CH682177A5

CH682177A5 -

Info

Publication number: CH682177A5
Application number: CH109691A
Authority: CH
Inventors: Heiner Grieder; Rudolf Fackler
Original assignee: Condair Ag
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1991-04-12
Publication date: 1993-07-30
Also published as: DE59202490D1; EP0508942B1; EP0508942A2; EP0508942A3

Description

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

CH 682 177 A5 CH 682 177 A5

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines insbesondere zur Luftbefeuchtung eingesetzten Dampferzeugers gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 7. The invention relates to a method for controlling a steam generator used in particular for air humidification according to the preamble of claim 1, and to a device for carrying out the method according to the preamble of claim 7.

Bei dieser Art von Verdampfern, auch Elektrodenverdampfer genannt, wird über zwei oder mehr Elektroden ein ein- oder mehrphasiger Wechselstrom durch das Wasser hindurchgeleitet und das Wasser selbst als Heizwiderstand zur Erzeugung der zum Verdampfen benötigten Wärme benützt. Die verdampfte Menge Wasser wird in gewissen Abständen automatisch durch frisches Wasser ersetzt. In this type of evaporator, also called an electrode evaporator, a single or multi-phase alternating current is passed through the water via two or more electrodes and the water itself is used as a heating resistor to generate the heat required for the evaporation. The evaporated amount of water is automatically replaced by fresh water at certain intervals.

In der Praxis ist es wichtig, die Dampfleistung regeln zu können, einerseits um eine kontinuierliche Dampfabgabe zu gewährleisten, andererseits, um die abgegebene Dampfmenge gezielt zu ändern, so dass beispielsweise die Luftfeuchtigkeit eines Raumes auf einem bestimmten Wert gehalten oder nach einem vorgegebenen Programm verändert werden kann. In practice, it is important to be able to regulate the steam output, on the one hand to ensure continuous steam delivery, and on the other hand to specifically change the amount of steam released so that, for example, the air humidity in a room is kept at a certain value or changed according to a specified program can.

Die Dampfleistung wird im Normalbetrieb, das heisst abgesehen von Startvorgängen und anderweitigen Stör- und Sonderfällen, und bei gegebener Geometrie des Dampferzeugers bestimmt durch die Heizstromstärke. Diese hängt in erster Linie von zwei Parametern ab: von der Eintauchlänge der Elektroden und von der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers. Die bekannten Elektrodenverdampfer benutzen einen intermittierenden Zyklus von Einfüllen und Ablassen von Wasser zur Regelung dieser beiden die Stromstärke bestimmenden Grössen. Während des Verdampfungsvorgangs sinkt der Wasserpegel, und die Stromstärke nimmt nach einer bestimmten Charakteristik ab. Durch Einfüllen von frischem Wasser in gewissen Zeitabständen, und gegebenenfalls durch Ablassen von Wasser, kann die Eintauchlänge der Elektroden in einfacher Weise auf einen Sollwert gebracht werden. Schwieriger ist die Beherrschung der Leitfähigkeit des Wassers. Diese muss aus zwei Gründen einstellbar sein. Erstens ist die Wasserzusammensetzung, insbesondere der Gehalt an Mineralsalzen, und damit die Leitfähigkeit, von Ort zu Ort sehr verschieden. Zweitens werden die leitfähigkeitsbestimmenden Bestandteile nicht mitverdampft, so dass ihre Konzentration im Verlauf des Verdampfungsprozesses ständig zunimmt, was die Leitfähigkeit kontinuierlich erhöht. Diese Erhöhung ist dann erwünscht, wenn die Leitfähigkeit des frischen Wassers zu klein ist, sie führt jedoch in der Folge auch zu unerwünscht hoher Leitfähigkeit. Zur Neueinstellung der Leitfähigkeit wird deshalb ebenfalls in gewissen Zeitabständen ein Teil des mit leitfähigkeitsbestimmenden Bestandteilen angereicherten Wassers abgelassen und durch frisches Wasser ersetzt. Im Dauerbetrieb entsteht so eine wiederholte Abfolge von Einfüllphase, Dampfphase und gegebenenfalls Ablassphase, wobei die Geräte so ausgelegt sind, dass auch während den Einfüll- und Ablassphasen Dampf erzeugt wird. The steam output is determined in normal operation, i.e. apart from starting processes and other malfunctions and special cases, and for a given geometry of the steam generator by the heating current. This depends primarily on two parameters: the immersion length of the electrodes and the electrical conductivity of the water. The known electrode evaporators use an intermittent cycle of filling and draining water to regulate these two quantities that determine the current intensity. During the evaporation process, the water level drops and the current strength decreases according to a certain characteristic. The immersion length of the electrodes can be brought to a desired value in a simple manner by filling in fresh water at certain time intervals and, if appropriate, by draining water. Mastering the conductivity of the water is more difficult. This must be adjustable for two reasons. First, the water composition, especially the mineral salt content, and thus the conductivity, varies greatly from place to place. Second, the constituents determining conductivity are not also evaporated, so that their concentration increases continuously in the course of the evaporation process, which continuously increases the conductivity. This increase is desirable if the conductivity of the fresh water is too low, but it also leads to undesirably high conductivity. To reset the conductivity, part of the water enriched with conductivity-determining constituents is therefore also drained off at certain time intervals and replaced with fresh water. In continuous operation, this results in a repeated sequence of filling phase, steam phase and, if necessary, drain phase, the devices being designed in such a way that steam is also generated during the filling and drain phases.

