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Elektroden-Dampfkochkessel mit zwei Betriebsendstufen und mit stufenlosem
Übergang von der Vollast zur Kochstufe Bei den bekannten. Elektroden-Dampfkochkesseln
wird im Heizkessel eine Flüssigkeit durch den zwischen den Elektroden fließenden
Strom erhitzt und zum Teil verdampft. Der Dampf umspült den Kochkessel und erhitzt
damit das Kochgut im Kessel. Diese für große Kochgutmengen günstige Einrichtung
wird allgemein selbsttätig gesteuert in Abhängigkeit von. dem im Dampfraum sich
ausbildenden Druck. Wird bei im Heizkessel feststehenden Elektroden die Elektrolytflüssigkeit
verdrängt oder werden bewegliche Elektroden aus der Flüssigkeit herausgehoben, so
steigt oder sinkt die Stromstärke im Heizstromkreis. Diese Heizgeräte heizen das
Kochgut mit Vollast an, so daß das Anheizen an sich schnell vor sich geht. Alle
Änderungen des Druckes während des ganze Kochvorganges aber erfolgen langsam und
stetig, und der beim Steuervorgang zu erreichende Endzustand wird nur nach längerer
Zeit erreicht.
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Bei einer anderen Anordnung, welche die Betriebsstromstärke ebenfalls
lediglich. in Abhängigkeit vom Druck steuert, beginnt die Steuerung schon, wenn
der Höchstdruck noch gar nicht erreicht ist. Das Gerät wird also nicht voll ausgenutzt.
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Durch die beschriebenen, lediglich elektrothermisch sich abspielenden.
Vorgänge wird die gesamte Dauer des Kochens einer bestimmten Art und Menge von Kochgut
sehr verlängert, was zwei Nachteile mit sich bringt. Durch die Steuerung in Abhängigkeit
vom Dampfdruck allein treten Überhitzungen des Kochgutes ein, die ungünstig auf
dieses einwirken, weil die Nährstoffe im Kochgut zerfallen. Außerdem sind aber auch
die betriebswirtschaftlichen Verluste durch höhere Stromkosten und der Zeitverlust
beim Kochen
hoch und setzen die Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlage
herab.
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Bekannt sind auch schon Elektroden-Dampfkochkessel, bei denen der
untere Teil des Dampfraumes als Elektrolytraum mit Hauptelektroden ausgebildet ist,
während darunter der Aufnahmebehälter für den Elektrolyten mit Hilfselektroden angeordnet
ist, die in Abhängigkeit von dem Druck im Dampfraum ein- und ausgeschaltet werden.
Auch hier sind nur zwei Betriebsendstufen, nämlich eine Vollaststufe und eine Fortkochstufe,
vorhanden. Bei dieser Art von Dampfkochkesseln wird also die Wasserzufuhr zum Hauptelektr
odenraum durch den Druck im Hilfselektrodenraum beeinflußt und dadurch die Eintauchtiefe
der Hauptelektroden und damit gleichzeitig die Leistungsaufnahme des Kochkessels
gesteuert, so daß bei entsprechender Bemessung der Übergang von der einen Kochstufe
zur anderen stufenlos innerhalb weniger Sekunden erfolgen kann. Allerdings wird
beim Anheizen die Vollaststufe nicht sofort erreicht, weil das Wasser im Hauptelektrodenraum
erst entsprechend der Dampfbildung iin Aufnahmebehälter steigt.
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Ein noch schnellerer Übergang von der einen zur anderen Betriebsendstufe
läßt sich unter Vermeidung eines Aufnahmebehälters für den Elektrolyten und von
Hilfselektroden erreichen, wenn nach der Erfindung ein in Abhängigkeit vom Druck
im Dampfraum und von der Temperatur des Kochgutes elektromechanisch gesteuerter
Verdrängungskörper den Flüssigkeitsspiegel des Elektrolyten verändert.
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In den Fig. i bis 3 sind Ausführungsbeispiele des Kochgerätes und
der elektromechanischen Steuerung dargestellt.
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Das Kochgerät -besteht aus dem eigentlichen Kochkessel i i, der von
dem Heizkessel 12 mit dem Boden 13 und dem Deckel 15 dicht abgeschlossen wird. In
dem Raum unterhalb des Kochkessels i i sind die Elektroden 2i, 22# _ 23 und die
zylinderförmige Nullelektrode ;l konzentrisch um den Verdränger 16 herum angeordnet,
wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist.
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Der Verdränger 16 kann mittels einer durch die Stopfbuchse 14 geführten
Stange 17 auf und ab bewegt werden, wodurch der Spiegel der Elektrolytflüssigkeit
gesenkt oder gehoben wird. Die Bewegung des Verdrängers erfolgt mittels des Magneten
41, dessen Kern 19 an dem um den Punkt 38 drehbaren Hebel i8 angreift. Die Stopfbuchse
14 kann zum Abbremsen der Verdrängerbewegung ausgenutzt werden.
