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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR DETECTING DEPOSITS ON FURNACES OR BOILERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/090762
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a heating element (2), in particular a burner, for firing furnaces or boilers, said heating element (2) comprising an outer wall (3) for transferring heat to a medium to be heated. A first temperature probe (10) is disposed on the outer wall (3) in order to determine the temperature on the outer wall (3), especially in order to detect deposits (21) on the outer wall.

Inventors:
PROKESCH PETER (DE)
ZWICK OLIVER (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/074633
Publication Date:
June 25, 2015
Filing Date:
November 14, 2014
Export Citation:
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Assignee:
ENDRESS & HAUSER WETZER GMBH (DE)
International Classes:
F24D19/00
Domestic Patent References:
WO2006038109A22006-04-13
Foreign References:
CH691948A52001-12-14
DE60031520T22007-06-06
EP0617239A21994-09-28
EP2280230A22011-02-02
DE602005006149T22009-05-20
EP0651873A11995-05-10
DE10057942A12002-06-06
Attorney, Agent or Firm:
ANDRES, ANGELIKA (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Heizelement (2), insbesondere Brenner, für die Feuerung an Heiz- oder Dampfkesseln,

wobei das Heizelement (2) eine Außenwand (3) aufweist, die zur

Wärmeübertragung an ein zu erhitzendes Medium dient,

wobei ein erster Temperaturfühler (10) zur Bestimmung der Temperatur an der Außenwand ()3, insbesondere zur Erkennung von Ablagerungen (21 ) auf der Außenwand, an der Außenwand (3) angeordnet ist.

2. Heizelement (2) nach dem vorherigen Anspruch,

wobei der erste Temperaturfühler (10) unmittelbar auf der Oberfläche der Außenwand (3) angeordnet ist. 3. Heizelement (2) nach einem der vorherigen Ansprüche,

wobei der erste Temperaturfühler (10) einen, insbesondere flexiblen, austauschbaren Messeinsatz aufweist.

4. Heizelement (2) nach einem der vorherigen Ansprüche,

wobei der erste Temperaturfühler an der Außenwand (3) angeschweißt ist.

5. Heizelement (2) nach einem der vorherigen Ansprüche,

wobei der erste Temperaturfühler (10) derart an der Außenwand (3) angebracht ist, dass er im eingebauten Zustand am höchsten Punkt der Außenwand (3) des Heizelements (2) angeordnet ist.

6. Heizelement (2) nach einem der vorherigen Ansprüche,

wobei mehrere Temperaturfühler an der Außenwand (3) angeordnet sind, die bspw. zur Bestimmung einer inhomogenen Ablagerung (21 ) auf dem

Heizelement (2) dienen.

7. Verwendung wenigstens eines Temperaturfühlers (10) zur Erkennung von Ablagerungen (21 ) auf der Außenwand (3) eines Heizelements (2), welche Außenwand (3) zur Wärmeübertragung dient.

8. Heizkessel (1 ) zur Erhitzung eines Mediums mit einem Heizelement (2), insbesondere einem Brenner, nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

9. Heizkessel (1 ) nach dem vorherigen Anspruch,

wobei ein weiterer Temperaturfühler (15) zur Bestimmung der Temperatur des erhitzten Mediums vorgesehen ist.

10. Heizkessel (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 9,

wobei eine Steuereinheit (20) vorgesehen ist, die zum Vergleich der

Temperatur des Mediums mit der Temperatur an der Oberfläche des

Heizelements (2) vorgesehen ist.

1 1 . Heizkessel (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 10,

wobei die Steuereinheit (20) dazu dient, vermittels der von dem weiteren Temperaturfühler (15) bestimmten Temperatur des erhitzen Mediums, eine Heizleistung des Heizelements (2) zu steuern.

12. Heizkessel (1 ) dem vorherigen Anspruch,

wobei die Steuereinheit (20) dazu dient, die von dem ersten Temperaturfühler (10) bestimmte Temperatur an der Außenwand (3) des Heizelements (2) zu einem ersten Zeitpunkt mit der Temperatur an der Außenwand (3) des

Heizelements (2) zu einem zweiten Zeitpunkt zu vergleichen.

