热交换器和泄漏检测系统
技术领域
本主题大体涉及热交换器和用于热交换器的泄漏检测系统。
背景技术
热交换器系统通常使用两种或更多种热连通的工作流体起作用。但是，工作流体可能需要流体分离。通常，工作流体可能是不相容的，挥发性的，或者如果混合则不合需要。不能分离流体可能会使热交换器系统或热交换器所附接的系统显著恶化或损坏。因此，需要一种热交换器和泄漏检测系统，其可以检测泄漏或减轻工作流体的混合。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
本公开的一个方面涉及一种用于热交换和泄漏检测的系统。该系统包括热交换器，该热交换器包括限定包含第一流体的第一通道的第一壁。包含泄漏检测介质的泄漏检测外壳限定在第一壁和围绕第一壁的第二壁之间。
在一个实施例中，泄漏检测介质包括流体。流体限定的压力大于第一流体或围绕第二壁的第二流体。
在各种实施例中，该系统还包括设置在泄漏检测外壳处的传感器。在一个实施例中，传感器限定电阻传感器或电导率传感器。在其他各种实施例中，传感器限定压力传感器。在一个实施例中，传感器在第一通道处联接到阀。该阀限定在泄漏检测外壳的压力阈值处或之上的第一位置和在泄漏检测外壳的压力阈值之下的第二位置。在另一个实施例中，传感器在第三壁和第二壁之间限定的第二通道处联接到阀。该阀限定在泄漏检测外壳的压力阈值处或之上的第一位置和在泄漏检测外壳的压力阈值之下的第二位置。在又一个实施例中，传感器在泄漏检测外壳处限定振动测量传感器。
在一个实施例中，泄漏检测介质限定大约3.50×107或更大的电导率。
在各种实施例中，泄漏检测介质限定流体。在一个实施例中，该系统还包括设置在第一通道或第二通道中的一个或多个处的传感器。传感器构造成检测第一通道处的第一流体处或第二通道处的第二流体处的泄漏检测介质。在一个实施例中，泄漏检测介质包括惰性气体或液体。
本公开的另一方面涉及一种热交换器和泄漏检测系统。该系统包括第一壁，第一壁限定包含第一流体的第一通道和围绕第一壁的第二壁。泄漏检测介质位于第一壁和第二壁之间限定的泄漏检测外壳中。该系统还包括被构造为执行操作的一个或多个控制器。操作包括使第一流体流过第一通道；使与第二壁热连通的第二流体流动；和经由泄漏检测外壳处的传感器获取指示泄漏检测介质与第一流体或第二流体中的一个或多个之间的流体连通的信号。
在各种实施例中，操作还包括：经由传感器，获取泄漏检测外壳处的第一泄漏检测值；经由传感器，获取泄漏检测外壳处的第二泄漏检测值；经由控制器，至少基于所获取的第一泄漏检测值和第二泄漏检测值，来确定泄漏检测外壳处的泄漏检测值的变化；经由控制器，至少基于所获取的第一泄漏检测值和第二泄漏检测值，来确定泄漏检测外壳处的泄漏。
在一个实施例中，确定泄漏检测外壳处的泄漏检测值的变化包括在一定时间段内将第二泄漏检测值与第一泄漏检测值进行比较。
在另一个实施例中，操作还包括将泄漏检测介质加压到泄漏检测外壳处的压力大于第一通道和第二通道处的压力。
在该系统的一个实施例中，操作还包括：经由设置在第一通道处的第一通道传感器，获取第一通道处的第一泄漏检测值；经由设置在第二通道处的第二通道传感器，获取第二通道处的第二泄漏检测值；经由泄漏检测传感器，获取泄漏检测外壳处的泄漏检测值的变化；经由控制器，至少基于第一泄漏检测值和第二泄漏检测值之间的差异，来确定第一通道，第二通道和泄漏检测外壳中的一个或多个处的泄漏，每个差异均为泄漏检测外壳处的泄漏检测值的变化。
在另一实施例中，获取指示泄漏检测介质泄漏到第一通道和/或第二通道中的信号包括测量泄漏检测介质处的电阻或电导率的变化。
在又一个实施例中，获取指示泄漏检测介质泄漏到第一通道和/或第二通道中的信号包括测量泄漏检测介质处的振动测量值的变化。
在又一个实施例中，操作还包括基于从传感器获取的信号调节热交换器的操作状态。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1-7是热交换器和泄漏检测系统的示例性实施例的示意性横截面视图；
图8是关于图1-7示出和描述的系统的示例性实施例的示意图；
图9-10是根据图1-8的系统的热交换器的示例性实施例的剖面立体图；
图11是概述用于在热交换器系统处进行泄漏检测的方法的示例性步骤的流程图；和
图12是热发动机的示例性实施例，在该热发动机处可以设置关于图1-11示出和描述的系统和方法的示例性实施例。
在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
本文所述的近似项可包括基于本领域中使用的一个或多个测量装置的余量，例如但不限于测量装置或传感器的满量程测量范围的百分比。或者，本文所述的近似项可包括大于上限值的上限值的10％或小于下限值的下限值的10％的余量。
