat exchanger 10 preferably comprise individual sensors for measuring the temperature t, the relative humidity φ and the volume flow or the pressure, in particular differential pressure, in particular dynamic pressure, of the associated air flow. Here, proven sensor technology of temperature, humidity, Volumen¬ flow and pressure measurement can be used.
Für die Temperaturmessung können beispielsweise Widerstands- Temperaturfühler eingesetzt werden. Für die direkte Volumenstrommessung können Durchflussmesser, beispielsweise Ultraschall-, Wirbelfrequenz- In- duktions- oder Anemometer-Durchflusssensoren, Staudruck- oder Drossel- messgeräte verwendet werden.For temperature measurement, for example, resistance temperature sensors can be used. For direct flow measurement, flowmeters such as ultrasonic, eddy frequency induction or anemometer flow sensors, back pressure or flow rate gauges can be used.
Bei Verwendung von Staudruckmesseinrichtungen zum Messen von Volu¬ menströmen insbesondere eines gasförmigen Wärmemediums wie Luft kann zusätzlich eine S elbstreinigungs Vorrichtung oder -funktion vorgesehen sein. Dabei wird über zeitgesteuerte Ventile, insbesondere Magnetventile, Druck¬ luft durch die Staudruckeinrichtung geblasen, wobei vorzugsweise der Drucksensor weggeschaltet und der Messwert fixiert wird. Für die Druckmessung oder Differenzdruckmessung können piezoelektri¬ sche, induktive und/oder mechanische Sensoren, Membran- oder Federwerk- Drucksensoren zum Einsatz kommen.When using dynamic pressure measuring devices for measuring volumetric flows, in particular of a gaseous heating medium such as air, it is additionally possible to provide a self-cleaning device or function. In this case, via time-controlled valves, in particular solenoid valves, compressed air is blown through the dynamic pressure device, wherein preferably the pressure sensor is switched off and the measured value is fixed. For the pressure measurement or differential pressure measurement piezoelectric, inductive and / or mechanical sensors, membrane or spring pressure sensors can be used.
Zum Messen der relativen Feuchte werden beispielsweise kapazitive Feuch¬ tesensoren verwendet. Man kann aber auch anstelle der oder zusätzlich zur relativen Feuchte die absolute Feuchte oder Feuchtebeladung x messen, bei¬ spielsweise direkt mittels eines LiCl-Feuchtegebers, dessen Umwandlungs- temperatur von der absoluten Feuchte abhängt, oder auch indirekt mittels eines Taupunkttemperatursensors, beispielsweise eines Taupunktspiegels.For measuring the relative humidity, for example, capacitive humidity sensors are used. However, instead of or in addition to the relative humidity, it is also possible to measure the absolute humidity or moisture loading x, for example directly by means of a LiCl moisture sensor, the conversion temperature of which depends on the absolute humidity, or indirectly by means of a dew point temperature sensor, for example a dew point mirror.
Der Wassergehalt der Luft umfasst im noch nicht gesättigten Zustand im Wesentlichen Wasserdampf (oder: Feuchte, Anteil des Wassers in gasförmi- gern Zustand) und im übersättigten Zustand zusätzlich auch mitgeführte o- der schwebende Wassertröpfchen (oder: Wasser in flüssiger Form). Bei Sät¬ tigung oder dem zugehörigen Sättigungsdruck herrscht bei einer konstanten Temperatur Gleichgewicht zwischen einer Flüssigkeit und ihrem Dampf in einem vorgegebenen beliebigen Volumen.The water content of the air in the not yet saturated state essentially comprises water vapor (or: moisture, proportion of the water in the gaseous state) and in the supersaturated state additionally also entrained or floating water droplets (or: water in liquid form). At saturation or the associated saturation pressure, at a constant temperature equilibrium prevails between a liquid and its vapor in a predetermined arbitrary volume.
Die absolute Feuchte oder der absolute Wasserdampfgehalt oder die Feuch¬ tebeladung x entspricht dem Quotienten aus der in der Luft enthaltenen Masse des Wasserdampfes (Dampfmasse), gemessen beispielsweise in Gramm (g), und der Masse der trockenen Luft (Trockenluftmasse), übli- cherweise angegeben in kg, wobei beide Massen in demselben Gasvolumen, beispielsweise einen Kubikmeter (1 m3), bei derselben Temperatur und bei demselben Druck bestimmt werden. Der absolute Dampfgehalt oder die Feuchtebeladung X ist also eine dimensionslose Größe.The absolute humidity or the absolute water vapor content or the moisture charge x corresponds to the quotient of the mass of the water vapor (vapor mass) contained in the air, measured for example in grams (g), and the mass of the dry air (dry air mass), usually expressed in kg, both masses being determined in the same gas volume, for example one cubic meter (1 m 3 ), at the same temperature and at the same pressure. The absolute vapor content or the moisture loading X is therefore a dimensionless quantity.
Der relative Wasserdampfgehalt oder die relative Feuchte φ wird bezogen auf den Sättigungszustand und ist definiert als Quotient aus der Partialdichte oder Konzentration des Wasserdampfes bei der vorgegebenen Temperatur, beispielsweise gemessen in g/m3, und der Sättigungspartialdichte des Was- serdampfes, die sich bei Erreichen des Sättigungspartialdruckes des Wassers, bei gleicher Temperatur einstellt oder einstellen würde und ebenfalls gemes¬ sen wird in g/m3. Die relative Feuchte entspricht auch dem Quotienten aus dem aktuellen Dampfpartialdruck und dem Sättigungsdampfpartialdruck. Die relative Feuchte ist dimensionslos und wird üblicherweise in Prozent (%) angegeben, wobei im untersättigten Zustand die relative Feuchte unter 100 % liegt und im gesättigten Zustand 100 % beträgt. Mit höherer Temperatur nimmt die relative Feuchte bei gleichbleibender absoluter Feuchte ab.The relative water vapor content or the relative humidity φ is based on the saturation state and is defined as the quotient of the partial density or concentration of the water vapor at the predetermined temperature, for example measured in g / m 3 , and the saturation partial density of the water. steam which, upon reaching the saturation partial pressure of the water, sets or would adjust at the same temperature and is also measured in g / m 3 . The relative humidity also corresponds to the quotient of the current steam partial pressure and the saturation vapor partial pressure. The relative humidity is dimensionless and is usually given in percent (%), whereby in the subsatured state the relative humidity is below 100% and in the saturated state is 100%. With a higher temperature, the relative humidity decreases while the absolute humidity remains the same.
