DE3543401A1

DE3543401A1 - Einrichtung zum ermitteln der geschwindigkeit eines fluiden mediums

Info

Publication number: DE3543401A1
Application number: DE19853543401
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. 5609 Hückeswagen Hangauer
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1985-12-07
Publication date: 1986-06-26
Also published as: DE3543401C2

Description

Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines
fluiden Mediums Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines fluiden Mediums gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Brennstoffbeheizte Wärmequellen, seien es Umlauf- oder Durchlaufwasserheizer, die mit Gas oder Ul betrieben sind, benötigen zur Aufrechterhaltung der Verbrennung einen bestimmten Luftdurchsatz, der abhängt von der augenblicklichen Menge des gerade verbrannten Brennstoffs.
Es ist anzustreben, das Brennstoff-Luftverhältnis in einem bestimmten Sinne so zu steuern, daß eine etwa stöchiometrische Zuordnung besteht. Hierbei ist es möglich, bei gebläselosen Geräten über eine Drosselklappe in Abhängigkeit zum Beispiel von der Gaszufuhr, den Luftdurchsatz, ausgehend von einem Nenndurchsatz bei Vollast, zu verringern oder bei Gebläsegeräten über die Gebläsedrehzahl den Luftdurchsatz zu variieren oder gleichermaßen bei voller Gebläsedrehzahl über eine vorhandene Drosselklappe, die bei Vollast ihre Uffnungstellung aufweist und bei Teillast in Drosselstellung geht, den Luftstrom anzupassen. Ohne Erfassung der Luftgeschwindigkeit im Luftführungskanal zum Brenner ist allerdings eine solche stöchiometrische Zuordnung kaum zu erreichen, wie Entwicklungsversuche gezeigt haben. Somit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Einrichtung zu schaffen, mit der der Durchsatz eines fluiden Mediums, insbesondere Verbrennungsluft, erfaßt werden kann und wobei nach Erfassen des Luftdurchsatzes entweder der Brennstoff proportional nachgeführt werden kann oder mindestens ein Freigabesignal für die Brennstoffzufuhr erfolgen kann.
Es wäre auch möglich, mit Hilfe dieser Einrichtung eine Regelung für den Luftdurchsatz ausschließlich durchzuführen.
Die Meßeinrichtung basiert auf dem Prinzip des Hitzdrahtanemometers. Dabei wird ein elektrisch beheizter Widerstand in Verbindung mit einem Temperaturfühler dem Medium ausgesetzt. Da die Verbrennungsluft in einem Blechkanal strömt und diese Blechkanalwandung Temperaturen von O bis 100 OC annehmen kann, besteht ein nicht zu vernachlässigender Einfluß von der Kanalwand auf den Temperaturfühler. Wird dieser Temperaturfühler beispielsweise als Siliciumsensor ausgebildet, so erfolgt eine Fremdbeheizung des Fühlers von der Wand aus durch die Wärmeleitung über seine Anschlußdrähte. Gleiches gilt für den beheizten Widerstand, der eine ausreichende Obertemperatur gegenüber dem Medium besitzen muß und dessen Verlustleistung einerseits ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums darstellt, andererseits aber durch die Wandtemperatur beeinflußt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß weiterhin die Aufgabe zugrunde, diesen Einfluß möglichst auszuschalten.
Die Lösung dieser Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, wobei es hier unerheblich ist, ob es sich um Fühler handelt, die selbst als temperaturabhängige Widerstände beheizt werden oder ob es sich um solche Fühler handelt, die von einem normalen ohmischen Widerstand fremdbeheizt werden. Die Einrichtung mißt zwar unmittelbar die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft, bei bekanntem Kanalquerschnitt kann aber hieraus auf den Luftdurchsatz geschlossen werden. Hierbei kann der Meßquerschnitt ein Bypaß zum Gesamtquerschnitt sein, wobei man dann durch Vervielfachung auf den Luftdurchsatz im Gesamtquerschnitt schließt.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel anhand der Figuren 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines Umlaufwasserheizers mit einem Gebläse und Figur 2 eine Anordnung der Temperaturfühler.
In beiden Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Der Umlaufwasserheizer 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das an seiner Oberseite 3 einen Auslaß 4 für ein konzentrisches Rohrbündel 5 aufweist, das aus einem innenliegenden Abgasrohr 6 und einem außenliegenden Frischluftrohr 7 besteht, wobei der Ringspalt zwischen den Rohren 6 und 7 den Zuluftkanal 8 und der Innenraum 9 des Rohres 6 den Abgaskanal bildet. Am Beginn des Abgaskanals 6 ist ein Gebläse 10 angeordnet. Der Innenraum 11 des Gehäuses 2 ist durch eine Wandung 12 unterteilt, in die ein Rohrstutzen 13 eingesetzt ist. Ober den Innenraum 14 dieses Rohrstutzens steht der Frischluft-Ringkanal 8 mit dem Innenraum 11 in Verbindung, in dem ein Brenner und wenigstens ein Wärmetauscher angeordnet sind. Im Bereich des Rohres 13 findet die erfindungsgemäße Einrichtung ihren Platz. Hierbei bildet das Rohr 13 die Innenwandung eines Kanals, der dadurch aufgeheizt wird, daß zwischen dem im Abgaskanal 9 fließenden heißen Abgas über die Wandung des Innenrohres 6 Wärme auf die Frischluft übertragen wird, die im Ringkanal 8 strömt. Diese Rorerwärmte Frischluft beheizt die Innenwandung des Rohres 13. Aufgrund der Strahlung des im Innenraum 11 vorhandenen Brenners beziehungsweise Wärmetauschers wird die Wandung 13 zusätzlich aufgeheizt, so daß das im Innenraum 14 fließende Medium in der Regel kühler ist als die Wandung 13, es können aber auch umgekehrte Verhältnisse auftreten, bei spielsweise beim Anfahren des Gerätes. Dem Innenraum 14 ist ein Anströmkörper 15 zugeordnet, der aus einem massiven Kupferblock besteht. Dieser Block 15 ist wärmeisolierend im Rohr 13 befestigt. Dies kann über Kunststoffstege 16 geschehen, die recht klein bemessen werden können, da sie lediglich den Strömungsdruck aushalten müssen.
Auf den beiden Seiten des Kühl körpers sind zwei Temperaturfühlerwiderstände befestigt, die als Siliciumwiderstände ausgebildet sind. Diese beiden Fühlerwiderstände 17 und 18 weisen Anschlußdrähte 19 auf, die thermisch und elektrisch leiten und mit dem Körper 15 verbunden sind.
Hierbei ist sichergestellt, daß eine Aufheizung der Anschlüsse 19 aufgrund der Wärme des Rohres 13 schnell an den Anströmkörper 15 abgeleitet wird. Da dieser gut wärmeleitend dem durchfließenden Medium ausgesetzt ist, gelingt es, die Temperatur des Anströmkörpers selbst der des Mediums anzugleichen.
Durch die Ausbildung des Anströmkörpers als Platte, die diametral in dem Kreisrohr 13 angeordnet ist, ist es möglich, eine relativ wirbelfreie Verbrennungsluftströmung im Rohrstück aufrechtzuerhalten.
Der eine Fühler 17 ist elektrisch beheizt, während der Fühler 18 nur vom durchströmenden Medium in seiner Temperatur beeinflußt wird.
Hierbei könnte man den elektrisch nicht beheizten Fühler 18 unmittelbar auf den Anströmkörper 15 legen, der beheizte Fühler 17 muß hingegen im Abstand vom Anströmkörper 15 liegen. Die baulichen Verhältnisse des Aufbaus beider Fühler auf dem Anströmkörper 15 sind so gewählt, daß sich die beiden Fühler bezüglich der Luftdurchströmung nicht beeinflussen.
Aus der Figur 2 geht hervor, daß man den Anströmkörper 15 auch als Hohlzylinder ausbilden kann. Auch in diesem Ausführungsbeispiel besteht der Anströmkörper 15 aus einem Kupferrohr, das auf seiner Innenseite mit einer elektrischen Isolationsschicht versehen ist. Auf der Innenwandung 20 sind die beiden Siliciumtemperaturfühler-Widerstände 17 und 18 angeordnet. Die Außenwandung 21 des Anströmkörpers kann unbehandelte Metalloberfläche sein.
Die beiden Widerstände 17 und 18 sind natürlich so angeordnet, daß sie möglichst wenig Rückwirkung aufeinander haben. Lassen sich solche Rückwirkungen der Fühler aufeinander nicht vermeiden, so sollte in jedem Fall darauf geachtet'werden, daß der elektrisch beheizte Fühler 17 stromab des elektrisch nicht beheizten Fühlers 18 liegt.
Es ist in jedem Falle vorgesehen, daß in einem oder mehreren der Stege 16 die elektrischen Zuleitungen 19 liegen, die durch das Rohr 13 hindurchzuführen sind.
Ist das Rohr 13 entsprechend kurz, entfällt möglicherweise ein Durchdringen der Rohrwand 13 durch die Drähte 19.
Mit den Signalen des Luftgeschwindigkeitsmessers kann nun ein an sich bekannter Regler beaufschlagt werden mit dem Ziel, einerseits den Luftdurchsatz durch den Verbrennungsraum des Gerätes a) konstant zu halten oder b) nach Maßgabe bestimmter Größen (Gaszufuhr) zu variieren.
Im einfachsten Fall könnte auch daran gedacht werden, erst nach Erreichen eines bestimmten Schwellensignals für einen Luftdurchsatz die Gaszufuhr freizugeben.
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Claims

