DE3307594C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dampfkessel mit elektrischer Widerstandsheizung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Dampfkessel mit elektrischer Widerstandsheizung nach Art eines Dampfgenerators ist bereits aus der US-PS 42 87 407 bekannt. Dort ist bereits ein Druckschalter vorgesehen, welcher den Kesseldruck zu Regelzwecken erfaßt und hierbei z. B. die Einschaltdauer der Widerstandsheizung bestimmt.

Ein anderer Dampfkessel dieser Art ist aus der GB 20 79 908 A bekannt, wobei dort ebenfalls der Kesseldruck zu Regelzwecken gemessen wird.

Ein solcher Dampfkessel ist auch durch das CH-Patent Nr. 3 39 362 des gleichen Anmelders bekannt und seit dieser Zeit insbesondere für die Dampferzeugung zur Befeuchtung der Luft in Klimaanlagen u. a. m. im Gebrauch.

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.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Dampfkessel der bekannten Art so weiter auszugestalten, daß dieser insbesondere bezüglich seiner Regelcharakteristik ein energiesparendes Ergebnis bei geringer Neigung zum Überschwingen des Dampfdruckes erlaubt.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 erreicht.

Durch die erfindungsgemäßen 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 ergeben.

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.

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.

Um zudem eine überraschende Druckspitze im Tankbehälter verhindern zu können, ohne dafür den Überschußdampf ungenützt abblasen zu müssen, besteht die erfindungsgemäße 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 dem Dampfraum des Tankbehälters mündenden Zuleitung in Strömungsverbindung steht, welche in Form einer Sprühdüse ausmündet, wobei das Ventil in Abhängigkeit des Regelsignals steuerbar ist, wenn letzteres einen Wert über einen im Schwellwertschalter eingestellten Schwellwert aufweist.

Durch das Einsprühen von kaltem Wasser in dem 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.

Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß 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.

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.

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; 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 Heizelementenschaltungsanordnung für die Dauer des Abschlämmzyklus liefert.

Eine weitere Automation der Dampfkesselsteuerung ergibt sich erfindungsgemäß 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 für die im Tankbehälter das Wasserniveau messende Gruppe elektrischer Fühlerelektroden umfassende Niveausteuerungsschaltung liefert.

Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, zwischen einem Kaltwasser-Zulaufstutzen und dem ansteuerbaren Ventil des Speisewasserzuflusses einen Wärmetauscher anzuordnen, der auf seiner Wärmezuführseite über eine Ableitung mit dem Dampfraum des Tankbehälters in Strömungsverbindung steht; wobei dann das Ventil im Speisewasserzufluß in Abhängigkeit eines Steuersignals einer ein Niedrigniveau im Tankbehälter anzeigenden elektrischen Fühlerelektrode bzw. einer das Normalniveau im Tankbehälter anzeigenden Fühlerelektrode betätigbar ist.

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 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 Speisewassers nicht wesentlich abgekühlt wird. Dies alles wird zudem ohne Zuführung von Fremdenergie, insbesondere Fremdwärme erreicht.

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in Seitenansicht und in schematischer Darstellung einen Dampfkessel mit elektrischer Widerstandsheizung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Stirnansicht des Dampfkessels gemäß Fig. 1;

Fig. 3 in stark schematisierter Seitenansicht einen Dampfkessel gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Blockschema der Heizelementenschaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Dampfkessels nach Fig. 3; und

Fig. 5 ein Blockschema für die automatische Steuerung eines Abschlämmvorganges am Dampfkessel gemäß Fig. 3.

Der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Dampfkessel entspricht dem Stand der Technik gemäß dem CH- Patent Nr. 3 39 362 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 normalen Wasserniveaus 5 die Heizelemente der elektrischen Widerstandsheizung in Form von mehreren, die elektrischen Heizwiderstände tragenden Keramikstäben oder dgl., welche flüssigkeitsdicht in Wärmeübertragungsrohren 6 eingeschlosssen sind. Je nach Kesselleistung und -größe sind in 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 entnommen wird.

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 übliche Relaismittel die Heizelemente 6 in zwei Gruppen nacheinander aus- bzw., bei wieder fallendem Druck, einschalten.

Der Druck wird von einem Manometer 9 angezeigt, wogegen 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.

Ferner ist ein Wasserstandsanzeiger 12 vorgesehen, dem ein Niveauregler 13 parallel geschaltet ist, der über nicht näher gezeigte elektrische Schaltungsmittel ein Magnetventil 14 für den Zufluß des Speisewassers in Richtung des Pfeiles 15 ansteuert. Ferner befindet sich am Tankbehälter 1 ein Entleerungszapfen 16 zur periodischen Entschlammung des Tankbehälters 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 6₁-6₆, 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.

