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Wärmeaustauschvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeaustauschvorrichtung,
insbesondere zur Temperaturregelung überhitzten Dampfes, bei welcher der mengenmäßige
Durchfluß wenigstens einer der beiden in Wärmeaustausch tretenden Stoffe durch ein
von einem Thermostaten aus gesteuertes Ventil beeinflußt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilsteuerung zu schaffen, bei
welcher Überregelungen vermieden werden, indem die unter dem Einfluß einer Temperaturänderung
erfolgende Bewegung des Regelventils in eine neue Stellung durch Steuereinrichtungen
zum Stillstand gebracht und rückgängig gemacht wird, die durch die Bewegung des
Ventils selbst in Tätigkeit treten. Dadurch soll erreicht werden, daß jede Stellung
des Regelventils einem bestimmten Temperaturbereich entspricht, so daß die Steuerbewegung
zur Ruhe kommt, sobald die erstrebte Temperatur erreicht ist; und dieser Zustand
auch aufs schnellste zurückkehrt, wenn sich der Gleichgewichtszustand der Anlage
durch vorgekommene Temperaturschwankungen vorübergehend geändert hatte. Vorzugsweise
arbeitet zu diesem Zweck der Thermostat auf zwei teilweise mit Flüssigkeit gefüllte
Behälter, die in kdmmunizierender Verbindung miteinander stehen und von denen der
eine Behälter eine Vorrichtung enthält, durch die das Regelventil in Abhängigkeit
von dem durch den Thermostaten eingeregelten Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter
eingestellt wird, während der andere Behälter einen mit dem Ventil verbundenen und
in die Flüssigkeit eintauchenden Verdrängungskörper aufnimmt, der die Verstellbewegungen
des Ventils mitmacht und damit durch Verdrängen bzw. Nachziehen von Flüssigkeit
den Flüssigkeitsstand in dem Behälter derart ändert, daß die Bewegung des Regelventils
rückgängig gemacht wird. Das Regelventil kann beispielsweise dadurch eingestellt
werden, daß in einem der kommunizierenden Gefäße ein Schwimmer vorgesehen ist, der
eine die Bewegung des eigentlichen Regelventils auslösende Druckflüssigkeit steuert.
Das Regelventil kann auch auf elektrischem Wege eingestellt werden. Zu diesem Zwecke
wird als Flüssigkeit in den kommunizierenden Behältern Quecksilber verwendet. Die
Mittel zum Übertragen der Schwankungen des Quecksilberspiegels bestehen dabei aus
elektrischen Kontakten, die mit dem Quecksilberspiegel in Berührung stehen oder
in seiner Nähe angeordnet sind, und einem Elektromotor, der sowohl mit den Kontakten
als auch mit dem Regelventil in Verbindung steht. Um jede Druckverschiebung in dem
vom Thermostaten beeinflußten Übertragungsstoff zu vermeiden, kann der Thermostat
mit einemvor die kommunizierenden Behälter geschalteten dritten Behälter verbunden
sein, in dem einstellbare Verdrängungskörper angeordnet sein können.
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Die Erfindung ist im einzelnen an Hand der zeichnerisch dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert.
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Die Abb. z, 2 und 3 zeigen Wärmeaustauscher mit drei Ausführungsmöglichkeiten
der erfindungsgemäßen Reglervorrichtung im Schnitt.
Abb.4 ist ein
Schaltbild der elektrischen Anordnung, wie sie bei den in Abb. 2 und 3
| dargestellten Anordnungen Anwendung finde " |
| kann. |
| Die Erfindung ist für die verschiedens @' |
| Anwendungsgebiete geeignet, insbesond '' ' |
| jedoch für die Temperaturregelung überhitzten, |
Dampfes, auf die sich die gezeichneten Ausführungsbeispiele auch beziehen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. i tritt überhitzter Dampf in die
Vorrichtung durch eine Leitung 95 ein und verläßt sie durch die Leitung
96. Der Wärmeaustauscher besteht aus einem Rohrsystem zog, welches von Wasser
durchströmt wird, das durch die Leitung zio zufließt. Der Dampf wird in den Behälter
97
durch eine Leitung iii eingeleitet und durch Berührung mit den Wandungen
der Rohre log abgekühlt. Der auf diese Weise abgekühlte Dampf wird in der Leitung
96, wie üblich, mit der übrigen Menge des überhitzten Dampfes wieder vereinigt.
