[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gemischüberwachung für Fluidgemische
aus zwei Fluiden.
[0002] Grundsätzlich muss eine Gas-Luft- oder auch Gas-Sauerstoffverbundregeleinrichtung
ein Gemisch präzise und sicher bereitstellen. Dies kann z.B. über ein mechanisches
Gestänge, eine pneumatische Ausführung oder eine elektronische Verbundregeleinrichtungen
realisiert werden. Bei mechanischen Gestängen oder pneumatischen Ausführungen ist
es nicht notwendig, diese redundant auszuführen. Redundant bedeutet, dass sicherheitstechnische
Systeme derart ausgelegt werden, damit beim Ausfall einer Komponente die anderen Komponenten
die entsprechende Funktion gewährleisten. Dadurch minimiert man das Risiko, dass diese
Komponenten einer gemeinsamen Störung unterliegen. Elektronische Verbundregeleinrichtungen
arbeiten redundant, beispielsweise mit zwei Messungen mit sicherheitsgerichteter Steuerung
über ein Steuergerät.
[0003] Gemäß der DIN EN 12067-1/2 muss eine elektronische Gemischregelung zweikanalig ausgeführt
werden, um im Schadensfall eine Störabschaltung durchzuführen, um so einen Unfall
zu vermeiden.
[0004] Die DIN-Normen besagen, dass der Luftmassenstrom zum Gasmassenstrom immer in einem
Verhältnis stehen muss, das sicher gezündet werden kann, um so im gesamten Betriebsbereich
eine stabile und sichere Verbrennung am Brenner aufrechtzuerhalten. Das Verhältnis
muss nicht unter allen Betriebsbedingungen denselben Wert haben.
[0005] Die Konstruktion und Ausführung der Luft-Gas-Verhältnisregelung muss sowohl die Betriebsbedingungen
als auch die Eigenschaften von Brennstoff und Verbrennungsluft berücksichtigen. Im
Fehlerfall soll das System zu einem höheren Luftüberschuss tendieren oder zu einer
Störabschaltung führen, falls das Luft-Gas-Verhältnis zu einem nicht sicheren Zustand
führt.
[0006] Pneumatische Gas-Luft-Verbundregier müssen der DIN EN 12067-1 entsprechen.
[0007] Elektronische Gas-Luft-Verbundregler sind nach der DIN EN 12067-2 zu konstruieren
und auszuführen.
[0008] Falls elektronisch (DIN EN 12067-2 konform) oder mechanisch verbundene Gas- und Verbrennungsluftventile
für eine Verhältnisregelung verwendet werden müssen zusätzlich Gas- und Luftdruckwächter
in Strömungsrichtung vor den Regelventilen aber nach den letzten Druckregeleinrichtungen
installiert werden. Die Gas- und Luftdruckwächter überwachen jeweils den minimalen
und maximalen Druck und stellen damit ein korrektes Luft-Gas-Verhältnis in Verbindung
mit der oben genannten sicheren Verhältnisregelung sowie eine sichere Minimal- und
Maximalleistung der industriellen Thermoprozessanlage (IThE) bei allen möglichen Betriebszuständen
sicher. Diese Druckwächter müssen jeweils die Druckdifferenz zur Brennkammer überwachen,
außer der Druck in der Brennkammer ist stabil bzw. konstant und bei allen Betriebszuständen
der IThE gleich. Falls sowohl der Druck in der Brennkammer stabil, konstant und bei
allen Betriebszuständen der IThE gleich ist als auch die Verbrennungsluft mit maximal
möglichem Druck zugeführt wird (z. B. Verbrennungsluftventilator mit konstanter Drehzahl
und flacher Kennlinie), so dass keine überhöhte Luftströmung auftreten kann, ist kein
Luftdruckwächter für maximalen Luftdruck erforderlich.
[0009] Falls pneumatische Regler (DIN EN 12067-1 konform) verwendet werden, sollten zusätzliche
Schutzmaßnahmen vorgesehen werden, um sicherzustellen, dass das Schutzsystem im Falle
von Defekt oder Fehlfunktion des pneumatische Verbundreglers eine Störabschaltung
bewirkt so dass ein gleichwertiges Sicherheitsniveau, wie oben beschrieben, erreicht
wird.
[0010] Diese Ausführungsformen der zweikanaligen Gemischregelungen erfolgen in der Praxis
mechanisch über ein Gestänge, über pneumatische Verbundregelungen oder über sicherheitsgerichtete
Steuerungen mit redundanten Meßsystemen. Nachteilig bei diesen Systemen ist jedoch,
dass sie sehr aufwendig und teuer sind.
[0011] Die elektronische Gemischüberwachung erfolgt bei Brennern mit Brennstoff-/Luftgemisch
oder Brennstoff-/Sauerstoffgemisch häufig einkanalig und damit nicht sicherheitsgerichtet.
Beispiele für einkanalige Gemischregelungen sind elektronische Vorrichtungen zur Gemischregelung
mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) sowie Durchfluss- und/oder Verhältnisregelungen.
Diese bekannten Verfahren sind zwar üblich aber entsprechen nicht der DIN-Norm und
damit nicht den geltenden Sicherheitsvorschriften.
[0012] In der
DE 10 2007 001 904 A1 ist ein Verfahren zum Regeln des Brennstoff-Luft-Verhältnisses eines brennstoffbetriebenen
Brenners beschrieben. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, die Flamme des Brenners
und/oder das Brennstoff-Luft-Verhältnis eines brennstoffbetriebenen Brenners zu regeln.
Der Brenner weist eine Brenneroberfläche auf, wobei der elektrische Widerstand bzw.
die Temperatur des Brenners oder eines Messelements auf der der Flamme abgewandten
Seite der Brennoberfläche erfasst wird und zur Überwachung der Regelung dient. Wird
festgestellt, dass der Widerstand bzw. die Temperatur des Brenners zu hoch ist, wird
das Gemisch abgemagert und im anderen Fall angefettet.
[0013] Aus der
EP 1 207 340 A2 geht ein Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners hervor. Das Verfahren sieht eine
Funktionsüberprüfung der Gas-/Luft-Verbundregelung vor, um während des Betriebes das
Gas-/Luft-Verhältnis in einem engen Arbeitsbereich zu halten. Dabei wird nach jedem
Brennerstart, nach dem Überzünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner die gesamte Wirkungskette
im Regelkreis der Gas-/Luft-Verbundregelung überprüft, so dass eine Kalibrierung beim
Brennerstart erfolgt. Die aktuellen Regelparameter werden mit den vorhergehenden Regelparametern
verglichen um festzustellen, ob vorgegebene Grenzwerte für Abweichungen über- oder
unterschritten werden.
