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Regelanordnung für mit einem Niveauregler ausgerüstete Heizkessel
oder ähnlich beheizte Behälter Bei Anlagen zum selbsttätigen Regeln von mit einem
Niveauregler ausgerüsteten Heizkesseln oder ähnlich beheizten Behältern steuert
der Niveauregler ein Speisewasserventil, das dann geöffnet wird, wenn der Flüssigkeitsstand
im Behälter des Niveaureglers unter dem eingestellten Normalwert sinkt. Eine Änderung
des Flüssigkeitsstandes hat jedoch jeweils auch eine Änderung der Temperatur des
Mediums zurFolge. DieKonstanthaltung derTeftiperatur des Mediums wird dabei gewöhnlich
mittels eines Thermostaten erreicht. Sinkt die Temperatur des Mediums im Kessel
durch Kaltwasserzulauf, dann regelt der Thermostat die Temperatur jedoch erst nach
einer gewissen Zeit wieder ein, da das Kaltwasser sich vorerst mit dem Kesselwasser
mischen, das nunmehr eine niedrigere Temperatur besitzende Mischwasser zum Thermostaten
gelangen, dieser erst schalten und der Schaltimpuls weiterhin den Regelorganen mitgeteilt
werden muß, die ihrerseits ebenfalls eine gewisse Trägheit aufweisen, so daß wiederum
erst nach einer weiteren Totzeit dieser Regelimpuls zur Wirksamkeit kommt. Es können
daher je nach den Verhältnissen der Regelanlage Temperaturschwankungen auftreten,
die als sehr nachteilig empfunden werden.
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Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung für mit einem Niveauregler
ausgerüstete Heizkessel oder ähnlich beheizte Behälter, bei der erfindungsgemäß
die
vorstehend erwähnten Nachteile dadurch weitgehend beseitigt werden, da:ß der vom
Wasserstand beeinflußte bewegliche Teil des Niveaureglers mit einer einem elektrischen
Regelkreis- zugeordneten Kontaktvorrichtung zusammenwirkt und die Verstellglieder
derart steuert, daß die Kaltwasserzufuhr in Abhängigkeit vom Wasserstand und eine
zusätzliche Wärmezufuhr entsprechend den durch den Kaltwasserzufluß auftretenden
Wärmeverlusten erfolgt. Es ist also bei einer derartigen Regelanordnung so, daß
bei Speisewasserzufuhr in den Kessel die sich dabei ändernde Temperatur nicht von
einem besonderen, Temperaturregler auf den eingestellten Wert eingeregelt wird,
sondern der Niveauregler selbst neben der Speisewasserzufuhr auch gleichzeitig die
durch die Speisewasserzufuhr bedingte Temperaturregelung unter Ausschaltung des
Trägheitsmomentes vornimmt.
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Es ist wohl eine Anordnung zur Regelung des Gas- und Wasserzuflusses
bei mit Gasfeuerung betriebenen Dampfkesseln bekannt, bei denen ein Schwimmer auf
zwei durch eine Leitung mit dem Dampfkessel verbundene Ventile einwirkt und der
durch die geöffneten Ventile strömende Dampf eine Speisewasserpumpe und ein Gasventil
betätigt. Der Vorgang ist dabei aber so, daß bei Fallen des Wasserstandes unter
einen bestimmten Wert das erste Ventil geöffnet und eine zusätzliche Wasserspeisung
herbeigeführt und bei noch weiter stark fallendem Wasserstand die Gaszufuhr ganz
oder teilweise abgesperrt wird. Bei einer derartigen Regelanordnung, die insbesondere
für Kessel mit verhältnismäßig geringem Wasserinhalt bestimmt ist, wird demnach
von dem Schwimmer neben der Wasserzufuhrsteuerung bei Fallen des Wasserstandes unter
einen Grenzwert eine Absperrung der Gaszufuhr herbeigeführt, wodurch eine Beschädigung
des Dampfkessels verhindert wird. Es handelt sich demnach bei dieser bekannten Einrichtung
lediglich nur um eine Sicherheitsmaßnahme, durch die bewirkt wird, da.ß bei zu stark
fallendem Wasserstand die Gaszufuhr abgesperrt wird.
