Elektrisch geheizter Dampfkessel. Die Erfindung betrifft einen elektrisch be heizten Dampfkessel, bei dem die Dampf erzeugung von der Höhe des Wasserstandes abhängig ist. Sie besteht darin, dass zwischen einem Dampferzeugungsrauin und einem Reglerraum, in die der Kesselraum unterteilt ist, eine Verbindung oberhalb und eine Ver bindung unterhalb des Wasserspiegels be steht, und dass die eine dieser Verbindungen ein Absperrorgan enthält.
Im Folgenden sind einige Ausführungs beispiele beschrieben, bei denen in an sich bekannter Weise die Dampferzeugung von der Eintauchtiefe feststehender Elektroden abhängig ist.
In Fig. 1 befindet sich innerhalb (leg zy#- Iindrischen Gefässes 40 ein zweites Gefäss 41. Dieses enthält die Elektroden 42 und 43, die auch in bekannter Weise mit isolierenden Rohren umgeben sein können, und trägt einen Dampfdom 44, dem der Dampf durch die Leitung 45 entnommen wird. Der im Ge fäss 40 verbleibende Ringraum 54 ist der Reglerraum. Da das Gefäss 41 unten offen ist, besteht unter Wasser eine dauernde Ver bindung zwischen beiden Räumen. Oberhalb des Wasserspiegels bildet (las Rohr 46 eine Verbindung.
Durch ein Ventil 47 kann diese abgesperrt werden. Dieses Ventil wird durch einen Hebel 48 gesteuert, an dem eine auto matische Vorrichtung 49 angreift. Sobald der Dampfdruck eine bestimmte Höhe über schreitet, wird e'n Kolben 50 entgegen dem Druck einer Feder nach oben gedrückt. Die Bewegung wird durch den Hebel 48 auf das Ventil 47 übertragen, das das Verbindungs rohr 46 abschliesst. Fin Stutzen 51 d;ent zur Eittleeriiris des Kessels.
Im Reglerratun ist ein Scliw:i)iiiler 5? drehb;ir angebracht, der ein Ventil 53 steuert. Sobald der Wasserstand unter eine bestimmte Höhe sinkt, öffnet der Schwimmer 52 das Ventil 53, durch das nun mehr Speisewasser eintreten kann, bis das Ventil durch den Schwimmer 52 wieder ge- schlossen wird.
Die Arbeitsweise des Kessels ist folgende: Bei normaler DanipfentnaInne ist das Ventil 47 geöffnet. Der Wasserspiegel hat dann in beiden Räumen dieselbe Höhe 1. Die Speise einrichtung 52, 53 sorgt dafür, dass sie erhal ten bleibt. Wird aber durch das Rohr 45 weniger Dampf entnommen, als erzeugt wird, so ste.gt der Druck; der Kolben 50 wird in folgedessen nach oben gedrückt, so dass er das Ventil 47 abschliesst.
Von diesem Augen blick an staut sich der Darnpfüberschuss im Dampferzeugungsraum 41 und drückt das Wasser in den Reglerraum 5-1. Infolgedessen verkleinert sich die vom @Vasser berührte Fläche der Elektroden 52 und 53 und die Dampferzeugung nimmt so lange ab, bis ebensoviel Dampf erzeugt wird, wie entnom men wird.
Wenn dieser Zustand länger an dauert, wird infolge der Abkühlung des Reg lerraumes 54 und infolge des Zuflusses des kalten Speisewassers eine Kondensation des Dampfes e:ntr eten. Die hierdurch verur sachte Druckabnahme hat eine vorüber gehende Öffnung- des Ventils 47 zur Folge, der Wasserspiegel in beiden Räumen gleicht sich aus, und die Dampferzeugung wird wie der auf das normale Mass gebracht. Besteht die geringe Dampfentnahme weiter fort, so wächst der Druck abermals, bis sich das Ventil 47 wieder schliesst und das Wasser aus dem Dampferzeugerraum verdrängt wird.
Dun-,h geeignete Bemessung der Elektroden und der beiden Räume lassen sich die Druck- schwankungen, die durch dieses sieh ständig wiederholende Spiel entstehen, so gering machen, dass sie im Betriebe keine Störung hervorrufen. '\A"ird überhaupt kein Dampf entnommen, so stellen sich die Wasserspiegel 1I und III ein, wobei der Stromdurchgang ganz aufhört.
