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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Permanentüberwachung in einem Abgasstrom von brennstoffbefeuerten Wärmeerzeugungsanlagen, beispielsweise in Gebäuden.
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Die Überwachung von brennstoffbefeuerten Wärmeerzeugungsanlagen erfordert eine kontinuierliche Messung von Parametern des Abgases zur Bestimmung des Abgasverlustes entsprechend der aktuellen Bundesimmissionschutzverordnung (BImSchV) z.B. der Abgastemperatur und Sauerstoffkonzentration, da ein Sauerstoffüberschuss im Abgas ein Maß für die Qualität der Verbrennung ist. Dazu werden bereits verschiedene Messprinzipien und Geräte angewendet, die jedoch für den Einsatzzweck einer Permanentüberwachung nicht hinreichend geeignet sind.
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Als preiswerte Lösung einer permanenten O2-Messung wurden für die Kraftfahrzeug-Motorsteuerung Sensoren, die auf dem Zirkoniumdioxidprinzip eingesetzt werden, als Lambda-Sonden entwickelt. Diese Lambda-Sonden haben jedoch aufgrund der gewählten Fertigungstechnologie zur Massenherstellung eine feste Bauform, die für den Einsatz in brennstoffbefeuerten Anlagen ohne Messgaszuführung nicht geeignet sind. Außerdem ist die am Markt angebotene Sensorik zu hochpreisig, um wirtschaftlich in den zu überwachenden Anlagen eingesetzt zu werden. Daher wurden in der Vergangenheit bereits eine Vielzahl von Lösungen für diese oder ähnliche Einsatzzwecke entwickelt und patentiert.
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In
DE 10049232 A1 wird eine Sonde vorgeschlagen, die ein Innenrohr, ein Mittelrohr und ein Außenrohr umfasst, wobei zumindest das Innenrohr innerhalb des Mittelrohrs endet. An dem Mittelrohr ist ein Adapter zur Aufnahme einer Messgasentnahme angeordnet, so dass sich zwischen dem Ende des Innenrohrs und dem Mittelrohr sowie dem Adapter ein Messraum bildet. Ein Sensor ist innerhalb des Messraums angeordnet.
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Die Veröffentlichung
CN 201331506 Y offenbart eine Sauerstofferfassungsvorrichtung mit einem Festelektrolyt-Zirkoniumdioxid-Sauerstoffdetektor zum Messen der Sauerstoffkonzentration unter der Bedingung von hoher Temperatur und hoher Staubkonzentration. Es wird neben der Messung der Gaswerte auch eine Temperaturmessung offenbart. Diese erfolgt in einem abgezweigten Rauchgasstrom.
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In
DE 102004008521 B3 wird eine Anordnung offenbart, welche aus einer Datenerfassungseinrichtung zum Erfassen von Brennstoffleistung, Innentemperatur und Verbrennungslufttemperatur, einer Messeinrichtung zum Messen von Abgaskonzentrationsparameter, Abgastemperatur und Außentemperatur und einer Auswerteeinrichtung zum Ermitteln des Wirkungsgrades der Heizanlage besteht. Die Messwerte werden jeweils über der Zeit in einem Beobachtungszeitraum von bestimmter Beobachtungsdauer aufgenommen. Anschließend wird der Wärmeanschlusswert der Heizungsanlage aus der maximalen Heizarbeit und der Beobachtungsdauer ermittelt.
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Alle bisher entwickelten Lösungen genügen jedoch nicht den Anforderungen an eine Permanentmessung der O2-Konzentration und Abgastemperatur im Kernstrom, denn während die O2-Konzentration des Abgasstromes im Abgasrohr über den Querschnitt relativ konstant ist, ist die Abgastemperatur über den Querschnitt und über die Rohrlänge in Abhängigkeit von der Rohrgeometrie und der Strömungsgeschwindigkeit veränderlich.
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Das heißt, dass die geometrische Mitte des Rohrquerschnittes nicht zwangsläufig der Ort der höchsten Abgastemperatur ist. Dazu ist der erforderliche Messort im Kernstrom mittels Bewegen des Temperaturfühlers zu suchen und zu fixieren. Derzeit gibt es keine Permanentmesseinrichtung, die bei Nutzung der vorgesehenen Messöffnung mit einem im Kernstrom justierbaren Temperaturfühler kombinierbar ist.
