DE2806967A1 - Geraet zur ueberwachung des verbrennungsnutzeffekts bei oelheizungen und aehnlichen geschlossenen feuerungen - Google Patents

Description

HENNING JENSEN , T0LL0SE und

SVEND AAGE MARKLAND, F0LLENSLEV, Dänemark

Gerat zur überwachung des Verbrennungsnutzeffekts bei Ölheizungen und ahnlichen geschlossenen Feuerungen.

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Überwachung des Verbrennungsnutzeffekts bei Ölheizungen und ähnlichen geschlossenen Feuerungen durch Messung des Gehalts an freiem Oxygen in den Verbrennungsabgasen mittels einer Oxygenmessonde mit einem in Festkörper-Zustand oxygenionenleitenden Oxid aus Zirkonium oder Hafnium von hoher Reinheit und mit Elektroden zum Abgreifen einer durch Oxygenionenleitung durch die Sonde erzeugten elektromotorischen Kraft als Messpannung fUr eine elektrische Überwachungsschaltung zur Registrierung des genannten Oxygengehalts oder einer hiervon abgeleiteten GrOsse.

Mit dem zunehmenden Bedarf an energieersparenden Massnahmen ist in den letzten Jahren ein zunehmendes Interesse an einem laufenden Überprüfen der Heizungswirtschaftlichkeit bei Ölheizungen und ähnlichen geschlossenen Feuerungen, die in Haushalten verwendet werden, entstanden. Da ein korrektes Justieren solcher Heizungsinstallationen erhebliche Einsparungen am Brennstoffverbrauch mit sich fuhrt, werden auch seitens der Behörden Bestrebungen entfaltet, das Interesse an periodischen Überprüfungen in der Absicht zu vergrOssern, den Weg fur die Einführung einer obligatorischen überprüfung zu ebnen. In der Tat sind jedoch nur wenige Ölheizungsinstallationen einer periodischen überprüfung unterworfen, und die täglichen Benutzer haben in der Praxis keine Möglichkeiten, den Wert derartiger Überprüfungen nachzuprüfen, geschweige denn selber eine laufende Überwachung des Verbrennungsnutzeffekts vorzunehmen .

Oxygenmessonden der eingangs erwähnten Art haben in den letzten Jahren Anwendung gefunden bei der Steuerung von industriellen Verbrennungsprozessen und zur überwachung von Ofenatmosphären bei Wärmebehandlungen. Das Messprinzip beruht darauf, dass bei unterschiedlichem Oxygendruck auf den beiden Seiten einer Wand aus einem Oxid der besproche-

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nen Art eine Oxygenionenleitung durch die Wand entsteht, wodurch eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, die mittels an den beiden Seiten der Wand angebrachter Elektroden als Messpannung fur eine elektrische Schaltung abgegriffen werden kann. Die Leitfähigkeit gegenüber Oxygenionen beruht darauf, dass z.B. Zirkoniumoxid durch Beigabe von z.B. Kalziumoxid, Magnesiumoxid oder Yttriumoxid in kubischer Form mit vakanten Oxygenionenplätzen im Kristallgitter stabilisiert werden kann.

Die physikalischen Verhaltnisse um den Leitfähigkeitsmechanismus und die bisherigen Verwendungen des Prinzips fUr Messzwecke sind unter anderem in einem Aufsatz von Franz Gross "Festkörperiönenleiter für Messfühler und Energiespeicher" in den "BBC-Nachrichten", 1975, Heft 5/6, Seiten 386-391 näher beschrieben.

