(57)【要約】【課題】重なり合って配置された、冷媒の複数の第１流路と、複数の第１流路間に配置され、端部に収集ボックスが取り付けられた、プロセス媒体の複数の第２流路と、を備えた、特に自動車の熱交換器の状態監視方法である。【解決手段】熱交換器に、熱交換器の歪みおよび動作パラメタ（ＢＰ）を検出する複数のセンサと、記憶ユニットと、が配置されており、センサによって動作パラメタを検出するステップと、記憶ユニットに測定値を記憶するステップと、熱交換器の特性値および記憶ユニットに記憶された測定値を分析ユニットにロードするステップと、分析ソフトウェアにより、分析ユニット内の前記測定値を評価するステップと、熱交換器の、更新された損傷値を計算するステップと、分析ユニットに、更新された損傷値を記憶するステップと、出力ユニットに、更新された損傷値を出力するステップと、を有する。さらに熱交換器が記載されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重なり合って配置された冷媒の複数の第１流路（２）と、前記複数の前記第１流路（２）間に配置され、端部に収集ボックス（５）を備えたプロセス媒体の複数の第２流路（３）と、を備えた、特に自動車の熱交換器（１）の状態監視方法であって、
前記熱交換器にかつ／または前記熱交換器内に、前記熱交換器（１）の動作パラメタおよび熱交換器の歪みを検出する複数のセンサ（７、８）と、記憶ユニット（６）と、が配置されており、以下の方法ステップ、すなわち、
・前記センサ（７、８）によって動作パラメタの測定値を検出するステップと、
・前記記憶ユニット（６）に前記測定値を記憶するステップと、
を有する方法において、
さらに別の方法ステップ、すなわち、
・前記熱交換器（１）の特性値および前記記憶ユニット（６）に記憶された前記測定値を分析ユニット（９）にロードするステップと、
・分析ソフトウェアにより、前記分析ユニット（９）内の前記測定値を評価するステップと、
・前記熱交換器（１）の、更新された損傷値を計算するステップと、
・前記分析ユニット（９）に、前記更新された損傷値を記憶するステップと、
・出力ユニット（１０）に、前記更新された損傷値を出力するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記熱交換器（１）の外部の中央検出ユニットに、前記更新された損傷値を伝送することを特徴とする、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記損傷値を計算する際に、現在測定した動作パラメタと、先行した測定の動作パラメタと、を比較することを特徴とする、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記熱交換器（１）の複数の測定個所で前記熱交換器（１）の歪みを求めることを特徴とする、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
動作パラメタとして、前記熱交換器（１）の複数の測定個所で前記熱交換器（１）の温度を求めることを特徴とする、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
動作パラメタとして、前記熱交換器（１）の複数の測定個所で、特に入口（１１）および出口（１２）で、前記熱交換器（１）内の圧力を求めることを特徴とする、
請求項１から５までのいずれか１項記載方法。
【請求項７】
動作パラメタとして、前記熱交換器（１）の複数の測定個所で、特に入口（１１）および出口（１２）で、前記熱交換器（１）内の前記プロセス媒体の温度を求めることを特徴とする、
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記熱交換器（１）の現在の全体損傷を求めるため、測定した前記動作パラメタおよび前記歪みに基づいて求めた個別損傷を足し合わせ、前記記憶ユニット（６）に記憶された前記熱交換器（１）の損傷値に加算することを特徴とする、
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
