DE2753498A1

DE2753498A1 - Vorrichtung zur bestimmung des wirkungsgrades eines heizapparats

Info

Publication number: DE2753498A1
Application number: DE19772753498
Authority: DE
Inventors: Albert Pieter Bergman
Original assignee: Nederlandse Gasunie NV
Current assignee: Nederlandse Gasunie NV
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1978-06-15
Also published as: FR2373778A1; GB1561020A; NL7613621A

Description

HUJiEHT HAUER P A T K N T A X W A L T H. HACKR PAT-ASW. · D-Sl AACHKK ■ 1.OTIIRIN(JKR STBAMSK 53/KCKK WIMIKLMSTRASSK

Deutsches Patentamt Zveibrückenstr. 12

8000 München 2

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B/Du (812)

AACHKN

30. Nov. 1977

Patentanmeldung

Anm.: Firma N.V. Nederlandse Gasunie, P. O. Box 19, NL - Groningen (Niederlande)

B«z.: Vorrichtung zur Bestimmung des Wirkungsgrades eines Heiz- qpparats

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wirkungsgrades eines Heizapparats mit Meßinstrumenten, welche die Temperatur sowie den Sauerstoffgehalt oder Kohlendioxydgehalt der aus dem
Heizapparat tretenden Abgase messen und den gemessenen Größen entsprechende elektrische Signale erzeugen.

In der Praxis wird fUr den Wirkungsgrad von mit fossilen Brennstoffen geheizten Apparaten, wie beispielsweise Zentralheizungen und
Warmwassererzeuger, manchmal ein Begriff benutzt, der aus folgender Beziehung resultiert:

,., zugefUhrte Wärme - Abgaswärme
~ zugeführte Wärme

Die zugeführte Wärme ist die Menge der mit Brennstoff und Luft den Apparat zugeführten Kalorien; die Abgaswärme ist die Menge an Kalorien, die mit den Abgasen den Apparat verlassen. Die Größe dieses sog. Schornsteinverlusts kann bei der Konstruktion oder beim Einregulieren des Apparats durch bestimmte Maßnahmen beeinflußt werden. Der LuftUberschuß und die Abgaswärme sind voneinander abhängig und bestimmen vornehmlich die Größe des Verlustes. Bei Annäherung wird der Prozentsatz an Verlust durch die Formel von
Siegert wie folgt angegeben:

r T - t

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worin:

w = Wärmeverlust in % bei vollständiger Verbrennung; f = sog. Koeffizient von Siegert, welcher vom Brennstoff abhängig ist;

T = Temperatur der Abgase in C;

t = Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft in C; (CO«) = Kohlendioxydgehalt der Abgase in Vol.-^.

Der Koeffizient f nach Siegert ist für bestimmte Brennstoffe nicht ganz konstant und in etwa abhängig vom Kohlendioxydgehalt der Abgase.

In der Praxis hat es sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad oft nicht optimal eingeregelt wird. Ein Grund dafUr ist, daß das Messen des Kohlendioxyd- oder Sauerstoffgehalts und der Schornsteintemperatur und die Berechnung des Wirkungsgrades nach der Formel von Siegert fUr den Durchschnittsfachmann zu kompliziert und zeitraubend sind.

Eine Vorrichtung, mit der auf einfache Weise und schnell bestimmt werden kann, wann fUr den betreffenden Apparat der optimal höchste Wirkungsgrad erreicht ist und wie hoch dieser annähernd ist, die auch angeben kann, wodurch dieser V/irkungsgrad evtl. nicht erreicht wird, kann eine große Verbesserung bringen. Diese soll aus einer Ersparnis an Brennstoff von mehreren Prozenten resultieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ billige und genaue Vorrichtung zu schaffen, mit der die oben genannte Bestimmung gemacht werden kann·

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Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wirkungsgrades eines Heizapparats mit Meßinstrumenten, welche die Schornsteintemperatur und die Zusammensetzung der Abgase des Heizapparats elektrisch anzeigen, wobei zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß die Zeiger der anzeigenden Meßinstrumente sich in an sich bekannter !.'eise kreuzen, wobei die Lage des Kreuzungspunkts der beiden Zeiger auf einem Zifferblatt den Wirkungsgrad anzeigt, wozu das Zifferblatt mit einem das Blatt in mehrere Felder unterteilendem Liniendiagramm versehen ist, das durch Ränder der Felder bestimmte Grenzwerte angibt.

