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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messwertsignalgabe für einen
variierenden Füllstand in
einem drucklosen Flüssigkeitsbehälter in
Kombination mit einer Ölvorlauf-Filtereinheit
nach dem Oberbegriff des Hauptanpruches.
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Bei
der Beobachtung von Inhalten von Flüssigkeitstanks, insbesondere
von Öltanks,
wie sie für die
Gebäudeheizung
eingesetzt werden, wird üblicherweise
mit Peilstäben
oder mit in den Tanks eingesetzten Pegelsonden der Flüssigkeitspegel
ermittelt. Dies setzt einen Anschluss auf den Tanks voraus, der
häufig
nicht mehr zusätzlich
frei vorhanden ist. Das Anbohren von Öltanks, um einen weiteren Anschluss
zu schaffen, ist aus zulassungsrechtlichen Gründen untersagt.
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Weiter
sind eine Vielzahl von sogenannten Erdtanks meist neben Wohnhäusern im
Garten oder neben Gewerbeimmobilien unter dem Hofplatz unterirdisch
eingebaut. Hier sind alle an der Oberseite des Tanks vorzusehenden
Beobachtungseinrichtungen den Umgebungseinflüssen wie Nässe und Frost ausgesetzt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde mittels einfacher apparativer
Einrichtungen eine genaue Ermittlung des Füllstandes zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird dies
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Die
Unteransprüche
geben vorteilhafte Ausführungen
wieder.
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Insbesondere
wird dadurch, dass die Vorrichtung zur Messwertsignalgabe für einen
variierenden Füllstand
in einem drucklosen Flüssigkeitsbehälter in
Kombination mit einer Ölvorlauf-Filtereinheit durch
eine in einem Bauteil einstückig
mit einem zuleitungsseitigen Unterdrucksensor (2) an der
Saugleitung (4) außerhalb
des Flüssigkeitsbehälters und/oder
in Entfernung zum Flüssigkeitsbehälter angeordnet
ist, es möglich
zusätzlichen
apparativen Aufwand zu ersparen.
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In
der Hauptanwendung zur Tankinhaltsmessung an Heizölvorratstanks
im Einstrangprinzip (kein Tankrücklauf). Über den
Drucksensor und eine Auswerteelektronik kann anhand des aktuell
anstehenden Druckniveaus in der Saugleitung am Ölfilter vor dem Ölbrenner
auf den aktuellen Flüssigkeitspegel im Öltank gerechnet
werden und ausgegeben werden.
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Einschränkende Voraussetzung
ist, dass in der Ölsaugleitung
zum Öltank
kein Antiheberventil und kein Rückflussverhinderer
in der Einstrang-Ölsaugleitung
verbaut ist. Dieses ist mit Stand 2010 in der Praxis bei über 90%
der Ölheizungsanlagen
eben auch nicht der Fall.
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Befindet
sich die Ölfilter-Drucksensor-Einheit unterhalb
des höchstmöglichen
Pegelniveaus des Heizöltanks,
so muss der Drucksensor sowohl positiven, wie auch negativen Leitungsdruck
messen können,
im Bereich des maximalen hydrostatischen Drucks der wirkenden Ölsäule.
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Befindet
sich die Ölfilter-Drucksensor-Einheit oberhalb
des höchstmöglichen
Pegelniveaus des Heizöltanks,
so wird der Drucksensor lediglich mit negativem Leitungsdruck (Saugwirkung/Unterdruck) beaufschlagt
und muss im Bereich des maximalen hydrostatischen Unterdrucks der
wirkenden kommuniziernden Ölsäule die
Messwerte liefern.
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Mit
besonderem Ausführungsvorteil
wird der Druck-Messsensor in die Baugruppe Heizölvorfilter integriert. Diese
verfahrensbedingte Lösung
der Integration/Kombination des Drucksensors mit dem Einstrang-Ölfilter
mit Selbstentlüfterfunktion
bietet sich an, weil somit mit kürzestem
Kabelweg zur Anzeigeeinheit im Heizungsraum der momentane Tankinhalt ferngemessen
werden kann. Hierbei ist die Länge
der Ölsaugleitung
zum Tank eine vernachlässigbarer
Parameter, da bei Einstrang-Saugsystemen durch den minimierten Volumenfluss
aus dem Tank kein nennenswerter Strömungswiderstand in der Ölsaugleitung
auftritt.
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Die
Vorteile:
- – Kostengünstigere
Lösung,
weil Ein-Geräte-Lösung.
- – Einfacherer,
schnellerer, sicherer Einbau.
- – Der
Einbau eines separaten Druckmesssensors mittels T-Stück in die Ölsaugleitung
entfällt.
- – Somit
entfällt
auch das Durchtrennen und Wiederverschrauben der Ölsaugleitung.
(Es kommt beim Einbau folglich nicht zu Ölaustritt und Ölverschmutzungen.)
- – Jede
zusätzliche Ölleitungsverschraubung
wird vermieden. (Diese sind naturgemäß eher ein Schwachpunkt gegenüber einer
durchgehenden, nahtlosen Ölleitung.)
- – Bei
Heizöl-Erdtanks
bei Gebäuden
ohne Heizungskeller ist durch die Integration/Kombination des benannten
ersten Bauteils die Position des Tankpegelsensors in innovativer,
ideeller Weise gelöst,
ohne Nachteile für
das Messprinzip und die Messgenauigkeit.
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Die
Vorrichtung zur Messwertsignalgabe weist eine Steuereinheit zum
Vergleich eines mit dem Unterdrucksensor (2) abgegriffenen
momentanen Leitungsdrucks mit einem voreingestellten Referenzdruck
auf, die mit dem Unterdrucksensor (1) in Signalkommunikation
steht, und eine Anzeigeeinrichtung (6) zur Anzeige des
aktuellen Tankinhalts durch einen Wert zwischen einem Wert für einen
vollen Tank und einem Wert für
einen leeren Tank eingerichtet ist. Das einstückige Bauteil weist bevorzugt
eine Selbstentlöftung
auf.
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Da
der Filter zugeleitetes Öl
aus einem Tank filtert und in einen Brennerstrom abgibt, an den
auch ein Rücklauf
(5) vom Brenner ansteht, ist die Möglichkeit geschaffen, kontinuierlich
während
des Betriebes der Heizung, aber auch im Stillstand, bei abgestelltem
Brenner und ohne Ansaugen durch eine Ölförderpumpe, den an der Ölsaugleitung,
die vom Ölbrenner
zum Heizöltank
führt,
anstehenden Unterdruck zu messen.
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Mit
Hilfe einer Auswerteeinheit, der bei der Inbetriebnahme einmalig
ein Referenz-Pegelwert eingestellt
wird, wird aus dem an der Sensorposition aktuell gemessenen Druckwert
ein aktueller Pegelwert oder Literwert elektronisch errechnet und
angezeigt.
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Der
Referenzwert für
einen Druck an dem die Berechung ihren Ausgangsbezug nimmt (Kalibrierwert),
kann beispielsweise bei der Anlageninbetriebnahme der für den vollen
Tank anstehende Druck oder auch z. B. der bei einer auf 60% ermittelten
Fällung
anstehende Druck sein.
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Durch
Kenntnis der Höhe
des Tanks und der Dichte der Messflüssigkeit kann dem Gerät in Kenntnis
des Referenzdrucks für
beispielsweise den 60 Prozent gefüllten Tank ein Unterdruck für einen
beispielsweise ein Meter tieferen Flüssigkeitspegel errechnet werden,
der dann für
den praktisch leeren Tank stehen würde.
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Sofern
der Tank aktuell mehr als 60% Pegelhöhe aufweist, ist der Messunterdruck
entsprechend geringer. Der momentan gemessene Unterdruck und der
Pegelwert stehen über
die bekannte Dichte, z. B. Dichte Heizöl, in Bezug. Damit kann die
Elektronik mit den beiden Werten Gesamthöhe des Tanks und vorhandener
Momentandruck sowie Kenntnis des Referenzbezugs unabhängig von
ihrer vertikalen Entfernung vom Öltank
permanente Messungen durchführen.
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In
einer Vielzahl von Dokumenten des Standes der Technik besteht das
Vorurteil, dass die Pumpe; die an dem Ölbrenner zur Versorgung des Ölbrenners
mit Brennstoff angesetzt ist, die Druckverhältnisse in der Leitung im Betrieb
erheblich ändert. Es
wird von 'gegeneinander
zu verrechnenden Differenzdrücken' gesprochen. Dies
ist jedoch nicht der Fall, da die Ölbrennerpumpe nur geringe Ölmengen pro
Zeiteinheit aus dem Tank saugt, und somit gerade den hydrostatischen
Druck überwinden
muss. Lediglich zwischen Pumpe und Brenner wird ein größerer Überdruck
bewirkt. Der gemessene Druck in der Saugleitung ist stets von dem
vertikalen Höhenunterschied
zwischen dem Anbringungsort des Unterdrucksensors und dem gerade
anstehenden Flüssigkeitspegel 10 vorgegeben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Drucksensor an einer Leitung in einem Leitungsbereich oberhalb
des Flüssigkeitsbehälter angeordnet,
was sich dann leicht ergibt, wenn die Ölheizung höher als der Tank angeordnet
ist.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
weisen die aus dem Tank herausführenden Flüssigkeitsleitungen
Bereiche unterhalb des Maximalpegels in dem Flüssigkeitsbehälter auf,
so dass ein Antiheberventil (auch Heberschutzventil genannt) vorzusehen
ist, das für
den Fall, dass die Öldruckleitung
drucklos oder undicht wird, verhindert, dass der Öltank sich
selbst aushebert (nach dem Prinzip kommunizierender Röhren leer
läuft).
