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Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmeumsetzungswirkungsgrades der Feuerungsanlage
eines ortsbeweglichen Kessels, insbesondere eines Zentralheizungskessels Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmeumsetzungswirkungsgrades der Feuerungsanlage
eines ortsbeweglichen Kessels, insbesondere eines Zentralheizungskessels, der zwecks
Ermittlung der gebrauchten Brennstoffmenge auf eine Waage gesetzt ist und dessen
Nutzwärmle lein umlaufeder dampft- oder Flüssigkeits-, insbesondere Wasserstrom
anfnimmt und in einem Oberflächenwärmeaustauscher abgibt.
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Bei Einrichtungen zum Bestimmen eines solchen Wirkungssgrades ist
es bekannt, den Kessel zwecks Ermittlung der zugeführten Brennstoffmenge auf einer
Waage anzuordnen, wobei jedoch der Wasserumlauf von (beweglichen) Kessel auf der
Waage zu einem ortsfesten Wärmeaustauscher verläuft, so daß bei der Gewichtsbestimmung
nur ein Teil des Wassers des Umlaufes berücksichtigt wird, nämlich derjenige Teil
des Wassers, der sich im Kessel und in den sonst noch auf der Waage befindlichen
Teilen des Gesamtumlaufes befindet. Das Gewicht dieses Wasseranteils ist nicht konstant,
da es sich z. B. mit der Temperatur verändert, und führt daher zu einer Meßungenauigkeit,
die das sog. Restglied in der Gleichung für den Wärmeumsetzungswirkungsgrad verhältnismäßig
groß macht.
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Erfindungsgemäß wird die Meßgenauigkeit dadurch vergrößert, daß der
Kessel und der Wärmeaustauscher einschließlich der Umlaufleitung für den Dampf-
bzw. Wasserstrom auf einer oder mehreren Waagen angeordnet sind.
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In der Abbildung ist eine Versuchsanlage dargestellt, bei den der
Erfindungsgegenstand zur Anwendung gekommen ist.
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Durch die Anlage soll der Wärmeums etzungswirkungsgrad der Feuerung
eines Zentralheizungskessels 1, beispielsweise für verschiedene Brennstoffe, vorzugsweise
bei verschiedener Korngröße des zugeführten Kokses, bestimmt werden, wobei die in
der Praxis auftrenden Arbeitsbedingungen des Kessels soweit wie irgend möglich nachgebildet
sind.
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Das im Kessel 1 erhitzte Umlaufwasser steigt über Vorlauf 2 in den
Behälter 3a des Wärmeaustauschers 3, um abgekühlt durch den Rücklauf 4 in den Kessel
zurückzukehren.
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Erfindungsgemäß sind sowohl Kessel 1 als auch der Wasserumlauf 2,
4 sowie der zum Umlauf gehörende Behälter 3a des Wärmeaustauschers 3 auf der Waage
5 angeordnet.
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Das gilt auch für -den Rauchgasabzug 6, soweit er unmittelbar mit
dem Kessel I in Verbindung steht. Durch Wärmeisolierung der Teile 2, 3a und 4 ist
dafür gesorgt, daß die Leitungs- und Strahlungsverluste des Wasserumlaufes möglichst
gering sind. Ein dicht schließender Deckel auf dem Behältler3a des Wärmeaustauschers
sorgt außerdem dafür,
daß die Wassermenge im Umlauf praktisch gleichbleibt.
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In den Behälter 3a des Wärmeaustauschers 3 taucht eine Kühischiange
3b, die vom Kühlwasser, zweckmäßig Leitungswasser, durchflossen wird. Die Kühlwassermenge
kann durch den in der Zeichnung rechts dargestellten Trommelwassermesser 7 auf #0,50
% genau bestimmt werden. Diese regelbare Wassermenge sowie der Unterschied zwischen
Kühlwassereintritts- und -austrittstemperatur gibt ein genause Maß für die dem Wärmeaustauscher
und damit den Wasserumlauf des Kessels entnommene Wärmemenge. Um diese Wärmemenge
verändern zu können und damit die verschiedenen Arbeitsverhältnisse einer Zentralheizung
möglichst nachzubilden, kann -außerdem in nicht dargestellter Weise die Kühlschlange
3b gegenüber dem Behälter 3a des Wärmeaustauschers 3 bewegt werden, so daß eine
mehr oder weniger große Oberfläche der Kühlschlange für den Wärmeaustausch wirksam
wird. Zweckmäßig wird die Kühlschlange nach oben und unten beweglich ausgebildet,
jedoch kann natürlich auch die Kühlschlange ortsfest angeordnet und dafür der Behälter
3a des Wärmeaustauschers in lotrecht er Richtung beweglich ausgebildet werden.
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Zwecks Erzielung eines möglichst dichten Abschlusses des Wasserumlaufes
weisen sowohl das Kühlwassereintritts- als auch das Kühlwasseraustrittsohr je einen
Tauchweverschluß 8 auf, der in bekannter Weise aus einer in einem ringförmigen Wasserbehälter
eintauchenden Kappe besteht, so daß geringe Relativbewegungen zwischen Kühlschlange
35 und Wärmeaustauschbehälter 3a möglich sind. ohne daß eine Meßunhgenauigkeit beim
Einspielen der Waage 5 eintritt. Damit zwecks Änderung der Versuchsbedingungen die
Kühlschlange verschieden tief in den Wärmeaustauschbehälter eingetaucht werden kann,
besitzen die Flüssigkeitstauchverschlüsse 8 Gewinde, wie bei 8a angedeutet.
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Auch der auf ,der Waage 5 befindliche Rauchgasabzug 6 endigt in einem
ähnlichen Tauchverschlub 9, von wo aus die Rauchgase dem Kamin 10 zugeführt werden.