[0014] In der
EP 1 239 220 A2 ist ein Gasverbrennungsgerät, insbesondere ein Gasheizgerät beschrieben. Das Gasheizgerät
weist ein Stellglied auf mit dem ein Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft einstellbar
ist. Mittels eines Lambdasensors kann über das Abgas das Verhältnis von Luft zu Gas
während der Verbrennung bestimmt werden. Ein Regelsystem, das mit dem Stellglied und
dem Lambdasensor gekoppelt ist, ermöglicht eine lambdageführte Regelung des Stellglieds,
wobei das Regelsystem die am Stellglied eingestellte Stellgröße und die Grenzwerte
der am Stellglied einstellbaren Stellgrößen kennt. Das Regelsystem berechnet aus dem
zeitlichen Verlauf der Stellgröße einen Ausfallzeitpunkt, bei dem die Stellgröße einen
ihrer Grenzwerte erreicht.
[0015] Aufgabe der Erfindung ist es eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Gemischüberwachung
für Fluidgemische aus zwei Fluiden bereitzustellen, die für alle Arten und Größen
von Anlagen und Brenngasen zur Absicherung verwendet werden kann.
[0016] Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
[0017] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
[0018] Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Gemischüberwachung für Fluidgemische aus
zwei Fluiden vorgesehen, umfassend
- zwei Einrichtungen zur Umsetzung eines Druckes in eine Kraft bzw. in einen Weg, die
im folgenden als Druck-/Wegwandler bezeichnet werden, die den in den Druck-/Wegwandlern
anliegenden Druck in einen Weg umwandeln und
- einen Balken der kippbar auf zwei Auflagern gelagert ist, wobei jeweils ein Balkenende
mit einem der Druck-/Wegwandler derart verbunden ist, dass der Balken kippt, wenn
die beiden Druck-/Wegwandier nicht mehr in einem vorbestimmten Gleichgewichtsbereich
sind, und
- zumindest eine Detektoreinrichtung, die ein Kippen des Balkens detektiert und ein
Signal ausgibt.
[0019] Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt eine sehr einfache, mechanische bzw. elektromechanische
und damit sicherheitsgerichtete Überwachung des Brennstoff/ Luft- oder Sauerstoffverhältnisses.
Der Einsatz einer komplizierten sicherheitsgerichteten Elektronik mit redundanter
Messtechnik zur Gemischregelung ist nicht erforderlich. Die einfache elektromechanische
Vorrichtung kann als zweite Rückmeldung bzw. Absicherung zur sicheren Abschaltung
einer Brenneranlage verwendet werden.
[0020] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine sehr einfache elektromechanische Vorrichtung,
die auch alleine zur Überwachung eines Gemisches verwendet werden kann. In Deutschland
ist für eine solche Anwendung ein spezielles Zulassungs- und Abnahmeverfahren erforderlich.
[0021] Dadurch ist eine sichere Überwachung nahezu aller variablen Zweistoffgasgemische
möglich.
[0022] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Undichtigkeit innerhalb einer Brennervorrichtung
aufgrund eines Schlauchbruchs, eines defekten Ventils usw. anhand der sich verändernden
Gemischzusammensetzung detektiert und die Gaszufuhr sofort abgeschaltet, wodurch Unfälle
aufgrund von Undichtigkeiten zuverlässig verhindert werden. Derartige Unfälle können
durch eine falsche Gemischzusammensetzung oder austretendes Gas entstehen.
[0023] In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zwei Leitungsabschnitte
zum Durchfluss jeweils eines Fluides vorgesehen, die von diesen in einer Strömungsrichtung
durchströmt werden, wobei in den beiden Leitungsabschnitten jeweils ein Strömungswiderstand
angeordnet ist und zwei weitere Druck-/Wegwandler vorgesehen sind, die jeweils an
den Balkenenden zu den den Druck-/Wegwandlern gegenüberliegendenden Seiten der Balkenenden
angreifen, wobei an den beiden Leitungsabschnitten in Strömungsrichtung vor und nach
dem Strömungswiderstand jeweils eine Zweigleitung abzweigt, die mit einem der Druck-/Wegwandler
verbunden sind, und zwei mit einem der Leitungsabschnitte verbundene Zweigleitungen
jeweils ein Paar am Balken gegenüberliegende Druck-/Wegwandler mit Druck beaufschlagen.
[0024] Mit dieser Ausführungsform wird die Druckdifferenz eines Fluides über den Strömungswiderstand
im entsprechenden Leitungsabschnitt gemessen. Das Verhältnis der Druckdifferenz der
Fluide ist weitgehend proportional zum Durchflussverhältnis der Fluide. Am Balken
werden somit die Fluidströme verglichen. Hierdurch wird festgestellt, ob bei einem
der Fluide der Fluidstrom im Vergleich zum Fluidstom des anderen Fluids abweicht.
Dies gilt sowohl für eine Zunahmen des Fluidstroms, die bspw. durch eine nicht beabsichtigte
Öffnung in der Leitung verursacht wird, als auch für eine Abnahme des Fluidstroms,
die bspw. durch eine Verstopfung am Brenner verursacht wird.
[0025] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch zur Gemischüberwachung von Flüssigkeiten
und Gemischen aus Flüssigkeiten und Gasen geeignet.
[0026] Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen
zeigen schematisch in:
- Fig. 1
- eine Brennervorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gemisch überwachung
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 2
- eine Brennervorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gemisch überwachung
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- Fig. 3
- eine Brennervorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gemisch überwachung
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
[0027] Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Gemischüberwachung für Gasgemische ist in
Figur 1 zusammen mit einer Brennervorrichtung dargestellt.
[0028] Die Vorrichtung 1 zur Gemischüberwachung für Gasgemische wird im folgenden als Überwachungsvorrichtung
bezeichnet. Diese Überwachungsvorrichtung 1 weist eine Verhältnisdruckwippe 2 mit
einer ortsfest angeordneten, langgestreckten Basis 3 auf. Auf der Basis 3 sind ein
erstes und ein zweites verschiebliches Auflager 4, 5 angeordnet. Auf den Auflagern
4, 5 befindet sich ein Balken 6 der über die Auflager 4, 5 schwenkbar bzw. kippbar
gelagert ist. Die Auflager 4, 5 sind entlang der Längsrichtung der Basis 3 verschiebbar.
Der Balken 6 ist etwa parallel zur Längsrichtung der Basis 3 angeordnet. Die Auflager
4, 5 erlauben ein Anheben des Balkens von den jeweiligen Lagern quer zur Längsrichtung.
[0029] Die Fixierung des Balkens 6 in Längsrichtung kann z.B. durch einen an der Basis 3
ausgebildeten Anschlag oder durch Axiallagerung der Gestänge 17 und 23 und der Fest-/Loslagerung
der Lager 18 und 24 (nicht dargestellt) realisiert werden.
[0030] An den Enden der Basis 3 ist jeweils ein in Richtung zum Balken vorstehender Sockel
angeordnet. Die Sockel bilden Anschläge für die Balkenenden 9, 10, so dass deren Schwenkbewegung
begrenzt ist. Auf den Sockeln befindet sich jeweils ein Sicherheitsschalter 7, 8.
Als Sicherheitsschalter 7, 8 werden die üblichen zugelassenen Sicherheitsschalter
für Flüssigkeiten, für Gemische aus Flüssigkeiten und Gasen bzw. für Gase verwendet.