大体提供热交换器和泄漏检测系统，以及用于泄漏检测的方法的实施例，其可以检测泄漏或减轻工作流体的混合。该系统通常包括设置在热交换器中的工作流体之间的泄漏检测介质。在封闭泄漏检测介质的第一壁或第二壁中的一个或多个处的裂缝，破裂或其他故障可以减轻工作流体之间的泄漏或流体连通。泄漏检测介质通常可以经由检测压力，电阻率或电导率，振动或声学，或一个或多个其他合适的测量参数的变化的一个或多个传感器，来检测工作流体的泄漏和/或第一壁或第二壁的故障。
现在参考附图，图1是根据本公开的方面的示例性热交换器和泄漏检测系统90(下文中，“系统90”)的示意图。系统90可以是用于陆基，空基或海基系统或设施的热发动机或热交换器系统的一部分。这种系统或设施可包括但不限于液体或气体热交换器，包括燃料，空气，润滑剂，液压流体或用于航空，宇航或航天系统，发电系统，核系统，医疗系统和科学设备测量系统(例如，磁共振成像，光谱学，低温学等)的气体工作流体，或其他热交换器安全关键系统。
参考图1，系统90包括热交换器100，热交换器100包括第一壁110，第一壁110限定包含第一流体101的第一通道105。包含泄漏检测介质103的泄漏检测外壳115限定在第一壁110和围绕第一壁110的第二壁120之间。第二流体102至少部分地围绕第二壁120。第二流体102通过泄漏检测介质103与第一流体101热连通。第一流体101和第二流体102各自限定工作流体，使得能够彼此进行热交换。
现在参照图2，在各种实施例中，关于图1大致描绘的热交换器100还可包括围绕第二壁120的第三壁130。第三壁130和第二壁120可以一起在其间限定至少部分地包含第二流体102的第二通道125。构件135可以将第三壁130和第二壁120联接在一起。例如，构件135可以限定在第三壁130和第二壁120之间延伸的基本矩形，圆形，卵形，多边形等的柱状物或柱形物。作为另一个例子，构件135可以限定围绕第二壁120至少部分地周向延伸的壁(图9-10)。构件135可以将第二通道125限定为围绕第二壁120大致周向延伸的多个腔室(例如，关于图9-10所示)。构件135可以基本上周向地围绕第二壁120延伸并且进一步至少部分地沿着纵向方向延伸，以便限定围绕第二壁120的螺旋形第二通道125(图9-10)。
参考图1-2，在系统90的正常操作(即，不泄漏)期间，第一壁110封闭第一通道105内的第一流体101，第一流体101与泄漏检测外壳115、其中的泄漏检测介质103、和/或第二流体102流体地分离。另外，在正常操作期间，第一壁110和第二壁120一起将泄漏检测介质103封闭在泄漏检测外壳115内，以便与第一流体101和第二流体102分离。此外，在正常操作期间，第二壁120将第二流体102与泄漏检测介质103和泄漏检测外壳115分离。
在各种实施例中，泄漏检测介质103限定流体。在一个实施例中，限定流体的泄漏检测介质103以大于第一流体101，第二流体102或两者的压力封闭在泄漏检测外壳115内。在另一个实施例中，限定流体的泄漏检测介质103能够在大于第一流体101，第二流体102或两者的压力下在由泄漏检测外壳115至少部分地限定的回路中流动。因此，在系统90的不利操作期间，例如第一流体101和泄漏检测介质103之间的流体连通或第二流体102和泄漏检测介质103之间的流体连通(例如，第一壁110和/或第二壁120的破裂，破损或其他故障)，泄漏检测介质103通常可以从高压泄漏检测外壳115流入第一通道105或第二通道125。
现在参考图2-3，关于图1-2描绘的系统90的各种实施例还包括设置在泄漏检测外壳115处的传感器140。传感器140通常测量，计算，计量或以其他方式获取和/或传输信号，在150处以图形方式示出，该信号指示泄漏检测介质103与第一流体101或第二流体102中的一个或多个之间的流体连通。系统90还至少基于从传感器140获取的信号的变化或差异，来确定泄漏检测外壳115处是否存在泄漏(例如，经由第一壁110或第二壁120处的泄漏，破损，损坏，裂缝等)。
在一个实施例中，传感器140限定压力传感器。例如，限定压力传感器的传感器140通常确定，测量，计算，计量或以其他方式获取和/或传输限定流体的泄漏检测介质103的压力值。限定压力传感器的传感器140在泄漏检测外壳115处获取多个压力值。
在各种实施例中，限定压力传感器的传感器140各自在泄漏检测外壳115处获取第一压力值和第二压力值。系统90至少基于所获取的第一压力值和第二压力值确定泄漏检测外壳115处的压力的变化或Δ压力。在一个实施例中，获取第二压力值是在从获取的第一压力值开始的时间段内。将第二压力值和第一压力值相对该时间段进行比较，以确定该时间段内的压力变化。例如，第一壁110和/或第二壁120处的泄漏可以经由在相对于第一压力值的该时间段内第二压力值处的压力降低来指示。作为另一个例子，泄漏检测介质103通常可以作为基本上静止的流体包含在泄漏检测外壳115内。传感器140可以获取泄漏检测外壳115中的泄漏检测介质103的静态压力值，并比较该时间段内的压力值的变化。