Die Leitfähigkeit gegenüber Oxygenionen ist jedoch nur bei höheren Temperaturen in ausreichendem Umfang vorhanden, und bei den bisherigen Verwendungen war es vorgeschrieben, dass die Messonde auf einer Temperatur von mehr als 600 G gehalten werden sollte. Das Anbringen einer Messonde direkt in der Gasmischung, dessen Oxygengehalt zu messen war, hat deshalb nur bei Verbrennungs- oder Wärmebehandlungsprozessen stattfinden können, die bei einer sehr hohen und konstanten Temperatur ablaufen. Die durch die Oxygenionenleitung erzeugte elektromotorische Kraft ist durch die wohlbekannte Nernst'sehe Gleichung gegeben und ist deshalb nicht nur von dem logarithmischen Verhältnis zwischen den auf den beiden Seiten der Oxidwand herrschenden Oxygendrucken abhängig, sondern auch von der absoluten Temperatur der Sonde, so dass man, um vergleichbare Messergebnisse zu gewährleisten, dafür sorgen muss, dass der Oxygengehalt immer bei im wesentlichen gleicher Temperatur registriert wird. Bei kontinuierlicher überwachung kann dieses in an sich bekannter Weise dadurch erreicht werden, dass die Sonde mittels eines eingebauten Heizelements auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, so wie es z.B. in einem Aufsatz von E. Neuberger: "Speeding up the on-line measurement of oxygen in process gases" in der Zeitschrift "Control and Instrumentation", Juni 1975, Seiten 24-25, erläutert ist.

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Fur Gasgemische niedrigerer Temperatur ist vorgeschlagen worden, die messonde in einem separaten, thermostatgesteuerten Ofen anzubringen, welcher auf der erforderlichen hohen Temperatur gehalten wird, und welchem Proben des Gasgemisches zugeführt werden.

In der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 24 61 565 ist ein etwas ähnelndes Prinzip fur eine Oxygenmessonde in einer kleineren Verbrennungsanlage fllr Haushalte vorgeschlagen worden, indem mittels eines elektrischen Heizelements dafür gesorgt wird, dass die Sonde auf die erforderliche Arbeitstemperatur gebracht wird, die in diesem Fall angeblich bei etwa 500 C liegt. Wegen des zusätzlichen elektrischen Heizelements und der in Verbindung hiermit notwendigen TemperaturUberwachungsschaltung wird diese Konstruktion so kostspielig, dass sie in den meisten Fällen fur gewöhnliche Benutzer nicht verlockend ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Gerät zu schaffen, das eine laufende effektive Überwachung des Verbrennungsnutzeffekts ermöglicht und zudem ausreichend preiswert ist, sowohl hinsichtlich Herstellung als Montage in vorhandenen Heizungsinstallationen, so dass es fur gewöhnliche Benutzer verlockend ist. Dieses wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Sonde durch ein zum Anbringen in den Verbrennungsgasen ausgeführtes und durch diese erhitzbares, am einen Ende geschlossenes Rohr gebildet ist, von dessen Wand mindestens ein Teil durch das erwähnte Oxid gebildet ist, wobei die genannten Elektroden der Aussenseite und der Innenseite angeschlossen sind, und in dessen Innerem teils ein Bezugsoxygendruck herrscht, teils ein Thermoelement angebracht ist, dessen Zuleitungen zur Überwachungsschaltung gefuhrt sind im Hinblick darauf, den Oxygengehalt nur bei einer, einer vorgegebenen Temperatur entsprechenden Sondentemperatur während eines jeden Verbrennungszyklusses zu registrieren.

Die Erfindung beruht darauf, dass es sich in der Praxis als möglich erwiesen hat, stabilisierte Oxide der besprochenen Art, insbesondere Zirkoniumoxide, mit einer so hohen Reinheit herzustellen, dass mit der vorgeschlagenen Sondenausführung schon bei einer Sondentemperatur von 2OO-5OO°C oder noch niedriger eine fur praktische

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Zwecke verwendbare Oxygenionenleitfähigkeit erzielt werden kann. Hierdurch wird in der Praxis die Möglichkeit geschaffen,die Messmethode z.B. bei gewöhnlichen Ölheizungsinstallationen auszunutzen, z.B. mit Anordnung der Messonde direkt in der Verbrennungskammer.

Da somit keine zusatzlichen Installationen benötigt werden, z.B. ein separater Ofen oder ein zusatzliches Heizelement, um die Sonde dazu zu bringen, zufriedenstellend zu funktionieren, wird die Installation des erfindungsgemessen Überwachungsgeräts auch in Verbindung mit schon im Betrieb befindlichen Ölheizungen besonders einfach, da nur eine Montage des rohrförmigen, empfindlichen Teils der Sonde an einer passenden Stelle in der Verbrennungskammer zu erfolgen hat, was z.B. mittels einer Durchführung in der gewöhnlichen Besichtigungsluke erfolgen kann. Die Sonde wird hierdurch auch leicht herausgenommen werden können mit Hinblick auf Reinigung oder Austausch.