Die Sicherheitsschalter 7, 8 bilden eine Detektoreinrichtung zur Detektion der Kippbewegung
des Balkens 6 und sind den Balkenenden 9, 10 derart gegenüberliegend angeordnet, dass
bei einer Schwenkbewegung des Balkens 6 einer der Sicherheitsschalter 7, 8 von dem
jeweils gegenüberliegenden Balkenende 9, 10 betätigbar ist. Die Sicherheitsschalter
können prinzipiell an jeder beliebigen Stelle die Schwenkbewegung dedektieren.
[0031] Die Detektoreinrichtung kann auch Kontaktsensoren, einen Drehwinkelsensor, Näherungssensoren
oder andere geeignete Sensoren zur Detektion der Kippbewegung des Balkens 6 aufweisen.
Ein Drehwinkelsensor kann zum Beispiel im Drehpunkt des Balkens 6 angeordnet sein.
[0032] Die Verhältnisdruckwippe 2 ist vorzugsweise mit ihrer Basis 3 waagerecht angeordnet.
Die waagerechte Anordnung der Verhältnisdruckwippe 2 weist den Vorteil auf, dass das
Eigengewicht des Balkens und aller anderen bewegten Massen die Gemischüberwachung
nicht beeinflusst. Es ist jedoch auch möglich die Verhältnisdruckwippe 2 senkrecht
oder in einer beliebigen anderen Lage anzuordnen.
[0033] Die Überwachungsvorrichtung 1 weist einen ersten und einen zweiten Druck-/Wegwandler
11, 12 auf, die mit einem der Balkenenden 9, 10 verbunden sind und auf der von der
Basis 3 abgewandten Seite des Balkens 6 angeordnet sind.
[0034] Der erste Druck-/Wegwandler 11 weist eine Anschlussöffnung 13 auf, die mit einer
Zweigleitung 14 zum Zuführen von Luft bzw. Sauerstoff verbunden werden kann, so dass
der Druck in der Zweigleitung 14 am Druck-/Wegwandler 11 anliegt. Daher wird der erste
Druck-/Wegwandler als Sauerstoff Druck-/Wegwandler 11 bezeichnet. Die Verbindung 14
mündet in eine Druckkammer 15, die von einer Membran 16 begrenzt ist. Die Membran
16 ist über ein Gestänge 17 mit einem am Balkenende 9 angeordneten Lager 18 verbunden.
[0035] Der zweite Druck-/Wegwandler 12 weist eine Anschlussöffnung 19 auf, die mit einer
Zweigleitung 20 zum Zuführen von Brenngas verbunden werden kann, so dass der Druck
in der Zweigleitung 20 am Druck-/Wegwandfer 12 anliegt. Daher wird der zweite Druck-/Wegwandler
als Brenngas-Druck-/Wegwandler 12 bezeichnet. Die Verbindung 19 mündet in eine Druckkammer
21, die von einer Membran 22 begrenzt ist. Die Membran 22 ist über ein Gestänge 23
mit einem am anderen Balkenende 10 angeordneten Lager 24 verbunden.
[0036] Die beiden Druck-/Wegwandler 11, 12 übertragen den an den Membranen 16, 22 anliegenden
Druck bzw. Volumenstrom des entsprechenden Gases auf die Gestänge 17, 23. Die Gestänge
17, 23 beaufschlagen die beiden Balkenenden 9, 10 der Verhältnisdruckwippe 2 mit einer
zum jeweiligen Druck proportionalen Kraft.
[0037] Die Druck-/Wegwandler 11, 12 können anstelle der Membran auch einen Kolben, einen
Balgen oder einen Ballon aufweisen oder als eine andere geeignete Druck-/Wegwandeleinrichtung
ausgebildet sein.
[0038] An den beiden Balkenenden 9, 10 sind Federn 38, 39 angeordnet. Die Federn 38, 39
sind derart ausgebildet, dass sie dem Balken 6 beim Anfahren der Brennervorrichtung
eine gewisse Stabilität verleihen und auf diese Weise ein Kippen des Balkens 6 bei
niedrigen bzw. schwankenden Gasströmen während des Anfahrvorgangs verhindern.
[0039] Anstelle der Federn können die zusätlichen Kräfte zur Begrenzung der minimalen Auslösekräfte
auch durch Waagengewichte ausgeübt werden. Bei einer vertikalen Anordnung des Balkens
können die Kräfte über Seilzüge und Umlenkrollen entsprechend umgeleitet werden.
[0040] Jedes Balkenende 9,10 kann zusätzlich mit einer Kraft, z.B. über die Feder 38 und/oder
die Feder 39, parallel zur Krafteinwirkung der Druck-/Wegwandler 11, 12 beaufschlagt
werden, um bei einer Abweichung der Dichteverhältnisse der Fluide in einem beliebigen
Durchflusspunkt eine Korrektur vornehmen zu können.
[0041] Der Balken 6 bildet mit seinen sich vom ersten Auflager 4 zu den beiden Balkenenden
9, 10 erstreckenden Abschnitten jeweils ein erstes Paar Hebelarme A, B. Ein zweites
Paar Hebelarme wird durch die sich vom zweiten Auflager 5 zu den Balkenenden 9, 10
erstreckenden Abschnitte des Balkens 6 ausgebildet. Die Längen der Hebelarme A, B
bzw. C, D jeweils eines der Paare von Hebelarmen definieren ein erstes und ein zweites
Hebelverhältnis.
[0042] Entsprechen die an den Balkenenden 9, 10 anliegenden Kräfte dem ersten Hebelverhältnis,
dann ist der Balken 6 am ersten Auflager 4 im Gleichgewicht gelagert. Dieses Kraftverhältnis
wird im Folgenden als erstes Gleichgewichtsverhältnis bezeichnet. Gleiches gilt für
ein Kraftverhältnis, das dem zweiten Hebelverhältnis entspricht und dazu führt, dass
der Balken 6 am zweiten Auflager 5 im Gleichgewicht lagert. Dies wird als zweites
Gleichgewichtsverhältnis bezeichnet. Die Kraftverhältnisse, die einen Betrag zwischen
dem ersten und dem zweiten Kraftverhältnis aufweisen, führen dazu, dass der Balken
6 nicht kippt und damit im Gleichgewicht ist. Dieser Bereich zwischen dem ersten und
dem zweiten Kraftverhältnis wird deshalb als Gleichgewichtsbereich bezeichnet.
[0043] Der Gleichgewichtsbereich der Verhältnisdruckwippe 2 ist über die beiden Auflager
4, 5 einstellbar.
[0044] Das Kräfteverhältnis bzw. Druckverhältnis ist für ein konstantes Dichteverhältnis
der beiden Gase, an Druck-/Wegwandlern bzw. den Messpunkten, proportional dem Massenstromverhältnis
und damit dem Verhältnis der Gaszusammensetzung. Das stöchiometrische Verhältnis der
Gaszusammensetzung insbesondere das Verhältnis Luft bzw. Sauerstoff zu Brenngas wird
als Lambda λ bezeichnet. Für eine konstante Gasdichte an den Messpunkten ist λ proportional
zum Druckverhältnis.
[0045] Der oben beschriebene Gleichgewichtsbereich entspricht einem Lambdabereich.
