CH656204A5 - STEAM BOILER WITH ELECTRIC RESISTANT HEATING. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dampfkessel mit elektrischer Widerstandsheizung, dessen Wasser- und Dampftankbehälter einen in Abhängigkeit einer Wasserniveau-Steuerung regelbaren Speisewasserzufluss sowie einen Entleerungszapfen zum Abschlämmen aufweist und dessen elektrische Widerstandsheizung eine Mehrzahl zu- und/oder abschaltbare Heizelemente umfasst. The present invention relates to a steam boiler with electrical resistance heating, the water and steam tank container has a feed water inflow which can be regulated as a function of a water level control and an emptying plug for draining off, and the electrical resistance heating comprises a plurality of heating elements which can be switched on and / or off.
Ein solcher Dampfkessel ist beispielsweise durch das CH-Patent Nr. 339 362 des gleichen Anmelders bekannt und seit dieser Zeit insbesondere für die Dampferzeugung zur Befeuchtung der Luft in Klimaanlagen u.a.m. im Gebrauch. Such a steam boiler is known, for example, from Swiss Patent No. 339 362 by the same applicant and has since then been used in particular for steam generation to humidify the air in air conditioning systems and the like. in use.
Allerdings hat sich im Laufe der Zeit ergeben, dass diese Dampfkessel den heutigen Anforderungen nicht mehr genügen. Dies beispielsweise im Hinblick auf einen dynamischen Betrieb mit einer sprunghaft wechselnden Dampfentnahme, was zu grossen Problemen bei der Regelung der Heizelemente führt. Da letztere eine grosse Trägheit sowohl bezüglich deren Aufheizzeit als auch deren Abkühlzeit besitzen, besteht sowohl die Gefahr eines grossen und lang wirksamen Dampfdruckabfalles als auch die Gefahr eines starken Überschwingens des Dampfdruckes, was in der Regel zu einem grossen Energieverlust durch Dampfablassen in den freien Raum führt. However, over time it has emerged that these steam boilers no longer meet today's requirements. This, for example, with a view to dynamic operation with an abruptly changing steam extraction, which leads to major problems in controlling the heating elements. Since the latter have great inertia with regard to both their heating up and cooling down times, there is both the risk of a large and long-lasting drop in steam pressure and the risk of excessive overshoot of the steam pressure, which generally leads to a large loss of energy due to steam discharge into the free space .
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dampfkessel der bekannten Art so weiter auszugestalten, It is therefore an object of the present invention to further design a steam boiler of the known type,
dass dieser insbesondere bezüglich seiner Regelcharakteristik ein energiesparendes Ergebnis bei geringer Neigung zum Überschwingen des Dampfdruckes erlaubt. that this allows an energy-saving result with a low tendency to overshoot the vapor pressure, particularly with regard to its control characteristics.
Dies wird nun erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Heizelemente an mindestens einem, die Heizelemente zyklisch vertauschend schaltenden Stufenschalter angeschlossen sind, welcher Stufenschalter seine Schaltimpulse über eine Steuerleitung von einem Regler erhält, der die Schaltimpulse für den Stufenschalter in Abhängigkeit eines dem Dampfdruck im Tankbehälter proportionalen Regelsignales und in Abhängigkeit eines den eingeschalteten Heizelemente proportionalen Stromsignales erzeugt. This is now achieved according to the invention in that the heating elements are connected to at least one step switch, which switches the heating elements cyclically, which step switch receives its switching impulses via a control line from a controller which receives the switching impulses for the step switch as a function of a control signal proportional to the vapor pressure in the tank container and generated as a function of a current signal proportional to the switched-on heating elements.
Durch diese Massnahmen kann nicht nur der Dampfdruck sowohl bei stetiger als auch dynamischer Dampfentnahme relativ konstant gehalten werden, sondern es ergibt sich auch für die einzelnen Heizelemente eine praktisch zeitgleiche Einschaltdauer, was eine gleichmässige Verkalkung der Stäbe zur Folge hat, womit sich längere Serviceintervalle With these measures, not only can the steam pressure be kept relatively constant with both steady and dynamic steam extraction, but there is also a practically simultaneous duty cycle for the individual heating elements, which results in an even calcification of the rods, which results in longer service intervals
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ergeben. surrender.
Hierbei ergeben sich schaltungstechnische Vorteile, wenn das dem Dampfdruck im Tankbehälter proportionale Regelsignal von einem piezoresistiven Druckaufnehmer im Tankbehälter erzeugbar und das Regelsignal ein Differenzsignal aus einem Dampfdruck-Istwert und einem Dampfdruck-Sollwert ist. Circuit-related advantages result if the control signal proportional to the vapor pressure in the tank container can be generated by a piezoresistive pressure sensor in the tank container and the control signal is a difference signal from an actual vapor pressure value and a desired vapor pressure value.
Um dabei aus dem den eingeschalteten Heizelementen proportionalen Stromsignal weitere Parameter ableiten zu können, wird dieses Signal einem Oszillator zugeleitet, dessen Ausgangssignal ein Mass für die verbrauchte elektrische Energie bzw. die verbrauchte Warenmenge ist. In order to be able to derive further parameters from the current signal proportional to the switched-on heating elements, this signal is fed to an oscillator, the output signal of which is a measure of the electrical energy consumed or the quantity of goods consumed.
