DE1930950A1

DE1930950A1 - Selbsttaetiger,in Abhaengigkeit von der Stromaufnahme arbeitender Wasserstandsregler fuer elektrisch durch Tauchelektroden beheizte Dampf- oder Warmwasserkessel

Info

Publication number: DE1930950A1
Application number: DE19691930950
Authority: DE
Inventors: Giacomino Bergami
Original assignee: NUOVA MODERNA SNC DIE ZERBIN
Current assignee: NUOVA MODERNA SNC DIE ZERBIN
Priority date: 1968-06-25
Filing date: 1969-06-19
Publication date: 1970-02-05
Also published as: FR2011638A1

Description

LA NUOVA MODHBKA S.η,C. di Zerbini e Bergamini. in

Villanova di Castenaso (Bologna, Italien)

"Selbsttätiger, in Abhängigkeit von der Stromaufnähme arbeitender Wasserstandsregler für elektrisch durch Tauchelektroden beheizte Dampf- oder Warmwasserkessel¹*

Die Erfindung betrifft einen selbsttätigen, in Abhängigkeit von der Stromaufnahme arbeitenden- Wasserstandsregler für elektrisch durch Tauchelektroden beheizte Dampf- oder Warmwaaserkeseel.

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Es ist bekannt, dass bei elektrisch durch Tauchelektroden beheizten Dampf- oder Warmwasserkessein die Stromauf nähme durch die Elektroden von dem Wasserstand im Kessel abhängt , d.h. entsprechend dem Kesselwasserstand fällt und steigt. Diese Abhängigkeit zwischen Kesselwasserstand einerseits und Stromaufnahme durch die Tauchelektroden andererseits wird zur automatischen Regelung des Wasserstandes ausgenutzt.

Die bekannten, nach diesem Prinzip arbeitenden Wasserstandsregler bestehen im wesentlichen aus einem Über- und Unterstromrelais, das auf den Stromfluss' im Betriebsstromnetz der Tauchelektroden anspricht. Diese Wasserstandsregler v/eisen jedoch den Nachteil auf, das3 sie ein stark beschranktes Anwendungsgebiet haben und auch mit ziemlich grosser Verzögerung ansprechen. Ausserdem werden diese Vorrichtungen auch durch solche Änderungen- des Stromflusses beeinflusst, die durch Spannungsschwankungen imBetriebsstromnetz der Tauchelektroden hervorgerufen werden. Die vorübergehenden Spannungsschwankungen im Betriebsstromnetz werden also als änderungen der Stromaufnahme durch die Tauchelektroden, d.h. als Änderungen des Kesselwasserstandes ausgewertet' und verursachen eine entsprechende, unerwünschte Wasserstandsregelung.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der "bekann-

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BADORlGfNAL

ten Vorrichtungen zu beheben und einen Y/asserstandsregler der eingangs genannten Art zu schaffen, der bedeutend schneller anspricht und ein grösseres Anwendungsgebiet aufweist und bei dem die durch kurzzeitige Spannungsschwankungen im Betriebsstromnetz hervorgerufenen Änderungen des Betriebsstromflusses nicht als änderungen der Stromaufnahme durch die Tauchelektroden ausgewertet werden und infolgedessen keine Regelvorgänge des Kesselwas- % serstandes auslösen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemass dadurch gelöst, dass der Y/asserstandsregler eine auf den. Sollwert der Stromaufnahme durch die Tauchelektroden einstellbare Vergleichschaltung aufweist, der gleichzeitig ein dem Betriebsstromfluss entsprechender Eingangsstrom und ein der Betriebsstromspannung entsprechender Eingangsstrom zugeführt werden, und deren Ausgangsströme über eine RelaisanordAung ein in der Frischwasser-Zufuhrleitung des Kessels angeord- i netes Magnetventil und ein in der Entleerungsleitung des Kessels angeordnetes Magnetventil derart steuern, dass beide Magnetventile geschlossen sind, wenn die Stromaufnähme durch die Tauchelektroden dem eingestellten Sollwert entspricht, dagegen" das Frischwasser-Zufuhrventil oder das Entleerungsventil abwechselnd geöffnet werden, wenn die Stromaufnahme durch die Tauchelektroden den eingestellten Sollwert unterschreitet bzw. überschreitet.

