DE4313404A1 - Datengeber für Kondensationsfallen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Datengeber, durch den sich insbesondere der Betriebszustand einer Kondensationsfalle überwachen läßt.

Kondensationsfallen werden zumeist in Dampfanlagen verwen­ det. Daher werden sie auch Dampffallen genannt. Durch sie kann einer Anlage Kondenswasser entnommen werden, ohne daß auch Dampf entweicht. Ein Dampfverlust bedeutet nämlich zugleich eine Verschwendung von Energie. Dampffallen weisen üblich ein Ventil auf, das je nach anliegender wäßriger Phase arbeitet. Das Ventil öffnet sich, wenn Kondensat vor­ handen ist, und in Gegenwart von Dampf ist es geschlossen.

Gelegentlich schließt aber eine Dampffalle falsch oder un­ vollständig, so daß ständig Dampf entweicht. Dies ist nicht stets leicht zu erkennen. Daher wurden verschiedene Über­ wachungssysteme entwickelt, die bei einer Falschfunktion der Dampffalle Alarm geben.

Ein solches Überwachungssystem ist in der britischen Patentschrift 2231407A beschrieben. Diese Überwachungs­ systeme besitzen zumeist eine Fühlerkammer, die partiell mit Wasser gefüllt ist und von einer Zwischenwand, er­ streckend von der Kammerdecke bis zu einem Ort unter dem Normal-Wasserspiegel, in eine Ein- und eine Auslaßseite unterteilt wird. Die Ein- und die Auslaßseite sind unter dem Wasserspiegel miteinander verbunden. In der Zwischen­ wand über dem Wasserspiegel befindet sich eine kleine Öffnung, wodurch ein kleiner Dampfstrom die Wand passieren kann. Bei einem größeren Dampfstrom wird jedoch der damit verbundenen Druckunterschied den Wasserspiegel auf der Einlaßseite drücken. Ein größeres Sinken des Wasserspiegels läßt sich leicht durch einen Fühler feststellen. Dies steht dann auch für eine Fehlfunktion der Dampffalle.

Ein anderes Problem besteht, wenn das Ventil voll mit Was­ ser gelaufen ist. Das Ventil kann sich dann nicht mehr öffnen und ist nach außen hin blockiert. Das Ventil kann aber auch anderweitig blockiert sein. In diesem Fall sam­ melt sich dann zu viel Kondensat an. Ist die Dampffalle unter Wasser bzw. ist die Fühlerkammer voll von Kondensat, so taucht trotzdem der Spiegelhöhenfühler in das Kondensat ein. Die Druckwerte deuten dann zwar einen zufriedenstel­ lenden Zustand an, die Temperatur des Kondensats sinkt dann aber ab. Deshalb wurde vorgeschlagen, den Stauwasserzustand durch Kontrolle der Kondensattemperatur und der Spiegelhöhe zu bestimmen. Bekannte Systeme benötigen dazu aber zwei separate Fühler.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu beheben. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Datengeber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das zugehörige Verfahren und die Prüfschaltung. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Datengeber, umfassend einen elektrisch leitenden Körper mit einer Vertiefung, in der sich ein Isolationsteil befindet; das Isolationsteil trägt ein elektrisch leitendes Rohr, das aus einer Fläche des Isolationsteils vorsteht. Das Rohr enthält einen Temperaturfühler. Diese Einheit weist ferner zum Körper räumlich fest angeordnete End[pol]elemente auf, die mit dem Rohr und dem Temperaturfühler elektrisch lei­ tend verbunden sind. Dadurch können alle Meßdaten hinsicht­ lich der Temperatur am Temperaturfühler und der elektri­ schen Leitfähigkeit zwischen Rohr und Körper aufgenommen werden.

