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Selbsttätige Gas- und Wasserregelung für mit Niederdruck betriebene
Heißwassererzeuger, insbesondere für Groß-Kaffeemaschinen - Die Erfindung bezieht
sich auf gasbeheizte Niederdruckdampfkessel, insbesondere für Groß-Kaffeemaschinen
zum Bereiten von Kaffee, Tee o. dgl. Heißgetränken in Bewirtungsbetrieben, und betrifft
eine neue Ausbildung der Regelglieder für die Zufuhr von Frischwasser bzw. Gas in
Abhängigkeit von dem Dampfdruck und dem Wasserstand in dem Kessel.
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Es sind bereits von dem Dampfdruck gesteuerte Gas- und Wasserregler
für diese Niederdruckdampfkessel bekannt, die jedoch unabhängig voneinander arbeiten,
somit getrennte Wartung .erfordern und derart arbeiten, daß der Wasserregler nur
so viel Frischwasser dem Kessel zufließen läßt, als der Gasbrenner verdampfen kann,
um hierdurch den Druck in dem Kessel möglichst konstant zu halten. Diese Einrichtung
erfordert außerdem eine von dem Wasserstand gesteuerte Einrichtung, um die Wasserzufuhr
beim Erreichen des Höchstwasserstandes völlig abzusperren.
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Es sind ferner Wasserregler bekannt, die den Höchstwasserstand begrenzen
und die Wasserzulaufmen.ge mittels einer Drosseleinrichtung am Wassereinlauf regeln.
Bei diesen Einrichtungen ist zufolge der festeingestellten Drossel die einströmende
Wassermenge konstant, wobei die Drossel nach dem geringstzulässigen Wasserstand
in dem Kessel oder Boiler eingestellt sein muß, da sonst bei laufender Wasserentnahme
der Boilerdruck zu ' weit absinken oder in einen Unterdruck umrschlagen kann, wodurch
der Boiler vorübergehend außer Betrieb gesetzt werden würde.
Dabei
läßt sich mit diesen Einrichtungen die wirkliche Leistung des Boilers oder Kessels
nicht ausnutzen, da die zufließende Wassermenge konstant und nach dem niedrigsten
Wasserspiegel eingestellt ist. Da der Wasserinhalt des Boilers bei höchstem Wasserstand
ein Mehrfaches der geringstzulässigen Wassermenge ist, kann bei Heißwasserentnahme
bei höchstem Wasserspiegel viel mehr Frischwasser zufließen als bei niedrigem Wasserstand,
wenn der Betriebsdruck in normalen Grenzen gehalten wird. Der Gasregler muß dann
stets die volle Leistung hergeben, und die Heißwasserleistung wird größer, ohne
ausgenutzt werden zu können.
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Die Drosseleinrichtung unterliegt zudem leicht der Verschmutzung und
damit einer Verringerung der Wasserdurchflußmenge.
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Die Erfindung betrifft eine neue Ausbildung einer Gas- und Wasserregelung
für diese Niederdruckdampfkessel in Abhängigkeit von dem Dampfdruck und dem Wasserstand,
wobei beide Regler je nach der Betriebslage des Kessels gemeinsam oder unabhängig
voneinander gesteuert werden. Erfindungsgemäß sind bei einer selbsttätigen Gas-
und Wasserregelung für mit Niederdruck betriebene Heißwassererzeuger, insbesondere
für Groß-Kaffeemaschinen, die beiden Regler von einer unter dem Kesseldruck stehenden
Membran und der Wasserregler hiervon unabhängig von dem Wasserstand in dem Boilergesteuert.
Die Membran ist dabei zweckmäßig durch eine dem Kesseldruck entgegenwirkende Feder
belastet, die den Gasregler in der Offen= Stellung und den Wasserregler in der Schließlage
hält. Vorteilhaft ist dabei der Gasregler mit der Steuerfeder auf der denn Kesseldruck
ausgesetzten Seite der Membran entgegengesetzten Seite angeordnet, während der Wasserregler
über einen Hebel von der Kesseldruckseite der Membran gesteuert ist. Zur von der
Druckregelung unabhängigen Steuerung des Wasserreglers durch den Wasserstand ist
der Steuerhebel für den Wasserregler mit einem Schwimmergestänge gekuppelt, das
von der Membran in Richtung der S%hließlage des Wasserreglers mifnehnibar ist. Zur
Einregelung der beiden Regler dienen dabei voneinander unabhängige Stellglieder,
wie ferner Vorsorge getroffen ist, daß der Wasserregler von Hand geöffnet und die
Schwimmersteuerung ausgeschaltet werden kann.
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Die neue Ausbildung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert,
die einen Längsschnitt durch eine an einen Boiler angeflanschte Vorrichtung wiedergibt.
