DE3627988A1

DE3627988A1 - Kleindampferzeuger fuer industrie und haushalt

Info

Publication number: DE3627988A1
Application number: DE19863627988
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Reuner; Gunther Ziebell; Bodo Dipl Ing Hertwig; Horst Ribbecke
Original assignee: Zentrum Mikroelektronik Dresden GmbH
Current assignee: IDT Europe GmbH
Priority date: 1985-10-21
Filing date: 1986-08-18
Publication date: 1987-04-23
Also published as: DD241941A1; DD241941B1; HUT41882A; HU194376B

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Erzeuger von Dampf in Kleinformat, geeignet zum Dämpfen und Bügeln von textilen Kleidungsstücken im industriellen Betrieb und im Haushalt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind dampferzeugende Kessel für die Versorgung einzelner Arbeitsplätze mit Dampf. Da spezielle Bügelarbeitsplätze auch außerhalb großer Fertigungsstätten einzurichten sind, machen sich leicht zu transportierende Kleindampferzeuger notwendig.

Aus der DE 28 32 757 ist eine elektrische Meßanordnung für eine Einrichtung zur Druck-, Temperatur- und Füllstandsregulierung für Kessel bekannt, die in einer speziellen Sondenausführung die erforderlichen Kennwertgeber in einem Metallrohr vereinigt. Dabei erfolgt die Messung des Kennwertes über den Flüssigkeitsstand kapazitiv und die Messung von Temperatur bzw. Druck über die Größe eines temperaturabhängigen Widerstandes. Diese Kennwerte werden über Betätigungs- bzw. Unterbrechungssignale für die Flüssigkeitszufuhr und die Heizeinrichtung wirksam.

Mit der kapazitiven Meßmethode ist ein erhöhter elektronischer Aufwand für die Auswertlogik verbunden, der eine Wartung nur durch speziell geschultes Personal möglich macht. Dieser technischen Lösung fehlt es im praktischen Gebrauch an einer Niveaueinstellung von außen mit sofortiger Ablesemöglichkeit.

In der Praxis sind Dampferzeuger bekannt, die oberhalb des Dampfraumes über ein Sicherheits- und ein Rückschlagventil verfügen. Dabei ist das Rückschlagventil so geschaltet, daß der Dampfaustritt nach außen gesperrt wird und daß während der Abkühlung, also außerhalb des normalen Betriebes, durch den entstehenden Unterdruck im Kessel Luft von außen angesaugt werden kann. Im Wartungsfall müssen hier stets zwei Armaturen überprüft werden.

Aus der DE 19 16 631 sind ein Rückschlagventil am freien Ende der Dampfleitung und ein Lufteinlaßventil in einer Abzweigleitung der Kaltwasserversorgungsleitung bekannt. Beide Ventile haben die Funktion eines Rückschlagventiles gegen Über- und Unterdruck im Kessel. Nachteilig ist der erhöhte mechanische und platzmäßige Aufwand für diese zwei installierten Armaturen.

Die aus den weiteren Patentschriften bekannten Kleindampferzeuger, wie DE 34 01 155 und DD 33 112, sehen eine Speisung der Kessel mit kaltem Wasser vor. Die auftretende Erniedrigung des Dampfdruckes und der -temperatur mindern die Qualität des Dampfes beim Bügeln.

Weiterhin werden alle genannten Elektroden und Sonden innerhalb der Kessel in das siedende Wasser getaucht und geben häufig wegen der Blasenbildung verfälschte Signale ab. Es treten z. B. dabei häufig Irrtümer über das tatsächliche Wasserniveau auf.