Zur Bestimmung von Zeitpunkt und Dauer der verschiedenen Phasen existieren verschiedene Verfahren, die alle in irgendeiner Weise aus dem zeitlichen Verlauf der Heizstromstärke den momentanen Wasserstand und die Leitfähigkeit des Wassers herleiten. So beschreibt beispielsweise die schweizerische Patentschrift Nr. 663 458 ein Verfahren, bei dem während der Dampfphase über eine vorbestimmte Zeitspanne die Stromstärke gemessen und deren Abnahme mit einem der optimalen Leitfähigkeit entsprechenden Betrag verglichen wird. Falls die Stromstärke in dieser Zeitspanne um weniger als diesen Betrag abnimmt, das heisst die Leitfähigkeit kleiner als optimal ist, wird am Ende der Dampfphase kein Wasser abgelassen. Falls andererseits die Stromstärke vor Ende der Zeitspanne um den genannten Betrag abnimmt, das heisst die Leitfähigkeit grösser als optimal ist, wird aus der Restdauer der Zeitspanne eine Ablassdauer errechnet, während der Wasser abgelassen wird. Ein anderes Verfahren ist der schweizerischen Patentschrift Nr. 672 015 zu entnehmen. Hier wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Heizstromstärke nach Ende des Einfüllens noch etwas weiter steigt, bevor sie wieder abfällt, und dass die Form des so entstehenden «Stromgipfels» von der Leitfähigkeit des Wassers abhängt. Zur Neueinstellung der Leitfähigkeit wird Wasser abgelassen, wenn ein charakteristischer Parameter, vorzugsweise die Dauer des Stromgipfels, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. There are various methods for determining the time and duration of the different phases, all of which in some way derive the current water level and the conductivity of the water from the course of the heating current. For example, the Swiss patent specification No. 663 458 describes a method in which the current strength is measured over a predetermined period of time during the vapor phase and the decrease thereof is compared with an amount corresponding to the optimal conductivity. If the current intensity decreases by less than this amount in this period, i.e. the conductivity is less than optimal, no water is drained off at the end of the vapor phase. If, on the other hand, the current intensity decreases by the amount mentioned before the end of the time period, that is to say the conductivity is greater than optimal, a drainage period is calculated from the remaining time period while the water is being drained off. Another method can be found in Swiss Patent Specification No. 672 015. Here, the fact is taken advantage of that the heating current increases a little further after filling, before it drops again, and that the shape of the “current peak” that results depends on the conductivity of the water. To reset the conductivity, water is drained off when a characteristic parameter, preferably the duration of the current peak, exceeds a predetermined limit value.

Da bei all diesen bekannten Verfahren die Dampfleistung allein über eine Niveau-Steuerung des Wasserpegels geregelt wird, ist die Regelung nicht sehr genau und relativ träge. Dies ist schon bei üblicher Verwendung der Dampferzeuger nachteilig. Insbesondere jedoch verhindert dieser Umstand den Einsatz derartiger Dampferzeuger in all jenen Fällen, in denen speziell hohe Anforderungen an die Feuchtigkeitsregelung gestellt werden, wie beispielsweise in Labors oder in speziellen Produktionsräumen der Halbleiterindustrie. Since in all of these known methods the steam output is regulated solely via a level control of the water level, the regulation is not very precise and relatively slow. This is disadvantageous even with the usual use of the steam generator. In particular, however, this circumstance prevents the use of such steam generators in all those cases in which high demands are placed on the moisture control, such as in laboratories or in special production rooms in the semiconductor industry.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, welche die Reaktionsfähigkeit sowie die Regeltreue, das heisst die Genauigkeit, Stabilität usw., der Dampfleistungsregelung verbessert. It is therefore a main object of the present invention to provide a method and a device which improves the responsiveness and the control fidelity, that is to say the accuracy, stability, etc., of the steam output control.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die in den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 7 angegebenen Kennzeichen definiert. Ausgestaltungen und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. The solution to this problem is defined by the features specified in independent patent claims 1 and 7. Refinements and preferred embodiments of the invention result from the dependent patent claims.

Durch die gemäss der Erfindung eingesetzte getaktete direkte Steuerung der Heizstromstärke wird eine entscheidend schnellere und genauere Regelung der Dampfleistung erreicht, als dies bei Regelungen über die Niveau-Steuerung des Wasserpegels nach dem Stand der Technik möglich ist. Die Reaktionszeit wird dabei durch die Periodendauer des Taktsignals bestimmt, die im allgemeinen einen Wert von etwa 100 Millisekunden bis zu einer Sekunde betragen wird. Die bei einer direkten Steuerung der The clocked direct control of the heating current strength used in accordance with the invention achieves a significantly faster and more precise control of the steam output than is possible with controls via the level control of the water level according to the prior art. The response time is determined by the period of the clock signal, which will generally be from about 100 milliseconds to one second. The direct control of the

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 682 177 A5 CH 682 177 A5

Heizstromstärke vordergründig eingebüsste Möglichkeit, aus dem zeitlichen Verlauf dieser Heizstromstärke den Wasserstand und die elektrische Leitfähigkeit herzuleiten, wird durch die erfindungsgemäs-se Berechnung eines auf ungesteuerten Betrieb normierten Stromverlaufs wieder hergestellt. Possibly lost heating current strength, the water level and the electrical conductivity can be derived from the temporal course of this heating current strength is restored by the calculation according to the invention of a current course standardized to uncontrolled operation.

