DE3236339A1 - Automatische luftbefeuchtungsanlage - Google Patents

Description

PATE STTAN WALTE OR. «NG. E-. HOFFMANN (1930-Wi) . DIPl..ING.W.EITIE· DR.RER. NAT. K.HOFFMANN · DIPl.-ING. W. IEHN

DIPt..ING. K. FOCHStE · DR. RER. NAT, B. HANSEN ARABEllASTRASSE 4 · D-8000 MONCHEN 81 . TELEFON (08J) 911087 · TELEX 05-27419 (PATHf)

Magyar Vagön- es Gepgyär Györ /Ungarn

Automatisehe Luftbefeuchtung sanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Luftbefeuchtungsanlage und betrifft eine technische Lösung, die die Betriebssicherheit und die Lebensdauer der Verdampfungszylinder der Luftbefeuchtungsanlagen vervielfacht, indem die während des Betriebes des Verdampfungszylinders verdampfte Wassermenge sowie die Mengen des ausgeschiedenen Wassersteins und 'sonstiger Verunreinigungen in . Betracht nehmend, zwecks periodischer Entfernung derselben wirksame Reinigungs-, bzw. Waschzyklen zwischengeschaltet werden.

Das größte Problem bei der Verdampfung mit Direktheizung besteht darin, daß die in dem zugeführten Wasser vorhandenen aufgelösten Stoffe (z.B. Wasserstein oder sonstige Verunreinigungen) während des Betriebes des Verdampfungszylinders ausgeschieden werden und sich auf den Elektroden, der Innenfläche, auf dem Filter und auf die Auslaßorgane niederschlagen. Wenn der Niederschlag nicht regelmäßig, restlos und mit größter Sorgfalt entfernt wird, kommt allmählich eine zusammenhängende Fläche zustande,

wodurch die wirksame Fläche der Elektroden und der Ausflußquerschnitt des Zylinders beeinträchtigt werden.

Die Ablösung der abscheidenden und niedergeschlagenen Wassersteinschicht unter Anwendung von Chemikalien ist bei einer auf dem Prinzip der Direktheizung beruhenden Betriebsführung während des Betriebes nicht möglich.

Aus den gegenwärtig handelsüblichen Anlagen wird allein bei dem schwedischen System Steamatic das Prinzip des Zy3inderwaschens während des Betriebes, wenn auch mit geringer Wirksamkeit, realisiert. Bei dieser- Anlage kann an der elektromechanischen Schaltuhr der Zeitpunkt des periodisch beginnenden Waschprozesses eingestellt werden, worauf der Verdampfungszylinder mit dem durch den engen Querschnitt zugeführten Wasserstrahl aufgefüllt und darauffolgend entleert wird.

Bei dieser Lösung wird das Prinzip der durch eine plötzliehe Temperaturänderung erreichbaren Wassersteinablösung nicht verwendet, hier können nur die in dem Verdampfungszylinder in einem gelösten Zustand vorhandenen Verunreinigungen entfernt werden.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sich der sich während des Betriebes spontan und stückig ablösende Wasserstein in dem Zylinder ansammelt und den Durchflußquerschnitt allmählich verringert.

Im Laufe des Waschprozesses wird die Beendigung des der Auffüllung folgenden Wasserablasses keineswegs von dem unteren Wasserstandsfühler, angezeigt, die Dauer dessen wird von der eingestellten Schaltuhr geregelt.

So kann es z.B. vorkommen, daß, wenn der Durchflußquerschnitt bereits verengt ist, der Verdampfungszylinder während der eingestellten Entleerungsperiode nicht vollkommen entleert werden kann und das verunreinigte Wasser zurückbleibt .-'".-

Wenn solche Fälle häufig vorkommen, reichert sich der Inhalt des VerdampfungsZylinders an gelösten Verunreinigungen allmählich an, zuletzt wird die Anlage betriebsunfähig. .

Bei dem Steamatic System strebte man danach, durch Zerlegbarkeit des Verdampfungszylinders und durch vorschriftsmäßige manuelle Reinigungszyklen die oben beschriebenen Mangel zu verringern. Die hier erwähnten, mit dem Betrieb zusammenhängenden Probleme treten bei allen Anlagen auf, die über einen Verdampfungszylinder verfügen, nur mit dem Unterschied, daß die Waschzyklen bei dem Steamatic System die Möglichkeit bieten, die mechanische Reinigung nicht so häufig vornehmen zu müs- ' sen. Der guten Ordnung halber soll noch bemerkt werden, daß die der Betriebsstörung folgenden mechanischen Reinigungsprozesse oder der vorangehend durchgeführte Reinigungsprozess nur bei außer Betrieb gesetzter Anlage vorgenommen werden können, wobei die Häufigkeit von der Härte des zur Verwendung kommenden Wassers bzw. von dessen Verunreinigungsgrad abhängt.