Aus den von den Sensoreinrichtungen 11 bis 14 gemessenen physikalischen Messgrössen Temperatur, Feuchte (rel.) und Volumenstrom/Druck können eine Vielzahl von weiteren, von diesen Messgrößen abhängigen physikali¬ schen Größen des Wärmerückgewinnungssystems mit dem Wärmetauscher 10 von der Auswerteeinrichtung 7 numerisch errechnet werden, beispielswei- se mit hinterlegten analytischen Funktionen, Gleichungen, Formeln oder mit Fitfunktionen oder Interpolation, oder aufgrund vorgegebener Wertetabellen oder Kennlinien oder Diagrammen zugeordnet werden.From the physical measured variables temperature, humidity (rel.) And volume flow / pressure measured by the sensor devices 11 to 14, a multiplicity of further physical variables of the heat recovery system, dependent on these measured variables, can be numerically calculated by the evaluation device 7 with the heat exchanger 10, for example, with stored analytical functions, equations, formulas or with fit functions or interpolation, or based on given value tables or characteristic curves or diagrams.
FIG 2 zeigt in einem Schaubild, wie aus den Messgrößen Temperatur t und relative Feuchte φ jedes einzelnen Luftstromes mit zugehörigem Wasserge¬ halt aufgrund von sich an dem Mollier-Diagramm (oder: hx-Diagramm) ori¬ entierender oder darin dargestellter Beziehungen andere physikalische Grö¬ ßen wie • die Feuchtebeladung ( = absoluter Wassergehalt) x, • die Dichte p, • die Enthalpie (Energieinhalt) h und • die Taupunkttemperatur tt, berechnet oder bestimmt werden können.FIG. 2 shows in a diagram how different physical quantities are determined from the measured variables temperature t and relative humidity φ of each individual air stream with associated water content on the basis of relationships based on the Mollier diagram (or: hx diagram) or shown therein Such as • the moisture load (= absolute water content) x, • the density p, • the enthalpy (energy content) h and • the dew point t t , can be calculated or determined.
Im Mollier-Diagramm ist die Enthalpie h des feuchten Gases, üblicherweise feuchte Luft, über dessen Feuchtebeladung x aufgetragen (deswegen: hx- Diagramm), wobei auf zwei orthogonalen Achsen des Diagramms auf der Abszisse die Feuchtebeladung x und auf der Ordinate auch die Temperatur t abgelesen werden kann. Es sind Isothermen ausgehend von den entspre¬ chenden Temperaturwerten auf der Ordinate als Geraden mit mit der Tem¬ peratur zunehmender Steigung eingezeichnet. Ferner enthält das Mollier- Diagramm Isenthalpen, die nach rechts unten verlaufende parallele Geraden mit der Steigung der negativen Verdampfungsenthalpie sind, sowie außerdem konvex gekrümmte Parameterkurven gleicher relativer Feuchte φ, wobei die Sättigungskurve für φ = 100 % am Weitesten unten liegt und oberhalb dieser Sättigungskurve die Kurven für φ < 100 %, also das Gebiet der Untersätti¬ gung und unterhalb das Gebiet der Übersättigung oder Nebelgebiet liegen.In the Mollier diagram, the enthalpy h of the moist gas, usually humid air, is plotted over its moisture loading x (therefore: hx diagram), whereby on two orthogonal axes of the diagram on the abscissa the moisture loading x and on the ordinate the temperature t can be read. Isotherms are drawn from the corresponding temperature values on the ordinate as straight lines with an incline increasing with the temperature. Furthermore, the Mollier diagram contains isenthalps, which are parallel right-angled slopes with the slope of negative enthalpy of vaporization, and also convexly curved parameter curves of equal relative humidity φ, where the saturation curve is farthest down for φ = 100% and above that saturation curve Curves for φ <100%, ie the area of subsaturation and below the area of supersaturation or fog area.
Die im Mollier-Diagramm grafisch dargestellten Beziehungen werden im Folgenden in Form der entsprechenden Gleichungen oder Formeln angege¬ ben.The relationships shown graphically in the Mollier diagram are indicated below in the form of the corresponding equations or formulas.
Vorgegebene oder vorgebbare Konstanten oder konstante Systemgrößen: Systemdruck: psys = const. Wärmekapazität Luft: cpl = const. Verdampfungswärme Wasser; r = const. Wärmekapazität Wasserdampf: cpd = const.Predefined or predefinable constants or constant system variables: System pressure: p sys = const. Heat capacity air: c pl = const. Heat of evaporation water; r = const. Heat capacity water vapor: c pd = const.
Sättigungsdruck Wasserdampf: ps(t) wird aus Temperatur t ermittelt ge¬ mäß hinterlegter Tabelle (mit Interpolation)Saturation pressure water vapor: p s (t) is determined from temperature t according to stored table (with interpolation)
absolute Feuchte : x = 622 * Ψ Ps{t)
Figure imgf000016_0001
absolute humidity: x = 622 * Ψ Ps {t)
Figure imgf000016_0001
Enthalpie: h = c * t + x * (r + cpd * t)Enthalpy: h = c * t + x * (r + c pd * t)
Partialdruck Dampf: pD = ^^ + χ * psys 0,6222 Partialdruck Luft: Pi = 0,6222 + x ' P1 sysPartial pressure steam: p D = ^^ + χ * p sys 0.6222 partial air pressure: Pi = 0.6222 + x ' P 1 sys
Dichte: p = 0,00348 * Si. + 0,00217 * ^A. t tDensity: p = 0.00348 * S i. + 0.00217 * ^ A. tt
sys A(O = 622 Taupunkttemperatur: + φ φ = 100% (Sättigung) x mit ps,t) in Tabelle => tt sys A ( O = 622 dew point temperature: + φ φ = 100% (saturation) x with p s , t) in table => t t
Mit den vier Temperaturwerten tAL der Sensoreinrichtung 11, tZL der Sensor¬ einrichtung 12 , tABL der Sensoreinrichtung 13 und tFL der Sensoreinrichtung 14 wird gemäß FIG 3 nun von der Auswerteeinrichtung 7 als erste Kenngrp- ße für die Wärmeübertragung im Wärmetauscher 10 der aktuelle Temperatur- Wirkungsgrad (oder: thermische Wirkungsgrad, Temperatur-Austauschzahl) ηth des Wärmetauschers 10 als Quotient aus der Differenz tZL - tAL und der Differenz tABL - tFL ermittelt und zum Prozessleitsystem 8 zur Darstellung auf der Anzeigeeinrichtung 9 übertragen.With the four temperature values t AL of the sensor device 11, t ZL of the sensor device 12, t ABL of the sensor device 13 and t FL of the sensor device 14, the evaluation device 7 now uses the evaluation device 7 as the first characteristic for the heat transfer in the heat exchanger 10 Current temperature efficiency (or: thermal efficiency, temperature exchange rate) η th of the heat exchanger 10 as a quotient of the difference t ZL - t AL and the difference t ABL - t FL determined and transmitted to the process control system 8 for display on the display device 9.
