CN105745510B - 用于换热器的动态控制的***及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于换热器的操作的动态控制的***，该***包括换热器(1)、多个喷射器布置(25a,25b)、局部传感器布置(29)和控制器(57)，其中局部传感器布置(29)包括布置成测量温度值的多个局部温度传感器(31a,31b)；且其中控制器(57)布置成确定测得的温度值之间的差异，且进一步布置成与多个喷射器布置(25a,25b)的阀(22a,22b)连通以调整由喷射器布置(25a,25b)中的至少一个供应的第一流体的局部量，以便使确定的差异均等。本申请还涉及一种用于此***中的换热器的操作的动态控制的方法。

Description

用于换热器的动态控制的***及方法
技术领域
本发明大体上涉及一种用于换热器的操作的动态控制的***。此外，本发明涉及一种用于换热器的操作的动态控制的方法。
背景技术
本发明大体上涉及一种包括换热器的***，并且更具体地涉及板式换热器形式的换热器。不同类型的换热器基于不同的技术。一种类型的换热器利用诸如冷却剂的流体的蒸发来用于各种应用，诸如空气调节、冷却***、热泵***等。因此，换热器可用于以液体形式和以蒸发形式处理流体的双相***中。
在蒸发器为板式换热器的情况中，这可包括板组，其包括一定数目的第一换热器板和第二换热器板。板持久地接合到彼此且以一种方式并排布置，使得形成第一流体通路的第一板空隙形成在各对相邻的第一换热器板和第二换热器板之间，且形成第二流体通路的第二板空隙在各对相邻的第二换热器板与第一换热器板之间。第一板空隙和第二板空隙与彼此分开，且以交错顺序并排设在板组中。大致各个换热器板具有至少第一端口孔和第二端口孔，其中第一端口孔形成到第一板空隙的第一入口通道，且第二端口孔形成从第一板空隙的第一出口通道。板组包括用于所述第一板空隙中的各个的单独的空间，该空间对于第二板空隙闭合。
在用于双相***中的该大体现有技术的板式换热器中，第一流体(诸如冷却剂)以液体形式引入阀中，但在穿过阀时由于压降在第一入口通道的一端(即，第一端口孔)处膨胀成部分地蒸发的流体，以沿第一入口通道进一步分送，且在蒸发成蒸发形式期间进一步到各个独立第一板空隙中。总是存在的风险是，供应流体的能量含量过高，由此经由其入口端口供应到入口通道的流的一部分将达到入口通道的后端，且由此沿相反方向反射。由此，入口通道中的流很混乱，且难以预计和控制。
此外，冷却剂的压降可随从入口到第一入口通道的距离增大，由此将影响独立板空隙之间的第一流体的分布。
还已知的是，第一流体的液滴在从第一入口通道进入独立的板空隙时必须经历的有角流变化有助于不均匀的分布。
还有另一个影响参数为独立的第一板空隙之间的大小差异，导致了各个第一板空隙具有其独特的效率。
还已知的是，独立的第一板空隙的操作和性能取决于其在板组中的位置。板组的各侧上的最外部的第一板空隙趋于不同于板组的中部的那些表现。
由于其，很难(如果不是不可能)总体上优化换热器的操作和效率，确保供应至换热器的蒸发器的所有流体在流出蒸发器的出口之前完全蒸发，且尤其是在到达布置在蒸发器的出口下游的压缩机的入口之前，且还确保换热器在不同工作状态期间高效且高能力起作用。实际上，存在一个故障的第一板空隙对于蒸发器总体上发生的不足蒸发是足够的。例如，如果单个第一板空隙被淹没，即，不能蒸发供应到其的流体的全部量，则液滴将在蒸发器出口的下游出现。大体上，完全蒸发意思是蒸发的流体必须达到过热状态，由此蒸发的流体仅包括干蒸发流体，即，蒸发的流体应具有高于一般压力下的饱和温度的温度。
作为本领域中公知的物理参数的过热限定为当前温度与一般压力下(即，在没有留在液体中的任何液体含量时)的饱和温度之间的温差。过热对于给定流体和对于给定温度和压力是独特的。饱和温度可在常规图表或表格中发现。
不论操作任务如何，尽可能接近设置点过热值操作换热器的蒸发器的目的对于达到尽可能高的使用系数具有重要性。因此，其具有经济重要性。此外，其具有对与蒸发器(诸如压缩机)协作的其它构件的影响，因为压缩机一般对于液体含量敏感。在到达压缩机的入口时留在蒸发流体中的任何液滴可损坏压缩机。另外，存在以尽可能低的过热操作蒸发器的经济利益，因为一旦流体达到过热状态，则流体完全干燥，且额外升高温度方面大致没有收益。
以上的设置点过热由***制造者确定以结合某些期望的安全裕度来克服将液体接收到压缩机中的风险。上述问题在蒸发器的负载变化时变得更严重。例如，这可能是将空气调节***的操作任务从一个温度变为另一个时的情况，意味着改变供应至蒸发器的流体量。
文献EP2156112B1和WO2008151639A1公开了一种用于以一种方式控制至少两个蒸发器间的制冷剂分送以使得空气加热的蒸发器的制冷能力用到最大可能的程度的方法。这通过监测蒸发器的公共出口处的制冷剂过热来产生。此外，这通过经由选择的蒸发器改变制冷剂的质量流同时保持通过所有蒸发器的制冷剂的总质量流大致恒定来产生。该流通过为膨胀阀的单个阀控制。因此，两个文献提供了控制多个空气加热的蒸发器的操作的解决方案，在该方法中，各个蒸发器评估为完整的单元，且在该方法中，各个单元鉴于布置在相同回路中的额外蒸发器控制。
大体上，在部分负载下，换热器且尤其是板式换热器的效率是出现的问题。将更专注于换热器的蒸发器如何在不同操作任务下执行，替代了在仅一个操作任务下测量。例如，对于给定的钎焊板式换热器，实验室规模的试验示出了仅通过部分负载下的改善的蒸发器功能，空气调节***可节省其能量消耗的4%到10%。此外，换热器***通常仅在3%的时间内以满容量操作，而大多数换热器设计和调节成用于满容量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弥补上文提到的问题的改善的换热器***。尤其是，其针对允许第一流体(诸如冷却剂)在流体通路之间的供应的较好控制的换热器***和方法，从而改善板式换热器的效率，而不论运行状态如何。