Ansprüche 1. Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines einen mit einer Wandung versehenen Kanal passierenden fluiden Mediums, insbesondere Luft, mit einem Temperaturfühler, der einen elektrisch beheizten Widerstand aufweist, der mit Anschlußdrähten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdrähte (19) thermisch leitend mit einem Anströmkörper (15) verbunden sind, der seinerseits gut wärmeleitend dem Medium ausgesetzt, andererseits gut wärmeisolierend gegenüber der Wandung (13) angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anströmkörper (15) als Platte ausgebildet ist (Figur 1).
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei kreisförmigem Querschnitt des Kanals (13) die Platte diametral im Innenraum (14) des Kanals angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus Aluminiumoxydkeramik besteht.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus glasfaserverstärktem Epoxidharz besteht, das auf wenigstens einer Seite mit einer Kupferkaschierung versehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anströmkörper (15) als Rohrkörper ausgebildet ist (Figur 2).
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper auf seiner Innenseite im Bereich der Anschlußpunkte der Anschl ußdrähte (19) aus einem mit einer elektrischen Isolierung versehenen Metallkörper besteht.
8. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Temperaturfühler an der Innenwandung (20) des Anströmkörpers (15) vorgesehen sind.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anströmkörper zugleich Träger der Auswerteschaltung der Temperaturfühler ist.