DE3307594A1 - Steam boiler with electrical resistance heating - Google Patents
Steam boiler with electrical resistance heatingInfo
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Abstract
Description
Dampfkessel mitSteam boiler with
elektrischer Widerstandsheizung Dampfkessel mit elektrischer Widerstandsheizung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dampfkessel mit elektrischer Widerstandsheizung, dessen Wasser-und Dampftankbehälter einen in Abhängigkeit einer Wasserniveau-Steuerung regelbaren Speisewasserzufluss aufweist und dessen elektrische Widerstandsheizung eine Mehrzahl zu- und/oder abschaltbare Heizelemente umfasst.electrical resistance heating Steam boiler with electric Resistance heating The present invention relates to an electric steam boiler Resistance heating, the water and steam tank container of which is a function of a Has water level control adjustable feed water flow and its electrical Resistance heating comprises a plurality of heating elements that can be switched on and / or off.
Ein solcher Dampfkessel ist beispielsweise durch das CH-Patent Nr.339 362 des gleichen Anmelders bekannt und seit dieser Zeit insbesondere für die Dampferzeugung zur Befeuchtung der Luft in Klimaanlagen u.a.m.Such a steam boiler is known, for example, from Swiss Patent No. 339 362 by the same applicant and since that time in particular for steam generation for humidifying the air in air conditioning systems, etc.
im Gebrauch.in use.
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 Ueberschwingens des Dampfdruckes, was in der Regel zu einem grossenEnergieverlust durch Dampf abl assen in den freien Raum führt.However, over time it has been found that these steam boilers no longer meet today's requirements. This, for example, with regard to a dynamic operation with abruptly changing steam extraction, resulting in large Problems with the regulation of the heating elements leads. Since the latter is a great indolence have both with regard to their heating-up time and their cooling-down time, there is both the danger of a large and long-lasting drop in vapor pressure as well as the danger a strong overshoot of the vapor pressure, which usually leads to a great loss of energy by letting off steam into the free space.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dampfkessel der bekannten Art so weiter auszugestalten, dass dieser insbesondere bezüglich seiner Regelcharakteristik ein energiesparendes Ergebnis bei geringer Neigung zum Ueberschwingen des Dampfdruckes erlaubt.It is therefore the object of the present invention to provide a steam boiler of the known type so further that this, in particular with regard to his Control characteristic an energy-saving result with a low tendency to overshoot the vapor pressure allowed.
Dies wird nun erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Heizelemente an mindestens einem, die Heizelemente zyklisch vertauschend schaltenden Stufenschalter angeschlossen sind, welcher Stufenschalter seine Schaltimpulse über eine Steuerleitung von einem-Regler erhält, der die Schaltimpulse für den Stufenschalter in Abhängigkeit eines dem Dampfdruck im Tankbehälter proportionalen Regelsignales und in Abhängigkeit eines den eingeschalteten Heizelemente proportionalen Stromsignales erzeugt.This is now achieved according to the invention in that the heating elements on at least one step switch that switches the heating elements cyclically connected, which tap changer sends its switching impulses via a control line received from a controller, the switching impulses for the step switch as a function of a control signal proportional to the vapor pressure in the tank container and as a function of a current signal proportional to the switched-on heating elements generated.
Durch diese 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.By these measures, not only can the vapor pressure both at steady as well as dynamic steam extraction are kept relatively constant, but it This also results in a practically simultaneous duty cycle for the individual heating elements, which results in even calcification of the rods, which means longer service intervals result.
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.There are advantages in terms of circuit technology if this is due to the vapor pressure in the tank container proportional control signal from a piezoresistive pressure sensor can be generated in the tank container and the control signal is a differential signal from an actual steam pressure value and a vapor pressure set point.
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.In order to do this from the proportional heating elements switched on Derive further parameters from the current signal being able to get this signal fed to an oscillator whose output signal is a measure of the consumed electrical energy or the amount of goods consumed.
