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Die Erfindung betrifft einen Dampfluftbefeuchter.
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Bei Dampfluftbefeuchtern wird der Dampf zur Luftbefeuchtung erzeugt, indem Wasser in einem dafür vorgesehenen Behälter derart stark erhitzt wird, dass das Wasser verdampft. Der so entstehende Dampf kann über einen dafür vorgesehenen Auslass abgeführt und zur Luftbefeuchtung genutzt werden.
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Zur Erhitzung des Wassers sind in der Regel elektrisch betriebene Heizkörper vorgesehen, die unmittelbar ins Wasser eintauchen. Um Beschädigungen der Heizkörper zu vermeiden, müssen die Heizkörper im Betrieb dauerhaft ins Wasser eingetaucht sein. Dazu ist eine geregelte Wasserzufuhr vorgesehen, über die sichergestellt ist, dass sich immer derart ausreichend Wasser in dem Behälter befindet, dass die Heizkörper vollständig eingetaucht sind. Die geregelte Wasserzufuhr umfasst neben einen steuerbaren Zulauf auch einen Schwimmersensor, mit dem festgestellt werden kann, wenn die Wassermenge im Behälter unter einen vorgegebenen Wert absinkt. Ist dies der Fall wird das Zulaufventil geöffnet, bis der Schwimmersensor anzeigt, dass sich wieder eine ausreichende Wassermenge im Behälter befindet.
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Gleichzeitig darf sich im Behälter auch nicht zu viel Wasser befinden, da ansonsten der Energiebedarf zur Erzeugung von Dampf unnötig ansteigt und im Extremfall Wasser aus dem Dampfauslass austreten kann. Um dies zu vermeiden ist ein weiterer Schwimmersensor vorgesehen, mit dem eine Abschlämmpumpe verbunden ist, die immer dann Wasser aus dem Behälter abpumpt, wenn die Wassermenge im Behälter zu groß ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Dampfluftbefeuchter zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Dampfluftbefeuchter gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach betrifft die Erfindung einen Dampfluftbefeuchter umfassend einen Wasseraufnahmebehälter mit wenigstens einem darin angeordneten Heizelement zum Verdampfen von Wasser und einem Dampfauslass, wobei am Wasseraufnahmebehälter ein steuerbarer Wassereinlass und ein steuerbarer Wasserauslass vorgesehen ist, wobei der Dampfluftbefeuchter einen kapazitiven Wasserniveausensor umfasst, dessen Messsignal proportional zu dem Wasserniveau im Wasseraufnahmebehälter zwischen einem Minimalniveau und einem Maximalniveau ist, und der mit einer Steuerungseinheit verbunden ist, wobei die Steuerungseinheit den Wassereinlass öffnet, wenn das gemessene Wasserniveau unterhalb eines unteren Grenzwertes ist, der zwischen dem Minimalniveau und dem Maximalniveau liegt, und den Wasserauslass öffnet, wenn das gemessene Wasserniveau oberhalb eines oberen Grenzwertes, der zwischen dem Minimalniveau und dem Maximalniveau liegt, ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Dampfluftbefeuchter wird das Wasserniveau im Wasseraufnahmebehälter im für die Regelung des Wasserniveaus relevanten Bereich umfassend insbesondere den oberen und unteren Grenzwert durch einen einzelnen Sensor – den kapazitiven Wasserniveausensor – erfasst, der vollständig ohne mechanische Teile (wie bspw. einen Schwimmer) auskommt. Der fragliche Wasserniveausensor macht sich die Eigenschaft zunutze, dass sich bei geeigneter Anordnung des Wasserniveausensors das Niveau des Wassers im Wasseraufnahmebehälter zwischen dem Minimal- und dem Maximalniveau in einer veränderten Kapazität am Wasserniveausensor wiederspiegeln kann, wobei die Kapazitätsveränderung proportional zur Höhe des Wasserniveaus ist. In der Folge ist es möglich, in dem genannten Bereich für das Niveau nicht nur das Über- oder Unterschreiten eines einzelnen Grenzwertes festzustellen, sondern es lässt sich durch einen einzelnen Sensor stufenlos ein proportionales Wasserniveau überwachen.