现在参考图4-5，在关于图1-3大致描述的系统90的另一个实施例中，经由设置在系统90的上游端99和下游端98的多个传感器140获取第二压力值和第一压力值。例如，系统90可包括靠近上游端99设置的上游传感器141和靠近下游端98设置的下游传感器142。
参考图4，传感器141,142可以设置在泄漏检测外壳115处，以获取限定流过泄漏检测外壳115的流体的泄漏检测介质103的Δ压力值。例如，系统90可以相对于经由上游传感器141的第一压力值在一定距离上经由下游传感器142获取第二压力值，以便确定传感器141,142之间跨越该距离的压力损失。系统90还在一时间段内获取第二压力值和第一压力值，例如连续或间歇采集，或趋于确定第二压力值和第一压力值之间的Δ压力是否在该时间段内变化。
参考图5，系统90被构造为基本上类似于关于图1-4所示和所述的系统。在图5中，多个传感器140设置在第一通道105或第二通道125中的一个或多个处。例如，系统90可包括上游第一通道传感器143和下游第一通道传感器144，每个传感器设置在第一通道105处。作为另一示例，系统90可包括上游第二通道传感器145和下游第二通道传感器146，每个传感器设置在第二通道125处。第一通道传感器143,144获得限定流过第一通道105的流体的第一流体101的Δ压力值。第二通道传感器145,146获得限定流过第二通道125的流体的第二流体102的Δ压力值。例如，系统90可以相对于经由上游传感器143,145的第一压力值在一定距离上经由下游传感器144,146获取第二压力值，以便确定在各对第一通道传感器143,144和第二通道传感器145,146之间跨越该距离的压力损失。系统90还在一定时间段内获取第二压力值和第一压力值，例如连续或间歇采集，或趋于确定第二压力值和第一压力值之间的Δ压力是否在该时间段内变化。
在各种实施例中，传感器140,141,142,143,144,145,146可经由延伸到第二壁120的构件135设置在第一通道105，第二通道125或泄漏检测外壳115中的一个或多个处。参照图5，在一个实施例中，构件135可以进一步延伸到第一壁110，以便将传感器140,141,142,143,144,145,146布置到第一通道105。构件135通常可以使导线或其他通信设备从传感器140进入到控制器，该控制器被构造为接收和/或传输来自传感器140的信号并执行操作。
现在参考图1-5，在各种实施例中，泄漏检测介质103可以在大约20摄氏度下限定大约3.50×107或更大的电导率。例如，泄漏检测介质100可以限定一种或多种材料，包括但不限于铝，金，铜，银或其组合。应当理解，可以基于不同的温度来增加或减少电导率的测量值。在一个实施例中，传感器140限定电阻传感器或电导率传感器。例如，在系统90的正常操作期间，传感器140获取指示泄漏检测介质103的第一电阻或电导率的信号。在系统90的不利操作期间，传感器140获取指示泄漏检测介质103的第二电阻或电导率的信号。第二电阻或电导率通常可指示第一流体101或第二流体102泄漏到泄漏检测外壳115中而改变泄漏检测介质103的电阻或电导率。
仍然参考图1-5，在更多实施例中，传感器140可以在泄漏检测外壳115处限定振动测量传感器。例如，传感器140可以限定加速度计或声学测量装置。在系统90的正常操作期间，传感器140获取指示泄漏检测外壳115处的第一振动测量值的信号。在系统90的不利操作期间，传感器140获取指示泄漏检测外壳115处的第二振动测量值的信号。泄漏检测外壳115处的第二振动测量值通常可指示泄漏检测介质103从泄漏检测外壳115泄漏到第一通道105或第二通道125中的一个或多个中。
另外或替代地，泄漏检测外壳115处的第二振动测量值通常可指示第一流体101或第二流体102泄漏到泄漏检测外壳115中。此外，传感器140可以基于上游端99和下游端98之间的泄漏在第一通道105，第二通道125或两者处获取信号，以指示振动测量值的变化。例如，上游传感器141,143,145中的一个或多个可以获取第一振动测量值，并且下游传感器142,144,146中的一个或多个可以获取第二振动测量值，例如关于图5所示和所述的。系统90可以比较第二测量值和第一测量值以确定泄漏检测外壳是否存在泄漏。系统90可以进一步比较第二测量值和第一测量值以确定泄漏是在第一通道105，第二通道125还是两者。
参考图5，在一个实施例中，传感器140可以设置在第一通道105或第二通道125中的一个或多个处，以获取指示泄漏检测介质103泄漏到第一通道105或第二通道125中的信号。在一个实施例中，传感器140可以限定设置在第一通道105或第二通道125中的一个或多个处的气体检测传感器，以指示泄漏检测介质103泄漏到第一通道105或第二通道125中。例如，限定气体检测器的传感器140可以更具体地限定电化学气体检测器。限定电化学气体检测器的传感器140可包括化学反应性半导体传感器。化学反应性半导体可包括基于氧化锡的传感器，其中由于存在与第一通道105中的第一流体101或第二通道125中的第二流体102混合的泄漏检测介质103而改变电阻。