Die Messonde brauch: jedoch nicht unbedingt in der Verbrennungskammer selbst angebracht zu sein, sondern sie kann anderswo angebracht werden in direktem Kontakt mit den heissen Verbrennungsgasen, z.B. in der Rauchkammer oder im Rauchrohr. Hierdurch kann die Sonde kraft ihres Thermoelements zur laufenden Überwachung der Temperatur der Rauchgase ausgenutzt werden, die zusammen mit dem Gehalt an freiem Oxygen in den Verbrennungsgasen ein Mass fur den Nutzeffekt der Verbrennung ist.

Wie dem Voranstehenden entnehmbar ist, kann das Zirkoniumoder Hafniumoxid, falls erwünscht, lediglich einen Teil des an seinem einen Ende geschlossenen Rohres bilden, und aus wirtschaftlichen GrUnden ist es vorteilhaft, dass das Oxid einen möglichst kleinen Anteil darstellt. Bei einer vorteilhaften AusfUhrungsform bildet das erwähnte Oxid die Endwand eines Rohres aus einem anderen, gegenüber den von den heissen Verbrennungsgasen herrührenden Beanspruchungen verhältnismäßig beständigen Material. Diese Endwand kann beispielsweise mittels einer Oxidscheibe zustandegebracht werden, die dichtschliessend am Ende des Rohres angebracht wird, z.B. mit einer

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dichtschliessenden Packung in einer Aussparung in der Rohrwand. Widerstandsfähige Materialien, aus denen die Rohrwand hergestellt werden kann, sind wohlbekannt, aber das Material wird vorzugsweise durch ein Metall oder ein metallisches, leitendes Material, vorzugsweise Stahl wie etwa rostfreien Stahl, gebildet. Bei einer derartigen Ausfuhrungsform kann das Rohrmaterial passend die eine der Elektrodenzuleitungen zu dem Oxid-Wandteil bilden. Ferner ergibt ein Rohr aus Metall oder aus metallischem, leitendem Material die bestmögliche Wärmeleitung zwischen dem Inneren des Rohres und den Verbrennungsgasen ausserhalb des Rohres. Dieses ist vorteilhaft, weil ein möglichst schnelles Erreichen eines möglichst kleinen Temperaturunterschiedes zwischen den beiden Seiten der Rohrwand angestrebt werden sollte, oder mit anderen Worten, dass das Bezugsmedium im Rohr möglichst schnell annähernd die gleiche Temperatur wie die Verbrennungsgase erreicht.

Rostfreier Stahl ist besonders vorteilhaft als Rohrmaterial, weil er bei den in den Verbrennungsgasen herrschenden Temperaturen von bis zu etwa 500 C nur langsam durch die korrosiven Verbrennungsgase angegriffen wird.

Bei einer besonders zweckmässigen Ausfuhrungsform ist das Innere des Sondenrohres ausserhalb des Anbringungsortes der Sonde offen gegen die Atmosphäre, so dass diese Atmosphäre den Bezugs-Oxygendruck zustandebringt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausfuhrungsform der

Oxygenmessonde in einem erfindungsgemässen Gerät,

Fig. 2 eine separate Thennoelementsonde zum Messen der Rauchgastemperatur,

Fig. 3 ein Beispiel des prinzipiellen Aufbaues einer elektrischen Überwachungsschaltung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Temperaturverlaufs während des Verbrennungszyklusses,

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.2-

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Verbrennungs-

nutzeffekts, dargestellt durch die prozentualen Schornsteinverluste als Funktion der Temperatur und des Kohlenstoffdioxydgehalts des Rauchgases,

Fig. 6 eine besonders einfache Ausfuhrungsform einer

Anzeigetafel, und

Fig. 7 eine weitere, besonders preisgünstige Ausfuhrungsform der Oxygenmessonde.

Die in Fig. 1 gezeigte Oxygenmessonde besitzt einen rohrfOrmigen Schaft 1 aus z.B. rostfreiem Stahl, auf dem mittels eines Schneidringes mit Überwurfmutter 2 eine Buchse 3 mit Aussengewinde fttr Muttern 4 und 5 befestigt ist, die zum Festhalten der Sonde gegenüber einem bei 6 gezeigten Teil einer Begrenzungswand einer Verbrennungskammer dienen, wobei in diesem Wandteil eine Bohrung 7 fur die Durchfuhrungsbuchse 3 vorgesehen ist.

