DE2220002A1

DE2220002A1 - Wassserverdampfer für Luftbefeuchtung

Info

Publication number: DE2220002A1
Application number: DE19722220002
Authority: DE
Inventors: Hans Rudolf Zug; Vontobel Ernst Zürich; Stoop (Schweiz)
Original assignee: Defensor AG, Zürich (Schweiz)
Priority date: 1971-04-23
Filing date: 1972-04-24
Publication date: 1972-11-02
Also published as: BE782464A; FR2133930B1; FR2133930A1; CH536985A; JPS4849253A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-(PHYS.)ING.H.VON SCiIUMANN DIPL-(CH EM.) ING. W.D. O KDEKOVEN

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24.4.1972

DEi¹ENSOR AG, Zürich, Schweiz

Wasserverdampfer für Luftbefeuchtung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wasserverdampfer für die Luftbefeuchtung mit einem Wasserbehälter, in welchem mindestens ein elektrisches Tauch-Heizelement angeordnet ist und wobei der Wasserbehälter mit einer Dampfaustrittsöffnung in Verbindung steht.

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Bei allen dampferzeugenden Luftbefeuchtern besteht das allgemein bekannte Problem der Ablagerung von Kesselstein im Innern des Verdampfungsbehälters und insbesondere an den beheizten Flächen desselben. Trotz der sich mit der Zunahme der Ablagerungen zusehends verschlechternden Wirtschaftlichkeit des Gerätes sowie der die Lebensdauer der Heizelemente allenfalls verkürzenden Ueberhitzung derselben, werden diese Nachteile in Kauf genommen, auch wenn sich die Reinigung bzw. Befreiung der Behälter von den Kesselsteinansätzen in vielen Fällen als unzumutbar erweist und jedenfalls zeitraubend und mühsam ist.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Wasserverdampfers, der in der Lage ist, sich vom anfallenden Kesselstein weitgehend und selbsttätig zu befreien. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die bekannte Möglichkeit der Umwandlung von Kesselstein in Kalziumhydroxyd trotz der hierzu notwendigen, relativ hohen Temperatur auch auf derartige Behälter anwendbar ist, wenn diese leicht entleerbar und kurzzeitig trockenbeheizbar gemacht werden.

Dementsprechend zeichnet sich der erfindungsgemässe Wasserverdampfer dadurch aus, dass der Wasserbehälter einen Ablauf aufweist, der durch ein servobetätigtes Absperrorgan be*- herrscht ist, und dass eine in den Behälter mündende Speisewasserleitung einem Verteilorgan so zugeordnet ist, dass bei offener Stellung des Absperrogans Speisewasser als Spülmedium im leeren Behälter verteilt werden kann.

Vorzugsweise ist eine zeitabhängige Steuerung für das Absperrorgan vorgesehen, die gestattet, den Betrieb des Wasser-

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Verdampfers bzw. dessen Reinigung zu-automatisieren; das Gerät bedarf deshalb praktisch keiner Wartung.

In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Wasserverdampfers dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel.

Der in Fig. 1 abgebildete Wasserverdampfer für die Luftbefeuchtung besitzt einen etwa zylindrisch ausgebildeten Was-' serbehälter 2, dessen trichterförmig ausgebildeter Boden 4 einen zentralen Austrittsstutzen 6 besitzt. An den Austrittsstutzen 6 ist über ein Verbindungsstück 8 ein generell mit 10 bezeichnetes Absperrorgan angeschlossen, dessen ausstrittsseitiges Ende 12 mit einem nicht dargestellten Ablaufrohr in Verbindung steht.