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Die erfindungsgemässe Vergleichschaltung kann in baulicher Hinsicht beliebig ausgebildet sein. Besondere zweckmässig hat sich jedoch eine Ausführung erwiesen, bei der nach einem weiteren Kerkmal der Erfindung die Vergleichschaltung als insbesondere transistorisierter bzw. integrierter Differential-Verstärker ausgebildet ist.

Der dem Betriebsstromfluss entsprechende Eingangsstrom und der der Betriebsstromspannung entsprechende Eingangsstrom können ebenfalls in beliebiger Weise an die Vergleichschaltung angelegt werden. In einer zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung werden zu diesem Zweck ein Eingangsklemmenpaar der Vergleichschaltung über einen Stromtransformator und ein anderes Eingangsklemmenpaar der Vergleichschaltung über einen Spannungstransformator mit dem Betriebsstromnetz der Tauchelektroden verbunden. Nach einem v/eiteren Merkmal der Erfindung werden dabei der Stromtransformator und der Spannungstransformator an das Betriebsstromnetz der Tauchelektroden in-einem zwischen diesen und einem elektromagnetischen Schutzschalter liegenden Funkt angeschlossen. Der elektromagnetische Schutzschalter wird von einem beim überschreiten eines vorbestimmten Höchstwertes des Kesseldrucks ansprechenden DruckwSchter. und/oder von einem bei grösseren Spannungsänderungen in dem Betriebsstromnetz bzw. im Falle eines Drehstrom-Betriebenetzes bei unsymmetrischen Spannungen der drei Be-

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triebsstromphasen-ansprechenden Schutzrelais gesteuert.

Da die Vergleichschaltung des erfindungsgemä'ssen Wasserstandreglers sowohl durch die Betriebsstromspannung als auch durch den Betriebsstromfluss beeinflusst wird, üben die durch Spannungsschwankungen im Betriebsatromnetz hervorgerufenen Änderungen des Stromflusses keine Wirkung auf die Wasserstandsregelung aus. Der Wasserstandsregler ™ spricht infolgedessen nur auf solche Änderungen des Stromflusses im Betriebsstromnetz an, die von Änderungen der Stromaufnahme durch die Tauchelektroden abhängen, d.h. durch tatsächliche Wasserstandsänderungen im Kessel hervorgerufen werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.

In der Zeichnung sind E die in dem Dampfkessel C angeordneten Tauchelektroden, die durch das elektrische Drehstrom- -Be/triebsnetz B, S, T über einen Hauptschalter 1 und einen elektromagnetischen Schutzschalter 2, 102 mit Strom versorgt werden. Zwischen dem Hauptschalter 1 und dem Schutzschalter 2 ist ein Einphasen-Spannungsreduzier-4;ransformator 3 angeordnet, dessen Primärwicklung z.B. an die Lei-

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tern R, S des Betriebsstronmetzes angeschlossen ist. In dem Sekundäretromkreis dieses Spannungsreduziertransformators 3 sind in Eeihe der Elektromagnet 102 des Schutzschalters 2, der Kontakt eines auf den Dampfdruck im Kessel C ansprechenden Druckwächters 4 und der Kontakt eines Spannungsvergleich-Schutzrelais 5 angeschlossen. Das Spannungsvergleich-Schutzrelais 5 ist an die drei

|P Leitern des Drehstrom-Betriebsnetzes in einem zwischen dem Schutzschalter 2 und der Anschlussteile des Transformators 3 liegenden Punkt angeschlossen und in an sich bekannter Weise so ausgebildet, dass es den Kontakt 105 nur dann schliesst, wenn alle drei Phasen des Kesselbetriebsstroms die selbe Spannung aufweisen. Der Kontakt des Druckwächters 4 ist bei gewöhnlichen Kesseldrucken ge-, schlossen. Mit dem Schliessen des Hauptschalters 1 wird infolgedessen der Elektromagnet 102 des Schutzschalters 2 erregt. Der Schutzschalter 2 wird dadurch geschlossen

^ . und verbindet die Tauchelektroden E mit dem Betriebsstromnetz R, S, ,T.

