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Regeleinrichtung für mit einem Strom feinkörniger Masseteilchen als
Wärmeträger arbeitende Wärmeaustauschanlage Es sind Wärmeaustauscher (Regeneratoren)
bekannt, bei denen im Kreislauf umgewälzte Masseteilchen, wie Stahlsand oder Quarzkörper,
benutzt werden, um einen Wärmeaustausch von einem gasförmigen Medium einer hohen
Temperatur auf ein gasförmiges Medium einer niedrigeren Temperatur herbeizuführen.
Zur Erzielung optimaler Wirkungsgrade derartiger Wärmeaustauscher ist es erforderlich,
daß die in der Zeiteinheit durchgesetzten Wasserwerte von Speichermasse und Wärmeaustauscher
gleich sind. Man benötigt zur Einhaltung dieser Bedingung Regeleinrichtungen, bei
denen beispielsweise zur Anpassung des Speichermassenmengenstromes an den Gasstrom
die Messung der im Sollfall symmetrischen Temperaturverteilung zur Regelung herangezogen
wird. Eine entsprechende Regelung läßt sich mit bekannten Regelelementen verhältnismäßig
einfach verwirklichen.
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Bei derartigen Anordnungen ergeben sich jedoch unter Umständen gewisse
Schwierigkeiten dadurch, daß in den Speichermassenkreislauf zur Verhinderung des
Druckausgleichs der sehr verschiedene Drücke aufweisenden Teile der Anlage mindestens
eine Schleuse eingeschaltet werden muß, die im Gegensatz zu den übrigen Elementen
des Wärmeaustauschers bzw. den Wärmeaustauschzonen nicht stetig, sondern intermittierend
arbeitet. Es besteht daher die Aufgabe, die intermittierende Wirkungsweise der Schleuse
in ihrer Wirkung auf den stetigen Arbeitsprozeß des Wärmeaustauschers zu beseitigen.
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Gegenstand der Erfindung ist daher eine Regeleinrichtung für mit einem
Strom feinkörniger Masseteilchen als Wärmeträger arbeitende Wärmeaustauschanlage,
bei der intermittierend arbeitende Förder- oder Zuteilorgane in den Masseteilchenstromkreis
eingeschaltet sind, die sich dadurch auszeichnet, daß den intermittierend arbeitenden
Organen Ausgleichbehälter vor- und nachgeschaltet sind, denen gleichzeitig im gleichen
Sinn betätigte Durchsatzstellorgane zugeordnet sind, und daß eine vom Pegelstand
des nachgeschalteten Ausgleichsbehälters beeinfiußte Störgrößenaufschaltung vorgesehen
ist, die bei Ansteigen des Pegelstandes einen zusätzlichen Impuls zur verstärkten
Öffnung des nachgeschalteten Durchsatzstellorgans hervorruft.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Ausbildung eines geeigneten
Regelorgans, das in Abhängigkeit vom Pegelstand in Ausgleichsbehältern einen elektrischen,
pneumatischen oder mechanischen Impuls gibt. Vorzugsweise wird die Anordnung derart
getroffen, daß die Impulsgabe bei Erreichung eines bestimmten Pegelstandes verhältnismäßig
schnell und nicht schleichend erfolgt. Dies läßt sich besonders einfach erfindungsgemäß
durch ein überlaufrohr erreichen, welches in den Speichermassenkreislauf eingebaut
ist. In dem überlaufrohr kann hierbei ein federnd aufgehängtes Schwebegefäß vorgesehen
werden, das beim Überschreiten des Pegelstandes in dem Ausgleichsbehälter mit Speichermasse
gefüllt und gegen die Kraft der Feder verschoben wird, derart, daß hierdurch mittelbar
oder unmittelbar, z. B. unter Verstellung von Permanentmagneten, ein Impulsschalter
geschlossen wird.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß durch die
bei Pegelstandsüberschreitung über einen Überlauf in ein Rohr laufende und dieses
ausfüllende Masse bei vorhandener Gasströmung die Bildung einer Druckdifferenz ermöglicht,
die zum Erzeugen eines Schaltvorganges ausgenutzt wird.
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Die Erfindung soll näher an Hand der Zeichnung erläutert werden.
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F i g. 1 der Zeichnung gibt zunächst prinzipiell das Schema einer
Regeleinrichtung gemäß der Erfindung wieder; die F i g. 2 und 3 zeigen im einzelnen
die Ausbildung und Anordnung von Einrichtungen zur Erzeugung der pegelstandsabhängigen
Impulse für die Zusatzregelung.
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In F i g. 1 ist mit 1 eine Schleuse bezeichnet, die in das Leitungssystem
eines mit Speichermassen arbeitenden Regenerators mit zwei Wärmeaustauschzonen -
einer zum Aufheizen der Wärmeaustauschmasse und einer zweiten zum Aufheizen eines
anderen kühlen Gasgemisches mittels der zuvor aufgeheizten Wärmeaustauschmässe eingeschaltet
ist. Die Schleuse hat hierbei die Funktion, einen Druckausgleich zwischen den verschiedene
Drücke aufweisenden
Teilen der Anlage zu verhindern. Die eigentliche
Regelung der Speichermassenströmung erfolgt hierbei mit Hilfe zweier Steuerschieber
2 bzw. 3. Der Steuerschieber 2 liegt unmittelbar zwischen Schleuse l und dem oberen
MassenausgleichbehäIter 5, während der andere Steuerschieber 3 am Ausgang des unteren
Massenausgleichbehälters 6 liegt. Die Schieber 2 und 3 werden von Servomotoren 2
a, 3 a bewegt, deren Arbeitsweise von dem Regler 7 in Abhängigkeit von den Temperaturfühlern
8 überwacht wird. Letztere sind beispielsweise in die Gasströmung eingeschaltet.
In der Regel werden die Schieber 2 und 3 gleichsinnig und im gleichen Maße gesteuert.
Die gleichmäßige und gleichzeitige Verstellung ist jedoch allein unter Umständen
nicht für eine befriedigende Arbeitsweise ausreichend, da kleinste. mechanische
Unregelmäßigkeiten durch allmähliche Summierung zu erheblichen Stauungen des Wärmeaustauschmassendurchsatzes
führen können. Erfindungsgemäß ist nun innerhalb des unteren Ausgleichsbehälters
6 ein pegelstandabhängiger Impulsgeber 9 vorhanden, durch den ein zusätzlicher Impuls
über den Regler 7 wirksam gemacht wird, um bei einem übermäßigen Ansteigen des Pegelstandes
in dem Ausgleichbehälter 6 eine verstärkte Aussteuerung des Servoantriebes 3 a für
den Schieber 3 im Sinn einer verstärkten Abführung der Wärmeaustauschmasse aus dem
Vorratsbehälter 6 zu ermöglichen. Man kann vorteilhafterweise die Steuerung der
beiden Schieber so einstellen, daß durch den Schieber 2 der Durchtritt einer etwas
größeren Wärmeaustauschmasse freigegeben wird als durch den Schieber 3. Der Ausgleich
der Massenströmung wird dann durch die pegelstandsabhängige Zusatzregelung des Schiebers
3 in der richtigen Weise herbeigeführt.
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F i g. 2 der Zeichnung veranschaulicht sodann ausführlicher die Ausbildung
des dem Ausgleichbehälter 6 zugeordneten Impulsgebers mit Schalteinrichtung für
die Erteilung eines elektrischen Impulses. a bedeutet die von der Schleuse kommende
Massenzuleitung. In dem Sammelraum bist nun innerhalb eines Abschirmrohres g ein
Schwebegefäß e aufgehängt. Dieses Schwebegefäß e ist innerhalb eines Steigrohres
i an einer Feder f aufgehängt. In seinem unteren Teil weist das Schwebegefäß einen
Abströmquerschnitt auf. Im Zuge des Aufhängedrahtes h bzw. zwischen diesem und der
Feder f ist ein permanenter Magnet fn aufgehängt, der gegenüber einem gekapselten
Kontaktsystem k, z. B. eines Vakuumschalters, so angeordnet ist, daß je nach der
Verschiebung des Magneten m bzw. seiner Stellung der Schalter s geschlossen oder
geöffnet wird. c bedeutet ein Ablenkblech, durch welches verhindert wird, daß durch
den Zuströmkanal a mit großer Geschwindigkeit einströmende Masseteilchen durch dynamische