FIG 4 zeigt, wie zunächst aus dem von einer der Sensoreinrichtungen 11 bis 14 oder 16 und 17 gemessenen Differenz druck im entsprechenden strömen¬ den Wärmemedium ein unkompensierter Volumenstrom des Mediums mit den vorgegebenen Parametern der Strömungsquerschnittfläche A und der Proportionalitätskonstante k der Sensoreinrichtung (des Messorgans) be¬ rechnet wird und dann mit der gemäß FIG 3 ermittelten Dichte p des Medi¬ ums dieser Volumenstrom dichtekompensiert wird und auch ein entspre¬ chend dichtekompensierter Massenstrom bestimmt wird.FIG. 4 shows how an uncompensated volume flow of the medium with the predetermined parameters of the flow cross-sectional area A and the proportionality constant k of the sensor device (of the measuring element) first of all is measured from the differential pressure measured in the corresponding streaming heat medium by one of the sensor devices 11 to 14 or 16 and 17. be¬ is calculated and then densely compensated with the determined according to FIG 3 density p of Medi¬ this volume flow and also a corre sponding densely compensated mass flow is determined.
Die kompensierten Volumenströme oder Massenströme der Medien, z.B. AL, ZL, ABL, FL, gemäß FIG 1 werden nun vorteilhaft von der Auswerteeinrich¬ tung 7 zur Berechnung weiterer auf der Anzeigeeinrichtung 9 darzustellender Kenngrößen des Wärmetauschers 10 verwendet und können auch selbst auf der Anzeigeeinrichtung 9 dargestellt werden.The compensated volume flows or mass flows of the media, for example AL, ZL, ABL, FL, according to FIG. 1, are now advantageously generated by the evaluation device 7 in order to calculate further indications to be displayed on the display device 9 Characteristics of the heat exchanger 10 used and can also be displayed on the display device 9 itself.
So wird gemäß FIG 5 der aktuelle Wärmemengen-Wirkungsgrad ηQ des Wärmetauschers 10 berechnet aus den vier gemäß FIG 3 ermittelten Enthal¬ pien hAL der Außenluft AL, hZL der Zuluft ZL, hABL der Abluft ABL und hFL der Fortluft FL gemäß FIG 1 und den gemäß FIG 4 ermittelten Massenströ¬Thus, according to FIG. 5, the current heat quantity efficiency η Q of the heat exchanger 10 is calculated from the four enthalpies h AL of the outside air AL, h ZL of the supply air ZL, h ABL of the exhaust air ABL and h FL of the outgoing air FL according to FIG 1 and the mass flow determined according to FIG. 4
men mzL der Zuluft ZL und TTIFL der Fortluft FL.mzL of the supply air ZL and TTIFL of the exhaust air FL.
FIG 6 zeigt die Berechnung der von der Abluft ABL auf die Außenluft AL6 shows the calculation of the exhaust air ABL on the outside air AL
übertragenen Wärmeleistung Q und der durch numerische Sumtnation odertransferred heat output Q and by numerical Sumtnation or
Integration über die Wärmeleistung Q über der Zeit erhaltenen übertragenen Wärmeenergie Q des Wärmetauschers 10.Integration over the heat output Q over the time obtained transmitted heat energy Q of the heat exchanger 10th
Durch die Abkühlung der Abluft ABL im Wärmetauscher 10 kann Konden¬ sat entstehen. Gemäß vorgegebenen für den jeweiligen Wärmetauschprozess spezifischen Beziehungen kann nun die Kondensattemperatur von im Wär¬ metauscher gemäß FIG 1 entstehendem Kondensat gemäß FIG 7 aus den Messwerten für die Temperatur und die relative Feuchte und mit Hilfe des hx-Diagramms bestimmt werden. Dazu wird vorzugsweise einfach die Tau¬ temperatur tt als Kondensattemperatur herangezogen.Due to the cooling of the exhaust air ABL in the heat exchanger 10 Konden¬ sat arise. According to predetermined relationships specific to the respective heat exchange process, the condensate temperature of the condensate produced in the heat exchanger according to FIG. 1 can now be determined from the measured values for the temperature and the relative humidity and with the aid of the hx diagram. For this purpose, the tau temperature t t is preferably used simply as the condensate temperature.
FIG 8 zeigt die Berechnung des Massenstromes von im Wärmetauscher ge¬ mäß FIG 1 entstehendem Kondensat oder der abzuführenden Kondensat- menge als Differenz aus dem Massenstrom der Abluft ABL am Eingang 23 des Wärmetauschers 10 und dem Massenstrom der Fortluft FL am Ausgang 24 des Wärmetauchers 10.8 shows the calculation of the mass flow of condensate arising in the heat exchanger according to FIG. 1 or the amount of condensate to be removed as the difference between the mass flow of the exhaust air ABL at the inlet 23 of the heat exchanger 10 and the mass flow of the exhaust air FL at the outlet 24 of the heat exchanger 10.
FIG 9 und 10 zeigen nun Ausführungsformen, bei der ein Glasröhrenbruch in einem Glasröhren-Wärmetauscher 10 von der Auswerteeinrichtung 7 er¬ kannt und auf der Anzeigeinrichtung 9 angezeigt werden kann. Dabei wird ausgenutzt, dass ein Glasröhrenbruch zu einem Austritt von Abluft ABL o- der darin enthaltenem Wasserdampf führt, der messtechnisch erfasst werden kann.FIGS. 9 and 10 now show embodiments in which a glass tube break in a glass tube heat exchanger 10 is detected by the evaluation device 7 and can be displayed on the display device 9. It will exploited that a glass tube break leads to an exit of exhaust air ABL o- contained therein water vapor, which can be detected by measurement.
Bei einem auf der Druckseite des Abluftventilators angeordneten Wärmetau¬ scher 10 werden vorzugsweise gemäß FIG 9 die ermittelten absoluten Feuch¬ tebeladungen xAL der Außenluft AL und xZL der Zuluft FL verglichen oder mit einer Formel bilanziert, um einen Bruch oder Riss der Glasröhre(n) zu erkennen.In the case of a heat exchanger 10 arranged on the pressure side of the exhaust air fan, the determined absolute moisture loadings x AL of the outside air AL and x ZL of the supply air FL are preferably compared or balanced with a formula in order to prevent a breakage or crack of the glass tube (n ) to recognize.
Bei einem saugseitig vom Fortluftventilator 6 angeordneten Wärmetauscher 10 werden vorzugsweise die ermittelten Massenströme von Außenluft AL und Zuluft ZL bilanziert mit einer Formel, wie in FIG 10 dargestellt.In a heat exchanger 10 arranged on the suction side of the exhaust air fan 6, the determined mass flows of outside air AL and supply air ZL are preferably balanced with a formula, as shown in FIG.
Durch die Überwachung der Glasröhren kann eine unzulässige Auffeuchtung der trockenen Prozesszuluft durch die hochbeladene Abluft bei einem Glas¬ röhrenbruch vermieden.By monitoring the glass tubes an impermissible moistening of the dry process air can be avoided by the highly loaded exhaust air at a glass tube breakage.