[0046] Wird Lambda größer als der Lambdabereich, kippt das Balkenende 9, das mit dem Luft
bzw. Sauerstoff Druck-/Wegwandler 11 verbunden ist, über das Auflager 5 in Richtung
des Sicherheitsschalters 7. Daher wird dieser Sicherheitsschalter als Lambda-Maximum-Sicherheitsschalter
7 bezeichnet. Wird Lambda kleiner als der LambdaBereich kippt das Balkenende 10, das
mit dem Brenngas Druck-/Wegwandler 12 verbunden ist, über das Auflager 4 in Richtung
Sicherheitsschalter 8. Daher wird dieser Sicherheitsschalter als Lambda-Minimum-Sicherheitsschalter
8 bezeichnet. Je größer der Abstand zwischen den beiden Auflagern 4, 5 ist, desto
größer ist der Gesamtgleichgewichtsbereich bzw. der Lambdabereich bevor der Balken
6 aufgrund einer Lambdaänderung aus dem Gleichgewicht gerät und kippt.
[0047] Der Lambda-Maximum-Sicherheitsschalter 7 ist über eine Signalleitung 25 mit einer
Sicherheitssteuereinrichtung 26 verbunden. Der Lambda-Minimum-Sicherheitsschalter
8 ist ebenfalls über eine Signalleitung 27 mit der Sicherheitssteuereinrichtung 26
verbunden. Die Sicherheitssteuereinrichtung 26 gibt bei Betätigung eines der beiden
Sicherheitsschalter 7, 8 ein Signal aus. Dieses Signal kann zur Ausgabe einer Warnmeldung
an einem Benutzer oder unmittelbar zur Abschaltung der Gaszufuhr verwendet werden.
[0048] Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Gemischüberwachung für Gasgemische wird in
einer Brennervorrichtung 28 gemäß Figur 1 verwendet.
[0049] Die Brennervorrichtung 28 weist eine erste Gasquelle 29 zum Zuführen von Luft oder
Sauerstoff auf.
[0050] Die erste Gasquelle 29 ist über ein Luft/Sauerstoff-Ventil 30 mit einer Zuführleitung
31 zum Zuführen von Luft oder Sauerstoff verbunden. Die Zuführleitung 31 ist an einen
Brenner 32 angeschlossen.
[0051] Von der Zuführleitung 31 bzw. vom Luft-/Sauerstoffbereich des Brenners führt die
Zweigleitung 14 zur Anschlussöffnung 13 des Luft bzw. Sauerstoff Druck-/Wegwandlers
11 der Vorrichtung 1.
[0052] Eine zweite Gasquelle 33 der Brennervorrichtung ist zum Zuführen eines Brenngases
vorgesehen. Als Brenngas können alle gängigen Brenngase wie z.B. Erdgas, Propan, Butan,
Wasserstoff usw. vorgesehen sein.
[0053] Die zweite Gasquelle 33 ist über ein Brenngas-Ventil 34 mit einer Zuführleitung 35
zum Zuführen von Brenngas verbunden. Die Zuführleitung 35 ist ebenfalls an den Brenner
32 angeschlossen.
[0054] Von der Zuführleitung 35 bzw. vom Gasbereich des Brenners führt die Zweigleitung
20 zur Anschlussöffnung 19 des Brenngas Druck-/Wegwandlers 12 der Vorrichtung 1.
[0055] Die Zweigleitungen 14, 20 münden in die jeweilige Zuführleitung 31, 35. Die Mündung
kann am Rand der Zuführleitung 31, 35 angeordnet sein, so dass die Strömung in der
Zuführleitung 31, 35 an der Mündung der Zweigleitung vorbei strömt. Hierdurch liegt
der statische Druck der Zuführleitung 31, 35 in der jeweiligen Zweigleitung 14, 20
an.
[0056] Es kann auch sinnvoll sein, die Zweigleitungen 14, 20 mit ihren Enden in die Zuführleitungen
31, 35 einzuführen und entgegen der Strömungsrichtung abzubiegen. Dann liegen die
Mündungen der Zweigleitungen 14, 20 quer zur Strömungsrichtung in den Zuführleitungen
14, 20, wodurch in den Zweigleitungen neben dem statischen Druck auch der dynamische
Druck anliegt und von den Druck-/Wegwandlern 11, 12 erfasst wird.
[0057] Hierdurch liegt der Gesamtdruck der Zuführleitung 31, 35 in der jeweiligen Zweigleitung
14, 20 an.
[0058] Über eine Signalleitung 36 ist die Sicherheitssteuereinrichtung 26 mit dem Luft/Sauerstoff-Ventil
30 verbunden. Über eine weitere Signalleitung 37 ist die Sicherheitssteuereinrichtung
26 mit dem Brenngas-Ventil 34 verbunden.
[0059] Wird der Lambda-Maximum-Sicherheitsschalter 7 oder der Lambda-Minimum-Sicherheitsschalter
8 durch das Kippen des Balkens 6 von einem der Balkenenden 9, 10 kontaktiert, dann
wird ein Signal über die entsprechende Signalleitung 25, 27 an die Sicherheitssteuereinrichtung
26 gegeben. Die Sicherheitssteuereinrichtung 26 gibt dann sofort ein Schließsignal
über die Signalleitungen 36, 37 an das Luft/Sauerstoff-Ventil 30 und an das Brenngas-Ventil
34. Die beiden Ventile 30, 34 werden geschlossen wenn, sich Lambda z.B. aufgrund einer
Undichtigkeit in einem der Bauteile außerhalb des voreingestellten Lambdabereichs
gelangt. Auf diese Weise wird eine sichere und zuverlässige Abschaltung der Brennervorrichtung
28 gewährleistet und die Gefahr von Unfällen an Brennervorrichtungen durch Undichtigkeiten
wird ausgeschlossen.
[0060] Die Zuführleitungen 31, 35 können im Bereich zwischen den Ventilen 29, 33 auch Bereichsweise
als Schlauch ausgebildet sein.
[0061] Im folgenden wird das Verfahren zur Fluidüberwachung für Fluidgemische aus zwei Fluiden
mittels der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung 1 anhand der in Figur 1 dargestellten
Brennervorrichtung 28 erläutert.
[0062] Über den Abstand der beiden Auflager 4, 5 wird der Gleichgewichtsbereich der Verhältnisdruckwippe
eingestellt. Dieser Gleichgewichtsbereich bestimmt die Toleranz der Gemischabweichung
von der voreingestellten Gemischzusammensetzung. Je größer der Abstand der beiden
Auflager 4, 5 ist desto größer ist der Gleichgewichts- bzw. der Lambdabereich.
[0063] Die Gemischzusammensetzung wird über die Ventile 30, 34 eingestellt, die entsprechend
geöffnet werden. Die Ventile begrenzen den Volumenstrom der Gase. Die Gemischzusammensetzung
kann auch über eine beliebige Druckreglerstation oder eine Durchfluss- bzw. Gemischregelung
oder die Gasquellen 29 und 33 automatisch oder manuell eingestellt werden.
