DE1069320B

DE1069320B -

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Publication number: DE1069320B
Application number: DENDAT1069320D
Authority: DE
Publication date: 1959-11-19

Description

DEUTSCHES

Bei Rekuperatoren, insbesondere bei Tiefofen-Luftrekuperatoren, die durch hohe Temperaturen und sich schnell ändernde Beaufschlagung einer hohen Belastung ausgesetzt sind, ist die Verwendung besonderer Schutzregler erforderlich. Schwer zu lösen ist dabei das Problem der Wahl einer als Steuerimpulse zu verwendenden Größe.

Die Verwendung der Abgastemperatur als Steuerimpuls für die Kühlmittelzugabe zum Abgas ist gefährlich, weil bei kleinen Beaufschlagungen der Temperaturwirkungsgrad ansteigt und die Lufttemperatur unzulässig hohe Werte annehmen kann. Die Verwendung der Heißlufttemperatur als Regelimpuls für die Kühlmittelzugabe zum Abgas ist ebenfalls praktisch nicht möglich, da die Abgastemperatur vor dem Luftrekuperator bei hohen Beaufschlagungen unzulässig hoch ansteigen kann. Außerdem ist dieser Impuls mit einer verhältnismäßig großen Totzeit behaftet, so daß auch regelungstechnisch Schwierigkeiten auftreten und selbst bei optimaler Auswahl und Anpassung des Reglers an die Strecke Spitzenwerte in den Temperaturen, die dem Rekuperator nicht zuträglich sind, nicht vermieden werden können.

Der beste Schutz würde erreicht, wenn die Materialtemperatur an den kritischen Stellen im System selbst gemessen und eine entsprechende Temperatursteuerung vorgenommen würde. Die entsprechenden Messungen sind jedoch technisch schwierig durchzuführen; darüber hinaus wäre ein solches Verfahren gefährlich, da sich die Orte maximaler Temperatur durch verschiedene Einflüsse, z. B. Änderung der Beaufschlagung, Verschmutzungen usw., verschieben können. Selbst beim Einbau einer Vielzahl von Thermoelementen würde man diese Gefahren nicht mit Sicherheit vermeiden können, abgesehen von der kostspieligen und schwierigen technischen Durchführung.

Gemäß der Erfindung sollen diese Nachteile behoben werden durch eine Einrichtung zur Regelung der Temperatur in Gegenstrom-Rekuperatoren unter Messung der Abgas- und Heißlufttemperatur, statt der Messung der Wandtemperatur, bei welcher durch je ein am Abgaseintritt und am Heißgasaustritt angeordnetes Thermoelement mit Vorschaltwiderstand oder Spannungsteiler, durch den die Thermospannung entsprechend einem gegebenen Beiwert reduziert wird, und durch einen auf die Summe der reduzierten Spannungen der Thermoelemente ansprechenden Impulsgeber.

Die Widerstände bzw. Spannungsteiler sind dabei so zu bemessen, daß die Thermospannungen im Verhältnis der Produkte aus Wärmeübergangsfläche und Wärmeübergangszahlen reduziert werden.

In den Fig. 1 bis 3 sind einige Schaltungen gezeigt, die sich für die Durchführung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen haben.

Wie erwähnt, wird die Abgastemperatur am Eintritt und die Heißlufttemperatur am Ausgang des Rekupera-Einrichtung zur Regelung der Temperatur in Gegenstrom-Rekuperatoren

Anmelder:
OFU Ofenbau-Union Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Düsseldorf, Graf-Adolf-Str. 67

Wolfgang Vanneste, Düsseldorf, ist als Erfinder genannt worden

tors gemessen und aus diesen beiden Werten nach entsprechender Reduzierung ein Summenwert gebildet, der als Regelgröße für die Temperatursteuerung dient.

Zweckmäßig wird man die Temperaturen mit Thermoelementen messen und von den erhaltenen Thermospannungen jeweils einen bestimmten Anteil abgreifen und die Summe der reduzierten Werte bilden.

Allgemein gilt dabei die Beziehung:

= C₂ · + C₃ · #2

Dabei ist:

■&_m = Materialtemperatur,

#_x = Abgastemperatur vor Rekuperator, #₂ = Heißlufttemperatur,

C₁, C₂ und C₃ sind Konstanten, die sich aus den Meßanordnungen ergeben.

Dem Nachweis der Zulässigkeit dieses Vorgehens dient die folgende Betrachtung:

Für den Wärmeübergang von Abgas zur Trennwand gilt im wesentlichen die Gleichung

Qi = F₁ ■ t - · O₁ (2a)

und von der Trennwand zur Luft
Q2 = F_i ■ t (Ä„ - #₂) · a₂

(2b)

Qi =

CS₂ =

Q₂ = abgegebene bzw. aufgenommene Wärmemenge,

Zeit,

Abgastemperatur,
Heißlufttemperatur,

Materialtemperatur, wobei Außen- und Innenwandtemperatur gleichgesetzt sind, Wärmeübergangszahl vom Abgas zur Trennwand,

Wärmeübergangszahl von der Trennwand zur Heißluft.

