BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 3 405 212 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen von Wasserdampf bekannt. Die Einrichtung weist einen Behälter mit in seinen Innenraum hineinragenden Elektroden, Leitungen sowie Ventile zum Zu- und Ableiten von Wasser in den bzw.
aus dem Behälter und eine elektronische Regelvorrichtung zum Öffnen und Schliessen der Ventile auf. Zur Dampferzeugung wird über die Elektroden Strom durch das momentan im Behälter vorhandene Wasser hindurchgeleitet und das letztere dadurch erwärmt. Zum Ersatz des verdampfenden Wassers wird intermittierend frisches Wasser in den Behälter eingeleitet, und zwar jeweils so lange, bis der durch das Wasser hindurchfliessende, elektrische Strom einen vorgegebenen, ersten Pegel erreicht, der im folgenden als Füllende-Strompegel bezeichnet wird. Danach wird während einer Verdampfungsphase ohne Frischwasserzufuhr Dampf erzeugt, wobei der elektrische Strom abnimmt. Wenn der Strom beim Absinken einen oberen Pegel passiert, wird der Anfangspunkt eines Messzeitintervalls mit einer fest vorgegebenen, 50 bis 150 Sekunden betragenden Dauer festgelegt.
Wenn der Strom bis zum Ende des Messzeitintervalls über einem vorgegebenen, unteren Pegel bleibt, wird am Ende des Messzeitintervalls wieder frisches Wasser in den Behälter eingeleitet. Wenn hingegen der Strom vor dem Ende des Messzeitintervalls auf den unteren Pegel absinkt, wird Wasser aus dem Behälter abgeleitet, damit im Wasser vorhandene, nicht verdampfbare Substanzen aus dem Behälter entfernt werden und die elektrische Leitfähigkeit des Wassers wieder abnimmt. Wenn die Verdampfungsleistung ver ändert werden soll, werden die verschiedenen Pegel grösser oder kleiner gemacht. Wenn nun die Verdampfungsleistung gerade während des Messzeitintervalls geändert werden sollte, wird die Änderung der Pegel bis zum Ende des Messzeitintervalls verzögert.
Nach einem Betriebsunterbruch wird zunächst die zufällig noch im Behälter vorhandene, kleinere oder grössere Wassermenge erwärmt und in kurzen Zeitabständen der Wert des Stroms ermittelt. Wenn der Strom zu sinken beginnt, bevor er den Füllende-Strompegel erreicht, wird frisches Wasser in den Behälter eingeleitet.
Das von Zeit zu Zeit stattfindende Ablassen von Wasser bewirkt eine Verkleinerung des durch das im Behälter verbleibende Wasser hindurchfliessenden, elektrischen Stromes. Da das Wasserablassen gerade in demjenigen Zeitpunkt beginnt, in dem der Strom ohnehin schon auf den unteren Pegel abgesunken ist, vergrössert das Wasserableiten die Schwankungen des Stroms und der Verdampfungsleistung, was unerwünscht ist. Zudem benötigt die Ermittlung, ob Wasser abzuleiten ist oder nicht, entsprechend der Dauer des Messzeitintervalls 50 bis 150 Sekunden, wobei eine Verkürzung des Messzeitintervalls kaum möglich wäre, da sonst die Stromdifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Pegel zu klein würde, um eine einigermassen zuverlässige Regelung zu ermöglichen. Die Regelung der Wasserableitung ist daher ziemlich langsam.
Ferner kann auch die Verdampfungsleistung nur verhältnismässig langsam geändert werden, weil ja Änderungen der verschiedenen Strompegel häufig erst nach dem Ablauf des relativ langen Messzeitintervalls möglich sind. Wenn beim bekannten Verfahren nach einem Betriebsunterbruch die zufällig noch im Behälter vorhandene Wassermenge erwärmt wird, kann es ferner unter Umständen, nämlich wenn der Behälter nur noch wenig Wasser mit geringer Leitfähigkeit enthält, sehr lange dauern, bis die Regelvorrichtung aufgrund der einsetzenden Stro mabnahme das Einleiten von frischem Wasser bewirkt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, das bzw. die die Nachteile des bekannten Verfahrens bzw. der bekannten Einrichtung behebt. Das Verfahren und die Einrichtung sollen zum Beispiel ermöglichen, die durch das Zu- und Ableiten von Wasser verursachten Stromschwankungen relativ klein zu halten, das Wasserableiten schnell zu regeln und die Verdampfungsleistung möglichst ohne Verzögerung zu ändern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Einrichtung gelöst, die erfindungsgemäss die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 bzw. 9 aufweisen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Einrichtung gehen aus den vom Anspruch 1 bzw. 9 abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Stelle, bei der Wasser in den Behälter eingeleitet wird, und die pro Zeiteinheit eingeleitete Wassermenge werden vorzugsweise derart festgelegt, dass das im obersten Bereich des Behälters vorhandene Wasser zumindest beim normalen Betrieb, d. h. eventuell abgesehen von Startvorgängen und möglichen sonstigen Stör- und Sonderfällen, auch während der Einleitung von frischem Wasser dauernd siedet. Es kann dann beim normalen Betrieb unterbruchslos, nämlich sowohl in den Füllphasen, während denen Wasser in den Behälter eingeleitet wird, wie selbstverständlich auch wäh- rend den zwischen aufeinanderfolgenden Füllphasen liegenden Verdampfungsphasen, in denen kein Wasser eingeleitet, von Zeit zu Zeit aber Wasser abgeleitet wird, Wasser verdampft werden.
Beim Einleiten von neuem Wasser in den Behälter steigt in diesem das Wasserniveau, wobei der elektrische Widerstand abnimmt bzw. der dazu reziproke, elektrische Leitwert des Wassers zunimmt. Wenn die Spannungen an den Elektroden in üblicher Weise zumindest im wesentlichen, d. h. abgesehen von kleinen, stromabhängigen Spannungsabfällen an einem Messwandler oder sonstigen Strom-Messwertgeber konstant bleiben, steigt beim Einleiten von Wasser auch der durch das im Behälter vorhandene Wasser fliessende elektrische Strom I.
Es wurde nun erkannt, dass der Strom I beim Beenden der Einleitung von frischem Wasser noch ein wenig weiter steigt, bevor er wieder absinkt. Es sollen in diesem Zusammenhang nun zunächst einige Bezeichnungen definiert und erläutert werden. Unter dem bereits bei der Diskussion des bekannten Standes der Technik erwähnten Füllende-Strompegel Ip wird derjenige Stromwert verstanden, bei dem das Einleiten von Wasser in den Behälter jeweils beendet wird. Die Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz Id sei diejenige Stromdifferenz, um die der Strom nach der Beendung des Wassereinleitvorgangs jeweils noch ansteigt. Das unmittelbar an die Füllphase anschliessende Zeitintervall, in dem der Strom I mindestens gleich dem Füllende-Strompegel Ip oder grösser ist, wird als Pegelüberschreitungs-Zeitintervall und die Dauer des letzteren dementsprechend als Pegelüberschreitungs Zeitdauer Td bezeichnet.
Der Pegelüberschreitungs-Stromgipfel oder kurz Stromgipfel ist der auf einen Wassereinleitungsvorgang folgende, sich über ein Pegelüberschreitungs Zeitintervall erstreckende Abschnitt der den Strom in Abhängigkeit von der Zeit darstellenden Kurve, d. h. derjenige Abschnitt dieser Kurve, bei dem der Strom gleich oder grösser als der Füllende-Strompegel ist.
Der Stromgipfel entsteht zumindest zum Teil dadurch, dass die durch den Strom bewirkte Erwärmung des Wassers auch dessen elektrische Leitfähigkeit, oder, genauer gesagt, spezifische, elektrische Leitfähigkeit, d. h. den Reziprokwert des spezifischen, elektrischen Widerstandes des Wassers vergrössert und dass die daraus resultierende Erhöhung des elektrischen Leitwertes des Wassers während einer gewissen Zeitdauer grösser ist, als die durch das Verdampfen von Wasser und die damit verbundene Abnahme der Wassermenge bewirkte Abnahme des elektrischen Leitwertes.
Die Entstehung des Stromgipfels dürfte zudem auch dadurch beeinflusst werden, dass die Wärmeausbreitung im Wasser eine gewisse Zeit erfordert und dass sich eine Erhöhung der Wassertemperatur und die damit verbundene Erhöhung der Leitfähigkeit mit einer gewissen Verzögerung auf die Grösse des elektrischen Stromes auswirken, weil ja der Ladungstransport in einer elektrolytischen Flüssigkeit durch relativ langsam durch die Flüssigkeit driftende Ionen stattfindet.
Die Erfindung beruht nun des weitern auf der Erkenntnis, dass sowohl die Pegelüberschreitungs-Zeitdauer als auch die Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz mit zunehmender, elektrischer Leitfähigkeit des Wassers ebenfalls grösser werden. Mindestens wenn im Zeitpunkt, in dem der Strom I den Füllende-Strompegel Ip erreicht sowie überschreitet, eine siedende Wasserschicht vorhanden ist, oder vorzugsweise in der vorgängig erwähnten Weise beim Einleiten von Wasser fortwährend Wasser verdampft wird, ergibt sich mindestens bei gegebener Behälter- und Elektrodengeometrie eine zumindest annähernde und praktisch genau gleichbleibende Verknüpfung zwischen der Leitfähigkeit des Wassers und der Pegelüberschreitungs-Zeitdauer sowie der Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz.
Die Überschreitungs-Zeitdauer beträgt gemäss durchgeführten Versuchen zum Beispiel bei frischem, verhältnismässig wenig dissozierte Substanzen und dementsprechend eine geringe Leitfähigkeit aufweisendem Wasser etwa 4 bis 8 Sekunden. Wenn hingegen die Konzentration der im Wasser enthaltenen, dissozierten Substanzen und dadurch die Leitfähigkeit des Wassers durch mehrmaliges Verdampfen und Nachfüllen von Wasser erhöht wurde, kann die Pegelüberschreitungs-Zeitdauer Td abhängig von der Leitfähigkeit bis auf etwa 10 bis unter 20 Sekunden oder mehr ansteigen. Man kann daher einen zum Beispiel im Grössenbereich von 10 bis 20 Sekunden liegenden Zeitdauer Grenzwert Tg festlegen und jeweils Wasser ablassen, sobald die Pegelüberschreitungs-Zeitdauer Td mindestens gleich dem Zeitdauer-Grenzwert Tg ist.
Da diese Ermittlung entsprechend dem gewählten Zeitdauer-Grenzwert Tg nur 10 bis 20 Sekunden benötigt, kann das Wasserableiten wesentlich schneller geregelt werden als beim aus der deutschen Offenlegungsschrift 3405212 bekannten Verfahren. Im übrigen lässt sich sowohl mit einem Prozessrechner wie auch mit andern Schaltungsmitteln problemlos ausreichend genau ermitteln, ob die Pegelüberschreitungs-Zeitdauer mindestens gleich einem etwa 10 bis 20 Sekunden betragenden Zeitdauer-Grenzwert ist oder nicht.
