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Wobbezahlgerät mit einer Einrichtung zur Einstellung und Berichtigung
des Brenngasstromes Die Erfindung betrifft ein Wobbezahlgerät zur registrierbaren,
meßtechnischen Erfassung der Wobbezahl von Brenngasen mittels Übertragung der in
einem Brenner erzeugten Wärme an einen gleichmäßig fließt ßenden Wärmeträger mit
einer Einrichtung zur Einstellung und Berichtigung des Gasstromes.
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Zur laufenden betriebsmäßigen Überprüfung der für alle Kategorien
von Verbrauchern wichtigen Brenner eigenschaften von Brenngasen war bisher die registrierende
Heizwertmessung allgemein üblich.
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Dementsprechend sind auch Geräte entwickelt worden, welche mit höchster
Genauigkeit den auf Normalzustand des Gases bezogenen Heizwert zu registrieren vermögen
und deren Anzeigegenauigkeit jederzeit nachprüfbar ist, ohne hierzu ein fremdes
Vergleichsgerät zu benutzen.
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In neuerer Zeit ist man jedoch zur Erkenntnis gelangt, daß die Heizwertkontrolle
allein nicht genügt, um den Einfluß einer Gasänderung auf die Heizleistung der Verbrauchergeräte
zu erfassen, sondern bedient sich mit Vorliebe der Wobbezahl, gleich Heizwert dividiert
durch Wurzel aus Gasdichte, da sich ja die Heizleistung außer mit dem Heizwert auch
umgekehrt proportional mit der Dichte ändert. Man braucht dann aber Meßgeräte für
Heizwert und Dichte und muß die Wobbezahl, welche ebenfalls an sich eine denau definierte
und reproduzierbare Kennzahl ist, aus beiden Werten errechnen.
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An Geräten, welche die Wobbezahl direkt registrieren, sind bisher
nur solche bekannt geworden, bei welchen eine konstant strömende Luftmenge durch
eine mit konstantem Druckgefälle durch eine Düse strömende Gasmenge in einem Brennraum
durch Verbrennung dieser Gasmenge erwärmt wird, wobei die mittels Thermoelemente
gemessene Lufterwärmung das Maß für die Wobbezahl ist. Abgesehen davon, daß hierbei
die verlustfreie Übertragung der erzeugten Wärme an die Luft und die exakte Messung
der Erwärmung größere Schwierigkeiten bereitet und die Genauigkeit der Messung mehr
beeinträchtigt als z. B. bei bekannten Wasserkalorimetern, sind hier Selbstkontrollen
nicht möglich. Die Geräte bedürfen sowohl zur Einregulierung als auch zur Nachprüfung
fremder Vergleichsgeräte. Es ist z. B. auch nicht am oder mit dem Gerät selbst feststellbar,
ob nach längerer Betriebszeit der Gasdurchlaß oder der Luftdurchlaß sich durch Verschmutzung
oder Korrosion von Leitungsteilen oder Düsen oder durch Wartungsfehler verändert
haben oder ob die Temperaturmessung fehlerhaft geworden ist.
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Ganz besonders gilt dies für die Einstellung und Nachprüfbarkeit
des Gasstromes. Im Gegensatz zur
herkömmlichen Heizwertmessung soll ja bei der Wobbezahlmessung
nicht das in der Zeiteinheit ausströmende Gasvolumen konstant bleiben bzw. in einem
genau gleichbleibenden Verhältnis zum Wasserdurchfluß oder Luftdurchfluß gehalten
werden. Es soll hier vielmehr das ausströmende Gasvolumen dem Bunsen-Schilling-Gesetz
folgen, das heißt, es soll sich genau umgekehrt proportional mit der Wurzel aus
der Dichte ändern. Nur für eine ganz bestimmteDichte soll es auch ein ganz bestimmtes
Volumenverhältnis zum Wasser- oder Luftdurchfluß haben, welcher für sich sich keinesfalls
ändern darf und in der später beschriebenen Art sehr genau gleichgehalten werden
muß.
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Die Einhaltung der erwähnten Forderung an die gesetzmäßig veränderliche
Gas ausströmung setzt voraus, daß außer dem sehr genau gleichzuhaltenden Druck vor
der Brennerdüse (besser gesagt: Druckgefälle in der Brennerdüse) die Brennerdüse
so profiliert ist, daß die Ausströmung dem Bunsen-Schilling-Gesetz folgt, d. h.,
sie muß ein ganz bestimmtes Profil wie das einer Meßblende aufweisen. Dieses Profil
darf sich aber durch Verschmutzung oder Korrosion nicht ändern, und es muß demzufolge
leicht nachprüfbar sein, ob der Durchlaß noch stimmt, was auch aus anderen Gründen
notwendig erscheint. Hierzu müßte aber außer einer Volumenmessung auch eine Dichtebestimmung
durchgeführt werden, was sehr umständlich ist und während des Betriebes gar nicht
durchgeführt werden kann. Diesen Mangel weisen aber alle bisher bekannten Konstruktionen
von Wobbezahlgeräten auf, wodurch ihr betriebsmäßiger Einsatz an mangelnder Zuverlässigkeit
leidet und insbesondere auch für Regelzwecke offensichtlich sehr behindert ist.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und schafft vor
allem eine in wenigen Sekunden äußerst zuverlässige Nachprüfmöglichkeit des Gasdurchlasses,
ohne daß die Dichte bestimmt zu werden braucht oder eine Volumenmessung durchgeführt
werden muß.