Ein auf den Wasserbehälter 2 aufgesetzter Deckelaufsatz 14 ist mit einem nach aufwärtsgerxchteten Dampfaustrittsstutzen 16 versehen und trägt Heizelemente 18 und 20, die sich in den Wasserbehälter erstrecken. Ueberdies ist am Teil 14 ein Temperaturschutzschalter 22 vorgesehen, der in der Lage ist, die nicht dargestellte Verbindung zwischen den Heizelementen und einer Stromquelle bei Ueberschreitung einer bestimmten Grenztemperatur zu unterbrechen. Mit 24 ist ein Ueberlaufrohr bezeichnet, dessen eines Ende sich durch den Teil 14 hindurch in den Wasserbehälter 2 hineinerstreckt, während dessen anderes Ende mit dem austrittsseitigen Ende 12 des

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Absperrorganes 10 in nicht dargestellter Weise in Verbindung steht. Ein weiteres durch den Deckelteil 14 hindurch- · ragendes Rohr 2 6 ist über ein Ventilelement 28 mit dem Wasserversorgungsnetz verbunden. Das Ventilelement 28 enthält zwei nicht dargestellte Ventile von denen eines die Wasserleitung 26 beherrscht, während das andere eine Abzweigung 30 wahlweise mit der Zulaufseite verbindet oder drucklos macht. Die Abzweigeleitung 30 ist an das Absperrorgan 10 bzw. einen in demselben vorgesehenen Ringraum 32 angeschlossen. Die innere Begrenzung des Ringraumes 3 2 wird durch eine Hülse 34 aus nachgiebigem Material gebildet, deren Innendurchmesser im drucklosen Zustand etwa dem Durchmesser des Teiles 12 entspricht. Steht der Ringraum 32 jedoch unter Druck, in dem er über die Abzweigeleitung 30 und das entsprechende Ventil 28 mit der Speisewasserleitung 2 6 verbun-' den ist, so legen sich die Innenwandflächen der Hülse 34 dichtend aneinander, wodurch der Austritt von Wasser aus dem Behälter 2 verunmöglicht wird.

Das Ventilelement 28 bzw. dessen die Leitung 2 6 beherrschender Teil, wird durch eine Niveauelektrode 36 gesteuert, die am Deckelteil 14 befestigt ist und in den Behälter 2 eintaucht, um entsprechend dem Wasserstand in diesem Behälter die Zufuhr von Speisewasser zu veranlassen oder diese zu unterbrechen. Eine weitere Elektrode 38, die ebenfalls am Dekkelteil 14 befestigt ist und sich parallel zur Niveauelektrode 36 und tiefer als diese in den Behälter 2 hineinerstreckt, ist dem Heizstromkreis zugeordnet. Die Elektroden 36 und 38, wie auch die in den Wasserbehälter 2 ausmündenden Enden der Leitungen 24 und 26, befinden sich in einem Ringraum 40, der zwischen der Behälterwand und einem am Behälter befestigten, ringmantelförmigen Abschirmungseinsatz 4 2 gebildet ist. Der

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Abschirmungseinsatz "+2, der die Heizelemente 18 und 20 umgibt, bildet mit einer kreisringförmigen Ueberlaufkante 44, an seinem zylindrischen Aussenmantel 46, gleichzeitig ein Verteilorgan für das bei geöffnetem Ventilteil durch die Leitung 2 6 einströmende Speisewasser. Dem Wasserverdampfer ist als Hauptsteuerelement ein für den Betrieb nicht dargestellter Hygrostat zugeordnet, der die Ein- und Ausschaltung der Heizelemente 18 und 20 im Verdampfungsbetrieb bewirkt.

Für die Bereitstellung des Verdampfers für den Betrieb, bedarf es lediglich der Einschaltung des üblichen Hauptschalters, wonach das Ventil 28 die Speisewasserleitung 2 6 freigibt, nachdem die Niveauelektrode 36 einen Wasserbedarf anzeigt. Normalerweise ist dabei die Abzweigleitung 30 unter Druck, so dass das Absperrorgan 10 den Ablauf 6 des Behäl- ? ters 2 absperrt. Hat sich der Behälter 2 bis zur nach unten gerichteten Spitze der Elektrode 38 mit Wasser gefüllt, so schliesst diese den zugehörigen Schalter im Steuerstromkreis für die Heizelemente, Ist auch der Hygrostatschalter geschlossen, so werden die Heizelemente 18 und 20 unter Strom gesetzt und beginnen das Wasser innerhalb des Abschirmungseinsatzes 42 zu erwärmen. Gleichzeitig füllt sich der Behälter 2 weiter mit Wasser auf, bis die Niveauelektrode 36 mit ihrer Spitze eintaucht und über das Ventil 28 den Zustrom von Wasser unterbricht.