Wie erwähnt, nimmt die Pegelüberschreitungs-Stromdiffe- renz Id mit wachsender, elektrischer Leitfähigkeit ebenfalls zu. Mindestens wenn beim normalen Betrieb zumindest am Ende der Füllphase und vorzugweise in der ganzen Füllphase Wasser verdampft, beträgt die Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz für frisches Wasser mit geringer Leitfähigkeit beispielsweise etwa 2 bis 4% und für Wasser mit grosser, zum Beispiel durch Verdampfen und mehrmaligem Nachfüllen von Wasser erhöhter Leitfähigkeit etwa 5 bis 10% von Füllende-Strompegel. Die Wasserableitung kann daher statt unter Heranziehung der Pegelüberschreitungs-Zeitdauer unter Verwertung der Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz geregelt werden.
In diesem Fall könnte jeweils dann Wasser abgeleitet werden, wenn die Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz Id mindestens gleich einem Stromdifferenz-Grenzwert Is ist, der beispielsweise 5 bis 10% des Füllende-Strompegels Ip betragen kann.
Des weitern bestünde auch noch die Möglichkeit, während des Stromgipfels das Produkt Pegelüberschreitungs-Zeitdauer mal Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz zu bilden oder die Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz vom Erreichen des Füllende-Strompegels an zu integrieren und dann das Produkt bzw. Integral mit einem Grenzwert zu vergleichen und jeweils Wasser abzuleiten, wenn das Produkt bzw. Integral mindestens gleich dem Grenzwert ist.
Der Füllende-Strompegel kann als gleichbleibender oder vorzugsweise manuell und/oder elektronisch veränderbarer Sollwert vorgegeben werden, so dass der momentane Wert des elektrischen Stroms in den Füll- und nachfolgenden Verdampfungsphasen bei einem bestimmten, vorgegebenen Füllende-Strompegel in Strombereichen mit zumindest einigermassen vorbestimmten Grenzen auf und ab schwankt und dementsprechend auch die Verdampfungsleistung im Mittel zumindest ungefähr einen vorbestimmten Wert hat. Die Einrichtung kann zum Beispiel mindestens einen Feuchtigkeitssensor und eine Regelvorrichtung mit einem Mikro-Prozessrechner aufweisen, um den Füllende-Strompegel in Abhängigkeit von Feuchtigkeitsmessungen derart zu regeln, dass die Feuchtigkeit konstant bleibt oder gemäss einem vorgegebenen Programm ändert.
Bei einer einfacher ausgebildeten Regelvorrichtung kann ein manuell verstellbares Einstellorgan, etwa ein kontinuierlich verstellbarer oder stufenweise umschaltbarer Widerstand vorhanden sein, um den Füllende-Strompegel zu verändern. Durch das zeitweise Ableiten von Wasser und dem dadurch zusammen mit dem nachfolgenden Einleiten von frischem Wasser bewirkten Wasseraustausch kann die elektrische Leitfähigkeit des momentan im Behälter vorhandenen Wassers zumindest ungefähr und vorzugsweise genau auf einen vorbestimmten Grenzwert begrenzt werden. Beim Betrieb kann sich dann nach einer auf den Start folgenden Anlaufphase, deren Dauer von der Leitfähigkeit des zugeführten Wassers abhängig ist, ein quasistationärer Zustand einstellen, bei dem die Leitfähigkeit zwischen dem genannten Grenzwert und einem unter diesem liegenden, mehr oder weniger konstanten Minimalwert schwankt.
Gemäss den durchgeführten Untersuchungen bleiben die sich bei einer gegebenen Einrichtung für im Behälter vorhandenes Wasser mit einer bestimmten Leitfähigkeit ergebenden Pegelüberschreitungs-Zeitdauern beim Ändern des Füllende Strompegels zumindestens annähernd und praktisch genau konstant. Wenn das Ableiten von Wasser aufgrund der Pegelüberschreitungs-Zeitdauer geregelt wird und zusätzlich eine Veränderbarkeit des Füllende-Strompegels vorgesehen ist, kann der Zeitdauer-Grenzwert für alle in einem gewissen Arbeitsbereich liegenden Füllende-Strompegel den gleichen, konstanten Wert haben. Selbstverständlich wäre es aber auch möglich, den Zeitdauer-Grenzwert abhängig vom Füllende Strompegel zu ändern, falls dies für besondere Zwecke wünschenswert sein sollte.
Hingegen sind die Pegelüberschreitungs-Stromdifferenzen für Wasser mit einer bestimmten, elektrischen Leitfähigkeit gemäss den durchgeführten Versuchen beim Ändern des Füllende-Strompegels zumindest annähernd und nämlich praktisch genau proportional zum letzteren. Wenn das Ableiten von Wasser aufgrund der Pegelüberschreitungs-Stromdifferenzen geregelt und der Füllende-Strompegel veränderbar gemacht wird, ist es daher im allgemeinen vorteilhaft, den Stromdifferenz-Grenzwert nicht als festen Stromwert, sondern als auf den Füllende-Strompegel bezogenen Relativwert vorzugeben, d. h. die Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz in Prozent des Füllende-Strompegels festzulegen.
Das Ableiten von Wasser kann durch Ermitteln der typischerweise mehrere Sekunden betragenden Pegelüberschreitungs-Zeitdauer und Vergleichen von dieser mit einem als Konstantwert vorzugebenden Zeitdauer-Grenzwert im allgemeinen und insbesondere auch bei verhältnismässig kleinen Werten des Füllende-Strompegels mit einfacheren sowie kostengünstigeren, elektrischen und elektronischen Schaltungsmitteln ausreichend genau geregelt werden als unter Heranziehung der Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz oder der Bildung von Produkten oder Integralen der genannten Arten. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Ableitung des Wassers daher unter Verwendung der Pegelüberschreitungs-Zeitdauer geregelt.
Die Erfindung und weitere Vorteile von dieser und deren Ausgestaltungen sollen nun anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigt der Anzeige- und Signalisiervorrichtung 41 fortlaufend angezeigt werden. Der Feuchtigkeitssensor 21 erzeugt beim Betrieb eine elektrische Mess-Spannung die ein Mass für den momentanen Wert der absoluten und/oder relativen Luftfeuchtigkeit im Raume gibt, dessen Luft mit der Einrichtung befeuchtet werden soll. Diese Mess-Spannung wird dann durch den bzw. einen Analog/Digital-Wandler der Analogeingangs-Adapterschaltung 39 in Digitalsignale umgewandelt. Der Mikro-Prozessrechner 33 steuert und/oder regelt dann die Ventile 7 und 11 derart, dass die Feuchtigkeit in besagtem Raum zum Beispiel gleich einem manuell einstellbaren, konstanten oder gemäss einem vorgegebenen Programm zeitlich ändernden Wert ist.
Nun soll anhand des in der Figur 2 dargestellten Diagrammes die Steuerung und/oder Regelung beim normalen Betrieb erläutert werden, wobei mit normalem Betrieb gemeint ist, dass die auf den Start folgende Anlaufphase vorbei ist und sich ein quasistationärer Zustand eingestellt hat, in dem der Behälter 1 dauernd Wasser enthält, und dass der Füllende-Strompegel Ip konstant ist. Im Diagramm ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate der Logarithmus des Stromes I aufgetragen und durch die Kurve 61 der zeitliche Verlauf des Stromes I dargestellt. Der Prozessrechner 33 ist zum Beispiel derart programmiert, dass er, zumindest bei gleichbleibendem Füllende-Strompegel Ip, intermittierend und in konstanten Zeitabständen, nämlich jeweils nach einer vorgegebenen Zyklus-Zeitdauer Tz das in der Zuleitung 5 vorhandene Ventil 7 öffnet.
Der Prozessrechner kann die Zyklus-Zeitdauer Tz dabei durch Abzählen einer bestimmten Anzahl ihm vom Taktgeber 35 zugeführter Taktsignale festlegen. Beim gezeichneten Anfangspunkt der Kurve 61 seien beide Ventile 7 und 11 geschlossen. Im Zeitpunkt ti erzeugt der Prozessrechner 33 ein das Öffnen des in der Zuleitung 5 vorhandenen Ventils 7 bewirkendes Signal, so dass ein neuer Zyklus beginnt und während einer Füllphase frisches Wasser in den Behälter strömt. Da das neu in den Behälter strömende Wasser im allgemeinen kalt ist, d. h. eine wesentlich unter der Siedetemperatur liegende Temperatur hat, bewirkt es eine Abkühlung des noch im Behälter vorhandenen Wassers.
Der Ein/Auslass 3 ist jedoch derart ausgebildet und die pro Zeiteinheit in den Behälter 1 eingeleitete Wassermenge derart festgelegt, dass die oberste Wasserschicht mindestens am Ende jedes Wassereinleitvorganges und vorzugsweise unterbruchslos in der ganzen Füllphase siedet. Beim Einleiten von Wasser in den Behälter 1 steigt der Wasserspiegel in diesem an und damit auch der Strom I. Wenn der letztere im Zeitpunkt t2 den vorgegebenen Füllende-Strompegel IP erreicht, schliesst der Prozessrechner 33 das Ventil 7, wodurch das Ende der Füllphase und der Wert der Füll-Zeitdauer Tf bestimmt wird.
Im Zeitpunkt ti beginnt nun die Verdampfungsphase, in der Wasser verdampft, ohne dass gleichzeitig frisches Wasser in den Behälter eingeleitet wird. Der Strom I steigt zunächst noch ein wenig an, bevor er wegen der Abnahme der im Behälter vorhandenen Wassermenge abnimmt und im Zeitpunkt t3 wieder auf den Füllende-Strompegel Ip abgesunken ist. Die Kurve 61 bildet daher im sich vom Zeitpunkt ti bis zum Zeitpunkt t3 erstreckenden Pegelüberschreitungs-Zeitintervall während der Pegelüberschreitungs-Zeitdauer Td einen Pegelüberschreitungs-Stromgipfel 63. Der Strom list also im Pegelüberschreitungs-Zeitinterväll mindestens gleich dem Füllende-Strompegel Ip, nämlich beim Intervall-Anfang und -Ende gleich Ip und im Innern des Intervalls grösser als Ip.
Bei der höchsten Stelle des Stromgipfels ist der Strom I um die Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz Id grösser als der Strompegel Ip. Im Zeitpunkt t2 beginnt der Prozessrechner 33 ihm vom Taktgeber 35 gelieferte Taktsignale bis zum Erreichen einer vorgegebenen Anzahl zu zählen und definiert dadurch ein Grenz-Zeitintervall, dessen Dauer gleich dem vorgegebenen Zeitdauer-Grenzwert Tg ist und das sich bis zum Zeitpunkt t4 erstreckt. Der Prozessrechner vergleicht am Ende des Grenz-Zeitintervalls den momentanen Wert des Stromes I mit dem Füllende-Strompegel Ip. Da beim Stromgipfel 63 Td kleiner als Tg und dementsprechend der Strom I im Zeitpunkt t4 kleiner als der Füllende-Strompegel Ip ist, lässt der Prozessrechner gemäss seiner Programmierung das in der Ableitung 9 vorhandene Ventil 11 weiterhin geschlossen.