Ein Meßinstrument mit Feldanzeige durch sich kreuzende Zeiger ist an sich,z. B. aus der CB-PS 1.068.868, bekannt. Die darin beschriebene Vorrichtung ist zur Kontrolle der sicheren Wirkung einer Dampfturbine bestimmt, wobei zwei Temperaturen gemessen werden.

Die Zusammensetzung der Abgase wird mit an sich bekannten Meßinstrumenten aus dem Sauerstoff- oder Kohlendioxydgehalt bestimmt. Um die Schornsteintemperatur und den Kohlendioxydgehalt zu messen, ist das Zifferblatt der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekennzeichnet durch Diagrammlinien, die konstante Wirkungsgrade für Wirkungsgradwerte angeben, welche sich nicht mehr als 2 % (absolut) unterscheiden von 82,5 %, 78 % und 72 % nach der Formel:

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j = Wirkungsgrad % bei vollständiger Verbrennung; (CO₂) = Kohlendioxydgehalt der Abgase in Vol.-/?;

T = Temperatur der Abgase in C;

t = Temperatur der zugefUhrten Verbrennungsluft in C;

b, c und d = Konstanten, deren Wert von der im Heizapparat verbrannten ßrennstoffart abhäneig ist und die nicht mehr als 10 % (relativ) von den folgenden Werten verschieden sind: b = 0,34 c = 0,0076 d = 90.

Wenn die Schornsteintemperatur und der Sauerstoffgehalt gemessen werden, besitzt das Zifferblatt der Vorrichtung Diagrammlinien, die konstante Wirkungsgrade fUr Wirkungsgradwerte angeben, die sich nicht mehr als 2 % (absolut) unterscheiden von 82,5 7>, 78 % und 72 % nach der Formel:

= d - 77ΓΤ + c (T- t), worin:

atm

die Größen , T, t, d und c dieselbe Bedeutung haben wie schon oben beschrieben und worin:

(0_) = Sauerstoffgehalt der Abgase in Vol.-/'; (O₂) = Sauerstoffgehalt der zugefUhrten Verbrennungsluft in VoI.-

atm a = eine Konstante, deren Wert von den im Heizapparat verbrannten Brennstoff abhängig ist, der sich nicht mehr als 10 % (relativ) unterscheidet vom Wert a s 0,78.

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- ίο -

Vorzugsweise hat der Zeiger, der die Zusammensetzung der Abgase elektrisch anzeigt, eine Skala, welche den sog. Luftüberschuß cngibt. Unter Luftüberschuß wird hier eine Größe η verstanden. Für die Formel gilt:

(O₂)

η = -r—T— * ¹⁰° % ^oder
atm

(CO₂) - (CO₂)

η = -· ■ ■ ■ —~ * 100 α, worin:

max

(0~) a Sauerstoffgehalt der Abgase in Vol.-/'; (0„) = Sauerstoffgehalt der zugeführten Verbrennungsluft in

Vol.-/i>; hierfür nimmt man meistens einen l.'ert von 21 % an;

(C0_) = Kohlendioxydgehalt der Abgase in Vol.-/'; (CO-) s der maximal mögliche Wert des Kohlendioxydgehalts der Abgase für den im Heizapparat verbrannten Brennstoff bei stöchiometrischer Menge der zugeführten Luft und vollständiger Verbrennung.

Hit Hilfe der vorgenannten Formel ist es möglich, die Skala des Zifferblatts in Relation zu dem zu messenden Sauerstoff- oder Kohlendioxydgehalt einzuteilen.

Statt den Luftüberschuß anzugeben, kann auch eine Skalenteilung vorgesehen sein, die den sog. Luftfaktor angibt. Unter Luftfaktor wird eine Größe L verstanden, wofür gilt:

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L = ——^—, worin: ^Q(min)

Q = zugeführte Menge Verbrennungsluft;

Qr . ν = die für eine stbchionetrische Verbrennung benötigte minimale Verbrennungsluftmenge.

Der Luftfaktor kann auch aus dem gemessenen Sauerstoff- oder Kohlendioxydgehalt errechnet werden. Man bevorzugt aber die Benutzung des oben definierten Luftüberschusses.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung als nicht beschränkendes Beispiel erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Einteilung eines Zifferblatts und

Fig. 2 ein in der gleichen Weise eingeteiltes Zifferblatt mit einer gegenüber Fig. 1 abweichenden Stellung der Zeiger.

Das Zifferblatt ist mit einer Temperaturskala für die Schornsteintemperatur versehen und besitzt ferner eine Skala, worauf der aus der Zusammensetzung der Abgase abgeleitete Luft'überschuß angegeben ist. (In diesem Fall ist der Luftüberschuß abgeleitet vom COg-Gchalt.)

