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Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Erhitzung eines Mittels
in einem Erhitzer Es ist ein Verfahren zur Regelung der Erhitzung eines Mittels
in einem Erhitzer bekannt, bei welchem zwei übereinander angeordnete und über einen
Durchlaufkanal engeren Querschnittes verbundene Kammern kontinuierlich von einem
feuerfesten, wärmeübertragenden, vorzugsweise kugeligen Material von oben nach unten
durchströmt werden und die obere Kammer kontinuierlich mit einem Heizmittel, z.
B. Heizgas, in unmittelbarer Berührung mit dem durch sie strömenden feuerfesten,
wärmeübertragenden Material, die untere Kammer kontinuierlich mit dem zu erhitzenden
Mittel in unmittelbarer Berührung mit dem durch sie strömenden feuerfesten, wärmeübertragenden
Material unter Druck beschickt wird. Die Erfindung besteht darin, daß die Zufuhr
des Heizmittels in zwangläufiger Abhängigkeit sowohl von der Abweichung gegenüber
dem vorgewählten Druck des Heizmittels in der Zuleitung als auch von der Abweichung
der Temperatur des in Berührung mit dem feuerfesten, wärmeübertragenden Material
in der unteren Kammer erhitzten Mittels gegenüber einem vorgewählten Wert geregelt
wird.
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Es hat sich gezeigt, daß sich der Betrieb von Anlagen der in Frage
stehenden Art mit gutem Wirkungsgrad vollkommen automatisch regeln läßt, wenn man
von den vielen die Arbeitsbedingungen beeinflussenden variablen Größen, wie Temperatur
des Heizmediums, zugeführte Menge an Heizmedium,
Strömungsgeschwindigkeit
des Heizmediums, Geschwindigkeit, mit welcher das wärmeübertragende Material durch
die Kammern strömt, Konsistenz des :Mittels, Temperatur des zu erhitzenden Mittels,
Temperatur des erhitzen Mittels sowie einer großen Reihe von anderen Faktoren, einmal
die Temperatur des erhitzten Mittels in der unteren Kammer kontinuierlich mißt und
in Abhängigkeit von dieser Messung die Brennstoffversorgung der Heizeinrichtung
steuert und wenn man außerdem die Heizmittelzufuhr gegenüber einem vorgewählten
Druck des Heizmittels in der Zuleitung regelt. Diese laufende Kontrolle der Brennstoffzufuhr
auf kontinuierlichen Druck dient der Korrektur von durch Druckänderungen hervorgerufenen
Schwankungen der Brennstoffmenge, bevor solche Schwankungen zu schädlichen Änderungen
der Temperatur des die Kammer verlassenden Mittels führen:; es soll mit anderen
Worten erreicht werden, daß Schwankungen in der pro, Zeiteinheit zugeführten Brennstoffmenge
sich überhaupt nicht in Temperaturschwankungen des in der unteren Kammer erhitzten
Mediums auswirken.
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Eine noch genauere Regelung erhält man, wenn die Regelung der Zufuhr
des Heizmittels zusätzlich in Abhängigkeit von der Temperatur des feuerfesten, wärmeübertragenden
Mittels und/oder zusätzlich in Abhängigkeit von der zugeführten Menge an zu erhitzendem
Mittel und/oder zusätzlich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung
des durch die Kammer nach unten wandernden Stromes aus feuerfestem, wärmeübertragendem
Material erfolgt.
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Die Zeichnung erläutert das erfindungsgemäße Verfahren und zeigt Ausführungsformen
von Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens. Es stellt dar: Fig. i den
Aufriß, teilweise geschnitten, einer erfindungsgemäßen Anlage, Fig. 2 den Grun:driß
zu Fig. i, Fig. 3 einen Teil der Anlage der Fig. i, vergrößert und im Längsschnitt,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 zu Fig. 3, Fig. 5 einen Teil der Einrichtung
der Fig. 3, vergrößert im Schnitt, Fig.6 die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Kontrollsystems, Fig. 7 ein auf Druckunterschiede ansprechendes Gerät im vergrößerten
Maßstab, geschnitten, Fig.8 eine andere Ausführungsform des Kontrollsystems in schematischer
Darstellung, enthaltend Schutz- und Sperreinrichtungen, Fig. 9 die schematische
Darstellung eines in Abhängigkeit von drei Größen arbeitenden Kontrollsystems.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Anlage zu seiner Durchführung
können als Heizmittel wie auch als zu erhitzendes Mittel Flüssigkeiten und/oder
Gase benutzt werden. Im besonderen aber ist die Erfindung gedacht für die Verwendung
von heißen Gasen als Heizmittel und von Gasen, Dämpfen oder feinen Suspensionen
fester Körper als auf hohe Temperaturen zu erhitzende Mittel. Auf diese letzteren
Fälle sind die in der Zeichnung wiedergegebenen Einrichtungen abgestimmt. Es handelt
sich also im Beispielsfall um die Verarbeitung von gasförmigen Mitteln unter Druck.