该目的通过用于换热器的操作的动态控制的***实现，该***包括换热器、多个喷射器布置、局部传感器布置和控制器，其中换热器包括第一全局出口、第一多个流体通路，各个流体通路包括局部入口和局部出口，以用于在第一流体的蒸发期间将第一流体经由第一多个流体通路供应到第一全局出口，换热器还包括第二全局出口、第二多个流体通路，各个流体通路包括局部入口和局部出口，以用于将第二流体经由第二多个流体通路供应至第二全局出口，第一流体通路和第二流体通路彼此分开且并排布置，以便允许第一多个流体通路中的第一流体与第二多个流体通路中的第二流体之间的热交换，各个喷射器布置均包括至少一个阀，且各个喷射器布置均布置成将第一流体的流供应至第一多个流体通路中的至少一个的局部入口中，局部传感器布置包括多个局部温度传感器，其布置成测量对应于在第一多个流体通路的局部出口附近流动的蒸发的第一流体的局部温度的温度值，控制器布置成确定从局部传感器布置接收的测得的温度值之间的差异，且进一步布置成与多个喷射器布置的阀连通，以调整由喷射器布置中的至少一个供应的第一流体的局部量，以便使确定的差异均等。
执行局部调整，以便鉴于在局部出口附近流动的第一流体使任何温度差异均等。因此，具有局部调整的总体企图可看作是所有第一流体通路应等同地贡献蒸发器的总体操作的企图。这通过发明的***来***，其中各个流体通路或流体通路的子集的操作可被监测，由此可调整从各个独立流体通路到换热器的总体性能的贡献。
例如，在已知的换热器中，如果在全局出口中或全局出口下游检测到液体含量，则调整全局流量。然而，全局流中的液体含量的存在可由单个流体通路或流体通路的子集中的局部溢流引起。通过测量局部温度且使在局部出口附近流动的第一流体中的温度之间的差异均等，仅调整引起液体含量的一个或多个特定流体通路中的局部流。
通过发明的***和方法，第一多个流体通路相比于已知技术可更有效地使用。此外，通过优化多个第一流体通路中的流，可在全局出口下游的全局流中实现较高压力。在一些***中，压缩机的效率在供有较高压力时提高。因此，整个***的效率可提升。
局部传感器布置中的多个局部温度传感器可布置在第一多个流体通路的局部出口附近。
作为备选，局部传感器布置中的多个局部温度传感器可布置在第二多个流体通路的局部出口附近。
用语附近意思是局部出口周围，即，其可鉴于第一流体在局部出口的上游和下游两者。局部温度传感器应当定位成使得它们在流蒸发之后和在流与彼此混合以形成全局流之前测量第一流体的流。
局部温度传感器可布置在通孔中，通孔具有从换热器的板组的外部到内部的延伸部。作为备选，局部温度传感器可布置在板组的仅内部或仅外部。
局部温度传感器可布置成与一个或多个流体通路连接来测量温度。作为备选，局部传感器可布置成测量平均温度值。
将理解的是，按照测量对应于蒸发流体的局部温度的温度值意思是测量不需要直接在局部出口附近流动的第一流体上执行或与直接结合其执行。
控制器还可布置成确定由除喷射器布置中的至少一个外的另一个供应的第一流体的局部量的补偿局部调整，使得多个第一通路中的第一流体的全局量保持相同。控制器可进一步布置成将确定的补偿局部调整传送至除喷射器布置中的该至少一个外的该另一个。
确定补偿局部调整以便保持多个第一通路中的第一流体的全局量不由局部调整影响。全局量可改为基于由全局传感器布置测得的值控制。
控制器可布置成通过至少确定测得的温度值的标准偏差来确定差异。通过使用用于确定局部调整的标准偏差，抑制快速且粗糙的局部调整，使得调整过程变得更平滑和均匀。
将理解的是，该差异以许多方式且基于准确测得的温度值或一个或多个测得的温度值的变换(诸如平均值或调整)确定。此外，一个或多个差异可基于单批测得的温度值确定。
第一流体可为制冷剂。第二流体可包括水。第二流体可为盐水，或可仅由水组成。
***可适于使得不同类型的第一流体可通过***供应。例如，***可包括用于供应不同第一流体的流体通路的不同区段。
控制器可为P调节器、PI调节器或PID调节器。这些调节器类型是自动控制工程的领域中公知的。PID调节器可用于相对较快的过程和对值(诸如测得的温度和/或压力值)起作用而不引起***的任何自动振荡。
将认识到的是，其它类型的常规控制器也可能是可行的。
***还可包括全局传感器布置，其布置成测量第一全局出口下游的蒸发的第一流体的全局温度和全局压力，或任何液体含量的存在。此外，控制器可布置成与多个喷射器布置的阀或与全局阀连通，以基于从全局传感器布置接收的信息控制供应至第一多个流体通路的第一流体的全局量，以便换热器朝设置点过热值操作。
用语"液体含量"在本申请的情境中限定为流体处于液相或混合液/气相。例如，其可为液滴的形式。
全局传感器布置的目的在于确定蒸发的第一流体中的任何液体含量，或确定蒸发的第一流体的所谓的过热。测量结果传输至控制器，其继而又确定第一多个流体通路中的第一流体的流的全局调整。
因此，第一多个流体通路的子集中的局部流可通过由局部传感器布置测量局部温度值来控制，且第一多个流体通路中的全局流可通过由全局传感器布置测量全局温度和/或压力值来控制。
全局调整可描述为使得朝设置点过热或朝液体含量的不存在操作的调整，而局部调整可描述为用于使换热器内的温度差异均等的调整。执行两种调整以便优化换热器的性能。调整彼此互补，但也可单独作用。例如，一种***可包括局部传感器布置，且执行第一多个流体通路的局部调整，而不使用全局传感器布置和全局调整。此外，局部调整可通过除全局传感器布置之外的另一个布置来执行。