Mit A ist der Drehpunkt des Zeigers für die Schornsteintemperatur und mit B ist der Drehpunkt des Zeigers fUr den prozentualen Luft-Uberschuß bezeichnet. Auf dem Zifferblatt sind weiter Diagrammli-

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nien 1,2 und 3 aufgetragen, welche Ränder von Feldern I bis IV für gute, befriedigende, meßige und schlechte Wirkungsgrade bilden, die für Erdgas aus Groningen (hauptsächlich zusammengesetzt aus 81,3 % CH., 14,35 % N_ 0,89 % CO₂) errechnet wurden nach der für dieses Gas geltenden, an sich bekannten Formel:

= 90 -7^V+ 0,0076^ (T - t).

2⁴

Man klassifiziert beim Heizen mit diesem Gas annähernd die folgenden Wirkungsgradwerte:

gut · *· 82,5 %

befriedigend ," zwischen 78 und 82,5 % mäßig zwischen 72 und 78 %

schlecht -" 72 %

In den Fig. 1 und 2 stellt 4 der Temperaturanzeiger und 5 der Luftüberschußzeiger dar, wobei in Fig. 1 der Kreuzungspunkt der Zeiger 4 und 5 innerhalb des Feldes I liegt, dem die Wirkungsgradqualifikation"gut"zugeordnet ist, während in Fig. 2 der Kreuzungspunkt der Zeiger 4 und 5 innerhalb des Feldes liegt, dem die Wirkungsgradqualifikation "mäßig" zugeordnet ist. Durch die verschiedene Wiedergabe der Temperatur und des Luftüberschusses ist eine direkte Anzeige für evtl. Verbesserungen des Wirkungsgrades gegeben, was sehr wesentlich ist.

Es versteht sich, daß sich bei einem von dem in den Figuren dargestellten Skalen/erlauf von Temperatur und/oder Luftüberschuß etwas

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abweichenden Skalenverlauf auch die Diagrammlinien 1,2 und 3 verändern. Die Ausführungsformen des Ziffernblatts nach den Fig. 1 und 2 sind speziell für die V/irkuncsgradbestimmtng beim Heizen mit Erdgas aus Groningen gedacht. Gaszusammensetzungen, die sich vom Erdgas aus Groningen unterscheiden, haben nur geringfügigen Einfluß auf die Diagrammlinien.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestoJlte Beispiel beschränkt. Man kann die Üiagrammlinien für ganz andere l.'irkungsgradwerte anbringen als oben angegeben ist. Die Anzahl der Felder braucht auch nicht vier zu sein. Für einen anderen Brennstoff als Erdgas werden die Diagrammlinien usw. anders liegen.

Da man die erfindungsgemäße Vorrichtung für verschiedene Brennstoffe benutzen möchte, macht man das Zifferblatt auswechselbar, so daß für jeden gewünschten Brennstoff ein Zifferblatt mit den genauen Skalen angebracht werden kann.

Die Vorrichtung kann auf einfache und billige l/eise konstruiert werden, wenn von bestehenden Sauerstoff- oder Kohlendioxydmeßinstrumenten ausgegangen und diesen ein Temperaturmeßinstrument zugefügt wird. Damit man eine große Genauigkeit der Temperaturmessung erhält, wird die Probenahmeeinrichtung und das Temperaturmeßinstrument zu einem sog. Absaugpyrometer kombiniert. Die zu analysierenden Abgase werden an einem Thermoelement entlang im Absaugpyrometer gesaugt. Hierdurch entsteht eine gute Wärmeübertragung der Abgase auf das Thermoelement, wodurch eine genaue Temperaturmessung ermöglicht wird. Diese Temperaturmessung wird mit der Cy.oder COy-Kessung kombiniert, und die gemessenen O₂-oder CO^-Gehalte können als Luftüberschuß ausgedrückt werden.