Die Anlage (Fig. i) besteht aus einer oberen Heizkammer io, die normalerweise teilweise
gefüllt ist mit einer nach abwärts strömenden Säule aus feuerfestem, wärmeübertragendem
Material 14, welch letzteres von im Gegenstrom durchziehenden hocherhitzten Gasen
erhitzt wird. Unter der Kammer io befindet sich eine Absorptions- oder Reaktionskammer
i i, die dazu bestimmt ist, wärmeübertragendes Material 14 aus der oberen Kammer.
io aufzunehmen, und die normalerweise vollständig mit solchem Material gefüllt ist.
In der Kammer i i erfolgt die Erhitzung eines im Gegenstrom durchströmenden zweiten,
gemäß Annahme gasförmigen Mittels auf eine vorbestimmte Temperatur. Das am unteren
Ende der Kammer i i austretende abgekühlte Material 14 wird durch einen Elevator
12 in den oberen Teil der Heizkammer io zurückgefördert. Die Betriebsbedingungen
werden durch ein automatisch arbeitendes Kontrollsystem geregelt.
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Im unteren Teil der Heizkammer io ist eine ringförmige Verbrennungskammer
21 angeordnet, welche mit einem ringförmigen Auslaß 28 in das Innere der Kammer
io mündet, so daß die heißen Verbrennungsgase in die nach unten strömende, aus wärmeübertragendem
Material bestehende Säule 14 treten können. An sich können beliebige Brennstoffe
in der Verbrennungskammer 21 zur Verbrennung gebracht werden, um die zur Aufheizung
des wärmeübertragenden Materials 14 erforderlichen hocherhitzten Gase zu erzeugen.
Es kann auch Heizgas von einer außerhalb angeordneten Heizgasquelle bezogen werden.
Im Beispielsfall werden gasförmige Brennstoffe verwendet. Zu diesem Zweck sind an
diametral gegenüberliegenden Stellen der Wandung der Verbrennungskammer Brenner
angeordnet. Die Brenner werden über eine Leitung 34 mit Verbrennungsluft und über
eine Leitung 38 mit Brennstoff versorgt. Eine durch ein Steuerorgan regelbare Zuleitung
40 gestattet die Zuführung zusätzlicher Verbrennungsluft oder zurückgeleiteter Verbrennungsgase
zum Mischen mit den erzeugten Heizgasen in einem veränderlichen Mischungsverhältnis.
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Der kreisförmige Querschnitt der oberen Kammer io nimmt nach unten
allmählich ab und geht in einen Durchgangskanal 42 über, welcher die beiden Kammern
io und i i miteinander verbindet. Die untere Kammer i i ist auf ihrer ganzen'Höhevon
gleichförmigem kreisförmigem Querschnitt und besitzt an ihrem unteren Ende eine
durch ein Steuerorgan regelbare Zuleitung 52 für das zu erhitzende Mittel. Die Austrittsöffnung
54 für das erhitzte Mittel befindet sich im oberen Teil der Kammer 11,
und
zwar über dem Normalniveau der in dieser Kammer vorhandenen Säule der wärmeabgebenden
Masse. Die Abführung dieser Masse aus der Kammer i i wird geregelt durch einen verstellbaren,
geneigten Absperrschieber 57 am Eingang einer
Entleerungsvorrichtung,
die zugleich den gasdichten Abschluß bildet. Eine solche Entleerungsvorrichtung
ist beispielsweise ein mehrschächtiges Umlaufförderrad 59, das durch einen Elektromotor
6o über ein Untersetzungsgetriebe 61 mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben
wird (Fig. i und 5). Die wärmeübertragende Masse, welche durch die Kammer io, den
Durchgangskanal 42 und die Kammer i i nach unten strömt, besteht aus hitzefesten,
kugeligen Teilchen, die einen Durchmesser von ungefähr 1,25 cm besitzen. Das Förderrad
59 fördert in den unteren Einlaß des Elevators 12, der die kugelige Materialmasse
zum oberen Einlaufrohr 2o der Kammer io zurückfördert. Die Geschwindigkeit der Becher
67 des Elevators kann geregelt werden durch Änderung der Geschwindigkeit des Antriebsmotors
68 oder durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses eines dazwischenliegenden Getriebes.
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Im normalen Betrieb sind die Kammern io und i i und der Verbindungskanal
42 mit kugeligem, wärmeübertragendem Massematerial der gewünschten Größe und Form
gefüllt bis zu den aus Fig. 3 ersichtlichen Standhöhen. Die Massesäule bewegt sich
kontinuierlich nacheinander durch die obere Kammer, den Verbindungskanal und die
untere Kammer, und zwar mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit, welche durch
die Stellung des Absperrschiebers 57 und die Umlaufgeschwindigkeit des Förderrades
59 geregelt wird. Die Bewegung bleibt infolge der Formgebung der Kammern und des
Verbindungskanals in allen Masseteilchen der Säule kontinuierlich, solange das Förderrad
arbeitet. In die Verbrennungskammer 21 wird Brennstoff geleitet; die erzeugten Heizgase
strömen durch den ringförmigen Einlaß 28 in den unteren Teil der oberen Kammer io
und durchströmen die Zwischenräume zwischen den Masseteilchen der nach unten wandernden
Massesäule im Gegenstrom und in unmittelbarer Berührung mit den nach unten wandernden
Masseteilchen; letztere werden hierbei wirksam auf hohe Temperatur erhitzt. Die
Heizgase verlassen die obere Kammer io durch die Auslaßöffnung i8 mit verhältnismäßig
niedriger Temperatur. Die hocherhitzten kugeligen Masseteilchen gelangen als Säule
durch den Verbindungskanal 42 in die untere Kammer i i. Das zu erhitzende Mittel,
z. B. Luft, Dampf, Naphtha od. dgl., wird in die Kammer i i über die Leitung 52
unter einem vorbestimmten Druck zugeführt, durchströmt die Zwischenräume der in
der Kammer i i enthaltenen Masseteilchen im Gegenstrom nach oben und wird hierbei
durch Wärmeübertragung erhitzt; es tritt mit der gewünschten Temperatur bei 54 aus.