Um zudem eine überraschende Druckspitze im Tankbehälter verhindern zu können, ohne dafür den Überschussdampf ungenützt abblasen zu müssen, besteht die erfindungs-gemässe weitere Ausgestaltung des Dampfkessels darin, dass der Kaltwasser-Zulaufstutzen des Speisewasserzuflusses in den Tankbehälter über eine Zusatzleitung und ein ansteuerbares Kaltwasser-Ventil mit einer in den Dampfraum des Tankbehälters mündenden Zuleitung in Strömungsverbindung steht, welche in Form einer Sprühdüse ausmündet, In order to be able to prevent a surprising pressure peak in the tank container without having to blow off the excess steam unused, the further development of the steam boiler according to the invention is that the cold water inlet connection of the feed water inflow into the tank container via an additional line and a controllable cold water valve is in flow connection with a supply line opening into the vapor space of the tank container, which leads out in the form of a spray nozzle,
wobei das Ventil in Abhängigkeit des Regelsignals steuerbar ist, wenn letzteres einen Wert über einen, im Schwellwertschalter eingestellten Schwellwert aufweist. the valve being controllable as a function of the control signal if the latter has a value above a threshold value set in the threshold switch.
Durch das Einsprühen von kaltem Wasser in den Dampfraum beim Überschreiten eines voreingestellten Überdruckes kondensiert der Dampf, was einen sofortigen Druckabfall zur Folge hat, ohne dass hierfür Energie durch Dampfablassen verschwendet werden müsste. By spraying cold water into the steam room when a preset overpressure is exceeded, the steam condenses, which results in an immediate drop in pressure without the need to waste energy by venting steam.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Abschlämmventil des Entleerungszapfens über einen Wassermengenzähler in der Speisewasser-Zuflussleitung des Tankbehälters bzw. über die der Wassermenge proportionale Impulskette am Ausgang des Oszillators der Heizelementeschaltungsanordnung und/oder eine Schaltzeituhr ansteuerbar ist, wobei dann am Abschlämmventil des Entleerungszapfens ausgangsseitig ein Temperaturfühler zur Messung der Temperatur des Abschlämmwassers angeschlossen ist und in das Abschlämmventil ein mit einem ansteuerbaren Ventil versehener Kaltwasser-Zuführungskanal einmündet. It is also advantageous if the drain valve of the emptying pin can be controlled via a water quantity counter in the feed water supply line of the tank container or via the pulse chain at the output of the oscillator of the heating element circuit arrangement and / or via a switching time clock, the outlet valve of the emptying side pin then outputing at the drain valve Temperature sensor for measuring the temperature of the drain water is connected and opens into the drain valve a cold water supply channel provided with a controllable valve.
Durch diese Massnahmen wird zunächst die Temperatur des Abschlämmwassers kontrollierbar und durch Zumischung von Kaltwasser regulierbar, und ferner kann sowohl ein leistungsgesteuertes als auch zeitgesteuertes Abschlämmen vollautomatisch eingeleitet werden, wobei das Abschlämmen vorzugsweise in Betriebsrandstunden verlegt werden kann. These measures first make it possible to control the temperature of the blowdown water and to regulate it by adding cold water, and furthermore both a performance-controlled and a time-controlled blowdown can be initiated fully automatically, the blowdown preferably being able to be relocated in peripheral operating hours.
Für die vollautomatische Einleitung und Durchführung des Abschlämmzyklus können zudem eine Reihe von vorteilhaften Ergänzungsmassnahmen getroffen werden, beispielsweise derart, dass das Abschlämmventil durch das Mess-Signal des Temperaturfühlers sperrbar und das Kaltwasser-Ventil innerhalb einer vorgegebenen Abschlämmzeit durch das Mess-Signal des Temperaturfühlers ansteuerbar ist; For the fully automatic initiation and implementation of the blowdown cycle, a number of advantageous additional measures can also be taken, for example, such that the drain valve can be blocked by the measurement signal from the temperature sensor and the cold water valve can be controlled by the measurement signal from the temperature sensor within a predetermined blowdown time ;
wobei das Steuersignal für das Abschlämmventil über eine, die Dauer des Abschlämmzyklus bestimmende Zeitstufe geführt ist; wobei ferner ein Ausgangssignal der ersten Zeitstufenschaltung ein Entlüftungsventil am Tankbehälter und ein Ausgangssignal der zweiten Zeitstufenschaltung das Abschlämmventil betätigt; und wobei weiter das Steuersignal für das Abschlämmventil ein Sperrsignal für die Heizelemen-tenschaltungsanordnung für die Dauer des Abschlämmzyklus liefert. wherein the control signal for the drain valve is conducted over a time step which determines the duration of the drain cycle; wherein an output signal of the first time stage circuit actuates a vent valve on the tank container and an output signal of the second time stage circuit actuates the drain valve; and wherein the control signal for the blowdown valve provides a lock signal for the heater circuitry for the duration of the blowdown cycle.
Eine weitere Automation der Dampfkesselsteuerung ergibt sich vorteilhaft weiter dadurch, dass das Ventil in der Speisewasser-Zuflussleitung des Tankbehälters durch das genannte Sperrsignal einschaltbar und durch einen, das maximale Wasserniveau im Tankbehälter anzeigenden Fühler abschaltbar ist; und dass ferner das Steuersignal für das Abschlämmventil bzw. für die Einleitung des Abschlämmzyklus ein Rückstellsignal iür die im Tankbehälter das Wasserniveau messende Gruppe elektrischer Fühlerelektroden 5 umfassende Niveausteuerungsschaltung liefert. A further automation of the steam boiler control advantageously results from the fact that the valve in the feed water inflow line of the tank container can be switched on by the said blocking signal and can be switched off by a sensor which indicates the maximum water level in the tank container; and that the control signal for the drain valve or for initiating the drain cycle also provides a reset signal for the level control circuit comprising the group of electrical sensor electrodes 5 measuring the water level in the tank container.