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Der Einsatzzweck erfordert eine Messeinrichtung, die die Messdaten, z.B. die Sauerstoffkonzentration und die Abgastemperatur des Kernstroms permanent im Abgasrohr in situ simultan bereitstellen und in der vom Hersteller oder Erbauer der Anlage vorgesehenen Messöffnung revisionierbar, aber quasi fix installiert werden kann, wartungsfrei arbeitet, mit Abgas aus brennstoffbefeuerten Heizkesseln belastbar und kostengünstig beschaffbar ist.
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Diese Messeinrichtung muss weiterhin den normativen und gesetzlichen Anforderungen für Sicherheit, Konstruktion und Funktion von Abgasfühlern für die Verwendung in Systemen zur Überwachung entsprechen. (DIN EN 16340:2014-10, DIN EN 13611).
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Dieses Messgerät muss durch eine dritte Person, z.B. für eine Abgasmessung nach Bundesimmissionschutzverordnung zwischenzeitlich entfernt und wieder bestimmungsgemäß angebracht werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zu konstruieren, die gleichzeitig die dauerhafte Positionierung eines Sensors zur Messung der Sauerstoffkonzentration des Abgasstromes und die Positionierung eines justierbaren Sensors zur Ermittlung der Kernstromabgastemperatur ermöglicht, um hinreichend genau den Abgasverlust entsprechend den Forderungen der BImSchV innerhalb der vorgesehenen Messöffnung eines Abgasrohres berechnen zu können.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Einsatz in Abgasrohren, mit der ein Primärsensor, z.B. eine Lambda- Sonde, so angeordnet wird, dass der zu messende Abgasstrom aus dem Kernstrom abgezweigt, an der Messstelle der Lambda-Sonde vorbeigeführt und wieder in den Abgasstrom eingespeist wird, um den Messwert, z.B. den Sauerstoffkonzentration quasi in situ, quasi simultan mit einem weiteren Messwert messtechnisch ermitteln und verarbeiten zu können. Hierbei wird unter "quasi in situ" fast unmittelbar vor Ort und unter "quasi simultan" fast gleichzeitig verstanden.
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Gleichzeitig ist in der Vorrichtung ein nach Montage gesondert justierbarer Sekundärsensor, z.B. Temperaturfühler, angeordnet, der exakt im Kernstrom positionierbar und fixierbar ist, um den erforderlichen Temperaturwert gleichzeitig zum Messwert der Lambda-Sonde messtechnisch ermitteln und verarbeiten zu können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Permanentüberwachung in einem Abgasstrom besteht aus einer Messgaszuführung, einem Trägerstück, einem Primärsensor zur Messung einer Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom und einem Sekundärsensor, zur Messung einer Temperatur im Abgas, und ist dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Trägerstücks eine kegelförmige Messkammer mit einer nach oben gerichteten Spitze angeordnet ist, wobei in die Messkammer seitlich der Primärsensor kraftschlüssig eingefügt ist und der Sekundärsensor senkrecht durch die kegelförmige Messkammer bis in einen Abgaskernstrom positionierbar und arretierbar hindurchgeführt wird, um die Temperatur im Abgaskernstrom quasi in situ, quasi simultan zur Messung der Sauerstoffkonzentration zu bestimmen.
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Die kegelförmige Messkammer ist zur Messgaszuführung hin geöffnet und mit dieser verbunden, wobei die Messgaszuführung zylinderförmig und nach unten geschlossen ist. Die Messgaszuführung ist durch ein axial verlaufendes Leitblech in zwei, vorzugsweise gleich große, strömungstechnisch voneinander getrennte Kammern unterteilt, wobei im Bereich des Abgasstroms eine luvseitige Kammer eine Luv-Öffnung und eine leeseitige Kammer eine Lee-Öffnung aufweisen.
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Weiterhin ist die Messgaszuführung axial verschiebbar in dem Abgasrohr gelagert, so dass sie direkt mit dem Abgasstrom in Verbindung steht.
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Der Sekundärsensor wird variabel und unabhängig von der Position des Primärsensors in dem Abgaskernstrom positioniert, wobei eine Nachjustierung jederzeit möglich ist.
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Der Primärsensor ist eine Lambda-Sonde) oder ein Zirkoniumdioxidsensor. Der Sekundärsensor ist ein Temperatursensor.
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Über das Trägerstück erfolgt eine Wärmeabfuhr für eine Sondenheizung oder für einen Zirkonoxidsensor.