Um zudem eine überraschende Druckspitze im Tankbehälter verhindern zu können, ohne dafür den Ueberschussdampf 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 an steuerbares Kaltwasser-Ventil mit einer in den 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.In addition, to prevent a surprising pressure spike in the tank container without having to blow off the excess steam unused the further embodiment of the steam boiler according to the invention is that the cold water inlet connection of the feed water inflow into the tank container via an additional line and an on controllable cold water valve with one opening into the steam space of the tank container Supply line is in flow connection, which opens out in the form of a spray nozzle, the valve being controllable as a function of the control signal if the latter has a value above a threshold value set in the threshold value switch.
Durch das Einsprühen von kaltem Wasser in den Dampfraum beim Ueberschreiten eines voreingestellten Ueberdruckes kondensiert der Dampf, was einen sofortigen Druckabfall zur Folge hat, ohne dass hierfür Energie durch Dampfablassen verschwendet werden müsste.By spraying cold water into the steam room when crossing at a preset overpressure, the steam condenses, resulting in an immediate Pressure drop, without using any energy by letting off steam should be wasted.
Weiter ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass das Abschlämmventil des Entleerungszapfens über einen Wassermengenzähler in der Speisewasser-Zuflussleitung des Tankbehälters bzw. über die der Wassermenge proprotionale 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 an steuerbaren Ventil versehener Kaltwasser-Zuführungskanal einmündet.It is further provided according to the invention that the drain valve of the Emptying spigot via a water meter in the feed water supply line of the tank container or via the pulse chain proportional to the amount of water at the outlet the oscillator of the heating element circuit arrangement and / or a switching timer is controllable, then on the drainage valve of the drainage spigot on the output side a temperature sensor connected to measure the temperature of the blowdown water and in the drain valve a cold water supply channel provided with a controllable valve joins.
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.These measures initially set the temperature of the blowdown water controllable and adjustable by adding cold water and also can both a performance-controlled as well as time-controlled blowdown is initiated fully automatically The blow-down should preferably be relocated during the end of the operating hours can.
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.For fully automatic initiation and implementation of A number of advantageous supplementary measures can also be taken in the blowdown cycle be, for example in such a way that the drain valve by the measurement signal of the Temperature sensor lockable and the cold water valve within a specified The blowdown time can be controlled by the measurement signal from the temperature sensor; whereby the control signal for the drain valve for one, the duration of the drain cycle determining time stage is performed; further wherein an output of the first timing circuit a vent valve on the tank container and an output signal of the second timer circuit actuates the drain valve; and further wherein the control signal for the drain valve an inhibit signal to the heater circuitry for the duration of the blowdown cycle supplies.
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.A further automation of the steam boiler control results according to the invention further in that the valve is in the feedwater inflow line of the tank container can be switched on by said locking signal and by one, the maximum water level in the tank container indicating sensor can be switched off; and that further the control signal for the drain valve or
für die Einleitung des Abschlämmzyklus ein Rückstellsignal für die im Tankbehälter das Wasserniveau messende Gruppe elektrischer Fühlerelektroden umfassende Niveausteuerungsschaltung liefert.a reset signal for the initiation of the blowdown cycle in the tank container, comprising a group of electrical sensor electrodes measuring the water level Level control circuit supplies.
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.Furthermore, according to the invention, provision can be made between a cold water inlet connection and to arrange a heat exchanger for the controllable valve of the feed water inflow, der- on its heat supply side via a discharge line with the vapor space of the tank container is in fluid communication; then the valve in the feedwater inflow as a function a control signal of an electrical signal indicating a low level in the tank container Sensor electrode or a sensor electrode indicating the normal level in the tank container is actuatable.
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 Flüssgikeitsniveaus 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 zeigen: Fig.l 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.l; Fig.3 in stark schematisierter Seitenansicht einen Dampfkessel gemäss der Erfindung; Fig.4 ein Blockschema der Heizelementenschaltungsan Ordnung des erfindungsgemässen Dampfkessels nach Fig.3; und Fig.5 ein Blockschema für die automatische Steuerung eines Abschlämmvorganges am Dampfkessels gemäss Fig.3.With these measures it is now possible to control the inflowing feed water heat up relatively high before entering the tank container, for which that of the steam boiler self-produced steam is used. Refilling takes place in this way of the tank container with water, there can be a pressure drop in the steam space Above the liquid level can be avoided, as that in the tank container Water is not cooled significantly by the feed water inlet. this Everything is also achieved without the supply of external energy, in particular external heat: Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are based on the following the drawing explained in more detail. They show: Fig.l in side view and in schematic Representation of a steam boiler with electrical resistance heating according to the state of the technique; FIG. 2 shows a schematic front view of the steam boiler according to FIG. 3 shows a highly schematic side view of a steam boiler according to the invention; Figure 4 is a block diagram of the heater circuitry Order of inventive steam boiler according to Figure 3; and FIG. 5 shows a block diagram for the automatic Control of a blowdown process on the steam boiler according to Fig. 3.
