DE19620601A1 - Safety ensuring arrangement for steam heating installation - Google Patents
Safety ensuring arrangement for steam heating installationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für eine Wärmeübergabestation sowie eine mit einer sol chen Sicherheitseinrichtung versehene Wärmeübergabesta tion zur Erwärmung von Wasser mittels Dampf.The invention relates to a safety device for a heat transfer station and one with a sol Chen safety device provided heat transfer sta tion for heating water with steam.
Wärmeübergabestationen, insbesondere Dampf/Wasser wärmeübergabestationen, benötigen eine Sicherheitsein richtung, die die Energie - d. h. Dampfzufuhr - im Gefah renfalle abschaltet. Als Wärmeträger genutzter Dampf hat schon bei lediglich 1 Bar Absolutdruck einen Wärmeinhalt von 2676 kJ/kg. Dieser, bspw. im Vergleich zu Wasser (419 kJ/kg), sehr hohe Energiegehalt ermöglicht zwar eine kompakte und platzsparende Bauweise von Wärmeübergabesta tionen, stellt aber auf der anderen Seite auch eine Gefahrenquelle dar, die bei fehlender Wärmeabnahme auf der Sekundärseite einer Wärmeübergabestation deren ener getisches Fließgewicht stören und schnell zu Über hitzungen und Beschädigungen führen kann. Fällt bspw. infolge eines Stromausfalls einer Energieabschaltung oder eines Defektes einer in dem Sekundärkreis vorhandenen Umwälzpumpe die Wärmeabgabe des Sekundärkreises weg und strömt Dampf ungehindert weiter zu, überhitzt dieser den Wärmetauscher, wodurch es im Sekundärkreis zur Dampfbil dung kommt. Durch die dabei entstehenden Dampf-Wasser schläge kann der Wärmeübertrager und das angeschlossene Rohrsystem ernsthaft beschädigt oder zerstört werden.Heat transfer stations, especially steam / water heat transfer stations, require a security direction that the energy - d. H. Steam supply - in the vessel renfalle switches off. Steam used as a heat transfer medium Even at an absolute pressure of only 1 bar, a heat content of 2676 kJ / kg. This, for example, in comparison to water (419 kJ / kg), a very high energy content enables one compact and space-saving design of heat transfer sta on the other side Is a source of danger that occurs in the absence of heat the secondary side of a heat transfer station whose ener disrupt the flow weight and quickly over can cause heating and damage. For example following a power cut due to a power cut or a defect of one existing in the secondary circuit Circulation pump the heat output of the secondary circuit away and If steam continues to flow unhindered, it overheats it Heat exchanger, which makes it in the secondary circuit for steam balance dung is coming. Due to the steam water created The heat exchanger and the connected one can be impacted Pipe system can be seriously damaged or destroyed.
Zwar müssen Sicherheitsventile in Gefahrensituatio nen zuverlässig abschalten, jedoch sind unnötige Ab schaltvorgänge häufig nicht nur lästig sondern darüber hinaus ebenfalls mit materiellen Schäden verbunden. Dient die betreffende Wärmeübergabestation bspw. der Versorgung einer Produktionsstrecke mit Prozeßwärme, führt ein fälschliches Schließen des Sicherheitsventiles zu unnöti gen Produktionsausfällen. Darüber hinaus kann es bei Wärmeübergabestationen zur Wärmeversorgung zu unangeneh men Schäden, bspw. durch Frosteinbrüche oder dergleichen, kommen.Safety valves must be in a dangerous situation switch off reliably, but are unnecessary Switching operations are often not just annoying, but above also associated with material damage. Serves the relevant heat transfer station, for example the supply a production line with process heat, introduces incorrect closing of the safety valve is unnecessary against production downtimes. In addition, it can Heat transfer stations for heat supply too uncomfortable damage, e.g. due to frost or the like, come.
Aus der Praxis ist bspw. das unter "Bälz 192" be kannte Sicherheitsventil geläufig, das Wärmetauschern primär - d. h. dampfseitig - vorzuschalten ist. Dieses Sicherheitsventil ist ein mittels einer Schraubenfeder auf seine Schließstellung hin vorgespanntes Ventil, das zur Betätigung einen Dampfstellantrieb aufweist. Dieser wird von dem über dem Ventil abfallenden Differenzdruck betätigt, der wenigstens 1 Bar betragen muß. In einem zu dem Dampfstellantrieb führenden Kanal ist ein elektrisch betätigbares Steuerglied angeordnet, das den Kanal frei gibt, wenn an seinem elektrischen Anschluß Betriebsspan nung anliegt. Bei Stromausfall schließt das Steuerglied, der Dampfstellantrieb erzeugt somit keine Kraft mehr und die Feder schließt das Sicherheitsventil.In practice, this is, for example, under "Bälz 192" known safety valve, the heat exchangers primary - d. H. steam side - is to be connected upstream. This Safety valve is a by means of a coil spring valve biased towards its closed position, the has a steam actuator for actuation. This depends on the pressure drop across the valve actuated, which must be at least 1 bar. In one too the channel leading the steam actuator is an electrical one actuatable control member arranged that the channel freely if there is operating voltage at its electrical connection pending. In the event of a power failure, the control element closes, the steam actuator therefore no longer generates power and the spring closes the safety valve.
Beschränkt sich ein Stromausfall bspw. lediglich auf einen oder wenige Stromkreise, so daß die sekundärseitige Wärmeabnahme weiterhin sichergestellt ist, und wird das Steuerglied in diesem Fall stromlos, schließt das Si cherheitsventil, ohne daß dafür eine zwingende Notwendig keit bestehen würde. Gleiches tritt ein, wenn ein Unkun diger den Stromkreis unterbricht oder für Stromlosigkeit in dem entsprechenden Sicherheitskreis sorgt. Umgekehrt schließt das Sicherheitsventil nicht, wenn eine nicht mit einem Stromausfall in Verbindung stehende Störung des Sekundärkreislaufes die ordnungsgemäße Wärmeabnahme stört. Dies kann bspw. bei sekundären Wasserverlusten, Rohrbrüchen, Pumpendefekten oder dergleichen der Fall sein.A power failure, for example, is only limited to one or a few circuits, so that the secondary side Heat removal is still ensured, and will be In this case the control element is de-energized, the Si closes Safety valve without being a mandatory requirement would exist. The same thing happens when a child diger breaks the circuit or for powerlessness in the appropriate security circle. Vice versa the safety valve does not close if one is not included a power failure related failure of the Secondary circuit the proper heat consumption disturbs. This can be the case with secondary water losses, Pipe breaks, pump defects or the like the case be.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Sicherheitseinrichtung für eine Wärmeübergabestation zu schaffen, mit der unter Einhaltung oder Verbesserung der Sicherheitskriterien die Wahrscheinlichkeit von Fehl auslösungen vermindert wird. Darüber hinaus ist es Auf gabe der Erfindung, eine entsprechende Wärmeübergabesta tion zu schaffen.Based on this, it is an object of the invention to Safety device for a heat transfer station create with compliance with or improvement of Security criteria the probability of failure triggering is reduced. In addition, it is on surrender of the invention, a corresponding heat transfer tion.