Weiterhin ist bei den bekannten Verfahren abgesehen von der vergleichsweise trägen Niveau-Steuerung des Wasserpegels zusätzlich während einer zur Bestimmung der Leitfähigkeit benötigten Zeitdauer, üblicherweise in der Grössenordnung von 10 bis 100 Sekunden, die Regeldynamik blockiert, währenddem im Gegensatz dazu beim erfindungsgemässen Verfahren die Regelung kontinuierlich erfolgen kann. Furthermore, apart from the comparatively sluggish level control of the water level, the control dynamics are blocked for a period of time required to determine the conductivity, usually in the order of magnitude of 10 to 100 seconds, whereas, in contrast, in the method according to the invention the control is continuous can be done.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings. Show it:

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines Dampferzeugers mit einem Blockschema einer erfindungsgemässen Steuer- und Regelungseinrichtung, 1 is a diagrammatic representation of a steam generator with a block diagram of a control and regulating device according to the invention,

Fig. 2 zwei Diagramme zur Veranschaulichung der Steuerung des in den Elektroden fliessenden Wechselstroms durch ein Taktsignal mit veränderlichem Tastverhältnis, 2 shows two diagrams to illustrate the control of the alternating current flowing in the electrodes by means of a clock signal with a variable pulse duty factor,

Fig. 3 ein Diagramm mit einem zeitlichen Stromverlauf (Durchschnittsstrom pro Taktperiode) bei erfin-dungsgemässer Steuerung nach einem angenommenen Anforderungssignal von 100% sowie mit einem Stromverlauf, wie er sich bei Vollaussteuerung ergäbe, 3 shows a diagram with a current curve over time (average current per cycle period) in the case of control according to the invention based on an assumed request signal of 100% and with a current curve as would result with full control,

Fig. 4 einen schematischen Prozessverlauf der Grössen Wasserpegel, elektrische Leitfähigkeit und Tastverhältnis, und Fig. 4 shows a schematic process flow of the quantities water level, electrical conductivity and duty cycle, and

Fig. 5 ein Diagramm mit einem Stromverlauf bei erfindungsgemässer Steuerung nach einem dynamisch variierenden Anforderungssignal sowie mit einem zugehörigen erfindungsgemäss normierten Stromverlauf. 5 shows a diagram with a current profile in the control according to the invention according to a dynamically varying request signal and with an associated current profile standardized according to the invention.

In Fig. 1 ist ein Dampferzeuger schematisch dargestellt, zusammen mit einem Blockschema einer erfindungsgemässen Steuer- und Regelungseinrichtung. Der Behälter 2 ist bis zu einem angedeuteten Niveau mit Wasser gefüllt. Ein Paar Elektroden 4 ist teilweise in das Wasser eingetaucht. Je nach Ausbildung des Dampferzeugers können auch mehr als zwei Elektroden vorhanden sein. Die Elektroden lassen sich über Leitungen 6 an ein elektrisches Wechselspannungsnetz anschliessen. Üblicherweise erfolgt der Anschluss über ein (nicht gezeigtes) Schaltorgan, beispielsweise über einen Schütz. Am Boden des Behälters 2 befindet sich ein kombinierter Ein-/Auslass 8. Dieser umfasst eine Zuleitung 10' und eine Ableitung 12. Die Zuleitung kann beispielsweise an ein Wasserleitungsnetz angeschlossen sein, und die Ableitung beispielsweise an eine Abwasserleitung, die in die öffentliche Kanalisation oder ein beliebiges Abwasserreservoir mündet. Sowohl Zu- als auch Ableitung sind je mit einem elektrisch steuerbaren Ventil 14 und 16 versehen. In der Decke des Behälters 2 befindet sich ein Dampfablass 18, über den der erzeugte Dampf direkt oder über ein Verteilsystem oder über eine Klimatisierungsanlage in einen zu befeuchtenden Raum, etwa einen Aufenthaltsraum für Personen, eine hochklimatisierte Produktionsanlage, ein Labor oder einen klimatisierten Geräteschrank hinein austreten kann. In Fig. 1, a steam generator is shown schematically, together with a block diagram of a control and regulation device according to the invention. The container 2 is filled with water up to an indicated level. A pair of electrodes 4 are partially immersed in the water. Depending on the design of the steam generator, there may also be more than two electrodes. The electrodes can be connected via lines 6 to an electrical AC voltage network. The connection is usually made via a switching element (not shown), for example via a contactor. At the bottom of the container 2 there is a combined inlet / outlet 8. This comprises a feed line 10 'and a discharge line 12. The feed line can be connected, for example, to a water supply network, and the discharge, for example, to a sewage line that leads into the public sewer system or any wastewater reservoir flows out. Both supply and discharge are each provided with an electrically controllable valve 14 and 16. In the ceiling of the container 2 there is a steam outlet 18, via which the generated steam exits directly or via a distribution system or via an air conditioning system into a room to be humidified, such as a common room for people, a highly air-conditioned production system, a laboratory or an air-conditioned equipment cabinet can.

Gemäss der Erfindung sind die Elektroden 6 an der Wechselspannung über einen durch ein Taktsignal steuerbaren Leistungssteiler 20 angeschlossen, mit welchem der Strom in den Elektroden getaktet gesteuert werden kann. Der Leistungssteller 20 ist vorzugsweise ein Leistungshalbleiterbauelement, beispielsweise ein Triac. Diese Art der Leistungssteuerung ist im Prinzip bekannt, auf die erfindungsge-mässe Verwendung wird weiter unten näher eingegangen. Der in den Elektroden fliessende Strom wird mit einem Strom-Messwertgeber 22, beispielsweise einem Stromwandler, erfasst. According to the invention, the electrodes 6 are connected to the AC voltage via a power divider 20 which can be controlled by a clock signal and with which the current in the electrodes can be controlled in a clocked manner. The power controller 20 is preferably a power semiconductor component, for example a triac. This type of power control is known in principle, the use according to the invention is discussed in more detail below. The current flowing in the electrodes is detected by a current sensor 22, for example a current transformer.

Als Führungsgrösse für die Stromsteuerung dient ein Anforderungssignal y, welches einen Dampfleistungs-Sollwert repräsentiert und zum Beispiel durch eine Feuchtigkeitsmess- und -regelvorrichtung oder nach einem festen Programm erzeugt wird. A request signal y, which represents a steam output setpoint and is generated, for example, by a moisture measuring and regulating device or according to a fixed program, serves as a reference variable for the current control.

Eine elektronische Stromsteuerungseinrichtung 24 weist einen Steuerlogikteil 26, einen Geräteanpassungsteil 28 und einen Taktgeber 30 auf. Der Taktgeber 30 ist mit dem Leistungssteller 20, und der Strom-Messwertgeber 22 mit dem Steuerlogikteil 26 elektrisch verbunden. Das Anforderungssignal y wird in den Geräteanpassungsteil 28 eingeführt. Eine elektronische Wasserregelungseinrichtung 32 weist einen Strom-Normierungsteil 34, einen Anforderungs-Normierungsteil 36 und eine Ablass-/Ein-füllsteuerung 38 auf. Der Strom-Normierungsteil 34 ist elektrisch mit dem Steuerlogikteil 26 verbunden. Die steuerbaren Ventile 14 und 16 der Zu- und Ableitung für das Wasser sind mit der Ablass-/Ein-füllsteuerung 38 elektrisch verbunden. Weiterhin sind Stromsteuerungs- und Wasserregelungseinrichtung mit einer Parameter-Eingabevorrichtung 40 und einer Anzeigevorrichtung 42 versehen. Die Funktion der Stromsteuerungseinrichtung 24 und der Wasserregelungseinrichtung 32 wird nachfolgend erläutert. Elektronisch können diese Einrichtungen in vielerlei dem Fachmann bekannten Ausbildungen realisiert werden. Vorzugsweise werden digitale Bauteile verwendet, insbesondere ein entsprechend programmierter Mikroprozessor. An electronic current control device 24 has a control logic part 26, a device adaptation part 28 and a clock generator 30. The clock generator 30 is electrically connected to the power controller 20 and the current sensor 22 to the control logic part 26. The request signal y is introduced into the device adaptation part 28. An electronic water control device 32 has a current normalization part 34, a requirement standardization part 36 and a drain / fill control 38. The current normalization part 34 is electrically connected to the control logic part 26. The controllable valves 14 and 16 of the supply and discharge for the water are electrically connected to the drain / fill control 38. Furthermore, the current control and water regulation device are provided with a parameter input device 40 and a display device 42. The function of the current control device 24 and the water control device 32 is explained below. These devices can be implemented electronically in a variety of configurations known to those skilled in the art. Digital components are preferably used, in particular an appropriately programmed microprocessor.

Anhand der Fig. 2 soll nun auf die Funktionsweise der Steuerung des Stromes näher eingegangen werden. In der Figur sind zwei Diagramme a) und b) zu sehen, die beide den Verlauf eines Wechselstroms i und eines zugehörigen Taktsignals s zeigen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Takt-signal ein Rechtecksignal mit der konstanten Impulsperiode T, der Impulsdauer te und dem dadurch defi- The operation of the control of the current will now be discussed in more detail with reference to FIG. 2. In the figure, two diagrams a) and b) can be seen, both of which show the profile of an alternating current i and an associated clock signal s. In the exemplary embodiment shown, the clock signal is a square-wave signal with the constant pulse period T, the pulse duration te and the thereby defined

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

CH 682 177 A5 CH 682 177 A5

nierten Tastverhältnis V=te/T. Mit dem Taktsignal wird der oben genannte Leistungssteller 20 angesteuert, so dass er während der Impulsdauer den Strom durchlässt und während der restlichen Zeit sperrt. Ein wirkender Durchschnittsstrom ld pro Impulsperiode ist somit abhängig vom Tastverhältnis und kann durch Verändern dieses Tastverhältnisses gesteuert werden. In Diagramm a) ist ein längeres Tastverhältnis und in Diagramm b) ein kürzeres abgebildet. Zur Verdeutlichung, dass bei dieser Steuerungsart der Scheitelwert des Wechselstroms nicht beeinflusst wird, sind die Scheitelwerte in den beiden Diagrammen unterschiedlich gross gezeichnet. Um die bei jedem Schalten unvermeidlich entstehenden störenden Einschwingglieder möglichst klein zu halten, werden als Leistungssteller 20 bevorzugt Halbleiterbauteile verwendet, die nach Ein- oder Ausschalten des Taktsignals erst nahe beim darauffolgenden Nulldurchgang des Wechselstroms schalten. Auf diese Weise - bei der sogenannten Halbwellenpaket-steuerung - besteht ein einzelnes Strompaket immer aus einer Anzahl ganzer Halbwellen (vgl. Fig. 2). dated duty cycle V = te / T. The above-mentioned power controller 20 is actuated with the clock signal, so that it passes the current during the pulse duration and blocks during the remaining time. An effective average current ld per pulse period is therefore dependent on the duty cycle and can be controlled by changing this duty cycle. Diagram a) shows a longer duty cycle and diagram b) shows a shorter one. To make it clear that the peak value of the alternating current is not influenced in this type of control, the peak values are drawn differently in the two diagrams. In order to keep the disturbing transient elements that inevitably arise with each switching as small as possible, semiconductor components are preferably used as the power controller 20, which only switch after the clock signal has been switched on or off close to the subsequent zero crossing of the alternating current. In this way - in the so-called half-wave packet control - a single current packet always consists of a number of whole half-waves (cf. FIG. 2).