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In einer Ausführungsform ist zwischen Messkammer und Messgaszuführung eine Flammendurchschlagssicherung angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist in der Messkammer ein Flammenwächter angeordnet, der bei Flammenbildung den Primärsensor als Zündquelle abschaltet. Die Flammendurchschlagssicherung und der Flammenwächter können gemeinsam zur Erhöhung der Sicherheit dienen.
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Die Bauform der Messgaszuführung ist derart ausgeführt, dass Öffnungen an der Luv- und Leeseite in Kombination mit einem Leitblech so gestaltet und positioniert werden, dass ein maximal möglicher Überdruck und Unterdruck gebildet werden kann, um die notwendige Durchströmung auch bei einem geringen Rohrquerschnitt und größerer Rohrlänge der Messgaszuführung sowie weiterer einbaubarer Komponenten wie z.B. Flammenrückschlagsicherung oder Flammenwächter zu gewährleisten.
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Die gewählte Geometrie der Messgaszuführung und Gestaltung der Messkammer dient der Sicherung eines schnellen Stofftransportes des Messgases und einer optimalen Anströmung der Lambda-Sonde. Dementsprechend sind Ein- und Austrittsöffnungen, Rohrlänge und Rohrdurchmesser der Messgaszuführung und die Messkammer (z.B. kegelförmig) gestaltet. Dadurch wird gesichert, dass die Messwerte der Abgastemperatur und der Sauerstoffkonzentration zeitgleich aus den identischen Abgasstromabschnitten entnommen werden. Es wird eine höhere Genauigkeit gegenüber den üblichen Messsystemen mit chemischen Messzellen erreicht, da diese zur Messung der Sauerstoffkonzentration das Messgas aus dem Abgasstrom abpumpen und einer Messzelle zuführen. Dies ist mit einer variierenden Zeitverschiebung verbunden, die nur ungenau rechnerisch kompensiert werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Permanentüberwachung von Abgas in einem Abgasstrom eines brennstoffbefeuerten Wärmeerzeugers verwendet eine Messvorrichtung mit einer Messgaszuführung, einem Trägerstück, einem Primärsensor zur Messung einer Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom und einem Sekundärsensor zur Messung einer Temperatur im Abgas, und ist dadurch gekennzeichnet, dass neben der Messung der Sauerstoffkonzentration die Messung einer Abgaskerntemperatur erfolgt und dass die gemessenen Daten für die Sauerstoffkonzentration und die Abgaskerntemperatur einer Auswerteeinheit zugeführt werden, um eine permanente Auswertung eines Betriebsverhaltens des brennstoffbefeuerten Wärmeerzeugers auf Basis dieser Messwerte vorzunehmen und dass anhand der übertragenen Daten der Sauerstoffkonzentration und der Abgaskerntemperatur optimale Führungsgrößen für eine optimale Feuerungsregelung des brennstoffbefeuerten Wärmeerzeugers generiert werden
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Zur Einhaltung der gesetzlichen Normen für die Sicherheit von Abgasfühlern kann im Falle des Einsatzes eines Sensors mit einer Arbeitstemperatur, die über der Zündtemperatur des Brennstoff-Luftgemisches liegen kann, wie die Lambda-Sonde oder ein Zirkoniumdioxidsensor vor den Sensor eine Flammdurchschlagssicherung gesetzt werden, die im Falle des Einströmens eines zündbaren Brennstoff-Luftgemisches die Flammausbreitung über die Messeinrichtung verhindert.
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Zusätzlich kann ein Temperaturwächter, z.B. als thermischer oder optischer Sensor so an der Messstelle angebracht und geschaltet werden, so dass im Fall der Zündung des Gemisches und der damit einher gehenden Temperaturerhöhung und Lichtemission die Sonde abgeschaltet wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren erfüllen die nachfolgend aufgeführten Kriterien gleichzeitig.
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Die Vorrichtung ist für das Medium Abgas von brennstoffbefeuerten Wärmeerzeugern geeignet. Die Funktionsfähigkeit ist entsprechend den Einsatzbedingungen im Abgasrohr in dem gegebenen Temperaturbereich (ca. 20° C bis ca. 400 °C), den zu erwartenden Schwebstoffen (Ruß, Staub) der Strömungsgeschwindigkeit (> 5 m/s), dem möglichen Feuchteanteil (> 100%) und den möglichen PH-Werten (sauer < 1,5) gegeben. Sie zeichnet sich durch eine hohe Robustheit gegen Verschmutzung, Schlag, Stoß, Fremdeinwirkung, Verformungen, Erschütterungen aus und behält ihre Funktionsfähigkeit bei. Es wird aus dem Kernstrom des Abgases einen Teilstrom abgezweigt, an den Sensor herangeführt und wieder in den Gesamtstrom abgeleitet.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Vorrichtung über einen langen Zeitraum autonom arbeiten kann, ohne zwischenzeitlich gereinigt oder gewartet zu werden.
