DE20107111U1

DE20107111U1 - Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten

Info

Publication number: DE20107111U1
Application number: DE20107111U
Authority: DE
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2011-04-26

Description

ABB Patent GmbH 20. April 2001

Kallstadter Strassei 71736 MS/Kie

68309 Mannheim

Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten in verfahrenstechnischen Anlagen nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Bekannte Feldgeräte sind mittels einer mehradrigen Verbindungsleitung mit einer zentralen Einrichtung verbunden, wobei jedes Feldgerät über die Verbindungsleitung mit elektrischer Energie zu seinem Betrieb versorgt wird und mit der zentralen Einrichtung Daten austauscht.

Komplexe verfahrenstechnische Anlagen sind mit einer Vielzahl derartiger Feldgeräte ausgestattet. Dabei ist das Netz der Verbindungsleitungen für den Betreiber der Anlage ein erheblicher Kostenfaktor und darüber hinaus insbesondere im Zuge von Bauarbeiten Störungen durch Leitungsunterbrechungen ausgesetzt. Bei einer Leitungsunterbrechung ist das angeschlossene Feldgerät sowohl von dem Datenaustausch mit der zentralen Einrichtung abgeschnitten als auch von der Energieversorgung zu seinem Betrieb.

Zwar gelingt es, mit Hilfe von drahtlosen Kommunikationseinrichtungen, die jedem Feldgerät und der zentralen Einrichtung zugeordnet werden, den Datenaustausch unabhängig vom Netz der Verbindungsleitungen aufrechtzuerhalten, soweit die Feldgeräte weiterhin mit Energie versorgt sind. Jedoch sind die Feldgeräte bei Leitungsunterbrechungen von der Energiequelle getrennt.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und Mittel anzugeben, die eine vom Netz der Verbindungsleitungen unabhängige Energieversorgung der Feldgeräte gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen genannt.

Die Erfindung geht davon aus, dass der Leistungsbedarf zur Versorgung derzeitiger Feldgeräte durch zunehmende Integration auf einige wenige Milliwatt reduziert ist.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, prozessual in der verfahrenstechnischen Anlage vorhandene, nicht-elektrische Energie in elektrische Energie umzusetzen und das Feldgerät mit dieser elektrischen Energie zu versorgen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Feldgerät mit einer Turbine, die mit einem Generator gekoppelt ist, auszustatten. Dabei wird die kinetische Energie eines prozessual in einer Rohrleitung strömenden Mediums zunächst in eine Rotationsbewegung umgesetzt, die nach dem für sich bekannten Generatorprinzip in elektrische Energie überführt wird. Dabei wird ein elektrischer Strom proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums generiert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Feldgerät mit einem Speicher elektrischer Energie ausgestattet.

Die Erfindung macht sich zu Nutze, dass in Abhängigkeit von der Art der verfahrenstechnischen Anlage mindestens eine Quelle nicht-elektrischer Primärenergie dauerhaft zur Verfügung steht. Dabei wird unter dauerhafter Verfügbarkeit auch diskontinuierliche aber periodische Verfügbarkeit verstanden.

Bei diskontinuierlicher Verfügbarkeit der nicht-elektrischen Primärenergie wird die diskontinuierlich erzeugte elektrische Energie zur Versorgung des Feldgeräts während der Unterbrechung des Zuflusses der nicht-elektrischen Primärenergie im Feldgerät gespeichert. Damit ist die kontinuierliche unterbrechungsfreie Versorgung des Feldgeräts mit elektrischer Energie zu seinem Betrieb gewährleistet.

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Nach einem weiteren Merkmal ist die Turbine in der das Prozessmedium führenden Rohrleitung angeordnet und von dem Prozessmedium getrieben. Vorteilhafterweise wird die zum Betrieb des Feldgeräts erforderliche Energie direkt aus energiereichem, unmittelbar am Feldgerät verfügbarem Prozessmedium gewonnen. Dabei wird auf jede Form von separat zuführbarer Hilfsenergie verzichtet.

Nach einem alternativen Merkmal der Erfindung ist die Turbine an eine Druckluftleitung angeschlossen. Druckluft ist in verfahrenstechnischen Anlagen regelmäßig als Energieträger verfügbar. Vorteilhafterweise ist die Energieversorgung des Feldgeräts damit unabhängig von dem Vorhandensein eines Prozessmediums. Damit ist die Energieversorgung des Feldgeräts auch in den verfahrenstechnischen Anlagen gewährleistet, in denen bestimmte Prozessmedien nur temporär zur Verfügung stehen.