Da die erwähnten Einschwingglieder auch Gleichstromanteile aufweisen können, kann es bei der Anwendung dieser Steuerungsart in hier betroffenen Elektrodenverdampfern zu elektrolytischen Effekten kommen, die einerseits zu Materialwanderungen, andererseits zu Spaltgasabscheidung führen. Aus diesem Grunde wird bei der vorliegenden Erfindung das Taktsigna! s vorzugsweise so kontrolliert, dass immer zwei aufeinanderfolgende Halbwellenpakete ein gemeinsames Steuerpaket bilden, in welchem beide Halbwellenpakete dieselbe Anzahl Halbwellen aufweisen, das zweite Halbwellenpaket jedoch bezüglich der Nullachse antisymmetrisch zum ersten verläuft. In Fig. 2 bilden jeweils die ersten beiden Halbwellenpakete ein solches Steuerpaket. Mit diesem Vorgehen werden die Gleichstromanteile zu niederfrequenten Wechselstromanteilen formiert, die keine nachteiligen Wirkungen haben können. Im Gegenteil gibt es Hinweise dafür, dass derartige niederfrequente Wechselströme die Kalkbildung in Leitungswassersystemen verzögern oder sogar verhindern können, womit vorteilhaft die Betriebs- und Lebensdauer erfindungsgemässer Dampferzeuger verlängert würde. Since the transient elements mentioned can also have DC components, the use of this type of control in the electrode evaporators affected here can lead to electrolytic effects which, on the one hand, lead to material migration and, on the other hand, to fission gas separation. For this reason, the clock signal! s preferably controlled in such a way that two successive half-wave packets always form a common control packet in which both half-wave packets have the same number of half-waves, but the second half-wave packet is antisymmetric with respect to the first axis with respect to the zero axis. 2, the first two half-wave packets each form such a control packet. With this procedure, the direct current components are formed into low-frequency alternating current components that cannot have any adverse effects. On the contrary, there are indications that such low-frequency alternating currents can delay or even prevent the formation of limescale in tap water systems, which would advantageously extend the operating life and lifespan of steam generators according to the invention.

Zurückkommend auf Fig. 1 kann nun der Ablauf der Stromsteuerung beschrieben werden. Durch das Anforderungssignal y wird die geforderte Dampfleistung, das heisst der geforderte wirkende Durchschnittsstrom ld in den Elektroden, in Prozent bezüglich einer verfügbaren Nennleistung bestimmt. Das Anforderungssignal y wird im Geräteanpassungsteil 28 unter Berücksichtigung der System-Randbedin-gungen (Netzspannung, Gerätetyp, eventuelle Begrenzungen usw.) aufbereitet und anschliessend dem Steuerlogikteil 26 zugeführt. Die Steuergrösse, der Wechselstrom in den Elektroden, wird durch den Strom-Messwertgeber 22 als Echtstrom ermittelt, gleichgerichtet und als elektrisches Signal ebenfalls dem Steuerlogikteil 26 zugeführt. Der Steuerlogikteil berechnet durch Integration dieses Signals über jede Impulsperiode T den wirkenden Durchschnittsstrom, bereitet diesen zu einem mit dem Anforderungssignal y vergleichbaren Wert auf und berechnet aus der Abweichung ein neu angepasstes Tastverhältnis V für das Taktsignal s. Mit dem neuen Tastverhältnis V wird der Taktgeber 30 betrieben, und dieser steuert den Leistungssteller 20 mit einem entsprechend angepassten Taktsignal s an. In einer bevorzugten Ausführungsform sorgt der Steuerlogikteil 26 auch dafür, dass die oben erwähnten Steuerpakete mit jeweils zwei antisymmetrischen Halbwellenpaketen erzeugt werden. Returning to FIG. 1, the flow of the current control can now be described. The required steam power, that is to say the required effective average current ld in the electrodes, is determined in percent with respect to an available nominal power by the request signal y. The request signal y is processed in the device adaptation part 28, taking into account the system boundary conditions (mains voltage, device type, possible limitations, etc.) and then fed to the control logic part 26. The control variable, the alternating current in the electrodes, is determined by the current sensor 22 as real current, rectified and also supplied to the control logic part 26 as an electrical signal. By integrating this signal, the control logic part calculates the effective average current over each pulse period T, prepares it for a value comparable to the request signal y and calculates a newly adjusted duty cycle V for the clock signal s from the deviation. The clock 30 is operated with the new duty cycle V, and this controls the power controller 20 with a correspondingly adapted clock signal s. In a preferred embodiment, the control logic part 26 also ensures that the control packets mentioned above are each generated with two antisymmetric half-wave packets.

Die erfindungsgemässe Steuerung des Stroms verfolgt gegenüber dem Stand der Technik zwei Ziele. Erstens soll die während der Zyklen Einfüllphase-Dampfphase-Ablassphase durch das Ändern des Wasserpegels entstehende Stromänderung ausgeglichen werden und zweitens soll der Strom praktisch kontinuierlich nach dem Anforderungssignal y gesteuert werden. Zur Erläuterung des Ausgleichs der durch den ändernden Wasserpegel bewirkten Stromänderung dient Fig. 3. Diese stellt ein schemati-sches Strom-Zeit-Diagramm über einen Zyklus Einfüllphase einer Dauer Te, Dampfphase einer Dauer Td, Ablassphase einer Dauer Ta dar, in welchem als Beispiel für einen möglichen Prozessverlauf ein ungesteuerter Stromverlauf 44 und ein nach einem konstanten Anforderungssignal von 100% gesteuerter Stromverlauf 46 eingetragen sind. Der ungesteuerte Stromverlauf 44 folgt grundsätzlich dem Wasserpegel, das heisst er steigt während der Einfüllphase, nimmt dann mit fortschreitender Verdampfung während der Dampfphase ab und fällt während der Ablassphase noch weiter, bis er während der nachfolgenden Einfüllphase wieder ansteigt. Beim erfindungsgemäss gesteuerten Stromverlauf 46 werden diese Änderungen durch entsprechende Anpassung des Tastverhältnisses des Taktsignals ausgeglichen, so dass der Durchschnittsstrom bis auf kleine Abweichungen durchgehend der Anforderung 100% entspricht. Die eingekreisten Einschübe in der Figur zeigen für charakteristische Punkte das zugehörige Taktsignal sowie das Tastverhältnis (in Prozent). Damit der volle Kompensationsspielraum abgedeckt werden kann, muss das einer Anforderung von 100% entsprechende Tastverhältnis kleiner als 100% sein; es wird deshalb beispielsweise, wie in Fig. 3 gezeigt, so gewählt, dass 100% Anforderung 80% Tastverhältnis entsprechen. The control of the current according to the invention has two goals compared to the prior art. Firstly, the current change occurring during the filling phase-vapor phase-drain phase by changing the water level should be compensated for and secondly the current should be controlled practically continuously according to the request signal y. Fig. 3 serves to explain the compensation of the current change caused by the changing water level. This represents a schematic current-time diagram over a cycle filling phase of a duration Te, steam phase of a duration Td, discharge phase of a duration Ta, in which as an example an uncontrolled current profile 44 and a current profile 46 controlled according to a constant request signal of 100% are entered for a possible process profile. The uncontrolled current profile 44 basically follows the water level, that is to say it rises during the filling phase, then decreases as evaporation progresses during the vapor phase and continues to decrease during the draining phase until it rises again during the subsequent filling phase. In the case of the current curve 46 controlled according to the invention, these changes are compensated for by appropriate adaptation of the pulse duty factor of the clock signal, so that the average current corresponds to the requirement 100%, apart from small deviations. The circled slots in the figure show the associated clock signal and the pulse duty factor (in percent) for characteristic points. In order for the full compensation scope to be covered, the duty cycle corresponding to a requirement of 100% must be less than 100%; it is therefore chosen, for example, as shown in FIG. 3, that 100% requirement corresponds to 80% duty cycle.