Zur Regelung der Verbrennung dienen ein Rauchgasschieber 11 sowie ein Nebenluftzugregler
12: Um den natürlichen Zug des Kamins In den in der Praxis auftretenden veränderlichen
Bedingungen anspassen zu können, ist ein Hilfszugerzeuger I3 vorgesehen, dessen
Verbindungsrohr düsenartig im Kamin 10 endigt.
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Die zur Bestimmung des Wärmeumsetzungswirkungsgrades oder zur sonstigen
Beurteilung der Güte der Feuerung dienenden Meßgeräte sind sämtlich selbstschr,eibenNde
Ein- oder Mehrfachgeräte, die laufend während des sich meist über mehrere Stunden
erstreckenden Verbrennungsversuches die jeweiligen Meßwerte aufzeichnen. Die Zeitabszisse
ist beiallen Geräten die gleiche, so daß die verschiedenen Meßwerte übersichtlich
übereinander $nidergeschrieben werden.
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Zur Bestimmung des Rauchgaswärmever-Austes dient das Schreibgerät
14 bekannter Bauart, dessen Kurven zur Wiedergabe der Kohlensäure, des Kohlenoxyds
und des Wasserstoffes im Rauchgas dienen. Darunter angeordnet ist das Schreibgerät
15 des selbsttätigen Zugmessers, während das nächste Gerät 16 zur Aufzeichnung der
Abgastemperatur dient. das Sendethermomenter 16a für dieses Schreibgerät sitzt in
einer Einschnürung 16b des rauchgasabzuges 6, wodurch die Temperaturanzeige in weiten
Grenzen von der Rauchgasmenge unabhängig wird.
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Ein weiteres Schreibgerät 17 dient zum Aufzeichnen der Raumtemperatur,
während das darunter vorgesehene Schreibgerät 18 8 die Temperatur im Wärmeaustauschbehälter
3a niederschreibt. Die Kesselwassertemperatur wird durch Schreibgerät 19 kenntlich
gemacht.
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Zwei weitere Schreibgaräte 20 und 21 dienen zur laufenden Messung
von Temperaturunterschieden, und zwar gibt 20 den Temperaturunterschied zwischen
den Wassertemperaturen im Vorlauf 2 und Rücklauf 4 wieder, während 21 den bereits
erwähnten Temperaturunterschied zwischen Kühlwasseraus- und - eintlittstemp eratur
wiedergibt.
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Der Meßvorgang geht in üblicher Weise davon aus, daß von den drei
Größen I. im Brennstoff vorhandene Wärme, 2. Wärmeaufnahme des umlaufenden Wärmeträgers
(Nutzwärmer und 3. Wärmeverlust beim Umsetzungsprozeß jeweils eine Größe bei Be
kanntsein der beiden anderen bestimmt werden kann. Durch Abwiegen des auf der Waage
befindlichen, mit dem zu untersuchenden Brennstoff beschickten Kessels I leinschließlich
Wärmeaustauschbehälter 3a läßt sich infolge Gleichbleibens des Kesselwassergewichts
die gebrauchte Brennstoffmenge, deren Gesamtgewicht bei einem Versuch 50 kg beträgt,
in beliebigen Zeiträumen bis auf 50 g bestimmen. Die nutzbar gemachte Wärmemenge
ist gleich dem Produkt aus durchlaufender Nutz- bzw. Kühlwassermenge und der Temperaturerh,öhung
dieses Wassers. Diese Wassermenge läßt sich ,durch Verwendung des Trommelwassermessers
7 bis auf # 0,5 % bestimmen, während der Temperaturunterschied zwischen Kühlwasseraustritt
und -eintritt laufend mittels Widerstandsthermometer und durch das Schreibgerät
21 aufgezeichnet wird.
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Die im Rauchgas verlorengehende Wärme setzt sich zusammen aus der
fühlbaren Wärme der Rauchgase, ,die verhältnisgleich der
Rauchgasmenge
und der rauchgastemperatur ist, und Gehalt an Unverbranntem, wie Kohlenoxy und Wasserstoff.
Die Zusammensetzung der Rauchgase sowie sie Rauchgastemperatur werden laufend durch
die Schreibgeräte 14 und 16 aufgezeichnet, während die rauchgasmenge sich mittels
der Kohlensäurebestimmung und des zur Verbrennungg gelangten Brenstoffgewichtes
berechnen Läßt.
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Die durch Strahlung und Leitung des Kessels frei werdende Wärmemenge
ist maßtechnisch nicht unmittelbar erfaßbar. Doch sind dise abhängig von der jeweiligen
Kesseltemperatur auftretenden Veluste unbedeutend, und außerdem kann durch besondere
Versuche die Gesetzmäsigkeit dieser Abhängigkeit bestimmt werden.
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Der unter 3. genannte Wärmeverlust beim Umsetzungsprozeß, der normalerweise
nur etwa 20 5 beträgt, läßt sich mit großer Genaugkeit bei der dargestellen Anlage
bestimmen, so daß mit ihr eine genaue, den Verhältnissen in der Praxis weitgehendst
angepaßte Heißwerbestimmung im großen bei einer Schüttfeurung möglich ist.
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Es können statt der dargestellen einen Waage mehrere Waagen für die
Gewichtsbestimmungen Verwendung finde. Vor allem kann auf der einen Waage in der
Haupsasche der zu untersuchende Kesselm auf einer zweiten Waage der Wärmeaustauscher
angeordnet sein. Wesentlich ist, daß das gewicht des umlaufenden Wärmeträgers keine
Vergrößerung der Meßungeuaigkeit über diejenige des Wiegevorganges hinaus brigt.