An dem in der Verbrennungskammer befindlichen offenen Ende des Schafts 1 ist dichtschliessend eine Oxygenmesszelle in Form eines am einen Ende geschlossenen Rohres 8 eingesetzt, welches vorzugsweise aus Zirkoniumoxid hergestellt ist, das durch Beigabe von z.B. yttriumhaltigem Material auf die kubische Gitterstruktur stabilisiert worden ist, um eine hohe Leitfähigkeit fur Oxygenione zu erzielen.

Das Material fttr die rohrförmige Oxygenmesszelle 8 muss von hoher Reinheit sein, um eine ausreichende Oxygenionenleitfähigkeit zu gewahrleisten bei den Temperaturverhaltnissen, denen die Sonde in gewöhnlichen ölheizungsInstallationen ausgesetzt wird. Ein geeignetes Material ist z.B. yttriumhaltiges Zirkoniumoxid von einer Reinheit, die 99,5 7, übersteigt. Zur Erzielung einer stabilen Kristallgitterstruktur wird insbesondere vorgezogen, dass die individuellen Verunreinigungsbeiträge 0,1.7« nicht Übersteigen, und ferner sollten metallische Verunreinigungen nicht vorhanden sein, die bei den Temperaturen, denen die Sonde ausgesetzt wird, oxydieren und dadurch eine Verfälschung des Messergebnisses verursachen können. In der Praxis hat es sich als möglich erwiesen, Messzellen aus Zirkonium mit dieser sehr hohen Reinheit herzustellen.

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Das Messzellenrohr 8 ist sowohl an der Aussenseite als der Innenseite mit nicht näher gezeigten Elektroden versehen, z.B. Belage aus einem Elektrodenmaterial, das bei den Temperaturen, denen die Sonde ausgesetzt wird, nicht oxydiert und in einer solchen Weise aufgetragen, dass das Zirkoniumoxid auf einem erheblichen Teil sowohl der Susseren als der inneren Oberfläche des Messrohres 8 fur die Verbrennungsatmosphäre in der Verbrennungskammer bzw. fur ein im Inneren des Messrohres 8 befindlichen und zur Erzeugung eines konstanten Bezugsoxygendruckes dienendes Medium blossgelegt ist. Das Elektrodenmaterial kann z.B. Platin sein.

Als Bezugsmedium kann in den meisten Fällen atmosphärische Luft dienen, die einen wohldefinierten Gehalt an Oxygen aufweist, indem dann nur dafür gesorgt wird, dass das Innere des Messrohres 8 durch eine passende Luftpassage im Sondenschaft zur Luft ausserhalb der Verbrennungskammer Zutritt hat. In gewissen Fällen kann es jedoch vorzuziehen sein, als Bezugsmedium im Inneren des Messrohres ein pulverförmiges Metall-Metalloxidgemisch zu verwenden, so wie es in Fig. 1 durch eine Schraffierung 9 angedeutet ist, z.B. ein Gemisch aus Kupfer und Cuprooxid, da hierdurch ein etwas niedrigerer Bezugsoxygendruck erzielt wird als bei der Verwendung von atmosphärischer Luft und somit auch eine etwas grössere Empfindlichkeit gegenüber kleinen Änderungen des Oxygengehalts der untersuchten Atmosphäre.

Im Inneren des Messrohres 8 ist ferner im Hinblick auf die Registrierung der Temperatur der Messonde ein Thermoelement 10 vorgesehen, dessen eine Zuleitung zugleich als Zuleitung fur den Elektrodenbelag an der Innenseite des Zirkoniumoxidrohres 8 dient, so dass diese Zuleitung als gemeinsame Bezugsleitung fVtr die bei der Oxygenmessung bzw. die durch das Thermoelement erzeugten Messignale dient. Die drei Elektrodenleiter, die bei 11, 12 und 13 gezeigt sind, sind in einem Kabel 14 aus der Messonde herausgeführt zu einer elektrischen Überwachungsschaltung, deren Aufbau im folgenden erläutert wird.

