DE10021563A1 - Regelungsvorrichtung für Dampfgeneratoren - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung für Dampfgeneratoren, bestehend aus einem mit Elementen (2) versehenen Behälter (1), wobei der Behälter (1) eine Eintritt (8) für ein flüssiges Medium und einen Austritt (5) aufweist, und ein außerhalb des Behälters (1) angeordnetes, aber mit diesem über eine Leitung (4) verbundenes Gefäß (10) mit mindestens einem darin angeordneten Niveausensor (12, 13), wobei der Eintritt (8) an der Leitung (4) angeschlossen und derart angeordnet ist, dass ein Teil des flüssigen Mediums in Richtung Gefäß (10) fließt. Das Gefäß (10) ist bspw. an der Oberseite der Leitung (4) angeschlossen, die Leitung (4) ist mit dem unteren Bereich des Behälters (1) verbunden und der Eintritt (8) ist im Bereich der Verbindung des Gefäßes (10) mit der Leitung (4) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung für Dampfgeneratoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Erzeugung von Dampf für ein Dampfbad wird ein Dampfgenerator verwendet, der mit einem Behälter für ein flüssiges Medium, wie bsp. Wasser, mit einem Volumen von bsp. 10 Litern ausgerüstet ist, in dem elektrische (Heiz-)Elemente mit einer Leistung von 6,9 oder 12 kW je nach gewünschter Kapazität des Dampfgenerators angeordnet sind. In einer öffentlichen Badeanstalt kann ein solcher mit einer Elementleistung von 12 kW versehener Dampfgenerator den ganzen Tag in Betrieb bleiben. Als Ersatz für das durch Kochen entwichene Wasser wird normales Leitungswasser in Zeitabständen in der Größenordnung von bsp. 5 Minuten zugeführt.

Der Wasserverbrauch kann während eines ganzen Tages erheblich werden. Dies führt dazu, dass die vom Leitungswasser mitgeführten gelösten Salze, wie vor allem Kalzium- und Magnesiumsalze, im Dampfgenerator in bedeutendem Masse angereichert werden, so dass sich nach einem Betriebstag auf dem Boden des Dampfgenerators eine erhebliche Menge an Schlamm angesammelt hat.

In älteren im Stand der Technik bekannten Dampfgeneratoren hat man Niveaugeber innerhalb des mit den elektrischen Elementen ausgerüsteten Behälters verwendet. Dabei traten Probleme aufgrund des heftigen Kochprozesses im Behälter und der damit verbundenen Schaumbildung an den Niveaugebern bzw. -sensoren auf und die von den Niveaugebern abgegebenen Signale waren daher sehr unzuverlässig. Diese Lage wird ferner durch die Tatsache erschwert, dass auch der im Behälter angereicherte Schlamm eine kräftige Schaumbildung bewirkt, die eine weitere negative Einwirkung auf die Funktionsgenauigkeit der Geber hat. Schließlich hatte die im Behälter herrschende hohe Temperatur zur Folge, dass die Lebensdauer der eingesetzten Geber sehr kurz war und Kalk- bzw. Salz-Ablagerungen an den Niveausensoren durch den dort stattfindenden Kochprozess die Funktion der Sensoren beträchtlich beeinträchtigten.

US 5 263 166 und US 5 692 096 offenbaren eine Lösung der obenerwähnten Probleme. Die Niveaugeber werden in einem besonderen Gefäß untergebracht, das sich außerhalb des eigentlichen Behälters befindet, wobei das Gefäß mit dem Behälter verbunden ist, bzw. kommuniziert, damit das Flüssigkeitsniveau im Behälter und im Gefäß (Rohr) gleich hoch ist. Dies hat den Vorteil, dass der Kochprozess im Gefäß in einem kleineren Umfang erfolgt und dass die Vermischung der angereicherten Ausscheidungen im Wasser, das sich im Gefäß befindet, (Schaumbildung) geringer wird.