Im Hinblick darauf, daß eine Anlage im Normalbetrieb etwa 10 Liter Wasser pro Stunde verdampft, beansprucht die Anlage auch bei als rein qualifiziertem Trinkwasser wöchentlich mehrere Reinigungsprozesse.

Ziel der Erfindung ist es, die oben erwähnten Mangel

durch ein bisher nicht verwendetes Steuerprinzip zu beseitigen. .

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Reinigung des Innern des VerdampfungsZylinders an dem Oberteil des Verdampfungszylinders ein Waschventil mit einem großen Querschnitt vorgesehen ist, an das Waschventil eine Rohrleitung für die Zufuhr kalten Wassers angeschlossen ist, die Anlage einen oberen und einen unteren Wasserstandsfühler, einen an die eine Phase eines HauptStromkreises angeschlossenen Stromwandler und einen an diesen angeschlossenen spannungsgesteuerten Oszillator enthält, dem spannungsgesteuerten Oszillator eine digitale Teilerkette nachgeschaltet ist, ein Stromkreis mit Relais enthalten ist, und die digitale Teilerkette, der obere Wasserstandsfühler sowie ein Oszillator mit fester Frequenz mit dem unteren Wasserstandsfühler elektrisch verbunden sind.

zweckmäßig ist die Elektrode des unteren Wasserstandsfühlers in einem mit dem Verdampfungszylinder parallel geschalteten Rohr angeordnet.

Die Erfindung ist im folgenden an einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläu*- tert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 das neue Prinzip der Reinigung des Verdampfungszylinders und ein Blockschaltbild der Steuerelektronik,

Fig. 2 die elektrische Schaltung der ausführenden Organe,

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Fig. 3 das Funktionsprinzip der die Waschzyklen taktenden "Digitaluhr", und

Fig. 4 das elektrische Wahrnehmen des unteren und des oberen Wasserstandes in dem Verdampfungs·

zylinder. ' . ■ '.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist in dem Hauptstromkreis 11 des VerdampfungsZylinders 1 der Magnetschalter 10 angeordnet; außerdem ist in dem Stromkreis der einen Phase der Strömwandler 12 vorgesehen« Dem Magnetschalter 10 wird die Aufgabe zugeteilt, den Hauptstromkreis wäh- · rend des Waschprozesses zu trennen, während der Stromwandler 12 ein dem von dem Zylinder aufgenommenen Strom und daher der in dem Zylinder vorhandenen Wassermenge proportionales analoges Spannungssignal erzeugt. Dessen Ausgangssignal steuert den spannungsgesteuerten Oszillator 15. Der Oszillator bildet mit der digitalen Teilungskette 16 zusammen eine Digitaluhr, die immer mit einer der in den Zylinder eingespeisten Wassermenge proportionalen Geschwindigkeit "geht".

Im Hinblick darauf, daß die aus dem Wasser in dem Zylinder ausscheidenden Verunreinigungen (Wasserstein) quantitativ eben der eingespeisten Wassermenge proportional sind, wird dieser Proportionalität von der Digitaluhr elastisch gefolgt; als Ergebnis werden in entsprechenden Intervallen Waschzyklen in Gang gesetzt.

Wenn nun der Ausgang der digitalen Teiierkette 16 auf den Hochstand umschaltet, gibt der Stromkreis mit dem Relais einen Befehl zur Reinigung des Zylinders ab. Die einzelnen Phasen sind wie folgt:

Der Magnetschalter unterbricht den Hauptstromkreis des Zylinders.

Das Mischventil 4 mit einem großen Querschnitt er-.hält die Steuerung. Über das Ventil gelangt unmittelbar unter dem Wasserdruck des Netzes und über einen großen Querschnitt der Kaltwasserstrahl auf die Elektroden und den Ablaßfilter. Unter Wirkung der schnellen Temperaturänderung wird der niedergeschlagene Wasserstein aufgelockert, wodurch dieser mittels der mechanischen Energie des Wasserstrahls leicht entfernt werden kann.

Die Wasserauffüllung findet bis zu dem vom oberen Standfühler bestimmten Stand statt.

Durch die Auffüllung wird die digitale Teilerkette 16 gelöscht, das Waschventil 4 mit dem großen Querschnitt schließt, und der Stromkreis 17 mit dem Relais gibt einen Befehl zum öffnen des entleerenden Magnetventils 5, dessen Durchmesser dem gesamten Abflußquerschnitt des Verdampfungszylinders 1 entspricht, sowie ein Startsignal für den Oszillator 14 mit fester Frequenz ab. Die Frequenz des Oszillators 14 mit der festen Frequenz ist so gewählt, daß bei vollkommen reinen Abflußfilter und Abflußorganen während der Dauer der Entleerung die digitale Teilerkette 16 bis zum Eindrittel der Teilung zählt, wobei dieser Wert in der Kette gespeichert wird.