Der in den Figuren 1 und 2 veranschaulichte Dampfkessel entspricht dem Stand der Technik gemäss dem CH-Patent Nr.339 362 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 eingeschlossen 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.The steam boiler illustrated in Figures 1 and 2 corresponds the state of the art according to the Swiss patent number 339 362 of the same applicant. Steam boiler of this type comprise a water and steam tank container 1 surrounded by an insulating jacket 2 surrounded and in a suitable manner on the bottom, here by a wall bracket 4 (Fig. 2), is supported. In the tank container 1 extend below the normal water level 5 the heating elements of the electrical resistance heating in the form of several, the Ceramic rods or the like carrying electrical heating resistors, which are liquid-tight are enclosed in heat transfer tubes 6. Depending on the boiler output and size one or more heating rods are arranged in several, here three tubes 6. By doing above normal Water levels 5 located steam space is a further tube 7 containing a heating resistor is arranged. This heating resistor serves to dry the steam that is taken from the boiler at 8.
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.In order to keep the specified pressure in the steam boiler as constant as possible, are in known arrangements of the type described above, two electrical pressure switches (not shown) present, which when the pressure rises via conventional relay means the heating elements 6 in two groups one after the other, or when falling again Pressure, switch on.
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.The pressure is indicated by a manometer 9, whereas 10 is a safety valve designated. To protect the heating resistors or heating elements 6 is also still a safety thermostat 11 is provided, which switches off the heating resistors when the water temperature should become too high.
Ferner ist ein Wassserstandsanzeiger 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.Furthermore, a water level indicator 12 is provided, which is a level controller 13 is connected in parallel, the electrical circuit means not shown in detail a Solenoid valve 14 controls the inflow of the feed water in the direction of arrow 15. Furthermore, there is an emptying spigot 16 on the tank container 1 for periodic Desludging the tank container 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 6l66, 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.In order to meet all of the aforementioned requirements, includes the steam boiler shown in Figure 3 in a highly schematic side view according to of the present invention initially an electrical resistance heater with here six heating element tubes 6l66, referred to for short as heating elements, which in the above-described Way each from a heat transfer tube with one or more enclosed, The ceramic rods carrying the electrical heating resistors are made. These heating elements are accessible via a switch box 41 on the steam boiler and can be unscrewed by means of a Flange plate held below the normal water level in tank container 1.
Ueber entsprechende Zuleitungen sind die Heizelemente 6166 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.The heating elements 6166 are connected to a Heating element circuitry 65, which is part of the arranged on the boiler Control unit 40 forms, connected and from this in given Switchable way, as will be explained in more detail below.
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.Furthermore, according to FIG. 3, there is between a cold water inlet connection 22 for supplying the feed water for the water and steam tank 1 and a controllable valve 23 arranged in the feed water inflow 26 a heat exchanger 24, on its heat supply side via a discharge line 25 to the vapor space of the tank container 1 is in flow connection.
Dieser Wärmeaustauscher 24 kann ein herkömmlicher Spiralregisterboiler sein, der ausgangsseitig seiner Wärmezuführseite über einen Kugelschwimmer 36 an einen Kondensatableiter 38 angeschlossen ist.This heat exchanger 24 can be a conventional spiral register boiler its heat supply side via a ball float 36 on the output side a condensate drain 38 is connected.
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.With these measures it is now possible to control the inflowing feed water heat up relatively high before entering the tank container 1, for which that of the steam boiler self-produced steam is used.
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.If the tank container 1 is refilled with water in this way, a pressure drop in the vapor space above the liquid level 5 can be avoided, because the water in the tank container 1 through the inflow of the Feed water is not cooled significantly. Moreover, all of this is done without a feed achieved by external energy, in particular external heat.