Der beschriebene Dampfkessel bedarf keinerlei Wartung während des Betriebes. Der vielseit-gen Anwendung, die er infolge dessen auch in kleinen und kleinsten Betrie ben finden könnte, steht nur der Umstand hindernd entgegen, dass die hohen Spannun gen nicht überall zur Verfügung stehen, die für die Elektrodenhe@zung erforderlich sind. Ein Kessel, der mit den üblichen Spannungen gewöhnlicher Lichtleitungen betrieben wer den kann, ist in Fig. 2 und 3 dargestellt. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt, Fig. 3 einen Grundriss im Schnitt.
Der Raum des zylin drischen Kessels 55 ist durch eine zylin drische Wand 56 in den äussern Reglerraum und den innern Dampferzeugungsraum ge teilt wie beim vorhergehenden Ausführungs beispiel. Die Verbindung oberhalb des Was serspiegels wird durch ein Rohr 57 gebildet, das unterhalb eines Kolbens 58 in einen Ven tilzylinder mündet. Auf den Kolben wirkt die Feder 59. Durch eine Spindel ist er mit dem Ventilteller 60 starr verbunden. Dieser gibt bei normalem Betrieb den Durchgang zum Reglerraum frei, bei steigendem Druck wird er durch den nach oben wandernden Kolben 58 geschlossen. Das Rohr 57 dient gleich zeitig zur Dampfentnahme. Der Dampf ge langt durch das Ventil 61 und die Leitung 62 zur Verbrauchsstelle.
Neu bei diesem Aus führungsbeispiel ist die besondere Ausbildung der Elektroden, die hier für Drehstrom dar gestellt ist. Jede der Elektroden 65, 66, 67 trägt zwei Flügel aus leitendem Material. und zwar die drei Flügel 68, 69, 70 in der Mantelfläche eines Zylinders, die andern drei Flügel 71, 72, 73 in der Mantelfläche eines konzentrischen Zylinders von etwas grösse rem Durchmesser. Die beiden Flügel jeder Elektrode erstrecken sich nach entgegen gesetzten Seiten, so dass sie je einem Flügel der beiden andern Elektroden gegenüber stehen. Der leitende Wasserquerschnitt ist zufolge dieser Anordnung bei normalem Wasserstande sehr gross, die Länge des Stromweges dagegen kurz, so dass nur ge ringe Spannungen zur Überwindung des Was serwiderstandes erforderlich sind.
Die Flügel sind so angeordnet, dass sie von der Wand 56 in nicht zu grossem Ab stande konzentrisch umgeben sind. Das ist von Wichtigkeit, da es erfahrungsgemäss vor kommt, dass der Wasserweg zwischen zwei einander gegenüberstehenden Flügeln durch den erzeugten Dampf vorübergehend unter brochen wird. Dadurch würden heftige Schwankungen in der Stromentnahme und unliebsame Erscheinungen im Kessel auftre ten. In solchen Fällen übernimmt die leitende Wand 56 den Ausgleich zwischen den Elek troden.
Die Störung durch die gebildeten Dampfmengen wird insbesondere dann auf treten, wenn der Wasserstand im Dampf- erzeugungsrauin so niedrig ist, dass die ein tauchende Fl'iche der Elektrodenflügel nur noch sehr klein ist. Um diese Störung zu ver meiden, sind daher die Flügel unten schräg abgeschnitten, wie in Fig. 2 erkennbar ist.
Sinkt der Wasserstand tiefer als IV, so ver kleinern sich die einander gegenüber stehen den Flächen der Flektrodenflügel in stärke rem Masse, als die Höhe der wasserberührten Elektrodenfläche abnimmt. Die bei weiter-. sinkendem Wasserstand zuletzt noch benetz ten Teile stehen einander überhaupt nicht mehr gegenüber. Der elektrische Widerstand zwischen je zwei Elektroden steigt dadurch bei weitersinkendem Wasserstand sehr rasch -in und verringert in gewünschter Weise den Stromdurchgang und damit die Dampfent wicklung.
Dadurch werden nicht allein Strom unterbrechungen durch die Dampfbildung vermieden, sondern es wird zugleich die beim Sinken des Wasserstandes unter die Elek- trodenspitzen abzuschaltende Leistung so weit verringert, dass eine schädliche Licht bogenbildung dabei nicht mehr auftreten kann.