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Die Vorrichtung ist so gestaltet, dass sie für den universellen Einsatz in üblichen Messöffnungen bzw. Messstutzen mit einem geringen Durchmesser geeignet ist und dem durch die aufgebaute Druckdifferenz erzeugten Volumenstrom standhält. Ihre Geometrie kann ggf. an andere Sonden, z.B. zur CO-Messung oder CO2-Messung angepasst werden. Durch ihre Bauform wird die Strömungsenergie des Abgases zum Aufbau einer hinreichenden Druckdifferenz genutzt. Die Vorrichtung weist eine dauerhafte, aber lösbare Befestigung auf. Die Dichtheit des Abgassystems im Montagebereich ist gewährleistet. Im Falle des Einsatzes eines Sensors mit hoher Arbeitstemperatur wird die Sensorwärme über die Außenfläche der Vorrichtung abgegeben, um Beschädigungen von Bauteilen durch Übertemperaturen zu vermeiden. Die Lambda-Sonde ist im Trägerstück so positionierbar, dass bei Brennerbetrieb kein Kondensat die Sonde benetzen kann.
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Die Vorrichtung gewährleistet unabhängig von der variablen und fixierbaren Positionierung des Sauerstoffsensors eine variable und fixierbare Eintauchtiefe für den Temperatursensor. Der Temperaturfühler wird genau im Kernstrom des Abgases positioniert. Bei Bedarf können auch andere Fühler im Kernstrom positioniert werden.
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Bei Einströmen eines Brennstoffgemisches aus dem Abgasrohr in die Vorrichtung kann mittels einer Flammendurchschlagssicherung verhindert, werden, dass sich bei einer Zündung eine Flammenfront über die Messgaszuführung in das Abgassystem und darüber hinaus ausbreiten kann.
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Ein im Messraum installierter Flammenwächter kann verhindern, dass bei fortgesetzter Nachströmung eines Brennstoff-Luft-Gemisches die Sonde weiterhin die Arbeitstemperatur beibehält und so erneut Zündungen auslöst.
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Ausführung der Erfindung
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Eine mögliche Ausführung der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Permanentüberwachung der Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom und der Abgaskerntemperatur in Abgasrohren und
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2 eine weitere Ausführungsform.
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Die Vorrichtung in 1 besteht aus einer Messgaszuführung 1 in Form eines Zuführungsrohrs, einem Trägerstück 3, einem Primärsensor, z.B. einer handelsüblichen Lambda-Sonde 5 mit fester Bauform (Stummelsonde), um den Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom 601 zu messen, und einem Sekundärsensor, z.B. einen Temperatursensor 4 zur Messung einer Abgaskerntemperatur im Abgaskernstrom 602. Die Vorrichtung ist so gestaltet, dass diese als eine Einheit in ein Abgasrohr 6 in die bereits vorhandene übliche Messöffnung mit einem geringen Durchmesser eingesetzt wird. Für eine regelmäßige, obligatorische Abgaskontrolle durch beispielsweise einen Schornsteinfeger kann die Vorrichtung zeitweise entfernt werden. Die Dichtheit des Abgassystems im Montagebereich wird durch die Vorrichtung nicht beeinträchtigt.
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Die Vorrichtung in 2 beinhaltet gegenüber der 1 eine Flammendurchschlagssicherung 304 und einen Flammenwächter 2, wodurch die normativen und gesetzlichen Anforderungen für Sicherheit, Konstruktion und Funktion von Abgasfühlern erfüllt werden. Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich hauptsächlich auf 2. Die Funktionsweise der Vorrichtung nach 1 beruht auf dem gleichen Messprinzip.