Zur weiteren Illustration des Prozessverlaufs sind in Fig. 4 die zum Verlauf in Fig. 3 korrespondierenden Grössen Wasserpegel h, elektrische Leitfähigkeit k und Tastverhältnis te/T schematisch dargestellt. To further illustrate the process flow, the quantities water level h, electrical conductivity k and pulse duty factor te / T corresponding to the flow in FIG. 3 are shown schematically in FIG. 4.

Noch etwas komplizierter werden die Verhältnisse, wenn das Anforderungssignal nicht konstant gehalten wird, sondern, wie durch die Erfindung beabsichtigt, veränderlich ist. In Fig. 5 ist in einem der Fig. 3 ähnlichen Strom-Zeit-Diagramm ein nach einem veränderlichen Anforderungssignal gesteuerter Stromverlauf 48 eingezeichnet. Ersichtlicherweise kann ein derart gesteuerter Stromverlauf nicht direkt zur Regelung des Wasserhaushalts, das heisst zur Regelung von Einfüllphasen und Ablasspha- The situation becomes even more complicated if the request signal is not kept constant but is variable, as intended by the invention. In FIG. 5, a current curve 48 controlled according to a variable request signal is drawn in a current-time diagram similar to FIG. 3. Obviously, such a controlled current flow cannot directly regulate the water balance, that is to say to regulate the filling phases and drain phases.

4 4th

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 682 177 A5 CH 682 177 A5

sen, herangezogen werden, wie dies bei den Verfahren nach dem Stand der Technik der Fall ist, da ja gerade die Einflüsse der zu regelnden Grössen Wasserpegel und elektrische Leitfähigkeit ausgeglichen werden. sen, be used, as is the case with the methods according to the prior art, since the influences of the variables to be controlled are precisely equalized water level and electrical conductivity.

Die Erfindung benutzt deshalb ein eigenes Vorgehen, um aus dem gesteuerten Stromverlauf einen auf ungesteuerten Betrieb normierten Stromverlauf zu berechnen. Dazu wird ein normierter Strom in berechnet, der dem Effektivwert des während einer jeweiligen Impulsdauer te wirkenden Wechselstroms entspricht, indem der gemessene wirkende Durchschnittsstrom ld durch das jeweilige Tastverhältnis V dividiert wird. In Fig. 5 ist der so aus dem gesteuerten Stromverlauf 48 berechnete Verlauf von ln über die tatsächliche Zeit t als Kurve 50 eingezeichnet. Da dieser normierte Strom nur während der Einschaltzeit respektive Impulsdauer des Taktsignals wirkt, muss zur Erreichung des normierten Stromverlaufs auch eine zugehörige normierte Zeit tn berechnet werden. Dies kann dadurch geschehen, dass ab einem bestimmten Zeitpunkt, dem fiktiven Start des normierten Stromverlaufs, die Impulsdauern te aufsummiert werden. Wird diese Berechnung des normierten Stromverlaufs in Formeln ausgedrückt, so gilt also: The invention therefore uses its own procedure to calculate a current profile normalized to uncontrolled operation from the controlled current profile. For this purpose, a normalized current in is calculated, which corresponds to the effective value of the alternating current acting during a respective pulse duration te, by dividing the measured acting average current id by the respective duty cycle V. 5 shows the curve of ln over the actual time t calculated from the controlled current curve 48 as curve 50. Since this normalized current only acts during the switch-on time or pulse duration of the clock signal, an associated standardized time tn must also be calculated in order to achieve the standardized current profile. This can be done by adding up the pulse durations te from a certain point in time, the fictitious start of the standardized current profile. If this calculation of the normalized current curve is expressed in formulas, the following therefore applies:

In = ld ■ y ~ ld " te Un<^ tn = ^ tei i In = ld ■ y ~ ld "te Un <^ tn = ^ tei i

Ein so normierter Stromverlauf mit Start bei Beginn der Dampfphase Td stellt die Kurve 52 in Fig. 5 dar. Der normierte Stromverlauf entspricht einem fiktiven ungesteuerten Stromverlauf und kann somit zur Ermittlung von Wasserpegel und elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise nach einem der bekannten Verfahren, herangezogen werden. Der Start des normierten Stromverlaufs muss dabei nicht zwingend bei Beginn der Dampfphase liegen, sondern kann je nach benutztem Verfahren frei gewählt werden. Curve 52 in FIG. 5 represents such a normalized current profile with a start at the beginning of the vapor phase Td. The normalized current profile corresponds to a fictitious uncontrolled current profile and can therefore be used to determine the water level and electrical conductivity, for example using one of the known methods. The start of the standardized current curve does not necessarily have to be at the beginning of the vapor phase, but can be freely selected depending on the method used.