作为另一示例，在一个实施例中，限定气体检测传感器的传感器140可以进一步限定一种或多种类型的光谱仪。限定光谱仪的传感器140可以进一步限定质谱仪，光学光谱仪，成像光谱仪或适合于检测流体101,102中的泄漏检测介质103的另一光谱仪中的一个或多个。
在各种实施例中，泄漏检测介质103可以限定基本上包括惰性或稀有气体或液化形式的惰性气体的流体。惰性或稀有气体可包括氩气，氦气，氙气，氖气，氪气，氡气或气奥(Oganesson)，或其组合。传感器140可以限定惰性或稀有气体传感器，以便检测第一通道105或第二通道125中的泄漏检测介质103的量，例如传感器140的一个或多个前述实施例。
现在参考图6-7，关于图1-5示出和描述的系统90还可包括联接到传感器140的阀160。阀160在泄漏检测外壳115的压力阈值处或之上限定第一位置。阀160还在泄漏检测外壳115处限定低于压力阈值的第二位置。在一个实施例中，例如关于图6所示，阀160设置在第一通道105处。在另一个实施例中，例如关于图7所示，阀160设置在第二通道125处。在其他实施例中，阀160可设置在第一通道105和第二通道125处。阀160接收来自传感器140的信号，指示泄漏检测外壳115处的压力值。当压力值大于或等于预定压力阈值时，阀160限定第一位置(例如，打开位置)，以使得第一流体101能够流动通过第一通道105，或者使得第二流体102能够流动通过第二通道125，或两者。当压力值小于预定压力阈值时，阀160限定第二位置(例如，关闭位置)，以便减少或禁止第一流体101流动通过第一通道105，或第二流体102流动通过第二通道125，或两者。
现在参考图1-7，系统90可以进一步对泄漏检测外壳115加压。例如，系统90可以将泄漏检测外壳115加压到或高于压力阈值，以便使系统90能够检测泄漏检测介质103的泄漏，例如关于图1-7所描述的。系统90可以进一步将泄漏检测外壳115加压到或高于压力阈值，以便能够使第一流体101和/或第二流体102流动，例如关于图6-7所描述的。在各种实施例中，压力阈值可在泄漏检测外壳115处限定预定压力值。在其他实施例中，压力阈值可以限定高于第一通道105处的压力值或高于第二通道125处的压力值的预定压力差。例如，预定压力差可以是1兆帕(Mpa)或更大(例如，或5Mpa，或10Mpa，或100MPa等)，其大于第一通道105处的压力值或第二通道125处的压力值中的较大值。作为另一个例子，预定压力差可以是大于第一通道105或第二通道125中的一个或多个的预定百分比(例如，大1％，或大5％，或大10％，或大20％，等等)。在其他各种实施例中，预定压力阈值可以基于基于第一通道105，第二通道125或两者处的一个或多个压力值的曲线，图表，函数，时间表，回归或传递函数。
现在参考图8，提供了关于图1-7总体示出和描述的系统90的示意图。应当理解，尽管通常关于图8提供的示意图包括关于图1-7示出和描述的一个或多个实施例示出或描述的特征，但是系统90可以包括特定于关于图1-7所示的一个或多个实施例的布置或实施例。
系统90还可包括一个或多个旁路管道111,121，其使得一个或多个流体101,102能够绕过热交换器100的全部或一部分。旁通管道111,121可以至少基于如上所述的热交换器100处的确定的泄漏来使得一个或多个流体101,102能够绕过。在一个实施例中，当阀160限定第二位置时，流体101,102可以经由旁路管道111,121绕过热交换器100，例如关于图6-7所描述的。第一旁通管道111可使得第一流体101能够从进入热交换器100的第一通道105绕过。第二旁通管道121可使得第二流体102能够从进入热交换器100的第二通道125绕过。在系统90的不利操作期间，例如指示泄漏，系统90可以减少或禁止流体101,102中的一个或多个流入热交换器100，以便减少，减轻或消除由于泄漏导致的不期望的流体101,102的混合。
关于图1-8示出和描述的实施例可以限定被动布置，例如传感器140向阀160提供信号并且阀160调节位置，如上所述。另外或替代地，系统90可以限定主动布置，其进一步包括控制器210，诸如图8中示意性描绘的。
通常，控制器210可以对应于任何合适的基于处理器的装置，包括一个或多个计算装置。例如，图8示出了可以包括在控制器210内的合适部件的一个实施例。如图8所示，控制器210可以包括处理器212和相关联的存储器214，其被构造为执行各种计算机实现的功能。在各种实施例中，控制器210可以被构造为例如根据用于在本文中关于图1-10大体描述的，并且关于图11概述的热交换器系统处进行泄漏检测的方法(下文中，“方法1000”)的一个或多个步骤来操作系统90。