局部调整和全局调整的两个过程在其操作期间优选对于***连续地执行。因此，局部流和全局流连续地调整，由此换热器鉴于当前运行状态和操作任务连续地优化。因此，换热器变得更灵活，且适于不同的运行状态。换热器将以优化方式运行，而不管运行状态如何。
两个过程可在控制器中作为并行循环执行。
全局传感器布置可包括全局温度传感器和全局压力传感器。基于测得的全局温度值和测得的全局压力值，过热可通过控制器确定。两个全局传感器不必具有***内的相同位置。然而，可能优选的是，全局传感器布置基本上布置在相同位置，使得全局传感器在蒸发的第一流体的相同部分上测量。
假定全局传感器布置布置成测量全局温度和全局压力，则设置点过热值例如可为用作***中的第一流体的特定流体的过热。
作为备选，过热值可为以预定安全裕度调整的***中使用的特定流体的计算的过热。假如全局传感器布置布置成改为测量蒸发器中的任何液体含量的存在，则设置点过热值可以以"数字"方式处理，其中任何液体含量的存在为供应至蒸发流体通路的流体量对于完全蒸发过高的指示物，或作为备选，不存在任何液体含量是供应至流体通路的流体量不足且可增加的指示物。
作为备选，假如全局传感器布置布置成测量蒸发的流体中的任何液体含量的存在，则全局传感器布置可为至少一个全局温度传感器。全局温度传感器可用于确定如在测量周期内看到的降低全局温度的趋势，或用于确定如在测量周期内看到的不稳定的全局温度。降低全局温度的趋势和不稳定全局温度的两者可用作对控制器的输入，以确认蒸发流体中的任何液体含量的存在，因为液体含量(即，流体流为液相或混合的液/气相)将指出全局温度传感器上相比完全蒸发的干气态流体流的较低温度。该原理还适用于局部温度传感器，即，局部温度传感器可用于检测第一多个流体通路中的一个流体通路或流体通路的子集中的任何液体含量的存在。因此，局部传感器布置可在一些实施例中作用在其自身上，而没有全局传感器布置。
根据另一个方面，本发明涉及根据***的以上公开实施例中的任一者的***的使用。
根据另一个方面，本发明涉及用于根据上文公开的实施例中的任一者的***中的换热器的操作的动态控制的方法，该方法包括以下步骤：
a)通过多个喷射器布置将第一流体供应至第一多个流体通路的局部入口，且将第二流体供应至第二多个流体通路的局部入口；
b)通过局部传感器布置测量对应于在第一多个流体通路的局部出口附近流动的蒸发流体的局部温度的温度值；
c)将测得的温度值传输至控制器；
d)通过控制器确定测得的温度值之间的差异；
e)通过控制器基于确定的差异来确定由多个喷射器布置中的至少一个供应的流体的局部量的局部调整，以便使确定的差异均等，
f)通过控制器与多个喷射器布置的阀连通，以根据确定的局部调整来调整由多个喷射器布置中的至少一个供应的第一流体的局部量。
该方法还可包括以下步骤：确定由除喷射器布置中的该至少一个外的另一个供应的第一流体的局部量的补偿局部调整，以便保持多个第一通路中的第一流体的全局量不由局部调整影响。该方法还可包括以下步骤：通过控制器与多个喷射器布置的阀连通，以根据确定的补偿局部调整来调整由除多个喷射器布置中的该至少一个外的所述另一个供应的第一流体的局部量。
确定差异的步骤可包括确定测得的温度值的标准偏差。
该方法可在进一步包括全局传感器布置的***中执行，全局传感器布置包括全局温度传感器和全局压力传感器，其中该方法还包括以下步骤：
g)通过全局传感器布置测量第一全局出口下游的蒸发的第一流体的全局温度值和全局压力值；
h)将测得的全局温度值和测得的全局压力值传输至控制器；
i)通过控制器基于测得的全局温度值和测得的全局压力值确定过热值；
j)通过控制器确定所确定的过热值与设置点过热值之间的差异，或蒸发的第一流体中的任何液体含量的存在；
k)通过控制器确定达到设置点过热值所需的由多个喷射器布置供应的第一流体的量的全局调整；
l)通过控制器与多个喷射器布置的阀或全局阀连通，以根据确定的全局调整来调整由多个喷射器布置供应的第一流体的全局量。
步骤b)-f)和步骤g)-l)可并行执行。
步骤b)-f)和步骤g)-l)可连续执行。步骤b)-f)和步骤g)-l)可在控制器中作为并行循环执行。
结合***公开的特征和优点对于也与该方法相关的该方面有关。为了避免过度重复，参照了与***相关的以上方面。
附图说明
例如，现在将参照附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1示意性地示出了作为机械蒸气压缩***的现有技术的制冷回路。
图2示意性地示出了典型板式换热器的侧视图。
图3示意性地示出了图2的板式换热器的前视图。
图4示意性地示出了沿现有技术的板式换热器的边缘的截面。
图5示出了关于发明的***的制冷回路。
图6示出了用于将流体提供到第一多个流体通路中的喷射器布置。
图7-图9示出了本发明的不同实施例中的局部传感器布置的定位。
图10示出了根据本发明的一个实施例的用于控制换热器中的局部流的方法。
图11示出了用于控制换热器中的全局流的方法。
具体实施方式
换热器1通常可包括为制冷回路中的蒸发器。作为机械蒸气压缩***的现有技术的制冷***(见图1)通常包括压缩机51、冷凝器52、膨胀阀53和蒸发器54。回路还可包括布置在蒸发器的出口与压缩机的入口之间的压力传感器55和温度传感器56。此***的制冷循环在冷却剂以具有低压和具有低温的蒸发形式进入压缩机51时开始。在进入冷凝器52之前，冷却剂由压缩机51压缩至高压和高温蒸发状态。冷凝器52通过将热传递至较低温度的介质(诸如水或空气)来将高压和高温气体凝结成高温和高压液体。高温液体然后进入膨胀阀53，在该处，膨胀阀允许冷却剂进入蒸发器54。