Eine weitere Ausgestaltung des Gegen standes der Erfindung besteht in der Anord nung eines Verdrängerkörpers ini Dampf- erzeugungsrauin. Durch den Übertritt der Wassermenge in den Reglerraum entsteht nämlich eine Drucksteigertmg, die nicht im mer erwünscht ist.
Diese ist um so kleiner, je weniger Wasser verdrängt -erden muss. Daher schwächt der den Dampferzeugungs- raum verkleinernde Verdrängerkörper die unvermeidlichen Schwankungen des Druckes ab. Er lässt sich sogar so gestalten, dass er den Reglerraum vergrössert. Den Dampf erzeugungsraum von vornherein entsprechend ,klein zu machen, ist deshalb meist nicht möglich, weil dieser Raum ja die Elektroden flächen aufnehmen muss, deren Grösse für eine bestimmte Leistung vorgeschrieben ist.
1n den folgenden Ausführungsbeispielen, Fig. 4 bis 10, ist die oberhalb des Wasser spiegels liegende, mit einem Absperrorgan ausgerüstete Verbindung fortgelassen, da ihre Wirkungsweise gegenüber den vorher be schriebenen Ausführungsbeispielen keine Un terschiede aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel für hohe Span nungen zeigen die Fig. 4 und 5, wobei Fig. 4 ein Längsschnitt, Fig. 5 ein Querschnitt ist. Eine Zwischenwand 75 teilt den Raum des Dampfkessels 74 in zwei "feile, wovon der innere, V, der Dampferzeugungsraum, der äussere, VI, der Reglerraum ist. Der Dampf wird durch die Rohrleitung 80 aus dem Raum V entnommen. 1n diesem Raum sind auch die beiden Elektroden 76 und 77 angeordnet. Der Verdrängerkörper 78 zur Verkleinerung des Dampferzeugungsraumes ist an Bändern 79 am Deckel des Kessels aufgehängt.
Er be steht ebenso wie die Zwischenu-and 75 ans irgend einem isolierenden Material.
Wie bereits oben beschrieben, statt sich bei geringer Danipfentualime der Dampf ini Raum V und drängt infolgedessen das Wasser in den Reglerrainu V1. Damit wird die Elek- trodenfläche immer kleiner und die entwik- kelte Dampfmenge dementsprechend gerin ger, bis sie mit der verbrauchten Dampf menge übereinstimmt.
Die Menge des zu ver drängenden Wassers ist durch die Anordnung des Körpers 78 wesentlich verringert, und da- init ist die eintretende Drucksteigerung eben falls erheblich herabgesetzt.
Ein weiterer Vorteil dieses isolierenden Verdrängerkörpers 78 besteht darin, dass der zwischen den Elektroden 76 und 77 über gehende Strom gezwungen wird, seinen Weg durch den verbleibenden ringförmigen Was serraum zti nehmen, statt unmittelbar von Elektrode zu Elektrode überzugehen. Die Länge der stromführenden Wasserschicht wird also vergrössert, ihr Querschnitt ver kleinert.
Bei Verwendung hoher Spannungen ist diese rVergrösserung des Wasserwider standes wünschenswert und kommt auch dann noch zur Geltung, wenn die Elektroden 76 und 77 in isolierende Rohre eingesetzt sind. Ein Ausführungsbeispiel für niedrige elek trische Spannungen ist in Fig. 6 im Längs schnitt, in Fig. 7 im Querschnitt dargestellt.
Der Dampfkessel 81 wird durch die zylinder förmige Zwischenwand 82, die in diesem Falle nicht aus isolierendem Material hergestellt zu sein braucht, in einen Dampferzeugungs- raum V und einen Reglerraum VI geteilt. Im Dampferzeugungsraum V ist der Ver- drängerkörper 83 irgendwie aufgehängt, der hier als ein oben offenes, unten aber ge schlossenes zylindrisches Gefäss ausgebildet ist. Auch er besteht aus leitendem Material, so dass er gleichzeitig als Elektrode dienen kann. Durch die isolierte Zuleitung 87 wird ihm der Strom zugeführt.