[0064] Die Luft bzw. der Sauerstoff und das Brenngas strömen aus der ersten und der zweiten
Gasquelle 29, 33 durch die geöffneten Ventile 30, 34 und über die Zuführleitungen
31, 35 in den Brenner 32. Im Brenner werden die beiden Gase gezündet und der Brennvorgang
beginnt.
[0065] Über die an die Zuführleitungen 31, 35 angeschlossenen Zweigleitungen 14, 20 gelangt
das entsprechende Gas über die Anschlussöffnungen 13, 19 in die Druckkammer des Sauerstoff
Druck-/Wegwandlers 11 und des Brenngas-Druck-/Wegwandlers 12. Der in den Druckkammern
15, 21 anliegende Gasdruck übt eine Kraft auf die Membranen 16, 22 der Druck-/Wegwandler
aus. Diese Kraft wird in Form einer Wegänderung über die Gestänge 17, 23 auf die Balkenenden
9, 10 übertragen.
[0066] Die Gasgemischzusammensetzung unterliegt während des Brennvorgangs im Brenner 32
systembedingten Schwankungen oder weicht durch den Ausfall oder Abweichungen der Gemischregelung
oder manuelle Fehlbedienung vom Sollwertbereich ab, die innerhalb des an der Verhältnisdruckwippe
2 eingestellten Gleichgewichtsbereichs bzw. Toleranzbereichs liegen. Dieser Toleranzbereich
wird wie bereits beschrieben über den über die Auflager 4, 5 einstellbaren Gleichgewichtsbereich
eingestellt.
[0067] Der Gleichgewichtsbereich entspricht dem Lambdabereich. Tritt eine Undichtigkeit
an einem oder mehreren Bauteilen der Brennervorrichtung 28 wie zum Beispiel an einem
der Ventile 30, 34 oder den Leitungen 14, 20, 31, 35 auf, oder weicht die beliebige
Gemischregelung vom Sollwertbereich ab, dann ändert sich der in der entsprechenden
Druckkammer 15, 21 des entsprechenden Druck-/Wegwandlers 11, 12 anliegende Druck,
wodurch auch die über das Gestänge des Druck-/Wegwandlers 11, 12 auf die Balkenenden
9, 10 übertragene Kraft ihren Betrag ändert. Dies hat zur Folge, dass sich das Kräfteverhältnis
an den Balkenenden 9, 10 bzw. den Hebelarmen A, B, C, D der Verhältnisdruckwippe 2
ändert. Lambda wird gemäß der obigen Formel größer oder kleiner und ändert sich über
den voreingestellten Lambdabereich hinaus. Der Balken 6 der Verhältnisdruckwippe 2
gerät aus dem Gleichgewichtsbereich und somit aus dem Gleichgewicht.
[0068] Der Balken kippt über das zweite oder das erste Auflager 5, 4 in Richtung Lambda-Maximum-Sicherheitsschalter
7 oder Lambda-Minimum-Sicherheitsschalter 8 und das entsprechende Balkenende 9, 10
kontaktiert einen der beiden Sicherheitsschalter 7, 8. Über die entsprechende Signalleitung
25, 27 wird ein Signal an die Sicherheitssteuereinrichtung 26 gegeben. Die Sicherheitssteuereinrichtung
26 gibt über die Signalleitungen 36, 37 ein Schließsignal an die beiden Ventile 30,
34 und die Ventile 30, 34 werden sofort geschlossen. Der Brenner 32 wird nicht mehr
mit Gas versorgt und geht aus bzw. schaltet ab. Auf diese Weise wird beim Auftreten
einer Undichtigkeit die gesamte Brennervorrichtung 28 durch die Überwachungsvorrichtung
1 unverzüglich, d.h. innerhalb der EU-Vorschrift von 3 Sekunden, sicher und zuverlässig
abgeschaltet.
[0069] Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung an Hand eines zweiten Ausführungsbeispiels
erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel,
sofern nichts anderes beschrieben ist. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen und werden im Folgenden nicht noch mal erläutert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
1 zur Gemischüberwachung für Gasgemische gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist
in Figur 2 zusammen mit einer Brennervorrichtung 28 dargestellt.
[0070] Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass auf der der Basis 3 zugewandten Seite des Balkens 6 an den Balkenenden
9, 10 ein dritter und eine vierter Druck-/Wegwandler 40, 41 angeordnet und mit den
Balkenenden 9, 10 verbunden sind.
[0071] Der dritte Druck-/Wegwandler 40 weist eine Anschlussöffnung 42 auf, die mit einer
Zweigleitung 43 zum Zuführen von Luft bzw. Sauerstoff verbunden ist. Die Anschlussöffnung
42 mündet in eine Druckkammer 44, die von einer Membran 45 begrenzt ist. Die Membran
45 ist über ein Gestänge 46 mit einem am Balkenende 9 angeordneten Lager 18 verbunden.
[0072] Der vierte Druck-/Wegwandler 41 weist eine Anschlussöffnung 47 auf, die mit einer
Zweigleitung 48 zum Zuführen von Brenngas verbunden ist. Die Anschlussöffnung 47 mündet
in eine Druckkammer 49, die von einer Membran 50 begrenzt ist. Die Membran 50 ist
über ein Gestänge 51 mit einem am Balkenende 10 angeordneten Lager 24 verbunden.
[0073] Die Zweigleitung 14 des ersten Druck-/Wegwandlers 11 und die Zweigleitung des dritten
Druck-/Wegwandlers 43 sind mit einem ersten Leitungsabschnitt 52 verbunden. Im Bereich
zwischen den Anschlussstellen der Zweigleitung 14 des ersten Druck-/Wegwandlers 11
und der Zweigleitung 43 des dritten Druck-/Wegwandlers 40 ist in den ersten Leitungsabschnitt
52 ein Strömungswiderstand 53 integriert. Der Strömungswiderstand 53 kann ein veränderlicher
Strömungswiderstand, wie z.B. ein Ventil, sein.
[0074] Die Zweigleitung 20 des zweiten Druck-/Wegwandlers 12 und die Zweigleitung 48 des
vierten Druck-/Wegwandlers 41 sind mit einem zweiten Leitungsabschnitt 54 verbunden.
Im Bereich zwischen der Zweigleitung 20 des ersten Druck-/Wegwandlers 12 und der Zweigleitung
48 des vierten Druck-/Wegwandlers 41 ist in den zweiten Leitungsabschnitt 54 ein Strömungswiderstand
55 integriert. Der Strömungswiderstand 55 kann ein veränderlicher Strömungswiderstand
sein.
[0075] Die beiden sich gegnüberliegenden Druck-/Wegwandler 11, 40 bzw. 12, 41 übertragen
den an den Membranen 16, 45 bzw. 22, 50 anliegenden Druck bzw. Volumenstrom des entsprechenden
Fluides auf die Gestänge 17, 46 bzw. 23, 51. Die Gestänge 17, 46 bzw. 23, 51 beaufschlagen
das entsprechende Balkenende 9, 10 der Verhältnisdruckwippe 2 mit einer Kraft. Diese
Kraft ist proportional zu der an den Strömungswiderständen abfallenden Druckdifferenz.
Auf diese Weise werden die Fluidströme bzw. die Volumenströme der beiden Fluide miteinander
verglichen.