膨胀阀53具有使冷却剂从高压侧到低压侧膨胀且将流微调的功能。为了使较高温度冷却，进入蒸发器中的流必须限于保持压力较低且允许蒸发回蒸发形式。膨胀阀53可由控制器57基于从压力传感器55和温度传感器56接收到的信号操作。信息可用于基于表示离开蒸发器54之后留在流体中的任何液体含量的所谓过热来指出蒸发器54的总体操作。
现在转到图2到图4，其中示出了板式换热器1的形式的蒸发器。将理解的是，换热器1可为任何类型，诸如板式换热器、管壳式换热器、螺旋换热器等。然而，本发明在在下文中论述为应用于板式换热器1，但本发明不限于此。
贯穿本申请，将使用用语局部和全局。如用于局部流量、局部温度、局部入口和局部出口的用语局部是指总体***的子集。例如，第一多个流体通路中的局部流量是指第一多个流体通路的子集(诸如第一多个流体通路中的一个流体通路)中的流量。另一个示例为各个流体通路具有局部入口和局部出口。还有另一个示例为第一流体的局部温度是指第一流体中的某个位置处的温度，诸如在第一多个流体通路中的一个流体通路中流动的第一流体的温度。
相反，用语全局是指总体***。例如，第一多个流体通路中的第一流体的全局流量是指蒸发器中的第一流体的总体流量。因此，通过调整全局流量，喷射器布置通过增加或减少流来调整至相等量。另一个示例在于，换热器具有全局出口，意思是来自第一多个流体通路的子集的局部流聚集成单个流的全局出口。还有另一个示例为第一流体的全局温度是指第一流体作为单个流流动的位置处的温度。
如图4中所示，板式换热器1包括板组P，其由并排提供的若干换热器板A、B形成。在公开的实施例中，换热器板包括两个不同的板，其在下文中是指第一换热器板A和第二换热器板B。
换热器板A、B以一种方式并排提供，使得第一流体通路3形成在各对相邻的第一换热器板A和第二换热器板B之间，且第二流体通路4形成在各对相邻的第二换热器板和第一换热器板A之间。因此，换热器包括第一多个流体通路3和第二多个流体通路4。
各个流体通路均具有局部入口41和局部出口42。各个局部入口和局部出口继而又可包括到形成流体通路的一对相邻的换热器板之间的空间的多个进口或从其出来的多个出口。因此，按照到流体通路的局部入口意思是到流体通路的一个或多个进口，且按照从流体通路出来的局部出口意思是从流体通路出来的一个或多个出口。
板组P还包括设在板组P的相应侧上的上端板6和下端板7。
如尤其从图3和图4清楚的那样，大致各个换热器板A、B均具有四个端口孔8。
端口孔8的第一个形成到第一多个流体通路(其包括第一流体通路3)的第一入口通道9，其大致延伸穿过整个板组P，即，所有板A、B和上端板6。端口孔8的第二个形成从第一多个流体通路出来的第一出口通道10，其也延伸穿过大致整个板组P，即，所有板A、B和上端板6。
端口孔8的第三个形成到第二多个流体通路(包括第二流体通路4)的第二入口通道11。端口孔8的第四个形成从第二多个流体通路出来的第二出口通道12。另外，这两个通道11和12延伸穿过大致整个板组P，即，所有板A、B和上端板6。
现在转到图5，将论述发明的***的第一实施例。该***包括板式换热器形式的蒸发器54。蒸发器54包括换热器板A、B，其构造成如上文结合图2-图4公开的那样。因此，蒸发器54包括第一多个流体通路3和第二多个流体通路4。
在图5中，第一多个流体通路由表示为3a和3b的第一流体通路代表。各个第一流体通路3a、3b具有局部入口和局部出口。蒸发器54具有全局入口和全局出口13。流体通路3a、3b布置成使得第一流体可通过蒸发器54从全局入口经由流体通路3a、3b供应到全局出口13。
蒸发器54的全局出口13经由管***15连接到压缩机51的入口14。压缩机51的出口16经由另一个管***17连接到冷凝器52的入口18。冷凝器52的出口19连接到多个喷射器布置25a、25b。在公开的实施例中，各个喷射器布置25a、25b均包括阀22a、22b和喷嘴27a、27b。
将理解的是，在其最容易的形式中，喷射器布置可由提供流体分配的阀构成。喷射器布置25a、25b连接到蒸发器54的第一多个流体通路中的第一流体通路3a、3b的一个或多个局部入口。因此，提供了闭合的循环***。
多个喷射器布置中的各个喷射器布置25a、25b(见图6)布置成将第一流体的流供应至第一流体通路3a、3b的局部入口，以用于在经由其全局出口13离开蒸发器54之前蒸发第一流体。作为备选，喷射器布置中的一个或多个可布置成将第一流体的流供应至第一多个流体通路中的一个以上的第一流体通路的局部入口。
不论如何布置喷射器布置25a、25b，优选的是，流基本上沿平行于穿过第一多个流体通路3的流动方向的方向。因此，可避免流体流的任何过度的再定向。在换热器为板式换热器的情况中，这意思是与第一换热器板和第二换热器板的总体平面平行。
在公开的实施例中，喷射器布置25a、25b的阀22a、22b定位在蒸发器54和构成其的板组P的外部，而喷射器布置25a、25b的喷嘴27a、27b布置成经由板组的壁部分中的蒸发器入口26a、26b延伸到蒸发器54的内部。
蒸发器入口26a、26b为通孔的形式，其具有从板组P的外部到板组的内部的延伸部，且更准确地是至第一多个流体通路的局部入口。通孔可通过塑料整形、通过切削或通过钻孔形成。用语塑料整形是指非切削塑料整形方法，诸如热钻孔。切削或钻孔可通过切削工具产生。其还可通过激光或等离子切削产生。
作为备选实施例，如上文所述，各个喷射器布置25a、25b可仅包括阀，其既控制流且又作用为喷嘴。因此，在其最简单的形式中，喷嘴27a、27b可省略，由此流体流可从通孔(未公开)或管(未公开)提供。
图6中公开了可能用于发明的***中的蒸发器的入口区域的截面。图4的实施例的入口通道9由接纳喷射器布置25a、25b的第一多个流体通路3中的各个第一流体通路替换。
将理解的是，各个喷射器布置25a、25b均可包括多个喷嘴，其中该多个喷嘴设有来自单个阀的流体。还将理解的是，各个喷射器25a、25b均可包括多个阀。