Die erstgenannte Aufgabe wird durch die Sicherheits einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.The first task is done by security device with the features of claim 1 solved.
Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung ist als Antrieb eine hydraulische Betätigungseinrichtung vorgesehen, die von dem über dem Sicherheitsventil ab fallenden Differenzdruck naturgemäß unabhängig ist. Dies eröffnet die Möglichkeit, zusätzlich zu einer über das Pilotventil möglichen Steuerung des Sicherheitsventiles ein Abschalten des Sicherheitsventiles unabhängig von der an dem Pilotventil anliegenden Spannung herbeizuführen. Zum Ausfall des Betriebs des Sekundärkreises führende Spannungsausfälle müssen somit nicht zwangsläufig über das Pilotventil erfaßt werden. Vielmehr steht mit der Druckquelle für die hydraulische Betätigungseinrichtung ein weiterer Signalpfad zur Sicherheitsabschaltung zur Verfügung. Damit können in Fällen, bei denen der Sekun därkreis ausfällt, obwohl Netz- oder Betriebsspannung vorhanden ist, Störungen erfaßt werden, bevor eine Über hitzung des Sekundärkreises eingetreten ist und die Steuereinrichtung anhand dieses Parameters reagiert und das Sicherheitsventil auf elektrischem Wege schließt.In the safety device according to the invention as a drive a hydraulic actuator provided that depend on the above the safety valve falling differential pressure is naturally independent. This opens up the possibility of adding one to the Pilot valve possible control of the safety valve a shutdown of the safety valve regardless of the to apply voltage to the pilot valve. Failure of secondary circuit operation Power failures do not necessarily have to be over the pilot valve can be detected. Rather stands with the Pressure source for the hydraulic actuator another signal path for safety shutdown Available. This means that in cases where the secondary därkreis fails, although mains or operating voltage is present, faults are detected before an over heating of the secondary circuit has occurred and the Control device reacts on the basis of this parameter and the safety valve closes electrically.
Die hydraulische Betätigungseinrichtung ist zudem unabhängig von dem über dem Sicherheitsventil abfallenden Differenzdruck, der mit schließendem Sicherheitsventil gegenüber dem Differenzdruck bei geöffnetem Sicherheits ventil ansteigt. Demgegenüber ist es mit der hydrauli schen Betätigungseinrichtung des Sicherheitsventiles sogar dann möglich, das Sicherheitsventil zu schließen, wenn in dem Pilotventil ein Fehler auftreten sollte. Damit ist die Sicherheit erhöht.The hydraulic actuator is also regardless of what falls over the safety valve Differential pressure with the closing safety valve compared to the differential pressure when the safety is open valve rises. In contrast, it is with the hydrauli rule actuating device of the safety valve even possible to close the safety valve if an error should occur in the pilot valve. This increases security.
Fehlauslösungen können vermieden werden, indem das elektrisch betätigte Pilotventil nicht lediglich die anliegende Betriebsspannung überwacht sondern an die Steuereinrichtung der Wärmeübergabestation angeschlossen ist. Damit ist ein versehentliches, unbeabsichtigtes Abschalten der Spannung des Pilotventiles und somit das Schließen des Sicherheitsventiles nicht mehr möglich. Die zu erzielende Sicherheit in Fällen, bei denen die Wärme abgabe im Sekundärkreis schleichend oder plötzlich zu sammenbricht, kann nun durch mehrere Maßnahmen einzeln oder kumulativ erreicht werden. Die Funktion der Netz spannungsüberwachung wird durch Drucküberwachung im Sekundärkreis ersetzt. Der Sekundärdruck enthält sowohl Information über das elektrische Netz (laufende Pumpen) als auch über den Zustand des Sekundärkreises.False triggers can be avoided by using the electrically operated pilot valve not only that applied operating voltage is monitored but to the Control device of the heat transfer station connected is. This is an accidental, unintentional Switch off the voltage of the pilot valve and thus that The safety valve can no longer be closed. The Security to be achieved in cases where the heat Delivery in the secondary circuit gradually or suddenly collapses, can now take several measures individually or can be achieved cumulatively. The function of the network voltage monitoring is carried out by pressure monitoring in the Secondary circuit replaced. The secondary pressure contains both Information about the electrical network (running pumps) as well as the state of the secondary circuit.