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Bei einer weiteren bekannten Regelanordnung, die einen Dampfdruck
durch Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge und den Speisewasserzufluß nach Maßgabe
des Wasserstandes und des Dampfdruckes aufrechterhält; wird ein Ventil für den Speisewasserzufluß
von einem Schwimmer eines Reguliergefäßes und über eine Membran dieses Reguliergefäßes
vom Dampfdruck geregelt, der auch gleichzeitig über ein Gestänge einen Luftzuführungskanal
steuert. Es ist demnach bei dieser Anordnung nicht so, daß der Schwimmer sowohl
ein Speisewasserventil als auch ein Wärmezufüh-, rungsorgan steuert. Bei der bekannten
Anordnung wird im Gegenteil das Wärmezuführungsorgan bzw. der Luftzuführungskanal
nicht von einem Schwimmer, sondern von einem .druckbetätigten Organ be= einfluß
t. -Bekannt ist ferner auch eine mit einem Schwimmer ausgerüstete Vorrichtung zur
Regelung der Dampferzeugung und des Wasserstanden in Dampfkesseln. Bei dieser Anordnung
regelt jedoch der Schwimmer nur ein Warmwasserventil,- wobei die Regelung des Kaltwasserzuflusses
von einer besonderen vom Druck beeinflußten Vorrichtung erfolgt.
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Es sei auch noch auf die Regelanlagen für Dampfkessel hingewiesen,
bei der Luft, Brennstoff und Wasser jeweils in solchen Mengenverhältnissen zugeführt
werden, daß die Wärmezufuhr proportional der zugeführten Wassermenge erfolgt und
somit Leistungsschwankungen des Dampferzeugers ausgeglichen werden. Eine derartige
Regelanordnung setzt sich jedoch aus einer Vielzahl von Mitteln zusammen, die zusätzlich
in ihrem Auf- und Zusammenbau auch kompliziert sind, was einen verhältnismäßig hohen
Herstellungsaufwand bedingt und auch in betriebstechnischer Hinsicht in bezug auf
Wartung und Reparatur nachteilig ist.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Anordnungen wird bei der Regelanordnung
nach der Erfindung für die Regelung der Speisewasserzufuhr und der in Abhängigkeit
von dieser erzeugten Wärmezufuhr der an sich schon bei jedem Heizkessel vorhandene
Niveauregler verwendet, der nur noch zusätzlich 'mit,einer Kontaktvorrichtung zu
versehen ist. Das wesentliche Organ der neuen Regelanordnung ist demnach der mit
einer Kontakt- oder einer Düsenanordnung ausgerüstete Niveauregler, der nicht nur
robust gebaut werden kann, sondern auch den Vorteil besitzt, daß er aus Teilen besteht,
die dem Betriebspersonal geläufig sind und daher auch bei einer Beschädigung von
weniger geschultem Personal instand gesetzt werden können.
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Bei einer derartigen Regelanordnung kann nun die'Kontaktvorrichtung
derart ausgeführt sein, daß sie beispielsweise zwei Kontakte aufweist, von denen
der eine einem vom Normalwert gering abweichenden Wasserstand und der andere einem
vom Normalwert größer abweichenden Wasserstand zugeordnet ist und die beide auf
Verstellglieder für die Speisewasser- und Wärmezufuhr entsprechend einwirken. Hierbei
kann wiederum der eine Kontakt je ein Verstellglied für die Speisewasser- und Wärmezufuhr
und der andere Kontakt eine Signalvorrichtung und ein Verstellglied für eine weitere
Speisewasserzufuhr steuern.
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Das die Wärmezufuhr zum Heizkessel überwachende Verstellglied kann
entweder ein die Luftzufuhr veränderndes Betätigungsorgan des Kessels oder eine
Rauchgasklappe oder auch beide Organe entsprechend steuern. Bei - Regelanordnungen
für Kessel mit Dampfraum kann das die Speisewasserzufuhr regelnde Verstellglied
ein das Rücklauf-Warmwasser in der Vorlaufleitung führendes Ventil überwachen. Bei
Regelanordnungen für elektrische Heizkessel überwachem die Verstellglieder des Niveaureglers
die Speisewasserzufuhr und die elektrische Heizenergie.
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Die Zeichnung stellt in den Abb. i bis 3 Regelanordnungen gemäß der
Erfindung dar.
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Bei der Regelanordnung nach Abb. i enthält das Gehäuse i des Niveaureglers
einen Schwimmer 2, der mit einem mit Folgekontakten 3, 4, 5 zusammenarbeitenden
Hebelgelenk 6 verbunden ist. Das Hebelgelenk 6 betätigt auch noch ein mit einem
Zeiger
7 gekuppeltes Zahnradgetriebe B. Von den Folgekontakten 3, 4, 5 steuert der Kontakt
3 ein Steuergerät g und der Kontakt 5 ein Steuergerät 1o.