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.For an automatic regulation of the feed water supply extends In the tank container 1, a first sensor electrode 31 of a group of such Sensors 31 to 35, which sensor electrode 31 is the normal level of the water in the tank container 1 monitored.
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.The sensor 32 also monitors the low level, the other sensor 33 the maximum level and the sensor 34 the minimum level of the water in the tank 1. Furthermore, a second safety sensor 35 is also provided, which has a lower water level additionally monitored.
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 31-34 über eine Zwischenschaltstufe 42 geführt sind.These level electrodes can, for example, have 6 volts alternating voltage be operated and via the conductivity of the water on the aforementioned control unit 40 work, wherein in Figure 3 the leads of the sensor electrodes 31-34 via a Intermediate switching stage 42 are performed.
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.If the water now sinks below the level indicating the low level sensor 32, a signal is generated in the control unit 40 via the signal line 50 which The valve 23 in the feed water inflow 26 opens via a control line 51. With the As the feed water flows in, the level in the tank container 1 rises to the normal level 5, whereupon the sensor 32 indicating the normal level via the intermediate switching stage 42 and the signal line 50 in the control unit 40 generates a further signal, whereby said valve 23 receives a closing command via control line 51.
Zweckmässig ist dabei die Schaltungsanordnung so ausgebildet, dass die Steuereinheit 40 nur dann ein Oeffnungssignal an das Ventil 23 im Speisewassserzufluss 26 abgibt, wenn nicht ein Sperrsignal infolge einer Störung oder dgl. vorliegt.The circuit arrangement is expediently designed so that the control unit 40 only then sends an opening signal to the valve 23 in the feedwater inflow 26 outputs if there is not a blocking signal due to a fault or the like.
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 6l66, zu verhindern. Dies kann natürlich auf einfache Weise durch automatisches Oeffnen eines Ueberdruckventils und Ablassen des Ueberschussdampfes in den freien Raum erreicht werden, was aber dem heutigen Energiebewusstsein entgegensteht.Prevents the supply of that which has been preheated by the steam boiler's own energy Feed water has a sudden drop in pressure, so it is just as necessary for a pressure increase in the tank container, for example through residual heat from the heating elements 6l66. this can of course be easily done with automatic Open one Overpressure valve and discharge of the excess steam achieved in the free space which is contrary to today's energy consciousness.
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 30 aus.That is why the cold water inlet connection 22 is located here via an additional line 27 and a controllable cold water valve 28 with one in the steam space of the tank container 1 opening feed line 29 in flow connection. The feed line 29 opens here in the vapor space in the form of a spray nozzle 30.
Durch das Einsprühen von kaltem Wasser in den Dampfraum beim Ueberschreiten eines voreingestellten Ueberdruckes kondensiert der Dampf, was einen sofortigen Druckabfall zur Folge hat, ohne dass hierfür Energie verschwendet werden müsste. Mit Erreichung des Nenndruckes wird das Ein sprühen von kaltem Wasser wieder unterbrochen.By spraying cold water into the steam room when crossing at a preset overpressure, the steam condenses, resulting in an immediate Pressure drop without wasting energy. When the nominal pressure is reached, the spraying of cold water is interrupted again.
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. Uebersteigt diese Spannung einen Schwellwert, so erhält das Kaltwasser-Ventil 28 über die Signalleitung 54 ein Oeffnungssignal. Sinkt dann die dem Dampfdruck proportionale Spannung wieder unter diesen Schwellwert, dann wird das genannte Ventil wieder geschlossen.For a pressure-dependent control of this injection process described above is a so-called piezoresistive pressure transducer in the area of the pressure relief valve 10 39 provided via the signal line 57 to the control unit 40 or to the heating element circuit arrangement 65 a proportional to the steam pressure Supplies voltage signal. If this voltage exceeds a threshold value, then the cold water valve 28 via the signal line 54 an opening signal. Then sinks the voltage proportional to the vapor pressure again below this threshold value, then the said valve is closed again.
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.Next is for the blow-down process according to Fig. 3 on the blow-down valve 17 of the emptying spigot 16 on the output side a temperature sensor 18 for measurement connected to the temperature of the drain water. Furthermore opens in the area of the Drain valve 17 has a cold water supply channel 20 in which a controllable Valve 19 is turned on. Next is in the feedwater inflow line 26 des Tank container 1, a water meter 43 switched on.