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Die Sonde funktioniert in der Weise, dass bei einem Unterschied zwischen dem Oxygendruck in der Verbrennungsatmosphäre um das Sondenrohr 8 und dem Bezugsoxygendruck im Inneren des Messrohres 8 infolge Oxygenionenleitung durch das Zirkoniumoxid eine elektromotorische Kraft entsteht, deren Grosse von dem logarithmischen Verhältnis zwischen den beiden Oxygendrucken und von der Temperatur der Sonde abhangt« Bei einer passend hohen Sondentemperatur wird diese elektromotorische Kraft zu einem Messignal Über die Leiter 11 und 12 in Fig. 1 Anlass geben.

Zur Ergänzung der Oxygenmessung mittels der Sonde in Fig. 1 kann das erfindungsgemässe Gerät zusatzlich eine in Fig. 2 gezeigte Thermoelementsonde 15 aufweisen, die in ein Rauchrohr oder eine Rauchkammer fur eine Ölheizung angebracht wird, z.B. in das Loch, das gewöhnlicherweise sowieso vorhanden ist fur die manuelle Überwachung des Verbrennungsnutzeffekts, um die Temperatur der Rauchgase zu messen. Die Thermoelementsonde 15 kann Leiter 16 und 17 aufweisen, die Über ein Kabel 18 zu der elektrischen überwachungsschaltung fuhren.

In dem rein schematisch gezeigten Prinzipschaltbild der Fig. 3 wird die bei der Oxygenmessung erzeugte elektromotorische Kraft als Messignal über die Leiter 11 und 12 einem Verstarker 18'zugeführt, wahrend das von dem Thermoelement herrührende Messignal Über die Leiter 12 und 13 einem Verstarker 19 zugeführt wird. Dem Ausgang des Verstärkers 19 ist ein Detektor 20 angeschlossen, der bei einem bestimmten vorgegebenen Wert des Temperatur-Ausgangssignals des Verstärkers 19 ein Steuersignal an eine Gatterschaltung 21 abgibt, wodurch diese fur die Passage des mit dem Oxydengehalt in der untersuchten Atmosphäre proportionalen Ausgangssignals des Verstärkers 18' zu einem Anzeigewähler 22 durchlässig wird. In Abhängigkeit von der Grosse dieses Eingangssignals gibt der Anzeigewahler auf dem einem einer Anzahl von Steuerleitern 23 ein Betätigungssignal zum Einschalten einer aus einer Anzahl von Anzeigelampen 24, die jeweils einem im voraus bestimmten Wert des Oxydengehalts in der untersuchten Atmosphäre entsprechen, in diesem Falle die Verbrennungsgase in der Verbrennungskammer, in der die in Fig. 1 gezeigte Sonde ange-

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bracht ist. Auf diese Weise erhalt auch der gewöhnliche Benutzer, der nicht Über besondere Voraussetzungen verfugt, eine eindeutige Anzeige davon, ob sich der Oxygengehalt oder eine hiervon abgeleitete Grosse, z.B. der Gehalt an Kohlenstoffdioxyd in den Rauchgasen der betreffenden Ölheizung, innerhalb oder ausserhalb eines zulässigen Veränderungsbereichs, befindet.

Auf entsprechende Weise kann man dadurch, dass man das Messsignal von der Thermoelementsonde 15 in Fig. 2 Über einen Verstärker 25 zu einem Anzeigewähler 26 fuhrt, die Betätigung einer aus einer Anzahl von jeweils einem im voraus bestimmten Wert der Rauchgastemperatur entsprechenden Lampen erreichen.

Durch die Ausnutzung des durch das Thermoelement 10 erzeugten Messignals fUr die Temperatur der Sonde gemäss Fig. 1 als Weitergabesignal fUr die Zufuhr des Oxygenmessignals an den Anzeigewähler 22 erübrigen sich besondere Massnahmen, um die Sonde gemäss Fig. 1 auf einer konstanten Arbeitstemperatur zu halten« Fig. 4 zeigt die Temperatur in der Verbrennungskammer als Funktion der Zeit während eines Verbrennungszyklusses. Der Punkt A auf der gezeigten Kurve stellt einen passenden Wert der Sondentemperatur fUr die Betätigung des Detektors gemäss Fig. 3 zur Abgabe eines Steuersignals an die Gatterschaltung dar. Hierdurch wird während eines jeden Verbrennungszyklusses genau der bei diesem Temperaturwert auftretende Oxygengehalt in den Verbrennungsgasen mittels einer der Lampen 24 registriert werden. In Verbindung hiermit kann die Überwachungsschaltung auf nicht näher gezeigte Weise derart eingerichtet sein, dass die betreffende Anzeige bis zum Betätigungszeitpunkt des nächsten Verbrennungszyklusses festgehalten wird.