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Der Kontakt des im unteren Teil des Behälters i angeordneten Thermostaten
i i seht mit einem Steuergerät 12 in leitender Verbindung. Von den Steuergeräten
g, io, 12 überwacht das erste ein Schaltgerät 13 mit einem die Ofenklappe 14 betätigenden
Winkelhebel 15 und ein Magnetventil 16 für den Speisewasserzufluß, das zweite eine
Signalvorrichtung 17 und ein Magnetventil 18 für einen zusätzlichen Speisewasserzufluß
und das dritte ein Schaltgerät ig, dessen Hebel 2o mit dem Winkelhebel 15 des Schaltgerätes
13 gekuppelt ist. Die Schaltgeräte 13, 1g können weiterhin auch noch über ein Gestänge
2i auf eine Rauchgasklappe 22 einwirken. An dem Kessel23 sind oben die Vorlaufleitung
24 und unten die Rücklaufleitüng 25 sowie die Speisewasserleitung 26 angeschlossen.
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Bei normalem Wasserstand sind, wie aus Abb. 1 ersichtlich, die Kontakte
3, 4, 5 geöffnet. Bei fallendem Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter i bewegt sich
auch der Schwimmer 2 um einen entsprechenden Betrag nach abwärts. Damit wird auch
das Hebelgelenk 6' entsprechend verstellt, das schließlich den Kontakt 3 an dem
Kontakt 4 zum Anliegen bringt. Das Steuergerät g wird dann das Magnetventil 16 erregen,
so daß dieses geöffnet und damit über die Leitung 26 Kaltwasser dem Kessel 23 zugeführt
wird. Gleichzeitig wird aber von dem Steuergerät g auch das Schaltgerät 13 betätigt.
Der Winkelhebel 15 des Schaltgerätes 13 wird dann in der eingezeichneten Pfeilrichtung
verstellt und damit die Ofenklappe 14 etwas mehr geöffnet. Das Schaltgerät 13 bewirkt
dabei eine solche Verstellung der Ofenklappe 14 bzw. der Rauchgasklappe 22, daß
der durch den Kaltwasserzufluß bedingte Temperaturabfall durch entsprechende Erhöhung
der Heizenergie ausgeglichen wird.
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Sinkt der Flüssigkeitsstand in dem Behälter i des Niveaureglers durch
irgendwelche Ursache noch weiter, dann wird auch der Kontakt 4 mit dem Kontakt 5
zur Berührung kommen. Das Steuergerät io bewirkt dann die Erregung der akustischen
Signalvorrichtung 17 und des Magnetventils 18. Hierdurch wird also erstens durch
das Signal der Wärter auf diesen Betriebszustand aufmerksam gemacht und zweitens
entsprechend dem erhöhten Wasserstand eine zusätzliche Speisung vom Kaltwasser bewirkt.
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Unter Umständen kann auch der Fall eintreten, daß der Flüssigkeitsspiegel
in dem Behälter i des Niveaureglers so weit fällt, daß dieser fast leerläuft. Das
ist dann denkbar, wenn beispielsweise in Spitzenzeiten eine außerördentlich große
anormale Wärmemenge dem Kessel entnommen wird. Um dann den Kessel 23 vor Beschädigungen
zu schützen, darf natürlich nicht normal weitergeheizt werden. In einem solchen
Zustand kommt der Kontakt des Thermostaten i 1 zur Wirkung, der also lediglich als
Trockengehsicherung bzw. als Sicherheitsthermostat eingesetzt ist. Verwendet man
einen Thermostaten i i mit Arbeitskontakt, dann wird dieser in dem Moment, wo der
Flüssigkeitsspiegel unter den zulässigen niedrigsten Stand gesunken ist, das Steuergerät
12 so beeinflussen, daß das Schaltgerät ig seinen Hebel 20 in der eingezeichneten
Pfeilrichtung so verstellt, daß die beiden Klappen 14, 22 geschlossen werden, wodurch
die Heizenergie sofort herabgesetzt wird. Der Thermostat i i kann auch direkt in
den Kessel eingebaut werden. Auch kann er noch ein Hornsignal steuern.
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Der Vorgang bei der in der Abb. i dargestellten Anordnung ist also
so, daß erstens bei einem vom Normalwert nur gering abweichenden Wasserstand das
Speisewasserventil geöffnet und die Heizzufuhr erhöht, bei einem vom Normalwert
größer abweichenden Wasserstand noch ein Warnungssignal ertönt und ein Zusatzspeisewasserventil
geöffnet und bei außerordentlich stark fallendem Wasserstand unter den zulässigen
Betriebszustand die Heizzufuhr stark herabgesetzt, wenn nicht ganz unterbrochen
wird. Man kann natürlich die Anordnung weiterhin auch so treffen, daß bei einem
vom Normalwert größer abweichenden Wasserstand außer der Betätigung der Signalvorrichtung
und des Zusatzspeisewas-serventils auch noch eine weitere zusätzliche Erhöhung der
Heizenergie bewirkt wird.