909 649/189

Claims

Durch Gleichsetzung von q1 = qi ergibt sich aus den Gleichungen (2 a) und (2 b) F1-O1- ^1 -F1 -U1-^m=F2- az ■ §m-Fz ■ Ui ■ &z, (2c) Fi-Oz+ F1- U1 Fi-U2+ F1- U1 (2d) Die Flächen F1 und Fi sind konstant. Die Wärmeübergangszahlen Cz1 und Ui ändern sich mit der Beaufschlagung. Unter der für die Betrachtung zulässigen Annahme, daß das Abgas-Luft-Verhältnis konstant bleibt und die Wärmeübergangszahlen sich mit der Belastung *5 und den Temperaturen im gleichen Verhältnis ändern, werden die in Gleichung (2d) mit und ϋζ verbundenen Ausdrücke ebenfalls praktisch konstante Werte annehmen. Damit entspricht die Gleichung (2d) der Gleichung (1). Durch die Messung der Abgas- und Lufttemperatur und entsprechende Summierung vorgegebener Anteile wird so die Temperatur des Trennwandmaterials mit großer Genauigkeit nachgebildet. Der Schutzregler kann seine Aufgabe, die Temperatur des Trennwandmaterials in bestimmten Grenzen zu halten, daher mit Sicherheit erfüllen. Die obige Betrachtung gilt auch hinreichend genau für alle Systeme, denn nach der Temperaturverteilung über die Systemlänge erfolgt die Materialauswahl bei der Konstruktion und werden die Grenzwerte der verschiedenen Temperaturen festgelegt. Bei den hohen Strömungsgeschwindigkeiten beider Medien ist es nicht schwierig, den richtigen Mittelwert sowohl der Abgastemperatur wie auch der Heißlufttemperatur zu erfassen. Auch sind die Meßstellen gut zugänglich. Die schaltungstechnische Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geht aus den Fig. 1 bis 3 hervor. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, werden die beiden von den Thermoelementen 1 und 2 erzeugten Thermospannungen auf hintereinandergeschaltete Potentiometer 3 und 4 gelegt. Durcli entsprechende Einstellung der Schleifer 5 und 6 kann die Größe der gewünschten Anteile eingestellt und dabei zwischen den Schleifern die Summe abgegriffen und dem Meßgerät 7 zugeführt werden. Als Meßgerät wird entweder ein Drehspulgerät oder eine Kompensationseinrichtung verwendet. Der Vorteil dieser Schaltung liegt in ihrem einfachen Aufbau und der Möglichkeit, handelsübliche Drehspulmeßwerke zu verwenden. Die Schaltung kann bequem an alle Verhältnisse angepaßt werden. Bei dieser Schaltung ist jedoch zu beachten, daß die Thermoelemente belastet werden und die Messung, wie bei jeder direkten Messung, widerstandsabhängig ist. In der Schaltung nach Fig. 2 wird die Spannung jedes der Thermoelemente 1 und 2 auf eine eigene Wicklung in einem Drehspulmeßwerk 7' geschaltet, das also die Summe der angelegten Spannungen anzeigt. Die Reduzierung der Thermoelementspannungen erfolgt durch unabhängige Vorwiderstände 8 und 9. Der Vorteil der Schaltung nach Fig. 2 ist, daß die Elementkreise wesentlich hochohmiger als im Beispiel der Fig. 1 sind, die Abhängigkeit von Leitungswiderständen wird erheblich herabgesetzt; die Kreise sind vollkommen voneinander getrennt, und die Eichung ist verhältnismäßig einfach. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird ein Thermoelement 1 auf ein Potentiometer 10 geschaltet, und das zweite Element liegt mit dem Abgriff in Reihe. Die Summe wird auf ein Drehspulmeßwerk 7 über einen Widerstand 11 gegeben. Für den Fall, daß die Summe der Spannungen nicht an ein Drehspulmeßwerk, sondern an ein Kompensationsmeßwerk gelegt wird, kann die Reduzierung durch die Eichung des Kompensationsmeßwerkes im Zusammenwirken mit der Potentiometereinstellung vorgenommen werden. Die Vorteile dieser Schaltung liegen in ihrem einfachen Aufbau und ihrer geringen Abhängigkeit von Leitungswiderständen. Die Eichung ist einfacher als bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, jedoch ist bei Kompensationsmessung eine Spezialeichung erforderlich. Wie auch die Erfahrung bestätigt, wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung ein einfacher und sehr zuverlässiger Schutz für Rekuperatoren erreicht. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es kann z. B. die Reduzierung der am Abgaseintritt und Heißluftaustritt gemessenen Temperaturwerte auch in anderer zweckmäßiger Weise vorgenommen werden. Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Temperatur in Gegenstrom-Rekuperatoren unter Messung der Abgas- und Heißlufttemperatur, statt der Messung der Wandtemperatur, gekennzeichnet durch je ein am Abgaseintritt und am Heißgasaustritt angeordnetes Thermoelement mit Vorschaltwiderstand oder Spannungsteiler, durch den die Thermospannung entsprechend einem gegebenen Beiwert reduziert wird, und durch einen auf die Summe der reduzierten Spannungen der Thermoelemente ansprechenden Impulsgeber.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände so bemessen sind, daß die Thermospannungen im Verhältnis der Produkte aus Wärmeübergangsfläche und Wärmeübergangszahlen reduziert werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermospannungen auf je ein Potentiometer in Reihe geschaltet sind und die Summe der abgegriffenen Spannungen an ein Meßgerät gelegt ist (Fig. 1).

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermospannungen über Vorwiderstände einzeln an ein Meßgerät gelegt sind, das die Summe der durch die Vorwiderstände reduzierten Spannungen anzeigt (Fig. 2).

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element auf ein Potentiometer geschaltet, das andere Element mit dem Potentiometerabgriff in Reihe geschaltet ist und die Summenspannung über einen Widerstand an ein Drehspulmeßwerk gelegt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element auf ein Potentiometer geschaltet, das andere Element mit dem Potentiometerabgriff in Reihe geschaltet ist und die Summenspannung an ein Kompensationsmeßwerk gelegt ist, wobei die Reduzierung durch die Eichung dieses Meßwerkes im Zusammenwirken mit der Potentiometereinstellung vorgenommen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »Brennstoff—Wärme—Kraft«, Nr. 1, Januar 155, S. 10 bis 13.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen