DE2400246C3 - Anordnung zum Messen des Sauerstoffgehaltes in Rauchgaskanälen - Google Patents

Description

Aus einem Prospektblatt der Friedrichsfeld GmbH, hen.

Steinzeug-und Kunststoffwerk, vom 2. Februar 1973 ist Die erfindungsgemäße Anordnung wird vorteilhaft

eine derartige Anordnung bekannt, welcher das zu zur Steuerung eines das Brennstoffluftgemisch liefernuntersuchende Rauchgas über eine Zuleitung zugeführt 40 den Dosiergerätes eines Brenners verwendet. Im wird. Die Ansprechgeschwindigkeit auf eine Änderung Dosiergerät ist sowieso eine Vorrichtung vorhanden, des Sauerstoffgehaltes des untersuchten Rauchgases ist um Luft anzusaugen. Um der Sonde das erforderliche hierbei durch die Länge der Strörnungsdauer des Referenzgas zuzuführen, ist daher vorteilhaft die Sonde Rauchgases aus dem Rauchgaskanal in das Gerät über eine Luftzuführungsleitung mit dem Dosiergerät begrenzt. Für schnelle Steuerungen und zur Vermei- 45 verbunden.

dung von kurzzeitigen Abweichungen des Sauerstoffge- Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen (F i g. 1

haltes im Rauchgas sind derartige Geräte daher nur sehr und 2) nachfolgend erläutert,
beschränkt geeignet. Die Sonde 4 ist im Rauchgaskanal 3 angeordnet, und

Aus der DT-OS 22 42 851 ist eine Vdr-Ort-Meßsonde nicht im Feuerungsraum 2 unmittelbar in der Nähe der nach dem Festelektrolytprinzip bekannt, welche auf- 50 Flamme des ölbrenners 1, damit das Rauchgas beim grund ihres Aufbaus ungeeignet ist, in Rauchgaskanälen Vorbeistreichen an der Sonde 4 bereits hinreichend eingesetzt zu werden, in denen explosive Gase durchmischt ist. Die Sonde 4 liefert eine dem entstehen könnten. Obwohl die bekannte Sonde Sauerstoffgehalt des Rauchgases eindeutig zuordenbare Schlitze hat, handelt es sich nicht um einen Explosions- elektrische Spannung, die bei dem in Rauchgasen in schutz, im Gegenteil würde eine solche Ausbildung noch 55 Frage kommenden und interessierenden Gehalt an eine Entzündung explosiver Gase fördern. Sauerstoffkonzentrationen um etwa 30 Millivolt unter-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schiedlich sein kann. Diese Spannung wird durch die möglichst präzise, trägheitsfreie Messung des Sauer- Leitung 5 einem Regelglied 6 zugeführt, durch welches stoffgehaltes in explosiblen Rauchgasen zu ermöglichen. das Brennstoffgemisch, das durch die Leitungen 7

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer 60 zugeführt wird, in dem Dosiergerät 8 so eingestellt wird. Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß stets die günstigen Verbrennungszustände eingehaldaß die Sonde auf einem Abstandsrohr angeordnet ist, ten werden.

welches die Sonde in dem eventuell explosiblen Gas In der Leitung 5 ist auch eine Luftleitung enthalten,

enthaltenden Rauchgaskanal in einem Bereich hält, in die über die Luftzuführungsleitung 9 aus der Luftzuleidem das Rauchgas gut vermischt ist, und daß der 65 tung oder aus dem Dosiergerät 8 Luft entnimmt und der Heizmante! und die übrigen Teile der Sonde, die auf der Sonde 4 zuführt, wie im einzelnen im folgenden Arbeitstemperatur gehalten werden, von einem Draht- Abschnitt erläutert werden wird.
netz umgeben sind. Gemäß F i g. 2 sitzt die eigentliche, erfindungsgemäße

Sonde auf dem Abstandshalterohr 10, das dazu dient, die Zuleitungsdrähte für die elektrische Heizung bezeich-

Sonde in dem Bereich des Rauchgaskanals 3 zu halten, net. Der elektrische Heizmantel 21 kann in seinem

in dem eine gute Durchmischung des Rauchgases unteren Teil Löcher 23 enthalten. Mehrere dieser

bereits stattgefunden hat. Das Abstandshalterohr 10 und Löcher können über den Umfang verteilt sein. Sie

der Flansch Sl bestehen aus hitzebeständigem Material. S dienen der besseren Zirkulation des Rauchgases im

Ein hitzebeständiger Kitt 12 hält die einzelnen Bereich der sauerstoffsensiblen Fühler 13.

Bauteile der Sonde in ihrer Position. Die eigentlichen Das Drahtnetz 24 umgibt den Heizmantel 21 und die

sauerstoffsensiblen Fühler 13 bestehen aus einseitig übrigen Teile der Sonde, die auf der Arbeitstemperatur

geschlossenen Rohren. In der Ausführung der Sonde, gehalten werden. Dies sind insbesondere die sauerstoff-

die in F i g. 2 gezeigt ist, sind zwei derartige sauerstoff- io sensiblen Fühler 13 und auch das Thermoelement 19/20.

sensible Fühler 13 nebeneinander angeordnet. Sie bilden Dieses Drahtnetz 24 kann aus einem Metallgeflecht,

zusammen einen Doppelfühler. Diese sauerstoffsensi- z. B. aus hitzebeständigem Stahl, bestehen. Es dient

blen Fühler 13 bestehen aus sauerstoffionenleitenden dazu, Explosionen im Rauchgaskanal 3 zu vermeiden,

Festelektrolyten, z. B. aus stabilisiertem Zirkondioxid. In falls sich dort, z.B. bei Versagen eines Teiles der

diesem Material erfolgt die elektrische Stromleitung 15 Brennersteuerung bzw. der Brennerzündung, ein explo-

praktisch vollständig durch Sauerstoffionen. Im Innern sionsfähiges Gemisch ansammeln sollte,

der Fühler 13 befinden sich dünne Rohre 14' aus Versuche haben gezeigt, daß es mit Hilfe der

feuerfestem Material, z. B. Aluminiumoxid-Keramik. In erfindungsgemäßen Anordnung möglich ist, Sauerstoff-

diesen Rohren 14 werden die Platindrähte 15 geführt, gehalle in Rauchgasen praktisch verzögerungsfrei

die den Kontakt zur Innenelektrode oder der sogenann-20 kontinuierlich über lange Zeiten zu messen mit

ten Referenzelektrode 16 herstellen. Durch das Innere Genauigkeiten von besser als 0,03 %. Mit Hilfe der von

der Rohre 14 erfolgt gleichzeitig die Zufuhr von Luft, der Sonde gelieferten Spannung ließ sich eine Regelung

angedeutet durch die Pfeile 14a, die im Räume der des Luft-Brennstoffgemisches einstellen, die zu einer

Referenzelektroden 16 den Bezugsauerstoffpartial- Konstanz des Sauerstoffgehaltes im Rauchgas von,

druck konstant aufrecht erhalten, nämlich den Sauer- 25 besser als 0,1 °/o führte, trotz stark schwankender

stoffpartialdruck der Luft, etwa 0,21 Atmosphären. Die Luftfeuchte und stark veränderter Brennstoffzufuhr. Es

Fühler 13 tragen auf ihrer Kuppe, d. h. gegenüber den gelang auf diese Weise, den Sauerstoffgehalt des

Referenzelektroden 16, die eigentlichen Meßelektroden Rauchgases über einen großen Bereich der Energieab-

17, mit denen Platindrähte 18 verbunden sind. Die gäbe des Brenners konstant zu halten. Die erfindungsge-

Platindrähte 18 sind mit Verlängerungen der Platindräh- 30 mäße Sonde gestattet es daher, optimale Verbrennungs-

te 15 in der Leitung 5 (F i g. 1) zusammengefaßt, welche zustände in Feuerungen genauer als bisher einzustellen

die Sonde 4 mit dem Regelglied 6 verbindet. und kontinuierlich über längere Zeiten aufrecht zu