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Es ist bevorzugt, wenn der kapazitive Wasserniveausensor einen Grundköper mit einer Messkammer zur Aufnahme von Wasser mit einer oberen und einer unteren Zuleitungsöffnung aufweist, wobei an der Außenseite des Grundkörpers ein kapazitives Sensorelement angeordnet ist, der sich in eine Richtung von der unteren zur oberen Zuleitungsöffnung erstreckt, und dessen Messsignal das Wasserniveau in der Messkammer abbildet. Der kapazitive Wasserniveausensor misst das Wasserniveau also nicht direkt im Wasseraufnahmebehälter, sondern in einer gesonderten Messkammer, die sich jedoch über die Zuleitungsöffnungen derart mit dem Wasseraufnahmebehälter verbinden lässt, dass das Wasserniveau in der Messkammer demjenigen im Wasseraufnahmebehälter entspricht. Dabei ist selbstverständlich, dass der Wasserniveausensor in geeigneter Höhe gegenüber dem Wasseraufnahmebehälter anzuordnen ist.
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Um zu vermeiden, dass außerhalb von der Messkammer stattfindende Veränderungen das Messergebnis des kapazitiven Sensorelements beeinflussen, ist bevorzugt, wenn auf der vom Grundkörper abgewandten Seite des kapazitiven Sensorelements ein Referenzblech angeordnet ist oder der kapazitive Wasserniveausensor derart mit der Seite des kapazitiven Sensorelements an einem metallischen Bauteil des Dampfluftbefeuchters befestigt ist, dass das metallische Bauteil die Referenz für das kapazitive Sensorelement bildet. Durch ein entsprechendes Referenzblech oder metallisches Bauteil erfolgt eine Abschirmung des kapazitiven Sensorelements in Richtung weg von der Messkammer, sodass eine über das Sensorelement festgestellte Kapazitätsveränderung auf Veränderungen der Kapazität in Richtung der Messkammer, und somit im Wesentlichen in der Messkammer selbst, schließen lässt.
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Es ist weiter bevorzugt, wenn an der Außenseite des Grundkörpers an der zu dem kapazitiven Sensorelement gegenüberliegenden Seite ein Reflexionsblech zur Signalverstärkung und Abschirmung vorgesehen ist. Durch ein entsprechendes Reflexionsblech kann verhindert werden, dass Veränderungen außerhalb der Messkammer, die ausgehend vom Sensorelement in Richtung der Messammer hinter der Messkammer liegen, das Messergebnis des Sensorelements beeinflussen.
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Damit das Wasserniveau in der Messkammer gut von dem kapazitiven Sensorelement erfasst werden kann, ist es bevorzugt, wenn der Grundkörper aus einem nicht-metallischen Material, vorzugsweise aus Kunststoff ist.
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Es ist bevorzugt, wenn die untere Zuleitungsöffnung des Wasserniveausensors über eine erste Leitung an dem Wasseraufnahmebehälter unterhalb des Minimalniveaus angeschlossen ist und/oder die obere Zuleitungsöffnung des Wasserniveausensors über eine zweite Leitung an dem Wasseraufnahmebehälter oberhalb des Maximalniveaus angeschlossen ist. Dadurch wird es grundsätzlich möglich, dass in dem Wasserniveausensor in dem Bereich zwischen Minimal- und Maximalniveau ein zu dem Wasserniveau im Wasserbehälter vergleichbares Wasserniveau herrscht, wobei der Wasserniveausensor selbstredend auf geeigneter Höhe gegenüber dem Wasserbehälter angeordnet werden muss.
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Auch wenn es grundsätzlich möglich ist, dass der untere Grenzwert mit dem Minimalniveau und/oder der obere Grenzwert mit dem Maximalniveau übereinstimmt, ist es bevorzugt, wenn der untere Grenzwert größer als das Minimalniveau und/oder der obere Grenzwert kleiner ist als das Maximalniveau ist. Durch eine entsprechende Wahl der Grenzwerte ist es möglich, über die Steuerungseinheit nicht nur das Wasserniveau im Wasseraufnahmebehälter zu regeln, sondern bietet darüber hinaus noch die Möglichkeit, die Funktionalität des Wassereinlasses und des Wasserauslasses zu überprüfen. Der Wasserniveausensor kann in diesem Fall nämlich grundsätzlich auch das Wasserniveau unterhalb des unteren Grenzwertes erfassen, zumindest soweit das Wasserniveau nicht unterhalb des Minimalniveaus ist. Sinkt bspw. das Wasserniveau unter den unteren Grenzwert (wobei es dann immer noch über dem Minimalniveau ist), wird der Wassereinlass von der Steuerungseinheit geöffnet, woraufhin grundsätzlich zu erwarten ist, dass das von dem Wasserniveausensor erfasste Wasserniveau wieder steigt. Ist dies nicht der Fall, lässt dies auf Probleme mit dem steuerbaren Wassereinlass selbst oder der Wasserversorgung im Allgemeinen schließen. Analog gilt dies auch für den steuerbaren Wasserauslass und den oberen Grenzwert: Ist nach Aktivierung des Wasserauslasses kein Absinken des Wasserniveaus festzustellen, deutete dies auf Probleme beim Wasserauslass hin.
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Der steuerbare Wassereinlass ist vorzugsweise als Magnetventil ausgebildet ist, welches vorzugsweise für einen Druck von 1 bis 10 bar ausgelegt ist. Der steuerbare Wasserauslass ist vorzugsweise als Abschlämmpumpe ausgebildet.
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Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dampfluftbefeuchters; und
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2: eine schematische Darstellung des Wasserniveausensors des Dampfluftbefeuchters aus 1.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Dampfluftbefeuchter 1 dargestellt. Der Dampfluftbefeuchter 1 umfasst einen Wasseraufnahmebehälter 2 mit darin angeordneten Heizelementen 3 zum Verdampfen von Wasser. Der Wasseraufnahmebehälter 2 weist an seiner Oberseite weiterhin einen Dampfauslass 4 und einen als Magnetventil ausgebildeten steuerbaren Wassereinlass 5 auf. An der Unterseite des Wasseraufnahmebehälters 2 ist eine Abschlämmpumpe als steuerbarer Wasserauslass 6 vorgesehen. Das Magnetventil des Wassereinlasses 5 und die Abschlämmpumpe des Wasserauslasses 6 sind mit einer nicht dargestellten Steuerungseinheit verbunden und können von dieser Steuerungseinheit gesteuert werden.
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Der Dampfluftbefeuchter 1 umfasst weiterhin einen kapazitiven Wasserniveausensor 10, der ebenfalls mit der Steuerungseinheit verbunden ist. Der Wasserniveausensor 10 – der in 2 in einer Explosionsdarstellung detaillierter gezeigt ist – ist derart außerhalb des Wasseraufnahmebehälters 2 am Gehäuse 7 des Dampfluftbefeuchters 1 angeordnet, dass in seinem Messbereich, in dem das Wasserniveau im Wasserniveausensor 10 über ein proportionales Signal abgebildet wird, dessen Grenzen sich in dem Minimalniveau 90 und dem Maximalniveau 91 wiederspiegeln, auch der untere Grenzwert 92 und der obere Grenzwert 93 liegen. Eine Unterschreitung des unteren Grenzwerts 92 zeigt dabei der Steuerungseinheit an, dass Wasser in den Wasseraufnahmebehälter 2 nachgefüllt werden muss, während ein Überschreiten des oberen Grenzwertes 93 anzeigt, dass sich zu viel Wasser im Wasseraufnahmebehälter 2 befindet und Wasser über den steuerbaren Auslass 6 abgeführt werden muss.
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Um zu gewährleisten, dass das Wasserniveau im Wasserniveausensor 10 im Bereich zwischen Minimal- und Maximalniveau 90, 91 demjenigen im Wasseraufnahmebehälter 2 entspricht, ist die untere Zuleitung 13 an dem, die Messkammer 12 umschließenden Grundkörper 11 des Wasserniveausensors 10 (vgl. 2) über eine erste Leitung 8 an dem Wasseraufnahmebehälter 2 unterhalb des Minimalniveaus 90 anschlossen ist, während die obere Zuleitung 14 an dem Grundkörper 11 des Wasserniveausensors 10 (vgl. 2) über eine zweite Leitung mit dem Wasseraufnahmebehälter 2 oberhalb des Maximalniveaus 91 anschlossen ist, nämlich an dessen Deckel. In der aus den Leitungen 8, 9 und dem Wasserniveausensor 10 gebildeten Leitungsschlaufe liegt grundsätzlich dasselbe Wasserniveau vor wie im Wasseraufnahmebehälter 2. Dies gilt insbesondere auch für den Bereich zwischen Minimal- und Maximalniveau 90, 91.