特に自動車の熱交換器（１）であって、
・重なり合って配置された冷媒の複数の第１流路（２）と、
・複数の前記第１流路（２）間に配置され、端部に収集ボックス（５）を備えたプロセス媒体の複数の第２流路（３）と、
・前記熱交換器（１）の動作パラメタ、特に温度および／または圧力および／または前記熱交換器（１）の歪みを検出する複数のセンサ（７、８、１３）と、
・記憶ユニット（６）と、
を有する熱交換器（１）において、
前記熱交換器（１）が、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を実施するように構成された分析ユニット（９）を有することを特徴とする、
熱交換器（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載された、熱交換器の状態監視方法および熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器を状態監視するために従来技術から公知であるのは、温度、圧力、流量などのような動作パラメタを検出するセンサを熱交換器に備え付け、現在の動作を制御するため、これらのセンサによって検出した動作パラメタを制御装置に供給することである。
【０００３】
このような方法は、実践において実証されている。
【０００４】
公知の方法および熱交換器において不利であるのは、前もって決定した持続時間の後、熱交換器にメンテナンスが行われるか、またはあらかじめ設定した動作持続時間に到達した際に熱交換器が交換されることである。
【０００５】
この際には、このような熱交換器が、前もって定めたその動作持続時間に到達する前に、動作中に損傷してしまい、これにより、熱交換器の修理または交換のための取り外しが必要になってしまうことが起こり得る。
【０００６】
このことの欠点は、熱交換器を装備した自動車などを引き続いて利用できるようにするため、ユーザが、１つまたは複数の交換ユニットをあらかじめ準備しておかなければならないことである。
【０００７】
さらに、例えば、負荷が少ないことに起因して、それまでに発生した熱交換器の損傷がまだ小さく、この熱交換器がまだ長時間にわたって、引き続いて利用できるのにもかかわらず、あらかじめ設定された動作時間が経過したことまたはあらかじめ設定された別のパラメタに起因して、熱交換器が手順通りに交換される場合も不利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、このような熱交換器の自然発生的に必要な交換をできる限りに回避することが可能であり、さらに改善された状態監視機能を備えた、熱交換器の状態監視方法を提示することである。
【０００９】
本発明の別の課題は、寿命がより正確に診断される熱交換器を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１の特徴的構成を備えた、熱交換器の状態監視方法と、請求項９の特徴的構成を備えた熱交換器と、によって解決される。
【００１１】
重なり合って配置された、冷媒の複数の第１流路と、複数の第１流路間に配置され、端部に収集ボックスが取り付けられた、プロセス媒体の複数の第２流路とを備えた、特に自動車の熱交換器の状態監視方法であって、熱交換器内に、熱交換器の歪みおよび動作パラメタを複数の測定個所において検出する複数のセンサと、記憶ユニットと、が配置されている、本発明による、熱交換器の状態監視方法は、以下の方法ステップを有する。すなわち、
・センサによって熱交換器の歪みおよび／または動作パラメタの測定値を検出するステップと、
・記憶ユニットに測定値を記憶するステップと、
・熱交換器の特性値および記憶ユニットに記憶された測定値を分析ユニットにロードするステップと、
・分析ソフトウェアにより、分析ユニット内の測定値を評価するステップと、
・熱交換器の、更新された損傷値を計算するステップと、
・分析ユニットに、更新された損傷値を記憶するステップと、
・出力ユニットに、更新された損傷値を出力するステップと、
を有する。
【００１２】