Jedoch ergeben sich auch bei Bauweisen mit den Niveaugebern außerhalb des eigentlichen (Koch-)Behälters Probleme mit der oft hohen Temperatur im Gefäß und mit der sich daraus ergebenden Gefahr des Kochens an den Sensoren (Gebern). Ein weiteres Gefahrenmoment liegt darin, dass durch Ausscheidung von Kalk- und Magnesiumsalzen Ablagerungen an den Gebern entstehen können, die die Zuverlässigkeit der Geber beeinträchtigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Regelungsvorrichtung für Dampfgeneratoren anzugeben, die die Genauigkeit und die Betriebssicherheit der Niveauregelung verbessert und dabei kostengünstig gestaltet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und dort beansprucht.

Die Erfindung wird nun unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte Grundsatzdarstellung, die den unteren rechten Eckbereich der Fig. 1 zeigt, und

Fig. 3 einen Schnitt entlang den Schnittmarkierungen A-A der Fig. 2.

Der Dampfgenerator umfasst einen vorzugsweise geschlossenen Behälter 1, an dessen unterem Bereich ein elektrisches Wärmeelement 2 angeordnet ist. Der Behälter hat in seinem oberen Bereich einen Dampfaustritt 3, aus dem der Dampf dem Dampfbad zugeführt wird.

Im Bodenbereich ist der Behälter 1 über eine Leitung 4 teils an einem Austritt 5 zur Entleerung des Behälters und teils an einem Eintritt 8 zum Auffüllen des Behälters mit einem flüssigen Medium, vorzugsweise Leitungswasser, angeschlossen.

Der Austritt 5 des Behälters 1 wird über die Leitung 4 durch ein Austrittsventil 7 geregelt. Das Hinzuführen von Wasser über den Eintritt 8 und die Leitung 4 in den Behälter 1 wird durch ein in der Zeichnung nicht gezeigtes Eintrittsventil geregelt. Eine Entleerung und ein eventuelles Sauberspülen des Behälters 1 erfolgt in einer öffentlichen Badeanstalt oft erst nach einem ganztägigen Betrieb.

In Fig. 1 wird der Wasserpegel im Behälter 1 durch die Linie 9 angezeigt, der im gezeigten Fall innerhalb der erlaubten Werte liegt, d. h. zwischen einem unteren Niveaugeber bzw. Niveausensor 12 und einem oberen Niveaugeber bzw. Niveausensor 13. Sinkt der Wasserpegel 9 aufgrund von Entweichen des Wassers durch Kochen so weit ab, dass er auf die gleiche Höhe mit oder unterhalb des Niveaugebers 12 gerät, so öffnet sich das Eintrittsventil und das Wasser strömt aus dem Eintritt 8 über die Leitung 4 in den Behälter 1 hinein. Ist der Wasserpegel dann zum oberen Niveaugeber 13 angestiegen, wird das nichtgezeigte Eintrittsventil geschlossen, damit Wasser über den Eintritt 8 nicht mehr zugeführt werden kann.

Es existiert, auch wenn dies der Zeichnung nicht zu entnehmen ist, ein weiterer Niveaugeber bzw. Niveausensor auf einer niedrigeren Ebene als der gezeigte untere Niveausensor 12. Die Aufgabe des weiteren Niveaugebers (Zusatzgebers) liegt darin, dafür zu sorgen, dass sich eine Havarie nicht ereignen kann, wenn der Wasserpegel 9 die oberen Bereiche der Elemente 12 annähernd erreichen sollte. Sollte dieser Fall eintreten, d. h. sollte der Niveaugeber 12 nicht funktionieren, so wird die Stromversorgung an die Elemente 2 unterbrochen.

Die beiden Niveaugeber 12 und 13 sind in einem gesonderten Gefäß 10 angeordnet, das sich außerhalb des Behälters 1 befindet, aber mit diesem, teils über die Leitung 4 und teils über ein oberes Rohr 11 verbunden ist, bzw. kommuniziert. In der gezeigten Ausführungsform hat das Gefäß 10 die Form eines aufrechtstehenden vorzugsweise eines vertikalen Rohres, das an der oberen Seite der Leitung 4 und über das Rohr 11 an dem oberen Inneren des Behälters 1 angeschlossen ist.

Am oberen Ende des Rohres 10 ist ein Apparatekästchen 14 angeordnet, aus dem die Steuersignale von den beiden Niveaugebern 12 und 13 herausgeführt und an geeignete Regelkreise weitergeleitet werden.

