-
Gerõt zur Abtastung eines Wõrmestroms mit Thermoelementen ========================================================
Die Erfindung betrifft ein Gerõt zur Abtastung eines Wärmestromes mit Thermoelementen,
die in einer wõrmebestõndigen, elektrisch isolierenden, undurchlõssigen Materialschicht
gelagert sind. Die Erfindung betrifft auch die Konstruktion eines solchen Abtastgerõtes,
welches auf dom Prinzip der Messung von Wärmeunterschieden auf den Oberflächen von
zwei definierten Schichten begründet ist.
-
Bisher bekanate Einrichtungen dieser Art sind mit verschiedenen Nachteilen
behaftet. Sie vertragen keine hohen Temperaturen, besitzen hohe Zeitkonstanten,
(kapazitive und Transportrorsbgerung) sie arbeiten auf dom Prinzip der nichtstationõren
Wõrmeleitung mit Funktionsunterbrechung, oder deren electrische Leistung am Ausgang
des Abtastgerõtes ist derart klein, daB sis mine ganse Reihe von Hilfeeinrichtungon
benötigen (spezielle Verstkrker, magnetische Verstõrker, Generaturen einer stabilen
Frequenz, Spannungsstabilisatoren u. dgl.), odor sind sie feet an den Wasserumlaufrohren
eines Kessels, oder in der Wand eines Wasserumlaufrohrs befestigt und k~nnen deshalb
wõhrend des Betriebs nicht ausgewechzelt werden.
-
Die Erfindung bezweckt es, die meisten dieser Nachteile zu bezeitigen
insbesondere: komplizierte Konstruktion, Wõrmetrõgheit, Mangel an mechanischer und
chemischer Widerstandsf³hrigkeit. geringe Empfindlichkeit und Schwierigkeiten beim
Auswechseln.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Gerkt zur Abtastung eines Wõrmestromes
mit Thermoelementen, die in einer wõrmebestõndigen, elektrisch isolierenden, undurchlõssigen
Materialschlicht gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, da6 die Heisslötatellen
mit der Oberflõche der Schicht in BerUhrung stehen, in welche der Wõrmestrom eintritt,
wõhrend die Kaltl~tstellen aus der Oberfläche der Schicht, aus welcher der Wõrmestrom
in die kWhlende zweiphasige (siedende) Flüssigkeit heraustritt, herausragen.
-
Das Wesen der Erfindung soll nun mit Hilfe des in den beiliegenden
Zeichnungen dargestellten Ausf³hrungsbeispiels nicher erklärt werden.
-
Pig. 1 ist ein Schnitt durch das Grundelement des erfindugsgemäBen
Abtastgerõtes, Fig. 2 ist ein Schnitt durch das zusammengestellte AbtastgerWt und
Fig. 3 zeigt den Einbau des Abtastgerõtes in die'and einer teeselfeuerstelle.
-
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine wärmebeständige isolierende, undurchlõssige
Schicht, 2 ist die OberflEchc der Schicht, in welche der W&rmentrom eintritt
(Eintrittsoberflõche), 3 ist die Oberflõche der Schicht, aus welcher der Wõrmestrom
heraustritt (Austrittsoberflõche), 4 ist der auffallende Wõrmestrom, 5 ist die siedende,
zweiphasige K³hlfl³ssigkeit, 6 sind die Heiss- und 7 die taltldtstellen der Thermoelemente
und 8 ist ein elektrisches Messgerõt.
-
In Fig. 2 bezeichnet 9 das keramische oder metallische Rohr des Abtastgerõres,
in welches das Plõttchen (die Schicht) 1 des AbtactgerAtee eingonetst ist, 10 ist
der, diesel Rohr abschliessende Deckel an entgegengesetzten Rondo, welcher Deckel
mit
einer AusfUhrung fUr die Leiter zum Anschluß eines F³hlers versehen ist, 11 ist
ein Röhrchen fUr die Zufuhr der KUhlflUssigkeit, 12 ist ein R8hrchen zur Abfuhr
des Dampfes 15.