Kräfte in den Bereich des Füllrichters d für den Impulsgeber gelangen können.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist nach dem Vorangehenden
leicht verständlich. Ist wegen zu geringer Ableitung der Speichermasse durch den
Durchtrittsquerschnitt des Schiebers 3 die Speichermasse in dem Sammelraum b genügend
angestiegen, daß ein bestimmter Pegelstand überschritten ist, so strömen Masseteilchen
entsprechend dem natürlichen Schüttwinkel über die Kante des Füllrichters d und
fallen in das an der Feder f aufgehängte Schwebegefäß e, daß dieses in verhältnismäßig
kurzer Zeit gefüllt und unter dem Einfluß des Gewichts nach unten bewegt wird. Hierdurch
wird der Schaltmagnet m verschoben und schließt den zuaeordneten Kontakt s, der
einen elektrischen Impuls auf den Regler 7 (F i g. l.) weitergibt, so daß die Aussteuerung
des Servoantriebes 3a im Sinne einer verstärkten Öffnung des Schiebers 3 beeinflußt
wird. Die Öffnung n am Ende des Schwebegefäßes ist so bemessen, daß, sobald infolge
verstärkter Öffnung des Schiebers 3 der Speichermassenüberlauf beendet ist, nach
einer begrenzten Zeit die Speichermasse aus dem Schwebegefäß abläuft. Man wird selbstverständlich
den Querschnitt n so bemessen, daß einerseits keine Verstopfung eintreten kann,
andererseits der Querschnitt wesentlich geringer ist, als bei unzulässigem Pegelstand
der Zulaufmenge über den Füllrichter d entspricht.
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F i g. 3 der Zeichnung gibt ein anderes Ausführungsbeispiel. bei dem
zur Erzeugung der Impulse das Druckgefälle an einer Masseteilchensäule ausgenutzt
wird, das beim Überschreiten des Pegelstandes hervorgerufen wird. In der Figur bedeutet
a wieder das Zuleitungsrohr, b den Sammelraum, innerhalb dessen ein Schirmrohrkörper
g 1 angeordnet ist. Dieser wird beim Übersteigen eines bestimmten Pegelstandes
mit Masseteilchen angefüllt. Ist nun in der Speichermassenleitung ein Druckgefälle
vorhanden, beispielsweise der Gasdruck am Zulaufkanal a höher als am Ablauf w aus
dem Sammelraum b, so kann der Druckabfall an der beim überschreiten eines bestimmten
Pegelstandes innerhalb des Schirmrohres g 1 entstehenden Masseteilchensäule gemessen
und zum Erzeugen von Schaltvorgängen ausgenutzt werden. Zu diesem Zweck sind die
Druckmeßstellen u am unteren Ende des Schirmrohres g 1 und o im Bereich des Schirmwandteiles
c vorgesehen, zwischen denen über Leitungen q ein U-Rohr p angeschlossen ist. Solange
der zulässige Pegelstand nicht überschritten ist, bleibt das Schirmrohr g 1 leer,
und an den Meßteilen u und o herrscht gleicher Druck. Steigt der Speichermassenpegel
über den kritischen Wert, so läuft das Rohr g 1 schlagartig voll, und damit stellt
sich ein Druckgradient über die Rohrlänge ein, so daß eine die Kontaktgabe in dem
U-Rohr p auslösende Druckdifferenz wirksam werden kann.
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Einzelheiten der beschriebenen Anordnung können selbstverständlich
abgeändert werden. So ist es möglich, in F i g. 2 das von der überlaufenden Wärmeaustauschmasse
betätigte Kontaktsystem anders auszubilden, z. B. eine auf kinematischem Wege die
Momentanschaltung ermöglichende Schalteinrichtung anzuwenden. Weiter ist es möglich,
bei der Anordnung gemäß F i g. 3 am unteren Ende des Staurohres einen begrenzten
Ablaufquerschnitt für die Masseteilchensäule ähnlich wie bei dem Beispiel der F
i g. 2 anzuwenden, wodurch eine Zeitabhängigkeit der Steuerimpulse erreichbar ist.
Auch hinsichtlich der Regelung sind gegenüber der beschriebenen Anordnung Änderungen
möglich, ebenso wie die Anwendung der pegelstandsabhängigen Impulsgeber nicht auf
das beschriebene Beispiel beschränkt ist