Die wärmeübertragende Masse entleert sich durch das Förderrad 59 und wird durch
den Elevator 12 über den Einlaß 2o zur oberen Kammer io zurückgebracht.
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Der relative Druck in den Kammern io und i i sowie in der Strömung
zwischen diesen beiden Kammern oder das Fehlen einer solchen Strömung werden durch
nachstehend beschriebene Einrichtung geregelt. Diese Einrichtung ist schematisch
in Fig. 6 gezeigt. Sie beruht auf der Erhaltung des gewünschten Verhältnisses der
in den beiden Kammern herrschenden Drücke in der Weise, daß der Druckunterschied
an übereinanderliegenden Punkten in dem Durchgangskanal 42 oder an den entgegengesetzten
Enden desselben herangezogen wird zur Regelung des Gasaustritts aus der oberen oder
der unteren Kammer zwecks Herstellung der gewünschten Druckverhältnisse. Vorzugsweise
wird der Gasaustritt aus der oberen Kammer durch eine am Austrittsende eingebaute
Klappe reguliert, weil an dieser Stelle die Temperatur verhältnismäßig niedrig ist.
Die Einrichtung zur Kontrolle der Druckdifferenz besteht aus einem Übertragungsgerät
8o, das auf die Druckunterschiede zwischen dem unteren Teil der oberen Kammer io
und dem Raum im oberen Teil der unteren Kammer i i anspricht, und einem Empfangsgerät
82. Durch letzteres wird in der Druckluftleitung ein Druck eingestellt, welcher
der Druckdifferenz entspricht, und auf ein Relais 83 übertragen, das seinerseits
einen Kontrolldruck bestimmt, der auf ein Wählerventil 84 und von hier auf einen
Servomotor 85 übertragen wird. Letzterer dient der Steuerung einer Regelklappe i9
in dem Gasauslaß 18.
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Die Einrichtung arbeitet in der Weise, daß bei Abweichung der Druckdifferenz
von einem gewünschten Wert die Stellung der Regelklappe sofort und proportional
derart verändert wird, daß die Druckbedingung in der oberen Kammer auf den gewünschten
relativen Wert wiederhergestellt wird. Mit- anderen Worten, das Relais 83 bewirkt
die Verstellung der Klappe i9 so lange, bis der Druck in der oberen Kammer den vorbestimmten,
gewünschten Wert erreicht. Das Wählerventil 84 ist so eingerichtet, daß die Steuerung
der Klappe i9 vom automatischen auf Handbetrieb umgestellt werden kann, wenn die
Anlage gestartet oder stillgesetzt werden soll.
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In Fig. 7 ist das Gerät 8o im vergrößerten Maßstab gezeigt. Die Messung
der Druckdifferenz stellt insofern ein besonderes Problem dar, als das Mittel in
der Kammer io gewöhnlich ein im wesentlichen trocken-es Gas ist, während das Mittel
in der Kammer i i kondensierbar sein kann, -wie beispielsweise Dampf, Naphtha od.
dgl. Aus diesem Grunde müssen bei der Planung und Konstruktion des in Abhängigkeit
von .der Druckdifferenz arbeitenden Gerätes 8o Maßnahmen getroffen. werden, um die
.Möglichkeit von Fehlmessungen zu vermeiden, die dadurch entstehen. können, daß
in der Verbindun,g,sleitung zur Kammer i i und möglicherweise in dem Gerät 8o selbst
Dampf kondensiert. Zweckmäßig wird das Gerät 8o an oder über dem Verbindungsrohr
toi zur Kammer i i angeordnet.
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Das Gerät (Fig. 7) ist in. ein Gehäuse 203 eingebaut, welches
Drücken in der Größenordnung von 127 cm Wassersäule hinreichenden Widerstand bietet,
obwohl natürlich das Gehäuse auch auf höhere Drücke dimensioniert sein kann. In
dem Gehäuse eingeschlossen .ist ein dehnbarer und komprimierbarer Balg 204, welcher
das Innere des Gehäuses 2o3
in zwei Kammern 205 und 2o6 unterteilt.
Das Rohr Zoo verbindet die Heizkammer io mit der Kammer 2o6, das Rohr toi die Reaktionskammer
i i mit der Kammer 205.
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Der Balg 2o4 trägt einen nach oben gerichteten Arm 207, dessen oberes
Ende als Magnetkern 2.o8 ausgebildet oder mit einem solchen versehen ist. Diesem
Magnetkern sind drei Wicklungen 209, 210 und 211 zugeordnet. Die Wicklung Zog ist
an eine Wechselstromquelle angeschlossen.. In den Wicklungen 21o und 211 wird :bei
Bewegung des Kernes 2o8 nach oben oder unten Strom induziert. Der Kern 2o8 und die
Wicklungen Zog, 2io und 211 bilden durch Zusammenwirken ein Fernübertragungssystem.