Das Vor- oder Nicht-Vorliegen einer Flüssigkeit am Fühler kann durch Kontrolle der Leitfähigkeit zwischen dem Rohr und dem Körper festgestellt werden. Diese beiden Teile bilden auch die Spiegelfühlereinrichtung. Normalerweise werden dazu vier elektrische Anschlußpunkte benötigt - jeweils zwei für den Temperaturfühler und zwei für den Körper und das Rohr.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind nur zwei elek­ trische Anschlüsse notwendig und zwar am Rohr und an einem Pol des Temperaturfühlers. Der andere Pol der Temperatur­ fühlereinrichtung wird vom angeschlossen Körper, der elek­ trisch leitend ist, gestellt. Der Körper fungiert somit als gemeinsamer Anschluß für den Temperatur- und den Spiegel­ höhenfühler. Die Anschlußelemente des Datengebers sind im Isolationsteil eingebettet, das somit sowohl das elektrisch leitende Rohr als auch die Anschlußpole trägt. Der Datenge­ berkörper ist vorzugsweise mit einem Schraubengewinde ver­ sehen, so daß er durch eine Schraubenverbindung in der Flüssigkeitskammer befestigt werden kann.

Für die Überwachung wird vorzugsweise eine Prüfschaltung vorgeschlagen, womit abwechselnd der Temperaturfühler- Widerstand sowie die elektrische Leitfähigkeit zwischen Rohr und Körper aufgenommen wird.

Herkömmliche Systeme bestimmen den Betriebszustand einer Dampffalle über den Kondensatspiegelfühler. Sie besitzen zumeist eine zentrale Steuereinheit, woran in einem zwei­ adrigen Netz die einzelnen Sensoren angeschlossen sind. Dadurch lassen sich die Betriebszustände der einzelnen Dampffallen zugleich von der zentralen Steuereinheit aus feststellen.

Der erfindungsgemäße Datengeber besitzt aber zwei Fühler­ einrichtungen. Hierfür ist normalerweise ein vierpoliges Netz erforderlich. Drei Anschlüsse sind notwendig, wenn ein Pol gemeinschaftlich genutzt wird. Sollen also in einem be­ stehenden Überwachungssystem die erfindungsgemäßen Daten­ geber installiert und von zentraler Stelle aus überwacht werden, so kommt das Problem auf, daß man ein neues Netz braucht.

Durch eine geeignete Schnittstelle kann man aber auch durch ein zweipoliges Überwachungsnetz die Funktion der beiden Fühlereinrichtungen prüfen. Dazu sind zwei verschieden ge­ richtete Dioden erforderlich, so daß je nach Polung der Prüfstrom einmal durch den Temperatur- und einmal durch den Spiegelfühler geht. Es wird dann jeweils einer der beiden Fühlereinrichtungen abgefragt. Die erfindungsgemäßen Daten­ geber sind somit auch in Anlagen mit einem unverändert zweipoligen Netz verwendbar.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Prüfschaltkreis zur Verfügung gestellt, womit die Werte von zwei variablen Widerständen bestimmt werden können. Dieser Schaltkreis umfaßt eine zweipolige Überwachungsvorrichtung sowie Einrichtungen zum Umkehren der elektrischen Polari­ tät. Die zwei variablen Widerstände sind parallel zuein­ ander in den Schaltkreis eingebaut. Jeder Parallelzweig beinhaltet eine Diode, die mit dem jeweiligen variablen Zweigwiderstand in Serie geschaltet ist. Die Dioden sind so geschaltet, daß der Strom nur durch einen der beiden Wider­ stände geht, wird eine Spannung bestimmter Polarität an die Anschlüsse angelegt, und daß beim Anlegen einer Spannung umgekehrten Vorzeichens, der Strom durch den anderen Wider­ stand fließt.

Weitere Ausführungsformen, Vorteile und Wirkungen der Er­ findung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung, den Beispielen und den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Dampffallen-Datengeber;

Fig. 2 ein Schaubild des Datengebers der Fig. 1 im Querschnitt;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Fühler des Datengebers aus Fig. 1;

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform des Fühlers vom Datengeber der Fig. 1 im Querschnitt;

Fig. 5 eine elektrische Zentraleinheit zum Abfragen der Fühler;

Fig. 6 ein Handgerät zum Abfragen des Fühlers; und

Fig. 7 eine elektrische Schaltung, durch welche die Daten des Fühlers aus Fig. 3 aufgenommen werden können.