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Claims

PatentansDrüche:

ΐΛVorrichtung zur liestirr.mjng dos Wirkungsgrades eines lüjiz rots mit f ießinstrumenten, welche die Schornsteintcnnarotcr unci diß Zusammensetzung der Abgase des Heizapparats elektrisch anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß sich Zeiger der anzeigenden Meßinstrumente in an sich bekannter Weise kreuzen und die Lage des Kreuzungspunkts der beiden Zeiger auf einem Zifferblatt den Wirkungsgrad anzeigt, wozu das Zifferblatt mit einem das Blatt in mehrere Felder unterteilendem Liniendiagrcrr.m versenen ist, das durch Ränder der Felder bestimmte Grenzverte angibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, versehen mit eine.ti Keimapparat, der aus der Zusammensetzung der Abgase deren Kohlcndioxydgehnlt bestimmt, gekennzeichnet durch ein Zifferblatt mit DiagrGnnlinien (1, 2 und 3), welche konstante Wirkungsgrade für Wirkungsgradwerte darstellen, die sich nicht mehr als 2 % (absolut) unterscheiden von 82,5 %, 78 % und 72 % nach der Formel:

^{= d} "fcco^y ^{+ c}) ^(T - *>' ^worin:

= Wirkungsgrad in % bei vollständiger Verbrennung; (CO-) = Kohlendioxydgehalt der Abgase in Vol.-/U; T = Temperatur der Abgase in ° C;

t = Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft in ° C; b, c und d = Konstanten, deren Werte abhängig sind von der in Heizapparat verbrannten Brennstoffart und die

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■· ο ■·

ORIGINAL INSPECTED

Ur-

sich nicht mehr eis 10 % (relativ unterscheiden von den folgenden l.erten: b = 0,34 c = 0,0076 d =
3. Vorrichtung ncch Anspruch 1, versahen riit ei ;»:r i.c.'.np'.cr: t, der aus der Zusammensetzung der .".b^ojc deren Sauerstoff celiolt bostimr.it, gekennzeichnet durch ein Zifferblatt mit Diagranniinien (1,2 und 3), welche konstante Wirkungsgrade für «irkuncsgradwerte Darstellen, die sicn nicht Dehr als 2 ')■> (cb'jolut) unterscheiden von o2,5 %, 76 ) und 72 '/■ noch der Fornel:

= ^d "(O₂) ^a-(o₂) ^{+ c (T} - ^t}' ^worin:

atm

die Größen , T, t, d und c dieselbe Bedeutung haben wie in Anspruch 2 und worin:

(0„) = Sauerstoffgehalt der Abgase in ; (0„) = Sauerstoffgehalt der zugeführten Verbrennungsluft

atm . ,. . .. in Vol.-/·-;

a = Konstante, deren V.'ert abhängig ist von dem im Heizapparat verbrannten Brennstoff und die sich nicht mehr als 10 % (relativ) unterscheidet vom V.'ert a = 0,78.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei das Zifferblatt mit einer Zifferskala versehen ist, worauf die Temperatur dor Abgase, und einer Zifferskala, worauf die Zusammensetzung der Ab-

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-XT-

gase abgelesen werden kann, docli.rch gc-kennzoi chr.at, .ic- c:.? Skala für die Zusammensetzung d-r Abgcse eine S-; al-, ^t*:-ilun-^ aufweist, die den Luftüberschu-': ausdrückt, worunter eine üröy. η zu verstehen ist, wofür eilt:

η = ■ (0 Z atm • loo ·;; oder (co ,) ;co 2' - (co.) η = '

100 ::.', worin
max

(O₉) = Sauerstoffgehalt der Abgase in Vol.-, ;

(θ,.) = Sauerstoffgehalt c'er zugeführten Vorbrennunctluft in Vol.-/';

ICO«) = Kohlendioxydgehalt eier Abgase in Vol.-!■'■;

(C0_o) = maximal möglicher t.ert des Kohlendicxycoohü.ts d'.r Abgase für den im Heizapparat verbrannten brennstoff bei stüchiometrischer ticnge der zuceführten Luft und vollständiger Verbrennung.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei des Zifferblatt mit einer Zifferskala versehe,-: ist, worauf die *fo;:.perotur ctr Abgcse, und einer Zifferskcla, worauf die Luscv.^xinptzvnc cc-r Abgase ablesbar ist, dadurch gekennzeichnet, cioß die 5LoIa für die Zusammensetzung der Abgase eine Skalenteilung aufweist, die den Luftfaktor ausdrückt, worunter eine Gröi3e L zu verstehen ist, wofür gilt:

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BAD ORIGINAL

L = — , worin:

Q = zugefUhrte Menge Verbrennungsluft; für stöchiometrische Verbi Menge an Verbrennungsluft.

/ . χ = für stöchiometrische Verbrennung benötigte minimale (mm;
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zifferblatt auswechselbar ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Apparat mit einem Absaugpyrometer zur Bestimmung der Rauchgastemperatur T versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugpyrometer zum Ansaugen von Probegas zur Bestimmung von (CCL) oder (OJ) benutzbar ist.

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