Der Strom I nimmt daher vom höchsten Punkt des Stromgipfels an stetig weiter ab, bis der Prozessrechner entsprechend der vorgegebenen Zyklus-Zeitdauer Tz im Zeitpunkt ts das in der Zuleitung 5 vorhandene Ventil 7 wieder öffnet und dadurch die Verdampfungsphase und den Zyklus beendet sowie die vom Zeitpunkt t bis zum Zeitpunkt ts dauernde Verdampfungs-Zeitdauer Tv bestimmt.
Im Zeitpunkt ts beginnt nun wieder ein neuer Zyklus. Weil die nicht verdampfbaren Substanzen im vorangegangenen Zyklus im Behälter vorhandenen Wasser zurückblieben, ist die Leitfähigkeit des Wassers sowohl am Anfang als auch am Ende der neuen Füllphase grösser als am Anfang bzw. Ende der vorherigen Füllphase. Beim sich im neuen Zyklus ergebenden Pegelüberschreitungs-Stromgipfel 65 sind daher die Pegelüberschreitungs-Zeitdauer Td und die Pegelüberschreitungs-Stromdifferenz Id grösser als im vorangegangenen Zyklus. Die Pegelüberschreitungs-Zeitdauer Td ist jedoch beim Stromgipfel 65 immer noch kleiner als der vorgegebene Zeitdauer-Grenzwert Tg, so dass das in der Ableitung 9 vorhandene Ventil 11 auch in diesem Zyklus geschlossen bleibt und der letztere also im allgemeinen ähnlich verläuft wie der vorherige Zyklus.
Im nächsten, im Zeitpunkt t6 beginnenden Zyklus ergibt sich wegen der nochmals gestiegenen, elektrischen Leitfähigkeit des Wassers nach der im Zeitpunkt t7 endenden Füllphase ein zeit- und strommässig noch grösserer Pegelüberschreitungs-Stromgipfel 67. Bei diesem ist der Strom I am Ende des Grenz-Zeitintervalls, d. h. im zeitmässig um den Zeitdauer-Grenzwert Tg hinter dem Zeitpunkt ti liegenden Zeitpunkt t8 noch grösser als der Füllende-Strompegel Ip.
Wenn das in der Ableitung 9 vorhandene Ventil 11 gleich wie in den beiden vorgängig beschriebenen Zyklen geschlossen bliebe, würde der Strom vom Zeitpunkt ts gemäss dem gestrichelten Kurvenabschnitt weiter verlaufen, wobei sich die mit Tdf bezeichnete, fiktive Pegelüberschreitungs-Zeitdauer ergäbe, die grösser als der Zeitdauer-Grenzwert T1 ist. Wenn der Prozessrechnerjedoch im Zeitpunkt ts feststellt, dass der Momentanwert des Stromes I grösser als der vorgegebene Füllende-Strompegel Ip ist, öffnet er das in der Ableitung 9 vorhandene Ventil 11 während einer fest vorgegebenen Ableit-Zeitdauer Ta, so dass bis zum Zeitpunkt ts Wasser aus dem Behälter abgeleitet wird.
Während der Ableit-Zeitdauer Ta wird die im Behälter vorhandene Wassermenge also zusätzlich zur verdampfungsbedingten Verkleinerung noch durch das Ableiten von Wasser vermindert, so dass auch der Strom schneller abnimmt als in den ohne Ableiten von Wasser stattfindenden Verdampfungsphasen. Die sich tatsächlich ergebende Pegelüberschreitungs-Zeitdauer Td liegt daher zwischen dem Zeitdauer-Grenzwert Tg und der fiktiven Pegelüberschreitungs-Zeitdauer Td'. Beim Ablassen von Wasser werden mit diesem auch nichtverdampfbare Substanzen aus dem Behälter 1 abtransportiert. Es findet also eine Ausschlämmung statt.
In der im Zeitpunkt tlo beginnenden, neuen Füllphase muss dementsprechend eine grössere Wassermenge in den Behälter eingeleitet werden, damit der Strom I wieder auf den Strompegel lp steigt, wobei die Leitfähigkeit des im Behälter vorhandenen Wassers verkleinert wird, sodass auf den Zyklus mit Wasserablass im allgemeinen wieder einige Zyklen ohne Wasserablass folgen.
die Figur 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Dampferzeugung, wobei die Regelvorrichtung der Einrichtung einen Mikro-Prozessrechner aufweist, die Figur 2 ein den zeitlichen Verlauf des beim normalen Betrieb durch das Wasser fliessenden, elektrischen Stromes zeigendes Diagramm, die Figur 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des zeitlichen Stromverlaufs, wenn die Einrichtung bei kaltes Wasser enthaltendem Behälter gestartet wird, die Figur 4 eine vereinfachte Darstellung einer Variante der Einrichtung mit zwei Behältern und die Figur 5 eine vereinfachte Darstellung einer Variante der Einrichtung, deren Regelvorrichtung anstelle eines Prozessrechners teilweise analog arbeitende Schaltungsmittel besitzt.
Die in der Figur 1 dargestellte Einrichtung zum Erzeugen von zur Luftbefeuchtung dienendem Dampf besitzt einen Behälter 1, dessen Wandung einen Mantel, einen Boden und eine Decke aufweist. Der Boden ist zu seinem Zentrum hin nach unten geneigt und bei seiner tiefsten Stelle mit einer Öffnung mit einem Sieb versehen, die zusammen mit einem Stutzen einen Ein/Auslass 3 bildet. Dieser besitzt eine Verzweigung, an die eine zum Beispiel mit dem öffentlichen Wasserleitungsnetz verbundene Zuleitung 5 mit einem elektrisch steuerbaren Ventil 7 und eine mit einem elektrisch steuerbaren Ventil 11 versehene Ableitung 9 angeschlossen ist, die zum Beispiel in eine Abwasserleitung 13 der öffentlichen Abwasser-Kanalisation mündet.
Die zu ihrem Zentrum hin nach oben geneigte Decke des Behälters ist bei ihrer höchsten Stelle mit einem Dampfauslass 15 versehen, der direkt oder über eine Leitung in einen Raum mündet, dessen Luft zu befeuchten ist und der zum Beispiel zum Aufnehmen von Personen und/oder irgendwelchen Apparaturen dienen kann. Der von einem nicht dargestellten Gestell gehaltene Behälter 1 und/oder die Zuleitung 5, die Ableitung 9 und der Dampfauslass 15 bestehen zumindest zum Teil aus elektrisch isolierenden Materialien und sind im übrigen derart ausgebildet, dass der Behälter oder zumindest die dessen Innenraum begrenzende Innenfläche sowie der Ein/Auslass 3 gegen die Erde und das öffentliche Wasserleitungsnetz sowie die Abwasserleitung 13 elektrisch isoliert sind.
Im Innenraum des Behälters 12 sind mindestens zwei etwa durch vertikal verlaufende Stäbe gebildete Elektroden 17 derart befestigt, dass ihre tiefsten Abschnitte, d. h. ihre unteren Enden von der tiefsten Stelle des Behälter-Innenraumes durch einen Zwischenraum getrennt sind. Im Innenraum des Behälters ist ferner ungefähr in der Höhe der höchsten Abschnitte, d. h.
der oberen Enden der Elektroden 17 ein Wasser-Niveausensor 19 befestigt. Im Raum mit der zu befeuchtenden Luft ist mindestens ein Feuchtigkeitssensor 21 angeordnet.
Die Elektroden 17 sind über einen durch einen Messwandlertransformator gebildeten Strom-Messwertgeber 23 und ein durch ein Schütz gebildetes, elektrisch steuerbares, elektrisches Schaltorgan 25 mit einem mindestens zweipoligen Anschluss 27 verbunden, der seinerseits mit dem elektrischen Wechselspannungsnetz verbunden ist. Eine elektronische Regelvorrichtung 31 weist einen digital arbeitenden Mikro-Prozessrechner 33 und einen elektrisch mit diesem verbundenen Taktgeber 35 auf. Der Wasser-Niveausensor 19 ist elektrisch über eine Digitaleingangs-Adapterschaltung 37 mit dem Prozessrechner 33 verbunden. Der Feuchtigkeitssensor 21 sowie der Strom-Messwertgeber 23 sind elektrisch über eine mindestens einen Analog/Digital-Wandler aufweisende Analogeingangs-Adapterschaltung 39 mit dem Prozessrechner 33 verbunden.
Der Prozessrechner ist über eine Ausgangs-Adapterschaltung 41 elektrisch mit Steuer- und Betätigungsorganen der Ventile 7, 11 und des Schaltorganes 25 verbunden, wobei die Adapterschaltung 41 Treiberschaltungsmittel zum Aufbringen der zum Betätigen der Steuer- und Betätigungsorgane nötigen, elektrischen Energie aufweist.
Der Prozessrechner 33 ist des weitern elektrisch mit einer Anzeige- und Signalisiervorrichtung 43 verbunden, die zum Beispiel ein digitales Anzeigeorgan, durch Leuchtdioden und/oder Lämpchen gebildete, optische Signalgeber und einen akustischen Signalgeber aufweist. Eine Steuervorrichtung 45 weist manuell betätigbare Schaltorgane, wie einrastende oder nicht einrastende Drucktastenschalter, zum Einund Ausschalten und Steuern der Einrichtung und manuell betätigbare Codierschalter zum digitalen Einstellen von Verfahrensparametern auf und ist elektrisch über die Digitaleingangs-Adapterschaltung 37 mit dem Prozessrechner 33 verbunden. Eine Analog-Einstellvorrichtung 47 weist zum Beispiel mindestens einen manuell veränderbaren, elektrischen Widerstand auf und ist über die Analogeingangs-Adapterschaltung 39 mit dem Prozessrechner verbunden.
Des weiteren kann der Prozessrechner 33 über die Ausgangs Adapterschaltung 41 und mindestens eine Leitung 49 noch mit mindestens einem ausserhalb der Regelvorrichtung 31 angeordneten und mehr oder weniger weit von dieser entfernten, elektrisch steuerbaren Schaltorgan, wie einem Relais, und/oder analogen oder digitalen Anzeigeorgan und/ oder optischen Signalgeber und/oder akustischen Signalgeber verbunden sein. Die Regelvorrichtung 31 besitzt selbstverständlich noch eine nicht dargestellte Spannungs- und Stromversorgungsvorrichtung, um den verschiedenen erwähnten Komponenten der Regelvorrichtung die benötigten Spannungen und Ströme zuzuführen.
Beim Betrieb der Einrichtung wird zeitweise durch die Zuleitung 5 Wasser in den Behälter 1 eingeleitet, sodass jede Elektrode 17, von oben her in das im Behälter vorhandene Wasser hineinragt und sich ein Teil jeder Elektrode im Wasser befindet. Das frisch durch die Zuleitung 5 in den Behälter eingeleitete Wasser enthält je nach den örtlichen Verhältnissen eine grössere oder kleinere Menge von dissozierbaren Substanzen, wie Salzen, Säuren und Basen, sodass das Wasser eine von den Konzentrationen und Arten der dissozierten Substanzen sowie seiner Temperatur abhängige, elektrische Leitfähigkeit hat.