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An den Mantel 8 des durch den Boden 9 und den dicht abschließenden
Deckel i begrenzten Boilers 7 ist ein Gehäuse 15 durch eine Mutter 6 angeflanscht,
das den Tragzapfen 17 eines Schwenklagers 16 aufnimmt. Das Schwenklager 16 trägt
eine in eine Gabel 3 auslaufende Schwimmerstange 5 mit der Schwimmerkugel 2. In
eine Bohrung der Unterseite des Gehäuses 15 ist ein Stutzen 18 eingeschraubt, an
den mittels einer Überwurfmutter i9 in bekannter Weise das Steigrohr 2o angeschlossen
ist.
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Das untere Ende des Steigrohres 20 ist durch eine Überwurfmutter 21
mit einem Gehäuse 22 gekuppelt, das mit einem Flanschanschluß auf dem der Gaszufuhr
dienenden Gehäuse 39 sitzt. Eine zwischen den Flanschanschluß eingelegte Membran
42 trennt hierbei die Wasserkammer des Gehäuses 22 von der Gaskammer des Gehäuses
39. Auf der Membran 42 liegt lose eine Scheibe 41 mit aufragendem Stift 40, der
leicht abziehbar ein Zwischenstück 23 trägt. Das Zwischenstück 23 ist durch Verschraubung
von einer das Steigrohr durchsetzenden Steuerstange 14 gehalten, die mit einem kegel-
oder hall)kugelförmigen Kopf lose ausschwenkbar in einer Bohrung des Schwenklagers
16 aufgehängt ist. Das Gehäuse 15 trägt über der Stange 14 einen Stutzen
13. in dem eine Stellschraube 12 geführt ist.
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In der Wasserkammer 22 ist um einen Bolzen 24 ein doppelarmiger Hebel
27 gelagert, der mit einem Kugelkopf in eine Aussparung des Zwischenstückes 23 eingreift,
während eine an seinem anderen Ende angeordnete Stellschraube 26 auf den Ventilkegel
28 drückt, der mit einer Dichtung 29 auf dem Sitz eines Einsatzes 33 des Gehäuses
22 aufliegt. Der Ventilkegel 28 ist in dem Einsatz 33 geführt, wobei sein Eigengewicht
durch eine Feder ausgeglichen ist. Hebel 27, Ventilkegel 28 mit Feder und Dichtung
29 stellen den Wasserregler dar. In einem unteren Stutzen 34 des Gehäuses 22 ist
abgedichtet eine Spindel 35 geführt, durch die der Ventilkegel 28 von seinem Sitz
abgehoben Nverden kann. Das Gehäuse 22 ist über der Ventileinrichtung durch eine
Kappe 25 albgeschlossen und trägt an einem linken Auge das Wasserzulaufventil31
mit Anschlußrohr 32.
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Die Gaskammer 39 trägt in üblicher Weise an der Eintrittsbohrung den
nicht dargestellten Gasabsperrhahn und unter diesem die Kleinstellschraube 36, die
über die Nebenbohrungen 37, 38 nur so viel Gas durchtreten läßt, daß der durch die
Leitung i t angeschlossene Brenner io nicht erlischt.
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Unter der Membran 42 ist in einer Bohrung eines durch eine Mutter
47 abgedichteten Schraubstopfens 48 ein Stift 46 geführt, der eine auf der Unterseite
mit einer Dichtungsscheibe 44 versehene Platte 43 trägt. Die Platte 43 ist durch
eine um den Stift 46 geführte Feder 45 an der Membran 42 gehalten. Die Platte 43
bildet mit der Scheibe 44 einen Regelkolben, der den Durchgang des Gases von dem
Anschluß zu dem Brennerrohr i t regelt.
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Die Arbeitsweise der neuen Vorrichtung ist hierunter für einige Betriebszustände
erläutert.
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I. Die Vorrichtung sei außer Betrieb bei wesentlich unter dem Anschluß
des Gehäuses 15 liegendem Wasserspiegel in dem Boiler 7. Der Schwimmer 2 hängt mit
dem Gestänge 3, 5 , 16 in dem Boiler. Es kann nun auch bei geöffnetem
Wasserzulaufventil31 kein Wasser in den drucklosen Boiler 7 fließen, da die Feder
45 den Kolben 43 gegen die Membran 42 drückt, dabei die Teile 40, 41, 23, 14 anhebt,
so daß der Hebel 27 entgegen dem Drehsinn des Uhrzeigers ausgeschwenkt wird und
mit der Stellschraube 26 den Ventilkegel 28 auf seinem Sitz hält.
Der
gleiche Zustand stellt sich ein, wenn bei Erstinbetriebnahme überhaupt kein Wasser
in dem Boiler 7 ist. Zur Freigabe des Wasserzulaufes wird die Stellschraube 12 heruntergeschraubt,
wodurch die Stange 14 nach unten verschoben wird und dabei die Teile 23. 40, 41,
43, 46 mitnimmt. Der Doppelhebel 27 kommt von dem Zwischenstück 23 frei, und der
Ventilkegel 28 wird von dem Wasserdruck von seinem Sitz abgehoben, so daß das Wasser
durch die Kammer 22, Steigrohr 2o und das Gehäuse 15 in den Boiler eintreten kann.