如本文所使用的，术语“处理器”不仅指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，还指控制器，微控制器，微计算机，可编程逻辑控制器(PLC)，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)和其他可编程电路。另外，存储器214通常可包括存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))，计算机可读非易失性介质(例如，闪存)，光盘只读存储器(CD-ROM)，磁光盘(MOD)，数字通用盘(DVD)和/或其他合适的存储器元件或其组合。在各种实施例中，控制器210可以限定全权限数字发动机控制器(FADEC)，螺旋桨控制单元(PCU)，发动机控制单元(ECU)或电子发动机控制(EEC)中的一个或多个。
如图所示，控制器210可以包括存储在存储器214中的控制逻辑216。控制逻辑216可以包括指令，该指令当由一个或多个处理器212执行时使得一个或多个处理器212执行诸如关于方法1000所描述的操作。
另外，如图12所示，控制器210还可以包括通信接口模块230。在各种实施例中，通信接口模块230可以包括用于发送和接收数据的相关电子电路。这样，控制器210的通信接口模块230可用于从系统90(例如，传感器140,141,142,143,144,145,146)接收数据，该数据提供压力，流量或温度值，振动或声学测量值，电阻率或电导率测量值，或气体检测，或其组合。此外，通信接口模块230还可以用于与系统90的任何其他合适的部件通信，包括任何数量的阀160或旁路管道111,121，其被构造为启用，禁止或改变通过系统90的流体101,102,103的流动。
应当理解，通信接口模块230可以是合适的有线和/或无线通信接口的任何组合，并且因此可以经由有线和/或无线连接通信地联接到系统90的一个或多个部件。这样，控制器210可以操作，调节或调整系统90的操作，经由传感器140获取或发送信号，或者确定泄漏检测外壳115处的泄漏，或者诸如关于方法1000所描述的其他步骤。
现在参照图9-10，系统90的热交换器100的示例性实施例的立体剖视图大体根据关于图1-8示出和描述的一个或多个实施例来提供。包括热交换器100的系统90的全部或部分可以是单个整体部件的一部分，并且可以由任何数量的处理制造。这些制造处理包括但不限于称为“增材制造”或“3D打印”的制造处理。另外，可以使用任何数量的铸造，机加工，焊接，钎焊或烧结处理或其任何组合来构造热交换器100，包括但不限于第一壁110，第二壁120，第三壁130，构件135，用于传感器140和/或阀160的通道，空腔，开口或出口，或其组合。此外，系统90可以构成机械连结的一个或多个单独部件(例如，经由螺栓，螺母，铆钉或螺钉，或焊接或钎焊处理，或其组合)，或者定位在空间中以实现基本相似的几何形状，空气动力学或热力学结果，如同制造或组装成一个或多个部件。合适材料的非限制性实例包括高强度钢，钛和钛基合金，镍和钴基合金，铝和/或金属，聚合物或陶瓷基质复合物，或其组合。
参考图1-10，在各种实施例中，流体101,102,103中的一个或多个限定液体或气体燃料，压缩空气，制冷剂，液态金属，惰性气体，超临界流体，压缩空气，或其组合。限定超临界流体的流体101,102,103的各种实施例可包括但不限于二氧化碳，水，甲烷，乙烷，丙烷，乙烯，丙烯，甲醇，乙醇，丙酮或一氧化二氮，或其组合。
在各种实施例中，限定制冷剂的流体101,102,103可包括但不限于卤代烷，过氯烯烃，全氯碳化物，全氟烯烃，全氟碳，氢化烯烃，碳氢化合物，氢氯烯烃，氢氯烃，氢氟烯烃，氢氟烃，氢氯烯烃，氢氯氟烃，氯氟烯烃或氯氟烃类制冷剂，或其组合。
限定制冷剂的流体101,102,103的进一步的各种实施例可包括甲胺，乙胺，氢气，氦气，氨气，水，氖气，氮气，空气，氧气，氩气，二氧化硫，二氧化碳，一氧化二氮，或氪气，或其组合。
系统90的各种实施例可基于从传感器140获取的信号来调整热交换器100的操作状态。调节系统90的操作状态可以包括调节热交换器100处的流体101,102的压力，流速和/或温度。另外或替代地，调节系统90的操作状态可包括经由旁路管道111,121中的一个或多个使一个或多个流体101,102绕过。此外或替代地，调节系统90的操作状态可以包括调节或调整阀160以调节热交换器100处的一个或多个流体101,102的压力，流速和/或温度。
现在参考图11，大体上提供概述用于在热交换器系统处进行泄漏检测的方法的示例性步骤的流程图(下文中，“方法1000”)。尽管大体关于图1-10示出和描述，但是可以在本文未大体提供的其他结构或系统中执行或利用方法1000。另外，尽管这里概述的步骤以特定顺序呈现，但是可以重新排列，重新排序，省略，添加或以其他方式改变步骤而不偏离本公开的范围。