Alle Messwertberechnungen sind vorzugsweise druck- und temperaturkom- pensiert.All measured value calculations are preferably pressure- and temperature-compensated.
Mit den in der Auswerteeinrichtung 7 oder dem Prozessleitsystem 8 langfris¬ tig aufgezeichneten Daten kann das Wärmerückgewinnungs System zusätzlich hinsichtlich seiner Effizienz bewertet, ggf. optimiert bzw. erneuert werden.With the long-term recorded in the evaluation device 7 or the process control system 8 data, the heat recovery system can be additionally evaluated in terms of its efficiency, possibly optimized or renewed.
Optional kann auch eine Verschmutzung und/oder Verstopfung am oder im Wärmetauscher 10 auf beiden Übertragungsseiten anhand von Systemveränderungen überwacht werden, dazu wird wenigstens ein zusätzli¬ cher Differenzdrucksensor zum Messen einer Druckdifferenz zwischen dem Eingang 21 und dem Ausgang 22 oder vorzugsweise zwischen dem Eingang 23 und dem Ausgang 24 des Wärmetauschers 10 vorgesehen, vorzugsweise in den Sensoreinrichtungen 11 und 12 bzw. 13 und 14. Somit wird die Verfüg¬ barkeit und Wartungsplanung verbessert. In einer Optimierungsfunktion für die Luft-Luft- Wärmerückgewinnung im Wärmetauscher 10 als zusätzlicher Option kann mit Hilfe der berechneten Daten eine Optimierung der Wärmestromkapazitäten von der Auswerteein- richtung 7 durchgeführt werden. Somit ist in jedem Betriebspunkt eine op¬ timale Energieausnutzung gewährleistet.Optionally, contamination and / or blockage on or in the heat exchanger 10 can also be monitored on both transmission sides based on system changes. For this purpose, at least one additional differential pressure sensor is used to measure a pressure difference between the inlet 21 and the outlet 22 or preferably between the inlet 23 and the output 24 of the heat exchanger 10 is provided, preferably in the sensor devices 11 and 12 or 13 and 14. Thus, the availablen availability and maintenance planning is improved. In an optimization function for the air-air heat recovery in the heat exchanger 10 as an additional option, an optimization of the heat flow capacities of the evaluation device 7 can be carried out with the aid of the calculated data. Thus, an optimal energy utilization is guaranteed at every operating point.
In einer optionalen Optimierungsfunktion für die Luft-Wasser-Wärmerück¬ gewinnung im Wärmetauscher30 kann mit Hilfe der berechneten Daten und unter zusätzlichem Einsatz von Volumenstrommesstechnik im Wasserkreis¬ lauf 32 (z.B. Ultraschallmessgerät) eine Optimierung der Wärmestromkapazi¬ täten von der Auswerteeinrichtung 7 durchgeführt werden. Somit ist in je¬ dem Betriebspunkt eine optimale Energieausnutzung gewährleistet.In an optional optimization function for the air-water heat recovery in the heat exchanger 30, an optimization of the heat flow capacities of the evaluation device 7 can be carried out with the aid of the calculated data and additional use of volume flow measurement in the water circuit 32 (for example ultrasound measuring device). Thus, optimal energy utilization is ensured in each operating point.
Insbesondere kann der Wirkungsgrad oder die Wärmeübertragung dadurch optimiert werden, dass die Wärmestromkapazität des einen Wärmemediums, also AL bzw. ZL im Wärmetauscher 10 oder Wasser im Wasserkreislauf 32 des Wärmetauschers 30, einerseits und die Wärmestromkapazität des andern Wärmemediums, also ABL bzw. FL, andererseits gleich zueinander einge- stellt werden. Die Wärmestromkapazität entspricht dem Produkt aus Wär¬ mekapazität und Massenstrom des Wärmeträgermediums. Als Stellgröße für die Optimierung dient deshalb der Massenstrom wenigstens eines Mediums, z.B. AL oder das Wasser, während der Massenstrom des anderen Medium, z.B. ABL, durch den Prozess geführt sein kann.In particular, the efficiency or the heat transfer can be optimized by the heat flow capacity of a heat medium, ie AL or ZL in the heat exchanger 10 or water in the water circuit 32 of the heat exchanger 30, on the one hand and the heat flow capacity of the other heat medium, ie ABL or FL, on the other be set equal to each other. The heat flow capacity corresponds to the product of heat capacity and mass flow of the heat transfer medium. Therefore the mass flow of at least one medium, e.g. AL or the water, while the mass flow of the other medium, e.g. ABL, may be led through the process.
Die numerische Berechnung muss natürlich in allen Aus führungs formen nicht der schrittweisen Folge der physikalischen Formeln folgen, sondern kann zur Reduzierung von Rundungs fehlem auch gleich nach den Eingangs¬ größen, beispielsweise der Temperatur t oder der relativen Feuchte φ aufge- löste Gleichungen verwenden. BezugszeichenlisteOf course, in all embodiments, the numerical calculation does not have to follow the stepwise sequence of the physical formulas, but can also use equations solved to reduce rounding errors immediately after the input variables, for example the temperature t or the relative humidity φ. LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 Prozessbereich 3 Lufteinlass 4 Luftauslass 5 Zuluftventilator 6 Fortluftventilator 7 Auswerteeinrichtung 8 Prozessleitsystem 9 Anzeigeeinrichtung 10 Wärmetauscher 11 bis 14 Sensoreinπchtung 16, 17 Sensoreinrichtung 21 Eingang 22 Ausgang 23 Eingang 24 Ausgang 30 Wärmetauscher 32 Wasserkreislauf AL Außenluft ZL Zuluft ABL Abluft FL Fortluft 2 Process area 3 Air inlet 4 Air outlet 5 Supply air fan 6 Exhaust air fan 7 Evaluation unit 8 Process control system 9 Display unit 10 Heat exchanger 11 to 14 Sensor unit 16, 17 Sensor unit 21 Input 22 Output 23 Input 24 Output 30 Heat exchanger 32 Water circuit AL Outdoor air ZL Supply air ABL Exhaust air FL Exhaust air

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes einer Wärmeübertragungs- einrichtung, durch die wenigstens zwei Wärmemedien strömen und in der in einem Wärmeübertragungsvorgang eine Wärmeübertragung zwi¬ schen den wenigstens zwei Wärmemedien stattfindet, bei dem a) während des Wärmeübertragungsvorganges wenigstens eine physikali¬ sche Messgröße wenigstens eines der Wärmemedien gemessen wird, b) aus den Messwerten oder Messsignalen der Messgröße(n) ein zugehö¬ riger Wert wenigstens einer von der oder den Messgröße(n) abhängi¬ gen und den Zustand der Wärmeübertragungseinrichtung charakteri¬ sierenden oder beschreibenden physikalischen Zustandsgröße ermit¬ telt wird.1. A method for determining a state of a heat transfer device through which at least two heat media flow and in which takes place in a heat transfer process a heat transfer zwi¬ tween the at least two heat media, wherein a) during the heat transfer process at least one physical metric measure at least one b) from the measured values or measuring signals of the measured variable (s), an associated value of at least one physical state variable which depends on the measured variable (s) and which characterizes or describes the state of the heat transfer device is determined becomes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Temperatur als Messgröße wenigstens eines der Wärmemedien vorgesehen ist oder wird.2. The method of claim 1, wherein a temperature is provided as a measured variable of at least one of the heat media or is.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem als Messgröße wenigstens eines der Wärmemedien ein Volumenstrom des Wärmeme¬ diums oder eine mit dem Volumenstrom des Wärmemediums in ein¬ deutiger Beziehung stehende physikalische Große, beispielsweise ein Differenzdruck oder Druck in dem Wärmemedium, vorgesehen ist o- der wird.3. The method of claim 1 or claim 2, wherein as a measured variable of at least one of the heat media, a volume flow of Wärmeme¬ dium or one with the volume flow of the heat medium in ein¬ significant relationship standing physical, such as a differential pressure or pressure in the heat medium provided is or becomes.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eines der Wärmemedien gasförmig ist und/oder im Wesentlichen aus Luft und Wasser besteht und/oder Luft aus der Erdatmosphäre ist.4. The method according to one or more of the preceding claims, wherein at least one of the heat media is gaseous and / or consists essentially of air and water and / or air from the earth's atmosphere.