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Das Trägerstück 3 dient der gemeinsamen Aufnahme der Messgaszuführung 1, der Lambda-Sonde 5, des Temperatursensors 4, der Flammendurchschlagssicherung 304 und dem Flammenwächter 2 Über das Trägerstück 3 wird bei Bedarf auch eine Wärmeabfuhr für eine hier nicht weiter gezeigte Sondenheizung oder im Falle des Einsatzes eines Zirkoniumdioxidsensors die Ableitung der Sensorwärme erreicht, um Beschädigungen von Bauteilen durch Übertemperaturen zu vermeiden. Sowohl die Sensoren als auch die Messgaszuführung 1 sind lösbar mit dem Trägerstück 3 verbunden. Beispielsweise kann die Messgaszuführung 1 in unterschiedlicher Länge und Bauart ausgeführt sein. Für das Ausführungsbeispiel ist die Messgaszuführung 1 zylinderförmig ausgeführt. Der Durchmesser der Messgaszuführung 1 und die Öffnungen der Flammendurchschlagssicherung 304 sind an die herstellerseitig vorgegebenen minimalen Messöffnungen angepasst, wobei der durch die aufgebaute Druckdifferenz erzeugte Volumenstrom sichergestellt werden muss und der Strömungswiderstand das funktionell vorgegebene Maß nicht überschreiten darf. Für die Lambda-Sonde 5 und den Temperatursensor 4 ist eine variable und fixierbare Eintauchtiefe zum jeweiligen Messort einstellbar.
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Das Trägerstück 3 besteht aus einem kompakten Material, beispielsweise aus Edelstahl. Das Trägerstück 3 ist im Innern mit einer kegelförmigen Messkammer 301 versehen, deren Boden zur Messgaszuführung 1 hin geöffnet ist und mit dieser verbunden ist. Die Spitze der kegelförmigen Messkammer 301 zeigt nach oben. In das Trägerstück 3 ist seitlich zur Messkammer 301 hin eine Sonden-Öffnung 302 eingearbeitet, in welche die Lambda-Sonde 5 kraftschlüssig eingefügt und mit einer Dichtung versehen ist. Die Lambda-Sonde 5 ist auswechselbar. In dem oberen, ansonsten geschlossenen Ende des Trägerstücks 3 ist eine Bohrung 303 eingearbeitet. Durch diese Bohrung 303 wird der Temperatursensor 4 durchgeführt, wobei auch hier ein Arretierungsring 401 mit Dichtung vorgesehen ist. In die Messkammer 301 ist ein Flammenwächter 2 eingesetzt, der mit der Steuereinheit des Sensors kommuniziert.
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Die Messgaszuführung 1 ist an ihrem oberen Ende, dem Abgasrohr 6 abgewandt, mit dem Trägerstück 3, formschlüssig und mit einer Dichtung versehen, verbunden. Eine Eintrittsöffnung 104 und eine Austrittsöffnung 105 für den Abgasstrom 601 enden in der Messkammer 301 im Trägerstück 3. Die Messgaszuführung 1 ragt in das Abgasrohr 6. Im Innern der Messgaszuführung 1 ist ein axial verlaufendes Leitblech 101 eingefügt, welches die Messgaszuführung 1 in zwei vorzugsweise gleich große Kammern unterteilt. Die Kammern haben seitlich und im oberen Bereich jeweils offene Zugänge. Eine Eintrittsöffnung 104 und eine Austrittsöffnung 105 sind im oberen Bereich der Messgaszuführung 1 und fußseitig der Messkammer 301 angeordnet. Das Leitblech 101 trennt die seitliche Luv-Öffnung 112 von der Lee-Öffnung 113 im unteren Bereich der Messgaszuführung 1 strömungstechnisch voneinander. Durch die mittige Trennung in eine luvseitige Kammer 102 und eine leeseitige Kammer 103 erfolgt auch eine Trennung zwischen Druck und Sog in der Messgaszuführung 1. Nach unten ist die Messgaszuführung 1 bis auf eine abgedichtete Durchführung für den Temperatursensor 4 geschlossen. Die seitliche Luv-Öffnung 112 und seitliche Lee-Öffnung 113 der Messgaszuführung 1 sind in Bezug auf das dazwischen befindliche Leitblech 101 gegenüberliegend oder nach oben versetzt angeordnet. Sie dienen dem Ansaugen bzw. dem Abgeben des abgezweigten und durch die Messgaszuführung 1 umgeleiteten Teils des Abgasstroms 601. Durch die Bauform der Messgaszuführung 1 wird die Strömungsenergie des Abgases zum Aufbau einer hinreichenden Druckdifferenz genutzt. Die Größe des abgezweigten Abgasstroms 601 ist abhängig von der Größe der seitlichen Öffnungen und damit von dem sich aufbauenden Druck. Diese Funktion wird z.B. mit Öffnungen in der luvseitigen Kammer 102 und in der leeseitigen Kammer 103 in Form eines Ovals in den Abmessungen 15 × 10 mm erfüllt. Andere Formen und Größen sind denkbar und sind von der Beschreibung mit umfasst.