[0076] Die Gestänge 17 und 46 bzw. 23 und 51 können auch jeweils als ein Gestänge ausgebildet
sein. Die Gestänge 17, 46, 23, 51 können eine axiale Lagerung 57 aufweisen.
[0077] Die Luft bzw. der Sauerstoff strömt von der Luft-/Sauerstoffquelle 29 bzw. das Gas
strömt von der Gasquelle 33 zum Brenner 32. Die Richtung entlang der diese Ströme
strömen wird als Strömungsrichtung 56 bezeichnet.
[0078] Der erste und der zweite Druck-/Wegwandler 11, 12 sind mit der in Strömungsrichtung
56 vor dem Strömungswiderstand 53, 54 angeordneten Zweigleitung 14, 20 verbunden.
[0079] Der dritte und der vierte Druck-/Wegwandler 40, 41 sind mit der in Strömungsrichtung
56 nach dem Strömungswiderstand 53, 54 angeordneten Zweigleitung 43, 48 verbunden.
[0080] Somit greifen die auf der der Basis 3 zugewandten Seite angeordneten Druck-/Wegwandler
40, 41 den Balken 6 auf der gleiche Seite an und üben bezüglich der Auflager 4, 5
jeweils ein entgegengesetztes Moment auf den Balken 6 aus.
[0081] Die auf der von der Basis 3 abgewandten Seite angeordneten Druck-/Wegwandler 11,
12 greifen ebenfalls auf der gleichen Seite des Balkens 6 an und beaufschlagen den
Balken 6 jeweils mit einer Kraft. Bezüglich der Auflager 4, 5 üben sie jeweils ein
entgegengesetztes Moment auf den Balken aus.
[0082] Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Gemischüberwachung für Fluidgemische gemäß
dem zweiten Ausführungsbeispiel wird in einer Brennervorrichtung 28 gemäß Figur 2
verwendet. Die Brennervorrichtung entspricht, sofern nichts anderes beschrieben ist,
der Brennervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
[0083] Der erste und der zweite Leitungsabschnitt sind Bestandteil der Zuführleitungen 31,
35. Die Zweigleitungen 14, 20, 43, 48 münden somit in die jeweilige Zuführleitung
31, 35.
[0084] Im folgenden wird das Verfahren zur Fluidüberwachung für Fluidgemische aus zwei Fluiden
mittels der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung 1 anhand der in Figur 2 dargestellten
Brennervorrichtung 28 erläutert. Das Verfahren entspricht, sofern nichts anderes beschrieben
ist, dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
[0085] Über den Abstand der beiden Auflager 4, 5 wird der Gleichgewichtsbereich der Verhältnisdruckwippe
eingestellt.
[0086] Über die an die Zuführleitung 31 angeschlossenen Zweigleitungen 14, 43 gelangt die
Luft oder der Sauerstoff über die Anschlussöffnungen 13, 42 in die Druckkammern des
ersten und des dritten Druck-/Wegwandlers 11, 40. Der in den Druckkammern 15, 44 anliegende
Gasdruck übt jeweils eine Kraft auf die Membranen 16, 45 der Druck-/Wegwandler 11,
40 aus. Diese beiden Kräfte sind unterschiedlich groß und entgegengerichtet. Somit
gibt es eine resultierende Kraft, die proportional zum Druckabfall am Strömungswiderstand
53 und damit proportional zum Fluss durch die Zuführleitung 31 ist und über die Gestänge
17, 46 auf das Balkenende 9 übertragen wird.
[0087] Über die an die Zuführleitung 35 angeschlossenen Zweigleitungen 20, 48 gelangt das
entsprechende Brenngas über die Anschlussöffnungen 19, 47 in die Druckkammern des
zweiten und des vierten Druck-/Wegwandlers 12, 49. Der in den Druckkammern 21, 49
anliegende Gasdruck übt jeweils eine Kraft auf die Membranen 22, 50 der Druck-/Wegwandler
12, 49 aus. Diese beiden Kräfte sind unterschiedlich groß und entgegengerichtet. Somit
gibt es eine resultierende Kraft, die proportional zum Druckabfall am Strömungswiderstand
55 und damit proportional zum Fluss durch die Zuführleitung 35 ist und über die Gestänge
23, 51 auf das Balkenende 10 übertragen wird.
[0088] Über die Einstellung der beiden Auflager 4, 5 wird das gewünschte Verhältnis der
resultierenden Kräfte eingestellt. Befinden sich die resultierenden Kräfte im gewünschten
Verhältnis innerhalb der zulässigen Toleranz, dann ist der Balken 6 im Gleichgewicht
und das Fluidgemisch kann dem Brenner zugeführt werden.
[0089] Mittels der veränderlichen Strömungswiderstände 53, 55 ist die Druckdifferenz zwischen
dem jeweiligen vor dem Strömungswiderstand 53, 55 angeschlossenen Druck-/Wegwandler
11, 12 und zwischen dem nach dem Strömungswiderstand 53, 55 angeschlossenen Druck-/Wegwandler
40, 41 einstellbar. Über den Balken wird das Druckdifferenzverhältnis an beiden Strömungswiderständen
53, 55 vergeglichen. Das gewünschte Verhältnis der Druckdifferenz bzw. der Volumenströme
ist somit grundsätzlich auch über die Strömungswiderstände 53, 55 einstellbar. Diese
Einstellung kann auch durch eine Kombination aus der Einstellung der Strömungswiderstände
53, 55 und dem Verschieben der Auflager 4, 5 erfolgen.
[0090] Prinzipiell ist bei den einstellbaren Strömungswiderständen 53, 55 auch eine zentrale
Lagerung des Balkens 6 möglich, da die gewünschten Verhältnisse der Druckdifferenz
auch alleine durch veränderliche Strömungswiderstände 53, 55 einstellbar sind.
[0091] Die Gasgemischzusammensetzung unterliegt während des Brennvorgangs im Brenner 32
systembedingten Schwankungen oder weicht durch den Ausfall oder durch Ungenauigkeiten
der Gemischregelung vom Sollwertbereich ab, die innerhalb des an der Verhältnisdruckwippe
2 eingestellten Gleichgewichtsbereichs bzw. Toleranzbereichs liegen. Dieser Toleranzbereich
wird wie beim ersten Ausführungsbeispiel über den einstellbaren Abstand der Auflager
4, 5 eingestellt.
[0092] Tritt eine Verstopfung oder eine andere Störung an einem oder mehreren Bauteilen
der Brennervorrichtung 28, wie zum Beispiel an einer der Düsen des Brenners oder den
Leitungen 31, 35, auf, dann ändert sich die Volumenströmung und damit die über den
entsprechenden Strömungswiderstand 53, 55 abfallende Druckdifferenz. Aus einer derartigen
Änderung der Druckdifferenz ergibt sich eine andere resultierende Kraft. Ist die Änderung
der Druckdiffernz und der damit verbundenen resultierenden Kraft zu groß bzw. liegt
sie außerhalb des über die Auflager eingestellten Toleranzbereichs gerät der Balken
6 der Verhältnisdruckwippe 2 aus dem Gleichgewicht.