Wenn die Schaltkontakte des Schaltorgans 25 geschlossen sind, fliesst über die Elektroden 17 und das im Behälter 1 vorhandene Wasser ein elektrischer Strom I, der das Wasser erwärmt und dessen oberste Schicht zum Sieden bringt, so dass Wasserdampf erzeugt und in den Raum geleitet wird, dessen Luft zu befeuchten ist. Die zwischen den zwei Elektroden vorhandene, elektrische Spannung, ist abgesehen vom allenfalls vom Strom-Messwertgeber 23 verursachten, praktisch vernachlässigbaren Spannungsabfall konstant und gleich der Netzspannung. Der momentane Wert des Stromes list von der momentanen Höhe des Wasserspiegels und der momentanen Leitfähigkeit des Wassers abhängig. Der Strom-Messwertgeber 23 führt der Analogeingangs-Adapterschaltung 39 eine elektrische Mess Spannung zu, die ein Mass für den momentanen Wert des Stromes I gibt.
Der Analog/Digital-Wandler der Analogeingangs-Adapterschaltung 39 digitalisiert die Mess-Spannung und führt dem Mikro-Prozessrechner 33 ein entsprechendes, den Momentanwert des Stromes I in digitaler Form darstellendes, elektrisches Signal zu. Kurzzeitige Schwankungen des Stromes I können durch die Adapterschaltung 39 und/ oder den Prozessrechner 33 durch Mittelwertbildung ausgeglichen und geglättet werden, wobei die Zeitdauer über die gemittelt wird, selbstverständlich deutlich kleiner sein soll als der bereits in der Einleitung definierte Zeitdauer-Grenzwert Tg und höchstens 10% und zum Beispiel höchstens oder ungefähr 1% von diesem betragen soll.
Der momentane Wert des Stromes I kann zum Beispiel vom digitalen Anzeigeorgan
Beim Ablassen von Wasser könnte der aus dem Behälter 1 herausfliessende Wasserstrom einen elektrischen Erdschluss, d. h. einen von mindestens einer Elektrode zur Erde fliessenden, elektrischen Strom verursachen. Damit dies nicht geschieht, kann der Prozessrechner 33 derart programmiert sein, dass er das elektrische Schaltorgan 25 während des Wasserableitvorganges öffnet und dadurch die elektrische Strom.
zufuhr zu den Elektroden 17 vorübergehend unterbricht oder das in der Ableitung 9 vorhandene Ventil während der Ableit-Zeitdauer statt dauernd nur intermittierend öffnet. Im letzteren Fall wären die Zeitdauern der einzelnen Ventilöffnungszeitintervalle so kurz bemessen, dass nie ein sich zusammenhängend von Behälter-Innenraum bis zu einem elektrisch mit der Erde verbundenen Bereich der Abwasserleitung 13 erstreckender Wasserstrom entsteht, der das im Behälter vorhandene Wasser elektrisch leitend mit der Erde verbinden könnte.
Die Füll-Zeitdauer Tr kann von Zyklus zu Zyklus entsprechend der zum Erreichen des vorgegebenen Strompegels Ip benötigten Zeit ein wenig variieren. Wenn die Zyklus-Zeit dauerT2 einen fest vorgegebenen, d. h. gleichbleibenden Wert hat, wie es vorgängig angegeben wurde, ändert bei variierender Füll-Zeitdauer Tf natürlich auch die Verdampfungs-Zeitdauer Tv, weil ja Tr + Tv = Tz ist. Des weiteren kann der Wert, auf den der Strom I am Zyklusende absinkt, von Zyklus zu Zyklus variieren. Diese Variation ist im allgemeinen jedoch relativ klein.
Da das Ableiten vom Wasser jeweils in einem Zeitpunkt beginnt, in welchem der Momentanwert des Stromes I mindestens gleich dem Füllende Strompegel Ip und im allgemeinen ein wenig grösser als dieser ist, liegt die während der Ableit-Zeitdauer Ta stattfindende, zu einem grossen Teil durch den Wasserablass verursachte Verkleinerung des Stromes I zumindest zum Teil und bei entsprechend kleiner Bemessung der Ableit-Zeitdauer Ta vollständig innerhalb des Strombereiches, in welchem der Strom in den Zyklen ohne Wassserableitung variiert.
Das Ableiten von Wasser erhöht daher die Schwankung des Stromes höchstens verhältnismässig wenig oder gar nicht. pies ist deshalb vorteilhaft, weil ja die momentane Verdampfungsleistung, d. h. die pro Zeiteinheit erzeugte Dampfmenge, zumindest näherungsweise proportional zur dem Wasser zugeführten Heizleistung und also zumindest annährend proportional zum Quadrat des Stromes list und weil natürlich im allgemeinen eine möglichst gleichmässige Dampferzeugung angestrebt wird.
Der sich beim normalen Betrieb und gleichbleibendem Füllende-Strompegel Ip während einer Reihe von Zyklen ohne und mit Wasserablass ergebende Schwankungsbereich des Stromes I beträgt, abhängig von den gewählten Werten der Zeitdauern Tz und Ta zum Beispiel höchstens oder ungefähr 30% oder höchstens oder ungefähr 20% oder sogar nur höchstens oder ungefähr 15% des Füllende-Strompegels.
Es sei hier noch darauf hingewiesen, dass die Pegelüberschreitungs-Zeitdauer Td und der Zeitdauer-Grenzwert Tg in der Figur 2 zur Verdeutlichung im Verhältnis zur Zyklus Zeitdauer Tz in stark übertriebener Grösse dargestellt wurden. Die Zyklus-Zeitdauer T2 kann zum Beispiel etwa 100 bis 200 Sekunden betragen, während der Zeitdauer-Grenzwert Tg etwa im Bereich von 10 bis 20 Sekunden liegt, so dass der Zeitdauer-Grenzwert höchstens 20% und typischerweise höchstens oder ungefähr 15% oder sogar nur höchstens oder ungefähr 10% der Zyklus-Zeitdauer beträgt.
Je nach der Beschaffenheit des zugeführten Wassers und der geforderten Verdampfungsleistung kann dann typischerweise etwa nach jeweils 5 bis 20 Zyklen ein Wasserablass stattfinden, wobei aber in Extremfällen auch bei jedem Zyklus oder erst nach jeweils 100 oder noch mehr Zyklen ein Wasserablass erforderlich sein kann.
Das im Behälter 1 vorhandene Wasser weist beim Betrieb der Einrichtung ein starkes Temperaturgefälle auf. Während die oberste Wasserschicht etwa Siedetemperatur aufweist, ist die Temperatur des unterhalb der Elektroden 17 im Behälter vorhandenen Wassers wesentlich kühler und hat zum Beispiel eine nur etwa 30 bis 50 "C betragende Temperatur.
Wenn die Ausbildung des Behälters 1, die Höhe der unteren Elektrodenenden und die Ableit-Zeitdauer Ta vorteilhaft aufeinander abgestimmt werden, kann erreicht werden, dass beim Ableiten von Wasser überwiegend nur verhältnismassig kühles Wasser aus dem Behälter abströmt und dementsprechend nur wenig Heizenergie verloren wird.
Der Prozessrechner 33 kann die Verdampfungsleistung regeln, damit zum Beispiel die mit dem Feuchtigkeitssensor 21 ermittelte, relative und/oder absolute Luftfeuchtigkeit konstant bleibt oder gemäss einem vorgegebenen Programm ändert. Wenn eine Erhöhung oder Senkung der Verdampfungsleistung erforderlich ist, kann der Prozessrechner den Füllende-Strompegel Ip entsprechend erhöhen oder senken.
Da der Zeitdauer-Grenzwert Tg wesentlich kleiner ist als die Zyklus-Zeitdauer Tz, kann es höchstens verhältnismässig selten geschehen, dass der Prozessrechner den Wert des Füllende-Strompegels in einen Zeitpunkt verschiebt, der gerade in ein Grenz-Zeitintervall fällt. Wenn dies aber doch gelegentlich geschieht, und zum Beispiel der Füllende-Strompegel zum Vergrössern der Verdampfungsleistung während eines Grenz-Zeitintervalls erhöht wird, kann dies unter Umständen bewirken, dass ein Wasserablass, der bei gleichbleibendem Füllende-Strompegel stattfände, in Wirklichkeit nicht stattfindet.
Wenn hingegen der Füllende-Strompegel zum Verkleinern der Verdampfungsleistung zufällig während eines Grenz-Zeitintervalls gesenkt wird, kann dies möglicherweise einen Wasserablass in einem Zyklus verursachen, in dem bei gleichbleibendem Füllende-Strompegel kein Wasser abgeleitet würde. Solche Abweichungen vom Regelverhalten bei gleichbleibendem Füllende-Strompegel sind jedoch nicht störend, sondern im Gegenteil sogar vorteilhaft, weil sie nämlich bewirken, dass die Verdampfungsleistung den Änderungen des Füllende-Strompegels schneller folgt.
Beim zur Begrenzung der Leitfähigkeit des Wassers dienenden Pegeln der Wasserableitvorgänge aufgrund der Pegelüberschreitungs-Zeitdauer muss der Strom I gemäss der vorgängigen Beschreibung nur mit einem einzigen Strompegel, nämlich dem Füllende-Strompegel Ip verglichen werden. Der Prozessrechner ist jedoch vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass er noch einen Minimal-Strompegel Imin definiert, der kleiner als die sich an den Enden der Zyklen normalerweise ergebenden Momentanwerte des Stromes I sowie also selbstverständlich auch kleiner als der Füllende-Strompegel Ip, und nämlich proportional zum letzteren ist. Falls der Momentanwert des Stromes I auf den Minimal-Strompegel Imin oder unter diesen absinkt, soll der Prozessrechner das Ventil 7 der Zuleitung 5 dann sofort, d. h. vor dem Ablauf der Zyklus-Zeitdauer, öffnen.
Ferner kann eventuell vorgesehen werden, dass der Prozessrechner das zum Ableiten von Wasser dienende Ventil 11, wenn dieses in einem solchen Zeitpunkt zufällig offen sein sollte, sofort schliesst. Falls zum Beispiel der Füllende-Strompegel und damit auch der Minimal-Strompegel zum Steigern der Verdampfungsleistung während einer Verdampfungsphase so stark erhöht werden, dass der Minimal-Strompegel grösser wird als der momentane Wert des Stromes I, wird sofort Wasser in den Behälter eingeleitet und sofort die Verdampfungsleistung erhöht. Des weitern kann durch das Öffnen des Ventils 7 und eventuelle Schliessen des Ventils 11 beim Absinken des Stromes I auf einen Minimal-Strompegel Imia sichergestellt werden, dass der Wasserspiegel im Behälter 1 nie unter die unteren Enden der Elektroden 17 absinkt.
Ferner kann der Prozessrechner einen zum Füllende Strompegel proportionalen oder konstanten Maximal-Strompegel Imax definieren, der grösser als der momentan geltende und/oder grösser als der grösste, vorgesehene Füllende Strompegel ist, und im Fall, dass der Strom I auf oder über Imaa ansteigen sollte, besondere Operationen durchführen, zum Beispiel sofort Wasser ablassen, und/oder das Schaltorgan 25 öffnen.
Wenn der Behälter 1 vor dem Starten der Einrichtung, zum Beispiel vom früheren Betrieb der Einrichtung her, eine gewisse Menge kaltes Wasser enthält, stellt sich das Problem, dass die zufällig im Behälter 1 vorhandene Wassermenge möglicherweise mehr oder weniger stark nach unten oder oben von der für die normale Regelweise bei einem bestimmten Füllende-Strompegel benötigten Wassermenge abweicht. Der Prozessrechner ist daher vorteilhafter derart ausgebildet, dass er den Start- und Anlaufvorgang in besonderer, nun anhand der Figur 3 erläuterter Weise regelt. In der Figur 3 zeigt die Kurve 71 den Verlauf des Stromes I in Abhängigkeit von der Zeit t für den Start- und Anlaufvorgang.
Im Zeitpunkt to wird die Einrichtung zum Beispiel durch manuelles Betätigen eines Schalters der Steuervorrichtung 45 gestartet, sodass der Prozessrechner das Schaltorgan 25 schliesst und ein Strom I zu fliessen beginnt. Dadurch wird das Wasser erwärmt und dessen Leitfähigkeit erhöht, so dass der Strom ansteigt.
Der Prozessrechner misst im sich von to bis tm erstreckenden, beispielsweise etwa 10 bis 15 Sekunden betragenden Zeitintervall den Strom I und ermittelt aus dessen Änderung einen Nährungswert für die erste sowie eventuell auch noch für die zweite Ableitung des Stromes nach der Zeit und errechnet aus dem Strom und dessen zeitlicher Änderung gemäss einem programmierten Rechenverfahren den Wert eines erwarteten Stromes Ie, auf den der Strom I bei gleichbleibender Wassermenge entlang dem gestrichelt gezeichneten Kurvenabschnitt nach einer vorbestimmten Zeitdauer bis zum Zeitpunkt te und/oder im Maximum ansteigen würde.
Falls nun der erwartete Strom Ie kleiner ist als der vom Prozessrechner vorgegebene Füllende Strompegel Ip, errechnet der Prozessrechner einen korrigierten Strom Ic. Dieser kann zum Beispiel um die Differenz Ip - Ie und einen kleinen vorgegebenen, konstanten oder zur letztgenannten Differenz proportionalen Zusatzwert grösser sein, als der im Zeitpunkt tm tatsächlich vorhandene Strom.
Der Prozessrechner öffnet nach der Berechnung von Ic das zum Einleiten von Wasser dienende Ventil 7 so lange, bis der tatsächliche Strom I im Zeitpunkt tc auf den korrigierten Strom Ie angestiegen ist. Nach dem Schliessen des Ventils 7 steigt der Strom I weiter an, bis er im vorbestimmten Zeitpunkt te einen ungefähr mit dem vorgesehenen Füllende Strompegel Ip identischen Wert erreicht, wobei beim Berechnen des korrigierten Stroms Ic durch das Zufügen des erwähnten Zusatzwertes eine gewisse Reserve einkalkuliert werden kann, damit der Strom eher ein wenig höher steigt als Ip.
Nach dieser besonderen Regelung des Start- und Anlaufvorgangs kann der Prozessrechner zum Beispiel nach einer gewissen verdampfungsbedingten Abnahme des Stromes I in einem um eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Zeitpunkt te liegenden Zeitpunkt auf das normale Regelverfahren umschalten. Die anhand der Figur 3 beschriebene Regelweise des Start- und Anlaufvorgangs ermöglicht im Fall, dass vor dem Start zu wenig Wasser im Behälter vorhanden ist, nach einer kurzen Messzeit ungefähr die für einen Betrieb bei einem bestimmten Füllende-Strompegel benötigte Wassermenge in den Behälter einzuleiten.
Dadurch kann vermieden werden, dass es entweder wegen einer zu kleinen im Behälter vorhandenen Wassermenge relativ lange dauert, bis der Strom I den vorgegebenen Füllende-Strompegel erreicht, oder dass zuviel Wasser in den Behälter eingeleitet wird und kurz nach dem Start sogleich wieder viel Wasser abgeleitet werden muss. Falls der Behälter beim Start eine so grosse Menge Wasser enthalten sollte, dass der aufgrund der Vorausberechnung bei gleichbleibender Wassermenge zu erwartende Strom Ie grösser als der vorbestimmte Füllende-Strompegel Ip ist, kann entweder sofort Wasser abgeleitet werden, bis der Strom auf einen vorausberechneten Wert abnimmt, oder das vorhandene Wasser ohne Wasserablass weiter erwärmt und die Wassermenge danach mit der beim normalen Betrieb stattfindenden Regelung geregelt werden.
Wenn der Behälter vor dem Start leer ist, d. h. kein Wasser enthält, öffnet der Prozessrechner beim Starten im Prinzip gleich wie in einer normalen Füllphase des Ventil 7 der Zuleitung und lässt dieses solange offen, bis der Strom I auf den vorgegebenen Füllende-Strompegel Ip angestiegen ist. Für den Fall, dass die Heizleistung nicht ausreicht, um bis zum Ende dieser Start-Füllphase den Verdampfungsvorgang in Gang zu setzen, kann eventuell vorgesehen werden, dass der Prozessrechner dann einen möglicherweise gemäss den normalen Kriterien vorzunehmenden Wasserablass nicht durchführt, damit sich schneller ein quasistationärer Zustand einpendelt.
Falls der Wasserspiegel beim Einleiten von Wasser in den Behälter in diesem aus irgendeinem Grund bis zum oberen Endes der Elektroden 17 steigen sollte, führt der Wasser Niveausensor 15 dem Prozessrechner 33 ein elektrisches Signal zu, wonach der Prozessrechner das in der Zuleitung 5 vorhandene Ventil 7 schliesst.
Ferner kann der Prozessrechner selbstverständlich zusätzlich zur bereits erwähnten Anzeige des Momentanwerts des Stromes I oder statt dieser einer Bedienungsperson über die Anzeige- und Signalisiervorrichtung 43 andere Informationen über den momentanen Betriebszustand vermitteln und insbesondere Abweichungen von den normalen Betriebsbedingungen optisch oder akustisch signalisieren.
Das weitern ermöglichen die Steuervorrichtung 45 und die Analog-Einstellvorrichtung 47, durch manuelles Betätigen von Schalt- und Einstellorganen in den Prozessablauf einzugreifen und gewisse Verfahrensparameter einzustellen.
Die stark vereinfacht in der Figur 4 dargestellte Einrichtung weist mindestens zwei zum Verdampfen von Wasser dienende, ähnlich wie der Behälter 1 ausgebildete sowie ausgerüstete Behälter 81 und 83 auf, wobei insbesondere auch für jeden Behälter 81, 83 mit Ventilen versehene Wasserzuund Wasserableitmittel sowie ein Strom-Messwertgeber zum Ermitteln des über in den Behältern angeordnete Elektroden fliessenden Stromes und ein Schaltorgan zum Ein- und Ausschalten des letzteren vorhanden sind. Ferner ist eine Regelvorrichtung 91 mit einem Mikro-Prozessrechner 93 vorhanden. Dieser ist über Eingangs- und Ausgangs-Adapterschaltungen mit den den beiden Behältern zugeordneten Strom-Messwertgebern, Ventilen, Schaltorganen sowie eventuell weiteren Elementen und Vorrichtungen verbunden.
Der Prozessrechner 95 und/oder die Eingangs- und Ausgangs-Adapterschaltungen bildet bzw. bilden eine schematisch als Block dargestellte Multiplex/Demultiplex-Vorrichtung 95. Diese verbindet beim Betrieb den Prozessrechner 93 oder genauer gesagt, dessen zum Regeln dienenden Teil abwechselnd mit den einem der beiden Behälter 81, 83 zugeordneten, elektrischen, Messwerte liefernden oder zu steuernden Elementen, d. h. insbesondere einen Strom-Messwertgeber, den beiden Ventilen und einem Schaltorgan. Das Zu- und Ableiten von Wasser und weitere Vorgänge können also für mindestens zwei Behälter 81, 83 mit ein- und demselben Regelteil des Mikro-Prozessrechners 93 im Multiplex/ Demultiplex- oder Time Sharing -Verfahren geregelt werden, wodurch gegenüber einer Anlage, bei der für jeden Behälter eine separate Regelvorrichtung vorhanden ist, beträchtliche Kosten eingespart werden können.
Die ebenfalls nur vereinfacht in der Figur 5 dargestellte Variante der Einrichtung ist für Anwendungen vorgesehen, bei denen weniger hohe Anforderungen gestellt werden als beim Betrieb der in der Figur 1 dargestellten Einrichtung und weist einen Behälter 101 mit Elektroden, zum Ein- und Ableiten von Wasser dienende Ventile 107 bzw. 111, einen Strom-Messwertgeber 123 und eine Regelvorrichtung 131 auf. Diese besitzt anstelle eines Mikro-Prozessrechners eine aus diskreten, mindestens teilweise analog arbeitenden Bauelementen und Schaltungsmitteln bestehende Regelschaltung. Der Strom-Messwertgeber 123 ist mit einem Eingang eines eine Gleichrichter- und Filterschaltung 141 bildenden Verstärkers verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang eines als Spannungs-Komparator 143 geschalteten Verstärkers verbunden ist.
Mit einem einen zum Beispiel manuell verstellbaren Spannungsteiler aufweisenden Referenzspannungsgeber 145 kann dem Spannungs-Komparator 143 eine Referenzspannung zugeführt werden, deren Wert den Füllende-Strompegel Ip bestimmt. Die Ausgänge des Komparators 143 und eines zum Festlegen der Zyklus-Zeitdauer Tz dienenden, einen Impulsgenerator aufweisenden Zählers 151 sind mit einer Kippschaltung 153 verbunden, der über eine Treiberschaltung ein Schaltorgan 155, nämlich ein Relais steuert, das mit dem zum Einleiten von Wasser dienenden Ventil 107 verbunden ist.
Der Ausgang des Komparators 143 ist ferner noch über einen Widerstand, der zusammen mit einem Kondensator den Zeitdauer-Grenzwert Tg festlegt, mit dem Setzeingang einer Kippschaltung 157 verbunden, die über eine Treiberschaltung mit der Spule von einem ein Schaltorgan 159 bildenden Relais verbunden ist, dessen Kontakt mit dem zum Ableiten von Wasser dienenden Ventil 111 verbunden ist. Der Rückstell-Eingang und der mit der Treibschaltung verbundene Ausgang der Kippschaltung 157 sind mit einem die Ableit-Zeitdauer Ta festlegenden RC-Glied verbunden. Mit diesen Elementen der Regelvorrichtung 131 kann das Ein- und Ableiten von Wasser im Prinzip ähnlich geregelt werden, wie es mit Bezug auf die Kurve 61 anhand der Figur 2 erläutert wurde.