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Die untere seitliche Luv-Öffnung 112 und die Lee-Öffnung 113 in der Messgaszuführung 1 werden so im Kernstrom positioniert, dass der umgeleitete Teil des Abgasstroms 601 in die luvseitige Kammer 102 einströmt und durch den Druck in der luvseitigen Kammer 102 durch die Eintrittsöffnung 104 zur Messkammer 301 geleitet, an der Lambda-Sonde 5 vorbei geführt und durch die Austrittsöffnung 105 über die leeseitige Kammer 103 dem Abgasstrom 601 wieder zugeführt wird. Durch die geneigten Wände der kegelförmigen Messkammer 301 begünstigt wird der abgezweigte Abgasstrom 601 von der Eintrittsöffnung 104 zur Lambda-Sonde 5 geleitet. Diese ist in der geneigten Wand einseitig angeordnet und ragt in die Messkammer 301 hinein. Die notwendige Strömungsenergie wird aus dem Überdruck in der luvseitigen Kammer 102 kombiniert mit dem Unterdruck in der leeseitigen Kammer 103 der Messgaszuführung 1 generiert. Die Lambda-Sonde 5 misst den Sauerstoffkonzentration quasi in situ quasi simultan und gibt den Messwert zur Verarbeitung an eine hier nicht weiter gezeigte Auswerteeinrichtung weiter.
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Für die Messung bei Brennwertanlagen muss die Lambda-Sonde 5 so positionierbar sein, dass bei Brennerbetrieb kein Kondensat den Sensor benetzen kann. Dazu wird die Lambda-Sonde 5 seitlich in das Trägerstück 3 eingeführt und liegt parallel zur Wand der kegelförmigen Messkammer 301. Das Trägerstück 3 ist seinerseits drehbar mit der Messgaszuführung 1 verbunden. So kann die Lambda-Sonde 5 ggf. vertikal ausgerichtet werden.
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Die Messgaszuführung 1 ist axial verschiebbar in dem Abgasrohr 6 gelagert, so dass sie direkt mit dem Abgasstrom 601 in Verbindung steht. Wenn die Messgaszuführung 1 im Abgasstrom 601 gelagert ist, wird an der Schnittstelle zwischen Messgaszuführung 1 und Abgasrohr 6 mittels einer wieder lösbaren Arretierung 7 die Messgaszuführung 1 dichtend befestigt, z.B. durch eine Verankerung mittels einer Zugfeder. Für die hier gezeigte Ausführungsform dient ein Befestigungsanker 8 der sicheren Befestigung der Vorrichtung im Abgasrohr 6. Dazu sind Spannmittel 9, beispielsweise Haltegurte, Halteketten oder Zugfedern, mit dem Befestigungsanker 8 verbunden und fixieren diesen. Um die erfindungsgemäße Vorrichtung bei verschiedenen Durchmessern des Abgasrohres 6 nutzen zu können, sind verschiedenen Rohrlängen für die Messgaszuführung 1 in Kombination mit verschieden langen Temperatursensoren 4 vorgesehen, welche auch bei einem Einbau vor Ort schnell gewechselt werden können, z.B. durch Verschraubung.
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Um zu verhindern, dass sich bei Einströmen eines Brennstoffgemisches aus dem Abgasrohr 6 in die Vorrichtung eine Flammfront über die Messgaszuführung 1 in das Abgassystem und darüber hinaus ausbreiten kann, ist zwischen Messkammer 301 und Abgaszuführung eine Flammendurchschlagssicherung 304 einsetzbar. Dies kann z.B. durch Einlegen einer Scheibe in die kraftschlüssige Verbindung zwischen Trägerstück 3 und Messgaszuführung 1 erfolgen.
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Weiterhin wird in der Messkammer 301 ein Flammenwächter 2 eingesetzt, der bei Flammbildung die Lambda-Sonde 5 als Zündquelle abschaltet, so dass die Arbeitstemperatur der Lambda-Sonde 5 unter die Zündtemperatur fällt. Dieser Flammenwächter 2 kann z.B. thermisch auf die Temperaturerhöhung bei Flammbildung oder photoelektrisch bzw. photochemisch auf die Lichtemission reagieren. Ausführungen des Flammenwächters 2 können Thermoelemente oder Photozellen sein.