Ferner kann vorgesehen sein, zwischen einem Kaltwasser-Zulaufstutzen und dem ansteuerbaren Ventil des Speiswasserzuflusses einen Wärmetauscher anzuordnen, der auf seiner Wärmezuführseite über eine Ableitung mit dem Dampfraum io des Tankbehälters in Strömungsverbindung steht; wobei dann das Ventil im Speisewasserzufluss in Abhängigkeit eines Steuersignals einer ein Niedrigniveau im Tankbehälter anzeigenden elektrischen Fühlerelektrode und einer das Normalniveau im Tankbehälter anzeigenden Fühlerelektrode betätig-i 5 bar ist. Furthermore, it can be provided to arrange a heat exchanger between a cold water inlet connection and the controllable valve of the feed water inflow, which is in flow connection on its heat supply side via a discharge line with the steam space io of the tank container; in which case the valve in the feed water inflow is actuated as a function of a control signal of an electrical sensor electrode which indicates a low level in the tank container and a sensor electrode which indicates the normal level in the tank container.
Durch diese Massnahmen ist es nunmehr möglich, das zufliessende Speisewasser vor dem Eintritt in den Tankbehälter relativ hoch aufzuheizen, wofür der vom Dampfkessel selbst produzierte Dampf herangezogen wird. Erfolgt auf 20 diese Weise eine Nachfüllung des Tankbehälters mit Wasser, kann ein Druckabfall im Dampfraum oberhalb des Flüssigkeitsniveaus vermieden werden, da das im Tankbehälter befindliche Wasser durch den Zulauf des Speiswassers nicht wesentlich abgekühlt wird. Dies alles wird zudem ohne 25 Zuführung von Fremdenergie, insbesondere Fremdwärme erreicht. Through these measures, it is now possible to heat up the inflowing feed water relatively high before entering the tank container, for which the steam produced by the steam boiler itself is used. If the tank container is refilled with water in this way, a pressure drop in the vapor space above the liquid level can be avoided, since the water in the tank container is not significantly cooled by the feed water supply. All of this is also achieved without the supply of external energy, especially external heat.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: For example, embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
30 Fig. 1 in Seitenansicht und in schematischer Darstellung einen Dampfkessel mit elektrischer Widerstandsheizung gemäss dem Stand der Technik: 30 Fig. 1 in side view and in a schematic representation of a steam boiler with electrical resistance heating according to the prior art:
Fig. 2 eine schematische Stirnansicht des Dampfkessels gemäss Fig. 1 ; FIG. 2 shows a schematic end view of the steam boiler according to FIG. 1;
35 Fig. 3 in stark schematisierter Seitenansicht einen Dampfkessel gemäss der Erfindung; Fig. 3 shows a highly schematic side view of a steam boiler according to the invention;
Fig. 4 ein Blockschema der Heizelementenschaltungsan-ordnung des erfindungsgemässen Dampfkessels nach Fig. 3 und 40 und 4 shows a block diagram of the heating element circuit arrangement of the steam boiler according to the invention according to FIGS. 3 and 40 and
Fig. 5 ein Blockschema für die automatische Steuerung eines Abschlämmvorganges am Dampfkessel gemäss Fig. 3. FIG. 5 shows a block diagram for the automatic control of a blowdown process on the steam boiler according to FIG. 3.
Der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Dampfkessel entspricht dem Stand der Technik gemäss dem CH-Patent Nr. 45 339 362 des gleichen Anmelders. Dampfkessel dieser Art umfassen einen Wasser- und Dampftankbehälter 1, der von einem Isoliermantel 2 umgeben und in geeigneter Weise bodenseitig, hier durch eine Wandkonsole 4 (Fig. 2), abgestützt ist. In den Tankbehälter 1 erstrecken sich unterhalb des 50 normalen Wasserniveaus 5 die Heizelemente der elektrischen Widerstandsheizung in Form von mehreren, die elektrischen Heizwiderstände tragenden Keramikstäben oder dergleichen, welche flüssigkeitsdicht in Wärmeübertragungsrohren 6 eingeschlossen sind. Je nach Kesselleistung und -grosse sind in 55 mehreren, hier drei Rohren 6, ein oder mehrere Heizstäbe angeordnet. In dem oberhalb des normalen Wasserniveaus 5 befindlichen Dampfraum ist ein weiteres, einen Heizwiderstand enthaltendes Rohr 7 angeordnet. Dieser Heizwiderstand dient zum Trocknen des Dampfes, der bei 8 dem Kessel hu entnommen wird. The steam boiler illustrated in FIGS. 1 and 2 corresponds to the prior art according to CH Patent No. 45 339 362 by the same applicant. Steam boilers of this type comprise a water and steam tank container 1, which is surrounded by an insulating jacket 2 and is suitably supported on the bottom, here by a wall bracket 4 (FIG. 2). The heating elements of the electrical resistance heating extend in the tank container 1 below the 50 normal water level 5 in the form of a plurality of ceramic rods or the like which carry the electrical heating resistors and which are enclosed in a liquid-tight manner in heat transmission tubes 6. Depending on the boiler output and size, 55 or more, here three tubes 6, one or more heating elements are arranged. A further pipe 7 containing a heating resistor is arranged in the steam room located above the normal water level 5. This heating resistor is used to dry the steam which is removed from the boiler at 8.