[0093] Der Balken kippt über das zweite oder das erste Auflager 5, 4 in Richtung Lambda-Maximum-Sicherheitsschalter
7 oder Lambda-Minimum-Sicherheitsschalter 8 und das entsprechende Balkenende 9, 10
kontaktiert einen der beiden Sicherheitsschalter 7, 8. Über die entsprechende Signalleitung
25, 27 wird ein Signal an die Sicherheitssteuereinrichtung 26 gegeben. Die Sicherheitssteuereinrichtung
26 gibt über die Signalleitungen 36, 37 ein Schließsignal an die beiden Ventile 30,
34 und die Ventile 30, 34 werden sofort geschlossen. Der Brenner 32 wird nicht mehr
mit Gas versorgt und geht aus bzw. schaltet ab. Auf diese Weise wird z.B. beim Auftreten
einer Verstopfung oder einem Loch oder dem Ausfall oder Abweichungen der Gemsichregelung
die gesamte Brennervorrichtung 28 durch die Überwachungsvorrichtung 1 unverzüglich
sicher und zuverlässig abgeschaltet.
[0094] Die Druck-/Wegwandler 11, 12, 40, 41 können auch unterschiedlich große Wirkflächen
zur Umsetzung eines Druckes in einen Weg bzw. eine Kraft aufweisen. Auf diese Weise
wird bei großen Fluiddruckverhältnissen der beiden gemischbildenden Fluide durch eine
geeignete Wahl der Größe der Wirkflächen bzw. Membranen 16, 22, 45, 50 der Druck-/Wegwandler
11, 12, 40, 41 die Genauigket der Abschaltpunkte verbessert. Zudem ermöglicht eine
geeignete Wahl der Größe der Wirkflächen der Druck-/Wegwandler 11, 12, 40, 41 einen
kompakteren Aufbau der Vorrichtung. Bei einem Fluiddruckverhältnis von z.B. 1:20 ergibt
sich bei einem Membranverhältnis von 1:10 ein Gleichgewichtspunkt auf dem Balken von
1:2 statt 1:20.
[0095] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise zur Gemischüberwachung für Gasgemische
aus zwei Gasen verwendet. Sie kann aber auch zur Regelung aller beliebigen Fluidgemische,
auch von Flüssigkeiten und/oder Gasen, verwendet werden.
[0096] In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 wird der Differenzdruck über
den Brenner 32 gemessen. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem in Figur 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel. Die Druck-/Wegwandier 40, 41 sind jedoch direkt mit einem Brenn-
bzw. Ofenraum des Brenners 32 verbunden. Auf diese Weise wird der Differenzdruck zwischen
der Zuführleitung 31, 35 im Bereich vor den Strömungswiderständen 53, 55 und dem Brenn-
bzw. Ofenraum des Brenners 32 gemessen. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel wirkt
sich neben dem Leitungswiderstand der Leitung 31, 35 im Bereich vom jeweiligen Strömungswiderstand
53, 55 bis zum Brenner 32 und dem Widerstand des Brenners 32 auch der Strömungswiderstand
53, 55 auf den Differenzdruck aus. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die
Druck Weg-/Wandler 11, 12 mit den Leitungen 31, 35 unmittelbar vor dem Brenner verbunden
(gestrichelt dargestellte Leitungen). Hierbei wirkt die Druckdifferenz lediglich durch
den Strömungswiderstand des Brenners auf den Differenzdruck aus.
[0097] Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen bieten insbesondere eine hohe Sicherheit bei
Veränderungen der Strömungswiderstände durch Verschnmutzungen und einer aus einer
Verstopfung am Brenner resultierenden falschen Gasgemischzusammensetzung.
[0098] Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel
bietet die Möglichkeit ein Überwachungsvorrichtung an nahezu beliebigen Punkten einer
Brennervorrichtung anzuschließen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit einer zentralen
Gesamtgemischüberwachung mehrerer Einzelrbenneranlagen eines Ofens . Durch die Überwachung
der zentralen Gaszuführungen vor den Verzweigungen zu den Einzelbrenneranlagen können
mit einer Überwachungsvorrichtung mehrere Brenner überwacht werden.
[0099] Durch die Erfassung des Differenzdruckes ist eine Überwachung aller variablen Zweifluidgemischregelungen
an beliebigen Strömungswiderständen möglich.
[0100] Mittels der Erfassung des Differenzdruckes zwischen dem Luft- oder Sauerstoffdruck
zum Gesamtofenraumdruck und der Erfassung des Differenzdruckes zwischen dem Brenngasdruck
und dem Ofenraumdruck kann ein relativ zu den beiden Fluidströmen relevanter Ofenraumdruck
überwacht werden. Eine derartige Überwachung des Differenzdruckes ist z.B. bei Luftbrennern
mit geringen Luftdrücken vorteilhaft, da auf dies Weise geringste Änderungen des Ofenraumdrucks
detektierbar sind.
[0101] Die Druck-/Wegwandler sind vorzugsweise an einer Stelle konstanten Druckes z.B. hinter
den beiden Druckreglerstationen (30, 34) der beiden Fluide oder hinter einer Mischstelle
der beiden Gase im Brenner, z.B. bei Feuerungen stromaufwärts vor dem Brenner und
stromabwärts hinter dem Brenner im Feuerraum, angeordnet. Hierbei wird dann der Differenzdruck
über den Brenner erfasst. Auf diese Weise werden bei Feuerungen O-fenraumdruckschwankungen
kompensiert.
[0102] Die Brennervorrichtung wird in der Regel mit einem zugelassenen Feuerungsautomaten/-system
(nicht dargestellt) betrieben. Dieser steuert den Startvorgang des Brenners über diverse
Sequenzen, mit Sicherheitszeiten und den üblichen Parametern. Über den Feuerungsautomat
erfolgt die Freigabe für einen Regler (nicht dargestellt), der den Brenner regelt.
Der Brenner befindet sich dann im Betriebszustand. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann mit einer vorgeschriebenen max. Fehlertoleranzzeit von z.B. 3 Sekunden (realisierbar
z.B. über zugelassene Sicherheitszeitrelais) über einen Wächterketteneingang (nicht
dargestellt) des Feuerungsautomaten der Brenner einfach abgeschaltet werden.
[0103] Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sicherheitssteuereinrichtung anstelle des
Schließsignals oder zusätzlich zum Schließsignal ein akustisches Warnsignal ausgibt.
[0104] Die Druckmessung der beiden Fluide kann an jeder beliebigen Stelle der Brennervorrichtung
erfolgen.
[0105] Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung kann typischerweise in Hochleistungsbrennervorrichtungen
mit einer Leistung von 500 kW bis zu mehreren Megawatt verwendet werden.
[0106] Die Überwachungsvorrichtung kann als zweiter Kanal für eine elektronische Gemischaufbereitung,
die in der Regel eine eigene Abschaltautomatik aufweist, verwendet werden.
[0107] Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung ist eine kostengünstige, zuverlässige
elektromechanische Lösung mit welcher einfach die Anforderungen der Normen erfüllt
werden können.