Im normalen Verdampfungsbetrieb unterbricht die Elektrode 38 den Heistromkreis dann, wenn der Wasserstand im Behälter 2 beispielsweise infolge Wassermangel im Wasserleitungsnetz so weit gesunken ist, dass diese Elektrode freigegeben wird. Der Temperaturschutzschalter 22 wirkt in ähnlichem Sinn, d.h. er stellt z.B. eine Sicherung für denjenigen Fall dar, in welchem die Elektrode 38 versagen sollte.

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In den normalen Verdampfungsbetrieb greift eine nicht dargestellte Zeitsteuerschaltunp ein, die z.B. nach einer bestimmten Anzahl von effektiven.Betriebsstunden der Heizelemente eine sogenannte Spülphase auslöst. Hierbei wird einerseits über das Ventilelement 28 der Ringraum 32 drucklos gemacht, so dass der Ablauf des Behälters 2 durch das Ventilelement 34 freigegeben wird. Andererseits wird beispielsweise eines der Heizelemente 18, 20 ausgeschaltet, währenddem das andere eingeschaltet wird bzw. in Betrieb bleibt. Obwohl über die Leitung 2 6 Speisewasser neu zufliesst, entleert sich der Behälter 2 praktisch vollständig. Die eingeschalteten Heizelemente erhitzen sich in trockenem Zustand auf ca. 800⁰G. Nach einer kurzen Trockenheizperiode wird nun das Absperrorgan 34 wieder geschlossen, so dass sich der Behälter 2 wiederum mit Wasser füllt. Bei der Erhitzung der Heizelemente in trockenem Zustand und dem nachfolgenden Eintauchen derselben in das Wasser löst sich der an diesen Heizelementen während der Verdampfungsphasen gebildete Kesselstein ab. Diese Ablösung ist teilweise auf eine chemische Umwandlung des Kesselsteins in Kalziumhydroxyd und teilweise auf ein Absprengen durch die Abschreckwirkung des Wassers zurückzuführen. Jedenfalls werden hierdurch die Oberflächen der Heizelemente von den deren Wirksamkeit beeinträchtigenden Ablagerungen weitgehend befreit. Beim nächsten Spülvorgang werden die abgelösten Kesselsteinrückstände, die sich auf dem Boden des Behälters 2 abgelagert hatten, weggeschwemmt. Um eine Verstopfung beim Wegschwemmen dieser Partikel zu verhindern, ist der Auslassdurchmesser sowohl behälterseitig wie auch auf der Seite des Absperror'ganes 10 besonders gross gewählt.

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Vorzugsweise werden während der Spülphasen zur Vermeidung einer Ueberhitzung nicht sämtliche Heizelemente gleichzeitig-unter Strom gesetzt. Jedoch kann während sich folgenden Spülphasen abwechslungsweise eine Gruppe von Heizelementen gereinigt werden.

Das Abschirmungselement U2 und insbesondere das an diesem vorgesehene Verteilorgan in Form der Ueberlaufkante UU ist für den Wasserverdampfer von besonderer Bedeutung. Das Verteilorgan gewährleistet, dass Speisewasser gleichzeitig über den ganzen Umfang zugeführt wird, womit eine gleichmässige Kühlung sowohl der Abschirmung wie auch der Behälterwand während des Spülbetriebes möglich ist. Da die Ueberlaufkante UU gegen den Ringraum UO gerichtet ist und auch die Speisewasserzufuhr in den Ringraum erfolgt, wird ^;' verhindert, dass kaltes Wasser in den etwa Siedetemperatur aufweisenden, beheizten Innenraum unmittelbar eindringt. Vielmehr erwärmt sich das Speisewasser vorerst im Abschirmungseinsatz U 2 und darauf im Raum UO, bevor es als Folge eines Druckunterschiedes in den beheizten Innenraum gelangt. Damit wird eine die gleichmässige Verdampfung beeinträchtigende Störung des Gleichgewichtes von Temperatur und Druck, wie sie durch den unmittelbaren Zustrom von Kaltwasser in diesen eintreten würde, vermieden» Im übrigen tragen der Abschirmungseinsatz U2 und der Ringraum UO dazu bei, die Wärmeverluste zu verringern, indem sowohl der Zutritt von Dampf wie auch derjenige von auf Verdampfungstemperatur befindlichem Wasser an die Behälterwand 2 verhindert wird. Schliesslich hat der Abschirmungseinsatz U2 auch die Funktion, einen Raum zu schaffen, in welchem die Elektroden vor starker Kalk- bzw. Kesselsteinablagerung geschützt arbeiten können und wo.der Wasserspiegel relativ unbewegt ist.