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Die Messung der Temperatur im Abgaskernstrom 602 ist von besonderer Wichtigkeit, da so die Abgasverluste genau berechnet werden können und so die Bundesimmissionschutzverordnung eingehalten werden kann. Dazu ist der Temperatursensor 4 durch das Trägerstück 3 nach außen geleitet und ragt oberhalb des Trägerstücks 3 aus der Vorrichtung hinaus. In Kombination zur Messung des Sauerstoffkonzentrations durch die Lambda-Sonde 5 erfolgt die Messung der Abgaskernstromtemperatur mittels des entsprechend positionierten Temperatursensors 4, welcher axial verschiebbar angeordnet ist, so dass er in dem Abgaskernstrom 602 positioniert werden kann. Ist dies erfolgt, wird der Temperatursensor 4 mittels eines Arretierungsrings 401 dichtend arretiert. Die variable und fixierbare Eintauchtiefe des Temperatursensors 4 wird unabhängig von der Positionierung der Lambda-Sonde 5 gewährleistet. Der Temperatursensor 4 kann jederzeit nachjustiert werden. Durch den Temperatursensor 4 wird im Abgaskernstrom 602 ein Temperaturwert quasi in situ quasi simultan zur Messung des Sauerstoffkonzentrationes messtechnisch ermittelt und zur Verarbeitung weitergegeben.
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Die Messwerte der Lambda-Sonde 5 und des Temperatursensors 4 werden entweder direkt oder mit Hilfe anderer Kommunikationsmittel an die Verarbeitungseinheit geleitet.
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Für das Verfahren wird die Messgaszuführung 1 im Abgasrohr 6 derart positioniert, dass die Luv-Öffnung 112 und die Lee-Öffnung 113 in der Messgaszuführung 1 parallel zum Abgasstrom ausgerichtet sind, um so eine maximal mögliche Druckdifferenz und Durchströmung der Messgaszuführung 1 zu erreichen. Die Messgaszuführung 1 wird anschließend dichtend in dem Abgasrohr 6 fixiert, um Messwertverfälschungen durch Nebenluft und Austreten von Abgasen aus dem Abgasrohr 6 auszuschließen. Der Temperatursensor 4 wird im Kernstrom 602 des Abgases 601 justiert. Die Signalübertragung von der Lambdasonde 5 und dem Temperatursensor 4 in die Auswerteeinheit wird aktiviert und die Messwerte werden kontinuierlich digital übertragen. Es erfolgt anhand der übertragenen Daten eine permanente Auswertung des Betriebsverhaltens des brennstoffbefeuerten Wärmeerzeugers auf Basis dieser Messwerte. Die Berechnung des Abgasverlustes und der Brennwertnutzung wird der aktuellen Brennerleistung zugeordnet. Veränderungen gegenüber den optimalen Kennwerten bzw. eine Verletzung der Grenzwerte für O2 und Abgastemperatur lösen eine Meldung in Form eines je nach Nutzeranforderungen gestaltbaren Signals aus. Analog werden Störungen des Messsystems gemeldet.
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Ebenfalls können die Daten zur permanenten Generierung von Führungsgrößen wie z.B. ein optimaler O2-Wert für die Feuerungsregelung des brennstoffbefeuerten Wärmeerzeugers genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messgaszuführung
- 101
- Leitblech
- 102
- luvseitige Kammer
- 103
- leeseitige Kammer
- 104
- Eintrittsöffnung
- 105
- Austrittsöffnung
- 112
- Luv-Öffnung
- 113
- Lee-Öffnung
- 2
- Flammenwächter
- 3
- Trägerstück
- 301
- Messkammer
- 302
- Sonden-Öffnung
- 303
- Bohrung
- 304
- Flammendurchschlagssicherung
- 4
- Temperatursensor
- 401
- Arretierungsring
- 5
- Lambda-Sonde
- 6
- Abgasrohr
- 601
- Abgasstrom
- 602
- Abgaskernstrom
- 7
- Arretierung
- 8
- Befestigungsanker
- 9
- Spannmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10049232 A1 [0004]
- CN 201331506 Y [0005]
- DE 102004008521 B3 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 16340:2014-10 [0010]
- DIN EN 13611 [0010]