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung des Verbrennungsnutzeffekts für eine Ölheizung, dargestellt durch die prozentualen Schornsteinverluste als. Funktion des Gehalts an Kohlenstoffdioxyd in den Rauchgasen bzw. des Unterschieds zwischen deren Temperatur und der Temperatur der Luft. In der Praxis werden Verbrennungsnutzeffekt und Heizungswirtschaftlichkeit als zufriedenstellend angesehen, wenn sich der Gehalt an Kohlenstoffdioxyd und die Rauchgastemperatur in dem in der Figur eingezeichneten rechteckigen Veränderungsgebiet B befinden.

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Bei einer besonders einfachen Ausführung des erfindungsgemässen Überwachungsgerätes können die Anzeigelampen 24 und 27 wie in Fig. 3 gezeigt in einer Anzeigetafel 28 angeordnet und derart ausgeführt sein, dass Lampen entsprechend Messwerte ausserhalb des zulässigen Veränderungsbereichs eine Anzeige geben, die sich deutlich von der Anzeige unterscheidet, welche Lampen entsprechend Messwerte innerhalb des zulassigen Veränderungsbereiches geben, z.B. dadurch, dass die erstgenannten Lampen rot aufleuchten und letztgenannten grUn. Hierdurch wird die Möglichkeit einer bequemen Überwachung geschaffen, die keine besonderen Voraussetzungen beim Benutzer erfordert. Da die durch die Lampen angegebenen Werte des Gehalts an Kohlenstoffdioxyd und der Rauchgastemperatür sich zudem gewöhnlicherweise allmählich verändern werden, wird auf diese Weise eine rechtzeitige Vorwarnung erreicht, dass Inspektion und Justierung der betreffenden Heizung stattfinden sollten.

Der andeutungsweise dargestellte Aufbau der elektrischen überwachungsschaltung stellt eine besonders einfache und preiswerte Ausführungsform dar, bei der sich die Gesamtkosten für Anschaffung und Installation des Überwachungsgerätes verhältnismässig schnell durch Brennstoffeinsparungen bezahlt machen. Diese Ausfuhrungsform ist jedoch nicht begrenzend fur die Erfindung, da die überwachungsschaltung auch für andere Formen der visuellen Anzeige eingerichtet werden kann, z.B. Ziffernanzeige, und es besteht auch kein Hindernis dafür, dass die durch die Sonden erzeugten Messignale direkt zu einer Servoregulierung der Brennstoff-Luftzufuhr zu der Heizung ausgenutzt werden. Auch die Sondenausführung selbst kann im Rahmen der Erfindung gegenüber den gezeigten Ausführungen modifiziert werden.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführung einer Oxygenmessonde, die hier ein Rohr 31 besitzt, das vorzugsweise aus einem widerstandsfähigen Metall oder metallischen, leitenden Material wie etwa rostfreier Stahl, hergestellt wird. Das Rohr kann in einer Wand 36 befestigt sein, welche in ähnlicher Weise wie im Voranstehenden beschrieben, mit den heissen Verbrennungsgasen in Kontakt ist. Eine Scheibe 32 aus Zirkoniumoxid der besprochenen Art ist in einer Aussparung an dem Ende des

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Rohres angebracht, das sich in den Verbrennungsgasen befindet. Die Scheibe 32 ist mittels einer passenden Packung 33, z.B. aus Asbest,

dichtschliessend angebracht. An der Aussenseite der Zirkoniumscheibe und mit dem Rohr 31 in Berührung ist ein Elektrodenbelag 34, z.B.

aus Platin, vorgesehen, und an der Innenseite der Scheibe ist ein ahnlicher Elektrodenbelag 35 vorgesehen, zu dem die eine Elektrodenzuleitung 37 fUr die Messonde geführt ist. In der Nähe der Oxidscheibe 32 ist das Thermoelement 40 angebracht. Die Leiter 42 und 43 fur dieses Thermoelement, die Elektrodenzuleitung 37 sowie eine am Rohr 31 befestigte Leitung 44 können in einem Kabel vereinigt sein, z.B. in ähnlicher Weise wie im Voranstehenden beschrieben.