Ein Thermoelementschutzrohr 19 enthält die Ther- erhalten. Dies ist einmal für die Einsparung von moelementdrähte 20. Auch diese Thermoelementdrähte Brennstoffen von außerordentlicher Bedeutung, ergibt 20 werden über die Leitung 5 (F ig. 1) dem Regelglied 6 35 jedoch auch für eine Vermeidung der Umweltverzugeführt. Ein Heizmantel 21 enthält eine elektrische schmutzung durch ungenügend gesteuerte Verbren-Heizung. Diese elektrische Heizung wird über das nungsprozesse beträchtliche Vorteile. Die erfindungsge-Thermoelement 19/20 so eingeregelt, daß die sauer- mäße Sonde gestattet es, den günstigen Kompomiß stoffsensiblen Fühler 13 sich stets auf ihrer Arbeitstem- zwischen der Schwefelsäure- und der Stickstoffoxidimperatur, z.B. 700⁰C, befinden. Mit 22 sind die 40 mission erheblich genauer einzuhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Meßsonden mit Drahtnetzen sind schon seit längerem Patentansprüche: (sej( i960 bzw. 1963) bekannt, haben jedoch, wie die

1. Anordnung zum Messen des Sauerstoffgehaltes US-PS 29 23 603 und 30 94 393 zeigen, die Verwendung in Rauchgaskanälen, wobei die sauerstoffsensiblen solcher Netze bei Festelektrolyisonden nicht nahege-Teile einer im Rauchgaskanal angeordneten Meß- 5 legt, wie die erst viel später bekanntgewordene sonde aus einem sauerstoffionenleitenden Festelek- Festelektrolytsonde nach der DT-OS 22 42 851 zeigt,
trolyten bestehen und auf eine Arbeitstemperatur Das Problem des Explosionsschutz ist in der viel beheizt werden, d a d u r c h g e k « η η ζ e i c h η e t. jüngeren DT-OS 22 42 851 unerwähnt, obwohl diese daß die Sonde (4) auf einem Abstandsrohr (10) Sonde direkt im Rauchgaskanal angeordnet werden soll, angeordnet ist, welches die Sonde (4) m dem evtl. io in dem jederzeit auch explosiveiGase auftreten könnten, explosibles Gas enthaltenden Rauchgaskanal (3) in Der Fachmann hat aus Sicherheitsgründen immer von einem Bereich hält, in dem das Rauchgas gut der Anordnung der Sonde unmittelbar im Rauchgaskavermischt ist, und daß der Heizmantel (21) und die nal Abstand genommen, wie die vielen Bemühungen zur übrigen Teile der Sonde (4), die auf der Arbeitstem- externen Messung auch unter Benutzung der Festelekperatur gehalten werden, von einem Drahtnetz (24) 15 trolytsonde zeigen (siehe Prospekt »endOmes Neues umgeben sind Sauerstoffmeßgerät aus Fnedrichsfeld« vom 2. Februar

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 1973 und DDR-Wirtschaftspatent 79 096, angemeldet zeichnet, daß die sauerstoffseniiiblen Teile als am 3.7.1969).

Doppelfühler (14) ausgebildet sind Durch den Heizmantel wird eine konstante Tempera-

3. Anordnung nach Anspruch oder 2 zur 20 tür erreicht, wodurch eine erste Voraussetzung für eine Steuerung eines das Brennstoffluftgemisch liefern- genaue Messung gegeben ist. Eine optimale Ansprechden Dosiergerätes eines Brenners, dadurch gekenn- geschwindigkeit wird dadurch erzielt daß die Sonde auf zeichnet, daß die Sonde (4) über eine Luftzufüh- einem Absjandsrohr in einem Bereich des Rauchgaskarungsleitung (9) mit dem Dosiergerät (8) verbunden nals angeordnet ist, in welchem das Rauchgas gut ist. . 25 vermischt ist. Durch die Beheizung einerseits und die

Anordnung der Sonde im Rauchgaskanal andererseits

tritt das Problem der Explosionsgefährdung auf,

welches gelöst werden muß, um die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung überhaupt zu ermögli-

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen 30 chen. Die Lösung dieses letzten Problems erfolgt durch des Sauerstoffgehaltes in Rauchgaskanälen, die eventu- das die Sonde und den Heizmantel umgebende eil explosible Gemische enthalten, wobei die sauerstoff- Drahtnetz.

sensiblen Teile einer im Rauchgaskanal angeordneten Wenn die Sonde nur einen einzigen sauerstoffsensib-

Meßsonde aus einem sauerstoffionenleitenden Fest- !en Fühler aufweist, so Fällt bei Ausfall dieses einzelnen elektroden bestehen und auf eine Arbeitstemperatur 35 Fühlers die gesamte Anordnung aus. Aus Sicherheitsbeheizt werden. gründen ist daher vorteilhaft ein Doppelfühler vorgese-