Die anteilige Dampfmenge, die auf diese Weise in den Behälter 97 und durch
die Leitung 9g zu der Hauptleitung 96 zurückgeleitet wird, wird durch entsprechende
Einstellung der Ventile Zoo und ioi bestimmt, Das Maß der Kühlung wird bestimmt
durch die durch das Rohrsystem log geleitete Wassermenge, deren Größe durch das
Ventil io8 im Gehäuse 105 in Abhängigkeit von dem Thermostaten iö7 geregelt
wird.
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Bei dieser Anordnung kann man auch das Speisewasser ganz oder teilweise
durch das Rohrsystem log schicken und dadurch gleichzeitig eine Vorwärmung des Speisewassers
erreichen. Die Menge des durch das Rohrsystem iog fließenden Wassers wird durch
das Ventil iö8 selbsttätig geregelt. Nach Durchströmen des Rohrsystems log gelangt
das Speisewasser durch die Leitung ZZ?, in die Hauptspeisewasserleitüng 113 zurück,
in der sie sich gegebenenfalls mit dem an dem Wärmeaustauscher vorbeigeleiteten
Anteil des Speisewassers wieder vereinigt.
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Das als Thermostat dienende Gefäß 107 ist in bekannter Weise mit einem
geeigneten Stoff gefüllt und durch eine Rohrleitung 16 mit einem Behälter 40 verbunden.
Im unteren Teil dieses Behälters 4o befindet sich eine bestimmte Menge Quecksilber
18. Eine Leitung 2o verbindet den Boden des Behälters 40 mit einem weiteren Behälter
21. Die Rohrleitung 16 und der Räum des Behälters 40 oberhalb des Quecksilberspiegels
ist mit dem Stoff ausgefüllt, durch den die Druckänderungen in dem Gefäß 107 auf
den Behälter 40 übertragen werden. Steigt in dem Thermostaten 107 die Temperatur,
so wird sich der darin befindliche Stoff ausdehnen und auf die Oberfläche des Quecksilbers
18 einen Druck ausüben. Infolgedessen wird eine entsprechende Quecksilbermenge durch
die Leitung 2o in den Behälter 21 fließen, was weiter zur Folge hat, daß der Spiegel
des Quecksilbers 22
| dem Behälter 21 steigt. Diese Spiegel- |
| :-' erung des Quecksilbers in dem Behälter 2i |
| k'mit Hilfe geeigneter Mittel dazu benutzt, |
| e#Zufluß des Wassers durch die Leitung iio |
| 'u n Rohrsystem log durch das Ventil io8 zu |
steuern, und zwar wird ein Steigen, des Quecksilberspiegels in dem Behälter 9,1
eine Verkleinerung der Durchfiußöffnung zur Folge haben und umgekehrt.
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In den gezeichneten Ausführungsbeispielen wird die Spiegeländerung
des Quecksilbers 22 auf das Ventil io8 mit Hilfe eines Schwimmers 24 übertragen.
Durch Steigung des Schwimmers wird ein Schieberventil 25 mittels der Stange 26 nach
obexi verschoben, so daß eine beliebige Druckflüssigkeit durch die Leitungen 28
und 30 gegen die Unterseite des im Zylinder 32 verschiebbaren Kolbens 33
wirken und diesen aufwärts verschieben kann. Dieser bewirkt seinerseits durch die
Stange 34 eine Aufwärtsbewegung des Ventils io8 und dadurch eine Öffnung des Ventils
io8 bzw. eine Vergrößerung des Durchtrittsquerschnittes für das Wasser. Der 'eben
beschriebene Vorgang wird in umgekehrter Richtung verlaufen, wenn die Temperatur
des Dampfes in der Leitung 96 sinkt.
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Befindet sich das Schieberventil 25 in angehobenem Zustand, wird gleichzeitig
die Leitung 36 nach der Austrittsseite geöffnet, so daß die Druckflüssigkeit, welche
sich in dem Zylinderraum 31 oberhalb des Kolbens 33 befindet, durch die Leitung
36, das Rohr 37 und die Leitung 38 hindurch abfließen kann. In gleicher Weise wird,
wenn sich das Schieberventil 25
abwärts bewegt; der unter dem - Kolben 33
beßndliche Zylinderraum über die Leitung 30 und das Rohr 37 mit der Austrittsleitung
38 in Verbindung gebracht.