Der Dampffallen-Datengeber (siehe Fig. 1 und 2) ist bei Betrieb stromauf einer Dampffalle (nicht gezeigt) zum Ab­ lassen angesammelten Kondensats eingebaut. Der Datengeber umfaßt ein Außengehäuse, in dem sich eine Fühlerkammer be­ findet. Die Kammer gibt den Weg für die Flüssigkeit vor. Dieser Flüssigkeitsweg wird von einer Trennwand 5 in eine Ein- 1 und eine Auslaßseite 2 unterteilt. Diese Trennwand geht von der Decke der Kammer herunter. Im oberen Bereich besitzt sie eine Öffnung 7, so daß über die Wand 5 sich Druckunterschiede bei einem normalen Lecken des Ventils ausgleichen können. Auf dem Gehäuse ist ein Datengeber 3 angeordnet, der in den Einlaßbereich 1 ragt. Der Datengeber 3 reagiert sowohl auf Temperatur als auch auf die An- oder Abwesenheit von Kondensat am Fühler.

Der Datengeber beinhaltet, wie in Fig. 3 gezeigt, ein läng­ liches zylindrisches Metallgehäuse 4, das an einem Ende mit einem Schraubengewinde zum Eingriff mit einer Schraubenboh­ rung im Außengehäuse der Sensorkammer versehen ist. Der Ab­ schnitt mit dem Schraubengewinde besitzt üblich einen Durchmesser von ca. 16 mm. Der Datengeber 3 besitzt ein Fühlerelement in Form eines länglichen Metallrohrs 10. Die­ ses Rohr umgibt einen Temperaturfühler 8. Ist der Daten­ geber 3 in Position, ragt das Rohr 10 in den Einlaßbereich 1 des Flüssigkeitsweges. Sowohl das längliche Rohr 10 als auch das Gehäuse 4 sind elektrisch leitend. Sie sind aber durch einen Isolator 7, der sich innerhalb des Metallge­ häuses 4 befindet, elektrisch voneinander getrennt. Der Isolator 7 besitzt die Form eines im wesentlichen zylin­ drisch geformten Blocks. Er ist so bemessen, daß er durch das Gehäuse 4 sicher gehalten ist. Das Metallrohr 10 steht in axialer Ausrichtung zusammen mit dem Isolator vor, wobei ein Teil des Rohrs 10 über die äußere Kante des Isolators vorsteht. Der Rest des Rohrs 10 ist im Isolator 7 fest ein­ genommen. Das Metallrohr 10 und das Gehäuse 4 sind räumlich so zueinander angeordnet, daß mit derselben Prüfschaltung wie für herkömmliche Spiegelfühler der Widerstand zwischen dem Gehäuse 4 und dem Rohr 10 überwacht werden kann. Da­ durch, daß der Temperaturfühler 8 in dem Rohr 10 unterge­ bracht ist, entsprechen die Abmessungen und die thermische Masse des Datengebers in etwa herkömmlichen Spiegelfühlern.

Herkömmliche Fühler können somit direkt durch den erfin­ dungsgemäßen Datengeber 3 ausgetauscht werden und zwar, ohne daß das Gehäuse der Datengebereinheit (siehe Fig. 1 und 2) geändert werden muß. Der Durchmesser des Rohrs 10 beträgt üblich ca. 3 mm, das Rohr 10 ragt ca. 10 mm über die äußere Kante des Isolationsteils 7 vor. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist der Datengeber ferner mit vier Anschlußstiften 14 versehen, die in einer Buchse 16 stecken, welche außenseitig an der Fühlerkammer angebracht ist. Die Anschlußstifte 14 sind in dem Isolator 7 einge­ bettet und somit bezüglich des Körpers feststehend. Sie schauen aber aus der anderen Außenkante vor, wo sie in der Buchse 16 stecken. Zwei der Anschlußstifte stellen einen elektrischen Kontakt mit dem Rohr 10 bzw. dem Gehäuse 4 her. Die zwei anderen Stifte kontaktieren die zwei Pole der Temperaturfühlervorrichtung 8.