Die zweite Elek trode 84 hat ebenfalls zylindrische Gestalt und umgibt den Verdrängerkörper 83 kon zentrisch. Auf diese Weise entstehen grosse Flektrodenoberflächen, während die Länge der stromführenden Wasser Schicht sehr klein ist. Die Elektrode 84 erhält den Strom durJi die isolierte Zuleitung 88. Der Verdränger- körper 83 liat einige Fenster 89, durch die er mit dem ihn umgebenden Wasserraum in Verbindung steht, so dass er im allgemei nen voll Wasser ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 8 im Querschnitt. Der Dampfkessel 90 ist durch die Zwischenwand 91 in Danipf- erzeugungs- und Reglerratun geteilt. Die drei Drelistromelektroden 93, 9-l, 95 besitzen je zwei Flügel, die konzentrisch zur Zwischen wand 91 verlaufen. Der Verdrängerkörper 92 hat dieselbe Form wie der Körper 83 von Fig. 6, ist jedoch nicht all die Pole des Netzes angeschlossen.
Er dient als Sternpunkt für die drei innern Elektrodenfliigel, ebenso wie die Zwischenwand 91 den Sternpunkt für die äussern bildet. Der Strom kann also sowohl zwischen je zwei Elektroden 93, 94. 95 un mittelbar übergehen, die sich auch durch den Verdrängerkörper 92 und die Zwischenwand 91 ausgleichen.
Eine andere Anordnuiiit in Fig. 9 dar gestellt. Ähnlich wie bei Fig. 6 ist im Innern eines Dampfkessels 96 eine Zwiseliemvand 97 angebracht. Der Verd@ängerkörper 98 dient als die eine Elektrode, die von der andern Elektrode 99 konzentrisch umgeben ist. Zum Unterschied von Fig. 6 ist der Verdränger- körper jedoch oben geschlossen und unten offen.
Er ist innen reit isolierendem Material 100 ausgestattet; nur ein schmaler Ring<B>101</B> am untersten Ende ist stromleitend, so dass eine geringe Dampfentwicklung auch im In nern des Verdrängerkörpers 98 vor sich geht. Dieser Raum, der auf der Zeichnung mit V11 bezeichnet ist, wird infolgedessen im allge meinen voll Dampf sein. Bei normaler Dampfentnahinc ist in den Räumen V und VI ungefähr gleicher Wasserstand vorhanden, wie in der Zeichnung dargestellt.
Im Augen blick verminderter Dampfentnahme wird der in V angestaute Dampf das Wasser nicht allein in dem Raum VI verdrängen, sondern auch in dein Raum VII. Das Verdränger- gefäss 98 verkleinert also nicht allein den Dampferzeugungsraunl V. sondern es ver grössert gleichzeitig den Reglerrauni VI, da es ebenso wie dieser das verdrängte Wasser aufnimmt.
Die unvermeidlichen Druck- Schwankungen bei wechselndem Dampfver- brauch werden also noch geringer als bei Fig. 6.
Wie Fig. 10 zeigt, kann Ulan auch die beiden Räume VI und VII durch eine Rohr leitung miteinander verbinden. Dem Ver- drängerkörper 104 wird hier kein Strom zu geführt.
Anderseits reicht er bis an den Dek- kel des Kessels 102 und bildet somit eine ebensolche konzentrische Zwischenwand wie die Wand 103. Zwischen diesen beiden Wän den 103 und 104 befindet sich der Dampf- erzeugungsrauin .V, in dein auch die Elektro den 108 und 109 hängen und aus dein durch die Leitung 110 der Dampf entnommen wird.
Der von der Wand 10-1 iitnschlossene Innen- raurri VII und der äussere Ringraum VI sind durch eine Dampfleitung 106 miteinander verbunden und bilden zusammen den Regler- rauni. Der eingezeichnete Wasserstand gilt für einen Zustand geringerer Dampfentnahme. Durch die Stauung des Dampfes im Raum V ist hier der Wasserstand gesunken und in den Räumen VI und VII gleichmässig ge stiegen.
Man kann das Absperrorgan auch in der unterhalb des Wasserspiegels liegenden Ver bindung zwischen den beiden Kesselräumen anbringen.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in den Eig. 11 bis 13 dargestellt. Gemäss Fig. 11 ragt die durch die Kabelwand isoliert durch geführte Elektrode<B>111</B> in ein Porzellanrohr 112 hinein, das oben und unten offen ist und über den höchsten Wasserstand im Kessel so weit hinausragt, dass das Eindringen von Wasser von oben verhütet ist. Unten ruht das Porzellanrohr auf einem Metallkörper 113, der die Gegenelektrode bildet und ge erdet ist. Der Metallkörper ist mit einer Ausbohrung 114 versehen, durch die das Rohrinnere mit dem Kesselraum in Verbin dung steht.