このような状態監視方法の利点は、このような熱交換器の次回のメンテナンスまたは交換が、動作時に検出した動作パラメタによって動作時に監視され、また熱交換器の動作モードによって影響されて、熱交換器の損傷値もしくはこの損傷値から求めた寿命診断が連続して更新されることである。
【００１３】
これにより、熱交換器の損傷値を動作モードに常に適合させ、適時かつ時期を早めることなく、熱交換器のメンテナンスまたは交換が推奨される信号を出力することができる。
【００１４】
本発明の有利な変形実施形態は、従属請求項の対象である。
【００１５】
本発明による方法の有利な一変形実施形態によれば、熱交換器の外部の中央検出ユニットにそれぞれ更新された損傷値を伝送する。
【００１６】
この中央検出ユニットは、熱交換器が組み込まれた自動車の制御部であってよく、これにより、自動車制御部の表示を介して、熱交換器の損傷値を検出して表示することができる。
【００１７】
このような中央検出ユニットを熱交換器のメーカに準備しておくことも考えられ、この中央検出ユニットでは、測定した値および現在の損傷値を検出し、例えば、次の点でさらに評価することができる。
【００１８】
対応して収集された大きなデータプールでは、例えば、熱交換器に対する最適化の可能性を導出するために統計的な評価を導出することができる。
【００１９】
別の有利な一変形実施形態によれば、損傷値を計算する際に、測定した現在の動作パラメタと、先行した測定の動作パラメタと、を比較する。
【００２０】
これにより、例えば、変化した動作パラメタ値から、熱交換器の寿命に影響を及ぼす、場合によって発生している、熱交換器の損傷を推定することができる。
【００２１】
本発明による熱交換器は、重なり合って配置された、冷媒の複数の第１流路と、複数の第１流路間に配置され、端部に収集ボックスが取り付けられた、プロセス媒体の複数の第２流路と、熱交換器の材料温度および／または歪みおよび／または特に温度および／または圧力である動作パラメタを検出する複数のセンサと、を有する。
【００２２】
熱交換器は、上で説明した方法を実行するように構成された分析ユニットを有する。
【００２３】
以下では、添付の図面に基づき、本発明の実施例を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】熱交換器の実施例の概略斜視図である。
【図２】本発明による方法の例示的な流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の図の説明において、上下左右前後などの用語は、熱交換器、流路、収集ボックス、記憶ユニット、分析ユニットなどの、それぞれの図において選択された例示的な描画および位置だけに関連している。これらの用語は、制限的なものと理解すべきでない。すなわち、さまざまな動作位置または鏡映対称の設計などにより、これらの関係は、変化し得る。
【００２６】
図１では、参照符号１で、本発明による熱交換器の一実施形態全体が示されている。
【００２７】
ここでは、熱交換器１は、実質的に、重なり合って配置された、冷媒を通流させる複数の第１流路２と、第１流路２間に配置され、端部に収集ボックス５が取り付けられ、例えば、冷媒、オイルまたは空気、特に圧縮空気などのプロセス媒体を通流させる複数の第２流路３と、から成る。
【００２８】
熱交換器１は、さらに、温度、圧力のような動作パラメタおよび熱交換器の歪みを検出するのに使用される複数のセンサ７、８、１３を有する。
【００２９】
したがって、例えば、温度センサは、冷媒もしくはプロセス媒体の温度および第２流路３の材料温度を検出可能な流路２、３にまたは流路２、３内に配置されている。
【００３０】
同様に流路２、３には、好適には、それぞれの流路２、３におけるその都度の現在の圧力を検出可能な圧力センサが配置されている。
【００３１】
入口管片１１および出口管片１２における類似のセンサにより、入口温度および出口温度ならびにプロセス媒体の圧力を検出可能である。
【００３２】
すべてのセンサは、測定したデータの記録および記憶に使用される記憶ユニット６に接続されている。
【００３３】