In diesem Fall wird vorgegeben, den Drucksensor zwischen dem Antiheberventil
(AHV) und dem Flüssigkeitsbehälter vorzusehen.
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Weitere
grundsätzliche
Einsatzfelder sind Tankstellen-Tanks für Diesel- und Ottokraftstoff
oder auch für
Lkw-Treibstoffzusätze,
bei denen jedoch während
der Förderung
an den Leitungen aufgrund des dann tatsächlich größeren geförderten Volumens es zu erheblichen
Druckschwankungen kommt, so dass die Auswerte-Elektronik mit einem
weiteren Filter zum Ausfiltern dieser schwankenden Werte auszuführen ist.
Sobald die Pumpe still steht, kann wieder eine zuverlässige Anzeige
des Tankinhalts erfolgen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der
beigefügten
Zeichnung. Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung der Anordnung des Unterdrucksensors an
einer Ölsaugleitung
kurz vor der den Brenner versorgenden Pumpe bei einer Anordnung
der Heizung im Erdgeschoss,
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2 eine
Darstellung wie 1, bei einer Anordnung der Heizung
im Keller bei einem leicht höher
liegenden Erdtank,
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3 eine
schematische Darstellung einer Tankbatterie, die beispielsweise
in einem Nebenkellerraum in gleicher Höhe wie die Heizung angeordnet
ist, und
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4 eine
Darstellung wie 3, bei der der Unterdrucksensor über dem
Höchstpegel
in der Nähe
der Heizung montiert ist.
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Erfindungsgemäß handelt
es sich um eine Vorrichtung zur Messwertsignalgabe, bei der die Messzelle
so angebracht werden kann, dass kein benetzter Kontakt mit der Messflüssigkeit
stattfindet, so dass ein berührungsloses
Messverfahren möglich
ist. Der Einbauaufwand ist von der Länge einer elektrischen Leitung
zu der Steuereinheit bzw. dem Auswertegerät 6 abhängig und
kann so vergleichsweise kostengünstig,
beispielsweise an einer Kellerwand, dort wo die Ölleitung das Gebäude eintritt,
vorgenommen werden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, den Unterdrucksensor mit einem Standardmess-Eingang
betreibbar zu gestalten, so dass sich zum Beispiel das Standardmesssignal
4–20 mA
im 2-Leiter-Prinzip ergibt. Da der Unterdrucksensor vorzugsweise
als Relativdrucksensor ausgeführt
ist, führen
Schwankungen des Atmosphärendrucks
bekannter weise nicht zu Mess- und Anzeigefehlern.
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Dadurch,
dass zur vor-Ort-Kalibrierung des Systems nur eine einfache Bezugsangabe,
wie der aktuell gepeilte Flüssigkeitspegel 10 oder
alternativ der Höhenbezug
in cm zwischen Sensor und Tankoberkante eingegeben werden muss,
ist eine Inbetriebnahme auch ohne geschultes Fachpersonal kein Problem.
Es ist einsehbar, dass die Anwendung nicht auf Heizöltanks beschränkt ist,
sondern für
alle drucklosen Flüssigkeitsbehälter, sei
es dass sie anderes Öl,
Wasser, Abwasser oder Milch oder dergleichen enthalten, anwendbar
ist.
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Bezüglich Ultraschallreflexionsmessung,
einer im Stand der Technik verbreiteten Form, bei der im Echolaufzeitprinzip
mit Ultraschallgeber/-nehmer durch eine geeignete Tanköffnung gearbeitet
wird, ergibt sich ein Vorteil in größerer Genauigkeit und die Vermeidung
von Temperatureinflüssen.
Gegenüber dem
Staudruckprinzip oder einem Einperlverfahren, bei dem mittels einer
manuellen oder elektrischen Pumpe Luft in einen Schlauch oder ein
dünnes
Röhrchen
in den Tank hineingedrückt
wird, solange bis die Flüssigkeitssäule herausgedrückt ist
und die gepumpte Luft in die Flüssigkeit
einperlt, ergibt sich der Vorteil geringerer Investitionskosten,
da keine Luftförderpumpe
erforderlich ist und auch kein Ausperlschlauch abgedrückt oder
abgeknickt werden kann oder Ausperlrohr eingebaut werden muss.