13. Heizkessel (1 ) einem der Ansprüche 1 1 bis 12,

wobei die Steuereinheit (20) ferner dazu dient, in dem Fall dass die

Temperatur des erhitzten Mediums zu dem ersten Zeitpunkt und zu dem zweiten Zeitpunkt im Wesentlichen übereinstimmen, die Temperatur an der Außenwand (3) des Heizkessels (2) zu dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt sich jedoch unterscheiden, z.B. außerhalb eines vorgegebenen

Schwellenwertes liegen, ein Meldung, die insbesondere eine Ablagerung (21 ) an der Außenwand (3) des Heizelements (2) anzeigt, auszugeben.

14. Verfahren zur Erkennung von Ablagerungen (21 ) auf der Außenwand (3) eines Heizelements (2), wobei die Temperatur an der Außenwand (3) des Heizelements (2) bestimmt wird.

15. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Temperatur des erhitzen Mediums zu einem ersten und zu einem zweiten Zeitpunkt bestimmt wird und wobei in dem Fall, dass sich die Temperatur des an der Außenwand (3) des Heizelements (2) unterscheidet, eine entsprechende Meldung, die bspw. das Erkennen einer Ablagerung (21 ) auf der Außenwand (3) des Heizelements anzeigt, ausgegeben wird.

Description:
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERKENNUNG VON ABLAGERUNGEN AN

HEIZ- ODER DAMPFKESSELN

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizelement, insbesondere einen Brenner, für eine Feuerung an Heiz- oder Dampfkesseln. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Heizkessel oder Dampfkessel, ein Verfahren zur Erkennung von Ablagerungen sowie die Verwendung eines Temperaturfühlers.

Zur Wärmeerzeugung werden heutzutage derartige Brenner eingesetzt, die bspw. zur Wärmeerzeugung geeignete Brennstoffe verbrennen. Alternativ kann es sich dabei allgemeine um ein Heizelement, wie bspw. ein elektrisches Heizelement, handeln. Eine entsprechende technische Einrichtung wird als Feuerung bezeichnet.

Bspw. ist aus der DE 602005006149 T2 ein Heizkessel und eine

Heizkesselsteuereinheit bekannt geworden. Heizkessel zum Heizen der Räume eines Gebäudes und/oder zum Bereitstellen von Warmwasser aus einen Wasserhahn werden für gewöhnlich durch ein Thermorelais gesteuert, welches eine Ein- /Aus-Temperatursteuerung bereitstellt. Zudem ist aus der EP 651873 eine Arbeitstaktverzögerungssteuereinheit zum Heizen eines Heizkessels offenbart, welcher mit einem Brenner ausgestattet ist, welcher Brenner Ein- und Aus steuerbar ist.

Die DE 10 057 942 offenbart eine Heizkesselsteuereinheit zum Steuern einer Heizvorrichtung in einem Heizkessel, welche ein Arbeitstakt- Verzögerungssteuergerät enthält, um die Heizvorrichtung zu aktivieren oder zu deaktivieren, wobei das Arbeitstaktverzögerungssteuergerät durch ein Thermorelais betätigt wird, das ein auf Temperatur ansprechendes Signal liefert und einschaltet, wenn die Temperatur im Heizkessel einen niedrigeren Temperaturstand unterschreitet, und ausschaltet, wenn die Temperatur im Heizkessel einen höheren Temperaturstand überschreitet.

Ferner weist bspw. der in der Patentschrift DE 602005006149 T2 gezeigte Brenner eine Außenwand auf, durch die der Brenner vom Wassertank getrennt ist, wobei durch diese Außenwand, die vom Brenner erzeugte Wärme an den Wassertank übertragen wird.

Zudem ist es aus dem Stand der Technik bekannt geworden, ein

Thermometer an einem Ofenrohr anzubringen.

Vorliegend jedoch tritt das Problem auf, dass am Brenner, an dem die Wärme erzeugt wird, sich bspw. Kalk an der Außenwand des Brenners ablagert. Derartige Ablagerungen führen dazu, dass eine höhere Brennertemperatur notwendig, damit bspw. die gleichen Dampfbedingungen gelten. Somit wird bspw. über längere Zeit nicht erkannt, dass diese Dampfbedingungen mit einem erhöhten Energiebedarf und somit ineffiezient erreicht werden.

Dieses Problem wird durch die vorliegende Erfindung in Form eines

Heizelements, eines Heizkessels mit einem Heizelement, einer Verwendung eines Temperaturfühlers sowie eines Verfahrens zur Erkennung von

Ablagerungen gelöst.

Hinsichtlich des Heizelements wird die Aufgabe durch ein Heizelement für die Feuerung an Heiz- oder Dampfkesseln gelöst, wobei das Heizelement eine Außenwand aufweist, die zur Wärmeübertragung an ein zu erhitzendes Medium dient, wobei ein erster Temperaturfühler zur Bestimmung der

Temperatur an der Außenwand, insbesondere zur Erkennung von

Ablagerungen auf der Außenwand, an der Außenwand angeordnet ist.

Die Außenwand fungiert dabei als Wärmetauscher zwischen der

Brennkammer des Brenners und dem zu erhitzenden Medium. Anstelle eines Brenners kann auch ein anderes Heizelement wie bspw eine elektrisches Heizelement verwendet werden. Dabei kann allerdings auch Gebrauch von einem Wärmeträger gemacht werden, der die von dem Brenner erzeugte Wärme über die Außenwand an das zu erhitzende Medium überträgt.

Vorzugsweise ist ein Temperaturfühler an der Außenwand, d.h. auf der dem Medium zugewandten Seite der Außenwand, angebracht. Der

Temperaturfühler kann somit zur Bestimmung der Temperatur des Brenners bzw. der Temperatur der Außenwand des Brenners (die dem Medium zugewandt ist) dienen. Dadurch kann die Heizleistung des Brenners überwacht werden. Ggf. kann eine Messwert der Temperatur an die

Steuereinheit des Brenners bzw. eines damit verbundenen Heizkessels zur Auswertung, bspw. Vergleich mit einem anderen Temperaturmesswert, übertragen werden.

Die Außenwand umschliesst also bspw. die Brennkammer des Brenners. In einer Ausführungsform des Heizelements ist der erste Temperaturfühler unmittelbar auf der Oberfläche der Außenwand angeordnet. Dadurch können sich keine Ablagerungen auf der Außenwand zwischen der Außenwand und dem Temperaturfühler bilden. Der Temperaturfühler misst somit die

Temperatur der Oberfläche der Außenwand.

In einer weiteren Ausführungsform des Heizelements weist der erste

Temperaturfühler einen, insbesondere flexiblen, austauschbaren Messeinsatz auf. Der Temperaturfühler umfasst somit bspw. ein Schutzrohr in das der Messeinsatz, der das eigentliche Sensorelement, vorzugsweise an seinem Ende, umfasst, eingesetzt wird.

In einer weiteren Ausführungsform des Heizelements ist der erste

Temperaturfühler an der Außenwand angeschweißt. In einer weiteren Ausführungsform des Heizelements ist der erste

Temperaturfühler derart an der Außenwand angebracht, dass er im

eingebauten Zustand am höchsten Punkt der Außenwand des Heizelements angeordnet ist. Alternativ ist der Temperaturfühler an einem Punkt der Außenwand des Heizelements angebracht, welcher Punkt in einem Segment der Außenwand angeordnet ist, welches Segment im eingebauten Zustand sich in der oberen Hälfte der Außenwand oder im oberen Drittel der

Außenwand befindet. In einer weiteren Ausführungsform des Heizelements sind mehrere

Temperaturfühler an der Außenwand angeordnet, die bspw. zur Bestimmung einer inhomogenen Ablagerung auf dem Heizelement dienen. Die jeweiligen Temperaturfühler können wie oben beschrieben an der Außenwand

angeordnet sein.

Die Aufgabe wird ferner durch die Verwendung wenigstens eines

Temperaturfühlers zur Erkennung von Ablagerungen auf der Außenwand eines Heizelements, welche Außenwand zur Wärmeübertragung dient, gelöst.

Hinsichtlich des Heizkessels wird die Aufgabe durch einen Heizkessel zur Erhitzung eines Mediums mit einem Heizelement nach einem der vorherigen Ausführungsformen gelöst. Das Heizelement kann bspw. in dem Heizkessel angeordnet sein und zur Erhitzung des Mediums dienen, zu dessen Aufnahme der Heizkessel dient. Bspw. ist das Heizelement in einem als Heizkessel dienenden Tank angeordnet.