記憶ユニット６は、分析ユニット９に接続されている。分析ユニット９は、有利には、プログラム可能なプロセッサを有する。この分析ユニットに有線または無線で接続されているのは、後でさらに詳しく説明する完全損傷ファクタＫ（Ｄ）に基づき、プロセッサにおいて求めた結果を出力する出力ユニット１０である。
【００３４】
プロセッサは、有利には、熱交換器において測定したデータと、例えば、熱交換器１の構成部材の材料特性量などのような、記憶ユニットに前もって記憶されている、熱交換器１の確定したパラメタと、から、熱交換器１の更新された寿命値もしくは完全損傷ファクタＫ（Ｄ）を計算するようにプログラムされている。
【００３５】
図２に示した例示的な流れ図に基づき、本発明よる方法の実施変形形態を説明する。
【００３６】
方法ステップＳ１では、熱交換器１の動作を識別した後、熱交換器１の材料温度および歪みｅｊならびに現在の動作パラメタＢＰｉを複数の測定個所で検出するセンサ７、８、１３を起動する。
【００３７】
図１では、例示的にこのようなセンサ７、８、１３がそれぞれ略示されている。このようなセンサ７、８、１３は、好適には、熱交換器１の複数の個所に配置されている。ここでは、動作パラメタならびに歪みおよび材料温度毎に別のセンサを使用することが考えられる。複数の測定量を検出するのに適したセンサを使用することも考えられる。
【００３８】
方法ステップＳ２では、動作持続時間ｔにわたって検出した動作パラメタおよび／または歪みが、記憶ユニット６に記憶される。
【００３９】
方法ステップＳ３では、記憶された動作パラメタ曲線が、分析ユニット９にロードされる。
【００４０】
付加的には、熱交換器１の確定している別の特性値が分析ユニット９にロードされる。
【００４１】
分析ユニットでは、まず、熱交換器の動作持続時間中に実行された個数のサイクルＺ１、…、ｋと、これらのサイクルのサイクル時間Δｔ１、…、Δｔｋと、が特定される。このようなサイクルＺは、測定された動作パラメタＢＴもしくは歪み値ｅの、１つの最大値ＭＡＸによって互いに隔てられた２つの最小値ＭＩＮによって定められる。
【００４２】
方法ステップＳ４では、プロセッサに記憶された処理ソフトウェアを用いて、測定した動作パラメタＢＴおよび歪みｅの評価が行われ、これにより、熱交換器１の記憶された損傷値が、測定された動作パラメタＢＴと、ステップＳ３において行われた分析と、に基づいて更新されることになり、次にこの更新された損傷値が、分析ユニット９に再度記憶される。
【００４３】
さらに、これらのサイクルＺ１、…、ｋのそれぞれの損傷パラメタＳＰが求められる。なぜなら、これが、熱交換器１の負荷に作用するからである。
【００４４】
評価の際には、ＳＰヴェーラー曲線を用いて、個々のサイクルＺ１、…、ｋが評価され、これにより、これらのサイクルから生じた、熱交換器１の損傷が求められる。
【００４５】
ヴェーラー曲線とは、耐久試験において、ここでは熱交換器である検査対象の完全損傷に到達するまでの動作パラメタ変動のサイクル数が特定される線図であると理解される。ヴェーラー曲線は、このため、あらかじめ、実験室試験において求められる。
【００４６】
ここで説明している分析では、求めた損傷パラメタＳＰＺａから、損傷パラメタ・ヴェーラー曲線を用いて、サイクルのそれぞれの境界数ＮＺａを特定し、次にこの境界数ＮＺａから、サイクルＺａ中の熱交換器１の損傷ΔＤ（Ｚａ）、すなわち複数の測定個所のそれぞれにおけるそれぞれの部分損傷を求める。
【００４７】
次に、この損傷ΔＤ（Ｚａ）は、すべてのサイクルに対し、実行した測定の時間に対する全体損傷値ΔＤ（Ｍ）に足し合わされる。
【００４８】
ステップＳ５では、熱交換器１の損傷の累算および現在の全体損傷Ｄ（全体）新の評価が行われ、ステップＳ４において求めた全体損傷値ΔＤ（Ｍ）が、測定の開始前に記憶装置６に記憶されていた損傷値Ｄ（全体）旧に加算される。
【００４９】
熱交換器１のユーザにとって重要であるのは、最終的に、現在の全体損傷Ｄ（全体）新に対する値の、最大許容全体損傷Ｄ（全体）による商によって定められる、実際の動作における、熱交換器１に対する完全損傷ファクタＫ（Ｄ）である。
【００５０】