Wird als hydraulische Druckquelle für die hydrauli sche Betätigungseinrichtung der Sekundärkreislauf selbst verwendet, führt bei entsprechender Bemessung der hydrau lischen Betätigungseinrichtung ein weites Fehlerspektrum im Sekundärkreis zu einem Sicherheitsabschaltvorgang. In dem Sekundärkreis liegt in Abhängigkeit von der konkreten Systemauslegung ein gegenüber Umgebungsdruck erhöhter Ruhedruck an, bei dessen Unterschreitung mit Sicherheit ein Fehler, wie bspw. Wasserverlust, vorliegt. Zusätzlich führen die im Sekundärkreis vorhandenen Umwälzpumpen, wenn sie laufen, zu einer Druckerhöhung, die zusammen bricht, sobald die Pumpen infolge von ein- oder mehr phasigen Spannungsausfällen oder mechanischen Schäden stehenbleiben. Ist das Sekundärsystem bspw. so bemessen, daß als Ruhedruck 1 Bar Überdruck vorhanden ist (10 Meter Wassersäule) und daß bei laufenden Pumpen eine Druck erhöhung auf 3 Bar stattfindet, kann die hydraulische Betätigungseinrichtung so bemessen sein, daß sie das Sicherheitsventil nur dann öffnet, wenn wenigstens 2 Bar Druck vorhanden sind. Fallen nun die Pumpen aus oder tritt ein gefährlicher Wasserverlust auf, schließt das Sicherheitsventil, noch bevor die Steuereinrichtung eine Überhitzung des Sekundärkreises feststellen kann. Andererseits jedoch führen Spannungsabschaltungen oder Ausfälle, die die Pumpen nicht betreffen, nicht zu einem Schließen des Sicherheitsventiles und somit nicht zu Ausfällen der Wärmeversorgung oder der Produktion infolge von Dampfabschaltungen.If the secondary circuit itself is used as the hydraulic pressure source for the hydraulic actuating device, a wide range of errors in the secondary circuit leads to a safety shutdown process if the hydraulic actuating device is appropriately dimensioned. In the secondary circuit, depending on the specific system design, there is a resting pressure that is higher than the ambient pressure, and if it is undershot there is definitely an error, such as water loss. In addition, the circulation pumps in the secondary circuit, when they run, lead to an increase in pressure, which breaks down as soon as the pumps stop due to one or more phase voltage failures or mechanical damage. If, for example, the secondary system is dimensioned so that there is 1 bar overpressure as the static pressure (10 meter water column) and that the pressure increases to 3 bar when the pumps are running, the hydraulic actuation device can be dimensioned so that it only opens the safety valve if there is at least 2 bar pressure. If the pumps fail or a dangerous loss of water occurs, the safety valve closes before the control device can detect overheating of the secondary circuit. On the other hand, however, voltage shutdowns or failures that do not affect the pumps do not lead to the safety valve being closed and thus not to failures in the heat supply or in production as a result of steam shutdowns.
Als hydraulische Druckquelle kann auch eine Brauch wasserquelle, wie bspw. ein Wasserversorgungsnetz, die nen. Dies ist insbesondere in Fällen von Vorteil, bei denen die sekundärseitige Energieabnahme mit einem Min destdruck in der Wasserversorgung verknüpft ist. Alterna tiv oder zusätzlich dazu kann der von dem Brauchwasser netz her anliegende Steuerdruck über ein weiteres Pilot ventil beeinflußt werden, das seinerseits von dem Druck in dem Sekundärkreis gesteuert ist. In allen Fällen ergibt sich ein einfacher und zuverlässiger Aufbau, bei dem Systemfehler verläßlich erkannt und Fehlauslösungen nahezu ausgeschlossen werden. A custom can also be used as a hydraulic pressure source water source, such as a water supply network, the nen. This is particularly beneficial in cases where which the secondary side energy consumption with a min least pressure in the water supply is linked. Alterna tiv or in addition to that of the domestic water control pressure applied via another pilot valve are influenced, in turn, by the pressure is controlled in the secondary circuit. In all cases the result is a simple and reliable structure, at the system error reliably detected and false triggers almost be excluded.
Dies gilt insbesondere für ein System, bei dem das elektrisch gesteuerte Pilotventil unabhängig von dem Vorhandensein einer Netzstromversorgung von der Steuer einrichtung gesteuert ist, die als Mikrorechner eine elektrische Puffereinrichtung wie einen größeren Akkumu lator oder ähnliches enthalten kann. Versehentliches Ab schalten der Stromversorgung führt hier nicht zum Still setzen der Wärmeübergabestation.This applies in particular to a system in which the electrically controlled pilot valve regardless of that Presence of a mains power supply from the tax device is controlled, which as a microcomputer electrical buffer device like a larger battery lator or the like can contain. Accidental Ab switching the power supply does not lead to silence here put the heat transfer station.
Zusätzlich kann die Steuereinrichtung über entspre chende Sensoren das Vorhandensein der Netzspannung an neuralgischen Punkten des Sekundärkreises, die Vorlauf temperatur des Sekundärkreises, den Vorlaufdruck des Sekundärkreises, die Leitfähigkeit des Vorlaufwassers oder ähnliche physikalische Parameter überwachen und das Pilotventil in Abhängigkeit davon steuern. Damit ist eine weitere Erhöhung der Sicherheit möglich.In addition, the control device can correspond to the presence of the mains voltage neuralgic points of the secondary circuit, the lead temperature of the secondary circuit, the flow pressure of the Secondary circuit, the conductivity of the flow water or monitor similar physical parameters and that Control the pilot valve depending on this. So that's one further increase in security possible.
Bei der hydraulischen Betätigungseinrichtung sind zwei unterschiedliche Varianten möglich. Bei einer ersten öffnet das Sicherheitsventil in Abhängigkeit von der Größe des Druckes der hydraulischen Druckquelle mehr oder weniger. Diese Variante hat den Vorteil, daß sie bei schleichenden Fehlern, wie Druckabfall im Sekundärkreis infolge von kleineren Wasserverlusten, nicht abrupt sperrt sondern die Leistung des Wärmetauschers und somit die an den Sekundärkreis abgegebene Wärmeleistung all mählich und graduell vermindert. Dies ermöglicht das rechtzeitige Eingreifen, bspw. durch Nachfüllen von Wasser im Sekundärkreislauf, ohne Prozeßunterbrechung und somit ohne Produktionsausfälle.With the hydraulic actuator two different variants possible. At a first opens the safety valve depending on the Magnitude of the pressure of the hydraulic pressure source more or fewer. This variant has the advantage that it creeping errors, such as pressure drop in the secondary circuit due to minor water losses, not abrupt but blocks the performance of the heat exchanger and thus the heat output given to the secondary circuit gradually and gradually decreased. This makes it possible timely intervention, for example by refilling Water in the secondary circuit, without interrupting the process and thus without loss of production.