Die Wicklungen sind in Fig. 7 nur schematisch wiedergegeben; sie können konzentrisch
oder Ende an Ende hintereinander, den Kern, umgebend, angeordnet sein. Dem Differenzdruck
zwischen den Leitungen Zoo und toi wird durch eine Feder 212 das Gleichgewicht gehalten;
diese Feder befindet sich unter einer leichten Vorspannung, so daß sie gedehnt oder
zusammengedrückt werden kann und so das Instrument befähigt, aus einer neutralen
Stellung, welche dem Differenzdruck Null gegenüber der Atmosphäre entspricht, nach
einer der beiden Richtungen zu arbeiten. Mit anderen Worten, das Instrument reagiert
auf einen Plus-oder Minusdifferenzdruck zwischen den Kammern io und ii. Der Registrierstift
des Instrumentes 82 zeigt auf einer Schreibunterlage an, ob der Druck in dem Durchgangskanal
42 ausgeglichen ist oder ob eine Strömung nach oben oder unten von einer derbeiden
Kammern in die .andere stattfindet.
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Bei der Ausführungsform der Fi.g. 6 ist eine Einrichtung vorgesehen,
welche eine laufende Regelung des in der Verbrennungskammer 21 verfeuerten Brennstoffstromes
in Abhängigkeit von einer laufenden Kontrolle der Temperatur des die Kammer i i
durch die Leitung 54 verlassenden Stromes des erhitzten Mittels vornimmt. Der Zweck
dieser Kontrolle ist die Erhaltung .der Temperatur des austretenden Mittels (Dampf)
auf einem vorbestimmten Wert bzw. die Rückführung der Temperatur auf diesen Wert
bei Abweichungen von demselben.
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In der Brennstoffzuleitung 38 befindet sich ein Regelorgan 213, durch
welches die Brennstoffzuführung zu dem Heizraum 21 verändert werden kann. Normalerweise
wird die Menge des zu verbrauchenden Brennstoffes automatisch konstant gehalten.
Dies geschieht durch dauernde Kontrolle der Strömung; hierzu dienen eine in der
Rohrleitung 38 angeordnete Düse oder Drosselöffnung 214, eine auf Druckunterschiede,
hervorgerufen durch die Drosselöffnung 214, ansprechende Vorrichtung 215 und ein
pneumatisches Steuerventil, das allgemein mit 216 bezeichnet ist. Letzteres wird
durch das Gerät 215 betätigt und bewirkt die Einstellung eines Leitungsdruckes,
der das Regelventil 213 steuert.
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Das Ventil 216 besteht aus einem stationären Ventilgehäuse 217 und
einem beweglichen Ventilglied 218. Das Gehäuse 217 besitzt eine zentrale Einlaßöffnung,
die mit einer geeigneten. Druckluftquelle in Verbindung steht (in Fig. 6 durch Pfeil
über der Bezugsziffer 2z6 angedeutet). Die das Steuerventil betretende Druckluft
gelangt in einen Durchgangskanal und strömt an geeigneten, in Fi,g. 6 ,durch zwei
Kugeln angedeuteten Steuerschiebern, welche von dem beweglichen Glied 218 getragen
sind, vorbei ins Freie. Das Ventilgehäuse 217 ist außerdem mit einer Auslaßöffnung
Zig versehen; der Druck in letzterer wird bestimmt durch die Lage des unteren Steuerschiebers
des beweglichen Ventilgliedes 218. Bewegt sich letzteres nach unten, so wird der
in der Auslaßöffnung 219 herrschende Druck allmählich ansteigen; umgekehrt wird
der Druck in der Auslaßöffnung Zig fallen, wenn das bewegliche Ventilglied 218 sich
nach oben bewegt. Der so in der Auslaßöffnun.g sich einstellende Druck wird auf
einen auf Druck ansprechenden Servomotor 22o übertragen, der das Regelorgan 213
steuert. Wird beispielsweise angenommen, daß der Brennstoffstrom in der Rohrleitung
38 steigt, so wird das :bewegliche Ventilglied 2i8 nach oben bewegt; hierdurch wird
der Druck in der AuslaßöffnungZig niedriger; das Regelorgan 213 wird in der Schließrichtung
verstellt, so daß der Brennstoffstrom auf das gewünschte Maß zurückgeht. Eine Abnahme
des Brennstoffstromes verursacht eine Bewegung :des Ventilgliedes 218 nach unten;
dies bedeutet eine Erhöhung des auf den Servomotor z2dwirkenden Druckes; das Regelorgan
213 wird im Sinne des Öffnens verstellt und bewirkt auch in, diesem Falle ein. Zurückgehen
des Brennstoffstromes auf den gewünschten. Wert.