Der Fühler braucht nur drei Stifte aufweisen, wird ein Pol vom Temperaturfühler 8 sowie dem Rohr 10 bzw. dem Gehäuse 4 gemeinschaftlich genutzt. Nur zwei Stifte sind am Daten­ geber erforderlich, wenn zusätzlich als Pol auch das Me­ tallgehäuse 4 verwendet wird. Diese Ausführungsform des Datengebers ist in Fig. 4 gezeigt. Dabei stellt ein Stift den Kontakt mit dem Metallrohr 10 her und der andere Stift kontaktiert einen Pol der Temperaturfühlervorrichtung 8. Der andere Pol der Temperaturfühlervorrichtung 8 ist elek­ trisch am Gehäuse 4, das als Leiter fungiert, angeschlos­ sen.

Der Fühler kann, wie in Fig. 5 gezeigt, elektrisch mit einer netzgebundenen Fernüberwachung verbunden sein. Die Fernüberwachung besitzt Eingänge 18, so daß elektrische Verbindungen mit einer Vielzahl Datengeber 3 herstellbar sind. Jeder Datengeber steht dabei für den Betrieb einer Dampffalle. Das System kann so eine Vielzahl Datengeber abfragen, so daß - funktioniert eine der Dampffallen nicht richtig - sich ein Stauwasserzustand oder ein Dampfaustritt entdecken läßt. Die Fernkontrolle weist eine Einrichtung 19 auf, der die im Moment kontrollierte Falle zu entnehmen ist. Ferner sind Anzeiger 21 vorgesehen, die das Prüfer­ gebnis hinsichtlich Stauwasser bzw. Dampfaustritt anzeigen. Dies können bspw. grüne und rote Dioden sein, was dann jeweils für eine zufriedenstellende bzw. nicht-zufrieden­ stellende Testabfrage steht.

Bei bestehenden Dampffallen-Überwachungssystemen erfolgt das Abfragen der Spiegelfühler in einem zweipoligen Netz; die Daten werden dann an die Einheit der Fig. 2 gegeben. Damit man die bestehenden Leitungen auch nach Ersatz der herkömmlichen Spiegelsensoren durch die erfindungsgemäßen Datengeber (siehe Fig. 3) verwenden kann, sind die vier Anschlußstifte 14 eines jeden Datengebers, wie in Fig. 7 dargestellt, mit den zwei Drähten der bestehenden Schal­ tungsanordnung verbunden.

Der Schaltkreis umfaßt die Temperaturfühlervorrichtung 8 - sie ist durch den variablen Widerstand RT dargestellt - sowie einen Spiegelhöhensensor, dargestellt durch den vari­ ablen Widerstand RC (d. h. die variable Leitfähigkeit). Dies ist der Widerstand zwischen dem Rohr 10 und dem Gehäuse 4. Ferner gibt es zwei entgegengerichtet angeordnete Dioden D1, D2, die einen Stromfluß durch die variablen Widerstände in entgegengesetzten Richtungen erlauben. Am Eingang 22 des Schaltkreises wird durch die Hauptsteuereinheit eine Spannung Vin mit positivem oder negativem Vorzeichen angelegt. Durch Anlegen einer Gleichstromspannung in einer Richtung wird im Schaltkreis ein Stromfluß vom positiven Pol 22 des Eingangs zum negativen Pol bewirkt. Eine Diode wird daher leiten und den Strom durch eine der zwei vari­ ablen Widerstände gehen lassen. Dessen Widerstand wird dann bestimmt, beispielsweise durch Messen des Stroms. Wird die Spannung am Eingang umgedreht, so fließt der Strom in die andere Richtung. Die andere Diode wird dann leitend und der Strom fließt in entgegengesetzter Richtung durch den ande­ ren variablen Widerstand. Der zweite Widerstand wird dann wiederum durch Messen des Stroms bestimmt.