Bei einer anderen Ausführungsform weisen die Betäti gungseinrichtung und das Sicherheitsventil eine Hystere sis auf. Hier schließt das Sicherheitsventil bei Absinken des Sekundärdruckes unter eine vorgegebene Schwelle abrupt und öffnet erst bei deutlichem Überschreiten dieser Schwelle wieder. Solches Verhalten ist insbesonde re in Systemen von Vorteil, in denen schleichend auf tretende Fehler zu ernsthaften Gefahrensituationen führen können.In another embodiment, the actuators supply device and the safety valve a hysteresis sis on. Here the safety valve closes when it drops of the secondary pressure below a predetermined threshold abruptly and only opens when it is clearly exceeded this threshold again. Such behavior is in particular re beneficial in systems where insidiously occurring errors lead to serious dangerous situations can.
Eine Wärmeübergabestation mit einer oben diskutier ten Sicherheitseinrichtung bietet die entsprechenden Vorteile. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand von Unteransprüchen.A heat transfer station with one discussed above th safety device offers the corresponding Advantages. Practical and advantageous embodiments are the subject of subclaims.
In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfin dung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, embodiments of the invention are shown. Show it:
Fig. 1 eine Wärmeübergabestation mit sekundärseitig druckgesteuerter Sicherheitseinrichtung, in schematisierter und vereinfachter Darstellung, Fig. 1 shows a heat transfer station with the secondary side pressure-controlled safety device, in a schematic and simplified representation,
Fig. 2 eine Wärmeübergabestation mit einer in Abhän gigkeit des Druckes in einem Brauchwassernetz gesteuerten Sicherheitsvorrichtung, in verein fachter und schematisierter Darstellung, und Fig. 2 shows a heat transfer station with a safety device controlled in dependency of the pressure in a hot water network, in a simplified and schematic representation, and
Fig. 3 eine Wärmeübergabestation mit einer Sicher heitseinrichtung, die von einer Steuereinrich tung gesteuert und in Abhängigkeit von dem Druck in einem Brauchwassernetz und in dem Sekundärkreis gesteuert ist, in schematisierter Prinzipdarstellung. Fig. 3 is a heat transfer station with a safety device controlled by a Steuereinrich device and controlled depending on the pressure in a domestic water network and in the secondary circuit, in a schematic diagram.
Eine in Fig. 1 dargestellte Wärmeübergabestation 1 weist als zentrales Element einen Wärmetauscher 2 auf, der einen Primärkreislauf 3 thermisch mit einem Sekundär kreislauf 4 koppelt, wobei der Betrieb des Wärmetauschers 2 von einer eine Sicherheitseinrichtung 5 enthaltenden Regeleinheit 6 kontrolliert und überwacht wird.A heat transfer station 1 shown in Fig. 1 comprises a central element of a heat exchanger 2, which couples a primary circuit 3 is thermally connected to a secondary circuit 4, the operation of the heat exchanger 2 is controlled by a a safety device 5 comprising control unit 6 and monitored.
Der Wärmetauscher 2 ist als Plattenwärmetauscher oder als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet und für den Betrieb im Kondensatanstau ausgelegt. Seine Leistung wird über die Höhe des primärseitig stehenden Kondensates geregelt. Er weist einen primärseitigen Vorlaufanschluß 7 auf, der über eine Dampfleitung 8 an eine Dampfquelle 010 angeschlossen ist. Zu dem Primärkreislauf 3 gehört außer dem ein Rücklaufanschluß 9, der über eine Kondensatlei tung 11 zu einer Kondensatsammelleitung 012 führt.The heat exchanger 2 is designed as a plate heat exchanger or as a shell-and-tube heat exchanger and is designed for operation in the accumulation of condensate. Its output is regulated via the level of the condensate on the primary side. It has a flow connection 7 on the primary side, which is connected to a steam source 010 via a steam line 8 . To the primary circuit 3 also includes a return port 9 , the device 11 leads via a condensate line to a condensate manifold 012 .
Sekundärseitig weist der Wärmetauscher 2 einen Vorlaufanschluß 14 für aufgeheiztes Warmwasser auf, der über eine Leitung 15 zu einem oder mehreren Wärmever brauchern 16, wie bspw. Heizkörpern oder Prozeßwärmever brauchern, führt. Die Leitung 15 setzt sich als Rück laufleitung nach dem Wärmeverbraucher 16 über eine Um wälzpumpe 17 zu einem Rücklaufanschluß 18 des Wärmever brauchers 2 fort. Weitere, ggf. vorhandene, in dem Sekun därkreislauf 4 vorgesehene Einrichtungen und Armaturen, die zur Prinzipbeschreibung nicht erforderlich sind, sind in den Fig. weggelassen.On the secondary side, the heat exchanger 2 has a flow connection 14 for heated hot water, which leads via a line 15 to one or more heat consumers 16 , such as, for example, radiators or process heat consumers. The line 15 continues as a return line to the heat consumer 16 via a circulating pump 17 to a return connection 18 of the heat consumer 2 . Other, possibly existing, in the secondary circuit 4 provided facilities and fittings, which are not required for the principle description, are omitted in the figures.
Die Regeleinheit 6 weist einen auf einem Mikrorech ner basierenden Heizungsregler 19 auf, der mit nicht weiter dargestellten Anzeigemitteln zur Anzeige des Betriebszustandes der Wärmeübergabestation 1 vor Ort sowie mit Bedienungseinrichtungen wie Tasten, Schaltern oder dergleichen versehen ist. Zu der Regeleinheit 6 gehört zur Beeinflussung des Energieumsatzes in dem Wärmetauscher 2 ein in der Rücklaufleitung 11 angeord netes Regelventil 21, das über einen Stellmotor 22 in Offenstellung, Schließstellung sowie jede Zwischenstel lung überführbar ist. Der Stellmotor 22 ist von dem Heizungsregler 19 über ein Steuergerät 23 gesteuert. Dieses gibt solche Signale an den bspw. als Dreiphasen-Asynchronmaschine ausgebildeten Stellmotor 22 ab, daß die Ventilspindel des Regelventiles 21 die gewünschte Stel lung einnimmt. Auf diese Weise legt der Heizungsregler 9 fest, wieviel Kondensat aus dem Wärmetauscher 2 ausgelas sen wird, und bestimmt somit über die entsprechend nach strömende Menge den Wärmeeintrag in den Wärmetauscher 2, der mit der von dem Sekundärkreis 4 abgeführten Wärmemen ge übereinstimmen muß.The control unit 6 has a heating controller 19 based on a microcomputer, which is provided with display means (not shown) for displaying the operating state of the heat transfer station 1 on site and with operating devices such as buttons, switches or the like. To control unit 6 belongs to influencing the energy turnover in the heat exchanger 2 in the return line 11 angeord net control valve 21 , which can be transferred via an actuator 22 in the open position, closed position and any intermediate position. The servomotor 22 is controlled by the heating controller 19 via a control unit 23 . This outputs such signals to the servomotor 22 designed , for example, as a three-phase asynchronous machine, that the valve spindle of the control valve 21 assumes the desired position. In this way, the heating controller 9 determines how much condensate is let out from the heat exchanger 2 , and thus determines the heat input into the heat exchanger 2 , which must correspond to the heat dissipated by the secondary circuit 4 ge, via the corresponding flowing quantity.