ここで、この許容全体損傷Ｄ（全体）は、熱交換器１のユーザが決定することも可能であり、有利には、例えば０．５と１との間にあり、ただし１は、熱交換器１の完全損傷を意味する。
【００５１】
熱交換器１の外部の中央検出ユニットにそれぞれ更新された完全損傷ファクタＫ（Ｄ）を伝送できるようにするため、例えば、ケーブル接続またはデータを無線で伝送する送信ユニットの形態で、データ交換ユニットを分析ユニット９に設けることも考えられる。
【００５２】
中央検出ユニットとして、例えば、熱交換器１が組み込まれた自動車の制御ユニットを使用することができ、これにより、例えば、この中央検出ユニットの状態表示を介して、常に自動車のドライバに、熱交換器１の現在の寿命についての情報を伝えることができる。
【００５３】
ステップＳ６に示したように、求めた完全損傷ファクタＫ（Ｄ）に依存して、熱交換器１のユーザもしくは顧客に、簡略化された通知を出力することも考えられ、ここでは、完全損傷ファクタＫ（Ｄ）が、ユーザによって特定された、例えば０．８５の許容最小値［ｋ（Ｄ）ｍｉｎ］と、例えば０．９８の許容最大値［ｋ（Ｄ）ｍａｘ］と、の間にある場合に、警告通知が出力され、最大値［ｋ（Ｄ）ｍａｘ］を上回った際に、熱交換器１の交換のための要求が出力される。
【００５４】
例えば、熱交換器のメーカにおいて、このような中央検出ユニットを設けることも考えられる。
【００５５】
これにより、例えば、中央検出ユニットに伝送されるデータに基づいて、データプールが十分に大きい場合に、特に、それぞれの熱交換器の、またはこのような熱交換器の製品シリーズの最適化の可能性を導出できるようにするため、例えば、このデータプールの統計的な評価を行うことも可能である。
【００５６】
センサによる動作パラメタの相前後して続く検出過程において、個々の値が目標値から偏差するか、または相前後して続く測定過程において、測定値が互いに偏差する場合には、特に、熱交換器の損傷の可能性を推定することができる。
【００５７】
測定の際に検出されたこのような損傷は、次に更新された寿命の計算に算入される。
【符号の説明】
【００５８】
１  熱交換器
２  第１流路
３  第２流路
４  薄片
５  収集ボックス
６  記憶ユニット
７  センサ
８  センサ
９  分析ユニット
１０  出力ユニット
１１  入口
１２  出口
ＷＡＴ  熱交換器
ＢＰ  熱交換器におけるプロセス媒体および冷媒に対する動作パラメタ（例えば、圧力、温度、質量流量）
ｅ  熱交換器の種々異なる測定個所における歪みおよび材料温度
ＢＰｉ  熱交換器におけるプロセス媒体および冷媒に対するｉ番目の動作パラメタ、ただしｉ＝１、…、ｎ
ｅ(ｊ)  熱交換器のｊ番目の測定個所における歪み、ただしｊ＝１、…、ｍ
Ｍｔ  実際の動作時の熱交換器における現在の測定
ｔ  時間
ＭＡＸ  測定Ｍｔ中の各サイクルにおいて測定した動作パラメタおよび歪みの最大（上限）値
ＭＩＮ  測定Ｍｔ中の各サイクルにおいて測定した動作パラメタおよび歪みの最小（下限）値
Ｚ１、…、Ｚｋ  測定Ｍｔ中のサイクル
Δｔ１，…、Δｔｋ  測定Ｍｔ中のサイクルに対するサイクル時間
ＳＰ  ヴェーラー曲線に対する損傷パラメタ
Ｎ（Ｚａ）  サイクル数
ＳＰ（Ｚａ）  サイクルＺａ中の負荷に起因する、熱交換器に対する損傷パラメタ
［Ｎ（Ｚａ）］  サイクルＺａ中の負荷における最大許容サイクル数
ΔＤ（Ｚａ）  サイクルＺａ中の負荷に起因する熱交換器の損傷
ΔＤ（Ｍ）  現在の測定Ｍｔ中の熱交換器の損傷
Ｄ（全体）旧  現在の測定Ｍｔの前の熱交換器の全体損傷
Ｄ（全体）新  現在の測定Ｍｔの後の熱交換器の更新された全体損傷
ｋ（Ｄ）  実際の動作における熱交換器に対する完全損傷ファクタ
［Ｄ（全体）］  熱交換器の最大許容全体損傷
［ｋ（Ｄ）ｍｉｎ］  熱交換器に対する最小許容完全損傷ファクタ
［ｋ（Ｄ）ｍａｘ］  熱交換器に対する最大許容完全損傷ファクタ
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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