Der bisher bekannte Kleindampferzeuger ist besonders störanfällig im Bereich der Füllstandsregelung und für den Fall einer Havarie im Ausschalten der Heizung bei Überhitzung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen leicht transportablen Kleindampferzeuger mit geringem Platz-, Material- und Energieaufwand zu entwickeln, der sich durch gleichbleibende Betriebsfähigkeit und fehlende Störanfälligkeit auszeichnet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine kurzfristige Betriebsbereitschaft eines Kleindampferzeugers mit einer minimalen Wassermenge zu arbeiten und dafür eine minimierte Gesamtkonstruktion zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß für den Einsatz einer minimalen Wassermenge und eine Minimierung des gesamten mechanischen Aufwandes wesentliche Funktionselemente wie eine Füllstandsregulierung, die Sicherung der elektrischen Heizung durch einen Trockengehschutz und eine optimale Ventilkombination gegen Über- und Unterdruck konstruiert wurden. Letztere setzt sich wie folgt zusammen: Über eine Stellmutter wird die Öffnungskraft des Sicherheitsventils eingestellt und mit Hilfe eines Gewindestiftes im Ventilgehäuse gesichert. Ein Ventilteller liegt an einem Bund im Innern des Gehäuses an, er wird über eine Druckfeder mit einer genau definierten Kraft gegen den Bund gedrückt. Die Druckfeder und dieser Ventilteller sind die bewegbaren Teile des Sicherheitsventiles. Die Federkraft der Druckfeder wird so eingestellt, daß bei Überschreiten eines definierten Druckwertes im Kessel der Ventilteller aushebt und demzufolge Dampf abgelassen wird. Ein zweiter Ventilteller und eine Druckfeder sind die bewegbaren Teile des Rückschlagventiles. Die Druckfeder wird von einem Sicherungsring abgestützt, der fest im Gehäuse eingelassen ist. Der Dampfdruck drückt den unteren gegen den oberen Ventilteller und sperrt damit den Dampfaustritt. Die Druckfeder des Sicherheitsventils sorgt während des Druckaufbaus für ein sicheres Schließen gegen den Austritt von Dampf.