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Die
Verlegung, die insbesondere bei größerer Schlauchlange in Staudruckschläuchen im
Stand der Technik aufwendig sein kann, und bei denen ein gewisser
Wartungsaufwand auftritt, da sich Kondensat im Schlauch sammeln
kann oder Ölschlamm
in den Ausperlschlauch einwandern kann, ist nach der Erfindung mit
deutlich geringerem apparativen Aufwand versehen.
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Gegenüber dem
Messverfahren mit Drucktransmittern die als Tauchdrucksonden ausgeführt sind,
ergibt sich der Vorteil des erheblich einfacheren Einbaus und des
kostengünstigeren
Drucktransmitters, bei prinzipiell höherer Ausfallsicherheit, da
der Messwertaufnehmer nicht untergetaucht positioniert ist.
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Ein
messbarer, auswertbarer Flüssigkeitsunterdruck
stellt sich dadurch ein, dass in der nach oben herausgeführten Tanksaugleitung
die Flüssigkeitssäule hydrostatisch
gewissermaßen
hängt und saugt.
Auch im Pause-Betrieb des Ölbrenners 7 sind diese
Unterdruckmesswerte konstant anstehend und für diese Zeit statisch. In den
Brennphasen des Ölbrenners 7 können die
Unterdruckmesswerte mit leichter Varianz überlagert sein. Diese können mit
einem trägen
Unterdruck-Messfühler
oder alternativ mittels einer Tiefpassfunktion in der Elektronik
ausgefiltert werden.
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Das
Mess- und Anzeigesystem kann vor Ort kalibriert werden durch die
Eingabe eines einzigen Referenzwertes. Dieser Referenzwert für das Messsystem
kann sein – entweder
der momentane aktuelle Pegel-Zentimeterwert im Tank – oder alternativ
der Höhenunterschied
in cm zwischen der Position des Unterdrucksensors und der Tankoberkante.
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Die
Anzeigeelektronik setzt die Messwerte zum Referenzwert in Bezug
und kann entsprechend die cm Bestandspegel anzeigen. Bei bekannter
Tankgeometrie kann auch eine entsprechende direkte elektronische
Umrechnung in eine Bestandsanzeige als Literwert erfolgen.
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Vorteile dieser Unterdruck-Pegelmessung,
im Hauptanwendungsbereich von Heizölverbrauchertanks.
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Die
eigentliche zur Messwerterfassung benötigte Fühlerleitung in den Tank ist
bereits in jedem Fall vorhanden. Direkt am Tank oder im Tank muss nicht
installiert werden. Der Unterdrucksensor kann mit einem T-Stück oder
mit einem kleinen Rohrwinkel nach oben stehend montiert werden.
Damit stünde stets
eine Luftblase an der Sensormesszelle und die Messzelle bleibt unbenetzt
(trocken). Der Messwertaufnehmer ist ein Unterdrucksensor, der den
Relativdruck gegen die Atmosphärenbezug
misst. Folglich kann der Unterdrucksensor nicht undicht werden dahin
gehend, dass Flüssigkeit
an der Dichtung der Sensorzelle durchgedrückt werden könnte. Bei
Heizöl-Batterietanks
sind die typischen 12 mm-Rohrverbindungen der Saugleitung von Tank
zu Tank zu Tank so ausgeführt,
dass bereits ein vorbereiteter Verschraubungsanschluss an der Saugarmatur
am hintersten Tank der Batterie direkt benutzt werden kann. Dort
ist die Blindverschraubung abzuschrauben und der Unterdrucksensor
mit seinem Gewindeanschluss direkt anschraubbar.
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Bei
Erdtanks bestehen mit dieser Unterdruck-Pegelmessvorrichtung erhebliche
Einbauvorteile und Kostenreduzierungen. Im anderen Fall bestünde nach § 19 1 WHG
die strenge Fachbetriebspflicht für sämtliche Arbeiten an Erdtanks.
Bei der Installation dieses Unterdruck-Pegelmesssystems hingegen
muss überhaupt
nicht am Öltank
montiert werden. Der Unterdrucksensor wird im Gebäude mittels T-Stück an die
Heizölsaugleitung
angebaut.
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Befindet
sich der Ölbrenner 7 unter
dem höchsten
Pegelniveau 10 des Heizöl-Erdtanks, so muss
ein Antiheberventil (AHV) eingesetzt werden (Vorschrift). Ab bestimmter
Brennergröße ist ein
elektrisches Antiheberventil vorgeschrieben (E-AHV). Am günstigsten
wird der Unterdruck-Messsensor nahe dem Antiheberventil (Heberschutzventil)
mittels T-Stück
an die Ölsaugleitung
zum Tank angeflanscht.