[0108] Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung ist aber auch grundsätzlich alleine
dazu geeignet eigensicher einen Brenner oder ein sonstiges Mischungsverhältnis zu
überwachen.
Bezugszeichenliste
[0109]
1 Vorrichtung
2 Verhältnisdruckwippe
3 Basis
4, 5 Auflager
6 Balken
7 Sicherheitsschalter
8 Sicherheitsschalter
9, 10 Balkenenden
11 erster Druck-/Wegwandler
12 zweiter Druck-/Wegwandler
13 Anschlussöffnung
14 Zweigleitung
15 Druckkammer
16 Membran
17 Gestänge
18 Lager
19 Anschlussöffnung
20 Zweigleitung
21 Druckkammer
22 Membran
23 Gestänge
24 Lager
25 Signalleitung
26 Sicherheitssteuereinrichtung
27 Signalleitung
28 Brennervorrichtung
29 Luft- Sauerstoffquelle
30 Luft/Sauerstoff-Ventil
31 Zuführleitung
32 Brenner
33 Gasquelle
34 Brenngasventil
35 Zuführleitung
36 Signalleitung
37 Signalleitung
38 Feder
39 Feder
40 dritter Druck-/Wegwandler
41 vierter Druck-/Wegwandler
42 Anschlussöffnung
43 Zweigleitung
44 Druckkammer
45 Membran
46 Gestänge
47 Anschlussöffnung
48 Zweigleitung
49 Druckkammer
50 Membran
51 Gestänge
52 erster Leitungsabschnitt
53 Strömungswiderstand
54 zweiter Leitungsabschnitt
55 Strömungswiderstand
56 Strömungsrichtung
57 axiale Lagerung
1. Vorrichtung zur Gemischüberwachung für Fluidgemische aus zwei Fluiden umfassend
- zwei Einrichtungen zur Umsetzung eines Druckes in eine Kraft bzw. in einen Weg,
die im folgenden als Druck-/Wegwandler (11, 12) bezeichnet werden, die den in den
Druck-/Wegwandlern anliegenden Druck in einen Weg bzw. in eine Kraft umwandeln und
- einen Balken (6) der kippbar auf zwei Auflagern (4, 5) gelagert ist, wobei jeweils
ein Balkenende (9, 10) mit einem der Druck-/Wegwandler derart verbunden ist, dass
der Balken kippt, wenn die beiden Druck-/Wegwandler nicht mehr im Gleichgewicht sind,
und
- zumindest eine Detektoreinrichtung, die ein Kippen des Balkens (6) detektiert und
ein Signal ausgibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Auflager verschiebbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Balken (6) und die verschiebbaren Auflager (4, 5) Bestandteile einer Verhältnisdruckwippe
(2) sind, wobei die Verhältnisdruckwippe (2) zwei Anschläge aufweist, die die Schwenkbewegung
des Balkens (6) begrenzen und die Detektoreinrichtung einen Drehwinkelsensor oder
zwei Sicherheitsschalter (7, 8) umfasst, wobei die Sicherheitsschalter (7, 8) entweder
an den Anschlägen oder an den mit den Anschlägen in Kontakt bringbaren Bereichen des
Balkens (6) angebracht sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Leitungsabschnitte zum Durchfluss jeweils eines Fluides vorgesehen sind und
von diesen in einer Strömungsrichtung durchströmt werden, wobei in den beiden Leitungsabschnitten
jeweils ein Strömungswiderstand angeordnet ist und zwei weitere Druck-/Wegwandler
(40, 41) vorgesehen sind, die jeweils an den Balkenenden (9, 10) zu den den Druck-/Wegwandlern
(11, 12) gegenüberliegendenden Seiten der Balkenenden angreifen, wobei an den beiden
Leitungsabschnitten in Strömungsrichtung vor und nach dem Strömungswiderstand jeweils
eine Zweigleitung abzweigt, die mit einem der Druck-/Wegwandler verbunden sind, und
zwei mit einem der Leitungsabschnitte verbundene Zweigleitungen jeweils ein Paar am
Balken gegenüberliegende Druck-/Wegwandler mit Druck beaufschlagen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den Balkenenden (9, 10) Federn (38, 39) angeordnet sind, die derart ausgebildet
sind, dass sie parallel zur Krafteinwirkung der Druck-/Wegwandler (11, 12) den Balken
(6) mit einer Kraft beaufschlagen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass Anschlussstellen einer Zweigleitung (14, 20) an eine Zuführleitung (31, 35) zur Messung
des statischen Druckes oder des Gesamtdruckes ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druck-/Wegwandler (11, 12) unterschiedlich große Wirkflächen für die Umsetzung
eines Druckes in eine Kraft aufweisen.
8. Brennervorrichtung mit
- zwei Gasquellen (29, 33),
- zwei Ventilen (30, 34),
- zwei Zuführleitungen (31, 35), und
- einem Brenner (32) zum Erzeugen einer Flamme aus zwei Gasen, und
- einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Druck-/Wegwandler
(11, 12) der Vorrichtung (1) über Zweigleitungen (14, 20) mit den Zuführleitungen
(31, 35) der Brennervorrichtung (28) verbunden sind.
9. Brennervorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Sicherheitssteuereinrichtung (26) vorgesehen ist, die mit der Detektoreinrichtung
verbunden ist und zur Ausgabe eines akustischen Signals ausgebildet ist und/oder mit
den Ventilen (30, 34) der Brennervorrichtung (28) verbunden ist.
10. Verfahren zur Gemischüberwachung für Gasgemische aus zwei Gasen, wobei
- mittels zweier Druck-/Wegwandler der in den Druck-/Wegwandlern anliegende Druck
der beiden Gase in einen Weg bzw. eine Kraft umgewandelt wird und zwei Balkenenden
eines
- kippbar auf zwei verschiebbaren Auflagern gelagerten Balkens mit dem Druck bzw.der
Kraft beaufschlagt werden wobei der Zustand des Balkens wenn er nicht mehr im Gleichgewicht
ist,
- von einer Detektoreinrichtung detektiert wird und diese ein Signal ausgibt.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Gleichgewichtsbereich des Balkens (6) durch Verschieben der beiden Auflager (4,
5) einstellbar ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gleichgewichtsbereich des Balkens (6) durch zwei aus Hebelverhältnissen des Balkens
(6) resultierende Gleichgewichte begrenzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Gase Luft bzw. Sauerstoff und Brenngas vorgesehen sind, die Gase einem Brenner
(32) zugeführt werden und über ein Signal einer Sicherheitssteuereinrichtung die Gaszufuhr
zum Brenner unterbrochen wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels zweier Federn (38, 39) an den Balkenenden (9, 10) parallel zur Krafteinwirkung
der Druck-/Wegwandler (11, 12) der Balken (6) mit einer Kraft beaufschlagt wird, um
bei einer Abweichung der Druck-/Strömungsverhältnisse der Fluide in einem beliebigen
Durchflusspunkt eine Korrektur vorzunehmen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (1) zur Gemischüberwachung von Gasen, Flüssigkeiten und Gemischen
aus Flüssigkeiten und Gasen verwendet wird.