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Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zuleitung zu dem
dem Brenner vorgeschalteten und nachstellbaren Feindruckregler in an sich bekannter
Weise über zwei wahlweise einschaltbare Leitungszweige erfolgt, welche gleiches
Druckgefälle verzehrende Blenden aufweisen und von denen der eine als Differenzdruckmeßstrecke
ausgebildet ist, derart, daß das Querschnittsprofil seiner Blendenöffnung mit dem
in bekannter Weise zur Erzeugung einer Durchströmung nach den Regeln des Bunsen-Schilling-Gesetzes
ausgebildeten Querschnittsprofil der Gasausströmdüse des Brenners übereinstimmt.
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Die vorgeeichte Meßblende liegt somit nicht ständig im Gasstrom,
sondern der Gasstrom kann über diese Meßblende vor Eintritt in den die Druckgleichhaltung
vor der Brennerdüse verbürgenden Feindruckregler kurzzeitig umgeleitet werden. Um
den Vordruck vor dem Feindruckregler im normalen Betriebszustand auf den annähernd
gleichen Wert wie bei der Umleitung über die Meßstrecke zu halten, wird eine etwa
das gleiche Druckgefälle verzehrende Drosselblende in die direkte Druckleitung eingebaut.
Diese Maßnahme verbürgt höchste Präzision der Messung, weil hierdurch der Feindruckregler
nur sehr geringe Vordruckschwankungen auszuregeln braucht. Es wird erreicht, daß
der Druck vor der Brennerdüse und damit die Gasausströmung gleichbleiben, gleichgültig,
über welchen Weg der Gasstrom vor dem Feindruckregler geleitet wird. Das schließt
nicht aus, daß in herkömmlicher Weise bei großem Druckgefälle und starken Gasdruckschwankungen
in der Zuleitung noch weitere Reglerstufen (Vordruckregler) vorgeschaltet werden
können. Die Umschalteinrichtung zur Umleitung über die Meßstrecke kann außerdem,
z. B. mittels eines Fallhebels, so ausgebildet werden, daß bei der Kontrolle, also
beim Meßvorgang, ein Anheben von Hand notwendig ist, während nach dem Loslassen
sofort wieder automatisch der normale direkte Weg über die Drosselblende eingeschaltet
wird. Durch diese Maßnahme ist in Verbindung mit Filterung ein Verschmutzen der
Meßblende praktisch nicht zu erwarten. Es kann darüber hinaus aber immer eine weitere
vorgeeichte Meßblende bereitgehalten werden und die Einrichtung so getroffen werden,
daß schnell im Betrieb ein Auswechseln erfolgen kann.
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Mittels dieser Prüfmethode kann also sofort festgestellt werden,
ob die Gas ausströmung noch gesetzmäßig erfolgt; es können auch geringe Abweichungen
durch Nachstellen des Druckes am Feindruckregler sofort berichtigt werden. Sofern
nun Wasser als Wärmeträger benutzt wird, müssen für die weiter zu fordernde gleichbleibende
Genauigkeit der kontinuierlichen Wasserdurchströmung die bisher an Heizwertgeräten
üblichen Dosiereinrichtungen als unzulänglich betrachtet werden. Sofern sie mit
den üblichen Überläufen in Wasserbehältern und einem demzufolge gleichgehaltenen
Wasserdruck vor einer Dosierdüse arbeiten, kat es sich als nachteilig erwiesen,
daß das Wasser entweder der Düse durch eine Leitung zugeführt oder hinter der Düse
durch eine Leitung weitergeleitet wird. Durch unvermeidliche Ablagerun-
gen und Veränderungen
der Rauhigkeit an den Leitungswänden verändert sich schon nach kurzer Zeit der Durchströmwiderstand
der Leitungen und damit die gesamte den Durchfluß beeinflussende Verlusthöhe, was
Durchflußänderungen von über 10 % zur Folge hat. Dieser Mangel konnte bisher nur
durch umständliche Zwangsdosierung mittels Wassermesser oder Verdrängungsgefäße
wenigstens so weit behoben werden, daß das Volumenverhältnis Gas zu Wasser gleichgehalten
werden kann. Die für Wobbezahlmessungen notwendige absolute in der Zeiteinheit gleichbleibende
Durchströmung wurde mit diesen Mitteln bisher nicht erreicht.