In einer Ausführungsform des Heizkessels ist ein weiterer Temperaturfühler zur Bestimmung der Temperatur des erhitzten Mediums vorgesehen ist. Bei dem weitern Temperaturfühler kann es sich bspw. um ein Thermorelais, wie oben beschrieben handeln.

In einer weiteren Ausführungsform des Heizkessels ist eine Steuereinheit vorgesehen ist, die zum Vergleich der Temperatur des erhitzten Mediums mit der Temperatur an der Oberfläche des Heizelements vorgesehen. Der Steuereinheit können also eine Messwert oder mehrere Messwerte des wenigstens einen ersten Temperaturfühlers und ein Messwert oder mehrere Messwerte des wenigstens einen weiteren Temperaturfühlers zugeführt werden. Andererseits können auch direkt die Messsignale des wenigstens einen ersten Temperaturfühlers oder des wenigstens einen weiteren

Temperaturfühlers der Steuereinheit zugeführt werden.

Anhand der jeweiligen Messwerte kann also bspw. eine Ablagerung an der Außenwand des Heizelements ermittelt werden. In einer weiteren Ausführungsform des Heizkessels dient die Steuereinheit dazu, vermittels der von dem weiteren Temperaturfühler bestimmten

Temperatur des erhitzen Mediums, eine Heizleistung des Heizelements zu steuern.

In einer Ausführungsform des Heizkessels dient die Steuereinheit dazu, die von dem ersten Temperaturfühler bestimmte Temperatur an der Außenwand des Heizelements zu einem ersten Zeitpunkt mit der Temperatur an der Außenwand des Heizelements zu einem zweiten Zeitpunkt zu vergleichen.

In einer Ausführungsform des Heizkessels dient die Steuereinheit ferner dazu, in dem Fall dass die Temperatur des erhitzten Mediums zu dem ersten Zeitpunkt und zu dem zweiten Zeitpunkt im Wesentlichen übereinstimmen, die Temperatur an der Außenwand des Heizkessels zu dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt sich jedoch unterscheiden, z.B. außerhalb eines

vorgegebenen Schwellenwertes liegen, ein Meldung, die insbesondere eine Ablagerung an der Außenwand des Brenners anzeigt, auszugeben.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur

Erkennung von Ablagerungen auf der Außenwand eines Heizelements gelöst, wobei die Temperatur an der Außenwand des Heizelements bestimmt wird.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Temperatur des erhitzen Mediums zu einem ersten und zu einem zweiten Zeitpunkt bestimmt und wobei in dem Fall, dass sich die Temperatur des an der Außenwand des Heizelements unterscheidet, eine entsprechende Meldung, die bspw. das Erkennen einer Ablagerung auf der Außenwand des Heizelements anzeigt, ausgegeben. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Heizkessels mit einem Brenner und einem an der Außenwand des Brenners angebrachten Temperaturfühler, und Fig.2: einen Heizkessel, welcher durch eine Steuereinheit gesteuert wird.

Figur 1 zeigt einen Heizkessel 1 , hier mit einem zylindrisch geformten Tank 3, der zur Aufnahme eines Mediums dient, hier Wasser. In dem Tank ist, hier mittig, ein Brenner 2 angeordnet, der zur Erhitzung des Mediums dient.

Sowohl Tank als auch Außenwand 3 des Brenners 2 haben in Figur 1 einen zumindest abschnittsweise zylindrischen Querschnitt. Jedoch sind auch andere Formen möglich. Brenner 2 und Tank sind gem. Figur 1 im

Wesentlichen konzentrisch angeordnet. Der Tank ist teilweise mit Wasser im flüssigen Zustand und teilweise mit

Wasser im dampfförmigen Zustand gefüllt. Das flüssige Wasser befindet sich dabei im unteren Teil des Tanks, während sich der Wasserdampf im oberen Teil des Tanks befindet. Die Außenwand 3 des Brenners 2 ist somit teilweise in Kontakt mit der gasförmigen Phase des Medium und mit der flüssigen Phase des Mediums.

An der Außenwand 3 des Brenners 3 ist ein Temperaturfühler 10 angebracht. Der Temperaturfühler 10 ist dabei derart an der Außenwand 3 angebracht, dass er von der gasförmigen Phase des Mediums umgeben ist. Vorliegend ist der Temperaturfühler 10 in einer sog. knife-edge-Konfiguration an der

Außenwand 3 angeschweißt. Es sind aber auch andere Möglichkeiten gegeben, den Temperaturfühler 10 an der Außenwand anzubringen, bspw. durch eine Schelle. Der Temperaturfühler kann vermittels eines Schutzrohrs, in das ein Messeinsatz, nicht gezeigt, einsetzbar ist, an der Außenwand angebracht sein.