Um den vorgegebenen Druck im Dampfkessel möglichst konstant zu halten, sind bei bekannten Anordnungen der vorbeschriebenen Art zwei elektrische Druckschalter (nicht gezeigt) vorhanden, welche bei ansteigendem Druck über t>5 übliche Relaismittel die Heizelemente 6 in zwei Gruppen nacheinander aus- bzw., bei wieder fallendem Druck, einschalten. In order to keep the predetermined pressure in the steam boiler as constant as possible, in known arrangements of the type described above, two electrical pressure switches (not shown) are present, which switch the heating elements 6 in two groups in succession when the pressure rises above t> 5 conventional relay means falling pressure, switch on.
Der Druck wird von einem Manometer 9 angezeigt, woge The pressure is displayed by a manometer 9, which is billowing
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gen 10 ein Sicherheitsventil bezeichnet. Zum Schutze der Heizwiderstände bzw. Heizelemente 6 ist ferner noch ein Sicherheitsthermostat 11 vorgesehen, der die Heizwiderstände abschaltet, wenn die Wassertemperatur zu hoch werden sollte. gen 10 denotes a safety valve. To protect the heating resistors or heating elements 6, a safety thermostat 11 is also provided, which switches off the heating resistors if the water temperature should become too high.
Ferner ist ein Wasserstandsanzeiger 12 vorgesehen, dem ein Niveauregler 13 parallel geschaltet ist, der über nicht näher gezeigte elektrische Schaltungsmittel ein Magnetventil Furthermore, a water level indicator 12 is provided, to which a level controller 13 is connected in parallel, and a solenoid valve via electrical switching means (not shown)
14 für den Zufluss des Speisewassers in Richtung des Pfeiles 14 for the inflow of feed water in the direction of the arrow
15 ansteuert. Ferner befindet sich am Tankbehälter 1 ein Entleerungszapfen 16 zur periodischen Entschlammung des Tankbehälters 1. 15 controls. Furthermore, there is an emptying pin 16 on the tank container 1 for periodically desludging the tank container 1.
Um nun allen vorgenannten Anforderungen gerecht zu werden, umfasst der in Fig. 3 in stark schematisierter Seitenansicht dargestellte Dampfkessel gemäss der vorliegenden Erfindung zunächst eine elektrische Widerstandsheizung mit hier sechs Heizelementrohren 6i-6ó, kurz als Heizelemente bezeichnet, welche in der vorbeschriebenen Weise je aus einem Wärmeübertragungsrohr mit einem oder mehreren eingeschlossenen, die elektrischen Heizwiderstände tragenden Keramikstäben bestehen. Diese Heizelemente sind über einen Schaltkasten 41 am Dampfkessel zugänglich und mittels einer abschraubbaren Flanschplatte unterhalb des normalen Wasserniveaus im Tankbehälter 1 gehalten. In order to meet all of the above requirements, the steam boiler according to the present invention shown in a highly schematic side view in FIG. 3 first comprises an electrical resistance heater with here six heating element tubes 6i-6ó, briefly referred to as heating elements, each of which consists of one in the manner described above Heat transfer tube with one or more enclosed ceramic rods carrying the electrical heating resistors. These heating elements are accessible via a switch box 41 on the steam boiler and are held in the tank container 1 below the normal water level by means of a screwable flange plate.
Über entsprechende Zuleitungen sind die Heizelemente 61 —6ö mit einer Heizelementeschaltungsanordnung 65, welche einen Teil der am Dampfkessel angeordneten Steuereinheit 40 bildet, verbunden und von dieser in vorgegebener Weise schaltbar, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird. The heating elements 61 -6o are connected to a heating element circuit arrangement 65, which forms part of the control unit 40 arranged on the steam boiler, and can be switched by this in a predetermined manner via corresponding supply lines, as will be explained in more detail below.
Weiter ist gemäss Fig. 3 zwischen einem Kaltwasser-Zulaufstutzen 22 zur Zubringung des Speisewassers für den Wasser- und Dampftankbehälter 1 und ein ansteuerbares Ventil 23 im Speisewasserzufluss 26 ein Wärmeaustauscher 24 angeordnet, der auf seiner Wärmezuführseite über eine Ableitung 25 mit dem Dampfraum des Tankbehälters 1 in Strömungsverbindung steht. Dieser Wärmeaustauscher 24 kann ein herkömmlicher Spiralregisterboiler sein, der ausgangssei-tig seiner Wärmezuführseite über einen Kugelschwimmer 36 an einen Kondensatabieiter 38 angeschlossen ist. Furthermore, according to FIG. 3, a heat exchanger 24 is arranged between a cold water inlet connection 22 for supplying the feed water for the water and steam tank container 1 and a controllable valve 23 in the feed water inlet 26, the heat exchanger 24 on its heat supply side via a discharge line 25 to the steam chamber of the tank container 1 is in flow connection. This heat exchanger 24 can be a conventional spiral register boiler which is connected on the output side of its heat supply side via a ball float 36 to a condensate drain 38.
Durch diese Massnahmen ist es nunmehr möglich, das zufliessende Speisewasser vor dem Eintritt in den Tankbehälter 1 relativ hoch aufzuheizen, wofür der vom Dampfkessel selbst produzierte Dampf herangezogen wird. Erfolgt auf diese Weise eine Nachfüllung des Tankbehälters 1 mit Wasser, kann ein Druckabfall im Dampfraum oberhalb des Flüssigkeitsniveaus 5 vermieden werden, da das im Tankbehälter 1 befindliche Wasser durch den Zulauf des Speiswassers nicht wesentlich abgekühlt wird. Dies alles wird zudem ohne Zuführung von Fremdenergie, insbesondere Fremdwärme erreicht. These measures now make it possible to heat up the feed water flowing in relatively high before entering the tank container 1, for which purpose the steam produced by the steam boiler itself is used. If the tank container 1 is refilled with water in this way, a pressure drop in the vapor space above the liquid level 5 can be avoided, since the water in the tank container 1 is not significantly cooled by the feed water supply. All of this is also achieved without the supply of external energy, in particular external heat.