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In dem Behälter q.o befindet sich ein teilweise in das Quecksilber
eintauchender Verdrängungskörper 42. Dieser Körper ist durch eine Stange 43 mit
dem Kolben 33 verbuxiden, so daß, wenn sich der Kolben beispielsweise infolge Ansteigens
des Quecksilbers 22 aufwärts bewegt, die gleichzeitige Aufwärtsbewegung des Körpers
42 eine bestimmte Menge Quecksilber von dem Behälter 21 in den Behälter 40 zurücksaugt:
Dies hat umgekehrt zur Folge, daß der Schwimmer 24 wieder sinkt und das Schieberventil
25 in die Regelstellung zurückbewegt, in der beide Leitungen 30 und 36 geschlossen
sind.
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Um die Verwendung von Stopfbuchsen zu j vermeiden, steht der Behälter
21 in unmittelbarer Verbindung mit dem Rohr 37 und der darin angeordneten Schieberventilkammer.
Infolgedessen steht der Behälter 21 ständig unter dem gleichen Druck; der in dem
Rohr 37 herrscht. Die Stangen 34 und 43 gehen bei dieser Ausführungsform durch Stopfbüchsen
45.
Die Ausführungsform nach Abb.2 unterscheidet sich in zwei wesentlichen
Beziehungen von der eben beschriebenen. Zwischen dem Thermostatengefäß und der erfindungsgemäßen
Regelvorrichtung ist noch ein drittes mit den beiden anderen Gefäßen kommunizierendes
Gefäß zwischengeschaltet, und das Regelventil wird auf elektrischem Wege betätigt,
Der zwischengeschaltete dritte Behälter ist mit 17 bezeichnet. Dieses Gefäß steht
dann in der beschriebenen Weise durch die Leitung 2o mit den beiden oben beschriebenen
Gefäßen 40 und 21 in Verbindung. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist darin zu
erblicken, daß das zwischengeschaltete Gefäß 17 vollkommen abgedichtet werden kann,
da aus. diesem Behälter bewegte Teile, wie beispielsweise die Stange 43, nicht mehr
nach außen zu führen brauchen. Dadurch wird eine gleichbleibende zuverlässige Wirkungsweise
sichergestellt.
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Manchmal ist es wünschenswert, das Verhältnis des räumlichen Fassungsvermögens
der einzelnen Behälter untereinander ändern zu können. Diesem Zweck können verstellbare
Stangen, 47 dienen, die in den Behälter 17 eingeführt werden können und durch die
der wirksame Querschnitt des Behälters 17 und damit auch die Größe der Quecksilbermenge
in diesem Behälter um jeden gewünschten Betrag verändert werden kann.
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In dem Behälter 21 sind elektrische Kontaktstifte 50 und 51
angeordnet. Für gewöhnlich taucht der Kontaktstift 50 in das Quecksilber
ein, während sich der Kontaktstift 51 über dem Quecksilberspiegel befindet. Beide
Kontaktstifte sind durch Fassungen 52 gegen den Behälter 21 isoliert und sind in
diese Fassungen hineingeschraubt, so daß die unteren Enden der Kontaktstifte höher
oder tiefer eingestellt werden können in Anpassung an- die besonderen Verhältnisse.
Die Kontaktstifte sind in geeigneter Weise mit einem Elektromotor 53 verbunden,
der durch ein Ritzel 54 ein Zahnrad 55 antreibt. Das Zahnrad 55 ist zentrisch mit
einem Gewinde versehen, in welches ein gegen Drehung gesicherter, aber vertikal
verschiebbarer Schraubzapfen 56 eingreift. Der Schraubzapfen 56 ist mit der Stange
37 des Ventils 1o8 verbunden, so daß durch entsprechende Drehung des Rades 55 das
Ventil io8 gehoben oder gesenkt werden kann. Der Betriebsstrom fließt von der Zuführungsleitung
6o durch einen Transformator 61, falls ein solcher erforderlich ist, zu den Leitungen
62 und 63 (Abb. q.).