Zur Gewährleistung einer kurzen Anheizzeit ist die Elektroheizung mit einer relativ hohen elektrischen Oberflächenbelastung ausgelegt. Um das Durchbrennen der Heizungsspiralen bei Trockenlauf zu verhindern, ist das Prinzip eines Lötpunktes zur Unterbrechung eines Stromkreises herangezogen worden. Am Ende des Heizungsstabes befindet sich eine Kupferbandschelle. An dem nach oben gerichteten Ende der Kupferbandschelle ist mit Lötzinn eine Zugfeder angelötet. Die andere Seite der Zugfeder ist in eine Bohrung eines zum Heizungsstab parallel befindlichen Leitungsstabes unter Zugspannung eingehängt. Der Leitungsstab steht zum Heizungsstab gegenüber Masse unter elektrischer Spannung. Ist der Stromkreis geschlossen, arbeitet die Heizung. Wird die Heizung durch Unterschreitung des Minimal-Wasserniveaus nicht mehr vom Wasser umspült, so steigt die Temperatur des Heizungsstabes schlagartig an. Innerhalb weniger Senkunden schmilzt die Weichlötstelle und mit Hilfe der Zugfeder erfolgt ein Unterbrechen des Stromkreises, dabei wird die Heizung abgeschaltet. Im Verlauf des Dauerbetriebes ist ggf. mit einer Ermüdung der Zugfeder zu rechnen, deshalb ist eine spezielle Nachstelleinrichtung entwickelt worden. Diese besteht aus einer Isolierdichtbuchse, die den Leitungsstab seitlich durch den Kessel führt. Dabei wird der Leitungsstab außerhalb des Kessels über Tellerfedern durch eine Mutter gesichert. Die am Bund konisch gestaltete Isolierbuchse sitzt in einer ebenfalls konisch gestalteten Bohrung des Verschlußdeckels. Durch Anziehen der Mutter werden einmal die Tellerfedern gespannt und zum anderen beide Konusflächen aufeinander gepreßt, wodurch gleichzeitig eine Verformung der Isolierdichtbuchse auftritt und damit der Leitungsstab in seiner Lage fixiert und gegen Dampfdruck abgedichtet wird. Gleichzeitig isoliert die Isolierbuchse den Leitungsstab gegen Berührungsspannung zum Kessel. Die Tellerfedern sorgen für einen gleichmäßigen Anpreßdruck während der thermischen Belastungen und der damit verbundenen Verformungen. Im Wartungszyklus wird durch Verstellen des Leitungsstabes die Spannung der Zugfeder nachgestellt. Der erfindungsgemäße Trockengehschutz ist durch die Beweglichkeit des Leitungsstabes einfach und schnell zu warten. Seine Wirksamkeit steht im unmittelbaren Zusammenhang nicht nur mit der Heizung, sondern auch mit der erfindungsgemäßen Füllstandsregelung. Zur Gewährleistung einer kurzen Anheizzeit mit der erforderlichen Dampfqualität ist eine möglichst geringe Wassermenge bei großer Wasseroberflächengestaltung und eine relativ hohe elektrische Heizleistung vorgesehen. Eine geringe Wassermenge bedeutet jedoch zwangsläufig eine genaue Füllstandsregelung. Erfindungsgemäß werden zur Einhaltung eines Maximal- bzw. eines Minimal- Wasserfüllstandsniveaus zwei vertikal bewegliche Elektroden verwendet, die mit definierter Höhendifferenz in den Kessel hineinragen. Es hat sich als günstig erwiesen, für die Herstellung von Dampf mit hohem Druck den Abstand zwischen Minimum- und Maximun- Füllstandselektrode größer zu halten als bei niedrigem Druck. Die spannungsführenden Elektroden werden jeweils in elastischen Isolierdichtbuchsen gelagert. Jede Isolierdichtbuchse wird in einer Verschraubung geführt, die mit einem Dichtring oben im Kessel eingeschraubt ist. Eine Konusmutter preßt beim Eindrehen in die Verschraubung eine elastische Isolierdichtbuchse allseitig auseinander, fixiert damit die Lage der Elektrode und dichtet den Dampfdruck nach außen ab. Der Innenkonus der Konusmutter verformt damit die Isolierdichtbuchse und auf die jeweilige Elektrode wird ein spezieller Anpreßdruck ausgeübt. Der untere Bund der Verschraubung und der Bund der Isolierdichtbuchse stauchen sich im Mittelbereich der Isolierdichtbuchse und es kommt zur Abdichtung und Fixierung der Elektroden. Zur optimalen Wirksamkeit der vertikal beweglichen Elektroden ist im unteren Bereich des Kessels für jede Elektrode ein Spritzwasserschutz eingeschraubt. Der Spritzwasserschutz besteht aus einem dünnwandigen Rohr, dessen unterer Teil in einem Gewindezapfen ausläuft. Am unteren Ende des Rohres befinden sich radiale Bohrungen, die den Wasserzu- und -ablauf entsprechend dem festgelegten Füllstandsniveau garantieren. Innerhalb des Spritzwasserschutzes ist damit eine Zone relativ beruhigten Wassers geschaffen. Eine erste Beruhigung des in den Kessel hineingepumpten Wassers tritt bereits in der erfindungsgemäßen Vorheizkammer unterhalb des Kesselbodens ein, in der das Wasser vorgewärmt wird. Außerdem wird durch den Nachlauf des vorgeheizten Wassers die Dampfqualität weitgehend konstant gehalten, dabei wird der zwangsläufig eintretende Abfall des Dampfdruckes so sehr minimiert, daß er sich nicht auswirkt. Die Vorheizkammer unterhalb des nicht isolierten Kesselbodens übernimmt die Wärme, die von dem kochenden Wasser an die Wandungen abgegeben wird. Damit verbessert sich der energetische Wirkungsgrad des Kleindampferzeugers.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Das kombinierte Sicherheits-Rückschlagventil

Fig. 2: Das Schaltschema der Ventile

Fig. 3: Einen Längsschnitt durch den Kessel mit einer verstellbaren Elektrode und Spritzwasserschutz

Fig. 4: Einen Querschnitt durch den Kessel mit Trockengehschutz

Fig. 5: Die Zusammenstellung

Auf dem Kessel 13 eines Kleindampferzeugers befindet sich ein kombiniertes Sicherheits-Rückschlagventil 19. Das Sicherheitsventil 12 besteht aus einer Stellmutter 1, einem Gewindestift 2, einer Druckfeder 3 und dem Ventilteller 5, die im Ventilgehäuse 4 untergebracht sind. Im gleichen Ventilgehäuse 4 befindet sich auch das Rückschlagventil 11, das aus dem Ventilteller 6, einer Druckfeder 7 und einem Sicherungsring 8 besteht. Der Dampf gelangt über den Dampfeingang 9 in das Ventil. Die Dampfentnahme aus dem Kleindampferzeuger erfolgt über das Ventil 10.