-
In Fig. 3 bezeichnet 13 eine Íffnung (ein Schauloch) in der Wand 14
der Feuerstelle.
-
Gleiche Teile sind in allez Figuren mit den gleichen Bezugazeichen
versehen.
-
Die Tõtigkeit des Abtastgerõtes ist leicht verstõnlich Die Heissl~tstellen
6 der Therrnoelemente liegen an den Stellen der Höchsttemperaturen der Schicht 1.
Die Kaltlotstellen 7 werden von der siodenden Flüssigkeit 5 umsp³lt und auf diese
Weise auf einer konstanten Temperatur, wie in einem Thermostat gehalten. Eine inderung
der Intensität des auffallenden Wõrmestroms 4 õu#ert sich schnell als eine Anderung
der Te~ peratur der Eintrittsfläohe 2 der Materialschicht 1. Dadurch ändert sich
auchõ die Spannung der Batterie der Thermoelemente und das Messinstrument 8 zeigt
auf einer geeignet geeichten Skala unmittelbar den Wert des W§rmefluases 4 an.
-
Die Kaltlotstellen 7 der Thermoelemente sind in einer Entfernung von
einigen Millimetern von der Austrittsflõche 3 der Schicht 1 angebracht, damit sie
gans gleichmõ#ig von der siedenden Kühlflüssigkeit 5 umsptlt werden und damit ihre
Temperatur nicht duroh die verõnderliche, turbulente Grenzschnicht in knapper Nõhe
der Austritteflache 3 der Schicht 1 beeinflußt wird.
-
Bine der möglichen Ausfffhrungen des GerAtes ist in vereinfachter
Weise in Fig. 2 angedeutet. Der eigentliche Korper des Abtastgerõtes kann z. B.
aus einer technologisch geelgnet zubereiteten Masse (Elektroporzellan) hergestellt
werden. Eine geeignete
Form bietet eine kreiefdrmige Scheibe, deren
Dicke etwa 3 bis 4 mm beträgt. In dieser Scheibe sind die bereite vorher in beschrlebener
Welae in Reihe geschalteten hersoelemente eingebaut. Die Scheibe wird mittele eines
Stahlansatzes, oder auch ohne einen solchen, unmittelbar in ein Ende des zylindrischen,
aus Metall oder Keramik hergestellten Rohrcs 9 derart eingepresst, daß die Helßldtatellen
6 in der EintrlttsflEchc 2 der Scheibe 1 sich an der RuBeren Seite des derart entstandenen
Bodens des zylindrischen K~rpers befinden.
-
Dan zweite Ende des Rohres 9 int ebenfalls durch einen gesigneten
Deckel 10 abgoschloseen, durch den die elektrischen Ausf³hungen aus der Batterie
der Thermoelemente herausgeführt werden. Dan derart entstandene sylindrisohe Gefäss,
welches mit siedenden Wasser 5 gef³llt und mit einem R~hrchen 11 f³r die Zufuhr
zusätzlichen Wassers und mit einem R8hrchen 12 sur Abfuhr des Dampfes 15 versehen
ist, kann als Kühlvorrichtung und gleichzeitig auch als Thermostat fUr die Kaltlotstellen
7 dienen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann das Abtastgerõt unmittelbar in die Íffnungen
(Schaul~cher) 13, die in den Wõnden 14 der Feuerstelle angeordnet sind, hineingeführt
werden.
-
Versuche haben bewiesen, da# sich auch diese einfachste Ausf³hrung
des erfindungegemõ#en Abtastgerõtes bewõhren kann. Eine pleine Weigung des K~rpers
aus der waagrechten Lage gen³gt, demit der sich bidende Dampf 15 leicht aus dem
siedenden Wasser 5, bzw. der Mischung, abgeführt wird, u. zw. entweder in die freie
Atmosphäre, oder in einen Oberflõchenk³hler zur wiederholten Verwendung. Die auffallende
roeotrahlung 4 verursacht an beiden Oberflõchen 213 der keramischen Platte 1 einen
Wõrmeunterschied von einigen Hundert Grad C. Bei Anwendung an der Femerstalle eines
50 NW Kessels war der elektrische Ausgang aus einem Abtastgerõt mit acht Thermoelementen
in Bereich des Normalbetriebs der Feuerstelle ca. 60 - 180 mV. also bei Verweadung
von flint, gleichseitig arbeitenden Abtastgerõten k~nnte man ein Signal in der Gr~#enordnung
von 0,3 bis 0,9 V erhalten.