In der erfindungsgemässen Einrichtung (Fig. 1) erfolgt die Berechnung des normierten Stromverlaufs im Strom-Normierungsteil 34, der die dazu benötigten Informationen über den gemessenen Durchschnittsstrom und das Taktsignal vom Steuerlogikteil 26 erhält. In the device according to the invention (FIG. 1), the calculation of the normalized current profile takes place in the current normalization part 34, which receives the required information about the measured average current and the clock signal from the control logic part 26.

Zusätzlich zur Möglichkeit, zur Regelung des Wasserhaushalts nach erfolgter Berechnung des normierten Stromverlaufs eines der bekannten Verfahren einzusetzen, schlägt die Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform ein neues Verfahren zur Ermittlung der geeigneten Länge von Dampf- und Ablassphase vor. Dieses Verfahren geht vom Gedanken aus, den gemessenen, durch den normierten Stromverlauf repräsentierten Ablauf mit einem theoretischen, aus dem Verlauf des Anforderungssignals berechneten Ablauf zu vergleichen. Der theoretische Ablauf beschreibt dabei, wie der Verdamp-fungsprozess bei idealen Verhältnissen, das heisst mit idealer elektrischer Leitfähigkeit des Wassers und ohne störende Einflüsse wie Kalkablagerungen an den Elektroden, Blasenbildung im aufgeheizten Wasser usw., stattfinden sollte. Für den theoretischen Ablauf wird eine ideale durchschnittliche Impulsdauer des Taktsignals, die auf eine Anforderung von 100% abgestimmt ist, mit dem jeweiligen In addition to the possibility of using one of the known methods for regulating the water balance after the normalized current profile has been calculated, the invention proposes in a preferred embodiment a new method for determining the suitable length of the steam and discharge phase. This method is based on the idea of comparing the measured sequence represented by the normalized current profile with a theoretical sequence calculated from the profile of the request signal. The theoretical process describes how the evaporation process should take place under ideal conditions, i.e. with ideal electrical conductivity of the water and without disturbing influences such as limescale deposits on the electrodes, blistering in the heated water, etc. For the theoretical sequence, an ideal average pulse duration of the clock signal, which is matched to a requirement of 100%, is compared with the respective

Wert yi des Anforderungssignals y gewichtet, das heisst, es wird eine ideale Zeit tid berechnet durch Aufsummieren der mit der idealen Impulsdauer multiplizierten Werte yi. Als Formel geschrieben bedeutet dies: Weighted value yi of the request signal y, that is, an ideal time tid is calculated by summing up the values yi multiplied by the ideal pulse duration. Written as a formula, this means:

tid ~ ^ tid ~ ^

i i

Die ideale Impulsdauer ist dabei ein theoretischer Mittelwert über den gesamten, auf den Wasserhaushalt bezogenen, Dynamik-Bereich und kann für jeden bestimmten Dampferzeuger-Typ festgelegt werden. Bei den der Fig. 3 zugrunde gelegten Verhältnissen beispielsweise läge die ideale Impulsdauer bei 80% der Taktperiode. The ideal pulse duration is a theoretical mean value over the entire dynamic range related to the water balance and can be determined for each specific steam generator type. 3, for example, the ideal pulse duration would be 80% of the clock period.

Mit diesen Voraussetzungen kann die Regelung des Wasserhaushalts beispielsweise wie folgt ablaufen. Während der Einfüllphase wird der (ansteigende) normierte Strom überwacht, und sobald dieser einen ersten vorgegebenen Wert h erreicht, wird das Einfüllen beendet, so dass die reine Dampfphase beginnt. Zur gleichen Zeit wird die Berechnung der normierten Zeit tn und der idealen Zeit tid gestartet. Im Verlauf der Dampfphase sinkt der normierte Strom in einer von der Stromsteuerung und der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers abhängigen Weise. Sobald der normierte Strom einen zweiten vorgegebenen Wert I2 erreicht, wird die Berechnung der normierten und der idealen Zeit gestoppt. Zwischen Start und Stopp der Berechnung sind so eine bestimmte Anzahl m Taktperioden abgelaufen. Es ergeben sich damit zwei Zeitdauern, nämlich eine normierte Zeitdauer With these requirements, the regulation of the water balance can proceed, for example, as follows. During the filling phase, the (increasing) normalized current is monitored, and as soon as it reaches a first predetermined value h, the filling is ended, so that the pure vapor phase begins. At the same time, the calculation of the normalized time tn and the ideal time tid is started. In the course of the vapor phase, the normalized current drops in a manner dependent on the current control and the electrical conductivity of the water. As soon as the normalized current reaches a second predetermined value I2, the calculation of the normalized and the ideal time is stopped. A certain number of m clock periods have elapsed between the start and the stop of the calculation. This results in two time periods, namely a standardized time period

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 682 177 A5 CH 682 177 A5

m m

Tn = L i=l und eine ideale Zeitdauer m Tn = L i = l and an ideal time period m

Tid = ^ Tid = ^

i=l i = l

Aus der Differenz dieser beiden Zeitdauern kann nach einer auf den Dampferzeuger-Typ optimierten Funktion die zur Neueinstellung der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers notwendige Länge der Ablassphase errechnet werden. Entspräche die normierte Zeitdauer der idealen Zeitdauer, wäre der Ver-dampfungsprozess also ideal abgelaufen, so müsste kein Wasser abgelassen werden, und es könnte direkt die nächste Einfüllphase gestartet werden. The difference between these two time periods can be used to calculate the length of the drain phase necessary to reset the electrical conductivity of the water, based on a function optimized for the type of steam generator. If the standardized time period corresponded to the ideal time period, if the evaporation process had run ideally, no water would have to be drained off and the next filling phase could be started directly.