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Die Regelung gemäß der Erfindung ist nicht nur auf die aus der Abb.
1 ersichtliche Anordnung anwendbar. Sie ist vielmehr für jede Art von Regelungen
für Kessel und andere beheizte Behälter denkbar. Es spielt dabei keine Rolle, ob
es sich um Warmwasser-, Dampf- oder Umformerheizungen handelt, wobei wiederum als
Medium Hochdruck-, Niederdruckdampf, Heißwasser u. dgl. dienen kann. Das Verfahren
ist weiterhin nicht nur für Heizanlagen zur Erwärmung von Räumen u. dgl., sondern
ebensogut auf andere beheizte Behälter anwendbar, wie sie beispielsweise in der
Zucker-, chemischen und Textilindustrie Verwendung finden. Auch ist die Art des
Heizmittels dabei gleichgültig. So kann beispielsweise für die Heizkessel Kohle,
0l, elektrische oder jedes andere Heizenergiemittel verwendet werden.
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Die Abb. 2 stellt vereinfacht eine Regelanlage für einen elektrischen,
und zwar widerstandsbeheizten Kessel dar. Der Niveauregler ist hier mit einem von
dem Hebelgestänge 6 des Schwimmers :2 gesteuerten Kontakt 3, 4 ausgerüstet. Fällt
der Flüssigkeitsstand in dem Niveaubehälter i so weit, daß der Kontakt 3 an den
Kontakt 4 gelangt, dann wird das Steuergerät g das Speisezufuhrventil 16 öffnen
und die elektrische Heizung 31 einschalten, die entweder die elektrische Haupt-
oder Zusatzheizung ist. Auch hier kann die Regelanordnung noch mit ähnlichen Zusatzgeräten
ausgerüstet werden, wie bei der Anordnung nach Abb. i. An Stelle des widerstandsbeheizten
Dampfkessels kann auch ein Elektrodendampfkessel treten.
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Eine weitere Ausführungsform einer Regelanordnung zeigt die Abb. 3.
Bei Heißwasseranlagen ist es notwendig, daß zur Vermeidung von Dampfbildung im gesamten
Netz der Druck höher als der Sättigungsdruck gehalten wird. Bei Kesseln mit Dampfraum
stimmen wohl Druck und Wassertemperatur
miteinander überein. Wenn
aber das Wasser aus dem Kesselraum in die Vorlaufleitung gelangt, erhält es einen
niedrigen Druck. Das Wasser kühlt sich wohl längs der Leitungen ab. Selten wird
aber-dieser Druck völlig ausgeglichen. Der Druck in der Leitung ist demnach niedriger
als der der Wassertemperatur entsprechende Sättigungsdruck. Die Ursache ist dann
Dampfbildung in den Leitungen. Diesen Übelstand versuchte man bisher dadurch zu
beseitigen, indem man dem Vorlaufwasser nach seinem Austritt aus dem Kessel einen
Teilstrom des kälteren Rücklaufwassers beimischte. Man kann dann eine Anordnung
treffen, wie sie in Abb.3 dargestellt ist. Hier wird die Rücklaufwasserleitung 33
direkt zu dem Entnahmestutzen 34 geführt. In der Rücklaufwasserleitung 33 liegt
ein Magnetventil 35, das von dem vom Thermostaten 36 überwachten Steuergerät 37
betätigt wird. Die Kaltwasserzuleitung 26 führt ebenfalls in die Nähe des Entnahmestutzens
34.
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Bei fallendem Flüssigkeitsspiegel unter einen bestimmten Wert wird
das Speisewasserventil 16 geöffnet und das Rücklaufwasserventil 35 geschlossen.
Nach Erreichen des normalen Wasserspiegels wird wieder umgekehrt geschaltet. Unabhängig
hiervon steuert der Thermostat 36 das Rücklaufwasserventil 35.
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Besonders aus der letzten Regelanordnung geht hervor, daß die Anwendungsmöglichkeit
der Regelung gemäß der Erfindung, bei der in Abhängigkeit vom Wasserstand des Niveaureglers
sowohl die Speisewasserzufuhr als auch die Temperatur des der Wärmeverbrauchsanlage
zugeführten Mediums überwacht wird, sehr vielseitig sein kann. Man kann auch die
Steuerung des Niveaureglers mit jedem anderen bereits vorhandenen Regelorgan der
Heizanlage, wie mit einem Verbrennungs-, Membran-, Mengen- oder ähnlichen Regler,
in, sinngemäßer Weise in Verbindung bringen. Der Erfindungsgedanke ist weiterhin
keineswegs beschränkt auf die Verwendung von elektrischen Niveaureglern. Ohne weiteres
können auch pneumatische Niveauregler oder Kombinationen der beiden Arten verwendet
werden.