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Es ist noch nachzutragen, daß sich dieses Ausführungsbeispiel der
Abb. 2 von demin Abb. i wiedergegebenen dadurch unterscheidet, daß in Abhängigkeit
von Temperaturschwankungen nicht die durchfließende Wassermenge, sondern in bekannter
Weise die durchfließende Dampfmenge gesteuert wird. Wenn die Temperatur des Dampfes
in der Austrittsleitung 96 steigt, so wird infolge des ebenfalls steigenden Druckes
in dem Behälter 17 der Spiegel des Quecksilbers 22 steigen und mit dem Kontaktstift
51 in Berührung kommen. Auf diese Weise wird gemäß der Abb. q. ein elektrischer
Stromkreis über die Rohrleitung 2o, das Quecksilber 22, den Kontaktstift 51, die
Spule 64 und die Leitungen 65 und 63 geschlossen. Die Spule 64 schließt durch geeignete
Mittel den Schalter 66 und dadurch einen Stromkreis von der Leitung 62 über den
Motor 53, der Feldspule 73, den Schaltern 72 und 66 zu der Leitung 63. Auf diese
Weise wird der Motor in einer Drehrichtung angetrieben, in der das Ventil 1o8 mehr
geöffnet und der Zufluß von Dampf zu dem Gefäß 97 entsprechend erhöht wird.
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Fällt umgekehrt die Temperatur des Dampfes in der Leitung 96, so verläuft
der eben beschriebene Vorgang umgekehrt. Für gewöhnlich fließt der Strom von der
Leitung 62 über die Rohrleitung 2o, das Quecksilber 22 und den Kontaktstift 5o durch
die Spule 7o, so daß diese den Schalter 71 offen hält. Mit fallender Temperatur
der Flüssigkeit des Dampfes wird auch der Spiegel des Quecksilbers 22 fallen, und
sobald die Berührung zwischen dem Kontaktstift 50 und dem Quecksilberspiegel
abreißt, wird sich der Schalter 71 schließen, und der Strom kann dann von der Leitung
62 über den Motor 53, Feldspule 7o, Schalter 68, Leitung 67 und Schalter 71 zu der
Leitung 63 fließen. Der Motor wird infolgedessen in umgekehrtem Sinne umlaufen und
das Ventil 1o8 mehr schließen.
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Ebenso wie bei der Ausführungsform der Abb. 1 ist es notwendig, dafür
Sorge zu tragen, die Bewegungen des Ventils 1o8 rechtzeitig anzuhalten, um Übersteuerungen
zu verhindern. Diesem Zweck dient wiederum ein Verdrängungskörper 42, der zum Teil
in das Quecksilber 18 in dem Behälter 40 eintaucht und durch eine Stange 43 mit
der Ventilstange 37 verbunden ist. Bewegt sich das Ventil 1o8 infolge der 'Unterbrechung
der Berührung zwischen Quecksilber 22 und Kontaktstift 5o, so senkt sich gleichzeitig
auch der Verdrängungskörper und bedingt dadurch ein Ansteigen des Quecksilberspiegels
18. Dies bedingt auch ein Steigen des Quecksilbers 22, wodurch der Kontakt
50 wieder geschlossen und der Motor angehalten wird.
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Es können jedoch außerdem auch noch Begrenzungsvorrichtungen für die
Bewegung des Ventils 1o8 vorgesehen sein, um Überbeanspruchungen desselben zu verhindern.
Diesem Zweck dienen beispielsweise Begrenzungsschalter 68 und 72. An der Stange
43 ist ein zweckmäßig aus nicht leitendem Stoff hergestellter Finger 77 befestigt,
der, j e nachdem, ob sich die Stange 43 nach oben oder nach unten bewegt, die Schalter
72 oder 68 öffnet und dadurch den Stromkreis unterbricht. Um den
Finger
77 stets in seiner richtigen Lage zu halten und gleichzeitig auch den Schraubzapfen
56 gegen Drehung zu sichern, kann mit dem Schraubzapfen und dem Finger ein Arm 8o
fest verbunden sein, der frei verschiebbar in einen Längsschlitz 81 des Gehäuses
89 eingreift.
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Die Ausführungsform nach der Abb. 3 zeigt, daß die eben beschriebene
elektrische Ventilbetätigung auch mit Hilfe von nur zwei Behältern 2i und 40 möglich
ist. Auch bei dieser Ausführungsform entfällt die Notwendigkeit, aus dem Innern
des Behälters-2i bewegte Teile nach außen zu leiten. Die Gesamtanordnung ist außerdem
so gewählt, daß der Dampf ein Röhrensystem 118 innerhalb des Behälters
97
durchströmt, während Kesselspeisewasser o. dgl. in den. Behälter
97 durch eine Leitung ==g. eintritt und ihn durch eine Leitung z2o wieder
verläßt.