Vorteilhafterweise kommt die Energieversorgung des Feldgeräts ohne elektrische Verbindungsleitungen von und zu einer zentralen Quelle elektrischer Energie aus. Die Verfügbarkeit der Feldgeräts ist damit unabhängig von Störungen durch Leitungsunterbrechungen. Darüber hinaus ist der erhebliche materielle Aufwand für ein Netz von elektrischen Verbindungsleitungen und dessen Wartung und Pflege insgesamt verzichtbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur Energieversorgung eines

Feldgeräts mit dem Prozessmedium

Figur 2 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur Energieversorgung eines

Feldgeräts mit Druckluft

In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform einer Einrichtung zur Energieversorgung für ein Feldgerät 1 mit einem Messwertaufnehmer für den Durchfluss eines in einer Rohrleitung 2 geführten Prozessmediums, das in Figur 1 durch einen Pfeil 3 dargestellt ist, gezeigt.

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Das Feldgerät 1 weist einen Messumformer 11 auf, an den ein Durchflussfühler 16 angeschlossen ist, der durch die Wand der Rohrleitung 2 in das Prozessmediums 3 hineinragt und von diesem umspült wird. In Abhängigkeit von der Bauart des Durchflussfühlers 16 kann dieser auch in die Wand der Rohrleitung 2 integriert sein. Darüber hinaus ist das Feldgerät 1 mit einer Kommunikationseinrichtung 12 zum Datenaustausch mit einer nicht dargestellten zentralen Einrichtung ausgestattet. Die Kommunikationseinrichtung 12 ist mit dem Messumformer 11 verbunden und zur drahtlosen Kommunikation mit der zentralen Einrichtung geeignet. Dazu weist die Kommunikationseinrichtung 12 eine Antenne 121 auf.

Der Messumformer 11 und die Kommunikationseinrichtung 12 weisen in Figur 1 durch Kreuze gekennzeichnete Anschlüsse zur Stromversorgung auf.

Das Feldgerät 1 ist mit einer Turbine 13 und einem Generator 14 ausgestattet. Die Turbine 13 ist mit dem Generator 14 gekoppelt. Die Turbine 13 und der Generator sind in der Rohrleitung 2 untergebracht. Dabei wird die Turbine 13 von dem Prozessmedium 3 durchströmt und getrieben. Die kinetische Energie des prozessual in der Rohrleitung 2 strömenden Prozessmediums 3 wird zunächst in eine Rotationsbewegung umgesetzt, die nach dem für sich bekannten Generatorprinzip in elektrische Energie überführt wird. Dabei wird ein elektrischer Strom proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Prozessmediums 3 generiert.

Der auf diesem Wege erzeugte elektrische Strom ist zur Energieversorgung des Feldgeräts 1 geeignet. Dazu sind die Anschlüsse des Generators 14 mit den durch Kreuze gekennzeichneten Anschlüssen zur Stromversorgung des Messumformers und der Kommunikationseinrichtung 12 verbunden.

Darüber hinaus ist das Feldgerät 1 mit einem Energiespeicher 15 ausgestattet. Der Energiespeicher 15 ist parallel zu den Anschlüssen des Generators 14 geschaltet. Dabei kann vorgesehen sein, den Energiespeicher 15 als Akkumulator auszuführen. In einer alternativen Ausgestaltung kann der Energiespeicher 15 als hochkapazitiver, verlustarmer Kondensator ausgeführt sein.

In Figur 2 ist unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei ist das Feldgerät 1 mit einem pneumatischen

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Positionierer 17 zur Betätigung eines in der Rohrleitung 2 angeordneten Ventils ausgestattet. Der Positionierer 17 wird mit Druckluft betrieben, die in einer Druckluftleitung 4 herangeführt wird.

Erfindungsgemäß ist die Turbine 13 an die zur Versorgung des Positionierers 17 mit Betriebsenergie vorgesehene Druckluftleitung 4 angeschlossen. Die Druckluft steht als Energieträger kontinuierlich zur Verfügung. Damit ist die ununterbrochene Energieversorgung des Feldgeräts 1 gewährleistet.

Vorteilhafterweise ist der Anteil aggressiver Inhaltsstoffe in Druckluft gering, so dass auf besonders widerstandsfähige Materialien für die Turbinenelemente verzichtet werden kann.

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Bezugszeichenliste

1	Feldgerat
11	Messumformer
12	Kommunikationseinrichtung
121	Antenne
13	Turbine
14	Generator
15	Energiespeicher
16	Durchflussfühler
17	Positionierer
2	Rohrleitung
21	Ventil
3	Prozessmedium
4	Druckluftleitung

Claims

1. Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten in verfahrenstechnischen Anlagen, die mit einer drahtlosen Kommunikationsschnittstelle zum Datenaustausch mit einer zentralen Einrichtung ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (1) mit einer Turbine (13), die mit einem Generator (14) gekoppelt ist, ausgestattet ist, mit dem die kinetische Energie eines prozessual in einer Rohrleitung (2) strömenden Mediums in einen elektrischen Strom umgesetzt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (1) mit einem Speicher (15) elektrischer Energie ausgestattet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (13) in der das Prozessmedium (3) führenden Rohrleitung (2) angeordnet und von dem Prozessmedium (3) getrieben ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (13) an eine Druckluftleitung (4) angeschlossen ist.