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Bei unsymmetrischer Spannung der drei Betriebsstromphasen bzw. wenn dia Spannung einer Phase abfällt oder fehlt, wird der Kontakt 105 des Schutzrelais 5 automatisch geöffnet. Dadurch wird der Erregerstromkreis des Elektromagneten 102 unterbrochen und der Schutzschalter 2 wird z.B. unter Einwirkung einer nicht dargestellten Feder ge-

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öffnet. Die Tauchelektroden E werden infolgedessen vom Betriebsstromnetz R, S, T abgeschaltet. Ein automatisches Abschalten der Tauchelektroden E erfolgt auch wenn der Kesseldruck einen vorbestimmten Höchstwert überschreitet. In diesem Fall wird der Kontakt des Druckwächters 4 geöffnet, wodurch der Erregerstromkreis des Elektromagneten 102 unterbrochen und der Schutzschalter 2 geöffnet wird.

Das Spannungsvergleich-Schutzrelais 5 kann an das Betriebsstromnetz E, S, T auch in einem dem Schutzschalter 2 nachgeschalteten und möglichst nahe dem Kessel C gelegenen Punkt angeschlossen werden, um auch auf Spannungsunterschiede bzw. Unterbrechungen in dem Leitungsabschnitt zwischen dem Schalter 2 und dem Kessel C anzusprechen. In diesem Pail müssen allerdings zusätzliche, etwa handbetätigte Steuermittel vorgesehen werden, um'bei der Inbetriebnahme des Kessels C den Kontakt 105 des Schutzrelais 5 kurzzeitig zu schliessen und dadurch den Elektromagneten 102 des " Schutzschalters 2 zu erregen.

Der Boden das Kessels C ist über eine BohrIeitung 20 und einen Sammelanschluss 19 mit einer WasserzufuhrIeitung 16 einerseits und mit einer Entleerungsleitung 16 andererseits verbunden. In der mit einer Speisewasserpumpe F ver-

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bundenen Wasserzufuhrleitung 16 ist ein Magnetventil 15 angeordnet, das von einem Relais 11 gesteuert wird. In der Entleerungsleitung 18 ist ein von einem Beiais 12 gesteuertes Magnetventil 17 vorgesehen.

Der Wasserstandsregler des Kessels C weist einen Stromtransformator 6 und einen Spannungstransformator 7 auf. Die Primärwicklung des Stromtransformators 6 ist in einem zwischen dem Schutzschalter 2 und den Tauchelektroden E liegenden Punkt in einem Leiter, z.B. T des Drehstrom-Betriebsnetzes eingeschaltet, d.h. liegt in Reihe mit einer Phase des Betriebsstroms. Die Primärwicklung des Spannungstransformators 7 ist dagegen an zwei Leitern, z.B. E und S des Drehstrom-Betriebsnetzes angeschlossen, und zwar ebenfalls in einem dem Schutzschalter 2 nachgeschalteten Punkt. Die Sekundärwicklung des Stromtraneformatore 6 ist mit den zwei Eingangsklemmen 21 und 22 einer Vergleichschaltung A verbunden. Die Sekundärwicklung des Spannungstransformators 9 ist dagegen über einen Widerstand 8 an.die Eingangsklemme 22 und über die Masse an eine weitere Eingangsklemme 23 der Vergleichschaltung A angeschlossen.