方法1000可以包括在1010处使第一流体流过第一通道；在1020处使与第二壁热连通的第二流体流动；以及在1030处获取指示泄漏检测介质与第一流体或第二流体中的一个或多个之间的流体连通的信号，例如关于图1-10中的系统90所示出和描述的。
在各种实施例中，方法1000还可以包括在1040处在泄漏检测外壳处获取第一泄漏检测值；在1050处，在泄漏检测外壳处获取第二泄漏检测值；以及在1060处，至少基于所获取的第一泄漏检测值和第二泄漏检测值来确定泄漏检测外壳处的泄漏检测值的变化。
在其他各种实施例中，可以在步骤1030处经由传感器(例如，传感器140,141,142,143,144,145,146)获取泄漏检测值。传感器可以获取指示压力值，电阻率或电导率，振动或声学测量值的泄漏检测值。在一个实施例中，在1030处，获取指示泄漏检测介质泄漏到第一通道和/或第二通道中的信号包括测量泄漏检测介质的电阻或电导率的变化。在1030处的另一实施例中，获取指示泄漏检测介质泄漏到第一通道和/或第二通道中的信号包括测量泄漏检测外壳，第一通道或第二通道处的振动测量值的变化。
在1060处的一个实施例中，确定泄漏检测外壳处的泄漏检测值的变化包括在一定时间段内将第二泄漏检测值与第一泄漏检测值进行比较。在诸如关于图1-10所描述的各种示例中，比较泄漏检测值可以包括比较在一定时间段内泄漏检测外壳处的静态压力测量值，以确定指示泄漏检测介质到第一通道，第二通道，或两者的泄漏的变化(例如，减小)。作为另一示例，比较泄漏检测值可以包括比较下游泄漏检测值与上游泄漏检测值之间的差异在一定时间段内的变化。在又一个示例中，比较泄漏检测值可以包括比较第一流体或第二流体中泄漏检测介质的存在的变化(例如，指示限定第一流体或第二流体中的惰性气体的泄漏检测介质的存在的变化)。在更多示例中，比较泄漏检测包括比较振动测量值，压力，或电阻或电导的变化。
在各种实施例中，方法1000还包括：在1071处，获得第一通道处的第一泄漏检测值变化；在1072处，获得第二通道处的第二泄漏检测值变化；在1073处，获得泄漏检测外壳处的泄漏检测介质值的变化；在1074处，至少基于第一泄漏检测值变化和第二泄漏检测值变化之间的差异，来确定第一通道，第二通道和泄漏检测外壳中的一个或多个处的泄漏，第一泄漏检测值变化和第二泄漏检测值变化中每个变化为泄漏检测外壳处的泄露检测介质值的变化。
在又一个实施例中，方法1000还可以包括在1080处基于从传感器获取的信号调节热交换器(例如，热交换器100)的操作状态。在各种实施例中，调节操作状态可包括经由阀(例如，阀160)调节进入和/或排出热交换器100的流体(例如，流体101,102)的压力，流速和/或温度。在另一实施例中，调节热交换器的操作状态包括至少部分地使第一流体或第二流体中的一个或多个从第一通道或第二通道绕过。例如，1080处的方法1000可以例示为诸如关于图8示出和描述的(例如，旁路管道111,121)。
方法1000可以进一步包括在1090处至少基于所获取的第一泄漏检测值和第二泄漏检测值来确定泄漏检测外壳处的泄漏。例如，可以例示在1090处的方法1000，诸如关于图1-10所示出和描述的。
方法1000还可以包括在1005处将泄漏检测介质加压至泄漏检测外壳处的压力大于第一通道和第二通道处的压力。例如，可以例示在1005处的方法1000，诸如关于图1-10示出和描述的。
现在参考图12，大体提供可结合系统90的各种实施例的示例性热发动机10(本文中称为“发动机10”)的示意性局部横截面侧视图。应当理解，图12是作为示例提供的，并且在各种实施例中，系统90可以结合到发电系统，核系统，医疗系统和科学设备测量系统(例如，磁共振成像，光谱学，低温，等)，或其他热交换器安全关键系统。
尽管在本文中进一步描述为燃气涡轮发动机，但通常发动机10可以限定蒸汽涡轮发动机或涡轮机，包括涡轮风扇，涡轮喷气发动机，涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴燃气涡轮发动机构造，或联合循环发动机。如图12所示，发动机10具有纵向或轴向中心线轴线12，其延伸穿过其中以用于参考目的。通常，发动机10可包括风扇组件14和设置在风扇组件14下游的核心发动机16。