将理解的是，喷射器布置25a、25b的数目可少于第一流体通路3的数目。因此，各个喷射器布置可布置成将其第一流体流供应至第一流体通路3的一个以上的局部入口。这可通过将各个喷射器布置25a、25b布置在具有延伸越过两个或多个第一流体通路的直径的通孔中而变得可能，由此一样的喷射器布置25a、25b可将流体供应至第一多个流体通路3中的一个以上的流体通路。
参看图5，发明的***还包括局部传感器布置29，其包括局部温度传感器。在该图中，局部温度传感器由表示为31a和31b的局部温度传感器代表。
局部温度传感器31a、31b布置成测量对应于在第一多个流体通路3的局部出口附近流动的蒸发的第一流体的局部温度的温度值。按照用语附近意思是局部出口周围，即，其可鉴于第一流体在局部出口的上游或下游。局部温度传感器31a、31b应当定位成使得它们在流蒸发之后和在流与彼此混合以形成全局流之前测量第一流体的流。
局部温度传感器31a、31b可布置在通孔中，通孔具有从板组P的外部到板的内部的延伸。作为备选，局部温度传感器31a、31b可布置成仅在板外部或仅在内部。局部温度传感器31a、31b可通过例如附接到笛形装置而彼此分开布置或彼此连接布置，笛形装置沿对于第一多个流体通路3的局部出口共有的出口通道延伸。
将理解的是，测量对应于蒸发流体的局部温度的温度值意思是测量不需要直接在局部出口附近流动的第一流体上执行或与直接结合其执行。可如何测量温度的不同实施例将结合下文将论述的图7-图9公开。
局部温度传感器31a、31b可布置成结合一个或多个流体通路3a、3b来测量温度。作为备选，局部传感器31a、31b可布置成测量平均温度值。
局部传感器布置29不必布置成测量对应于所有第一多个流体通路3中的第一流体的局部温度的温度。例如，局部温度传感器31a、31b可布置成使得测量对应于在第一多个流体通路3中的每十对流体通路的局部出口附近流动的第一流体的局部温度的温度。
局部温度传感器31a、31b连接到控制器57。控制器57布置成与局部传感器布置29和与喷射器布置25a、25b的各个阀22a、22b连通。例如，控制器57可为P调节器、PI调节器或PID调节器。
通过局部传感器布置29，可确定换热器内的局部位置处的温度。局部传感器布置29的目的在于确定一个或数个第一流体通路3a、3b的局部出口中或附近的局部温度，以便允许确定和执行第一多个流体通路3中的第一流体的流的局部调整。
控制器57布置成接收来自局部传感器布置29的测得的局部温度值。控制器57确定测得的温度值之间的差异。一个或多个差异可基于单批测得的温度值确定。
基于确定的差异，控制器57确定由喷射器布置25a、25b中的至少一个供应的第一流体的局部量的局部调整。控制器57可基于从局部传感器布置29接收到的单批测得的温度值确定一个或多个局部调整。不同的喷射器布置25a、25b可调整至不同程度。
该差异可通过确定从局部传感器布置29接收的测得的温度值的标准偏差来确定。通过使用用于确定局部调整的标准偏差，抑制快速且粗糙的局部调整，使得调整过程变得更平滑和均匀。
将理解的是，控制器57不必使调整基于所有接收的测得的温度值。例如，控制器57可鉴于特定喷射器布置基于选择数目的测得的温度值(诸如对应于相邻喷射器布置的那些)或若干测得的温度值的平均值确定流中的调整。
执行局部调整，以便鉴于在局部出口附近流动的第一流体使任何温度差异均等。因此，关于局部调整的总体企图可看作是所有第一流体通路3将等同地贡献蒸发器的总体操作的企图。
例如，在已知的换热器中，如果在全局出口或全局出口13下游检测到液体含量，则调整全局流量。然而，全局流中的液体含量的存在可由单个流体通路或流体通路的子集中的局部溢流引起。通过测量局部温度且使在局部出口附近流动的第一流体中的温度之间的差异均等，仅调整引起液体含量的一个或多个特定流体通路中的局部流。
如果局部传感器31a、31b布置成直接地在第一多个流体通路3的局部出口附近的第一流体上测量，则局部流中的任何液体含量的存在可借助于局部传感器布置29检测。如果任何液体含量存在于局部温度传感器31a、31b附近，则液体物质将附着至传感器且从其蒸发。由于蒸发，影响的局部温度传感器31a、31b将测量低于来自局部温度传感器的温度值(其在完全蒸发的第一流体上测量)的温度值。
通过发明的***和方法，其中测得的局部温度值较低的一个或多个第一流体通路中的第一流体的量调整成使得供应至其的所有流体可变得蒸发，且因此，测得的温度值应朝其它第一流体通路的测得的局部温度值增加。
因此，按照本发明的***和方法，第一多个流体通路3可相比于已知技术更有效地使用。此外，通过优化多个第一流体通路3中的流，较高压力可在全局出口下游的全局流中实现。在诸如图5中所示的那样的***中，当供有较高压力时，压缩机51的效率提高。因此，整个***的效率可提升。
***还包括全局传感器布置28。在公开的实施例中，全局传感器布置28包括全局压力传感器30a和全局温度传感器30b。全局传感器布置28可布置在将蒸发器54的全局出口13与压缩机51的入口14连接的管***15中，且更准确是在蒸发器的全局出口13中或下游，但在压缩机51的入口14之前。
两个全局传感器30a、30b不必具有***内的相同位置。然而，优选的是，全局传感器布置28基本上布置在相同位置，使得全局传感器30a、30b在蒸发的第一流体的相同部分上测量。
还有可能将全局传感器布置28或其一部分布置在蒸发器54的出口通道(未公开)中。
全局压力传感器30a优选在使蒸发器54与压缩机51连接的管***15的差不多直的区段中布置在蒸发器54的全局出口13之后。取决于管***15的构造，一般来说，可能优选使全局压力传感器30a在管弯头之后的距离(对应于管的内径的至少十倍)且在管弯头之前的距离(对应于管的内径的五倍以上)布置。在一些实施例中，优选的是全局传感器布置28布置在压缩机51的入口14附近。