Die Vergleichschaltung A dient zur Steuerung der Magnetventile 15, 17. Das Steuerrelais 11 des Magnetventile 15 in der Wasserzuführleitung 16 ist mit den Ausgangsklemmen 13, 10 der Vergleichschaltung A verbunden. Das Steuerre-

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lais 12 des anderen, in der Entleerungsleitung 18 vorgesehenen Magnetventils 17 ist dagegen an die Ausgangsklemmen H, 10 der Vergleichschaltung A angeschlossen, Die Magnetventile 15, 17 werden von der Sekundärwicklung des Spannungstransformators 7 über die Kontakte der Steuerrelais 11, 12 mit Strom versorgt.

Die Vergleichschaltung A ist vorzugsweise als transisto- ä risierter "bzw. integrierter Differential-Verstärker ausgebildet und kann z.B. mit Hilfe eines Regelwiderstandes 9 auf einen vorbestimmten Sollwert der Stromaufnahme durch die Tauchelektroden E, d.h. auf einen vorbestimmten, diesem Sollwert der Stromaufnahme entsprechenden Wasserstand im Kessel C eingestellt werden, über den Stromtransformator 6 wird an die Eingangsklemmeη 21 , 22 der Vergleichschaltung A ein Strom angelegt, der dem von den Tauchelektroden E aufgenommenen Strom und infolgedessen dem Istwert des Wasserstandes im Kessel C entspricht. Gleichzeitig wird an die Eingangsklemmen 22, 23 der Vergleichschaltung A über " den Spannungstransformator 7 ein Stromangelegt, der der Spannung des Betriebsstromnetzes entspricht. In der Vergleichschaltung A werden diese beiden Eingangströme derart ausgewertet, dass wenn im Kessel 0 der vorgeschriebene Wasserstand herrscht und infolgedessen die Stromaufnahme durch die Tauchelektroden E dem am Regelwiderstand 9 ein gestellten Sollwert entspricht, an die Ausgangsklemmen 10,

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13 und 10, 14· der-Vergleichschaltung A kein Strom abgegeben wird. Beide Steuerrelais 11, 12 sind deshalb ebenfalls stromlos und ihre Kontakte werden z.B. durch Federkraft offen gehalten. Der Stromkreis beider Magnetventile 15» 17 ist infolgedessen unterbrochen und die Magnetventile 15» 17 selbst sind geschlossen.

Wenn der Wasserspiegel im Kessel C z.B. bei der Inbetriebnahme mit leerem Kessel oder infolge Dampfabnahme im Kesselbetrieb unterhalb des vorgeschriebenen Wasserstandes steht oder absinkt, ist die Stromaufnahme durch die Tauchelektroden E kleiner als dar am Regelwiderstand 9 eingestellte Sollwert. Der vom Stromtransformator 6 an die Eingangskleminen 21, 22 der Vergleichschaltung A gelieferte Strom fällt entsprechend der Stromaufnahme durch die Tauchelektroden E ab, während der an die Eingangsklemmen 22, 23. über den Spannungstransformator 7 angelegte Strom unverändert bleibt. Die Vergleichschaltung A gibt infolgedessen; an die Ausgangsklemmen 10, 13 einen Steuerstrom ab, der _; das zugeordnete Steuerrelais 11 erregt. Das Steuerrelais 11 sehliesst über seinen Kontakt den Stromkreis des Magnetventils 15 in der Wasserzufuhrleitung 16 und schaltet gleichzeitig z.B. über einen weiteren, nicht dargestellten Steuerstromkreis die Speisewasserpumpe P ein, die über.die Leitung 16, 20 Frischwasser in den Kessel 0 pumpt. Hit dem Ansteigen des Wasserstandes im.Kessel C steigt auch die Stromauf-

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nähme der Tauchelektroden E an. Sobald der vorgeschriebene Wasserstand erreicht ist und die Stromaufnahme durch die Tauchelektroden wieder dem am Regelwiderstand 9 eingestellten Sollwert entspricht, hört die Stromabgabe an die Ausgangsklemmen 10, 13 der Vergleichschaltung A auf. Das nunmehr stromlose Steuerrelais 11 öffnet seinen Kontakt und unterbricht dadurch die Stromkreise des Magnetventils 15 und der Speisewasserpumpe F. Das Magnetventil ^ 15 schliesst sich und die Prischwasserzufuhr wird abgestellt.