In Figur 1 ist eine Ablagerung 21 auf der Außenwand schematischdargestellt und durch das Bezugszeichen 21 gekennzeichnet. Durch den Temperaturfühler 10 kann somit die Effizienz der aufgebrachten Heizleistung bestimmt werden.

In Figur 2 zeigt einen Heizkessel 1 , welcher durch eine Steuereinheit 20 gesteuert wird.

Der Heizkessel 1 enthält einen Ölbrenner 2 und einen Wassertank 3, welcher Wasser enthält, welches durch den Brenner 2 erwärmt wird. Hier ist ein erstes Thermorelais 6 vorgesehen, welches dazu ausgelegt ist, um die Temperatur des Wassers abzutasten, welches im Wassertank 3 vorliegt. Das Thermorelais 6 bewirkt, dass das auf die Temperatur ansprechende Signal 7 eingeschaltet wird, wenn die Temperatur in dem Heizkessel 1 einen niedrigeren Temperaturstand unterschreitet, und dass es ausgeschaltet wird, wenn die Temperatur in dem Heizkessel einen höheren Temperaturstand überschreitet.

Das Heizgerät enthält ferner eine Warmwasserleitung 5, welche ferner mit einer Anzahl von Wasserhähnen (nicht gezeigt) und/oder einem

Raumheizsystem (nicht gezeigt) verbunden sein kann, welches mit einem Nebenventil, einer Zirkulationspumpe und Radiatoren bereitgestellt ist. Das Heizgerät enthält ferner eine Eingangsleitung 4 zur Zuführung von Kaltwasser als auch einen Schornstein (nicht gezeigt) zum Ausstoßen von Fluidgasen, welche aus der Verbrennung von Öl herrühren.

Die Steuereinheit 20 ist dazu ausgelegt, gemäß den Änderungen in der Temperatur, welche durch den Temperaturfühler 15 gemessen wird, die Heizleistung des Brenners 2 zu steuern. Der Wassertank bildet hierbei die Außenwand 3 des Brenners 2, d.h. die Wand, die als zur Wärmeübertragung von dem Brenner 2 zum Medium hin dient. Ferner ist zusätzlich an der Wandung der Außenwand 3 des Brenners 2, ein Temperaturfühler 10 angebracht. Der Temperaturfühler 10 ist mit einem Transmitter 17 verbunden, der entsprechende von dem Temperaturfühler 10 aufgenommene Messwerte an die Steuereinheit 20 überträgt, bspw. über eine Leitung 18.

Die Steuereinheit 20 kann also bspw. vermittels des Temperaturfühlers 15 die Temperatur des Mediums bestimmen und andererseits vermittels des

Temperaturfühlers 10 die Temperatur des Brenners 2 bzw. der Außenwand 3 des Brenners 2 bestimmen. Dadurch kann die Heizleistung des Brenners 2, die erforderlich ist um das Medium auf eine bestimmte Temperatur

aufzuheizen, bestimmt werden.

Ist somit eine erhöhte Heizleistung erforderlich, wird also eine höhere

Temperatur am Brenner 2 gemessen, kann vom Vorliegen eines Belags 21 an der Außenwand ausgegangen werden und eine entsprechende Meldung an einen Benutzer ausgegeben werden.

Auch in dieser Ausführungsform können mehrere Temperaturfühler an der Außenwand des Brenners angebracht werden. Diese können bspw. gem. der ausführungsform in Figur 1 an der Außenwand 3 des Brenners 2 befestigt werden.

Bei dem Temperaturfühler 10 kann es sich bspw. um einen Temperaturfühler handeln, der zumindest in einem für den Betrieb vorgesehenen Bereich zur kontinuierlichen Bestimmung der Temperatur dient, also bspw. kontinuierliche Messwerte ausgibt. Bspw. kann dazu ein RTD-Element oder eine

Thermoelement, insbesondere in Abhängigkeit des Messbereichs in dem der Temperaturfühler verwendet werden soll, eingesetzt werden.