Für eine automatische Regelung des Speisewasserzuflusses erstreckt sich in den Tankbehälter 1 eine erst Fühlerelektrode 31 einer Gruppe von solchen Fühlern 31 bis 35, welche Fühlerelektrode 31 das Normalniveau des Wassers im Tankbehälter 1 überwacht. Weiter überwacht der Fühler 32 das Niedrigniveau, der weitere Fühler 33 das Niveau max. und der Fühler 34 das Niveau min. des Wassers im Tankbehälter 1. Ferner ist noch ein Zweit-Sicherheitsfühler 35 vorgesehen, der ein unteres Wasserniveau zusätzlich überwacht. For automatic control of the feed water inflow, a first sensor electrode 31 of a group of such sensors 31 to 35 extends into the tank container 1, which sensor electrode 31 monitors the normal level of the water in the tank container 1. Furthermore, the sensor 32 monitors the low level, the further sensor 33 the level max. and the sensor 34 the level min. of the water in the tank container 1. Furthermore, a second safety sensor 35 is also provided, which additionally monitors a lower water level.
Diese Niveauelektroden können beispielsweise mit 6 Volt Wechselspannung betrieben sein und über die Leitfähigkeit des Wassers auf die vorgenannte Steuereinheit 40 arbeiten, wobei in Fig. 3 die Zuleitungen der Fühlerelektroden 31 -34 über eine Zwischenschaltstufe 42 geführt sind. These level electrodes can be operated, for example, with 6 volt alternating voltage and work on the aforementioned control unit 40 via the conductivity of the water, the feed lines of the sensor electrodes 31-34 being guided via an intermediate switching stage 42 in FIG. 3.
Sinkt nun das Wasser unter den das Niedrigniveau anzeigenden Fühler 32, wird in der Steuereinheit 40 über die Signalleitung 50 ein Signal erzeugt, das über eine Steuerleitung 51 das Ventil 23 im Speisewasserzufluss 26 öffnet. Mit dem zuströmenden Speisewasser steigt dann das Niveau im Tankbehälter 1 auf das Normalniveau 5, worauf der das Normalniveau anzeigende Fühler 32 über die Zwischenschaltstufe 42 und die Signalleitung 50 in der Steuereinheit 40 ein weiteres Signal erzeugt, womit das genannte Ventil 23 über die Steuerleitung 51 einen Schliessbefehl erhält. If the water now drops below the sensor 32 indicating the low level, a signal is generated in the control unit 40 via the signal line 50, which opens the valve 23 in the feed water inflow 26 via a control line 51. With the inflowing feed water, the level in the tank container 1 then rises to the normal level 5, whereupon the sensor 32, which indicates the normal level, generates a further signal via the intermediate switching stage 42 and the signal line 50 in the control unit 40, with which said valve 23 via the control line 51 Closing command received.
Zweckmässig ist dabei die Schaltungsanordnung so ausgebildet, dass die Steuereinheit 40 nur dann ein Öffnungssignal an das Ventil 23 im Speisewasserzufluss 26 abgibt, wenn nicht ein Sperrsignal infolge einer Störung oder dergleichen vorliegt. The circuit arrangement is expediently designed such that the control unit 40 only emits an opening signal to the valve 23 in the feed water inflow 26 if there is not a blocking signal as a result of a fault or the like.
Verhindert das Zuführen von durch Eigenenergie des Dampfkessels vorgeheiztem Speisewasser einen plötzlichen Druckabfall, so ist es ebenso notwendig, einen Druckanstieg im Tankbehälter, etwa durch Restwärme der Heizelemente 6i-6s, zu verhindern. Dies kann natürlich auf einfache Weise durch automatisches Öffnen eines Überdruckventils und Ablassen des Überschussdampfes in den freien Raum erreicht werden, was aber dem heutigen Energiebewusstsein entgegensteht. If the supply of feed water preheated by the steam boiler's own energy prevents a sudden drop in pressure, it is also necessary to prevent an increase in pressure in the tank container, for example due to residual heat from the heating elements 6i-6s. Of course, this can be achieved in a simple manner by automatically opening a pressure relief valve and releasing the excess steam into the free space, but this is contrary to today's energy awareness.
Deshalb steht hier der Kaltwasser-Zulaufstutzen 22 über eine Zusatzleitung 27 und ein ansteuerbares Kaltwasser-Ventil 28 mit einer in den Dampfraum des Tankbehälters 1 mündenden Zuleitung 29 in Strömungsverbindung. Hierbei mündet die Zuleitung 29 im Dampfraum in Form einr Sprühdüse 30 aus. Therefore, the cold water inlet connection 22 is in flow connection here via an additional line 27 and a controllable cold water valve 28 with a supply line 29 opening into the vapor space of the tank container 1. Here, the feed line 29 opens out in the vapor space in the form of a spray nozzle 30.
Durch das Einsprühen von kaltem Wasser in den Dampfraum beim Überschreiten eines voreingestellten Überdruckes kondensiert der Dampf, was einen sofortigen Druckabfall zur Folge hat, ohne dass hierfür Energie verschwendet werden müsste. Mit Erreichung des Nenndruckes wird das Einsprühen von kaltem Wasser wieder unterbrochen. By spraying cold water into the steam room when a preset overpressure is exceeded, the steam condenses, which results in an immediate drop in pressure without the need to waste energy. When the nominal pressure is reached, the spraying of cold water is interrupted again.