-
Die Zeitkonstante des Abtastgerätes ist bloB einige Sekunden.
-
Etwa 0. 1 bis 0. 2 der ignaländerung wird durch das Abtastgerat ohne
Verz8gerung Ubertragen.
-
Das erfindungsgemõ#e Abtastgerõt ist im Prinzip fUr die Abtastung
der Wõrmestrahlung bestimmt, welche alle industriellen Wõrmeprozesse begleiten,
die vor allem bei einer Temperatur ³ber 1 200° K verlaufen, inabesondere zum Zweck
der automatischen Steuerung dieser Prozesse mittels Analog-oder Digital-Regulierkreisen.
-
Dank seiner hohen Empfindlichkeit ist da# erfindungsgemõ#e Abtastgerät
inabesondere fUr Feuerstellen von Granulierkesseln mit hoher Leistung, zwecks kontinuierlicher
Beobachtung des Wõrmeregimes und Erleichterung der Bedienung bestimmt.
-
Das Abtastgerõt ersetzt die unbefriedigenden, engwinkligen Strahlungspyrometer
mit optischem System, welche kein richtiges Bild des Prozesses liefern. Ls übernimmt
auch die Funktion der Wächter von Brennern und gibt mit minimale VerzUgeruag Information
³ber das Ausfallen irgendeines der Brenner und Information Uber die Änderung der
Menge oder Heizkraft von Brenstoffen. ts reproduziert den Einfluss der ~nderung
der Zufuhr der Verhrennungsluft auf das Regime in der Feuerstelle.
-
Bei Verwendung einiger Abtastgeräte kann die Natur der Bewegung der
Wõrmefelder - der Flammenkerne-leicht erkannt werden. Bas GerAt kann also gewissermaßen
auch die Anwendung der industriellen Fernaehtechnik ersetzen.
-
Weitere M~glichkeiten der Anwendung des erfindungsgemõ#en Gerotes
bieten sich in der HUttenindustrie, bei verschiedenen Arten von Schmelz~fen und
nach spezieller Anpassung auch zur kontinuierlichen Beobachtung der Parme von Schmelzen.
In der keramischen
Industrie eignet sich das Gerät zur automatischen
Steuerung von Rotationsöfen sur Herstellung von Kalk, Zement usw. und in der chraischen
Industrie zur Beobachtung des @õrmeregimes in einem aggresiven Hilieu. Das erfindungsgemõ#e
Gerõt kann auch leicht fUr diese Zwecke adaptiert werden.
-
Im Bedarfsfall kann das erfindungsgemõ#e Gerõt auch derart gestaltet
werden, daß die Hei#l~tstellen 6 des Thermoelementes durch das Material der 3cheibe
1 gõnzlich verdeckt und gegen unmittelbare schzdliche Binwirkung des heissen Milieus
gesch³tst aind. Die Hei#l~tstellen 6 m³ssen allerdings knapp unter der Eintrittsfläche
2 der Scheibe 1 liegen. Falls die Gefahr dieser schõdlichen Einwirkungen nicht besteht,
kbnnen die Heißlötstellen 6 in der Eintrittsflõche 2 teilweise entbl~#t werden,
oder sie können auch an der Eintrittsfläche 2 der Scheibe 1 liegen.
-
Sie m³ssen sich aber mit ihr im engen Kontakt befinden, um deren Temperatur
zu besitzen. Eine Kombination entbl~#ter und verdeckter Lötstellen 6 ist auch möglich.
-
Die Konstruktion und Herstellung des erfindungsgemõ#en Abtastgerätes
ist sehr einfach. Das Gerõt ist im Betrieb sehr verläßlich und leicht austauschbar.
Seine Form kann den verschiedensten Bedingungen angepaßt werden.
-
- Patentanspr³che -