Im Verschlußdeckel 33 des Kessels 13 ist der Heizungsstab 14 angebracht, die Abdichtung wird über die Muttern 41 und die Dichtungen 42 abgesichert. Am entgegengesetzten Ende des Heizungsstabes 14 ist eine Kupferbandschelle 40 angebracht, die über die Weichlötstelle 39 mit einer Zugfeder 38 verbunden ist, die in einer Bohrung 37 eines Leitungsstabes 36 gehalten wird. Dieser Leitungsstab 36 wird in der Wand des Kessels 13 durch eine Isolierdichtbuchse 34 geführt, die von Tellerfedern 18 und einer Mutter 35 einstellbar gehalten wird. Die Tellerfedern 18 sorgen für einen gleichmäßigen Anpreßdruck der Isolierdichtbuchse 34, speziell bei Temperaturschwankungen. Im oberen Teil des Kessels 13 befinden sich zwei höhenveränderliche Elektroden 24, die in Isolierdichtbuchsen 23 geführt werden. Die Isolierdichtbuchsen 23 bilden mit der Verschraubung 21 und der Konusmutter 20 eine Durchführung. Diese Durchführung wird mit einem Dichtring 22 fest auf den Kessel 13 geschraubt. Die Elektroden 24 ragen im unteren Teil des Kessels 13 jeweils in einen Spritzwasser schutz. Die aus dünnwandigen Rohren bestehenden Einrichtungen zum Spritzwasserschutz sind im Kesselboden eingeschraubt. Die Gewährleistung des Wasserniveaus im Spritzwasserschutz 25 erfolgt durch die Bohrungen 26.

Unterhalb des nicht isolierten Kesselbodens befindet sich die Vorheizkammer 27, die maximal ein Viertel des Kesselfüllstandes einnimmt. Der Kessel 13 ist nach unten durch eine Dichtung 28, einen Verschlußdeckel 29 mit den Schrauben 30 abgeschlossen.

Die Wirkungsweise des Kleindampferzeugers ist folgende:

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, gelangt das enthärtete Leitungswasser aus dem Behälter 16 über die Pumpe 15 und das Rückschlagventil 17 in die Vorheizkammer 27. Das Wasser erwärmt sich hier auf ca. 100°C und strömt dann weiter durch einen Kanal in den Kessel 13. Der Kesselfüllstand wird durch die Elektroden 24 zwischen Minimum und Maximum geregelt, dabei wird die den Elektroden anliegende Spannung zur Wasseroberfläche geführt. Die Höhendifferenz zwischen den Elektroden 24 wird gering gehalten, da aufgabengerecht mit nur wenig Wasser im Kleindampferzeuger zu arbeiten ist. Für die Herstellung von Dampf mit höheren Drücken, z. B. 0,6 MPa, hat sich eine größere Höhendifferenz der Elektroden als praktisch erwiesen. Die Höheneinstellung jeder der Elektroden erfolgt über die Konusmutter 20 in der Verschraubung 21. Da die Genauigkeit der Regelung durch die Elektroden 24 eine glatte Wasseroberfläche erforderlich macht, wurde der erfindungsgemäße Spritzwasserschutz 25 jeweils im unteren Teil mit radialen Bohrungen 26 versehen, so daß das bei hoher Temperatur brodelnde Wasser beruhigt die Elektrode umspülen kann. Die Temperatur und damit auch die Dampfdruckhöhe im Kessel 13 werden über ein Potentiometer geregelt, das bekannt ist und deshalb nicht weiter erläutert wird.