Die Messonde kann natürlich auf verschiedene Art und Weise ausgeführt werden, Vlber die hier gezeigte hinaus. So braucht der Oxid-Wandteil nicht unbedingt eine Endwand im Rohr darzustellen, sondern er könnte beispielsweise ein ringförmiger Teil davon sein, obwohl eine derartige Konstruktion nicht so einfach ist. Das Rohr braucht nicht aus rostfreiem Stahl oder aus einem anderen widerstandsfähigen Metall hergestellt zu sein, sondern es könnte z.B. auch aus metallisierten oder metallhaltigen keramischen Materialien oder aus einem der vielen wohlbekannten dispersionsverstärkten Metallen hergestellt sein.

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Claims (1)

1. HENNING JENSEN, T0LL0SE und 4630 Bochum

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   Patentansprüche

   Gerät zur Überwachung des Verbrennungsnutzeffekts bei Ölheizungen und ähnlichen geschlossenen Feuerungen durch Messung des Gehalts an freiem Oxygen in den Verbrennungsabgasen mittels einer Oxygenmesssonde mit einem in Festkörper-Zustand oxygenionenleitenden Oxid aus Zirkonium oder Hafnium von hoher Reinheit und mit Elektroden zum Abgreifen einer durch Oxygenionenleitung durch die Sonde erzeugten elektromotorischen Kraft als Messpannung fur eine elektrische Überwachungsschaltung zur Registrierung des genannten Oxygengehalts oder einer hiervon abgeleiteten Grosse, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde durch ein zum Anbringen in den Verbrennungsgasen ausgeführtes und durch diese erhitzbares, am einen Ende geschlossenes Rohr (8) gebildet ist, von dessen Wand mindestens ein Teil durch das erwähnte Oxid gebildet ist, wobei die genannten Elektroden der Aussenseite und der Innenseite angeschlossen sind, und in dessen Innerem teils ein Bezugsoxygendruck herrscht, teils ein Thermoelement (10) angebracht ist, dessen Zuleitungen zur überwachungsschaltung gefuhrt sind im Hinblick darauf, den Oxygengehalt nur bei einer, einer vorgegebenen Temperatur wahrend eines jeden Verbrennungszyklusses entsprechenden Sondentemperatur zu registrieren.

   2r Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Sondenrohres ausserhalb des Anbringungsortes der Sonde gegen die Atmosphäre offen ist, damit diese Atmosphäre den Bezugsoxygendruck zustandebringt.

   3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines verhältnismässig niedrigen Bezugsoxygendrucks eine pulverförmige Metall-Metall oxidmischung (9) im Inneren der Sonde (8) vorgesehen ist.

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   4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Mischung aus Kupfer und Cuprooxid besteht.

   5. Gerät nach einem oder mehreren der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erwähnte Oxid die Endwand eines Rohres aus einem anderen, gegenüber den von den heissen Verbrennungsgasen herrührenden Beanspruchungen verhältnismäßig widerstandsfähigen Material bildet.

   6. Gerat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erwähnte Rohrmaterial aus einem Metall oder einem metallischen, leitenden Material gebildet wird, vorzugsweise Stahl.

   7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrmaterial die eine der Elektrodenzuleitungen zu der Oxid-Endwand bildet.

   8. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das oxygenionenleitende Oxid ein zu einer kubischen Kristallgitterstruktur mit verhältnismassig hoher Oxygenionenleitfähigkeit stabilisiertes Zirkoniumoxid oder Hafniumoxid oder eine Mischung davon ist, dessen bzw. deren Reinheit 99,5 % Übersteigt mit individuellen Verunreinigungsbeiträgen von weniger als O , 1 7» und in welchem bzw. welcher keine metallischen Verunreinigungen vorhanden sind, die bei der höchsten in der Verbrennungskammer vorkommenden Temperatur oxydieren.

   9. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Überwachungsschaltung eine Anzeigeeinheit mit einer Anzahl von separaten, visuellen Anzeigen fUr vorgegebene Werte des Oxygengehalts oder der davon abgeleiteten Grosse umfasst.

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