Für eine druckabhängige Steuerung dieses vorbeschriebenen Einsprühvorganges ist hier im Bereich des Überdruckventils 10 ein sogenannter piezoresistiver Druckaufnehmer 39 vorgesehen, der über die Signalleitung 57 an die Steuereinheit 40 bzw. an die Heizelementeschaltungsanordnung 65 ein dem Dampfdruck proportionales Spannungssignal liefert. Übersteigt diese Spannung einen Schwellwert, so erhält das Kaltwasser-Ventil 28 über die Signalleitung 54 ein Öffnungssignal. Sinkt dann die dem Dampfdruck proportionale Spannung wieder unter diesen Schwellwert, dann wird das genannte Ventil wieder geschlossen. For a pressure-dependent control of the above-described spraying process, a so-called piezoresistive pressure sensor 39 is provided in the area of the pressure relief valve 10, which supplies a voltage signal proportional to the vapor pressure via the signal line 57 to the control unit 40 or to the heating element circuit arrangement 65. If this voltage exceeds a threshold value, the cold water valve 28 receives an opening signal via the signal line 54. If the voltage proportional to the vapor pressure then drops below this threshold value again, then the valve mentioned is closed again.
Weiter ist für den Abschlämmvorgang gemäss Fig. 3 am Abschlämmventil 17 des Entleerungszapfens 16 ausgangssei-tig ein Temperaturfühler 18 zur Messung der Temperatur des Abschlämmwassers angeschlossen. Ferner mündet im Bereich des Abschlämmventils 17 ein Kaltwasser-Zuführungskanal 20 ein, in dem ein ansteuerbares Ventil 19 eingeschaltet ist. Weiter ist in der Speisewasser-Zuflussleitung 26 des Tankbehälters 1 ein Wassermengenzähler 43 eingeschaltet. 3, a temperature sensor 18 for measuring the temperature of the drain water is connected to the drain valve 17 of the drain plug 16 on the outlet side. Furthermore, in the area of the drain valve 17, a cold water supply channel 20 opens, in which a controllable valve 19 is switched on. Furthermore, a water quantity counter 43 is switched on in the feed water inflow line 26 of the tank container 1.
Das ansteuerbare Ventil 19 ist über eine Steuerleitung 53, das Abschlämmventil 17 und der Temperaturfühler 18 über eine Signal- und Steuerleitung 52 und der Wassermengenzähler 43 über eine Signalleitung 44 mit der Steuereinheit 40 des Dampfkessels verbunden, wie dies nachfolgend noch näher erläutert ist. The controllable valve 19 is connected via a control line 53, the drain valve 17 and the temperature sensor 18 via a signal and control line 52 and the water flow meter 43 via a signal line 44 to the control unit 40 of the steam boiler, as will be explained in more detail below.
Für eine automatische Steuerung des Dampfkessels sind gemäss Fig. 4 die Heizelemente 6i-6e an einen Stufenschalter 30 angeschlossen, der in der Lage ist, die Heizelemente nacheinander von 6i bis 6ô an das Stromnetz anzuschalten bzw. in der gleichen Reihenfolge von 6i bis 6s wieder abzuschalten, so dass sich eine, alle Heizelemente gleichmässig belastende zyklische Vertauschung ergibt. Es sei hier erwähnt, dass beispielsweise mehrere solcher Stufenschalter kaskadiert werden können, um entsprechend mehr Heizelemente, beispielsweise 12 oder 18 Stück schalten zu können. Der genannte Stufenschalter 30 erhält dabei seine Schaltimpulse über eine Steuer- 4, the heating elements 6i-6e are connected to a step switch 30, which is able to switch on the heating elements in succession from 6i to 6ô to the mains or in the same order from 6i to 6s switch off, so that there is a cyclical swapping, which loads all heating elements evenly. It should be mentioned here that, for example, several such tap changers can be cascaded in order to be able to switch correspondingly more heating elements, for example 12 or 18 pieces. The step switch 30 receives its switching pulses via a control
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55 55
bO bO
65 65
leitung 21 von einem Regler 56, der die Schaltimpulse für den Stufenschalter 30 in Abhängigkeit eines dem Dampfdruck im Tankbehälter 1 proportionalen Regelsignals 58 und in Abhängigkeit eines den eingeschalteten Heizelementen 6i-6<> proportionalen Stromsignals 59 erzeugt. line 21 from a controller 56, which generates the switching pulses for the tap changer 30 as a function of a control signal 58 which is proportional to the vapor pressure in the tank container 1 and as a function of a current signal 59 which is proportional to the switched-on heating elements 6i-6 <>.
Gemäss Fig. 4 wird hierbei das dem Dampfdruck im Tankbehälter 1 proportionale Regelsignal 58 vom vorerwähnten Druckaufnehmer 39 (Fig. 3) erzeugt. Hierbei entsteht dieses Regelsignal 58 aus einem Differenzsignal aus dem vom Druckaufnehm'er 39 erzeugten Dampfdruck-Istwert und einem über einen einstellbaren Sollwertgeber 64 einstellbaren Dampfdruck-Sollwert. 4, the control signal 58, which is proportional to the vapor pressure in the tank container 1, is generated by the aforementioned pressure sensor 39 (FIG. 3). This control signal 58 arises from a difference signal from the actual vapor pressure value generated by the pressure transducer 39 and a vapor pressure target value which can be set by means of an adjustable target value transmitter 64.