Zu der Regeleinheit 6 gehört außerdem wenigstens ein in oder an der Leitung 15 des Sekundärkreises vorzugs weise in der Nähe des Vorlaufanschluß 14 angeordnet er Temperatursensor 24, der der gemessenen Temperatur ent sprechende Signale an den Heizungsregler 19 liefert. Ein bedarfsweise vorgesehener, weiterer Temperatursensor 25 kann zur Erfassung der Außentemperatur im Außenbereich eines Gebäudes angeordnet sein und liefert seine der gemessenen Außentemperatur entsprechenden Signale eben falls an den Heizungsregler 19.The control unit 6 also includes at least one in or on the line 15 of the secondary circuit, preferably in the vicinity of the flow connection 14 , he arranged temperature sensor 24 , which delivers the measured temperature signals corresponding to the heating controller 19 . If required, a further temperature sensor 25 can be arranged to detect the outside temperature in the outside area of a building and delivers its signals corresponding to the measured outside temperature to the heating controller 19 .
Die Sicherheitseinrichtung 5 enthält ein Sicher heitsventil 26, das in der an den Vorlaufanschluß 7 des Wärmetauschers 2 angeschlossenen Dampfleitung angeordnet ist. Das Sicherheitsventil 26 ist ein Sitzventil, dessen Ventilverschlußglied mittels einer Feder 27 auf seine Verschlußstellung hin vorgespannt ist. Die Feder 27 ist vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Schrauben feder. Prinzipiell kommen jedoch auch andere Federn oder mechanische Energiespeicher in Frage. Zur Überführung des über eine Ventilspindel 28 zu betätigenden Ventilver schlußgliedes ist eine hydraulische Antriebs- oder Betä tigungseinrichtung 29 vorgesehen, die als Linearantrieb ausgebildet ist. Die Betätigungseinrichtung 29 ist vor zugsweise ein Membranantrieb. Bedarfsweise können jedoch auch Kolben/Zylindereinheiten oder dergleichen Verwendung finden.The safety device 5 includes a safety valve 26 which is arranged in the steam line connected to the flow connection 7 of the heat exchanger 2 . The safety valve 26 is a seat valve, the valve closure member of which is biased toward its closed position by means of a spring 27 . The spring 27 is preferably a helical spring designed as a compression spring. In principle, however, other springs or mechanical energy stores can also be used. To transfer the valve member to be actuated via a valve spindle 28 , a hydraulic drive or actuating device 29 is provided, which is designed as a linear drive. The actuator 29 is preferably a diaphragm drive. If necessary, however, piston / cylinder units or the like can also be used.
Die Betätigungseinrichtung 29 ist so ausgebildet, daß sie das Ventilverschlußglied bei Druckbeaufschlagung durch eine entsprechende Axialbewegung der Ventilspindel 28 in Offenstellung überführt. Zur Druckbeaufschlagung dient eine hydraulische Steuerleitung 31, die von der Betätigungseinrichtung 29 zu einem auf der Druckseite der Umwälzpumpe 17 liegenden Abzweig 32 des Sekundärkreislau fes 4 führt. Der Abzweig 32 kann dabei sowohl unmittelbar vor dem Rücklaufanschluß 18 als auch in der Nähe des Vorlaufanschluß 14 des Wärmeverbrauchers 2 angeordnet sein. Die Betätigungseinrichtung 29 ist bspw. durch entsprechende Auslegung und Bemessung der Größe ihrer Rollmembran so bemessen, daß sie das Ventilverschlußglied des Sicherheitsventiles 26 gegen die Kraft der Feder 27 in Offenstellung überführt, wenn ein vorgegebener Druck wert überschritten ist. Dieser Druckwert ist so festge legt, daß er an dem Abzweig 32 bei intaktem Sekundär kreislauf 4 sicher überschritten, im Fehlerfalle jedoch unterschritten wird. Der an dem Abzweig 32 gemessene Druck setzt sich zusammen aus dem in dem Sekundärkreis lauf 4 vorhandenen Ruhedruck und dem von der Umwälzpumpe 17 verursachten zusätzlichen Druck. Der als Schwelle dienende Druckwert liegt etwas unterhalb dieses Druckes, so daß die Sicherheitseinrichtung 5 bei Unterschreiten dieses Druckwertes durch Wasserverlust und/oder mechani schen oder elektrischen Defekt der Umwälzpumpe 17 an spricht. The actuating device 29 is designed such that it transfers the valve closure member into the open position when pressure is applied by a corresponding axial movement of the valve spindle 28 . A hydraulic control line 31 is used for pressurization, which leads from the actuating device 29 to a branch 32 of the secondary circuit 4 located on the pressure side of the circulating pump 17 . The branch 32 can be arranged both directly in front of the return connection 18 and in the vicinity of the flow connection 14 of the heat consumer 2 . The actuating device 29 is dimensioned, for example, by appropriate design and dimensioning of the size of its rolling membrane so that it transfers the valve closure member of the safety valve 26 against the force of the spring 27 into the open position when a predetermined pressure value is exceeded. This pressure value is so determined that it is safely exceeded at the branch 32 with the secondary circuit 4 intact, but falls below in the event of an error. The pressure measured at branch 32 is composed of the idle pressure present in the secondary circuit 4 and the additional pressure caused by the circulating pump 17 . The pressure value serving as the threshold is somewhat below this pressure, so that the safety device 5 speaks when the pressure value falls below this due to water loss and / or mechanical or electrical defect in the circulation pump 17 .