核心发动机16通常可包括基本上管状的外壳18，外壳18限定进入通过核心发动机16限定的核心流动路径19的环形入口20。外壳18以串行流动关系包围或至少部分地形成：压缩机区段21，其例如具有增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；和膨胀区段或涡轮区段31，其例如包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30。涡轮或膨胀区段31还包括喷射排气喷嘴区段37，燃烧气体86通过喷射排气喷嘴区段37从核心发动机16排出。在各种实施例中，喷射排气喷嘴区段37可进一步限定后燃室。核心发动机16还限定了热区段33，热区段33包括燃烧区段26，涡轮或膨胀区段31和喷射排气喷嘴区段37，燃烧气体86通过热区段33形成并流动。高压(HP)转子轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)转子轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。LP转子轴36还可以连接到风扇组件14的风扇轴38。在特定实施例中，如图1所示，LP转子轴36可以经由减速齿轮40连接到风扇轴38，例如以间接驱动或齿轮传动构造。
如图12所示，风扇组件14包括多个风扇叶片42，风扇叶片42联接到风扇轴38并且从风扇轴38径向向外延伸。环形风扇壳体或机舱44周向地围绕风扇组件14和/或核心发动机16的至少一部分。本领域普通技术人员应该理解，机舱44可以构造成通过多个周向间隔开的出口导向轮叶或支柱46相对于核心发动机16支撑。此外，机舱44的至少一部分可以在核心发动机16的外壳18的外部上延伸，以便在它们之间限定风扇旁路气流通道48。
在发动机10的操作期间，由箭头74示意性指示的一定体积的空气通过风扇壳体或机舱44和/或风扇组件14的相关入口76进入发动机10。当空气74穿过风扇叶片42时，如箭头78示意性所示，一部分空气被引导或导向到旁路气流通道48中，而如箭头80示意性所示，另一部分空气被引导或导向到LP压缩机22处的核心发动机16的核心流动路径19中。当空气80朝向燃烧区段26流动通过越过LP和HP压缩机22,24的核心流动路径19时，空气80逐渐被压缩，例如由箭头81和箭头82示意性地示出，箭头81描绘了压缩空气流的增加的压力和温度，并且箭头82描绘了来自压缩机区段21的出口温度和压力(例如，限定了到燃烧区段26的入口温度和压力)。现在压缩的空气82流入燃烧区段26以与液体或气体燃料混合并燃烧以产生燃烧气体86。在燃烧区段26中产生的燃烧气体86向下游流过核心流动路径19进入HP涡轮28，从而使HP转子轴34旋转，从而支撑HP压缩机24的操作。然后燃烧气体86被导向通过核心流动路径19越过LP涡轮30，从而使LP转子轴36旋转，从而支撑LP压缩机22的操作和/或风扇轴38和风扇叶片42的旋转。然后燃烧气体86通过核心发动机16的喷射排气喷嘴区段37排出，以提供推进力。
在图12中大体提供的实施例中，发动机10还限定第三流旁路气流通道49。第三流旁路气流通道49从压缩机区段21的压缩机(例如，LP压缩机22)到风扇旁路气流通道48至少部分地通过外壳18限定。第三流旁路气流通道49选择性地允许压缩空气80,81(由箭头79示意性地示出)从压缩机区段21的压缩机(例如，从LP压缩机22)流动以在风扇旁路气流通道48中与空气部分78混合。发动机10使得第三流旁路气流通道49能够基于发动机10的操作条件(例如，高动力条件)完全或基本上关闭压缩空气流79流出到风扇旁路气流通道48，以便增加发动机10的推力输出。发动机10还使得第三流旁路气流通道49能够基于发动机10的操作条件(例如，低动力或中动力条件)至少部分地打开压缩空气流79以流出到风扇旁路气流通道48，以便减少油耗。
应当理解，尽管图12中大体提供的发动机10的示例性实施例呈现为三流涡轮风扇构造，但是发动机10可以限定双流(例如，风扇旁路气流通道48和核心流动路径19)或单流热发动机构造(例如，核心流动路径19)。应该进一步理解的是，尽管图1中大体上提供的发动机10的示例性实施例呈现为双线轴涡轮风扇构造，但发动机10可以限定第三或更多线轴构造，其中LP压缩机22限定联接到IP轴和IP涡轮的中间压力(IP)压缩机，IP轴和IP涡轮中的每一个以串行流动关系设置在相应的风扇组件14，HP压缩机24，HP涡轮28和LP涡轮30之间。更进一步地，三线轴构造还可以机械地独立于LP/IP压缩机22和IP涡轮将风扇组件14联接到LP涡轮30。换言之，发动机10可以限定三个机械独立的线轴，包括风扇组件和LP涡轮，IP压缩机和IP涡轮以及HP压缩机和HP涡轮的相应组合。
现在参考图1-12，在各种实施例中，流体101,102,103中的一个或多个可以在发动机10处限定液体或气体燃料。燃料可包括但不限于汽油，丙烷，乙烷，氢气，柴油，煤油或一种或多种喷气燃料配方(例如Jet A，JP1等)，焦炉煤气，天然气，或合成气，或其组合。通常限定氧化剂的流体101,102,103或空气可包括绕过燃烧区段26的来自风扇组件14或压缩机区段21的旁路空气流78,79，例如关于图12所描述的，并且流过风扇旁路气流通道48和/或第三流旁路气流通道49。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的各种特征，方面和优点也可以体现在以下条项中描述的各种技术方案中，这些方案可以以任何组合方式组合：