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem als Messgröße die relative Feuchte oder die absolute Feuchte oder eine mit der relativen Feuchte oder der absoluten Feuchte in eindeutigem Zusammenhang stehende physikalische Größe, insbesondere die Taupunkttemperatur, des oder jedes gasförmigen Wärmemediums vorgesehen ist oder wird.5. The method of claim 4, wherein as the measured variable, the relative humidity or the absolute humidity or one with the relative humidity or the absolute humidity in clear connection physical size, in particular the dew point temperature, of the or each gaseous heat medium is or is provided.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eines der Wärmemedien flüssig ist und/oder we¬ nigstens überwiegend aus Wasser besteht.6. The method according to one or more of the preceding claims, wherein at least one of the heat media is liquid and / or we least consists predominantly of water.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eine Messgröße wenigstens eines der Wärmeme¬ dien sowohl vor Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung als auch nach dem Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung gemessen wird.7. The method according to one or more of the preceding claims, wherein at least one measured variable of at least one of the Wärmeme¬ diene is measured both before flowing through the heat transfer device and after flowing through the heat transfer device.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als den Zustand der Wärmeübertragungseinrichtung, insbe¬ sondere den Wärmeübertragungsvorgang in der Wärmeübertragungs¬ einrichtung, charakterisierende oder beschreibende Zustandsgröße ein Temperatur-Wirkungsgrad ermittelt wird, der vorzugsweise dem Quo¬ tienten aus der Differenz des gemessenen Temperaturwertes des Wärmemediums, auf das die Wärme übertragen wird, vor dem Durch¬ strömen der Wärmeübertragungseinrichtung und des gemessenen Temperaturwertes dieses Wärmemediums nach Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung einerseits und der Differenz des Tem¬ peraturwertes des Wärmemediums, von dem die Wärme abgezogen wird, vor dem Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung und des Temperaturwertes dieses Wärmemediums nach Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung andererseits entspricht.8. The method according to one or more of the preceding claims, wherein as the state of the heat transfer device, in particular the heat transfer process in the Wärmeübertragungs¬ device, characterizing or descriptive state variable temperature efficiency is determined, preferably the Quo¬ients from the difference the measured temperature value of the heat medium to which the heat is transferred, before flowing through the heat transfer device and the measured temperature value of this heat medium after flowing through the heat transfer device on the one hand and the difference of the Tem¬ temperature value of the heat medium from which the heat is subtracted, before Flowing through the heat transfer device and the temperature value of this heat medium after flowing through the heat transfer device on the other hand corresponds.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als den Zustand der Wärmeübertragungseinrichtung, insbe¬ sondere den Wärmeübertragungsvorgang in der Wärmeübertragungs¬ einrichtung, charakterisierende oder beschreibende Zustandsgröße ein Wärmemengen-Wirkungsgrad ermittelt wird, der vorzugsweise dem Quotient aus der mit dem, vorzugsweise dichtekompensierten, Mas¬ senstrom des Wärmemediums, auf das die Wärme übertragen wird, nach dem Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung multipli¬ zierten Differenz der Enthalpie des Wärmemediums, auf das die Wärme übertragen wird, vor dem Durchströmen der Wärmeübertra¬ gungseinrichtung und der Enthalpie dieses Wärmemediums nach Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung einerseits und der mit dem, vorzugsweise dichtekompensierten, Massenstrom des Wär¬ memediums, von dem die Wärme abgezogen wird, nach dem Durch¬ strömen der Wärmeübertragungseinrichtung multiplizierten Differenz der Enthalpie des Wärmemediums, von dem die Wärme abgezogen wird, nach dem Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung und der Enthalpie dieses Wärmemediums vor Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung andererseits entspricht.9. The method according to one or more of the preceding claims, wherein as the state of the heat transfer device, in particular the heat transfer process in the Wärmeübertragungs¬ device, characterizing or descriptive state variable heat quantity efficiency is determined, preferably the Quotient of the mass density of the heat medium with which the heat is transferred, preferably dense-compensated, with the heat medium, after the heat transfer device has passed through the multiplied enthalpy of the heat medium to which the heat is transferred, before the heat transfer device flows through it and the enthalpy of this heat medium after flowing through the heat transfer device on the one hand and the, preferably densely compensated, mass flow of Wär¬ memediums from which the heat is removed, after Durch¬ flow of the heat transfer device multiplied difference of the enthalpy of the heat medium, deducted from the heat is, after flowing through the heat transfer device and the enthalpy of this heat medium before flowing through the heat transfer device on the other hand corresponds.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als den Zustand der Wärmeübertragungseinrichtung, insbe¬ sondere den Wärmeübertragungsvorgang in der Wärmeübertragungs¬ einrichtung, charakterisierende oder beschreibende Zustandsgröße die übertragene Wärmeleistung ermittelt wird, die vorzugsweise dem Pro¬ dukt aus dem dichtekompensierten Massenstrom des Wärmemediums, auf das die Wärme übertragen wird, einerseits und der Differenz der Enthalpie dieses Wärmemediums vor Durchströmen der Wärmeüber¬ tragungseinrichtung und der Enthalpie dieses Wärmemediums nach Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung andererseits ent¬ spricht.10. The method according to one or more of the preceding claims, wherein as the state of the heat transfer device, in particular the heat transfer process in the Wärmeübertragungs¬ device, characterizing or descriptive state variable, the transmitted heat output is determined, preferably the Pro¬ product from the density-compensated mass flow of the heat medium to which the heat is transferred, on the one hand, and the difference in the enthalpy of this heat medium before flowing through the heat transfer device and the enthalpy of this heat medium after flowing through the heat transfer device, on the other hand.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als den Zustand der Wärmeübertragungseinrichtung, insbe¬ sondere den Wärmeübertragungsvorgang in der Wärmeübertragungs¬ einrichtung, charakterisierende oder beschreibende Zustandsgröße die übertragene Wärmearbeit, vorzugsweise durch Integration oder Sum- mation der Wärmeleistung über die Zeit, ermittelt wird. 11. The method according to one or more of the preceding claims, wherein as the state of the heat transfer device, in particular the heat transfer process in the Wärmeübertragungs¬ device, characterizing or descriptive state variable heat transfer, preferably by integration or summation of the heat output over time , is determined.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus den Messwerten der Temperatur und der relativen oder absoluten Feuchte eines oder jedes gasförmigen Wärmemediums die Enthalpie des Wärmemediums ermittelt wird.12. The method according to one or more of the preceding claims, wherein the enthalpy of the heat medium is determined from the measured values of the temperature and the relative or absolute humidity of one or each gaseous heat medium.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus den Messwerten der Temperatur und der relativen Feuch¬ te eines oder jedes gasförmigen Wärmemediums die absolute Feuchte des Wärmemediums ermittelt wird.13. The method according to one or more of the preceding claims, wherein from the measured values of the temperature and the relative Feuch¬ te of one or each gaseous heat medium, the absolute humidity of the heat medium is determined.