DE3705334A1 - Durchsaugeinrichtung fuer gassensoren in heizungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchsaugeinrichtung für mindestens einen Gassensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Heizungsanlagen werden Gassensoren insbesondere zur Analyse von Verbrennungsgasen verwendet und ihre Messergebnisse zur Ueberwachung und Optimierung des Verbrennungsprozesses benutzt. Gassensoren besitzen meist einen Messraum, in den das zu messende Gas gebracht wird und dort seine Wirkung auf den Sensor ausübt.

Es gibt Sensoren, insbesondere Sauerstoffsensoren, die zur Messung der Gaseigenschaften ohne irgendwelche Durchsaugeinrichtungen mit dem Verbrennungsgas in Kontakt gebracht werden. Diese können wegen der grossen Verweilzeit des Gases im Messraum trotz kleiner eigener Zeitkonstante eine grosse Einstellzeit aufweisen. Sie sind häufig so ausgebildet, dass die Gaswechselgeschwindigkeit im Messraum mit zunehmender Geschwindigkeit der zur Verbrennung notwendigen Luftmenge anwächst, haben aber dann im Kleinlastbetrieb, bei dem diese Geschwindigkeit klein ist, eine grosse Einstellzeit.

Zur Verkleinerung der Verweilzeit werden solche Sensoren in Verbindung mit Pumpen verwendet, die einen zwangsweisen Gaswechsel im Sensor erzwingen. Die Werksschrift "Lambda-Sonde LS 1" der BBC Brown-Boveri & Cie, D-7160 Frankenthal, zeigt einen solchen Sauerstoffsensor mit einer Pumpe. Der Gaswechsel im Messraum des Sensors ist also nicht mehr vom Luftdurchsatz durch die Heizanlage abhängig. Mit ihm wird somit eine schnellere Anzeige der Veränderung des Verbrennungsgasgemisches ermöglicht. Sie enthält mit der Pumpe einen zusätzlichen und verschleissempfindlichen Bauteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Durchsaugeinrichtung für Gassensoren in Heizungsanlagen zu schaffen, die einen beschleunigten Gaswechsel im Messraum des Sensors ermöglicht, der nicht vom Luftdurchsatz durch die Heizanlage abhängig ist und bei der keine zusätzliche Pumpe erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Patentanspruchs 1 gelöst, die übrigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.

Die Erfindung wird beispielhaft an Hand der Zeichnung erläutert.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine Durchsaugeinrichtung für einen Gassensor an einer Heizungsanlage.

Eine Heizungsanlage 1 ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Sie weist einen Brenner 2 auf, an dem eine Brennstoffleitung 3 endet, die bis an die Mündung eines Ventilators 4 vorgezogen ist. Dieser liefert die zur Verbrennung notwendige Luftmenge. Die Heizungsanlage 1 ist von Wänden 5 umgeben. Ist die Heizungsanlage 1 in Betrieb, brennt also eine Flamme, so bilden sich in ihr Verbrennungsgase. An einer geeigneten Stelle, wie sie in der Literatur über den Aufbau von Heizungsanlagen beschrieben ist, ist ein Gassensor 6, hier ein Sauerstoffsensor, angebracht, der unter anderem aus einem Sensorrohr 7 und einer Schutzwand 8 besteht, die vorne als Entnahmestellen dienende Oeffnungen 9 zum Eintritt der Verbrennungsgase in einen Messraum 10 besitzt. Die äussere Sensorseite bildet aus den über die Oeffnungen 9 in den Messraum 10 eingedrungenen Verbrennungsgasen ein Messignal. Der innerste Raum des Gassensors 6 dient als Referenzluftmessraum 11, er ist für die Aussenluft ausserhalb der Heizanlage 1 frei zugänglich. Das Signal wird durch den Unterschied in den Sauerstoffkonzentrationen im Verbrennungsgas und in der Referenzluft gebildet. Es können auch andere Sauerstoffsensoren oder andere Gassensoren 6 benutzt werden, sie müssen nur einen Messraum 10 haben, in den das Gas eindringen kann.