Weiter erhält der Regler 56 vom genannten Stufenschaher 30 ein den eingeschalteten Heizelementen 6i-6e proportionales Stromsignal 59, worauf der Regler 56 die erhaltenen Signale vergleicht und entsprechend weitere Heizelemente zu-bzw. abschaltet. Furthermore, the controller 56 receives a current signal 59 proportional to the switched-on heating elements 6i-6e from the step shaker 30 mentioned, whereupon the controller 56 compares the signals received and correspondingly switches additional heating elements on and off. switches off.
Weiter kann das den eingeschalteten Heizelementen 6i—6e proportionale Stromsignal 59 einem Oszillator 60 zugeleitet werden, dessen Ausgangssignal 61 ein Mass für die verbrauchte Fremdenergie (Stromverbrauch) bzw. die verbrauchte Wassermenge ist. Furthermore, the current signal 59 proportional to the switched-on heating elements 6i-6e can be fed to an oscillator 60, the output signal 61 of which is a measure of the external energy consumed (power consumption) or the amount of water consumed.
Wie Fig. 4 weiter im einzelnen zeigt, kann der Regler 56 nur arbeiten, wenn er nicht über die Zuleitung 49 ein Sperrsignal erhält. Zudem kann das Regelsignal 58 zusätzlich über einen Schwellwertschalter 62 geführt sein, um ein weiteres Steuersignal 54 zu erhalten, etwa jenes, welches das Ventil 28 zur Sprühdüse 30 (Fig. 3) einschaltet. As FIG. 4 further shows in detail, the controller 56 can only work if it does not receive a blocking signal via the feed line 49. In addition, the control signal 58 can additionally be routed via a threshold switch 62 in order to receive a further control signal 54, for example that which switches on the valve 28 to the spray nozzle 30 (FIG. 3).
Die den Abschlämmvorgang betreffende Schaltungsanordnung der Steuereinheit 40 ist mehr im Einzelnen als Blockdiagramm in Fig. 5 veranschaulicht. The circuit arrangement of the control unit 40 relating to the blowdown process is illustrated in more detail as a block diagram in FIG. 5.
Danach ist zunächst das Abschlämmventil 17 über den genannten Wassermengenzähler 43 und/oder über eine Schaltzeituhr 47 ansteuerbar. Der Wassermengenzähler 43 erzeugt, beispielsweise durch Impulszählung oder dergleichen ein der in den Tankbehälter 1 eingeleiteten Speisewassermenge proportionales Signal, das beim Überschreiten eines Schwellwertes, der in der Schwellwertstufe 46 eingegeben sein kann, zu einem Steuersignal 3 zur Einleitung des Abschlämmzyklus führt. Wird dieser Schwellwert aber nicht innerhalb einer voreingegebenen Zeit erreicht, etwa durch reduzierten Dampfverbrauch oder Stillstandszeiten, wird dieses Steuersignal von der Schaltzeituhr 47 erzeugt. Thereafter, the drain valve 17 can first be controlled via said water flow meter 43 and / or via a switching timer 47. The water quantity counter 43 generates, for example by pulse counting or the like, a signal which is proportional to the quantity of feed water introduced into the tank 1 and which, when a threshold value which can be entered in the threshold value stage 46 is exceeded, leads to a control signal 3 for initiating the blowdown cycle. However, if this threshold value is not reached within a preset time, for example due to reduced steam consumption or downtimes, this control signal is generated by the switching timer 47.
Der genannte Wassermengenzähler 43 kann hierbei vorteilhaft durch die der Wassermenge proportionale Impulskette am Ausgang 61 des Oszillators 60 der Heizelementeschaltungsanordnung 65 gebildet sein (Fig. 4). The water quantity counter 43 mentioned can advantageously be formed by the pulse chain at the output 61 of the oscillator 60 of the heating element circuit arrangement 65 which is proportional to the water quantity (FIG. 4).
Durch geeignete Kombination der beiden Signalgeber Wasserzähler 43 bzw. Impulssignal 61 und Schaltzeituhr 47 kann dabei für die Einleitung eines Abschlämmzyklus jeder geeignete Zeitpunkt gewählt werden, und zwar sowohl in Abhängigkeit des Speisewasserverbrauches (Leistung) als auch in Abhängigkeit einer Zeitvorgabe oder in Abhängigkeit von beiden Parametern. By a suitable combination of the two signal transmitters water meter 43 or pulse signal 61 and switching timer 47, any suitable point in time can be selected for the initiation of a blowdown cycle, both as a function of the feed water consumption (output) and as a function of a time specification or as a function of both parameters .
Mit der Erzeugung des Steuersignals 3 als Startimpuls für den Abschlämmzyklus werden verschiedene Massnahmen automatisch in Gang gesetzt. So liefert das Steuersignal 3 ein With the generation of the control signal 3 as a start pulse for the blowdown cycle, various measures are automatically started. So the control signal 3
656 204 656 204
Rückstellsignal 37 für die vorgenannte, im Tankbehälter 1 das Wasserniveau messende Gruppe von elektrischen Fühlerelektroden 31-35. Womit die Niveausteuerungsschaltung für die Zeit des Abschlämmvorganges ausser Betrieb ist. Ferner liefert das Steuersignal 3 das Sperrsignal 49 für den vorgenannten Regler 56 der Heizelementeschaltungsanordnung 65 der elektrischen Widerstandsheizung für die Dauer des Abschlämmzyklus (Flg. 4). Reset signal 37 for the aforementioned group of electrical sensor electrodes 31-35 measuring the water level in the tank container 1. With which the level control circuit is out of operation for the time of the blowdown process. Furthermore, the control signal 3 supplies the blocking signal 49 for the aforementioned controller 56 of the heating element circuit arrangement 65 of the electrical resistance heater for the duration of the blowdown cycle (Flg. 4).