In der Steuerleitung 31 ist ein elektrisch betätig tes Pilotventil 33 angeordnet, das über eine elektrische Betätigungseinrichtung 34 von dem Heizungsregler 19 kontrolliert wird. Das Pilotventil 33 ist durch Feder kraft geschlossen und wird bei Ansteuerung der elektri schen Betätigungseinrichtung 34 geöffnet. Der Heizungs regler 19 erregt die Betätigungseinrichtung 34 und öffnet das Pilotventil 33, sofern keine unzulässige Überschrei tung der mit dem Temperatursensor 24 gemessenen sekundär seitigen Vorlauftemperatur vorliegt. Im Havariefalle, d. h. bei unzulässig hoher Temperatur, gibt der Heizungs regler 19 keinen Strom und keine Spannung an die Betäti gungseinrichtung 34 ab, so daß diese entregt wird und das Pilotventil 33 schließt.In the control line 31 , an electrically actuated pilot valve 33 is arranged, which is controlled by the heating controller 19 via an electrical actuating device 34 . The pilot valve 33 is closed by spring force and is opened when the electrical actuator 34 is activated. The heating controller 19 excites the actuating device 34 and opens the pilot valve 33 , provided that there is no impermissible exceeding of the secondary-side flow temperature measured with the temperature sensor 24 . In the event of an accident, ie at an impermissibly high temperature, the heating controller 19 supplies no current and no voltage to the actuating device 34 , so that it is de-energized and the pilot valve 33 closes.
Zur Weiterverarbeitung der von dem Heizungsregler 19 erfaßten und bestimmten Daten kann dieser eine Schnitt stelle RS 232 aufweisen, die zu einem in der Nähe oder in einiger Entfernung angeordneten Personal Computer oder einer anderweitigen zentralen Datenverarbeitungseinheit führt.For further processing of the data recorded and determined by the heating controller 19 , this can have an interface RS 232 , which leads to a personal computer or other central data processing unit arranged in the vicinity or at a distance.
Die insoweit beschriebene Wärmeübergabestation 1 und
die Sicherheitseinrichtung 5 arbeiten wie folgt:
Zur Inbetriebnahme der Wärmeübergabestation 1 gibt
der Heizungsregler 19 ein elektrisches Signal an die
Betätigungseinrichtung 34 ab, die das Pilotventil 33
öffnet. Ist in dem Sekundärkreis 4 eine ausreichende
Wassermenge vorhanden und liefert die Umwälzpumpe 17 den
vorgesehenen Förderdruck, überschreitet der an dem Ab
zweig 32 anstehende Druck den Druckschwellwert der hy
draulischen Betätigungseinrichtung 29. Über die Steuer
leitung 31 gelangt der Druck durch das von dem Heizungs
regler 19 offengehaltene Pilotventil 33 in die Betäti
gungseinrichtung 29, die das Sicherheitsventil 26 gegen
die Wirkung der Feder 27 öffnet. Es gelangt nun Dampf
über die Dampfleitung 8 in den Wärmetauscher 2, wo er
unter Wärmeabgabe kondensiert. Der Heizungsregler 19
regelt anhand der mit dem Temperatursensor 24 erfaßten
Temperatur sowie anhand der Außentemperatur (Temperatur
sensor 25) den Kondensatabfluß über das Regelventil 21
und somit den Energiefluß.The heat transfer station 1 and the safety device 5 described so far operate as follows:
To start up the heat transfer station 1 , the heating controller 19 emits an electrical signal to the actuating device 34 , which opens the pilot valve 33 . If there is a sufficient amount of water in the secondary circuit 4 and the circulation pump 17 supplies the intended delivery pressure, the pressure present at the branch 32 exceeds the pressure threshold of the hydraulic actuator 29 . Via the control line 31 , the pressure passes through the pilot valve 33 held open by the heating controller 19 into the actuating device 29 , which opens the safety valve 26 against the action of the spring 27 . Steam now passes through the steam line 8 into the heat exchanger 2 , where it condenses with the release of heat. The heating controller 19 controls on the basis of the temperature detected with the temperature sensor 24 and on the basis of the outside temperature (temperature sensor 25 ) the condensate drain via the control valve 21 and thus the energy flow.
Tritt ein den Betrieb des Sekundärkreislaufes 4 beeinträchtigender Fehler, wie bspw. ein Stromausfall, auf, der die Umwälzpumpe 17 stillsetzt, fällt der über die Pilotleitung 31 an dem Sicherheitsventil 26 bzw. dessen Betätigungseinrichtung 29 anliegende Vorlaufdruck signifikant ab, wodurch die Betätigungseinrichtung 29 keine oder lediglich noch eine verringerte Kraft erzeugt. Die Kraft der Feder 27 überwiegt nun und schließt das Sicherheitsventil 26. Der Zustrom von energiereichem Dampf ist somit unabhängig von dem korrekten Betrieb des Heizungsreglers 19 gesperrt. Gleiches gilt, wenn die Umwälzpumpe 17 aufgrund eines mechanischen Defektes ausfällt. Damit wird ein weites Fehlerspektrum sicher erfaßt. Tritt in dem Sekundärkreislauf 4 ein Wasserver lust auf, hat dies ebenfalls einen Druckverlust zur Folge, der über die Pilotleitung 31 das Sicherheitsventil 26 schließt. Dies ist unabhängig von dem Betrieb des Heizungsreglers 19, der insbesondere bei Störungen des Energienetzes ebenfalls gestört sein kann.If an error affecting the operation of the secondary circuit 4 , such as a power failure, which shuts down the circulation pump 17 , the flow pressure present via the pilot line 31 on the safety valve 26 or its actuating device 29 drops significantly, as a result of which the actuating device 29 has no or only produces a reduced force. The force of the spring 27 now prevails and closes the safety valve 26 . The inflow of high-energy steam is thus blocked regardless of the correct operation of the heating controller 19 . The same applies if the circulation pump 17 fails due to a mechanical defect. This reliably captures a wide range of errors. If a water loss occurs in the secondary circuit 4 , this also results in a pressure loss which closes the safety valve 26 via the pilot line 31 . This is independent of the operation of the heating controller 19 , which can also be disturbed in particular in the event of faults in the energy network.