Ist die Messeinrichtung nur so weit, wie sie bisher beschrieben wurde, vorhanden, und ändert sich der Gehalt des Verbrennungsgases an Sauerstoff sprunghaft, so wird die volle Aenderung des Sauerstoffgehaltes von dem als Sauerstoffsensor wirkenden Gassensor 6 erst dann angezeigt, wenn sich im Messraum 10 durch Diffusion durch die Oeffnungen 9 der neue Sauerstoffgehalt eingestellt hat. Der Gassensor hat somit trotz eventuell kleiner eigener Zeitkonstante eine grosse Einstellzeit.

Durch geeignete Formgebung der Oeffnungen 9 wird die Gaswechselzeit durch Einströmen von Verbrennungsgas in den Messraum 10 verkleinert. Der Gaswechsel erfolgt dann bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten schneller als bei niederen Geschwindigkeiten. Beim Fahren im Kleinlastbetrieb ist jedoch die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase klein, die Einstellgeschwindigkeit des Sauerstoffsensors 6 wird gross, so dass unter Umständen keine optimale Sauerstoffregelung mehr möglich ist.

Durch ein den Messraum 10 des Gassensors 6 mit dem Ventilator 4 verbindendes Ansaugsohr 12 wird nun der Gaswechsel im Gassensor 6 erheblich beschleunigt und von der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase unabhängig. Seine Einstellzeit nähert sich seiner Eigenzeitkonstante, das Zeitverhalten der Messeinrichtung wird somit wesentlich schneller, die Einrichtung hat bessere Eigenschaften zur Sauerstoffregelung.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, am Ventilator 4 für den Anschluss des Ansaugrohrs 12 eine Stelle zu finden, an der bei jedem Lastzustand der Heizungsanlage im Ansaugrohr ein möglichst gleichbleibender, aber geringerer Druck auftritt, als dem Druck in der Umgebung der Entnahmestelle des Verbrennungsgases für den Messraum 10 entspricht. Der Messraum 10 wird durch das Ansaugrohr 12 zwangsentlüftet, es stellt sich im Betrieb eine weitgehend gleichbleibende Einstellzeit des Gassensors 6 ein. Beispielsweise lässt sich bei einem als Radiallüfter arbeitenden Ventilator 4, der stets mit der gleichen Drehzahl betrieben und bei dem die transportierte Luftmenge durch eingangs- oder ausgangsseitige Klappen 15 geregelt wird, eine solche Stelle stets am äussersten Radius der Ventilatorwand finden. Dort wird die Luftgeschwindigkeit im wesentlichen nur durch die bei allen Lastzuständen der Heizungsanlage gleichbleibende Drehzahl des Ventilators 4 bestimmt. Eingangsseitig oder ausgangsseitig am Ventilator 4 befindliche Luftklappen regeln zwar den zur Verbrennung notwendigen Luftstrom, haben aber nur wenig Einwirkung auf die Luftgeschwindigkeit am Umfang des Ventilators 4. Eine mehr oder weniger senkrecht zur Ventilatorwand an dieser Stelle endende Einführung des Ansaugrohrs 12 findet dort nach dem Bernoullischen Gesetz einen im wesentlichen nur von der Luftgeschwindigkeit abhängigen Unterdruck vor. Das zwischen dem Gassensor 6 und einer geeigneten Stelle eines als Radiallüfter arbeitenden Ventilatiors 4 angebrachte Ansaugrohr 12 ermöglicht somit einen praktisch gleichbleibenden Gaswechsel im Messraum 10 des Gassensors 6 bei allen Lastzuständen der Heizung.

Es ist auch möglich, mehrere Gassensoren 6, die für andere Gase als Sauerstoff empfindlich sind, also beispielsweise neben dem Sauerstoffsensor noch einen Kohlenmonoxydsensor und einen Schwefeldioxydsensor, mit zwischengeschalteten Ansaugrohren 12 parallel- oder hintereinanderzuschalten und sie mit dem Ventilator 4 zu verbinden. Zweckmässigerweise werden diejenigen Gassensoren 6, die eine niedrigere Betriebstemperatur benötigen als der bei 700°C betriebene Sauerstoffsensor oder bei denen strömungshemmende Massnahmen wie Filtern der Verbrennungsluft notwendig sind, näher beim Ventilator 4 angeordnet.