Die Regelvorrichtung 131 kann ferner noch einen Spannungs-Komparator 171 aufweisen, dessen einer Eingang mit einem im Behälter angeordneten Wasser-Niveausensor und dessen Ausgang mit der Kippschaltung 153 verbunden ist, um im Fall, dass der Wasserspiegel im Behälter 101 bis zum Wasser-Niveausensor steigt, das zum Einleiten von Wasser dienende Ventil 107 zu schliessen. Des weitern kann noch ein Spannungs-Komparator 181 vorhanden sein, dessen einer Eingang mit dem Ausgang der Gleichrichter- und Filterschaltung 141 und dessen Ausgang mit dem Setz-Eingang der Kippschaltung 153 verbunden ist, um im Fall, dass der Momentanwert des über die Elektroden fliessenden Stromes I auf oder unter einem Minimal-Strompegel Imin, absinkt, das Ventil 107 zu öffnen und Wasser in den Behälter 101 einzuleiten.
Die Verfahren und Einrichtungen können noch in anderer Weise modifiziert werden. Zum Beispiel könnte anstelle einer gleichbleibenden Zyklus-Zeitdauer Tz eine gleichbleibende Verdampfungs-Zeitdauer Tv vorgegeben werden.
Ferner könnten der Zeitdauer-Grenzwert Tg und/oder die Ableitzeitdauer Ta anstelle eines festen Wertes einen Wert haben, der abhängig vom Füllende-Strompegel und/oder einem andern, ändernden Wert geändert wird.
DESCRIPTION
The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 9.
A method and a device for generating water vapor are known from German Offenlegungsschrift 3 405 212. The device has a container with electrodes, lines and valves protruding into its interior for supplying and discharging water into or
out of the container and an electronic control device for opening and closing the valves. To generate steam, current is passed through the electrodes through the water currently in the container and the latter is thereby heated. To replace the evaporating water, fresh water is introduced intermittently into the container, in each case until the electrical current flowing through the water reaches a predetermined first level, which is referred to below as the filler current level. Thereafter, steam is generated during an evaporation phase without fresh water supply, the electrical current decreasing. If the current passes an upper level as it drops, the starting point of a measurement time interval is defined with a fixed, 50 to 150 second duration.
If the current remains above a predetermined, lower level until the end of the measuring time interval, fresh water is introduced into the container again at the end of the measuring time interval. If, on the other hand, the current drops to the lower level before the end of the measuring time interval, water is drained from the container so that non-evaporable substances present in the water are removed from the container and the electrical conductivity of the water decreases again. If the evaporation power is to be changed, the various levels are made larger or smaller. If the evaporation power should be changed during the measurement time interval, the change in the level is delayed until the end of the measurement time interval.
After an interruption in operation, the smaller or larger amount of water that still happens to be in the tank is first heated and the value of the current is determined at short intervals. If the current begins to decrease before reaching the fill current level, fresh water is introduced into the tank.
The draining of water from time to time causes a reduction in the electrical current flowing through the water remaining in the container. Since water drainage begins at the point in time when the current has already dropped to the lower level, water drainage increases the fluctuations in the current and the evaporation capacity, which is undesirable. In addition, determining whether water should be drained or not takes 50 to 150 seconds depending on the duration of the measuring time interval, and it would hardly be possible to shorten the measuring time interval, since otherwise the current difference between the upper and lower levels would be too small to be reasonably reliable To enable regulation. The regulation of water drainage is therefore rather slow.
Furthermore, the evaporation capacity can only be changed relatively slowly, because changes in the different current levels are often only possible after the relatively long measurement time interval has elapsed. If, in the known method after an interruption in operation, the amount of water that is still present in the container is heated, it can also take a long time, under certain circumstances, namely if the container contains only a little water with low conductivity, until the control device declines the initiation due to the onset of current caused by fresh water.
The invention is based on the object of creating a method and a device which which have the disadvantages of the known method or fixes the known device. The method and the device should, for example, enable the current fluctuations caused by the supply and discharge of water to be kept relatively small, the water discharge to be regulated quickly and the evaporation output to be changed without delay as far as possible.
This object is achieved by a method and a device which, according to the invention, have the features of the characterizing part of claim 1 and 9 have.
Advantageous further developments of the method and the device are based on that of claim 1 and 9 dependent claims.
The point at which water is introduced into the container and the amount of water introduced per unit of time are preferably determined in such a way that the water present in the uppermost region of the container at least during normal operation, i.e. H. possibly apart from starting processes and possible other malfunctions and special cases, also constantly boiling during the introduction of fresh water. It can then be uninterrupted during normal operation, namely both in the filling phases during which water is introduced into the container and, of course, during the evaporation phases between successive filling phases, in which no water is introduced, but water is drained from time to time , Water can be evaporated.
When new water is introduced into the container, the water level rises in it, the electrical resistance decreasing or the reciprocal, electrical conductivity of the water increases. If the voltages on the electrodes in the usual way at least substantially, i. H. apart from small, current-dependent voltage drops on a transducer or other current sensor, the electrical current I flowing through the water in the tank also increases when water is introduced.
It has now been recognized that the current I increases a little further when the introduction of fresh water is stopped before it drops again. In this context, some names will now be defined and explained. The end-of-charge current level Ip already mentioned in the discussion of the known prior art is understood to mean the current value at which the introduction of water into the container is ended in each case. The level exceeding current difference Id is the current difference by which the current still increases after the completion of the water introduction process. The time interval immediately following the filling phase, in which the current I is at least equal to the filling current level Ip or greater, is referred to as the level exceeding time interval and the duration of the latter accordingly as the level exceeding time duration Td.
The level exceeding current summit or briefly current summit is the portion of the curve which represents the current as a function of time, which follows a water introduction process and extends over a level exceeding time interval, i. H. the section of this curve in which the current is equal to or greater than the filler current level.
The current summit arises at least in part from the fact that the heating of the water caused by the current also has its electrical conductivity, or more specifically, specific electrical conductivity, i. H. increases the reciprocal of the specific electrical resistance of the water and that the resulting increase in the electrical conductivity of the water is greater for a certain period of time than the decrease in the electrical conductivity caused by the evaporation of water and the associated decrease in the amount of water.
The emergence of the electricity peak is also likely to be influenced by the fact that the heat propagation in the water takes a certain amount of time and that an increase in the water temperature and the associated increase in conductivity have a certain delay on the size of the electrical current, because the charge transport in an electrolytic liquid due to ions drifting relatively slowly through the liquid.
The invention is further based on the knowledge that both the level exceeding time period and the level exceeding current difference also increase with increasing electrical conductivity of the water. At least when there is a boiling water layer at the point in time when the current I reaches and exceeds the filling current level Ip, or preferably water is continuously evaporated when water is introduced, preferably at least given the geometry of the container and electrodes an at least approximate and practically exactly the same link between the conductivity of the water and the level exceeding time and the level exceeding current difference.
According to tests carried out, the period of exceedance is, for example, about 4 to 8 seconds in the case of fresh, relatively little dissociated substances and, accordingly, water with a low conductivity. If, on the other hand, the concentration of the dissociated substances contained in the water and thereby the conductivity of the water has been increased by repeated evaporation and replenishment of water, the level exceeding time period Td can increase, depending on the conductivity, to about 10 to less than 20 seconds or more. It is therefore possible to set a time limit Tg, for example in the size range from 10 to 20 seconds, and to drain water as soon as the level exceeding time Td is at least equal to the time limit Tg.
Since this determination takes only 10 to 20 seconds in accordance with the selected time limit Tg, the water drainage can be regulated much faster than with the method known from German Offenlegungsschrift 3405212. Moreover, it is easy to determine with sufficient accuracy both with a process computer and with other circuit means whether or not the level exceeding time period is at least equal to a time period limit value of approximately 10 to 20 seconds.
As mentioned, the level exceeding current difference Id also increases with increasing electrical conductivity. At least if water evaporates at least at the end of the filling phase and preferably in the entire filling phase, the level exceeding current difference for fresh water with low conductivity is, for example, about 2 to 4% and for water with a large one, for example by evaporation and repeated refilling Water with increased conductivity about 5 to 10% of fill-level current. The water drainage can therefore be regulated using the level exceeding current difference instead of using the level exceeding time period.
In this case, water could be drained off if the level exceeding current difference Id is at least equal to a current difference limit value Is, which can be, for example, 5 to 10% of the filling current level Ip.
Furthermore, there would also be the possibility during the current summit to form the product level exceeding time duration times level exceeding current difference or to integrate the level exceeding current difference from reaching the filling end current level and then to integrate the product or To be compared integrally with a limit value and to drain off water when the product or Integral is at least equal to the limit.
The filling current level can be specified as a constant or preferably manually and / or electronically changeable setpoint value, so that the instantaneous value of the electrical current in the filling and subsequent evaporation phases at a specific, predetermined filling current level in current ranges with at least somewhat predetermined limits and fluctuates and accordingly the evaporation power has at least approximately a predetermined value on average. The device can, for example, have at least one moisture sensor and a control device with a microprocessor in order to control the filling current level as a function of moisture measurements in such a way that the moisture remains constant or changes according to a predetermined program.
In the case of a simpler control device, a manually adjustable setting element, for example a continuously adjustable or step-wise switchable resistor, can be present in order to change the end-of-charge current level. As a result of the temporary drainage of water and the water exchange caused thereby, together with the subsequent introduction of fresh water, the electrical conductivity of the water currently present in the container can be limited at least approximately and preferably exactly to a predetermined limit value. During operation, after a start-up phase following the start, the duration of which depends on the conductivity of the water supplied, a quasi-steady state can arise in which the conductivity fluctuates between the limit value mentioned and a more or less constant minimum value below it.
According to the investigations carried out, the level exceeding times for a given device for water present in the container with a certain conductivity when changing the filling current level remain at least approximately and practically exactly constant. If the drainage of water is regulated on the basis of the level exceeding time period and in addition a variability of the filling current level is provided, the time limit value can have the same constant value for all filling current levels lying within a certain working range. Of course, it would also be possible to change the time limit depending on the filling current level, should this be desirable for special purposes.
On the other hand, the level exceeding current differences for water with a certain electrical conductivity according to the tests carried out when changing the filling end current level are at least approximately and namely practically exactly proportional to the latter. Therefore, if the discharge of water is regulated on the basis of the level exceeding current differences and the filling current level is made changeable, it is generally advantageous to specify the current difference limit value not as a fixed current value but as a relative value related to the filling current level, i.e. H. define the level exceeding current difference as a percentage of the filling current level.
The removal of water by determining the level exceeding period, which is typically several seconds, and comparing it with a time limit value to be specified as a constant value, in general and in particular also with relatively small values of the filling end current level, with simple and less expensive, electrical and electronic circuit means, is sufficient are regulated precisely as using the level exceeding current difference or the formation of products or integrals of the types mentioned. In a preferred embodiment of the invention, the drainage of the water is therefore regulated using the level exceeding period.
The invention and further advantages of this and its configurations will now be explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawing.
In the drawing, the display and signaling device 41 shows to be displayed continuously. During operation, the moisture sensor 21 generates an electrical measuring voltage which gives a measure of the instantaneous value of the absolute and / or relative air humidity in the room, the air of which is to be humidified by the device. This measuring voltage is then determined by the an analog-to-digital converter of the analog input adapter circuit 39 is converted into digital signals. The microprocessor 33 then controls and / or regulates the valves 7 and 11 in such a way that the moisture in said space is, for example, equal to a manually adjustable, constant value or a value that changes over time according to a predetermined program.