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Das bewegliche Ventilglied 218 unterliegt auch der Steuerung durch
einen Nocken 221. Dieser Nocken wird erfindungsgemäß automatisch gesteuert durch
Mittel, die in; Abhängigkeit von der Temperatur des die Kammer i i durch den Auslaß
54 verlassenden Mittels (Dampf) arbeiten, um diese Temperatur auf einem vorbestimmten
oder gewünschten Wert zu erhalten. Die laufende Kontrolle der Brennstoffzufuhr dient
der Korrektur von durch Änderungen des Brennstoffdruckes od. dgl. hervorgerufenen
Schwankungen der zugeführten Brennstoffmenge, bevor solche Schwankungen zu. unerwünschten
Änderungen der Temperatur des die Kammer i i verlassenden Dampfes führen. Im allgemeinen
ist zu sagen, daß das in Abhängigkeit von der Temperatur arbeitende -Gerät die Brennstoffzufuhr
auf die normale oder Standardmenge einstellt und daß hierauf die den Brennstoffzustrom
regelnde Einrichtung die zugeführte Menge auf diesem Normal- oder ,Standardmaß erhält.
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Der Nocken 22i wird durch einen Wechselstrommotor 2z2 gesteuert, der
einen gewickelten Rotor und Statorwicklungen 22,3 und 224 besitzt. Letztere
sind elektrisch um go° zueinander versetzt. Der Motor ist mit einem Kondensator
225 versehen, der, wenn der Motor läuft, in Reihe mit einer der beiden Wicklungen
223 und 224 liegt, je nach der Drehrichtung. Ein derartiger Motor läuft als Zweiphasenwechselstrommotor
und kann nicht nur In der Drehrichtung umgekehrt werden, sondern ist auch während
des Laufes in einer .Drehrichtung .geschwindigkeitsveränderlich. Die für Geschwindigkeit.
sregelung
erforderliche Schaltung .ist, um die Zeichnungen nicht unübersichtlich zu machen,
nicht dargestellt.
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Zur elektrischen Steuerung des Motors 222 dient eine Wheatstonesche
Wechselstrombrücke, die allgemein mit 226 bezeichnet ist und welche als Brückenwiderstände
einen Widerstand 227 und regelbare 'Widerstände 2a8, 229 und 23o besitzt. Der Widerstand
227 befindet sich in einer Hülse oder Büchse der Leitung 54 und hat einen Widerstandswert,
der sich in Abhängigkeit von der Temperatur des die Kammer i i über die Leitung
54 verlassenden Mittels ändert. Auf diese Weise ist der Widerstand 227 der Wheatstoneschen
Brücke 226 abhängig von der Temperatur. Die Widerstände 228 und 229 sind von Hand
verstellbar zum Zweck der Abstimmung des Stromkreises der Brücke. Dem von Hand regelbaren
Widerstand 230 ist eine Skala 231 zugeordnet; dies gibt die Möglichkeit,
die Standardtemperatur des ausströmenden Dampfes oder Gases, auf welcher das System
gehalten werden soll, einzustellen.
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Änderungen im Widerstand des Elementes 227, hervorgerufen durch Temperaturänderungen
des austretenden Dampfes oder Gases, bewirken, daß die Brücke 226 bezüglich Polarität
oder Phase des Stromes in der Leitung 232 gegenüber der Polarität oder Phase des
durch die Stromquelle 233 erzeugten Stromes aus dem Gleichgewicht gerät. Diese Änderungen
in Polarität oder Phase werden über einen Verstärker 237 dazu benutzt, um den Motor
222 wahlweise in der einen oder anderen Richtung ansprechen zu lassen, wodurch der
Nocken 221 entsprechend verstellt wird. Gleichzeitig wird, wie in Fig. 8 dargestellt,
ein Zeiger 238 relativ zu einer Skala 235 bzw. für die fortlaufende Aufzeichnung
auf einer umlaufenden Zeitkarte 236 eingestellt.
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Die mechanische Verbindung zwischen dem ,Motor 222 und dem Nocken
221 ist nur schematisch dargestellt; sie kann aus einem Getriebe od. dgl. bestehen,
derart, daß der Nocken 221 normalerweise zwischen zwei Winkel;grenzstellungen von
weniger als 36o° über den Arbeitsbereich des Kontrollgerätes eingestellt wird. Wenn
die Temperatur des ausströmenden Dampfes oder Gases, repräsentiert durch den Wert
des Widerstandes 227, auf dem gewünschten Wert ist, dann nimmt der Nocken 221 die
vorbestimmte Nullstellung ein., und das System ist im Gleichgewicht.
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Ändert sich die Brennstoffzufuhr in der Leitung 38 aus irgendeinem
Grunde, beispielsweise durch Änderungen des Druckes, dann verstellt das auf Druckschwankungen
ansprechende Gerät 215 das bewegliche Ventilglied 218 und bewirkt die Verstellung
des Regelorgans 213 im Sinne der Vergrößerung oder Verkleinerung der ausströmenden
Brennstoffmenge auf das konstant zu haltende Maß. Die selbsttätige Verstellung erfolgt
bei jeder vorbestimmten Temperaturstellung des Nockens 221, d. h. bei jeder Stellung
dieses Nockens, die einer vorbestimmten Temperatur des an dem Widerstand 227 vorbeiströmenden
Dampfes oder Gases entspricht. Sollte diese Temperatur in der einen oder anderen
Richtung von dem gewünschten Standardwert abweichen, wobei angenommen wird, daß
die zugeführte Brennstoffmenge konstant gehalten ist, so bewirken die dadurch hervorgerufene
Änderung des Widerstandes 227 und der Gleichgewichtsverlust der Brücke 226 eine
Verstellung des Nockens 22i durch den Motor 222 und damit eine Verstellung des Regelorgans
213 über das bewegliche Steuerventilglied 218 mit der Wirkung, daß durch
Korrektur der zugeführten Brennstoffmenge die Abweichung der Temperatur des ausströmenden
Dampfes von dem gewünschten Temperaturwert ausgeglichen wird.