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus den Messwerten der Temperatur und der absoluten oder relativen Feuchte eines oder jedes gasförmigen Wärmemediums die Dichte des Wärmemediums ermittelt wird.14. The method according to one or more of the preceding claims, wherein the density of the heat medium is determined from the measured values of the temperature and the absolute or relative humidity of one or each gaseous heat medium.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus den Messwerten der Temperatur und der absoluten oder relativen Feuchte eines oder jedes gasförmigen Wärmemediums die Taupunkttemperatur des Wärmemediums ermittelt wird.15. The method according to one or more of the preceding claims, wherein the dew point temperature of the heat medium is determined from the measured values of the temperature and the absolute or relative humidity of one or each gaseous heat medium.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus den Messwerten der Temperatur und der absoluten oder relativen Feuchte einerseits und des Volumenstromes oder der mit dem Volumenstrom des Wärmemediums in eindeutiger Beziehung ste¬ henden physikalischen Größe, insbesondere dem Differenzdruck oder Druck, andererseits ein dichtekompensierter Volumenstrom oder Massenstrom eines oder jedes gasförmigen Wärmemediums ermittelt wird.16. The method according to one or more of the preceding claims, wherein from the measured values of the temperature and the absolute or relative humidity on the one hand and the volume flow or with the volume flow of the heat medium in a unique relationship ste¬ Henden physical size, in particular the differential pressure or pressure, on the other hand, a density-compensated volume flow or mass flow of one or each gaseous heat medium is determined.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der dichtekompensierte Volu¬ menstrom dem Quotienten aus dem gemessenen Volumenstrom oder dem aus der entsprechenden gemessenen physikalischen Größe, insbe- sondere dem Differenzdruck oder Druck, ermittelten Volumenstrom einerseits und der Quadratwurzel aus der Dichte, insbesondere der ermittelten Dichte, proportional ist oder ermittelt wird.17. The method according to claim 16, wherein the density-compensated volumetric flow is the quotient of the measured volumetric flow or of the corresponding measured physical variable, in particular particular the differential pressure or pressure, determined volume flow on the one hand and the square root of the density, in particular the determined density, is proportional or is determined.
18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der dichtekompensierte Mas¬ senstrom dem Produkt aus dem gemessenen Volumenstrom oder dem aus der entsprechenden gemessenen physikalischen Größe, insbeson¬ dere dem Differenzdruck oder Druck, ermittelten Volumenstrom ei¬ nerseits und der Quadratwurzel aus der Dichte, insbesondere der er¬ mittelten Dichte, proportional ist oder ermittelt wird.18. Method according to claim 16, wherein the density-compensated mass flow is the product of the measured volumetric flow or the volumetric flow determined on the basis of the corresponding measured physical variable, in particular the differential pressure or pressure, and the square root of the density, in particular the average density, is proportional or is determined.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Leckage, insbesondere ein Bruch oder Riss, in der Wär¬ meübertragungseinrichtung erkannt wird, insbesondere durch Auswer¬ tung der absoluten Feuchte und/oder des, vorzugsweise dichtekom¬ pensierten, Massenstromes wenigstens eines der Wärmemedien vor und nach Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung.19. The method according to one or more of the preceding claims, wherein a leakage, in particular a fracture or crack, in the heat transfer device is detected, in particular by Auswer¬ tion of the absolute humidity and / or, preferably dichtekom¬ pensierten, mass flow at least one of the heat media before and after flowing through the heat transfer device.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Menge, insbesondere der, vorzugsweise dichtekompen¬ sierte, Massenstrom, von in der Wärmeübertragungseinrichtung ent¬ stehendem Kondensat wenigstens eines Wärmemediums, insbesondere des Wärmemediums, von dem die Wärme abgezogen wird, aus den, insbesondere dichtekompensierten, Massenströmen dieses Wärmeme¬ diums vor und nach Durchströmen der Wärmeübertragungseinrich¬ tung ermittelt wird.20. The method according to one or more of the preceding claims, wherein the amount, in particular the, preferably dichtekompen¬ sated, mass flow, of ent¬ in the heat transfer device stating condensate at least one heat medium, in particular the heat medium from which the heat is removed, from the, in particular density-compensated, mass flows of this Wärmeme¬ diums before and after flowing through the Wärmeübertragungseinrich¬ device is determined.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Temperatur von in der Wärmeübertragungseinrichtung entstehendem Kondensat wenigstens eines Wärmemediums, insbeson¬ dere des Wärmemediums, auf das die Wärme übertragen wird, durch Auswertung der Temperatur und relativen Feuchte dieses Wärmeme¬ diums ermittelt wird oder direkt gemessen wird. 21. The method according to one or more of the preceding claims, wherein the temperature of formed in the heat transfer device condensate at least one heat medium, in particular the heat medium to which the heat is transferred, determined by evaluating the temperature and relative humidity of this Wärmeme¬ dium is measured or measured directly.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Messwerte wenigstens einer Messgröße und/oder die er¬ mittelten Werte wenigstens einer den Zustand der Wärmeübertra- gungseinrichtung charakterisierenden oder beschreibenden Zustands- größe und/oder die ermittelten Werte wenigstens einer aufgrund der Messwerte oder Messsignale ermittelten physikalischen Größe auf we¬ nigstens einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere eines Prozessleitsys- tems oder einer Leitwarte oder Überwachungs- und/oder Kontroll¬ warte, während des Wärmeübertragungsvorganges angezeigt oder dar¬ gestellt werden.22. Method according to one or more of the preceding claims, in which the measured values of at least one measured variable and / or the determined values of at least one state variable characterizing or describing the state of the heat transfer device and / or the determined values of at least one on the basis of Measured values or measured signals determined physical size on at least one display device, in particular a process control system or a control room or monitoring and / or Kontroll¬ wait, be displayed or dar¬ during the heat transfer process.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Messgröße(n) in einer Vielzahl von Messvorgängen wäh¬ rend eines Wärmeübertragungsvorganges gemessen wird bzw. werden und bei dem vorzugsweise die Messwerte oder Messsignale aus mehre¬ ren Messvorgängen gespeichert werden und zum Bewerten des Zu- standes der Wärmeübertragungseinrichtung zur Verfügung gestellt o- der ausgewertet werden.23. Method according to one or more of the preceding claims, in which the measured variable (s) is / are measured during a large number of measuring processes during a heat transfer process, and in which preferably the measured values or measuring signals are stored from a plurality of measuring operations and for Assessment of the state of the heat transfer device is made available or evaluated.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Verschmutzung oder Verstopfung in der Wärmeübertra¬ gungseinrichtung durch Messung eines Differenzdruckes wenigstens eines der Wärmemedien an der Wärmeübertragungseinrichtung er¬ kannt oder ermittelt wird.24. The method according to one or more of the preceding claims, in which a contamination or clogging device in the Wärmeübertra¬ er¬ by measuring a differential pressure of at least one of the heat media at the heat transfer device er¬ known or determined.
25. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die jeweils dem Produkt aus der Wärmekapazität und dem ermittelten, vorzugsweise dichtekompensierten, Massenstrom entspre¬ chenden Wärmestromkapazitäten der beiden Wärmemedien im We¬ sentlichen gleich zueinander eingestellt werden durch Stellen wenigs¬ tens eines der Massenströme. 25. The method according to one or more of the preceding claims, wherein each of the product of the heat capacity and the determined, preferably density-compensated, mass flow corre sponding heat flow capacities of the two heat media are substantially equal to each other adjusted by Stellen least one of mass flows.
26. Verfahren zum Konditionieren eines Prozessbereiches, bei dem a) dem Prozessbereich wenigstens ein fluides Zuführmedium zugeführt wird und b) wenigstens ein fluides Abführmedium aus dem Prozessbereich abge¬ führt wird, c) das Zuführmedium und das Abführmedium durch wenigstens eine Wärmeübertragungseinrichtung geführt werden und in der Wärme¬ übertragungseinrichtung Wärme von dem Abführmedium in das Zu¬ führmedium oder von dem Zuführmedium in das Abführmedium ü- b ertragen wird, d) ein Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An¬ sprüche zum Ermitteln des Zustandes der Wärmeübertragungseintich- tung durchgeführt oder verwendet wird.26. A method for conditioning a process area, in which a) at least one fluid feed medium is supplied to the process area and b) at least one fluid discharge medium is removed from the process area, c) the feed medium and the discharge medium are guided through at least one heat transfer device and heat is transferred from the discharge medium into the supply medium or from the supply medium into the discharge medium b, d) a process according to one or more of the preceding claims is carried out or used to determine the state of the heat transfer device becomes.
27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem das Zuführmedium und/oder das Abführmedium gasförmig ist.27. The method of claim 26, wherein the feed medium and / or the discharge medium is gaseous.
28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem das Zuführmedium und/oder das Abführmedium Wasser oder Feuchtigkeit enthalten.28. The method of claim 27, wherein the supply medium and / or the discharge medium contains water or moisture.
29. Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustandes einer Wärmeübertra¬ gungseinrichtung, durch die wenigstens zwei Wärmemedien strömen und in der in einem Wärmeübertragungsvorgang eine Wärmeübertra¬ gung zwischen den wenigstens zwei Wärmemedien stattfindet, umfas¬ send a) wenigstens eine Messeinrichtung zum Messen wenigstens einer physi¬ kalische Messgröße wenigstens eines der Wärmemedien während des Wärmeübertragungsvorganges, b) wenigstens eine Auswerteeinrichtung, die mit jeder Messeinrichtung verbunden ist und aus deren Messwerten oder Messsignalen der Mess- größe(n) wenigstens einen zugehörigen Wert wenigstens einer von der oder den Messgröße(n) abhängigen und den Zustand der Wärmeüber- tragungseinrichtung charakterisierenden oder beschreibenden physika¬ lischen Zustandsgröße ermittelt.29. An apparatus for determining a state of a heat transfer device, through which at least two heat media flow and in which a heat transfer takes place between the at least two heat media in a heat transfer process, comprising a) at least one measuring device for measuring at least one physi cal At least one evaluation device which is connected to each measuring device and from whose measured values or measuring signals of the measured variable (s) at least one associated value of at least one of the measured variable (s) and the state of heat transfer tragungsseinrichtung characterizing or descriptive physika¬ cal state quantity determined.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29 zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 28.30. Apparatus according to claim 29 for carrying out a method according to one of claims 1 to 28.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder Anspruch 30, bei der die Mess¬ einrichtung a) eine einem Eingang der Wärmeübertragungseinrichtung für ein erstes der Wärmemedien zugeordnete erste Sensoreinrichtung zum Messen wenigstens einer Messgröße des ersten Wärmemediums vor Durch¬ strömen der Wätmeübertragungseinrichtung, b) eine einem Ausgang der Wärmeübertragungseinrichtung für das erste Wärmemedium zugeordnete zweite Sensoreinrichtung zum Messen wenigstens einer Messgröße des ersten Wärmemediums nach Durch¬ strömen der , c) eine einem weiteren Eingang der Wärmeübertragungseinrichtung für ein zweites der Wärmemedien zugeordnete dritte Sensoreinrichtung zum Messen wenigstens einer Messgröße des zweiten Wärmemediums vor Durchströmen der Wärmeübertragungseinrichtung und d) eine einem Ausgang der Wärmeübertragungseinrichtung für das zweite Wärmemedium zugeordnete vierte Sensoreinrichtung zum Messen we¬ nigstens einer Messgröße des zweiten Wärmemediums nach Durch¬ strömen der Wärmeübertragungseinrichtung umfasst.31. The apparatus of claim 29 or claim 30, wherein the measuring device a) an input of the heat transfer device for a first of the heat media associated first sensor means for measuring at least one measure of the first heat medium before Durch¬ the Wätmeübertragungseinrichtung, b) a one C) a third sensor device assigned to a further input of the heat transfer device for a second of the heat media for measuring at least one measured variable of the second heat medium before flowing through the heat transfer device and d) a fourth sensor device assigned to an output of the heat transfer device for the second heat medium for measuring at least one measured variable of the second heat medium h Durch¬ flow of the heat transfer device comprises.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 31 mit wenigstens einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere eines Prozessleitsystems oder einer Leitwarte oder Überwachungs- und/oder Kontrollwarte, zum Anzei¬ gen der aktuellen Werte der Zustandgröße(n) , Messgröße(n) und/oder aus den Messgröße(n) abgeleiteter physikalischer Größe(n). 32. Device according to one of claims 29 to 31 with at least one display device, in particular a process control system or a control room or monitoring and / or control room, for displaying conditions of the current values of the state variable (s), measured variable (s) and / or out the measured variable (s) of derived physical quantity (s).