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Das Manometer 28 ist über das Rohr 27 mit dem Dampfraum des Heizkessels
12 verbunden. 26 ist ein Sicherheitsventil. Mittels des Füllrohres 25 kann Elektrolytflüssigkeit
in den Kessel i 2 eingefüllt werden.
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Ein Temperaturschalter 33, 34, dessen temperaturempfindliches Glied
in das Kochgut hineinragt, veranlaßt Schaltungen, wenn das Kochgut die eingestellte
Temperatur erreicht.
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Die Einrichtung nach Fig. i wirkt in folgender Weise: Durch Druck
auf den Einschaltknopf E erhält die Relaisspule 5.1 Strom und hält sich über den
Selbsthaltekontakt 55 selber den Strom. Die Spule 54. zieht ihren Kern ein und schließt
den Hauptschalter 51, 52, 53, wodurch die drei Elektroden 21, 22, 23 an Spannung
gelegt werden.
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Der Verdränger 16 liegt in seiner untersten Stellung, so daß der Elektrolyt
schon beim Einschalten die gesamte Fläche der Elektroden überflutet und die Beheizung
sofort in stärkstem Maße (Vollaststufe) einsetzt. Der freie Dampfraum oberhalb der
Elektrolytflüssigkeit kommt allmählich auf Druck, der auf das Kontaktmanometer 28
einwirkt. Dieses Manometer ist mit einem Nullkontakt 29 und einem beliebig verstellbaren
Kontakt 30 versehen. Der Manometerzeiger 31, der sich uni den Punkt 32 dreht, kann
vom Nullkontakt 29 an über den ganzen Bereich des Manometers spielen, also auch
über den einstellbaren Kontakt 30 hinaus.
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Sobald. der Druck das gewünschte Höchstmaß erreicht hat, berührt der
Zeiger 31 des Manometers den einstellbaren Kontakt 30, und damit -tvird ein Stromkreis.
von der Stromschiene O über den Kontakt 3o, den Zeiger 31 und seinen Drehpunkt 32
über die Relaisspule 36 nach dein Punkt ,12 geschlossen, der über den Hauptschalter
53 mit der Stromschiene T in elektrischer Verbindung steht. Das Relais 36 spricht
an und hält sich über die Selbsthaltekontakte 35 den Strom auch dann, wenn der Manometerzeiger
31 den einstellbaren Kontakt 30 wieder verlassen haben sollte.
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Mittels des Relais 36 werden die Kontakte 40 im Stromkreis der Magnetspule
4 i geschlossen. Der Kern i9 des Magneten 4.1 zieht den Verdränger 16 schnell, aber
ohne starken Ruck aus seiner tiefsten in die höchste gestrichelt gezeichnete Lage.
Damit die Verstellung nicht zu plötzlich erfolgt, ist der Kern i9- mit einer Dämpfung
2o versehen, die durch die Bremsung an der Stopfbuchse 14 unterstützt wird. Bei
der Aufwärtsbewegung des Verdrängers sinkt der Spiegel der Elektrolytflüssigkeit
so weit, daß der Elektrolyt nur einen kleinen Teil der Elektrodenfjüche bespült.
Dadurch wird der Betriebsstrom des Kochgerätes auf die wirtschaftliche Fortkochstufe
verringert. Die Herabsetzung der Stromstärke wird in wenigen Sekunden bewirkt.
Die
verringerte Stromstärke genügt, um den Druck im Dampfraum bzw. die Temperatur des
Kochgerätes auf der gewünschten Höhe zu halten.
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Sinkt der Druck aus irgendeinem Grunde zu weit ab, so berührt der
Zeiger 31 des Manometers den Nullkontakt 29, wodurch die Relaisspule 36 kurzgeschlossen
wird. Das Relais 36 läßt seinen- Kern 37 fallen und öffnet die Kontakte 4o. Der
Magnet 41 wird stromlos, wodurch der Verdränger 16 in seine tiefste Lage sinkt.
Hierdurch werden die Elektroden vollständig überflutet. Der Betriebsstrom erhält
wieder seine volle Stärke, und Druck und Temperatur wachsen an. Dieses Spiel wiederholt
sich, bis das Kochgut den gewünschten Zustand erreicht hat.
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Die Zugkraft des Magneten 41 kann durch einen Regelwiderstand 56 eingestellt
werden. Durch Druck auf den Knopf A wird der Betriebsstrom ausgeschaltet.
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Da die Temperatur im Kochgut je nach dessen Beschaffenheit beim Kochen
höhere oder niedrigere Werte :erfordert, wird durch einen Temperaturschalter 33,
34 dafür gesorgt, daß beim Überschreiten einer beliebig einstellbaren Temperatur
im Kochgut der Stromkreis der Relaisspule 36 geschlossen und damit der Magnet 41
eingeschaltet wird. Die Kontakte 34 des Temperaturschalters 33 liegen den Manometerkontakten
30, 31 und den Relaiskontakten 3 5 parallel. Die Betriebsstromstärke wird beim Ansprechen
des Magneten 41 und dem Anheben des Verdrängers 16, wie oben beschrieben, in wenigen
Sekunden herabgesetzt. Es erfolgt also im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen,
bei denen die Betriebsstromstärke mit zunehmendem Druck langsam und stetig herabgesetzt
wird, die Steuerung von Vollaststufe zu Fortkochstufe in kürzester Zeit.