Der Fig. 2 ist zu entnehmen, dass die Leitung 4 aus einem unteren Bereich des Behälters 1 herausragt und dass die Leitung 4 in der Betriebslage vorzugsweise annähernd horizontal ist. Weiter ist der Fig. 2 zu entnehmen, dass sich das Rohr 10 an der oberen Seite der Leitung 4 in einem kleinen Abstand vom Behälter 1 anschließt.

Unmittelbar außerhalb des Behälters 1 (an der dem Behälter 1 abgewandten Seite des Rohres 10) ist in der Leitung (4) ein mit gestrichelten Linien gezeigter ringförmiger Ventilsitz 15 angeordnet (siehe auch Fig. 3). Der Ventilsitz 15 ist im Austrittsventil 7 enthalten, das außerdem einen mit gestrichelten Linien gezeigten Ventilkegel 16 aufweist, der innenseitig in der Leitung 4 hin und her in der Richtung des Doppelpfeils 17 beweglich ist. Der Ventilkegel 16 hat an seiner dem Sitz 15 zugewandten Endfläche eine geeignete Dichtung als Abdichtung gegen den Sitz 15, so dass der Austritt 5 völlig geschlossen ist, wenn sich der Ventilkegel 16 in seiner linken, dem Behälter 1 zugewandten Endlage befindet und dort an dem Ventilsitz 15 anliegt. In dieser Position ist der Ventilkegel 16 mit einer Feder (nicht dargestellt) gegen den Ventilsitz 15 vorgespannt.

Der Ventilkegel 16 ist über ein geeignetes Gelenksystem an einen Servomotor angeschlossen, der eine Bewegung des Ventilkegels 16 in Richtung weg vom Ventilsitz 15 zulässt, wenn der Behälter 1 entleert werden soll. Dadurch, dass der Ventilkegel 16 nur mit einer Feder gegen den Ventilsitz 15 vorgespannt ist, übernimmt das Austrittsventil 7 auch die Funktion eines Sicherheitsventils.

Der Sinn und Zweck der Erfindung liegt darin, dass die Menge Wasser, die sich im Rohr 10 befindet, einerseits bei einer derart niedrigen Temperatur gehalten wird, dass ein Kochen im Rohr 10 nicht stattfindet, andererseits, dass der Gehalt an gelösten, abgelagerten oder schaumbildenden Stoffen so niedrig gehalten wird, dass die beim Stand der Technik auftretenden Probleme in dieser Hinsicht nicht befürchtet werden müssen.

Gemäss der Erfindung ist der Eintritt 8, wie oben angezeigt, an der Leitung 4 angeschlossen und insbesondere derart angeordnet, dass bei Zufuhr von Wasser mindestens ein Teil des (kalten zufliessenden) Wassers gegen die Verbindung des Rohres 10 mit der Leitung 4 gerichtet wird und mit Vorteil in das Gefäß 10 hinein bzw. in das Rohr 10 hinauf. Dadurch wird bei jedem Wasserauffüllvorgang ein Teil des im Rohr 10 befindlichen Wassers gegen kaltes einströmendes Wasser ausgetauscht, wodurch auch der Gehalt an gelösten Stoffen sinkt.

Bei der gezeigten Ausführungsform weisen der Eintritt 8 und das Rohr 10 Längsachsen A, B auf, die sich in annähernd parallelen Ebenen zueinander befinden, die etwa in einem rechten Winkel zu der Längsachse C für die Leitung 4 liegen. Ferner schneiden sich die Längsachse A für den Eintritt 8 und die Längsachse C für die Leitung 4 bzw. die Längsachse B für das Rohr 10 und die Längsachse C für die Leitung 4 in einem annähernd rechten Winkel.

Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, bildet die Längsachse A für den Eintritt 8 einen gewissen Winkel α mit der Senkrechten, die ungefähr mit der Längsachse B für das Rohr 10 zusammen­ fällt. Dieser Winkel α kann im Bereich der Größenordnung 0-45°, mit Vorteil in einem Bereich von 0-10° liegen.