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, bei der wenigstens zwei Wärmeübertragungseinrichtungen hintereinander in den Strö¬ mungsweg eines der Wärmemedien geschaltet sind und jede Wärme¬ übertragungseinrichtung diesem Wärmemedium Wärme entzieht und auf ein anderes Wärmemedium überträgt. 33. Device according to one of claims 29 to 32, wherein at least two heat transfer devices are connected one behind the other in the flow path of one of the heat mediums and each heat transfer device removes heat from this heat medium and transfers it to another heat medium.
PCT/EP2005/002836 2004-06-28 2005-03-17 Method and device for determining the state of a heat transfer device WO2006000262A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004031276.1 2004-06-28
DE102004031276A DE102004031276A1 (en) 2004-06-28 2004-06-28 Method and device for determining a state of a heat transfer device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006000262A1 true WO2006000262A1 (en) 2006-01-05

Family

ID=34963078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2005/002836 WO2006000262A1 (en) 2004-06-28 2005-03-17 Method and device for determining the state of a heat transfer device

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102004031276A1 (en)
WO (1) WO2006000262A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017144285A1 (en) * 2016-02-22 2017-08-31 Belimo Holding Ag Method, arrangement, and computer program product for operating an hvac installation

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015002443U1 (en) 2015-03-12 2015-08-20 Fritz Curtius Heat exchange device for the production of energy
DE102019135869A1 (en) * 2019-12-30 2021-07-01 Eisenmann Se Fluid flow machine system, conditioning device and treatment system with such a fluid flow machine system as well as a method for controlling the operation of a fluid flow machine system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3918300A (en) * 1974-01-03 1975-11-11 Aaron Weisstuch Heat transfer measuring device
US4766553A (en) * 1984-03-23 1988-08-23 Azmi Kaya Heat exchanger performance monitor
DE4331314C1 (en) * 1993-09-15 1994-09-08 Frank Dr Ing Triesch Arrangement for signalling a pressure change
DE4313351A1 (en) * 1993-04-23 1994-10-27 Funke Waerme Apparate Kg Safety plate heat exchanger
US5976461A (en) * 1998-05-05 1999-11-02 Kostuck; Paul R. Method for protecting cooling water systems
US5992505A (en) * 1996-08-13 1999-11-30 Korea Electric Power Corp. Fouling monitoring apparatus of heat exchanger and method thereof
US20030075314A1 (en) * 2001-10-19 2003-04-24 Cryer Robert Douglas System and method for monitoring the condition of a heat exchange unit

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3918300A (en) * 1974-01-03 1975-11-11 Aaron Weisstuch Heat transfer measuring device
US4766553A (en) * 1984-03-23 1988-08-23 Azmi Kaya Heat exchanger performance monitor
DE4313351A1 (en) * 1993-04-23 1994-10-27 Funke Waerme Apparate Kg Safety plate heat exchanger
DE4331314C1 (en) * 1993-09-15 1994-09-08 Frank Dr Ing Triesch Arrangement for signalling a pressure change
US5992505A (en) * 1996-08-13 1999-11-30 Korea Electric Power Corp. Fouling monitoring apparatus of heat exchanger and method thereof
US5976461A (en) * 1998-05-05 1999-11-02 Kostuck; Paul R. Method for protecting cooling water systems
US20030075314A1 (en) * 2001-10-19 2003-04-24 Cryer Robert Douglas System and method for monitoring the condition of a heat exchange unit

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017144285A1 (en) * 2016-02-22 2017-08-31 Belimo Holding Ag Method, arrangement, and computer program product for operating an hvac installation
CN108779930A (en) * 2016-02-22 2018-11-09 贝利莫控股公司 Method, arrangement and computer program product for operating HVAC devices
US11060744B2 (en) 2016-02-22 2021-07-13 Belimo Holding Ag Method, arrangement, and computer program product for operating an HVAC installation
CN108779930B (en) * 2016-02-22 2022-04-29 贝利莫控股公司 Method, arrangement and computer program product for operating an HVAC device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004031276A1 (en) 2006-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1743133B1 (en) Method and arrangement for determining the capacity of a heat exchanger
EP2932205B1 (en) Thermal flow meter and method for determining and/or monitoring a flow rate of a medium
EP0559043B1 (en) Method for heat exchanger control
CH706736A1 (en) Process for operating a heat exchanger and HVAC system for performing the process.
WO2008065186A1 (en) Device for determining and/or monitoring the mass flow rate
DE2601326A1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE QUANTITY OF DUST IN GASES
EP2452148A1 (en) Heat exchange system and method for operating a heat exchange system
EP1955020A2 (en) Device for determining and/or monitoring the mass flow rate of a gaseous medium
WO2006000262A1 (en) Method and device for determining the state of a heat transfer device
EP3745111A1 (en) Device and test module for performing flow assays
WO2006066565A1 (en) Method for determining viscosity and viscometer therefor
AT511470B1 (en) DEVICE AND METHOD FOR REGULATING A FRESH AIR SUPPLY IN A DEVICE FOR COOLING, HEATING AND / OR VENTILATING A BUILDING
DE202004021057U1 (en) State finding process for heat transfer device involves measuring at least one physical measuring variable of one heating medium during heat transfer
DE102005007914A1 (en) Method and device for recording consumption costs in ventilation and air conditioning systems
DE102005046235A1 (en) Energy conversion system`s e.g. heating system, efficiency determining arrangement, has computing module receiving measurement values e.g. temperature and determining real-time efficiency and efficiency relevant parameter of system
EP3901550A1 (en) A system for detecting clogging in a heat exchanger
DE102005045485A1 (en) Method for system and / or process monitoring in an ultrasonic flowmeter
DE102017128122A1 (en) Method for condition monitoring of a heat exchanger and heat exchanger
Jaradat Construction and Analysis of Heat-and Mass Exchangers for Liquid Desiccant Systems
DE202019101690U1 (en) Measuring process variables of compressed air
EP4088077A1 (en) Method and device for determining fouling in a heat exchanger
DE102021203001B4 (en) Method for operating a heat cost allocator and heat cost allocator
AT388810B (en) Apparatus for measuring the mass flow of a gas
DE102021203000B4 (en) Method for operating a heat cost allocator and heat cost allocator
DE19504325A1 (en) Cost oriented condition monitoring of gas heated boiler that can be cleaned

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase