CH707162A1

CH707162A1 - Evaporation apparatus.

Info

Publication number: CH707162A1
Application number: CH02261/12A
Authority: CH
Inventors: Thomas Grütter
Original assignee: Condair Ag
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-05-15
Also published as: WO2014071533A1; EP2917651A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdampfungsvorrichtung (20) mit einem Wasserbehälter (11) mit einer ersten Wasserzuführung (1) und einem Dampfauslass (12), wobei in dem Wasserbehälter (11) ein im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschütztes Heizelement (7) und ein Widerstandsheizelement (6) angeordnet sind, wobei das Widerstandsheizelement (6) unterhalb eines ersten vorbestimmten Wasserlevels und das im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützte Heizelement (7) oberhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels und unterhalb eines zweiten vorbestimmten Wasserlevels angeordnet ist, und der zweite vorbestimmte Wasserlevel oberhalb des ersten vorbestimmte Wasserlevels liegt.The invention relates to an evaporation device (20) having a water tank (11) with a first water feed (1) and a steam outlet (12), wherein in the water tank (11) a heating element (7) protected against overheating in dry operation and a resistance heating element (6 ), wherein the resistance heating element (6) is disposed below a first predetermined water level and the overheating protected dry element (7) above the first predetermined water level and below a second predetermined water level, and the second predetermined water level above the first predetermined water level lies.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Verdampfungsvorrichtung gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. Eine Verdampfungsvorrichtung dient der Luftbefeuchtung mit Hilfe von Dampf. The invention relates to an evaporation device according to the preamble of claim 1. An evaporation device is used for humidification by means of steam.

[0002] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verdampfungsvorrichtung bereitzustellen, welche sich flexible einsetzen lässt. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung eine Verdampfungsvorrichtung bereitzustellen, die sich besonders gut für den Einsatz als Befeuchtungsmodul in einem Umweltsimulator eignet. Solche Umweltsimulatoren werden beispielsweise in Prüfständen z.B. in der Automobilproduktion eingesetzt. It is an object of the invention to provide an evaporation apparatus which can be used flexibly. It is a particular object of the invention to provide an evaporation device which is particularly well suited for use as a humidification module in an environmental simulator. Such environmental simulators are used, for example, in test benches e.g. used in automobile production.

[0003] Die Aufgabe wird durch eine Verdampfungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by an evaporation device with the features of claim 1.

[0004] Die erfindungsgemässe Verdampfungsvorrichtung weist einen Wasserbehälter mit einer ersten Wasserzuführung und einem Dampfauslass auf. In dem Wasserbehälter sind ein im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschütztes Heizelement und ein Widerstandsheizelement angeordnet. Das Widerstandsheizelement ist unterhalb eines ersten vorbestimmten Wasserlevels und das im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützte Heizelement ist oberhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels und unterhalb eines zweiten vorbestimmten Wasserlevels angeordnet. Der zweite vorbestimmte Wasserlevel liegt oberhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels. Das Widerstandsheizelement ist vorzugsweise Steuer- bzw. regelbar und zwar insbesondere in Abhängigkeit von einer Feuchteanforderung an die Verdampfungsvorrichtung. Bei dem im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützten Heizelement handelt es sich vorzugsweise um ein PTC-Heizelement (PTC: positive temperature coefficient – positiver Temperaturkoeffizient); es kann aber auch beispielsweise ein aufheizbarer Stein, eine Herdplatte oder ähnliches eingesetzt werden. Unter einem Trockenbetrieb wird insbesondere ein Betrieb im Trockenen, d.h. ein Betrieb verstanden, in dem das Heizelement nicht von Wasser bedeckt/umgeben ist. Das im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützte Heizelement ist also derart ausgestaltet, dass eine Überhitzung des Heizelements auch im Trockenbetrieb nicht erfolgen kann. Unter einer Wasserzuführung wird insbesondere eine Wasserzufuhrleitung verstanden. The inventive evaporation device has a water tank with a first water supply and a steam outlet. In the water tank a protected in dry operation against overheating heating element and a resistance heating element are arranged. The resistance heating element is below a first predetermined level of water and the heating element protected from overheating in dry operation is disposed above the first predetermined level of water and below a second predetermined level of water. The second predetermined level of water is above the first predetermined level of water. The resistance heating element is preferably controllable or in particular in dependence on a moisture requirement on the evaporation device. The heating element protected from overheating in dry operation is preferably a PTC heating element (PTC: positive temperature coefficient); but it can also be used, for example, a heatable stone, a stove or the like. Under a dry operation, in particular dry operation, i. understood an operation in which the heating element is not covered / surrounded by water. The protected in dry operation from overheating heating element is thus designed such that overheating of the heating element can not be done even in dry operation. A water supply is understood in particular to mean a water supply line.

[0005] Die Ausdrücke «unterhalb» und «oberhalb» beziehen sich auf die Position der erfindungsgemässen Verdampfungsvorrichtung im Betrieb, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. The terms "below" and "above" refer to the position of the inventive evaporation device in operation, as shown in Fig. 1.

[0006] Vorzugsweise ist der Wasserbehälter oberhalb des PTC-Heizelements mit einer zweiten Wasserzuführung versehen. Die zweite Wasserzuführung ist mit einem getaktet betreibbaren Ventil versehen, sodass mittels der zweiten Wasserzuführung Wasser in Form von Tropfen zugeführt werden kann. Preferably, the water tank above the PTC heating element is provided with a second water supply. The second water supply is provided with a cyclically operable valve, so that water can be supplied in the form of drops by means of the second water supply.

[0007] Durch die Kombination eines – vorzugsweise regel- bzw. steuerbaren – Widerstandsheizelements mit einem PTC-Heizelement ist die erfindungsgemässe Verdampfungsvorrichtung für einen äusserst breiten und variablen Bereich von Feuchteanforderungen einsetzbar, wobei vorteilhafterweise eine hohe Dampfleistung bei sehr hoher Regelgüte erreicht werden kann. By combining a - preferably controllable or controllable - Widerstandsheizelements with a PTC heating element, the inventive evaporation device can be used for a very wide and variable range of moisture requirements, advantageously a high steam capacity can be achieved at very high control quality.

[0008] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und dem anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In der einzigen Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemässe Verdampfungsvorrichtung dargestellt. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the embodiment illustrated below with reference to the drawing. In the only Fig. 1, an inventive evaporation device is shown schematically.

[0009] Fig. 1 zeigt eine Verdampfungsvorrichtung 20 gemäss der Erfindung. Die Verdampfungsvorrichtung 20 umfasst einen Wasserbehälter 11 mit einem Dampfauslass 12. An den Dampfauslass 12 ist vorzugsweise ein Rohr 13 angeschlossen, welches den Wasserbehälter 11 mit einem Dampfbehälter 2 verbindet. Fig. 1 shows an evaporation device 20 according to the invention. The evaporation device 20 comprises a water tank 11 with a steam outlet 12. A pipe 13, which connects the water tank 11 to a steam tank 2, is preferably connected to the steam outlet 12.

[0010] Der Wasserbehälter 11 weist eine erste Wasserzuführung 1 auf, über welche dem Wasserbehälter 11 Wasser, bevorzugt gereinigtes Wasser, besonders bevorzugt RO-Wasser (RO: reverse osmosis – umkehrosmosegereinigt) zugeführt werden kann. Der Zulaufdruck in der ersten Wasserzuführung 1 beträgt bevorzugterweise etwa 4 bar. Der ersten Wasserzuführung 1 ist ein(Zulaufventil 3 zugeordnet, bei welchem es sich um ein handelsübliches Kaltwasser-Magnetventil handeln kann. Um eine kurze Aufheizphase und eine schnelle Reaktionszeit der Verdampfungsvorrichtung 20 zu ermöglichen, wird die über die erste Wasserzuführung 1 zugeführte Wassermenge vorzugsweise so gering gehalten, wie es für die jeweilige Dampfanforderung möglich ist. The water tank 11 has a first water supply 1, via which the water tank 11 water, preferably purified water, particularly preferably RO water (RO: reverse osmosis - reverse osmosis purified) can be supplied. The inlet pressure in the first water supply 1 is preferably about 4 bar. The first water supply 1 is associated with an inlet valve 3, which may be a commercially available cold water magnetic valve 10. In order to allow a short heating phase and a fast reaction time of the evaporation device 20, the amount of water supplied via the first water supply 1 is preferably so low held, as is possible for the respective steam demand.

[0011] Zur Messung des Wasserniveaus im Wasserbehälter 11 weist die Verdampfungsvorrichtung 20 vorzugsweise eine Wasserniveaumesseinrichtung 14 auf, die bevorzugt als Sensor einen Magnetschwimmer 4 umfasst, dem ein oder mehrere Kontakte 5, insbesondere Schaltkontakte, bevorzugt Reedkontakte (auch Reedschalter genannt), zugeordnet sind. Zum Beispiel kann ein erster Kontakt 5 für ein minimales Wasserniveau im Wasserbehälter 11 und ein zweiter Kontakt 5 für ein maximales Wasserniveau im Wasserbehälter 11 vorgesehen sein. Das vom Wasserniveau abhängige Ausgangssignal des Magnetschwimmers 4 bestimmt den bzw. die Schaltzustände der einen oder mehreren Kontakte 5, wobei den einen oder mehreren Kontakten 5 vorzugsweise eine nicht dargestellte Auswerteelektronik zugeordnet ist. For measuring the water level in the water tank 11, the evaporation device 20 preferably has a Wasserniveaumesseinrichtung 14, which preferably comprises a sensor as a magnetic float 4, the one or more contacts 5, in particular switching contacts, preferably reed contacts (also called reed switch), are assigned. For example, a first contact 5 for a minimum water level in the water tank 11 and a second contact 5 for a maximum water level in the water tank 11 may be provided. The dependent of the water level output signal of the magnetic float 4 determines the or the switching states of the one or more contacts 5, wherein the one or more contacts 5 is preferably associated with a not shown evaluation.

[0012] Der Magnetschwimmer 4 ist vorzugsweise in einen parallel zu dem Wasserbehälter 11 angeordneten Wassertank 15 eingebracht, wobei das Volumen des Wassertanks 15 bevorzugt kleiner als das Volumen des Wasserbehälters 11 ist. Der Wassertank 15 ist über entsprechende Rohrleitungen 16, 17 unterhalb eines ersten vorbestimmten Wasserlevels mit dem Wasserbehälter 11 und mit dem Rohr 13 verbunden. The magnetic float 4 is preferably placed in a parallel to the water tank 11 arranged water tank 15, wherein the volume of the water tank 15 is preferably smaller than the volume of the water tank 11. The water tank 15 is connected via corresponding pipes 16, 17 below a first predetermined level of water with the water tank 11 and with the tube 13.

[0013] In dem Wasserbehälter 11 sind ein vor Überhitzung geschütztes Heizelement in Form eines PTC-Heizelements 7 und ein Widerstandsheizelement 6 vorgesehen. Das Widerstandsheizelement 6 ist vorzugsweise als übliche Heizschlange ausgeführt. Das Widerstandsheizelement 6 ist in dem Wasserbehälter 11 unterhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels (in Fig. 1 : Level 1) angeordnet. Das PTC-Heizelement 7 ist in dem Wasserbehälter 11 unterhalb eines zweiten vorbestimmten Wasserlevels (in Fig. 1 : Level 2) angeordnet, der oberhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels liegt. Das PTC-Heizelement 7 ist in dem Wasserbehälter 11 also oberhalb des Widerstandsheizelements 6 angeordnet. Die erste Wasserzuführung 1 führt dem Wasserbehälter 11 vorzugsweise oberhalb des zweiten vorbestimmten Wasserlevels Wasser zu. In the water tank 11 a protected against overheating heating element in the form of a PTC heating element 7 and a resistance heating element 6 are provided. The resistance heating element 6 is preferably designed as a conventional heating coil. The resistance heating element 6 is arranged in the water tank 11 below the first predetermined water level (in Fig. 1: Level 1). The PTC heating element 7 is arranged in the water tank 11 below a second predetermined water level (in Fig. 1: Level 2), which is above the first predetermined water level. The PTC heating element 7 is thus arranged in the water tank 11 above the resistance heating element 6. The first water supply 1 supplies water to the water tank 11, preferably above the second predetermined water level.

[0014] Es ist bevorzugterweise eine Abschlämmleitung 18 vorgesehen, die unterhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels in den Wasserbehälter 11 mündet und der ein Abschlämmventil 8 und vorzugsweise auch eine Abschlämmpumpe (nicht dargestellt) zugeordnet sind. Die Abschlämmleitung 18 dient dem Abschlämmen bzw. der Abfuhr von Wasser aus dem Wasserbehälter 11, wobei vorzugsweise gleichzeitig über die erste Wasserzuführung 1 Wasser zugeführt wird. Auf diese Weise wird das Wasser in dem Wasserbehälter 11 erneuert und somit die Wasserqualität erhalten, was eine stabile Dampferzeugung mittels der Verdampfungsvorrichtung 20 sicherstellt. It is preferably a drain line 18 is provided, which opens below the first predetermined level of water in the water tank 11 and a drain valve 8 and preferably also a Abschlämmpumpe (not shown) are assigned. The Abschlämmleitung 18 is used for slurrying or the removal of water from the water tank 11, wherein preferably at the same time via the first water supply 1 water is supplied. In this way, the water in the water tank 11 is renewed and thus the water quality is obtained, which ensures stable steam generation by means of the evaporation device 20.

[0015] Ferner ist vorzugsweise eine zweite Wasserzuführung 9 vorgesehen, welche oberhalb des PTC-Heizelements 7 und vorzugsweise auch oberhalb des zweiten vorbestimmten Wasserlevels in den Wasserbehälter 11 mündet. Der zweiten Wasserzuführung 9 ist ein getaktet betreibbares Ventil 10 zugeordnet. Die zweite Wasserzuführung 9 dient der Tropfenbefeuchtung des PTC-Heizelements 7 zur Erzeugung einer Kleinstmenge an Dampf. Wie bei der ersten Wasserzuführung 1 wird auch über die zweite Wasserzuführung 9 vorzugsweise gereinigtes Wasser, insbesondere RO-Wasser, zugeführt. Der Durchmesser der zweiten Wasserzuführung 9 ist für die Tropfenbildung bevorzugt sehr klein, insbesondere kleiner als der Durchmesser der ersten Wasserzuführung 1. Die zweite Wasserzuführung 9 ist bevorzugt oberhalb der ersten Wasserzuführung 1 vorgesehen. Furthermore, a second water supply 9 is preferably provided, which opens above the PTC heating element 7 and preferably also above the second predetermined level of water in the water tank 11. The second water supply 9 is assigned a clocked operable valve 10. The second water supply 9 is used for the droplet moistening of the PTC heating element 7 to generate a small amount of steam. As in the case of the first water feed 1, preferably purified water, in particular RO water, is also supplied via the second water feed 9. The diameter of the second water feed 9 is preferably very small for the formation of drops, in particular smaller than the diameter of the first water feed 1. The second water feed 9 is preferably provided above the first water feed 1.

[0016] Zum Aufheizen der Verdampfungsvorrichtung 20 wird der Wasserbehälter 11 bis zum zweiten vorbestimmten Wasserlevel mit Wasser gefüllt. Das PTC-Heizelement 7 wird vorzugsweise derart angesteuert, das es mit 100% seiner Leistung heizt. Das Widerstandsheizelement 6 wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Feuchteanforderung an die Verdampfungsvorrichtung 20 betrieben. Das Widerstandsheizelement 6 wird entweder getaktet oder kontinuierlich betrieben. Ein kontinuierlicher Betrieb kann mittels einer kontinuierlichen Regelung, z.B. mit Hilfe eines PID-Reglers (PID: Proportional-Integral-Differential), erfolgen. Sobald die Feuchteanforderung kleiner als 50% Luftfeuchte bzw. Raumfeuchte ist, wird das Wasserniveau im Wasserbehälter 11 durch Öffnen des Abschlämmventils 8 auf den ersten vorbestimmten Wasserlevel reduziert. Eine Feuchteanforderung von 50% entspricht beispielsweise einer Dampfleistung von 0.5 kg/h. Dies kann jedoch anwendungsabhängig variieren. For heating the evaporation device 20, the water tank 11 is filled to the second predetermined water level with water. The PTC heating element 7 is preferably driven so that it heats at 100% of its power. The resistance heating element 6 is preferably operated as a function of the moisture requirement on the evaporation device 20. The resistance heating element 6 is either clocked or operated continuously. Continuous operation can be achieved by means of a continuous control, e.g. with the help of a PID controller (PID: Proportional-Integral-Differential). Once the moisture requirement is less than 50% humidity or room humidity, the water level in the water tank 11 is reduced by opening the Abschlämmventils 8 to the first predetermined level of water. For example, a moisture requirement of 50% corresponds to a steam output of 0.5 kg / h. However, this can vary depending on the application.

[0017] Bei hoher Feuchteanforderung, insbesondere bei einer Feuchteanforderung die einer Dampfleistung von mindestens 0.5 kg/h entspricht, kann die Verdampfungsvorrichtung 20 durch entsprechendes Takten bzw. Regeln des Widerstandsheizelements 6 betrieben werden. Hohe Feuchteanforderungen treten zum Beispiel dann auf, wenn die Verdampfungsvorrichtung in einem Umweltsimulator zur Luftbefeuchtung eingesetzt wird und die Tür zum Umweltsimulator geöffnet ist. Liegt die Feuchteanforderung bei 50% Luftfeuchte oder bei mehr als 50% Luftfeuchte, so wird das Wasserniveau im Wasserbehälter 11 durch Zufuhr von Wasser durch die erste Wasserzuführung 1 auf den zweiten vorbestimmten Wasserlevel angehoben, sodass durch die Heizleistung des PTC-Heizelements 7 der Verdampfungsvorgang unterstützt wird. At high humidity requirement, in particular at a moisture requirement corresponding to a steam output of at least 0.5 kg / h, the evaporation device 20 can be operated by appropriate clocking or regulating the resistance heating element 6. For example, high humidity requirements occur when the vaporizer is used in an environmental simulator for humidification and the door to the environmental simulator is open. If the moisture requirement at 50% humidity or at more than 50% humidity, the water level in the water tank 11 is raised by supplying water through the first water supply 1 to the second predetermined water level, so supported by the heating power of the PTC heating element 7 of the evaporation process becomes.

[0018] Bei einer kleinen Feuchteanforderung, beispielsweise bei einer Feuchteanforderung von 0.1% Luftfeuchte bei einer Temperatur von 5 °C, liegt das Wasserniveau im Wasserbehälter 11 vorzugsweise auf dem ersten vorbestimmten Wasserlevel. D.h. das PTC-Heizelement 7 befindet sich oberhalb des Wasserniveaus im Wasserbehälter 11. Durch Tropfenbefeuchtung des PTC-Heizelements 7 wird nun eine Kleinstmenge an Dampf erzeugt. Hierzu wird dem Wasserbehälter 11 über die zweite Wasserzuführung 9 Wasser zugeführt. Diese Wasserzufuhr erfolgt getaktet, d.h. das Ventil 10 wird getaktet betrieben, wobei der Takt bzw. dessen Periodendauer von der Feuchteanforderung abhängig ist. Die derart getaktete Wasserzufuhr durch die zweite Wasserzuführung 9 ermöglicht eine Tropfenbildung, sodass das Wasser in Form von Tropfen auf das PTC-Heizelement 7 auftrifft. Das Widerstandsheizelement 6 wird dabei mit reduzierter Heizleistung betrieben, sodass das Wasser, welches den Wasserbehälter (nur) bis zum ersten vorbestimmten Wasserlevel füllt, «nur» warm gehalten wird, möglichst ohne zu verdampfen. Da PTC-Heizelemente sich typischerweise selbständig auf konstanter Temperatur halten, besteht auch dann keine Gefahr einer Überhitzung, wenn gerade kein Wasser auf das PTC-Heizelement 7 auftritt. For a small moisture requirement, for example, at a humidity requirement of 0.1% humidity at a temperature of 5 ° C, the water level in the water tank 11 is preferably at the first predetermined level of water. That the PTC heating element 7 is located above the water level in the water tank 11. By droplet moistening the PTC heating element 7 now a small amount of steam is generated. For this purpose, the water tank 11 is supplied via the second water supply 9 water. This water supply is clocked, i. the valve 10 is operated clocked, the clock or its period is dependent on the humidity request. The thus clocked water supply through the second water supply 9 allows drop formation, so that the water impinges in the form of drops on the PTC heating element 7. The resistance heating element 6 is thereby operated with reduced heating power, so that the water, which fills the water tank (only) to the first predetermined level of water, "only" kept warm, if possible without vaporization. Since PTC heating elements typically keep themselves independently at a constant temperature, there is no danger of overheating even if no water is currently occurring on the PTC heating element 7.

[0019] Durch das Vorsehen eines Steuer- bzw. regelbaren Widerstandsheizelements und eines PTC-Heizelements lässt sich somit eine hohe Dampfleistung erzielen, wobei gleichzeitig eine hohe Regelgüte erreicht werden kann. Ferner ergibt sich eine hohe Flexibilität in Bezug auf die Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemässen Verdampfungsvorrichtung 20. By providing a control or controllable resistance heating element and a PTC heating element can thus achieve a high steam output, at the same time a high control quality can be achieved. Furthermore, there is a high degree of flexibility with regard to the possible uses of the evaporation device 20 according to the invention.

Claims

1. evaporation device comprising a water tank (11) with a first water supply (1) and a steam outlet (12), characterized in that in the water tank (11) in dry operation against overheating protected heating element (7) and a resistance heating element (6) wherein the resistance heating element (6) is disposed below a first water level and the overheating protected dry element (7) is above the first predetermined water level and below a second predetermined water level, and the second predetermined water level is above the first predetermined water level.

2. evaporation device according to claim 1, characterized in that the heating power of the resistance heating element (6) is controllable or controllable.

3. evaporation device according to claim 1 or 2, characterized in that it is in the dry operation against overheating protected heating element is a PTC heating element (7).

4. evaporation device according to one of the preceding claims, characterized in that the water tank (11) is provided above the protected in dry operation from overheating heating element (7) with a second water supply (9), wherein the second water guide (9) operable with a clocked Valve (10) is provided so that by means of the second water supply (9) water in the form of drops can be supplied.

5. evaporation device according to one of the preceding claims, characterized in that a Wasserniveaumesseinrichtung (14) is provided.

6. evaporation device according to claim 5, characterized in that the Wasserniveaumesseinrichtung (14) comprises a magnetic float (4) to which one or more contacts (5), in particular reed contacts, are assigned.