Die Anschlußstifte der vierpoligen Datengeber werden, wie die Schaltung der Fig. 7 zeigt, so angeschlossen, daß die Kontakte 26 bis 29 erhalten werden. Die Kontakte 26 und 27 sind die beiden Pole, die mit der Temperaturfühlervorrich­ tung 8 (RT) verbunden sind. Die Kontakte 28 und 29 sind die Pole, die mit dem Rohr 10 und dem Metallgehäuse 4 verbunden sind.

Bei einem Schaltkreis für einen Datengeber mit nur zwei An­ schlüssen wird der Anschluß 30 von beiden Fühlern gemein­ schaftlich genutzt. Der Anschluß ist hierbei das Metallge­ häuse 4. Die zwei Anschlußstifte stellen dann die Kontakte 26 und 28 her.

Bei Gebrauch der erfindungsgemäßen Fühlerüberwachungsanlage werden die zwei Widerstände RC und RT durch Anlegen einer Spannung am Schaltungseingang 22 in beiden möglichen Rich­ tungen nacheinander bestimmt. Der Wechsel der Polarität erfolgt automatisch durch die in Fig. 5 gezeigte Überwa­ chungseinheit. Dies erlaubt eine Diagnose sowohl hinsicht­ lich des Stauwasserzustands, als auch dahingehend, ob das System durch die Falle Dampf verliert.

Fig. 6 zeigt ein Handgerät für die periodische Überwachung des Datengebers der Fig. 3. Das Handgerät ist bei diesem System mit einem vierpoligen Anschluß 20 versehen. Entspre­ chend ist auch der Stecker 23 für den Anschluß an die vier Anschlußstifte 14 des Datengebers 3. Das Handgerät kann, alternativ, einen zweipoligen, mit einer Buchse versehenen Anschluß besitzen. Damit ist eine Verbindung zum Schalt­ kreis der Fig. 7 möglich. Dieser ist wiederum mit den vier Endstiften 14 des Datengebers 3 verbunden.

Das Handgerät besitzt zwei Schalter 24, so daß Prüfungen hinsichtlich Stauwasser bzw. Dampfaustritt erfolgen können. Ferner sind Licht emittierende Dioden 25 vorgesehen, die die Ergebnisse dieser Prüfungen anzeigen. Ähnlich, wie bei der Fernkontrolleinheit der Fig. 5, sind diese Licht emit­ tierenden Dioden grün und rot, was für Normalbetrieb bzw. Fehlfunktion steht. Mit Hilfe des Handgeräts lassen sich die Dampffallen der Anlage einzeln kontrollieren.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Dampffallen-Fühlereinheit wird in einem tiefer liegenden Leitungsteil der Dampfanlage in­ stalliert. Der Ein- 1 sowie der Auslaßbereich 2 der Fühler­ kammer definieren den Dampfweg in der Leitung. Das in der Anlage gebildete Kondenswasser muß daher durch die Fühler­ kammer wandern. Bei Normalbetrieb wird der Kondensatspiegel in der Fühlerkammer der Falle oberhalb des Fühlers liegen. Das Vorliegen von Kondensat in Nachbarschaft zur Dampffalle bewirkt, daß ein Teil des Kondensats daraus abgelassen wird. Nach dem Ablassen schließt sich die Dampffalle wie­ der, so daß ein weiterer Dampfverlust vermieden ist. Bei geschlossener Dampffalle und Normalbetrieb taucht das Rohr 10 in das Kondensat ein. In der Fühlerkammer liegt aber an wenig höherer Stelle Dampf vor. Die Wassertemperatur in der Fühlerkammer wird daher nahe der Dampftemperatur sein. Diese Temperatur wird vom Temperaturfühler 8 erfaßt. Ferner bildet das Kondensat eine Leiterstrecke zwischen dem Rohr 10 und dem Gehäuse 4. Dieser Zustand wird von der Spiegel­ fühlervorrichtung erfaßt. Ein geringes Lecken des Ventils ist dabei hinnehmbar. Aufgrund der kleinen Öffnung 7 in der Trennwand beeinflußt dies aber nicht signifikant den Kondenswasserspiegel in der Fühlerkammer.