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Auch dieser Nachteil wird bei einer vorteilhaften Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung vermieden, indem das Wasser weder vor noch hinter der den
Ausfluß bestimmenden Düse durch Leitungen geschickt wird, sondern die Düse direkt
am Wasserbehälter oder einem genügend weiten Ansatz desselben sitzt und die Ausströmung
direkt in eine offene, behälterförmig erweiterte Leitung erfolgt, von wo das Wasser
dann weiter den Wärmeaustauscher durchströmt. Die Kontrolle kann auch hier schnell
und exakt in der herkömmlichen Art mittels Meßglas und Stoppuhr erfolgen. Wenn aber
nur die Düse allein und nicht noch irgendwelche Leitungswiderstände den Durchfluß
bestimmt, so ist der weitere Schritt, diese mit einer von außen zu betätigenden
Wischereinrichtung reinigbar auszurüsten, die Garantie dafür, daß wiederum eine
bisher nicht erreichte Genauigkeit auch bezüglich des gleichbleibenden Wasserdurchlaufes
mit Berichtigungsmöglichkeit über lange Zeiträume hinweg erreicht werden kann.
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Der prinzipielle Vorteil der neuen Anordnung ergibt sich bei einem
Vergleich mit einer bisher üblichen Kontrollmöglichkeit. Diese besteht darin, nur
den Druck vor einer Düse oder Blende ständig während des Betriebes zu messen. Sofern
sich in diesem Falle Anderungen des Düsendurchlaufes durch Verschmutzung oder Korrosion
ergeben oder aus denselben Gründen sich der Durchlaß anderer Zuleitungsteile oder
der Ausflußöffnung ändert, kann trotzdem der beispielsweise mittels eines vorgeschalteten
Feindruckreglers eingestellte Druck nahezu konstant bleiben, ohne daß die Veränderungen
des Durchlasses und damit die Verfälschung des Meßergebnisses erkannt werden.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel als Schema.
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Vom Uberlaufbehälterl fließt das Wasser durch den Ansatz 2 zur Ausflußdüse
3 und aus dieser in den Auffangbehälter 4. Gegenüber der Düse 3 liegt der WischerS,
bestehend aus einer Anzahl dünner, auf einer Spindel aufgereihter Gummiplättchen.
Durch Drücken auf den Knopf 6 werden diese Scheiben durch die Düse 3 gedrückt, deren
Durchmesser etwas kleiner als derjenige der Gummischeiben ist, so daß hierbei ein
Auswischen der Düse erfolgt. Das Wasser fließt vom Auffangbehälter durch den Wärmeaustauscher
7, wo die Temperaturerhöhung mittels Thermobatterie 8 gemessen wird und gleichzeitig
mit Quecksilberthermometer 9 kontrolliert werden kann. In die Leitung von der Thermobatterie
zum anzeigenden und registrierenden Millivoltmeter kann wie bei Heizwertgeräten
ein von einer Aneroiddose gesteuerter veränderlicher elektrischer Widerstand so
eingeschaltet werden, daß die auf Normalzustand der Atmosphäre
reduzierte
Wobbezahl registriert wird (nicht gezeichnet). Der Abfluß 10 ist umschaltbar und
kann in ein Meßgas 11 geleitet werden. Das Gas strömt über einen Filter 12 und den
Vordruckregler 13 zum Fallhebelhahn 14. Das Gewicht 15 zieht den Hebel im Betrieb
nach unten (gestrichelt gezeichnet) und stellt die Bohrungen des Drehschiebers so,
daß das Gas direkt zum Feindruckregler 16 strömt. Wird der Hebel angehoben (ausgezogen
gezeichnete Stellung), so stehen die Bohrungen so, daß das Gas einen Umweg über
die Meßstrecke 17 machen muß mit der Blende 18 und dem Differenzdruckmanometer 19.
Eine Eichung der Meßblende ist in einer gleichartigen Prüfmeßstrecke erforderlich.
Zu jeder Meßblende gehört ein Sollwert 21 des Differenzdruckes, der aufgraviert
und am Gerät eingestellt wird durch richtige Bemessung der Brennerdüse 20 (grob)
und Einregulierung des Nachdruckes am Feindruckregler 16. Um beim Umschalten keine
Änderung des Vordruckes zu bekommen, ist in die direkte Strecke eine Blende 22 gleich
der Blende 18, d. h. ein ihr gleicher Widerstand eingebaut, so daß für beide Richtungen
das annähernd gleiche Druckgefälle verbraucht wird.
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Es soll nach Betrachtung dieser Anordnung noch der Vorteil erwähnt
werden, daß hier gegenüber allen bisher bekannten Wobbezahlgeräten, welche Luft
als Wärmeträger benutzen, die Wobbezahl im Tageszustand gemessen werden kann, während
bisher nur die reduzierte Wobbezahl meßtechnisch erfaßbar war.