Bei der Inbetriebnahme des Kessels werden der vorgeschriebene V/asserstand und die zugeordnete, dem am Regelwiderstand 9 eingestellten Sollwert entsprechende Stromaufnahme durch die Tauchelektroden E mit kaltem Wasser erreicht. Nach der Erwärmung nimmt jedoch der elektrische Widerstand des Kesselwassers bekanntlich ab, wodurch die Stromaufnahme der Tauchelektroden E entsprechend weiter ansteigt und i den am Regelwiderstand 9 eingestellten Sollwert überschreitet. Infolge der entsprechenden Erhöhung des durch den Stromtransformator 6 an die Eingangsklemmen 21, 22 der Vergleichschaltung A angelegten Stroms, gibt diese Schaltung A an ihre Ausgangsklemmen 10, 14 einen Steuerstrom ab, der das zugeordnete Steuerrelais 12 erregt. Dieses schliesst über seinen Kontakt den Stromkreis des Magnetventils 17 in der Entleerungsleitung 18. Das Magnetventil 17 Off net eich und

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lässt durch die Leitungen 20, 18 soviel V/asser aus dem Kessel C ausfliessen, bis die Stromaufnähme durch die Tauchelektroden B infolge des Absinkens des Kesselwasserspiegels abfällt und wieder den am Regelwiderstand 9 eingestellten Sollwert erreicht. Sobald dieser Sollwert erreicht ist, IiOTt die Stromabgabe an die Ausgangsklemmen 10, H der Vergleichschaltung A auf. Das zugeordnete Steuerrelais 12 wird stromlos und öffnet seinen Kontakt. Der Stromkreis des Magnetventils 17 wird dadurch unterbrochen. Das Magnetventil 17 schliesst sich und unterbrichst den Ausfluss des Kesselwassers.

Der selbe Vorgang tritt auch dann ein, wenn das Kesselwasser im Betrieb infolge der Zufuhr einer grösseren Frischwassermenge zunächst stark abgekühlt und anechlieseend wieder auf die Betriebstemperatur erwärmt wird.

Der beschriebene Wasserstandsregler spricht nicht auf Änderungen der Stromaufnahme durch die Tauchelektroden E an, die durch SpannungsSchwankungen im Betriebsstromnetz R, S, T hervorgerufen werden, da die Vergleichschaltung A ober den Stromtransformator 6 einerseits und den Spannungstransformator 7 andererseits gleichzeitig sowohl durch die Stromaufnahme der Tauchelektroden E als auch durch die Spannung im Betriebsstromnetz R, S, T beeinflusst wird. Da ausserdem die Strom- und Spannungstransformatoren 6, 7 in einem dem

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Schutzschalter 2 -nachgeschalteten Punkt mit dem Betriebsstromnetz B, S, T verbunden sind, wird der ganze Wasserstandsregler selbsttätig abgeschaltet, wenn der Schutzschalter 2 beim überschreiten des zulässigen Kesseldruckes durch Ansprechen des Druckwächters 4, oder bei unsymmetrischer Spannung der drei Betriebsstromphasen durch Ansprechen des Spannungsvergleich-Schutzrelais 5 ge- " 'dffnet wird.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens mehrere, insbesondere in baulicher Hinsicht unterschiedliche Lösungen möglich. So z.B. kann die Erfindung sinngemäss auch bei solchen Dampf- oder Warmwasserkesseln angewendet werden, deren Tauchelektroden mit Einphasenstrom betrieben werden. Andererseits können alle der Be-Schreibung und der Zeichnung entnehmbaren Merkmale, einschliesslich der konstruktiven Einzelheiten in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein..