Liegt aber eine schwere Leckage vor, wird der damit verbun­ dene relativ hohe Druckunterschied durch die Fühlerkammer einen größeren Dampffluß, als allein durch die Öffnung 7 der Trennwand 5 möglich, bewirken. Durch das Druckgefälle wird der Kondenswasserspiegel im Bereich des Datengebers 3 heruntergedrückt und zwar bis unter die Höhe des Rohrs 10. Der Dampf kann dann unter der Trennwand 5 hindurchblubbern. Dieser Zustand bewirkt eine Erhöhung des Widerstands Der Temperaturfühler 8 wird dabei eine relativ hohe Tem­ peratur, nämlich die des Dampfes, anzeigen.

Liegt Stauwasser vor, so hat das Ventil fehlerhaft nicht geöffnet oder es liegt ein Blockade nach außen hin vor. Dann sammelt sich übermäßig Kondensat in der Fühlerkammer an, was mit der Zeit abkühlt. Die damit verbundene Tempe­ raturänderung läßt sich durch die Temperaturfühlervorrich­ tung 8 feststellen. Dadurch kann man einen Stauwasserzu­ stand feststellen, obwohl die Spiegelfühlereinrichtung, da das Rohr 10 eingetaucht ist, einen normalen Abfragewert liefert.

Claims (8)

1. Datengeber, beinhaltend einen elektrisch leitenden Körper, der eine Vertiefung aufweist, worin sich ein Isolationsteil befindet; das Isolationsteil trägt ein elektrisch leitendes Rohr, das aus einer Fläche des Isolationsteils vorsteht; das Rohr beinhaltet eine Temperaturfühlereinrichtung; diese Einheit besitzt weiter Anschlußelemente, die in fester räumlicher Anordnung zum Körper stehen und mit dem Rohr sowie der Temperaturfühlereinrichtung elektrisch leitend verbun­ den sind, so daß die Werte für die Temperatur an der Temperaturfühlereinrichtung sowie für die elektrische Leitfähigkeit zwischen Rohr und Körper aufgenommen werden können.

2. Datengeber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vier elektrische Anschlüsse, wovon zwei sich an der Temperaturfühlereinrichtung befinden und zwei am Körper und an der Röhre.

3. Datengeber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei elektrische Anschlüsse, wovon einer sich am Rohr bzw. einem Pol der Temperaturfühlereinrichtung befindet und der andere am Körper.

4. Datengeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein Schrauben­ gewinde aufweist, so daß die Fühlereinheit durch eine Schraubenverbindung in der Flüssigkeitskammer fest­ machbar ist.

5. Datengeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Anschluß­ elemente im Isolationsteil eingebettet sind.

6. Datengeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit einem Prüfschaltkreis, wobei wechselnd Widerstände, die der Temperatur an der Temperatur­ fühlereinrichtung bzw. der elektrischen Leitfähigkeit zwischen Rohr und Körper entsprechen, abgegriffen werden.

7. Prüfschaltung zum Überwachen von zwei variablen Wider­ ständen, gekennzeichnet durch eine Überwachungsein­ richtung mit zwei Anschlüssen sowie Einrichtungen zum Umkehren der elektrischen Polarität der Anschlüsse; die Widerstände befinden sich in zwei Zweigen des Schaltkreises und sind parallel zu den Anschlüssen geschaltet, wobei ein jeder Zweig eine Diode aufweist, die in Reihe mit dem Widerstand des Zweiges geschaltet ist; die Dioden sind so angeordnet, daß der Strom durch einen der Widerstände geht, wird eine Spannung einer Polarität an die Enden angelegt und der Strom durch den anderen Widerstand fließt, wird eine Span­ nung entgegengesetzter Polarität an die Anschlüsse angelegt.

8. Anordnung, beinhaltend einen Datengeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie eine Schaltung nach Anspruch 7, wobei die variablen Widerstände die Temperaturfüh­ lereinrichtung sowie der Widerstand zwischen Körper und Rohr sind.