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Es wird also durch das beschriebene Kontrollsystem erreicht, daß,
wenn die tatsächliche Temperatur von der gewünschten abweicht, die Menge des korrigierenden
Mittels (Brennstoff) im Sinne der Wiederherstellung der Temperatur des gewünschten
Wertes verändert wird. Das System spielt nur dann in die Ruhelage ein, wenn das
ausströmende Mittel (Dampf) die gewünschte Temperatur besitzt.
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Im allgemeinen arbeitet das beschriebene System unter einer laufenden
Kontrolle des in der Verbrennungskammer 2i verfeuerten Brennstoffes unter zusätzlicher
Kontrolle in Abhängigkeit von der Temperatur des austretenden Mittels, um diese
Temperatur auf einem bestimmten Wert zu erhalten. Bei der Ausführungsform der Fig.6
ist gewährleistet, daß das System auf jede Abweichung der Brennstoffzufuhr von einem
vorbestimmten Maß oder auf jede Abweichung der Temperatur des austretenden Mittels
(Dampf) von einem vorbestimmten Wert außerordentlich rasch anspricht.
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Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der im wesentlichen
die Temperatur des austretenden wärmeaufnehmenden Mittels (Dampf) als Mittel zur
gleichzeitigen Kontrolle der Brennstoffzufuhr zur Verbrennungskammer 21 und der
Zirkulationsgeschwindigkeit der wärmeübertragenden Massesäule durch Änderung der
Umlaufgeschwindigkeit des Förderrades 59 benutzt wird. Wie schon oben ausgeführt,
kann die Temperatur des die Kammer i i verlassenden Dampfes geändert werden, entweder
durch Änderung der Feuerung und dadurch der Temperatur, auf welche die wärmeübertragende
Masse erhitzt wird, oder durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der aus kugeligen,
wärmeübertragenden Masseteilchen bestehenden Säule, die sich von der Kammer io zu
der Kammer i i und durch dieselbe bewegt, und damit durch Änderung der von den Masseteilchen
auf den im Gegenstrom durch die Kammer i i ziehenden Dampf übertragenen Wärmemenge.
Um eine Kontrolle der Temperatur, auf welche die Masseteilchen selbst erhitzt werden,
zu erhalten, wird ein auf diese Temperatur ansprechendes Gerät vorgesehen, von welchem
aus das die Brennstoffzufuhr steuernde Organ geregelt wird.
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Das Widerstandsthermometer, welches ein temperaturempfindliches Widerstandselement
27 einschließt, ist ähnlich dem in Fig. 6 beschriebenen Gerät; Abweichungen der
Temperatur des austretenden
Dampfes gegenüber der vorbestimmten
optimalen Temperatur bewirken eine Drehung des Motors 222 in der einen oder anderen
Richtung. Der Motor verstellt den Schreibstift 238 relativ zur Skala235 bzw. zurSchreibunterlage236
zumZweck der Anzeige und kontinuierlichen Aufzeichnung der tatsächlichen Temperatur
des austretenden Dampfes. Der Motor 222 verstellt gleichzeitig mechanisch über ein
Getriebe das eine Ende eines nachgiebig aufgehängten Steuergliedes239. Schließlich
arbeitet der Motor 222 auch auf das bewegliche Glied eines Rheostaten 24o, der die
Geschwindigkeit des Antriebsmotors 6o für den Förderer 58 regelt. Selbstverständlich
könnte der Motor 222 ebensogut auf das regelbare Getriebe 61 zwischen dem Motor
6o und dem Förderer 58 wirken. Es ist ersichtlich, daß der Motor 222, ansprechend
auf Änderungen der Temperatur des bei 54 austretenden Dampfes, gleichzeitig die
Bewegungsgeschwindigkeit der aus wärmeübertragenden Masseteilchen bestehenden Säule
in der Kammer ii und über das Regelorgan 2i3 die Brennstoffzufuhr zur Verbrennungskammer
21 steuert.
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Erfindungsgemäß wird ein Strahlungspyrometer vorgesehen, dessen temperaturempfindliches
Element 241 der Wärmestrahlung der kugeligen Masseteilchen in dem Verbindungskanal
42 ausgesetzt ist. Diese in Fig. 8 dargestellte Lage des Strahlungspyrometers wird
für die zweckmäßigste erachtet, obwohl das Element 241 auch an irgendeinem Punkt
der Kammer io über dem Durchgangskanal 42 oder an irgendeinem Punkt der Kammer i
i unter dem Durchgangskanal 42 angebracht werden könnte.