Durch ein mittelst Handrades von aussen betätigtes Ventil 115 kann der Durchflussquerschnjtt vom Kesselraum ins Rohrinnere so eingestellt werden, dass sich der Wasserstand im Rohre auf eine ge wünschte Höhe einstellt. Dieser Höhe ent spricht eine bestimmte Eintauchtiefe der Elek trode und damit eine ganz bestimmte Dampf erzeugung. Im Beharrungszustand ist der Durchflussquerschnitt durch das Ventil leicht so einzuregulieren, dass die unter dem Einfluss der Höhendifferenz des Wasserspiegels inner halb und ausserhalb des Rohres eintretende Wassermenge gleich ist der verdampften Wassermenge.
Der Metallkörper 113 ist nach unten trichterförmig ausgebildet und durch ein Ventil 116 abgeschlossen, durch das nach Bedarf der im Trichter sich ansammelnde Schlamm oder auch, falls aus besonderen Gründen eine Senkung des Wasserspiegels im Porzellanrohr erwünscht ist. Wasser ab gelassen werden kann.
Anstatt von Hand zu verstellen, kann das Ventil 115 mit einem Kolben 117 versehen sein, auf den einerseits der Kesseldruck durch Vermittlung des Roh res 118, anderseits der Druck einer Feder 119 einwirkt. Steigt der Kesseldruck über einen gewünschten Betrag, so wird die Fe- der zusammengedrückt und das Ventil mehr und mehr geschlossen. Neben dieser automa tischen Ventilverstellung kann, wie in Fig. 12 dargestellt ist, auch die Handverstellung bei behalten werden.
Steht Drehstrom zur Verfügung, so sind drei Elektroden entsprechend den drei Pha sen oder ein Vielfaches davon anzuordnen. Eine Ausführungsform für Drehstrom ist in Fig. 13 dargestellt.
Den drei Elektroden entsprechend, sind drei Isolierrohre auf einem gemeinsamen metallenen Unterbau aufgestellt, der die Stelle des Metallkörpers 113 in Fig. 11 ver tritt und mit den gleichen Einrichtungen ver sehen ist. Statt eines gemeinsamen Unter baues für die Rohre aller drei Phasen mit ge meinsamer Zuflussöffnung kann die Anordnung auch so getroffen werden, dass jedes Rohr für sich einen Unterbau bezw. eine Gegen elektrode erhält mit einem für sich regulier baren Wasserzufluss. Ist die Phasenzahl von 3 abweichend,
so wird eben eine der Phasen zahl entsprechende Zahl von Rohren auf ge- gemeInsamem oder getrenntem Unterbau an gebracht.
Bedingung für die Regelung ist die Ab hängigkeit der Dampferzeugung von der Höhe des Wasserspiegels. Diese Abhängigkeit er gibt sich bei den oben beschriebenen Elektro- denkesseln von selbst. Sie kann aber auch durch eine besonders vorgesehene Regelvor richtung bewirkt werden. Die Einwirkung auf diese Regelvorrichtung kann hierbei in beliebiger an sich bekannter Weise erfolgen. Alle Mittel, die imstande sind, den Wasser stand im Kessel zu messen, können heran gezogen werden. Das e'nfachste Mittel ist ein Schwimmer, der auf der im Kessel be findlichen Flüssigkeit schwimmt.
Durch eine mit ihm verbundene Hebelvorrichtung oder dergleichen verstellt er die den Heizstrom re gulierende Vorrichtung. Er kann beispielsweise einen m Heizstront eingeschalteten Wider stand verändei n, oder bei solchen Anordnun gen, bei denen das Kesselwasser selbst den Strom führt und als Widerstand zur Er zeugung der Heizwärme benutzt wird,
kann der S--lr-#vinimer den Querschnitt und die Länge ges vom Strom durchflossenen Was- oder den Abstand der in das Was ser einrauchenden stromführenden Elektroden oder die. wasserbespülte Oberfläche der Elek- trodenl_örper verändern.