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Im Spülbetrieb wird durch den Abschirmungseinsatz 42 die Strahlungswärme aus dem Innenraum an das Spülwasser übertragen Und mit diesem abgeführt. Damit wird eine Ueberhitzung des Behälters 2 sowie allfälliger äusserer Gehäuseteile vermieden.

Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Zufuhr des Frischwassers in den doppelwandig ausgebildeten Abschirraungseinsatz 42 hineinerfolgt und die Niveau-· regulierung in dem zwischen Abschirmungseinsatz und Behälteraussenwand gebildeten Ringraum 40 stattfindet, ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, bei dem für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind wie in Fig. 1, der Abschirmungseinsatζ als einfacher Zylinder ausgebildet. Dieser zylindrische Abschirmungseinsatz erstreckt sich vom Behälterboden 4,mit welchem derselbe flüssigkeitsdicht verbunden ist, bis an die Unterseite des Deckelaufsatzes und unterteilt dabei den Behälter 2 in einen Innenraum und einen ringförmigen Aussenraum 54. Der ringförmige Aussenraum 54 steht mit dem Innenraum 52 über Durchtrittsöffnungen 56 im Einsatz 50 in Verbindung.

Die Niveauregulierung erfolgt innerhalb eines an der Aussenwand des Behälters 2 befestigten zylindrischen Einlaufgefässes 58, das mit den Niveauelektroden 36 und 38 ausgestattet ist. Eine Speisewasserleitung 60 mündet von unten her in das Einlaufgefäss 58, das anderseits über eine kommunitierende Leitung 62 mit dem Ringraum 54 in Verbindung steht. Die Niveauelektrode 38 verhindert, dass das Wasserniveau im Einlaufgefäss 58 bzw. in dem mit diesem kommunitierenden Ringraum 54 auf ein Niveau absinken kann, welches unterhalb der Durchtrittsöffnungen 56 liegt, wenn das Gerät im normalen Verdampferbetrieb arbeitet.

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An Stelle des im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vorgeg^esehenen Absperrorganes 10, das mit einem membranartigen Element arbeitet, ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein Absperrorgan 64 vorgesehen, das als Hubventil ausgestaltet ist. Der Ventilkörper 66 steht dabei über eine Betätigungsstange 68 mit einem Kolben 70 in Verbindung, der in einem Zylinder 72 verschiebbar angeordnet ist. Die beiden Kolbenseiten können dabei über Leitungen 74 bzw. 76 über das Ventilelement 28 mit Druckmedium beaufschlagt werden. .

Wird zu Beginn der Spülphase der Austrittsstutzen 6 durch das Ventilelement 66 frei gegeben, so strömt das im Innenraum 52 enthaltene Wasser durch den Stutzenteil 12 ab. Während der Erhitzung der Heizstäbe 18 und 20 fliesst Wasser aus dem Ringraum 54 durch die Oeffnungen 56 im Einsatz 50, dabei wird die Innenwand des Einsatzes 50, entlang welcher das Wasser abfliesst, gekühlt. Durch die Erhitzung der Heizstäbe auf etwa 800 C findet in der an diesen niedergeschlagenen Kesselsteinschicht eine Reaktion statt: CaCO₃—* CaO+CO. ..