全局压力传感器30a布置成测量蒸发的第一流体的全局压力值，在下文中表示为测得的全局压力。
全局压力传感器30a例如可为具有从0到25巴范围的4到20mA的压力传感器。
全局温度传感器30b优选布置在管弯头之后的管***15中。优选的是，温度传感器30b布置成比蒸发器54的全局出口13更接近压缩机51的入口14。通过将温度传感器30b定位在管弯头之后，更有可能的是，蒸发的第一流体中的任何剩余的液体含量蒸发，同时遇到管弯头的壁，且从而被迫改变其流动方向。还存在通过从周围的过热流体流吸收热的剩余液体含量进行的蒸发。
全局温度传感器30b可为测量温度的标准温度传感器，在下文中表示为测得的温度。
关于全局压力和全局温度的测得的值传输至控制器57，其布置成基于确定的过热在全局水平上调节***。作为备选或此外，控制器57可使调节基于检测的液体含量的存在，其可由包括在全局传感器布置28中的至少一个温度传感器执行。
作为本领域中公知的物理参数，过热限定为当前温度与一般压力下(即，在没有留在液体中的任何液体含量时)的饱和温度之间的温差。过热对于给定流体和对于给定温度和压力是独特的。过热可在常规图表或表格中发现。
大体上，测得的温度越接近饱和温度，则***变得越有效。即，供应至换热器的流体的量完全蒸发且不一定过热。
然而，测得的温度越接近饱和温度，则其越接近以非蒸发流体淹没***，即，蒸发器不能蒸发供应的流体量。仅出于示范性目的，过热可认作是数字的，存在完全的蒸发而没有任何液体含量，或存在不完全的蒸发，其中液体含量包含在蒸发器下游的蒸发流中。
为了优化蒸发器的操作，期望具有尽可能低的过热。然而，由于压缩机对于液体含量敏感，且可由此破坏，故其常用实践是在设计蒸发***时使用一定程度的安全裕度。通常，现有技术的蒸发器的正常安全裕度为5°K，即，过热应当至少为5°K。然而，将理解的是，可选择安全阈值的另一个值。
以其最简单的形式，安全裕度认作是由蒸发器的预期使用决定的常数。然而，将理解的是，还期望使用尽可能低的安全裕度，因为存在尽可能接近饱和温度操作蒸发器的经济利益。在***的操作期间，该常数将用作设置点过热，即，目标值，蒸发器54的操作将朝其动态地控制。
因此，第一多个流体通路3中的第一流体的全局量调整成以便达到设置点过热，或以便除去任何液体含量的存在。全局调节用作对换热器内的局部流的局部调节的可选补充，换热器基于由局部传感器布置28测得的值控制。
因此，全局传感器布置28的目的在于确定蒸发的第一流体中的任何液体成分，或确定蒸发的第一流体的所谓的过热。测量结果传输至控制器57，其继而又确定第一多个流体通路3中的第一流体的流的全局调整。
因此，在一个实施例中，第一多个流体通路3的子集中的局部流通过由局部传感器布置29测量局部温度值来控制，且第一多个流体通路3中的全局流通过由全局传感器布置28测量全局温度和/或压力值来控制。
全局调整可描述为使得朝设置点过热或朝液体含量的不存在操作的调整，而局部调整可描述为用于使换热器内的温度差异均等的调整。两种调整均执行以便优化换热器的性能。调整彼此互补，但也可单独作用。例如，***可包括局部传感器布置29，且执行第一多个流体通路3的局部调整，而不使用全局传感器布置和全局调整。
局部调整且可选的全局调整优选在其操作期间对于***连续地执行。因此，局部流和可选的全局流连续地调整，由此换热器鉴于当前运行状态和操作负载连续地优化。因此，换热器变得更灵活，且适于不同的运行状态。不管运行状态如何，换热器将以优化方式运行。
两个过程可在控制器57中作为并行循环执行。
现在将参照图7-图9公开局部传感器布置的定位。在这些附图中，第一多个流体通路和第二多个流体通路均高度示意性地示出。
如前文所述，局部传感器布置布置成测量对应于在第一多个流体通路的局部出口附近流动的蒸发的第一流体的局部温度的温度值。因此，局部传感器布置29的传感器31a、31b可在局部出口附近流动的蒸发的第一流体上直接地或间接地测量。
大体上参看图7-图9，第一流体通过喷射器布置25a、25b供应至第一多个流体通路。穿过第一多个流体通路的第一流体的流由74指出。第二流体供应至第二多个流体通路。穿过第二多个流体通路的第二流体流由75指出。第二流体经由全局入口71进入换热器中，且经由全局出口72离开换热器。当流过相应的流体通路时，热在第一流体与第二流体之间传递。
现在将公开可如何布置局部传感器31a、31b的不同实施例。
作为第一示例，局部温度传感器31a、31b在图7中布置在第一多个流体通路的局部出口附近，且局部温度传感器31a、31b布置在换热器的壳体内。在该实施例中，第一多个流体通路的局部出口在从换热器出来的终止于全局出口76中的公共出口通道中推出。全局出口76对应于图3的第一出口通道10。在该实施例中，局部温度传感器31a、31b附接到沿公共出口通道延伸的笛形装置73。
作为第二示例，局部温度传感器31a、31b在图8中也布置在第一多个流体通路的局部出口附近，但改为在板组P的外部和换热器的壳体外侧的位置中。局部温度传感器31a、31b布置在位于壳体与公共出口之间的所谓的端口80a、80b中。
作为第三示例，局部温度传感器31a、31b在图9中布置在第二多个流体通路的局部出口附近。因此，在该实施例中，局部传感器未布置成与第一流体直接或甚至间接连接。然而，由发明人实现的是，存在介于在第二多个流体通路的局部出口附近流动的第二流体的局部温度与在第一多个流体通路的局部出口附近流动的第一流体的局部温度之间的关系。更准确地说，第二多个流体通路的局部温度反映第一流体的局部温度。第二多个流体通路处的测得的温度值因此可在该实施例中用于控制器中以用于确定局部调整，以便使测得的温度值之间的差异均等。