Die Beheizung des Wassers erfolgt über den Heizungsstab 14. Falls es zu unvorhersehbaren Störungen in der Füllstandsregelung kommt und sich der Heizungsstab 14 durch Freiliegen überhitzt, schmilzt die Weichlötstelle 39 und, bedingt durch die Spannung der Zugfeder 38, wird der Heizungsstromkreis unterbrochen. Eine schnelle Instandsetzung der Heizung ist dann bei Entfernung des Verschlußdeckels 33 möglich. Da eine gleichbleibende Spannung der Zugfeder 38 gewährleistet sein muß, besteht bei evtl. Ermüdungserscheinungen im Dauerbetrieb die Möglichkeit durch Verstellen des Leitungsstabes 36 die Spannung zu regulieren. Der Dampf gelangt über das Dampfventil 10 an den Bügelarbeitsplatz. Das kombinierte Sicherheits-Rückschlagventil 19 gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit, die für Dampfdrücke von ca. 0,6 MPa bei Anwendung in Industrie und Haushalt unerläßlich sind.

Die erfindungsgemäße Ventilkombination arbeitet folgendermaßen:

Der Dampfdruck baut sich im Kessel 13 auf, der Austritt wird jedoch durch den Ventilteller 6 versperrt. Überschreitet der Dampfdruck den maximalen Wert, so hebt sich der Ventilteller 5 gegen die definierte Federkraft der Druckfeder 3 ab und der Überdruck wird abgelassen.

Mit dem Ausheben des Ventiltellers 5 bewegt sich zwangsweise synchron der Ventilteller 6.

Der Ventilteller 5 schließt wieder bei Erreichen der oberen Dampfdruckgrenze. Nach dem Abschalten der Heizung 14 im Kessel 13 setzt die Abkühlung ein, die einen Unterdruck hervorruft. Dieser Unterdruck bewirkt das Abheben des Ventiltellers 6 und es wird Außenluft in den Kessel 13 gesaugt. Damit bleibt das Wasserniveau im Kessel 13 erhalten.

Claims

1. Kleindampferzeuger für Industrie und Haushalt, ausgestattet mit Sicherheits- und Rückschlagventil, mit Trockengehschutz für die elektrische Heizung und mit Füllstandsregulierung, gekennzeichnet dadurch, daß sich an einer Dampfleitung (9) ein kombiniertes Sicherheits- und Rückschlagventil (19) befindet, daß ein Kessel (13) über eine elektrische Widerstandsheizung (14) beheizbar ist, die über eine Weichlötstelle (39) und eine Zugfeder (38) verfügt und daß zur Regelung des Wasserfüllstandes zwei in Isolierdichtbuchsen (23) befestigte Elektroden (24), die am Kesselboden jeweils in einen Spritzwasserschutz (25) tauchen, vorhanden sind, außerdem befindet sich unterhalb des Kesselbodens, verbunden durch einen Kanal, eine Vorheizkammer (27).

2. Kleindampferzeuger nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das kombinierte Sicherheits- und Rückschlagventil (19) aus einer Stellmutter (1), einem Gewindestift (2), einer Druckfeder (3) und einem Ventilteller (5), einem weiteren Ventilteller (6), einer weiteren Druckfeder (7) und einem Sicherungsring (8) im Ventilgehäuse (4) besteht.

3. Kleindampferzeuger nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrische Widerstandsheizung (14) mit der Weichlötstelle (39) und der Zugfeder (38) über einen Trockengehschutz verfügt, der über einen Leitungsstab (36) verstellbar angeordnet ist.

4. Kleindampferzeuger nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Leitungsstab (36) durch den Verschlußdeckel (33) von einer Isolierdichtbuchse (34) geführt und isoliert und von Tellerfedern (18) sowie einer Mutter (18) fixiert wird.

5. Kleindampferzeuger nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Höhenverstellung und Abdichtung der Elektroden (24) im oberen Teil des Kessels eine Durchführung, bestehend aus einer Isolierdichtbuchse (23), einer Verschraubung (21) und einer Konusmutter (20), eingesetzt wird.

6. Kleindampferzeuger nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektroden (24) in dünnwandige Rohre (25) hineinragen, die in ihrem unteren Teil radiale Bohrungen (26) haben und selbst im Kesselboden verschraubt sind.

7. Kleindampferzeuger nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die unter dem Kesselboden befindliche Vorheizkammer nicht mehr Volumen als ein Viertel des Kesselfüllstandes einnimmt.