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Zur Verstellung des anderen Endes des schon erwähnten nachgiebigen
Steuergliedes oder Steuerhebels 239 dient ein Motor 242, der entgegengesetzte Polwicklungen
243 und 244 aufweist, welche durch Differentialregulierung der Reaktanz, des Stromkreises,
in welchem sie liegen, gesteuert werden. Im Stromkreis der Polwicklung 243 befinden
sich ein Kondensator 245 und die Sekundärwicklung 246 einer mit einem Sättigungskern
versehenen Drossel 247. Im Stromkreis der Polwicklung 244 liegen ebenfalls ein Kondensator
248 und die Sekundärwicklung 249 einer mit einem Sättigungskern versehenen Drossel
25o. Der Drossel 247 ist eine Steuerwicklung 251 zugeordnet, ferner eine gesondert
erregte regelbare Gleichstromwicklung 252. In gleicher Weise sind der Drossel 25o
eine Steuerwicklung 253 und eine Gleichstromwicklung 254 zugeordnet; letztere ist
parallel geschaltet mit der Gleichstromwicklung 252.
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Die Steuerwicklungen 25i und 253 sind in Reihe geschaltet mit dem
temperaturempfindlichen Element 241, welches ein der Temperatur der Masseteilchen
entsprechendes Potential erzeugt. Als temperaturempfindliches Element kann eine
Photozelle Verwendung finden, ebenso aber ein Thermoelement oder eine Thermosäule.
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Das Strahlungspyrom@eter hat gegenüber einem Thermoelement oder einem
Widerstandsthermometer oder einem anderen temperaturempfindlichen Element, das notwendigerweise
direkt in die sich bewegende Säule der Masseteilchen eingebaut wer-.den muß, den.
Vorteil größerer Lebensdauer; denn die Temperatur ist außerordentlich hoch, und
die auf das eingebaute Gerät einwirkende Abnutzung durch die nach unten. strömende
Massesäule aus wärmeübertragenden Teilchen stellt ein. sehr schwieriges Problem
.dar.
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In Fig..8 ist schematisch die Kombination eines bei Erhitzern der
in Frage stehenden Type als zweckmäßig erkannten Verriegelungssystems mit dem erfindungsgemäßen
Kontrollsystem gezeigt.
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i. Sollte der Förderer 59 zum Stillstand kommen mit der Folge, -daß
die Bewegung der Massesäule aus wärmeübertragenden Teilchen .durch die Kammern io
und i i aufhört, ist es wünschenswert, die Heizung zu unterbrechen; 2. wenn, die
Zufuhr des zu erhitzenden Mittels zur Kammer ii unterbrochen wird, dann soll die
Heizung verringert oder abgestellt und der Förderer zum -Stillstand gebracht werden;
3. wenn der ,Druck der zur Verbrennung zugeführten Luft unter ein vorbestimmtes
Minimum sinkt, soll die Heizung unterbrochen werden; 4. wenn der Elevator zum Stillstand
gelangt und damit die Bewegung der Massesäule aus wärmeübertragenden Teilchen unterbrochen
wird, soll die Heizung unterbrochen und er Förderer stillgesetzt werden; 5. wenn
die durch das Stra'hlungspyrometer gemessene Temperatur der Massesäule eine obere
Grenze erreicht, soll die Heizung unterbrochen werden.
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Ein praktischer Weg für die Unterbrechung der Heizung ist die Abstellung
der Brennstoffzufuhr zur Verbrennungskammer 21 in der Zuleitung 3!8. Zu diesem Zweck
wird in .die Leitung 38 ein von einem Solenoid gesteuertes Absperrorgan 2.55 eingebaut,
das die Brennstoffzufuhr zur Verbrennung.skammer unterbindet, wenn das Solenoid
stromlos wird.
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Im Steuerstromkreis des Motors 6o des Förderers 59 liegt ein Relais
256, das stromlos wird und den Stromkreis des Solenoids des Absperrorgans 255 unterbricht,
wenn der Motor selbst keinen Strom erhält. Im Stromkreis des Antriebsmotors des
Elevators liegt ein Solenoid 257, das stromlos wird und ebenfalls den Stromkreis
des Absperrorgans 255 unterbricht, wenn der Elev atormotor keinen Strom erhält.
An die Zuleitung 34 für Verbrennungsluft ist eine Bourdonröhre 258 angeschlossen,
die auf Druckänderungen in -der Leitung 34 anspricht und mechanisch einen Quecksilberschalter
259 betätigt, derart, daß über diesen Quecksilberschalter der Stromkreis des Absperrorgans
255 auch darmgeöffnet wird, wenn der Luftdruck unter einen bestimmten Wert sinkt.
In der Zuleitung 52 für :das zu erhitzende Mittel befindet sich ein von der Strömung
beeinflußtesOrgan 26o, welches über einen Quecksilberschalter 261 den Stromkreis
des Absperrorgans 255 unterbricht, wenn die .Strömung in der Zuleitung 52 unter
ein vorbestimmtes Minimum gelangt. -Der in Abhängigkeit von dem Strahlungspyrometer
arbeitende
Motor 242 steuert einen Quecksil,berscha'lter 262, der
ebenfalls im Stromkreis des Absperrorgans 255 liegt und diesen Stromkreis öffnet,
wenn die Temperatur der kugeligen Masseteilchen einen vorbestimmten Wert erreicht.