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Wie in 2 deutlich zu erkennen, erstreckt sich an der Außenseite des Grundkörpers 11 ein langgestrecktes kapazitives Sensorelement 15 in Richtung von der unteren zur oberen Zuleitungsöffnung 13, 14. Das Messsignal des Sensorelementes 15 verhält sich dabei grundsätzlich proportional zu dem Wasserniveau innerhalb der Messkammer 12 und – aufgrund der zuvor beschriebenen Leitungsschlaufe – im Bereich zwischen dem Minimal- und Maximalniveau 91, 92 auch proportional zum Wasserniveau im Wasseraufnahmebehälter 2. Das Messsignal liegt in der Regel originär als analoges Signal vor, kann bei Bedarf aber unmittelbar am Sensor selbst oder in der Steuerungseinheit zu einem digitalen Signal gewandelt werden.
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Um zu vermeiden, dass äußere Einflüsse das Messergebnis verfälschen, ist der Wasserniveausensor 10 derart mit der Seite des kapazitiven Sensorelementes 15 an dem metallischen Gehäuse 7 des Dampfluftbefeuchters 1 befestigt, dass das metallische Gehäuse 7 in dieser Richtung als Abschirmung dient. Gleichzeitig dient das metallische Gehäuse 7 als Referenz für das kapazitive Sensorelement 15.
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An der Außenseite des Grundkörpers 11 ist an der zu dem kapazitiven Sensorelement 15 gegenüberliegenden Seite weiterhin ein metallisches Reflexionsblech 16 vorgesehen. Dieses Reflexionsblech dient einerseits zur Abschirmung, kann andererseits aber auch als Signalverstärkung für das Sensorelement 15 dienen.
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Der Grundkörper 11 des Wasserniveausensors 10 ist hingegen aus Kunststoff gefertigt, um die Messung des Wasserniveaus im Wasserniveausensor 10 nicht zu erschweren oder gar negativ zu beeinflussen.
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Über den Wasserstandniveausensor 10 erhält die Steuerungseinheit genaue Informationen über das Wasserniveau im Wasseraufnahmebehälter 2, wenn sich dieses zwischen dem Minimal- und Maximalniveau 90, 91 befindet. Außerhalb dieses Bereiches liefert der Wasserstandniveausensor 10 lediglich Informationen, ob das Wasserniveau sich über dem Maximalniveau 90 oder unterhalb des Minimalniveaus 91 befindet. Da sich aber der untere als auch der obere Grenzwert 92, 93 innerhalb des Bereichs von Minimal- und Maximalniveau 90, 91 befindet, ist der einzelne Wasserstandniveausensor 10 für die vollständige Regelung des Wasserniveaus in dem Wasseraufnahmebehälter 2 ausreichend: ist das ermittelte Wasserniveau unterhalb des unteren Grenzwertes 92 wird das Magnetventil des steuerbaren Wassereinlasses 5 geöffnet, liegt das ermittelte Wasserniveau oberhalb des oberen Grenzwertes 93 wird die Abschlämmpumpe als steuerbarer Wasserauslass 6 in Betrieb genommen.
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Indem der untere Grenzwert 92 über dem Minimalniveau 90 und der obere Grenzwert 93 unter dem Maximalniveau 91 liegt, kann auch die Funktionalität des steuerbaren Wassereinlasses 5 bzw. des Wasserauslasses 6 überprüft werden. Wird bspw. der obere Grenzwert 93, nicht jedoch das obere Maximalniveau 91 überschritten, wird – wie bereits dargelegt – die Abschlämmpumpe als Wasserauslass 6 in Betrieb genommen. Kann in diesem Fall über den Wasserniveausensor 10 jedoch kein Absinken des Wasserniveaus festgestellt werden, deutet dies auf Probleme des Wasserauslasses 6 bzw. der Abschlämmpumpe hin. Analog gilt dies auch für den Wassereinlass 5 bei unterschreiten des unteren Grenzwertes 92, wobei das Wasserniveau dennoch regelmäßig über dem Minimalniveau, wenn nach Öffnen des Wassereinlasses 5 kein Ansteigen des Wasserniveaus festgestellt werden kann.