Gleichzeitig wird durch das Sperrsignal 49 das Ventil 23 in der Speisewasserzuflussleitung 26 des Tankbehälters 1 eingeschaltet. Damit wird der Tankbehälter 1 geflutet und die Wassertemperatur im Behälter herabgesetzt. Erreicht dabei das Wasserniveau den das Niveau max. anzeigenden Fühler 33, wird das Ventil 23 wieder geschlossen. At the same time, the blocking signal 49 switches on the valve 23 in the feed water supply line 26 of the tank container 1. The tank container 1 is flooded and the water temperature in the container is reduced. If the water level reaches the max. indicating sensor 33, the valve 23 is closed again.
Weiter ist der Fig. 5 entnehmbar, dass das Steuersignal 3 für das Abschlämmventil 17 bzw. die Einleitung des Abschlämmzyklus eine, die Dauer des Abschlämmzyklus bestimmende Zeitstufe mit einer ersten Zeitstufenschaltung ti und eine zweite Zeitstufenschaltung t2 aktiviert. Somit ist die Dauer des Abschlämmzyklus ti +12, wobei die Zeiten in diesen Zeitstufenschaltungen ti und tz selbstverständlich einstellbar sind. Die erste Zeitstufenschaltung ti bestimmt dabei die Dauer der Abkühlzeit und erzeugt gleichzeitig ein Steuersignal zur Öffnung eines, über die Steuerleitung 55 ansteuerbaren Entlüftungsventils 45 (Fig. 3). Dies ist notwendig, um beim Abschlämmen eine Vakuumbildung und bei der nachfolgenden Wiederauffüllung des Tankbehälters 1 eine Kaltluftkompression zu vermeiden. 5 that the control signal 3 for the drain valve 17 or the initiation of the drain cycle activates a time stage which determines the duration of the drain cycle with a first time stage circuit ti and a second time stage circuit t2. Thus, the duration of the blowdown cycle is ti +12, the times in these time step circuits ti and tz being of course adjustable. The first time stage circuit ti determines the duration of the cooling time and at the same time generates a control signal for opening a ventilation valve 45 which can be controlled via the control line 55 (FIG. 3). This is necessary in order to avoid vacuum formation when draining off and cold air compression during the subsequent refilling of the tank container 1.
Eingangs- und Ausgangssignal der zweiten Zeitstufenschaltung t2 schalten dann das Abschlämmventil für die Zeit t2 ein. The input and output signal of the second time stage circuit t2 then switch on the drain valve for the time t2.
Hierbei wird die Einschaltung des Abschlämmventils zusätzlich von der Temperatur des Schlämmwassers abhängig gemacht, wofür das Steuersignal 3 für das Abschlämmventil 17 bzw. die betreffenden Folgesignale durch das Mess-Signal des Temperaturfühlers 18 sperrbar sind bzw. das Kaltwasser-Ventil 19 innerhalb der vorgegebenen Abschlämmzeit t2 durch das Mess-Signal des Temperaturfühlers 18 ansteuerbar ist. The activation of the drain valve is additionally made dependent on the temperature of the drain water, for which the control signal 3 for the drain valve 17 or the relevant follow-up signals can be blocked by the measurement signal of the temperature sensor 18 or the cold water valve 19 within the specified drain time t2 can be controlled by the measurement signal of the temperature sensor 18.
Wie Fig. 5 zeigt, ist hierfür dem Temperaturfühler 18 eine Schwellwert-Schaltstufe 48 zugeordnet, welche eine Einstellung der Temperaturwerte zur Steuerung von Abschlämmventil 17 und Kaltwasser-Ventil 19 erlaubt. Ist beispielsweise die Abwassertemperatur höher als etwa +25 °C, so wird das Kaltwasser-Ventil 19 geöffnet und Kaltwasser dem Abschlämmstrom beigemischt. Ist hingegen die Abwassertemperatur höher als beispielsweise 40 bis 80 °C, so wird das Abschlämmventil 17 geschlossen. In diesem Fall ist die Abkühlphase des Abschlämmzyklus zu verlängern, was automatisch durch ein Rückmeide- und Rückstellsignal erreicht werden kann. For this purpose, as shown in FIG. 5, the temperature sensor 18 is assigned a threshold value switching stage 48, which allows the temperature values to be set in order to control the drain valve 17 and the cold water valve 19. For example, if the wastewater temperature is higher than about +25 ° C, the cold water valve 19 is opened and cold water is added to the blowdown stream. On the other hand, if the wastewater temperature is higher than 40 to 80 ° C, for example, the drain valve 17 is closed. In this case, the cooling phase of the blowdown cycle must be extended, which can be achieved automatically by a feedback and reset signal.
Aus dem Vorbeschriebenen ergibt sich nunmehr ein Dampfkessel mit einer elektrischen Widerstandsheizung, der auf Grund seiner neuen Konzeption allen gestellten Anforderungen gerecht wird und insbesondere eine kompakte, umfassend steuerbare, energie- und umweltfreundliche Baueinheit darstellt. From the above, there is now a steam boiler with an electrical resistance heater, which due to its new design meets all requirements and in particular represents a compact, fully controllable, energy and environmentally friendly unit.
5 5
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
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G G
2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
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