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Normalerweise wird das Solenoid des Absperrorgans 255 durch eine Stromquelle
263 erregt, so daß es die Leitung 38 für den Zustrom von Brennstoff freigibt. Wenn
aber irgendeine der Sicherheitsvorrichtungen 261, 256, 257, 259 oder 262
den Stromkreis dieses Solenoids öffnet, dann schließt das Absperrorgan; 255 die
Brennstoffzuleitung zur Verbrennungskammer. Auf diese Weise wird bei Eintritt irgendeines
dieser den Betrieb .beeinträchtigenden oder störenden Ereignisse die Heizung abgestellt;
dadurch werden gefährliche Temperaturanstiege innerhalb der Kammern io und ii oder
des Durchgangskanals 42 vermieden.
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Unter bestimmten Bedingungen ist es wünschenswert, den Förderer 59
stillzusetzen. Zu diesem Zweck ist ein. Relais 275 in dem Stromkreis des Motors
6o vorgesehen. Normalerweise schließt das Relais 275 den Stromkreis. Im Falle einer
.Störung fällt das Relais 275 ab, wodurch der Stromkreis des Motors 6o geöffnet
wird. Um den Motor von Hand starten zu können, ist ein den Relaiskontakt 275 kurzschließender
Schalter 276 vorgesehen.
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Ein Handschalter 277 gibt die :Möglichkeit, das Solenoid .des Absperrorgans
255 in der Brennstoffzuleitung offen zu halten, so daß das ,System durch Zündung
in der Kammer 21 gestartet werden kann.
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Fig. 9 zeigt ein Beispiel für eine von drei Bedingungen abhängige
Steuerung oder Regelung, wobei die ,Brennstoffzufuhr abgestimmt wird auf das Verhältnis
zwischen den zugeführten Mengen an .in die Kammer i i eintretendem zu erhitzendem
Mittel und an in die Brennstoffkammer 2i strömendem Hei.zmittlel und außerdem, wenn
erforderlich, auf die Temperatur des die Kammer i i verlassenden Mittels, nachdem
es erhitzt ist.
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Zu diesem Zweck ist eine der ,Einrichtung 215
der Fig. 6 ähnliche,
auf Druck ansprechende Einrichtung 278 vorgesehen, die dazu dient, ein Steuerven,ti1279
einzustellen, um einen von der Brennstoffzufuhr zur Verbrennungskammer 21 abhängigen
Druck zu erzeugen. In ähnlicher Weise stellt ein auf Druckunterschiede ansprechendes
Gerät 280 einen Leitungsdruck her, der abhängig ist von der Zufuhr des zu erhitzenden
Mittels, das durch die Leitung 52 in die Kammer i i strömt.
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Die erwähnten Leitungsdrücke werden an ein auf das Druckverhältnis
ansprechendes Relais 28i übertragen, das in der Leitung 282 einen Druck erzeugt,
. der abhängt von dem Verhältnis zwischen den beiden Strömungsmengen.
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Dieser Druck wird über die Leitung 282 in einer Kammer eines auf das
Druckverhältnis ansprechenden Relais 283 wirksam. An dieses Re'lai.s ist auch eine
Druckleitung angeschlossen, in welcher durch das Steuerventil 284 ein in Abhängigkeit
von der Temperatur des die 'Kammer i i über die Leitung 54 verlassenden Mittels
erzeugter Druck eingestellt ist. Das Steuerventil 284 wird durch einen Motor 285
unter Kontrolle eines ein Thermoelement 286 enthaltenden Stromkreises geregelt;
der Stromkreis des Thermoelementes zur Steuerung des Motors 285 ist im einzelnen
nicht gezeichnet oder ,beschrieben, da er nicht zur Erfindung gehört. An Stelle
der auf die Druckv erhältnisse ansprechenden Relais 28r und 283 können auch solche
dem in Fig. 7 dargestellten ähnliche Übertragungsgeräte vorgesehen werden.
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Von. dem Relais 283 auswirkt (über ein Wählerventil 287) der resultierende
Druck auf das Regelorgan 288, das zur Steuerung der Brennstoffzuführmenge zur Verbrennungskammer
2 1 dient.
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Im allgemeinen stimmt das .in Fig.9 gezeigte System die zugeführte
Brennstoffmenge auf die Menge des .der Kammer i i über die Leitung 52 zugeführten
zu erhitzenden Mittels ab. Wenn der Heizwert (kcal/cbm) des Brennstoffes, die Temperatur
des durch die Leitung 52 eintretenden Mittels und andere Variablen konstant bleiben,
dann könnte die der Menge .des zugeführten zu erhitzenden Mittels proportionale
Brennstoffmenge das Regelventil 288 entsprechend regulieren.
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Die dritte in, dem System berücksichtigte Größe ist die Temperatur
des in der Kammer i i erhitzten Mittels. Durch Änderung der Einstellung .des Reg
elventils 288 in Abhängigkeit von dieser Temperatur kann in die Regelung dieses
Ventils irgendeine Änderung einbezogen werden, die notwendig ist, um Veränderungen
beim Betrieb des Systems zu genügen.
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Bei den Ausführungsformen der Fig. 6 und 8 ist das temperaturempfindliche
Element 227 als Widerstandselement gedacht. An Stelle eines solchen kann ein Thermoelement
Verwendung finden, entsprechend dem Element 286 der Fig. 9. Die Wahl der Verwendung
eines Widerstandselementes oder eines Ther.moelementes mit dem erforderlichen Stromkreis
hängt in weilten Grenzen von den erwarteten Temperaturbereichen ab.