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.The controllable valve 19 is the blow-down valve via a control line 53 17 and the temperature sensor 18 via a signal and control line 52 and the water meter 43 via a signal line 44 with the Control unit 40 of the steam boiler connected, as will be explained in more detail below.
Für eine automatische Steuerung des Dampfkessels sind gemäss Fig.4 die Heizelemente 61-66 an einen Stufenschalter 30 angeschlossen, der in der Lte ist, die Heizelemente nacheinander von 61 bis 66 an das Stromnetz anzuschalten bzw. in der gleichen Reihenfolge von 61 bis 66 wieder abzuschalten, sodass 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 eine.s dem Dampfdruck im Tankbehälter 1 proportionalen Regelsignals 58 und in Abhängigkeit eines den eingeschalteten Heizelementen 61-66 proportionalen Stromsignals 59 erzeugt.For automatic control of the steam boiler, see Fig. 4 the heating elements 61-66 are connected to a step switch 30, which is in the Lte is to switch on the heating elements one after the other from 61 to 66 to the mains or switch off again in the same order from 61 to 66 so that a all heating elements result in an evenly stressful cyclical exchange. Be it Mentioned here that, for example, several such tap changers are cascaded can switch to correspondingly more heating elements, for example 12 or 18 pieces to be able to. The step switch 30 mentioned receives its switching pulses via a control line 21 from a controller 56, which sends the switching pulses for the tap changer 30 as a function of a control signal proportional to the vapor pressure in the tank container 1 58 and as a function of one proportional to the switched-on heating elements 61-66 Current signal 59 generated.
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.According to FIG. 4, this is the vapor pressure in the tank container 1 proportional control signal 58 generated by the aforementioned pressure transducer 39 (FIG. 3). This control signal 58 arises from a differential signal from that from the pressure transducer 39 generated actual steam pressure value and an adjustable setpoint generator 64 adjustable steam pressure setpoint.
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.Next, the controller 56 receives from said tap changer 30 a switched on heating elements 61-66 proportional current signal 59, whereupon the controller 56 compares the signals received and accordingly connects or disconnects further heating elements. turns off.
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.Furthermore, this can be proportional to the switched-on heating elements 61-66 Current signal 59 are fed to an oscillator 60, the output signal 61 of which is a Measure of the external energy consumed (electricity consumption) or the amount of water consumed is.
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 30 (Fig.3) einschaltet.As FIG. 4 shows in more detail, the controller 56 can only work if he does not receive a blocking signal via the feed line 49. In addition, the control signal 58 additionally guided via a threshold switch 62 be, to receive a further control signal 54, such as that which the valve 28 to Spray nozzle 30 (Fig. 3) switches on.
Die den Abschlämmvorgang betreffende Schaltungsanordnung der Steuereinheit 40 ist mehr im Einzelnen als Blockdiagramm in Fig. 5 veranschaulicht.The circuit arrangement of the control unit relating to the blowdown process 40 is illustrated in greater detail than a block diagram in FIG.
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 dgl. ein der in den Tankbehälter 1 eingeleiteten Speisewassermenge proportionales Signal, das beim Ueberschreiten eines Schwellwertes, der in der Schwellwertstufe 46 eingegeben sein kann, zu einem Steuersignal 3 zur Einleitung des Abschlämmzyklus führt.Thereafter, the drain valve 17 is first of all via the above-mentioned water meter 43 and / or controllable via a timer 47. The water meter 43 generates for example by pulse counting or the like. One of the introduced into the tank container 1 Signal proportional to the feed water quantity, which when a threshold value is exceeded, which can be entered in the threshold value stage 46 to a control signal 3 for Initiation of the blowdown cycle leads.
Wird dieser Schwellwert aber nicht innerhalb einer voreingegebenen Zeit erreicht, etwa durch reduzierten Dampfverbrauch oder Stillstandszeiten, wird dieses Steuersignal von der Schaltzeituhr 47 erzeugt.If this threshold is not within a preset Time is achieved, for example through reduced steam consumption or downtimes this control signal is generated by the switching timer 47.