Der Fig. 2 ist ferner zu entnehmen, dass der Eintritt 8 und das Rohr 10 nicht genau voreinander liegen, sondern dass der Eintritt 8 in Richtung Behälter 1 im Verhältnis zum Rohr 10 versetzt ist. In der gezeigten Ausführungsform liegt die vom Behälter 1 abgewandte Kante des Eintritts 8 etwa in Fluchtlinie mit der Kante des Rohres 10, die dem Behälter 1 zugewandt ist.

Um die Wassertemperatur im Rohr 10 weiter herabzusetzen, ist es gemäss der Erfindung möglich, eine Kühlschleife oder einen Kühlmantel mindestens um jenen Teil eines Rohres anzuordnen, durch das das kalte, einströmende Wasser fließt, ehe es den Eintritt 8 erreicht.

Zur Einschränkung des Flusses des einströmenden Wassers durch den Eintritt 8 ist darin eine Drosselung angeordnet. Durch die Einschränkung des Flusses des einströmenden Wassers wird die Gefahr eines stoßweise stattfindenden Auffüllens des Behälters 1 ausgeschaltet und außerdem wird vermieden, dass das Flüssigkeitsniveau im Rohr 10 während des Auffüllvorganges allzu kräftig schwankt. Die Drosselung kann zur Feineinstellung der Richtung verwendet werden, in der das einströmende Wasser in die Leitung 4 und hin zum Rohr 10 fließt.

Auf diese Art und Weise wird ein Verkalken der Niveausensoren 12, 13 sowie ein Einwirken des Schaums auf die Niveau- Steuerung verhindert, der sich beim Kochen des Wassers im Behälter 1 bilden kann.

Claims (9)

1. Regelungsvorrichtung für Dampfgeneratoren, bestehend aus einem mit Elementen (2) versehenen Behälter (1), wobei der Behälter (1) einen Eintritt (8) für ein flüssiges Medium und einen Austritt (5) aufweist, und
ein außerhalb des Behälters (1) angeordnetes, aber mit diesem verbundenes Gefäß (10) mit mindestens einem darin angeordneten Niveausensor (12, 13),
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gefäß (10) über eine Leitung (4) mit dem Behälter (1) verbunden ist, und
dass der Eintritt (8) an der Leitung (4) angeschlossen und derart angeordnet ist, dass ein Teil des flüssigen Mediums in Richtung Gefäß (10) fließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gefäß (10) die Form eines vorzugsweise vertikalen Rohres aufweist, das an der Oberseite der Leitung (4) angeschlossen ist,
dass die Leitung (4) mit dem unteren Bereich des Behälters (1) verbunden ist, und
dass der Eintritt (8) im Bereich der Verbindung des Gefässes (10) mit der Leitung (4) angeordnet und insbesondere in Richtung des Gefässes (10) gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Behälter (1) abgewandten Seite des Eintritts (8) in etwa mit der dem Behälter (1) zugewandten Seite des Gefässes (10) fluchtet.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Teil des den Eintritt (8) mit flüssigem Medium versorgenden Rohrs eine Kühlschleife oder ein Kühlmantel angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entleerungsventil (7) zum Entleeren des Behälter (1) in der Leitung (4) an der vom Behälter (1) abgewandten Seite des Anschlusses des Gefässes (10) der Leitung (4) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gefäß (10) in verschiedenen Ebenen drei Niveausensoren angeordnet sind, wobei die beiden obersten Niveausensoren (12, 13) zur Steuerung eines Eintrittsventils im Eintritt (8) und der unterste Niveausensor zur Unterbrechung der Stromzufuhr zu dem im Behälter (1) angebrachten Elementen (2) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (A) des Eintritts (8) einen Winkel α zu der Längsachse (B) des Gefäßes (10) und/oder zur Vertikalen bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Größenordnung des Winkels α im Bereich 0-45°, insbesondere zwischen 0 und 10°, liegt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längsachse (A) des Eintritts (8) und die Längsachse (C) der Leitung (4) und/oder die Längsachse (B) des Gefäßes (10) und die Längsachse (C) der Leitung (4) vorzugsweise in einem rechten Winkel schneiden.