通过在第二流体上测量，可简化测量过程。首先，第二多个流体通路可在第二流体为水的情况下向传感器提供较为友好的环境。第二，可容易地将温度传感器布置在第二多个流体通路中而不影响流体。第三，在第二流体上测得的温度值可用于其它目的，诸如将关于流出的第二流体的温度的信息提供给使用者。
在第二流体上的测量可类似于局部传感器31a、31b的布置在布置成在第一流体上测量时(即，图7和8)的那样在换热器内或换热器外执行。
将理解的是，局部传感器布置可布置成直接地在流体上测量或间接地(诸如通过在流体在其中流动的热传导管道上测量)测量。
现在将参照图10来公开用于基于局部传感器布置的测量执行换热器的局部调整的根据本发明的一个实施例的方法。因此，换热器***具有与前文参照图5所述的相同的总体设计，由此将对其参照。
作为第一个步骤，供应第一流体和第二流体1001。第一流体通过多个喷射器布置供应至第一多个流体通路3。第二流体供应至第二多个流体通路4。
作为随后的步骤，测量对应于第一多个流体通路3的局部出口附近流动的蒸发的第一流体的局部温度的温度值1002。
作为随后的步骤，将测得的温度值传输1003至控制器57。
作为随后的步骤，确定1004测得的温度值之间的差异。例如，差异可通过确定测得的温度值的标准偏差来确定。
作为随后的步骤，确定1005局部调整。局部调整为由多个喷射器布置中的至少一个供应的局部流体量的调整，以便使确定的差异均等。一个或多个局部调整可基于同一批测得的温度值确定。例如，应用于第一喷射器布置的第一局部调整可与应用于第二喷射器布置和第三喷射器布置的第二局部调整一起确定。
该方法还可包括确定由未对其确定局部调整的其它喷射器布置供应的第一流体的局部量的补偿局部调整的步骤。作为以上示例的继续，可对于第四喷射器布置确定补偿局部调整。补偿局部调整确定成以便保持多个第一通路中的第一流体的全局量不由局部调整影响。全局量改为基于由全局传感器布置测得的值控制。
作为随后的步骤，局部调整从控制器57传送1006至影响的喷射器布置的阀。因此，由特定喷射器布置供应的第一流体的局部量根据确定的局部调整来调整。
补偿局部调整(如果有)也传送至影响的喷射器布置的阀。
该方法可在换热器中连续地执行。该方法还可与第一流体的流的全局量的全局调整并行执行。
全局调整方法将在下文中参照图11公开。因此，***具有与前文参照图5所述的相同的总体设计，由此将对其参照。
换热器的全局出口13下游的全局传感器布置28测量1101第一流体的全局流中的任何液体含量的存在或测量全局压力Pm和全局温度Tm。由全局传感器布置28生成的信号由控制器57接收1102。控制器可为P调节器、PI调节器或PID调节器。
控制器57评估1103接收的信号。
在测量任何液体含量的存在时，信号可在其最简单形式中为数字信号：1-未检测到液体含量；0-检测到液体含量。更具体而言，具有值1的信号指出了蒸发的流体具有对应于或高于过热的测得温度。类似地，具有值0的信号指出了蒸发的流体具有低于过热的温度。
作为备选，可通过首先将测得的全局压力值转换成饱和温度来确定过热且其次通过将测得的全局温度值与确定的饱和温度比较来证实过热。
作为随后的步骤，控制器57基于确定的液体含量或确定的过热来确定1104由多个喷射器布置供应的第一流体的适合的全局调整。
作为随后的步骤，控制器57与喷射器布置的阀或与全局阀连通，以根据确定的全局调整来调整全局流。全局阀可为布置在喷射器布置上游的主阀，该阀控制第一流体到所有喷射器布置的全部供应。
本发明已经描述为应用于为板式换热器的换热器。然而，将理解的是，本发明可适用于任何形式的蒸发器或换热器。
喷射器布置公开为布置在通孔中，通孔从板组的外部延伸到独立的流体通路中。将理解的是，这仅为一个可能的实施例。例如，喷射器布置可取决于蒸发器的设计延伸到任何入口端口等中。例如，这可由沿入口通道布置的笛形装置产生。
本发明大体上基于板式换热器描述，板式换热器具有第一板通路和第二板通路，以及允许两股流体流过的四个端口孔。将理解的是，本发明还可适用于在板通路的数目、端口孔的数目和待处理的流体的数目方面具有不同构造的板式换热器。
将理解的是，控制器还可用于其它目的，诸如对这样的制冷回路的控制。
本发明不限于公开的实施例，而是可在以下权利要求的范围内改变和修改，这在上文已经部分地描述。

Claims (15)

1.一种用于换热器的操作的动态控制的***，所述***包括换热器(1)、多个喷射器(25a,25b)、局部传感器布置(29)和控制器(57)，其中
所述换热器(1)包括第一全局出口(13)、第一多个流体通路(3)，各个流体通路包括局部入口(41)和局部出口(42)，以用于将第一流体在所述第一流体的蒸发期间经由所述第一多个流体通路(3)供应至所述第一全局出口(13)；
所述换热器(1)还包括第二全局出口、第二多个流体通路(4)，各个流体通路包括局部入口和局部出口，以用于将第二流体经由所述第二多个流体通路(4)供应至所述第二全局出口；
所述第一多个流体通路(3)和所述第二多个流体通路(4)彼此分开且并排布置，以便允许所述第一多个流体通路(3)中的第一流体与所述第二多个流体通路(4)中的第二流体之间的热交换；
各个喷射器(25a,25b)包括至少一个阀(22a,22b)，且各个喷射器(25a,25b)布置成将所述第一流体的流供应至所述第一多个流体通路(3)中的至少一个的局部入口(41)，
所述局部传感器布置(29)包括多个局部温度传感器(31a,31b)，其布置成测量对应于在所述第一多个流体通路(3)的局部出口附近流动的蒸发的第一流体的局部温度的温度值；