Der genannte Wassermengenzähler 43 kann hierbei vorteil haft durch die der Wassermenge proportionale Impulskette am Ausgang 61 des Oszillators 60 der Heizelementeschaltungsanordnung 65 gebildet sein (Fig.4).Said water meter 43 can be advantageous here detention by the pulse chain proportional to the amount of water at output 61 of the oscillator 60 of the heating element circuit arrangement 65 may be formed (FIG. 4).
Durch geeignete Kombination der beiden Signalgeber Wasserzähler 43 bzw. Impuls signal 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.By suitable combination of the two signal transmitters water meter 43 or pulse signal 61 and timer 47 can be used to initiate a blowdown cycle any suitable point in time can be selected, both as a function of the feed water consumption (Performance) as well as depending on a time limit or depending on both Parameters.
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 31-35. 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).With the generation of control signal 3 as a start pulse for the blowdown cycle various measures are automatically set in motion. So delivers the control signal 3 a reset signal 37 for the aforementioned, in the tank container 1, the water level measuring group of electrical sensing electrodes 31-35. With which the level control circuit is out of operation for the time of the blowdown process. It also supplies the control signal 3 the blocking signal 49 for the aforementioned controller 56 of the heating element circuit arrangement 65 of the electrical resistance heating for the duration of the blowdown cycle (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 geschlosssen.At the same time, the valve 23 in the feedwater inflow line is activated by the blocking signal 49 26 of the tank container 1 switched on. So that the tank container 1 is flooded and the water temperature in the container is reduced. The water level reaches the sensor 33 indicating the maximum level, valve 23 is closed again.
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 tl und eine zweite Zeitstufenschaltung t2 aktiviert. Somit ist die Dauer des Abschlämmzyklus tl+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 Oeffnung eines, über die Steuerleitung 55 ansteuerbaren Entlüftungsventils 45 (Fig.3).It can also be seen from FIG. 5 that the control signal 3 for the drain valve 17 or the initiation of the blowdown cycle, which determines the duration of the blowdown cycle Time stage with a first time stage circuit tl and a second time stage circuit t2 activated. Thus, the duration of the drain cycle is tl + t2, with the times in these time step circuits t1 and t2 can of course be set. the first time step circuit t1 determines the duration of the cooling time and generates it at the same time a control signal for opening one that can be controlled via the control line 55 Vent valve 45 (Fig. 3).
Dies ist notwendig, um beim Abschlämmen eine Vakuumbildung und bei der nachfolgenden Wiederauffüllung des Tankbehälters 1 eine Kaltluftkompression zu vermeiden.This is necessary in order to create a vacuum during blowdown and during the subsequent refilling of the tank container 1 cold air compression to avoid.
Eingangs- und Ausgangssignal der zweiten Zeitstufenschaltung t2 schalten dann das Abschlämmventil für die Zeit t2 ein.Switch the input and output signals of the second timing circuit t2 then the drain valve on for time t2.
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.The activation of the drain valve is also activated by made dependent on the temperature of the slurry water, for which the control signal 3 for the drain valve 17 or the relevant subsequent signals by the measurement signal of the temperature sensor 18 can be locked or the cold water valve 19 within the predetermined blowdown time t2 can be controlled by the measurement signal of the temperature sensor 18 is.
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. + 250 C, so wird das Kaltwasser-Ventil 19 geöffnet und Kaltwasser dem Abschlämmstrom beigemischt. Ist hingegen die Abwassertemperatur höher als beispielsweise 40 bis 800 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.As FIG. 5 shows, the temperature sensor 18 has a threshold value switching stage for this purpose 48, which is a setting of the temperature values for the control of the drain valve 17 and cold water valve 19 allowed. For example, if the wastewater temperature is higher than approx. + 250 C, the cold water valve 19 is opened and cold water is added to the blowdown flow mixed in. On the other hand, if the wastewater temperature is higher than, for example, 40 to 800 C, the drain valve 17 is closed. In this case it is Cooling phase to extend the blowdown cycle, which is done automatically by a feedback and reset signal can be reached.
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.From the above there is now a steam boiler with a electrical resistance heating of all due to its new conception Requirements and in particular a compact, comprehensively controllable, represents energy and environmentally friendly structural unit.
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