Sobald .der Boiler ausreichend mit Wasser gefüllt ist, wird die Stellschraube 12
wieder zurückgedreht, worauf die Feder 45 die Teile- 44, 42, 41, 23 wieder anhebt
und der Hebel 27 den Ventilkegel 28 wieder auf seinen Sitz preßt.
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Da der Strömungsdruck des Wassers an dem Ventilsitz verhältnismäßig
gering ist, ist der Ventilkegel 28 durch eine Feder 3o entlastet.
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Sollte der Ventilkegel 28 nach längerer Betriebspause an seinem Sitz
kleben, so kann der Kegel 28 durch die Stellschraube 35 gelöst werden.
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Nach genügender Auffüllung des Boilers wird der Hauptgashahn geöffnet
und der Brenner 1o angezündet. Der Boiler wird jetzt aufgeheizt, ohne daß jedoch
weiteres Wasser zufließt.
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11. Steigt bei einem Betriebsdruck des Boilers von beispielsweise
o,4 bis o,6 atü durch die Verdampfung der Druck in dem Boiler auf 0,4 atü, dann
wird durch diesen Druck, der über das Steigrohr 2o auf die Membran 42 wirkt, die
Membran mit dem Kolben 43 entgegen der Wirkung der Feder 45 nach unten verschoben,
wodurch der Hebel 27 aus der Sperrlage freikommt und durch das Ventil 28
weiteres Wasser nachfließen kann, bis durch Druckabfall in dem Boiler die Feder
45 die Schließlage wieder herstellt. Auch bei Druckabfall durch übermäßige Dampfentnahme
aus dem Boiler wird der Wasserzufluß abgesperrt. Der Druck in dem Boiler kann also
niemals wesentlich unter den unteren Betriebsdruck absinken, und die Menge des zufließenden
Wassers richtet sich stets nach der Heizleistung des Brenners.
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Sofern der Wasserspiegel in dem Boiler 7 bis zum Stand 4 ansteigt,
wird durch den sich hebenden Schwimmer 2 die Stange 14 mit dem Zwischenstück 23
ebenfalls angehoben und sperrt damit über den Hebel 27 die - Wasserzufuhr ab. Dabei
bleibt jedoch die Platte 41 mit der :Membran 42 unbeeinflußt, und der Brenner heizt
weiter, bis die obere Grenze des Betriebsdruckes erreicht ist. Mit dem hierauf ansteigenden
Druck in dem Boiler wird die Membran 42 nach unten gedrückt, so daß durch den Kolben
43, 44 die Gaszufuhr zu dem Brenner fo gedrosselt oder abgesperrt wird, wobei dann
nur noch durch die Drosselbohrung 37, 38 so viel Gas nachströmen kann, daß die Brennerfiamme
nicht erlischt.
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111. Bei plötzlich erfolgender Entnahme von verhältnismäßig
viel Wasser aus dem Boiler sinkt der Schwimmer z mit dem Gestänge 3, 5, 16 ab, und
die Steuerstange 1.4, 23 gibt den Hebel 27 frei, so daß frisches Wasser nachströmen
kann. Dieser ungedrosselte Wasserzuflu$ hält an, bis bei einem Druck von etwa 0,4
atü (unterer Betriebsdruck) die Feder 45 die Membran 42 anhebt und das Zwischenstück
23 den Hebel 27 ausschwenkt. Der Wasserzulauf wird gedrosselt, und gleichzeitig
wird die Gasuttfuhr zu dem Brenner fo freigegeben, der nunmehr seine volle Leistung
hat, bis der Wasserspiegel den Stand 4 erreicht.
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IV. Sofern bei der Verwendung durch stark kalkhaltiges Wasser und
den sich hierdurch ergebenden Kalkanlagerungen an dem Schwimmer 2 die Schwimmerregelung
nicht mehr zuverlässig arbeitet, dann kann durch Niederschrauben der Stellschraube
12 die selbsttätige Regelung der Wasserzufuhr ausgeschaltet werden. Das Wasser wird
dann durch Handbedienung des Zuflußventils 31 dem Boiler zugemessen.
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Da alle beweglichen Teile außerhalb des Boilers liegen, sind sie mit
Ausnahme des Schwimmers nicht oder kaum einer Kalkablagerung ausgesetzt und afbeiten
daher stets zuverlässig.; Der Betriebsdruck des Boilers 7 kann durch Verstellen
der Spannung der Feder 45 mittels der Schraube 48 eingeregelt werden. Die Stellschraube
26 dient zur Einregelung der Stellung des Steuerhebels 27, und durch die Schraubverbindung
zwischen der Stange 14 und dem Zwischenstück 23 kann deren wirksame Länge eingestellt
und damit der Höchstwasserstand 4 bestimmt werden.