Nach einer für die Erhitzung und Reaktion ausreichenden Zeit von etwa 5 Minuten, wird die Stromzufuhr zu den Heizstäben unterbrochen und es wird diesen gestattet, sich abzukühlen. Daraufhin wird das Absperrorgan 64 wiederum geschlossen, sodass sich der Innenraum 52 wiederum mit Wasser füllt, in welches die Heizstäbe eintauchen. Beim Eintauchen der Heizstäbe in das Wasser entsteht an diesen Heizstäben Kalziumhydroxyd nach der Formel: CaO+HjO—^Ca(OH)₂.'Dieses Kalziumhydroxyd löst sich von den Heizstäben ab und sinkt auf den Boden 4 des Behälters ab. Bei der nächsten Spülphase werden die abgelösten Bestandteile durch die Entleerung des Behälterinnenraumes weggespült.

Durch diese Betriebsweise, welche durch Vermeiden des Abschreckens der Heizstäbe in ungekühltem Zustand die Heizstäbe

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thermisch weniger stark beansprucht, wird deren Lebensdauer verlängert. Die Anordnung der Niveauelektroden ausserhalb des Behälters 2 in einem Einlaufgefäss sowie die Ausbildung der Leitung 62 als kommunitierende Röhre hat den Vorteil, dass die Wärmeleitung in das die Elektroden enthaltende Gefäss verringert wird. Dadurch und infolge der Tatsache, dass die Niyeauelektroden mit kühlem Leitungswasser bespült werden, ist die Verkalkungsgefahr derselben noch weiter verringert» Das Einlaufgefäss 58 kann aus durchsichtigem Material ausgebildet sein, so dass auch eine visuelle Kontrolle des Wasserstandes im Behälter möglich ist.

Zwischen dem Einlaufgefäss 58 und dem Ringraum ist eine oberhalb des Wasserniveaus liegende direkte Verbindung vorgesehen, die dem Druckausgleich zwischen den beiden Räumen dient und die in Fig, 2 bei 78 schematisch angedeutet ist. Durch die Vermeidung von Druckunterschieden zwischen den beiden Räumen stellt sich in beiden Räumen das gleiche Niveau ein.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

1.) Wasserverdampfer für die Luftbefeuchtung mit einem Wasserbehälter, in welchem mindestens ein elektrisches Tauch-Heizelement angeordnet ist, und wobei der Wasserbehälter mit einer Dampfaustrittsöffnung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserbehälter (2) einen Ablauf (6,12) aufweist, der durch ein servobetätigtes Absperrorgan (34) beherrscht ist, und dass eine in den

Behälter (2) mündende Speisewasserleitung (26) einem Verteilorgan (44) zugeordnet ist, das bei offener Stellung des Absperrorganes (34) Speisewasser als Spülmedium im leeren Behälter (2) verteilt.

Wasserverdampfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine das Tauch-Heizelement (18,20) umschliessende Abschirmung (42,50) innerhalb des Wasserbehälters (2), die den letzteren in einen inneren Verdampfungsraum (52) und einen diesen umgebenden Ringraum (40,58) unterteilt.

3. Wasserverdampfer nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (42) das Verteilorgan (44) trägt.

4. Wasserverdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (42) mit dem Verteilorgan (44) einen Kühlwassermantel begrenzt, der nach oben offen ist.

5. Wasserverdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlwassermantel auf einem Niveau endet, das oberhalb des normalen Wasserniveaus im Behälter liegt.

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6, Wasserverdampfer nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im äusseren Ringraum C+O) mindestens eine auf das Wasserniveau ansprechende Steuerelektrode (36) angeordnet ist.

7, Wasserverdampfer nach Anspruch Ii dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste lichte Querschnitt des Ablaufes (6,12) ein Vielfaches des lichten Querschnittes der Speisewasserleitung (26) ausmacht.

8. Wasserverdampfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zeitabhängige Steuerung für die periodische Umschaltung von Verdampfung auf Spülbetrieb,

9. Wasserverdampfer nach Ansprüchen 1 und 2, mit mehreren Tauch-Heizelementen, gekennzeichnet durch Steuermittel für die wechselweise Einschaltung der Tauch-Heizelemente (18,20) während sich folgender Spülphasen.

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