所述控制器(57)布置成确定从所述局部传感器布置(29)接收的测得的温度值之间的差异，且进一步布置成与所述多个喷射器(25a,25b)的阀(22a,22b)连通以调整由所述喷射器(25a,25b)中的至少一个喷射器供应的第一流体的局部量，以便使所确定的差异均等。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述局部传感器布置(29)中的多个局部温度传感器(31a,31b)布置在所述第一多个流体通路(3)的局部出口附近。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述局部传感器布置中的多个局部温度传感器(31a,31b)布置在所述第二多个流体通路(4)的局部出口附近。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的***，其特征在于，所述控制器(57)还布置成确定由除所述喷射器(25a,25b)中的所述至少一个喷射器以外的另一个喷射器供应的第一流体的局部量的补偿局部调整，使得所述第一多个流体通路(3)中的第一流体的全局量保持相同，且将所确定的补偿局部调整传送至除所述喷射器(25a,25b)中的所述至少一个喷射器以外的所述另一个喷射器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的***，其特征在于，所述控制器(57)布置成通过至少确定所测得的温度值的标准偏差来确定所述差异。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的***，其特征在于，所述第一流体为制冷剂，且所述第二流体包括水。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的***，其特征在于，所述控制器(57)为PI调节器或PID调节器。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的***，其特征在于，
所述***还包括全局传感器布置(28)，其布置成测量所述第一全局出口下游的蒸发的第一流体的全局温度和全局压力，或任何液体含量的存在；
所述控制器布置成与所述多个喷射器(25a,25b)的阀或与全局阀连通，以基于从所述全局传感器布置(28)接收的信息控制供应至所述第一多个流体通路(3)的第一流体的全局量，以便所述换热器(1)朝设置点过热值操作。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述全局传感器布置(28)包括全局压力传感器(30a)和全局温度传感器(30b)。
10.一种用于根据权利要求1至9中任一项所述的***中的换热器的操作的动态控制的方法，所述方法包括以下步骤：
a)通过所述多个喷射器将第一流体供应(1001)至所述第一多个流体通路的局部入口，且将第二流体供应至所述第二多个流体通路的局部入口；
b)通过所述局部传感器布置测量(1002)对应于在所述第一多个流体通路的局部出口附近流动的蒸发流体的局部温度的温度值；
c)将所测得的温度值传输(1003)至所述控制器；
d)通过所述控制器确定(1004)所测得的温度值之间的差异；
e)通过所述控制器基于确定的差异来确定(1005)由所述多个喷射器中的至少一个喷射器供应的流体的局部量的局部调整，以便使所确定的差异均等，
f)通过所述控制器与所述多个喷射器的阀连通(1006)，以根据所确定的局部调整来调整由所述多个喷射器中的至少一个喷射器供应的第一流体的局部量。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
确定由除所述喷射器的所述至少一个喷射器以外的另一个喷射器供应的第一流体的局部量的补偿局部调整，以便保持所述多个第一通路中的第一流体的全局量不由局部调整影响；以及
通过所述控制器与所述多个喷射器的阀连通，以根据确定的补偿局部调整来调整由除所述多个喷射器中的所述至少一个喷射器以外的所述另一个喷射器供应的第一流体的局部量。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，确定所述差异的步骤包括，确定所测得的温度值的标准偏差。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述***还包括全局传感器布置，其包括全局温度传感器和全局压力传感器，所述方法还包括以下步骤：
g)通过所述全局传感器布置测量(1101)所述第一全局出口下游的蒸发的第一流体的全局温度值和全局压力值；
h)将所测得的全局温度值和所测得的全局压力值传输(1102)至所述控制器；
i)通过所述控制器基于所测得的全局温度值和所测得的全局压力值确定(1103)过热值；
j)通过所述控制器确定(1103)所确定的过热值与设置点过热值之间的差异，或所述蒸发的第一流体中的任何液体含量的存在；
k)通过所述控制器确定(1104)达到所述设置点过热值所需的由所述多个喷射器供应的第一流体的量的全局调整，
l)通过所述控制器与所述多个喷射器的阀或与全局阀连通(1105)，以根据确定的全局调整来调整由所述多个喷射器供应的第一流体的全局量。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述步骤b)-f)和所述步骤g)-l)并行执行。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述步骤b)-f)和所述步骤g)-l)在所述控制器中作为并行循环连续地执行。
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