The control and / or regulation during normal operation will now be explained on the basis of the diagram shown in FIG. 2, whereby normal operation means that the start-up phase following the start is over and a quasi-steady state has occurred in which the container 1 constantly contains water and that the filling current level Ip is constant. In the diagram, the time t is plotted on the abscissa and the logarithm of the current I is plotted on the ordinate, and the course of the current I over time is represented by curve 61. The process computer 33 is programmed, for example, in such a way that it opens the valve 7 present in the supply line 5 intermittently and at constant time intervals, at least with the filling current level Ip remaining constant, namely after a predetermined cycle time period Tz.
The process computer can determine the cycle time Tz by counting a certain number of clock signals supplied to it by the clock generator 35. At the drawn starting point of curve 61, both valves 7 and 11 are closed. At time ti, process computer 33 generates a signal which causes valve 7 in supply line 5 to open, so that a new cycle begins and fresh water flows into the container during a filling phase. Since the water newly flowing into the container is generally cold, i. H. If the temperature is significantly below the boiling temperature, it cools down the water still in the container.
However, the inlet / outlet 3 is designed and the amount of water introduced into the container 1 per unit of time is set such that the uppermost water layer boils at least at the end of each water introduction process and preferably without interruption in the entire filling phase. When water is introduced into the container 1, the water level rises in it and thus also the current I. When the latter reaches the predetermined filling end current level IP at time t2, the process computer 33 closes the valve 7, as a result of which the end of the filling phase and the value of the filling time period Tf are determined.
At time ti, the evaporation phase begins, in which water evaporates without fresh water being introduced into the container at the same time. The current I initially increases a little before it decreases due to the decrease in the amount of water present in the container and has dropped back to the end-of-charge current level Ip at time t3. The curve 61 therefore forms a level exceeding current peak 63 in the level exceeding time interval extending from time ti to time t3 during the level exceeding time period Td. The current is therefore at least equal to the filling current level Ip in the level exceeding time interval, namely equal to Ip at the beginning and end of the interval and greater than Ip in the interior of the interval.
At the highest point of the current peak, the current I is greater than the current level Ip by the level exceeding current difference Id. At time t2, the process computer 33 begins to count the clock signals delivered to it by the clock generator 35 until a predetermined number has been reached, thereby defining a limit time interval, the duration of which is equal to the predetermined time limit value Tg and which extends to the time t4. At the end of the limit time interval, the process computer compares the current value of the current I with the end-of-charge current level Ip. Since at the current summit 63 Td is less than Tg and, accordingly, the current I at time t4 is less than the end-of-charge current level Ip, the process computer, according to its programming, keeps the valve 11 in the derivation 9 closed.
The current I therefore continues to decrease from the highest point of the current peak until the process computer opens the valve 7 present in the feed line 5 again in accordance with the predetermined cycle time period Tz at the time ts, thereby ending the evaporation phase and the cycle and also the time t until the time ts, the evaporation time period Tv is determined.
A new cycle begins again at the time ts. Because the non-vaporizable substances remained in the tank in the previous cycle, the conductivity of the water is greater both at the beginning and at the end of the new filling phase than at the beginning or End of the previous filling phase. At the level exceeding current peak 65 resulting in the new cycle, the level exceeding time duration Td and the level exceeding current difference Id are therefore greater than in the previous cycle. However, the level exceeding time period Td at the current peak 65 is still smaller than the predetermined time period limit value Tg, so that the valve 11 present in the derivation 9 also remains closed in this cycle and the latter therefore generally runs similarly to the previous cycle.
In the next cycle, beginning at time t6, the electrical conductivity of the water has risen again after the filling phase ending at time t7, resulting in an even greater current peak 67 in terms of time and current. In this the current I is at the end of the limit time interval, i. H. in time t8, which is temporally around the time limit Tg after time ti, is still greater than the end-of-charge current level Ip.
If the valve 11 in the derivation 9 remained closed as in the two previously described cycles, the current from the time ts would continue according to the dashed curve section, resulting in the fictitious level exceeding time denoted by Tdf, which would be greater than that Time limit T1 is. However, if the process computer determines at the time ts that the instantaneous value of the current I is greater than the predetermined end-of-charge current level Ip, it opens the valve 11 present in the discharge line 9 for a fixed predetermined discharge time period Ta, so that water is present up to the time ts is derived from the container.
During the discharge period Ta, the amount of water present in the container is reduced in addition to the evaporation-related reduction by the discharge of water, so that the current also decreases faster than in the evaporation phases that take place without the discharge of water. The actually resulting level exceeding time period Td is therefore between the time limit value Tg and the fictitious level exceeding time period Td '. When water is drained, non-evaporable substances are also removed from the container 1. So there is a sludge.
Accordingly, in the new filling phase beginning at the time tlo, a larger amount of water must be introduced into the container so that the current I rises again to the current level lp, the conductivity of the water present in the container being reduced, so that the cycle with water drainage in general follow a few cycles without draining water.
1 shows a schematic illustration of a device for generating steam, the control device of the device having a microprocessor, FIG. 2 shows a diagram showing the time course of the electrical current flowing through the water during normal operation, and FIG. 3 shows a diagram for illustration FIG. 4 shows a simplified representation of a variant of the arrangement with two containers and FIG. 5 shows a simplified representation of a variant of the arrangement, the control device of which, instead of a process computer, has circuit means that operate partially in an analog manner .
The device shown in FIG. 1 for generating steam used for air humidification has a container 1, the wall of which has a jacket, a floor and a ceiling. The bottom is inclined downwards towards its center and, at its deepest point, is provided with an opening with a sieve which, together with a connecting piece, forms an inlet / outlet 3. This has a branch to which a supply line 5, for example connected to the public water supply network, with an electrically controllable valve 7 and a discharge line 9 provided with an electrically controllable valve 11 is connected, which leads, for example, into a sewage line 13 of the public sewage system .
The ceiling of the container which is inclined upwards towards its center is provided at its highest point with a steam outlet 15 which opens directly or via a line into a room whose air is to be humidified and which can be used, for example, to accommodate people and / or anyone Apparatus can serve. The container 1 and / or the feed line 5, the discharge line 9 and the steam outlet 15 held by a frame (not shown) consist at least in part of electrically insulating materials and are otherwise designed such that the container or at least the inner surface delimiting the interior thereof and the Inlet / outlet 3 are electrically insulated from the earth and the public water supply network and the waste water line 13.
In the interior of the container 12, at least two electrodes 17, approximately formed by vertically extending rods, are fastened in such a way that their deepest sections, ie. H. their lower ends are separated from the lowest point of the container interior by a space. In the interior of the container is also approximately at the height of the highest sections, i.e. H.
a water level sensor 19 is attached to the upper ends of the electrodes 17. At least one moisture sensor 21 is arranged in the room with the air to be humidified.
The electrodes 17 are connected via a current transducer 23 formed by a measuring transformer and an electrically controllable electrical switching element 25 formed by a contactor to an at least two-pole connection 27, which in turn is connected to the electrical AC voltage network. An electronic control device 31 has a digitally operating micro-process computer 33 and a clock generator 35 electrically connected to it. The water level sensor 19 is electrically connected to the process computer 33 via a digital input adapter circuit 37. The moisture sensor 21 and the current sensor 23 are electrically connected to the process computer 33 via an analog input / adapter circuit 39 having at least one analog / digital converter.
The process computer is electrically connected via an output adapter circuit 41 to control and actuation elements of the valves 7, 11 and the switch element 25, the adapter circuit 41 having driver circuit means for applying the electrical energy required to actuate the control and actuation elements.
The process computer 33 is also electrically connected to a display and signaling device 43 which has, for example, a digital display element, optical signal generators formed by light-emitting diodes and / or lamps, and an acoustic signal generator. A control device 45 has manually operable switching elements, such as snap-in or non-snap-in pushbutton switches, for switching the device on and off and for control, and manually operated coding switches for digitally setting process parameters, and is electrically connected to the process computer 33 via the digital input adapter circuit 37. An analog setting device 47 has, for example, at least one manually changeable electrical resistance and is connected to the process computer via the analog input adapter circuit 39.
Furthermore, the process computer 33 can, via the output adapter circuit 41 and at least one line 49, also have at least one electrically controllable switching element, such as a relay, and / or analog or digital display element, which is arranged outside the control device 31 and is more or less distant from it / or optical signal transmitter and / or acoustic signal transmitter. The control device 31 naturally also has a voltage and power supply device, not shown, in order to supply the required voltages and currents to the various components of the control device mentioned.
During operation of the device, water is temporarily introduced into the container 1 through the feed line 5, so that each electrode 17 projects from above into the water present in the container and part of each electrode is in the water. Depending on the local conditions, the water freshly introduced into the container through the feed line 5 contains a greater or lesser amount of dissociable substances, such as salts, acids and bases, so that the water is dependent on the concentrations and types of the dissociated substances and its temperature. has electrical conductivity.
When the switching contacts of the switching element 25 are closed, an electrical current I flows through the electrodes 17 and the water present in the container 1, which heats the water and brings its top layer to a boil, so that water vapor is generated and conducted into the room Is to be humidified. The electrical voltage present between the two electrodes, apart from the practically negligible voltage drop caused by the current sensor 23, is constant and equal to the mains voltage. The current value of the current depends on the current height of the water level and the current conductivity of the water. The current sensor 23 supplies the analog input adapter circuit 39 with an electrical measuring voltage, which gives a measure of the instantaneous value of the current I.
The analog / digital converter of the analog input adapter circuit 39 digitizes the measurement voltage and supplies the microprocessor 33 with a corresponding electrical signal representing the instantaneous value of the current I in digital form. Short-term fluctuations in the current I can be compensated for and smoothed by the adapter circuit 39 and / or the process computer 33 by averaging, the length of time over which averaging should, of course, be significantly less than the time limit Tg already defined in the introduction and at most 10 % and for example at most or approximately 1% of this.
The current value of the current I can, for example, from the digital display element
When draining water, the water flow flowing out of the container 1 could cause an electrical earth fault, i. H. cause an electrical current flowing from at least one electrode to earth. So that this does not happen, the process computer 33 can be programmed in such a way that it opens the electrical switching element 25 during the water drainage process and thereby the electrical current.
supply to the electrodes 17 is temporarily interrupted or the valve present in the discharge line 9 only opens intermittently during the discharge period instead of continuously. In the latter case, the time periods of the individual valve opening time intervals would be so short that there would never be a water flow extending from the interior of the container to an area of the sewage pipe 13 which was electrically connected to the earth and which electrically connected the water in the container to the earth could.
The filling time period Tr can vary slightly from cycle to cycle in accordance with the time required to reach the predetermined current level Ip. If the cycle time T2 has a fixed, i.e. H. has a constant value, as previously stated, naturally also changes the evaporation time period Tv with a varying filling time period Tf, because Tr + Tv = Tz. Furthermore, the value to which the current I drops at the end of the cycle can vary from cycle to cycle. However, this variation is generally relatively small.