Zusätzlich kann der Heizungsregler 19 das Sicher heitsventil 26 schließen, indem er das Pilotventil 33 durch Entregen der Betätigungseinrichtung 34 schließt. Dies kann in Fällen von Bedeutung sein, in denen eine Störung des Sekundärkreislaufes 4 vorliegt, die nicht mit Druckverlust verbunden ist. Ein Beispiel einer solchen Störung ist eine Behinderung der Durchströmung des Wärme verbrauchers 16, die zu einer Überhitzung in dem Wärme tauscher 2 und somit an dem Vorlaufanschluß 14 führen kann. In addition, the heating controller 19 can close the safety valve 26 by closing the pilot valve 33 by de-energizing the actuator 34 . This can be important in cases in which there is a fault in the secondary circuit 4 which is not associated with a loss of pressure. An example of such a fault is a hindrance to the flow through the heat consumer 16 , which can lead to overheating in the heat exchanger 2 and thus to the flow connection 14 .
Als zusätzliches Sicherheitsmerkmal kann der Hei zungsregler 19 weitere charakteristische physikalische Größen, die für den sicheren Betrieb des Wärmetauschers 2 von Bedeutung sind, überwachen. Dies kann eine nicht weiter dargestellte Netzspannungskontrolle, die Kontrolle der Warmwasserleitfähigkeit insbesondere am Ausgang des Wärmeverbrauchers 16 oder dergleichen sein. Letzteres kann bei Prozeßwärmeanwendungen von Bedeutung sein, wo Korrosionsstellen im Heizungssystem zum Eindringen von Fremdionen in das Heizwasser führen können.As an additional security feature, the heating controller 19 can monitor further characteristic physical variables that are important for the safe operation of the heat exchanger 2 . This can be a grid voltage control, not shown, the control of the hot water conductivity, in particular at the outlet of the heat consumer 16, or the like. The latter can be important in process heat applications, where corrosion spots in the heating system can lead to the penetration of foreign ions into the heating water.
Eine weitere Ausführungsform der Wärmeübergabesta tion 1 ist in Fig. 2 dargestellt, die mit der in Fig. 1 dargestellten Wärmeübergabestation 1 bis auf die Aus bildung der Sicherheitseinrichtung 5 übereinstimmt. Der Unterschied liegt darin, daß die Steuerleitung 31 mit einem Brauchwassernetz 36, bspw. der öffentlichen Wasser versorgung, verbunden ist. Zur Bestimmung des Betriebs zustandes des Sekundärkreislaufes 4 und zur Erfassung von Gefahrensituationen, die eine sofortige Abschaltung der Dampfzufuhr erfordern, ist in dem Sekundärkreislauf 4 ein Drucksensor 37 angeordnet, der dem Vorlaufdruck entspre chende Signale an den Heizungsregler 19 liefert. Dieser vergleicht die Signale mit einem intern vorgegebenen Sollwert und entregt die Betätigungseinrichtung 34 des Pilotventiles 33, sobald der vorgegebene Wert unter schritten ist. Auch diese Ausführungsform hat den Vor teil, daß, wie bei der vorstehend beschriebenen Wärme übergabestation 1, ein unkundiges oder versehentliches Abschalten von Stromkreisen, das nicht zum Stillsetzen der Umwälzpumpe 17 führt, auch kein Stillsetzen der Wärmeübergabestation 1 verursacht. Unbeabsichtigte und unnötige Ausfälle der Produktion und/oder der Wärmever sorgung werden somit vermieden.Another embodiment of the heat transfer station 1 is shown in FIG. 2, which corresponds to the heat transfer station 1 shown in FIG. 1 except for the formation of the safety device 5 . The difference is that the control line 31 is connected to a service water network 36 , for example the public water supply. To determine the operating state of the secondary circuit 4 and to detect dangerous situations that require an immediate shutdown of the steam supply, a pressure sensor 37 is arranged in the secondary circuit 4 , which supplies the corresponding pressure signals to the heating controller 19 . This compares the signals with an internally predetermined setpoint and de-energizes the actuating device 34 of the pilot valve 33 as soon as the predetermined value is undershot. This embodiment also has the part before that, as in the heat transfer station 1 described above, an unknowing or accidental switching off of circuits that does not lead to the stopping of the circulation pump 17 , also does not cause the heat transfer station 1 to be stopped. Unintentional and unnecessary failures in production and / or heat supply are thus avoided.
Eine alternative, in Fig. 3 veranschaulichte Aus führungsform nutzt in der Sicherheitseinrichtung 5 als Druckquelle zur Versorgung der hydraulischen Betätigungs einrichtung 29 das öffentliche Brauchwassernetz. In der Pilotleitung 31 ist neben dem von dem Heizungsregler 19 gesteuerten Pilotventil 33 ein weiteres Pilotventil 43 angeordnet, das druckgesteuert arbeitet. Dazu weist es eine hydraulische Betätigungseinrichtung 49 auf, die so ausgebildet ist, daß das Pilotventil 43 geschlossen ist, wenn der an der Betätigungseinrichtung 49 anliegende Druck einen Grenzwert unterschreitet und bei Überschrei ten dieses Grenzwertes offen ist. Die Betätigungsein richtung 49 ist eine mittels einer Feder auf die Schließ stellung des Pilotventiles 43 vorgespannte Membranan triebseinrichtung oder Kolben/Zylinderantriebseinrich tung. Die Vorteile dieser Ausführungsform liegen neben den im Zusammenhang mit den oben diskutierten Vorteilen der anderen Ausführungsformen zusätzlich darin, daß ggf. niedrige Vorlaufdrücke bei dem Abzweig 32 zur Steuerung der Sicherheitseinrichtung 5 ausreichen, wobei zum Steu ern der Betätigungseinrichtung 29 ein möglicherweise deutlich höherer Druck des Brauchwassernetzes 36 dient. Außerdem kann diese Ausführungsform vorteilhaft sein, wenn der vorhandene Brauchwasserdruck für den sicheren Betrieb des Sekundärkreislaufes 4 von Bedeutung ist, wie es bspw. bei der Brauchwassererwärmung der Fall ist. Durch das Pilotventil 43 werden der Brauchwasserdruck des Brauchwassernetzes 36 und der Vorlaufdruck an dem Abzweig 32 UND-verknüpft. Eine UND-Verknüpfung mit weiteren, für den Betrieb des Sekundärkreislaufes 4, d. h. die gesicher te Wärmeabnahme von dem Wärmeverbraucher 2, notwendigen Drücken ist durch zusätzliche Pilotventile und somit zusätzliche UND-Verknüpfungen möglich.An alternative, illustrated in Fig. 3 imple mentation uses in the safety device 5 as a pressure source for supplying the hydraulic actuating device 29, the public service water network. In addition to the pilot valve 33 controlled by the heating controller 19, a further pilot valve 43 is arranged in the pilot line 31 and operates under pressure control. For this purpose, it has a hydraulic actuating device 49 which is designed such that the pilot valve 43 is closed when the pressure applied to the actuating device 49 falls below a limit value and is open when this limit value is exceeded. The actuating device 49 is a biased to the closed position of the pilot valve 43 diaphragm drive device or piston / cylinder drive device by means of a spring. The advantages of this embodiment lie in addition to the advantages of the other embodiments discussed above, in addition that low flow pressures at the branch 32 are sufficient to control the safety device 5 , with the actuating device 29 possibly having a significantly higher pressure in the service water network for control purposes 36 serves. In addition, this embodiment can be advantageous if the existing hot water pressure is important for the safe operation of the secondary circuit 4 , as is the case, for example, with hot water heating. The service water pressure of the service water network 36 and the flow pressure at the branch 32 are AND-linked by the pilot valve 43 . An AND linkage with other pressures necessary for the operation of the secondary circuit 4 , ie the secure heat removal from the heat consumer 2 , is possible by additional pilot valves and thus additional AND links.
Alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können so ausgelegt sein, daß bei allmählichem Druck abfall auf der Steuerleitung 31 ein allmähliches Schlie ßen des Sicherheitsventiles 26 erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß bei schleichendem Druckverlust, der bei laufendem Betrieb der Wärmeübergabestation 1 behebbar ist, kein sofortiges Abschalten der Wärmeübergabestation 1 sondern lediglich ein Drosseln der Leistung des Wärme tauschers 2 erfolgt.All of the above-described embodiments can be designed such that, with a gradual pressure drop on the control line 31, the safety valve 26 is gradually closed. This has the advantage that with gradual pressure loss, which can be remedied during operation of the heat transfer station 1 , there is no immediate shutdown of the heat transfer station 1 but only a throttling of the power of the heat exchanger 2 .
Eine Sicherheitseinrichtung 5 für eine Wärmeüber gabestation 1 weist ein Sicherheitsventil 26 auf, das mit einer hydraulischen Betätigungseinrichtung 29 versehen ist. Diese ist über ein Pilotventil 33 direkt oder mit telbar an den Sekundärkreislauf 4 der Wärmeübergabesta tion 1 angeschlossen und somit von dessen Druck gesteu ert. Druckabfälle auf der Sekundärseite des Wärmetau schers 2 führen zum Schließen des Sicherheitsventiles 26 und verhindern somit wirksam eine Störung der Energiebi lanz des Wärmetauschers 2, die ein Überhitzen und/oder Beschädigen desselben zur Folge hätte.A safety device 5 for a heat transfer station 1 has a safety valve 26 which is provided with a hydraulic actuating device 29 . This is connected via a pilot valve 33 directly or indirectly to the secondary circuit 4 of the heat transfer station 1 and thus is controlled by its pressure. Pressure drops on the secondary side of the heat exchanger 2 lead to the closing of the safety valve 26 and thus effectively prevent a disturbance in the energy balance of the heat exchanger 2 , which would result in overheating and / or damage to the same.
Claims (19)
mit einem in dem Primärkreislauf (3) anzuordnenden Sicherheitsventil (26), das mit einer hydraulischen Betätigungseinrichtung (29) versehen ist, die das Si cherheitsventil (26) bei Druckbeaufschlagung in eine Offenstellung und bei Druckentlastung in eine Schließstellung überführt, und
mit einem zwischen der hydraulische Betätigungsein richtung (29) und der Druckquelle (32, 36) angeordneten, elektrisch betätigten Pilotventil (33), das die Druck beaufschlagung der Betätigungseinrichtung (29) steuert.1. Safety device ( 5 ) for a heat transfer station ( 1 ), in particular a heat transfer station ( 1 ) for heating water by means of steam, which has a heat exchanger ( 2 ) for thermal coupling between a primary circuit ( 3 ) and a secondary circuit ( 4 ), one hydraulic pressure source ( 32 , 36 ) and a Steuereinrich device ( 19 ) which controls the heat transfer station ( 1 ) in dependence on at least one physical parameter (ϑ) of the secondary circuit,
with a in the primary circuit ( 3 ) to be arranged safety valve ( 26 ) which is provided with a hydraulic actuating device ( 29 ) which transfers the safety valve ( 26 ) into an open position when pressurized and into a closed position when depressurized, and
with an electrically operated pilot valve ( 33 ) arranged between the hydraulic actuating device ( 29 ) and the pressure source ( 32 , 36 ), which controls the pressure applied to the actuating device ( 29 ).
mit einer Sicherheitseinrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einem Wärmetauscher (2), der zur thermischen Kopplung zwischen einem Primärkreislauf (3) und einem Sekundärkreislauf (4) dient,
mit einer hydraulischen Druckquelle (32, 36) zur Versorgung der Betätigungseinrichtung (29) mit einem zum Öffnen des Sicherheitsventiles (26) ausreichenden Druck, und
mit einer Steuereinrichtung (19), die das Pilotven til (33) in Abhängigkeit von wenigstens einem physikali schen Parameter (?5) des Sekundärkreislaufes (4) steuert.10. heat transfer station ( 1 ), in particular for heating water by means of steam,
with a safety device ( 5 ) according to one of the preceding claims,
with a heat exchanger ( 2 ), which is used for thermal coupling between a primary circuit ( 3 ) and a secondary circuit ( 4 ),
with a hydraulic pressure source ( 32 , 36 ) for supplying the actuating device ( 29 ) with a pressure sufficient to open the safety valve ( 26 ), and
with a control device ( 19 ) which controls the pilot valve ( 33 ) as a function of at least one physical parameter (? 5) of the secondary circuit ( 4 ).
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1996
- 1996-05-22 DE DE19620601A patent/DE19620601C2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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