Ist die Temperatur der Verbrennungsgase höher als die Betriebstemperatur des Gassensors 6, so lassen sich durch Zwischenschalten eines Saugrohres zwischen einer Ansaugstelle in der Heizungswand 5 und dem Messraum 10 des Gassensors 6 die Verbrennungsgase entsprechend abkühlen, wobei das Saugrohr und der Gassensor 6 zweckmässigerweise ausserhalb der Heizanlage angebracht werden.

Die Anlage kann mit einem Unterdruckfühler 14 im Ansaugrohr 12 überwacht werden, der zwischen dem letzten Gassensor 6 und dem Ventilator 4 im Ansaugrohr 12 angeordnet ist.

Um die Einrichtung zu reinigen, wird beispielsweise an das Ansaugrohr 12 hinter dem Gassensor 6 ein Dreiwegeventil 13 eingebaut. Von Zeit zu Zeit wird von dort her der Messraum 10 des Gassensors 6 umgekehrt zu der Ansaugrichtung mit gereinigter Bressluft durchgeblasen.

Die beschriebene Einrichtung ermöglicht es, in Heizungsanlagen 1 den Gehalt an vorbestimmten Gasen im Verbrennungsgas zu bestimmnen und diese Messgrösse zur Optimierung der Heizungsanlage zu verwenden, wobei die Gaswechselzeit und damit die Einstellzeit der verwendeten Gassensoren 6 nicht vom Luftdurchsatz in der Heizungsanlage 1 abhängig sind. Sie ermöglicht somit auch bei Kleinlastbetrieb der Heizanlage einen schnellen Gaswechsel im Messraum 10 des Gassensors 6. Damit wird die Regelzeitkonstante der Anlage verkleinert und somit die Güte der Regelung erhöht, ohne dass dazu verschleissanfällige zusätzliche Teile wie Pumpen in die Heizungsanlage 1 eingebaut werden müssen. Ausserdem werden die Kosten für die Heizungsregelung verringert.

Claims (10)

1. Durchsaugeinrichtung für mindstens einen Gassensor in einer Heizungsanlage, bei welcher der Gassensor einen Messraum aufweist, in den das zu messende Verbrennungsgas eindringt, im Messraum ein zwangsweiser Gaswechsel erfolgt und die Heizungsanlage einen Ventilator zur Lieferung der zur Verbrennung notwendigen Luftmenge besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens ein Ansaugrohr (12) der Messraum (10) mit einer Stelle des Ventilators (4) verbunden ist, an der bei jedem Lastzustand der Heizungsanlage im Ansaugrohr (12) ein möglichst gleichbleibender, aber geringerer Druck auftritt als an der Entnahmestelle für das in den Messraum (10) eindringende Verbrennungsgas.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugrohr (12) an seiner dem Messraum (10) abgewandten Seite mit einer Bohrung in der Ventilatorwand am äussersten Radius des stets mit der gleichen Drehzahl laufenden, als Radiallüfter aufgebauten Ventilators (4) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. einer der Gassensoren (6) ein Sauerstoffsensor ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle oder ein Teil der Gassensoren (6) für andere Gase als Sauerstoff empfindlich sind.

5. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Temperatur des Verbrennungsgases gleich oder höher ist als die Betriebstemperatur des Gassensors (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (6) ausserhalb der Heizungsanlage (1) angebracht und sein Messraum 10 zur Entnahme von Verbrennungsgas mit einem Saugrohr mit der Heizungsanlage verbunden ist.

6. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen vorhanden sind, um den bzw. die Gassensoren (6) zu reinigen.

7. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gassensoren (6) durch Ansaugrohre (12) parallel- oder hintereinandergeschaltet und mit dem Ventilator (4) verbunden sind.

8. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch einen hinter dem letzten Gassensor (6) im Ansaugrohr (12) angebrachten Unterdruckfühler (14) überwacht wird.

9. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassensoren (6) entsprechend ihrer abnehmenden Betriebstemperaturen näher am Ventilator (4) angeodnet sind.

10. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gassensoren (6), vor die das Ansaugen hemmende Vorrichtungen wie Filter geschaltet werden müssen, näher am Ventilator (4) angeordnet sind.