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In Fig. 3 ist ein Kochgerät mit einer Steuerung dargestellt, bei der
auf Fortkochs.tufe eingeschaltet und dann sofort auf Vollaststufe umgeschaltet wird.
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Das Ein- und Ausschalten des Elektrodenstromkreis:es erfolgt wie bei
der Anordnung nach Fig.z durch Drücken auf den Einschaltknopf E und den Ausschaltknopf
A.
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Der Verdränger 16 befindet sich in. seinerhöchsten Stellung, taucht
also nur zu einem Teil in die Elektrolytflüssigkeit ein. Der Stromstoß beim Einschalten
ist also gering. Die Beheizung der Elektrolytflüssigkeit setzt zuerst schwach :ein.
Durch das Einlegen des Hauptschalters 53 wird ein Stromkreis von der Stromschiene
O über die Relaisspule 36, die Manometerkontakte 32, 29 und die Temperaturschalterkontäkte
33, 34 nach dem Punkt 42 und von da zur Stromschiene T ge, schlossen. Das Relais
36 spricht mit Verzögerung ar. und hält sich über die Kontakte 35 und die Temperaturschalterkontakte
33, 34 selbst den Strom, auch wenn beim Wachsen des Druckes im Heizkessel 12 der
Manometerzeiger 31 den Kontakt 29 verläßt.
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Von dem Relais 36 werden auch die Kontakte 4o im Stromkreis des Elektromagneten
41 geschlossen. Der Magnet zieht seinen Kern 14 gedämpft durch die Bremse 2o an
und zieht den Verdränger 16 in die Elektrolytflüssigkeit hinein, so daß die Elektroden
21 bis 24 mit einer gewissen Verzögerung nach dem. Zeitpunkt des Einlegens des Hauptschalters
vollständig in Flüssigkeit eingetaucht sind. Nun setzt der Heizvorgang mit voller
Stärke ein. Der Druck im Dampfraum oberhalb der Elektrolytflüssigkeit wächst und
damit auch die Temperatur des Kochgutes. Wird die gewünschte Temperatur im Kochgut
überschritten, so öffnet sich der Temperaturschalter 33, 34 das Relais 36 und damit
der Elektromagnet 41 werden stromlos, und der Verdränger bewegt sich wieder in seine
oberste Lage, die der Fortkochstufe entspricht. Wird die Höchsttemperatur im Kochgut
unterschritten, so schließt sich der Temperaturschalter, und sobald der Manometerzeiger
31 den Kontakt 29 wieder berührt, wird der Stromkreis des Relais 36 von neuem geschlossen
und der Elektromagnet 41 eingeschaltet. Der Verdränger 16 wird abwärts gezogen,
und das Kochgut wird wieder in voller Stärke beheizt. Das Spiel wiederholt sich
so lange, bis das Kochgut den gewünschten Zustand erreicht hat. Der Heizstrom kann
alsdann durch Drücken auf den Knopf -1 vollständig ausgeschaltet werden.
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Die beschriebene elektromechanische Steuerung hat den Vorteil, daß
sich die Umschaltung von Vollaststufe auf Fortkochstufc, und umgekehrt, rasch vollzieht.
Andererseits wird eine genaue und sicher wirkende Einstellung der Größen ermöglicht,
welche die Umschaltung veranlassen, wobei diese Einstellung dauernd erhalten bleibt.
Soll eine dieser Größen geändert werden, so ist das Nachregeln von außen her sehr
bequem im Gegensatz zu bekannten Ausführungen.
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Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen ist der
zylindrische Verdränger 16 zentral im Heizkessel 12 angeordnet. Dementsprechend
sind die Elektroden 21 bis 24 kreisförmig um den Verdränger herum angeordnet, wodurch
eine günstige Raumaufteilung erzielt wird. Die Nullelektrode 24 ist dabei als geschlossener
Zylindexausgebildet, der den Verdränger unmittelbar umgibt. Durch ihre Form und
Lage dient sie als Stauwand, welche Wirbelbewegungen der Elektrolytflüssigkeit beim
Verändern der Lage des.Verdräng.ers dämpft und gleichzeitig
einen
Korrosionsschutz für den Verdränger darstellt, wenn dieser aus Metall besteht. Wenn
keine Nullelektrode verwendet wird, so ist es zweckmäßig, an ihrer Stelle einen
geschlossenen Zylinder aus isolierendem Material als Stauwand und Korrosionsschutz
anzuordnen.
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Die beschriebene Veränderung des Spiegels der Elektrolytflüssigkeit
im Verhältnis zur Lage der Elektroden ist natürlich nicht an das in den Figuren
dargestellte Ausführungsbeispiel gebunden, sondern kann auch bei jeder anderen Anordnung
der Elektroden herbeigeführt werden.