Alternativ zum Stoppen der Berechnung von normierter und idealer Zeitdauer bei Erreichen eines bestimmten zweiten Werts des normierten Stroms wäre es auch möglich, einen festen Wert für die ideale Zeitdauer oder die normierte Zeitdauer vorzugeben, und die Berechnung dann zu stoppen, wenn der vorgegebene Wert erreicht ist. As an alternative to stopping the calculation of the normalized and ideal time period when a certain second value of the normalized current has been reached, it would also be possible to specify a fixed value for the ideal time period or the normalized time period and to stop the calculation when the predetermined value has been reached .

Bei der in Fig. 1 abgebildeten erfindungsgemässen Einrichtung wird das eben beschriebene Verfahren durch die Wasserregelungseinrichtung 32 realisiert. Wie weiter oben schon beschrieben, sorgt der Strom-Normierungsteil 34 für die Berechnung des normierten Stroms und der normierten Zeit. Die Berechnung der idealen Zeit aus dem jeweiligen Wert des Anforderungssignals erfolgt durch den Anforde-rungs-Normierungsteil 36. Die Ablass-/Einfüllsteuerung 38 steuert die Ventile 14 und 16. Sie erhält vom Strom-Normierungsteil 34 den jeweilig berechneten Wert des normierten Stroms. Sobald dieser während der Einfüllphase den Wert h erreicht, schliesst die Ablass-/Einfüllsteuerung 32 das Ventil 14 und startet die Berechnung von normierter und idealer Zeitdauer Tn und Tid. Wenn der normierte Strom den Wert Ì2 erreicht, oder alternativ dazu, wenn die ideale Zeitdauer eine vorgegebenen Wert erreicht, stoppt die Ablass-/Einfüllsteuerung die Berechnung von normierter und idealer Zeitdauer, ermittelt aus der Differenz dieser Zeitdauern eine Ablassdauer, öffnet während dieser Ablassdauer das Ventil 16 und beginnt anschliessend mit dem Öffnen des Ventils 14 eine nächste Einfüllphase, womit der nächste Wasserhaushalt-Zyklus beginnt. In the device according to the invention shown in FIG. 1, the method just described is implemented by the water control device 32. As already described above, the current normalization part 34 takes care of the calculation of the normalized current and the normalized time. The calculation of the ideal time from the respective value of the request signal is carried out by the request standardization part 36. The drain / fill control 38 controls the valves 14 and 16. It receives the respectively calculated value of the normalized current from the current standardization part 34. As soon as it reaches the value h during the filling phase, the drain / filling control 32 closes the valve 14 and starts the calculation of normalized and ideal time periods Tn and Tid. If the normalized current reaches the value Ì2, or alternatively, if the ideal time period reaches a predetermined value, the drain / fill control stops the calculation of the normalized and ideal time period, determines a drainage period from the difference between these time periods, opens this during this drain period Valve 16 and then begins the next filling phase with the opening of valve 14, with which the next water balance cycle begins.

Claims

1. A method for controlling a steam generator used in particular for humidifying air, in which

an electrical alternating current is generated in the water located in the region of the electrodes by means of at least two electrodes which at least partially protrude into the water to be evaporated and the water is thus heated,

- fresh water is added at certain intervals to replace the evaporated water during a filling phase,

- from time to time to reset the conductivity of the water in the steam generator during a drain phase, a part of this water is drained and replaced by fresh water, and

- The current strength of an alternating current flowing in the electrodes is measured, characterized in that

- The alternating current is controlled following a request signal (y) representing a steam power setpoint by continuously switching the alternating current on and off by means of a clock signal (s), the pulse duty factor (V) of the clock signal being changed for control purposes, and that

- To determine variables that can be used to regulate the filling phases and the drain phases, a temporal current profile standardized for uncontrolled operation is calculated.

2. The method according to claim 1, characterized in that by dividing an average current (ld) measured per pulse period by the respective duty cycle (V) a fictitious normalized current (ln) and by summing up the pulse durations (te) of successive pulses of the clock signal (s) a fictitious normalized time (tn) is calculated, the normalized current (ln) as a function of the normalized time (tn) giving the normalized current profile over time.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that during a certain number (m) of consecutive clock periods of the clock signal (s) one for the standardized Stromyi

6

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

CH 682 177 A5

characteristic normalized time period (Tn) and an ideal time period (Tid) characteristic of the course of the request signal is calculated, and the duration of the next discharge phase is calculated as a function of the difference between normalized and ideal time period.

4. The method according to claim 3, characterized in that the normalized time period (Tn) by adding up the pulse durations (te) of the specific number (m) of successive clock periods and the ideal time duration (Tid) by adding up in the respective clock period the specified number ( m) successive clock periods required values (yi) of the request signal (y),

multiplied by a predetermined ideal pulse duration> is formed.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the alternating current is switched on and off in half-wave packets, that is to say for the duration of a certain number of half-waves, switching in each case in the zero crossing range.

6. The method according to claim 5, characterized in that in order to eliminate the DC components resulting from the switching on and off, the clock signal is checked such that two successive half-wave packets of the controlled alternating current form a common control packet in which both half-wave packets have the same number of half-waves, however, they are antisymmetric with respect to the zero axis.

7. Device for performing the method according to claim 1, with a container (2) for holding water, at least two electrodes (4) located at least partially in the container (2), which can be connected to an electrical AC voltage network, means (14, 16) for the inlet and outlet of water and a current sensor (22) for measuring the current of an alternating current flowing into the electrode, characterized in that it has a controllable power controller (20), a current control device (24) and a water regulation device (32 ), the power controller (20) being controllable with the current control device (24) by means of a clock signal (s) with a duty cycle (V) which can be changed by the current control device (24) following a request signal (y), and the water control device (32) is designed in this way is that from the information transmitted by the current control device (24) about the duty cycle (V ) and the measured current strength can be calculated from a time-dependent current curve standardized to uncontrolled operation, depending on which means (14, 16) for the inlet and outlet of water can be controlled.

7