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Claims

Patentansprüche

Selbsttätiger, in Abhängigkeit von der Stromaufnahme arbeitender Wasserstandsregler für elektrisch durch Tauchelektroden beheizte Dampf- oder Warmwasserkessel, gekennzeichnet durch eine auf den Sollwert der Stromaufnahme durch die Tauchelektroden (E) einstellbare Vergleichschaltung (A), der gleichzeitig ein dem Betriebsstromfluss entsprechender Eingangsstrom und ein der Betriebsstromspannung entsprechender Eingangsstrom zugeführt werden und deren Ausgangsstufe über eine Relaisanorönung (11, 12) ein in der Frischwasser-Zufuhrleitung (16) des Kessels (C) angeordnetes Magnetventil (15) und ein in der Entleerungsleitung (18) des Kessels angeordnetes Magnetventil (17) derart steuern, dass beide Magnetventile (15, 17) geschlossen sind, wenn die Stromaufnahme durch die Tauchelektroden (E) dem eingestellten Sollwert entspricht, dagegen das Frischwasser-Zufuhrventil (15) oder das Entleerungsventil (17) abwechselnd geöffnet werden, wenn die Stromaufnahme durch die Tauchelektroden (E) den eingestellten Sollwert unterschreitet bzw. überschreitet*

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2. Wasserstandsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangsklemmenpaar (21, 22) der Vergleichschaltung (A) über einen Stromtransformator (6), und ein anderes Eingangsklemmenpaar (22, 23) der Vergleichschaltung (A) über einen Spannungstransformator (7) mit dem Betriebsstromnetz (R, S, T) der Tauchelektroden (E) verbunden sind.
3. 'Wasserstandsregler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung zwischen dem Spannungstransformator (7) und dem zugeordneten Eingangsklemmenpaar (22, 23) der Vergleichschaltung (A) ein elektrischer Widerstand (8) eingeschaltet ist.
4. Wasserstandsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der i Stromtransformator (6) und der Spannungstransformator

(7) an das Betriebsstromnetz (R, S, T) der Tauchelektroden (E) in einem zwischen diesen und einem elektromagnetischen Schutzschalter (2, 102) liegenden Punkt angeschlossen sind.
5. Wasserstandsregler nach Anspruch 4, dadurch gekennze lehnet,, dass der elektromagneti-

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sehe Schutzschalter (2, 102) von einem beim Überschreiten eines vorbestimmten Höchstwertes dee Kesseldrucks ansprechenden Druckwächter (4) und einem bei grösseren Spannungsänderungen im Betriebsstromnetz ansprechenden Schützrelais (5» 105) gesteuert wird.

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6. Wasserstandsregler nach Anspruch 4 und 5 mit Drehstrom- -Betriebsnetz der Tauchelektroden, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e* t, dass das Schutzrelais (5f"1O5) als Spannungsvergleichrelais ausgebildet ist und auf unsymmetrische Spannungen der drei Betriebsstromphasen anspricht.
7. Wasserstandsregler nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ze i c h η e t,

' dass die Heiaisanordnung zur Steuerung der Frischwasser- und Entleerungs-Magnetventile (15, 17) zwei je einem Magnetventil zugeordnete und mit je einem Ausgangs· klemmenpaar (10, 13 bzw. 10, 14) der Vergleichschaltung (A) verbundene Steuerrelais (11, 12) aufweist.
8· Y/asserstandsregler nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom zur Betätigung der Magnetventile (15» 17) von dem Spannungstransformator (7) abgeleitet ist.

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9· V/asserstandsregler nach einem der vorgehenden Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Vergleichschaltung (A) beeinflusste Relaisanordnung (11, 12) auch eine an die Frischwasserzufuhrleitung (16) des Kessels (C) angeschlossene Speisewasserpumpe (F) steuert.
10. Wasserstandsregler nach einem der vorgehenden Ansprö- I ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die-Vergleichschaltung (A) als Differential-Verstärker ausgebildet ist.
11. Wasserstandsregler nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichschaltung (A) als transistorisierte bzw. integrierte Schaltung ausgebildet ist.

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