Since the drainage from the water begins at a time when the instantaneous value of the current I is at least equal to the filling current level Ip and generally a little larger than this, the one that takes place during the drainage period Ta is largely due to the Drainage caused a reduction in the current I at least in part and, with a correspondingly small dimensioning of the discharge time Ta, completely within the current range in which the current varies in the cycles without water drainage.
The discharge of water therefore increases the fluctuation of the current at most relatively little or not at all. pies is advantageous because the instantaneous evaporation capacity, i. H. the amount of steam generated per unit of time, at least approximately proportional to the heating power supplied to the water and therefore at least approximately proportional to the square of the current, and because of course generally the most uniform steam generation possible.
The range of fluctuations in the current I during normal operation and constant fill-end current level Ip during a series of cycles without and with water drainage is, for example, at most or approximately 30% or at most or approximately 20%, depending on the selected values of the time periods Tz and Ta or even at most or about 15% of the fill current level.
It should also be pointed out here that the level exceeding time duration Td and the time duration limit value Tg were shown in FIG. 2 in a greatly exaggerated manner for clarification in relation to the cycle time duration Tz. For example, the cycle time period T2 may be approximately 100 to 200 seconds, while the time limit value Tg is approximately in the range of 10 to 20 seconds, so that the time period limit value is at most 20% and typically at most or approximately 15% or even only is at most or about 10% of the cycle time.
Depending on the nature of the water supplied and the required evaporation capacity, a water drain can then typically take place after every 5 to 20 cycles, although in extreme cases a water drain may also be required for every cycle or only after every 100 or even more cycles.
The water in the container 1 has a large temperature gradient during operation of the device. While the uppermost water layer has a boiling temperature, the temperature of the water present below the electrodes 17 in the container is considerably cooler and has, for example, a temperature of only about 30 to 50 ° C.
If the design of the container 1, the height of the lower electrode ends and the discharge time Ta are advantageously coordinated with one another, it can be achieved that, when the water is discharged, only comparatively cool water flows out of the container and, accordingly, only a little heating energy is lost.
The process computer 33 can regulate the evaporation power so that, for example, the relative and / or absolute humidity determined with the moisture sensor 21 remains constant or changes according to a predetermined program. If an increase or decrease in the evaporation power is required, the process computer can increase or decrease the filling current level Ip accordingly.
Since the time limit Tg is significantly smaller than the cycle time Tz, it can happen at most relatively rarely that the process computer shifts the value of the filling current level to a point in time that just falls within a limit time interval. However, if this does happen occasionally and, for example, the filler current level is increased to increase the evaporation capacity during a limit time interval, this may mean that a water drain that takes place at a constant filler current level does not actually take place.
Conversely, if the filler current level is accidentally lowered during a limit time interval to decrease the evaporation power, this may possibly cause water drainage in a cycle in which no water would be drained off at a constant filler current level. However, such deviations from the control behavior at a constant fill-end current level are not disturbing, on the contrary, they are even advantageous because they cause the evaporation capacity to follow the changes in the fill-end current level more quickly.
When the water drainage process is used to limit the conductivity of the water due to the time exceeded, the current I as described above only has to be compared with a single current level, namely the filling end current level Ip. However, the process computer is advantageously designed in such a way that it also defines a minimum current level Imin which is smaller than the instantaneous values of the current I which normally result at the ends of the cycles and, of course, also smaller than the end-of-charge current level Ip, and namely proportional to the latter is. If the instantaneous value of the current I drops to or below the minimum current level Imin, the process computer should then valve 7 of supply line 5 immediately, i. H. before the cycle time expires, open.
Furthermore, it can possibly be provided that the process computer immediately closes the valve 11 used for draining water, if this should happen to be open at such a time. If, for example, the filling current level and thus also the minimum current level to increase the evaporation capacity during an evaporation phase are increased so much that the minimum current level becomes greater than the current value of the current I, water is introduced into the container immediately and immediately the evaporation capacity increases. Furthermore, by opening the valve 7 and possibly closing the valve 11 when the current I drops to a minimum current level Imia, it can be ensured that the water level in the container 1 never drops below the lower ends of the electrodes 17.
Furthermore, the process computer can define a maximum current level Imax which is proportional or constant to the filling current level, which is greater than the currently applicable and / or greater than the largest intended filling current level, and in the event that the current I should rise to or above Imaa , perform special operations, for example drain water immediately and / or open the switching element 25.
If the container 1 contains a certain amount of cold water before starting the device, for example from the previous operation of the device, the problem arises that the amount of water that happens to be in the container 1 may be more or less down or up from the for the normal control method at a certain filling current level, the amount of water required deviates. The process computer is therefore advantageously designed such that it controls the start and start-up process in a special way, which is now explained with reference to FIG. 3. In FIG. 3, curve 71 shows the course of the current I as a function of the time t for the starting and starting process.
At time to, the device is started, for example, by manually actuating a switch of control device 45, so that the process computer closes switching element 25 and a current I begins to flow. This heats the water and increases its conductivity so that the current increases.
The process computer measures the current I in the time interval extending from to to tm, for example about 10 to 15 seconds, and determines from this change a approximate value for the first and possibly also for the second derivative of the current according to the time and calculates from the current and its change over time, according to a programmed calculation method, the value of an expected current Ie to which the current I would increase after a predetermined period of time up to the time te and / or at a maximum if the amount of water remained along the dashed curve section.
If the expected current Ie is now smaller than the filling current level Ip specified by the process computer, the process computer calculates a corrected current Ic. This can be greater, for example, by the difference Ip - Ie and a small predetermined, constant or additional value proportional to the latter difference than the current actually present at the time tm.
After the calculation of Ic, the process computer opens the valve 7 used for introducing water until the actual current I has risen to the corrected current Ie at the time tc. After closing the valve 7, the current I continues to rise until it reaches a value approximately identical to the intended filling end current level Ip at the predetermined time te, a certain reserve being able to be factored in when calculating the corrected current Ic by adding the additional value mentioned , so that the current rises a little higher than Ip.
According to this special regulation of the start and start-up process, the process computer can, for example after a certain evaporation-related decrease in the current I, switch over to the normal control method in a point in time lying a predetermined time after the point in time te. The rule of the start and start-up procedure described with reference to FIG. 3 makes it possible, in the event that there is not enough water in the container before the start, to introduce approximately the amount of water required for operation at a specific fill-end current level into the container after a short measuring time.
In this way, it can be avoided that either it takes a relatively long time for the current I to reach the predetermined end-of-charge level due to an insufficient amount of water in the container, or that too much water is introduced into the container and immediately a lot of water is drained off shortly after the start must become. If the container contains such a large amount of water at the start that the current Ie to be expected on the basis of the pre-calculation with a constant amount of water is greater than the predetermined end-of-flow current level Ip, water can either be drained off immediately until the current decreases to a pre-calculated value , or the existing water is heated further without water drainage and the amount of water is then regulated using the control that takes place during normal operation.
If the container is empty before starting, i.e. H. contains no water, the process computer opens in principle the same as in a normal filling phase of the valve 7 of the supply line and leaves it open until the current I has risen to the predetermined filling end current level Ip. In the event that the heating power is not sufficient to start the evaporation process by the end of this start-filling phase, it may be provided that the process computer then does not carry out a water discharge that may have to be carried out according to the normal criteria, so that a quasi-steady state can occur more quickly Leveled out.
If, for some reason, the water level should rise to the upper end of the electrodes 17 when the water is introduced into the container, the water level sensor 15 feeds an electrical signal to the process computer 33, after which the process computer closes the valve 7 present in the supply line 5 .
Furthermore, the process computer can, of course, in addition to the already mentioned display of the instantaneous value of the current I or instead of this to an operator via the display and signaling device 43 convey other information about the current operating state and, in particular, signal deviations from the normal operating conditions optically or acoustically.
Furthermore, the control device 45 and the analog setting device 47 make it possible to intervene in the process sequence by manually actuating switching and setting elements and to set certain process parameters.
The device shown in simplified form in FIG. 4 has at least two containers 81 and 83 which serve to evaporate water and are designed and equipped in a similar manner to container 1, with water supply and drainage means provided with valves in particular for each container 81, 83 as well as a current Measuring transducers for determining the current flowing through electrodes arranged in the containers and a switching element for switching the latter on and off are present. Furthermore, a control device 91 with a micro process computer 93 is present. This is connected via input and output adapter circuits to the current sensors, valves, switching elements and possibly other elements and devices assigned to the two containers.
The process computer 95 and / or the input and output adapter circuits forms or form a multiplex / demultiplex device 95, shown schematically as a block. During operation, this connects the process computer 93 or, to be more precise, its control part alternately with the electrical, measured values supplying or controlling elements assigned to one of the two containers 81, 83, i. H. in particular a current sensor, the two valves and a switching element. The supply and discharge of water and other processes can therefore be controlled for at least two containers 81, 83 with one and the same control part of the microprocessor 93 in the multiplex / demultiplex or time sharing method, which means that in comparison to a system in which there is a separate control device for each container, considerable costs can be saved.
The variant of the device which is also only shown in simplified form in FIG. 5 is intended for applications in which less stringent requirements are imposed than when operating the device shown in FIG. 1 and has a container 101 with electrodes for the introduction and discharge of water Valves 107 or 111, a current sensor 123 and a control device 131. Instead of a micro-process computer, this has a control circuit consisting of discrete components and circuit means that operate at least partially in analog fashion. The current sensor 123 is connected to an input of an amplifier forming a rectifier and filter circuit 141, the output of which is connected to an input of an amplifier connected as a voltage comparator 143.
With a reference voltage generator 145, which has, for example, a manually adjustable voltage divider, a reference voltage can be supplied to the voltage comparator 143, the value of which determines the filling current level Ip. The outputs of the comparator 143 and a counter 151, which is used to set the cycle time Tz and has a pulse generator, are connected to a flip-flop 153 which, via a driver circuit, controls a switching element 155, namely a relay, which controls the valve used to introduce water 107 is connected.
The output of the comparator 143 is also connected via a resistor, which together with a capacitor defines the time limit Tg, to the set input of a flip-flop 157, which is connected via a driver circuit to the coil of a relay forming a switching element 159, the Contact is connected to the valve 111 used for draining water. The reset input and the output of the flip-flop 157 connected to the drive circuit are connected to an RC element which defines the derivation time period Ta. With these elements of the control device 131, the introduction and discharge of water can in principle be controlled in a similar manner to that explained with reference to curve 61 with reference to FIG. 2.
The regulating device 131 can furthermore also have a voltage comparator 171, one input of which is connected to a water level sensor arranged in the tank and the output of which is connected to the flip-flop 153, in order in the event that the water level in the tank 101 rises to the water level sensor to close the valve 107 for introducing water. Furthermore, there can also be a voltage comparator 181, one input of which is connected to the output of the rectifier and filter circuit 141 and the output of which is connected to the set input of the flip-flop 153, in order to ensure that the instantaneous value of the current flowing through the electrodes Current I drops to or below a minimum current level Imin, to open valve 107 and to introduce water into container 101.
The methods and facilities can be modified in other ways. For example, instead of a constant cycle time Tz, a constant evaporation time Tv could be specified.
Furthermore, the time limit Tg and / or the derivation time Ta could have a value instead of a fixed value that is changed depending on the end-of-charge current level and / or another, changing value.