1.一种用于热交换和泄漏检测的系统，其特征在于，所述系统包括：
热交换器，所述热交换器包括第一壁，所述第一壁限定包含第一流体的第一通道，其中包含泄漏检测介质的泄漏检测外壳被限定在所述第一壁和第二壁之间，所述第二壁围绕所述第一壁。
2.根据条项1所述的系统，其特征在于，其中所述泄漏检测介质包括流体，并且其中所述流体限定的压力大于所述第一流体或围绕所述第二壁的第二流体。
3.根据条项1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
传感器，所述传感器设置在所述泄漏检测外壳上。
4.根据条项3所述的系统，其特征在于，其中所述传感器限定电阻传感器或电导率传感器。
5.根据条项3所述的系统，其特征在于，其中所述传感器限定压力传感器。
6.根据条项5所述的系统，其特征在于，其中所述传感器在所述第一通道处联接到阀，其中所述阀在所述泄漏检测外壳的压力阈值处或之上限定第一位置，并且在所述泄漏检测外壳的所述压力阈值之下限定第二位置。
7.根据条项5所述的系统，其特征在于，其中所述传感器在第二通道处联接到阀，所述第二通道限定在第三壁和所述第二壁之间，其中所述阀在所述泄漏检测外壳的压力阈值处或之上限定第一位置，并且在所述泄漏检测外壳的所述压力阈值之下限定第二位置。
8.根据条项3所述的系统，其特征在于，其中所述传感器在所述泄漏检测外壳处限定振动测量传感器。
9.根据条项1所述的系统，其特征在于，其中所述泄漏检测介质限定大约3.50×107或更大的电导率。
10.根据条项1所述的系统，其特征在于，其中所述泄漏检测介质限定流体。
11.根据条项10所述的系统，其特征在于，进一步包括：
传感器，所述传感器设置在所述第一通道或第二通道中的一个或多个处，其中所述传感器被构造成检测所述第一通道处的所述第一流体处或所述第二通道处的第二流体处的所述泄漏检测介质。
12.根据条项10所述的系统，其特征在于，其中所述泄漏检测介质包括惰性气体或液体。
13.一种热交换器和泄漏检测系统，其特征在于，所述系统包括第一壁和第二壁，所述第一壁限定包含第一流体的第一通道，所述第二壁围绕所述第一壁，其中泄漏检测介质在所述第一壁和所述第二壁之间限定的泄漏检测外壳中，所述系统进一步包括一个或多个控制器，所述控制器被构造成执行操作，所述操作包括：
使所述第一流体流过所述第一通道；
使与所述第二壁热连通的第二流体流动；和
经由所述泄漏检测外壳处的传感器获取指示所述泄漏检测介质与所述第一流体或所述第二流体中的一个或多个之间的流体连通的信号。
14.根据条项13所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包括：
经由所述传感器在所述泄漏检测外壳处获取第一泄漏检测值；
经由所述传感器在所述泄漏检测外壳处获取第二泄漏检测值；
经由所述控制器，至少基于所获取的第一泄漏检测值和第二泄漏检测值，确定所述泄漏检测外壳处的泄漏检测值的变化；和
经由所述控制器，至少基于所获取的所述第一泄漏检测值和所述第二泄漏检测值，确定所述泄漏检测外壳处的泄漏。
15.根据条项14所述的系统，其特征在于，其中确定所述泄漏检测外壳处的泄漏检测值的变化包括在一定时间段内将所述第二泄漏检测值与所述第一泄漏检测值进行比较。
16.根据条项14所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包括：
将所述泄漏检测介质加压到所述泄漏检测外壳处的压力大于所述第一通道和所述第二通道处的压力。
17.根据条项13所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包括：
经由设置在所述第一通道处的第一通道传感器获取所述第一通道处的第一泄漏检测值；
经由设置在所述第二通道处的第二通道传感器获取所述第二通道处的第二泄漏检测值；
经由所述泄漏检测传感器获取所述泄漏检测外壳处的泄漏检测值的变化；和
经由所述控制器，至少基于所述第一泄漏检测值和所述第二泄漏检测值之间的差异来确定所述第一通道、所述第二通道和所述泄漏检测外壳中的一个或多个处的泄漏，每个所述差异均为所述泄漏检测外壳处的泄漏检测值的变化。
18.根据条项13所述的系统，其特征在于，其中获取指示所述泄漏检测介质泄漏到所述第一通道和/或所述第二通道中的信号包括测量所述泄漏检测介质处的电阻或电导率的变化。
19.根据条项13所述的系统，其特征在于，其中获取指示所述泄漏检测介质泄漏到所述第一通道和/或所述第二通道中的信号包括测量所述泄漏检测介质处的振动测量值的变化。
20.根据条项13所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包括：
基于从所述传感器获取到的信号调节所述热交换器的操作状态。