Über entsprechende Zuleitungen sind die Heizelemente 6₁-6₆ 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.

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 ausgangsseitig seiner Wärmezuführseite über einen Kugelschwimmer 36 an einen Kondensatableiter 38 angeschlossen ist.

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 Speisewassers nicht wesentlich abgekühlt wird. Dies alles wird zudem ohne Zuführung von Fremdenergie, insbesondere Fremdwärme erreicht.

Für eine automatische Regelung des Speisewasserzuflusses erstreckt sich in den Tankbehälter 1 eine erste 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.

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 bis 34 über eine Zwischenschaltstufe 42 geführt sind.

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.

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 dgl. vorliegt.

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 6₁-6₆, 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.

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 einer Sprühdüse 30a aus.

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.

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.

Weiter ist für den Abschlämmvorgang gemäß Fig. 3 am Abschlämmventil 17 des Entleerungszapfens 16 ausgangsseitig 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.

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.

Für eine automatische Steuerung des Dampfkessels sind gemäß Fig. 4 die Heizelemente 6₁-6₆ an einen Stufenschalter 30 angeschlossen, der in der Lage ist, die Heizelemente nacheinander von 6₁ bis 6₆ an das Stromnetz anzuschalten bzw. in der gleichen Reihenfolge von 6₁ bis 6₆ 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 Steuerleitung 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 6₁-6₆ proportionalen Stromsignals 59 erzeugt.

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 Druckaufnehmer 39 erzeugten Dampfdruck- Istwert und einem über einen einstellbaren Sollwertgeber 64 einstellbaren Dampfdruck-Sollwert.

Weiter erhält der Regler 56 vom genannten Stufenschalter 30 ein den eingeschalteten Heizelementen 6₁-6₆ proportionales Stromsignal 59, worauf der Regler 56 die erhaltenen Signale vergleicht und entsprechend weitere Heizelemente zu- bzw. abschaltet.

Weiter kann das den eingeschalteten Heizelementen 6₁-6₆ proportionale Stromsignal 59 einem Oszillator 60 zugeleitet werden, dessen Ausgangssignal 61 ein Maß für die verbrauchte Fremdenergie (Stromverbrauch) bzw. die verbrauchte Wassermenge ist.

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 30a (Fig. 3) einschaltet.

Die den Abschlämmvorgang betreffende Schaltungsanordnung der Steuereinheit 40 ist mehr im einzelnen als Blockdiagramm in Fig. 5 veranschaulicht.

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 dergl., 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.

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).

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.

Mit der Erzeugung des Steuersignals 3 als Startimpuls für den Abschlämmzyklus werden verschiedene Maßnahmen automatisch in Gang gesetzt. So liefert das Steuersignal 3 ein Rückstellsignal 37 für die vorgenannte, im Tankbehälter 1 das Wasserniveau messende Gruppe von elektrischen Fühlerelektroden 31 bis 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 (Fig. 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.

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 t₁ und eine zweite Zeitstufenschaltung t₂ aktiviert. Somit ist die Dauer des Abschlämmzyklus t₁+t₂, wobei die Zeiten in diesen Zeitstufenschaltungen t₁ und t₂ selbstverständlich einstellbar sind. Die erste Zeitstufenschaltung t₁ 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.

Eingangs- und Ausgangssignal der zweiten Zeitstufenschaltung t₂ schalten dann das Abschlämmventil für die Zeit t₂ ein.

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.

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 ca. +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 Rückmelde- und Rückstellsignal erreicht werden kann.

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.

Claims (10)

1. 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, wobei es vorgesehen ist, daß der Druck im Dampfraum zu Regelzwecken abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (6₁-6₆) an mindestens einen die Heizelemente zyklisch vertauschend schaltenden Stufenschalter (30) angeschlossen sind, welcher Stufenschalter seine Schaltimpulse über eine Steuerleitung (12) von einem Regler (56) erhält, der die Schaltimpulse für den Stufenschalter (30) in Abhängigkeit eines dem Dampfdruck im Tankbehälter (1) proportionalen Regelsignales (58) und in Abhängigkeit eines den eingeschalteten Heizelementen proportionalen Stromsignals (59) erzeugt, wobei über das Regelsignal (58), bei drohendem Überdruck, kaltes Wasser über eine Sprühdüse (30a) in den Dampfraum gesprüht wird.

2. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Dampfdruck im Tankbehälter (1) proportionale Regelsignal (58) von einem piezoresistiven Druckaufnehmer (39) im Tankbehälter (1) erzeugbar ist.

3. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal (58) ein Differenzsignal aus einem Dampfdruck-Istwert und einem Dampfdruck-Sollwert ist.

4. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den eingeschalteten Heizelementen (6₁-6₆) proportionale Stromsignal (59) einem Oszillator (60) zugeleitet ist, wobei das Ausgangssignal (61) als Anzeige für die verbrauchte Fremdenergie bzw. die verbrauchte Wassermenge verwendet wird.

5. Dampfkessel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltwasser- Zulaufstutzen (22) des Speisewasserzuflusses in den Tankbehälter (1) über eine Zusatzleitung (27) und ein ansteuerbares Kaltwasser-Ventil (28) mit einer in den Dampfraum des Tankbehälters (1) mündenden Zuleitung (29) in Strömungsverbindung steht, welche in Form einer Sprühdüse (30a) ausmündet, wobei das Ventil (28) in Abhängigkeit des Regelsignals (58) steuerbar ist, wenn letzteres einen Wert über einen, im Schwellwertschalter (62) eingestellten Schwellwert aufweist.

6. Dampfkessel nach den Ansprüchen 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlämmventil (17) des Entleerungszapfens (16) über einen Wassermengenzähler (43) in der Speisewasser-Zuflußleitung (26) des Tankbehälters (1) bzw. über die der Wassermenge proportionale Impulskette am Ausgang (61) des Oszillators (60) der Heizelementeschaltungsanordnung (65) und/oder eine Schaltzeituhr (47) ansteuerbar ist.

7. Dampfkessel nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Abschlämmventil (17) des Entleerungszapfens (16) ausgangsseitig ein Temperaturfühler (18) zur Messung der Temperatur des Abschlämmwassers angeschlossen ist und in das Abschlämmventil (17) ein mit einem ansteuerbaren Ventil (19) versehener Kaltwasser-Zuführungskanal (20) einmündet.

8. Dampfkessel nach den Ansprüchen 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlämmventil (17) durch das Meß-Signal des Temperaturfühlers (18) sperrbar und das Kaltwasser-Ventil (19) innerhalb einer vorgegebenen Abschlämmzeit (t₂) durch das Meß-Signal des Temperaturfühlers (18) ansteuerbar ist; wobei das Steuersignal (3) für das Abschlämmventil (17) über eine, die Dauer des Abschlämmzyklus bestimmende Zeitstufe (t₁, t₂) geführt ist; wobei ferner ein Ausgangssignal der ersten Zeitstufenschaltung (t₁) ein Entlüftungsventil (45) am Tankbehälter (1) und ein Ausgangssignal der zweiten Zeitstufenschaltung (t₂) das Abschlämmventil (17) betätigt; und wobei weiter das Steuersignal (3) für das Abschlämmventil (17) ein Sperrsignal (49) für die Heizelementeschaltungsanordnung (65) für die Dauer des Abschlämmzyklus (t₁+t₂) liefert.

9. Dampfkessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (23) in der Speisewasser-Zuflußleitung (26) des Tankbehälters (1) durch das Sperrsignal (49) einschaltbar und durch einen das maximale Wasserniveau im Tankbehälter (1) anzeigenden Fühler (33) abschaltbar ist; und daß das Steuersignal (3) für das Abschlämmventil (17) bzw. für die Einleitung des Abschlämmzyklus ein Rückstellsignal für die im Tankbehälter (1) das Wasserniveau messende Gruppe elektrischer Fühlerelektroden (31 bis 35) umfassende Niveausteuerungsschalter liefert.

10. Dampfkessel nach einem der vorangehenden Anprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Kaltwasser-Zulaufstutzen (22) und dem ansteuerbaren Ventil (23) des Speisewasserzuflusses (26) im Wärmetauscher (24) angeordnet ist, der auf seiner Wärmezuführseite über eine Ableitung (25) mit dem Dampfraum des Tankbehälters (1) in Strömungsverbindung steht; wobei das Ventil (23) im Speisewasserzufluß (26) in Abhängigkeit eines Steuersignals einer ein Niedrigniveau im Tankbehälter (1) anzeigenden elektrischen Fühlerelektrode (32) bzw. einer das Normalniveau (5) im Tankbehälter (1) anzeigenden Fühlerelektrode (31) betätigbar ist.