Die vollkommene Entleerung des Zylinders wird von dem den unteren Wasserstand wahrnehmenden Standfühler erfaßt, der einen Befehl auf den Stoppeingang des Oszillators mit der festen Frequenz abgibt? über den Stromkreis 17 mit dem Relais wird ein Befehl zum Rückschalten des Magnetschalters 10 abgegeben.

Damit ist der erste Waschzyklus beendet.

In dem darauffolgenden Verdampfungszyklus zählt die digitale Teilerkette - von dem bis zum Eindrittel-Teil "aufgefüllte Zustand" ausgehend - weiter.

Desweiteren wird das Intervall zwischen den einzelnen Waschzyklen wo immer durch die "elektrische Länge" des nach dem Waschen übrigbleibenden Zweidrittel-TeiIs sowie durch die der Wassermenge proportionale Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 15 bestimmt.

Sollte sich während des Betriebs des Verdampfungszylinders einstückiger Wasserstein ablösen und als Ergebnis der Ablösung oder wegen des sich in dem Durchflußquerschnitt absetzenden Wassersteins der Durchflußquerschnitt sich einengen, entleert sich der Verdampungszylinder während des Waschzyklus viel langsamer als in einem vollkommen reinen Zustand. So verlängert sich die Entieerungsperiode, die Teilerkette wird von dem Oszillator 14 mit der festen Frequenz der Zunahme proportional zu einem höheren Anteil - d.h. nicht bis zu dem Eindrittel-Teil "aufgefüllt". Auch die,für den nächsten Verdampfungszyklus übrigbleibende "Teilungslänge" wird verkürzt, mit anderen Worten, das System konzentriert die Zahl der Waschprozesse in einem der Versteinerung proportionalen Maß.

Durch die einfache Rückkopplung der digitalen Teilerkette 16 kann erreicht werden, daß nach Erreichen, einer vorgegebenen Verlängerung der Entleerungsperiode der Waschzyklus so oft wiederholt wird, bis die Entleerungsperiode auf den gewünschten Wert zurückgeht.

Fig. 2 stellt den den Waschprozess steuernden Stromkreis mit dem Relais sowie die elektrische Schaltung der durchführenden Organe dar.

Sobald das letzte Glied der digitalen Teilerkette im BCD-Code beim Zählen zu der Zahl 9 gelangt, erhält der Stromkreis 17 mit dem Relais die Leitung, an dem Ruhekontakt 17/2 wird der Stromkreis des Magnetschalters 10 unterbrochen, wodurch dieser abfällt. Das Waschventil 4 mit dem großen Querschnitt erhält seine Steuerung über den Ruhekontakt 10/5 sowie den Betriebskontakt 17/4, worauf die Wasserauffüllung in Gang gesetzt wird. Der Detektorstromkreis 9 des unteren Wasserstandes schließt sich über den Ruhekontakt 10/1. Im Hinblick darauf, daß in dem Verdampfungszylinder Wasser vorhanden ist, zieht das Relais an. Sobald der Wasserstand den oberen Wasserstandfühler 13 erreicht, wird der Inhalt der digitalen Teilerkette 16 über den Betriebskontakt 13/1 gelöscht und das Relais fällt ab. Über den Betriebskontakt 17/4 wird der Strorakreis des Waschventils 4 mit dem großen Querschnitt unterbrochen. Der Stromkreis des entleerenden Magnetventils 5 schließt sich über den Ruhekontakt 17/3 und den Betriebskontakt 9/4. Der die Entleerungsdauer registrierende Oszillator 14 mit der festen.Frequenz erhält über den Ruhekontakt 17/1 und den Betriebskontakt 9/2 ein Startsignal. Sobald der Verdampfungszylinder entleert worden ist, bricht das Relais des Detektorstromkreises des unteren Wasserstandes ab. über den Betriebskontakt 9/4 wird der Stromkreis des entleerenden. Magnetventils unterbrochen, wonach der den Haupts tr omkreis des Verdamprungszylinders -. unterbrechende Magnetschalter 10 über den Ruhekontakt 9/3 und 17/2 rückschaltet. An dem Betriebskontakt 9/2 findet der Abbau durch den .Oszillator 14 mit der festen Frequenz

statt. An dem Betriebskontakt 9/1 hört die Bedingung der den wiederholten Waschprozess bei Verlängerung der Entleer.urigsa.auer um ein gewisses Maß anregenden Rückkopplung auf, ·

' '."..'■■ ■ ■·'·■■■■■■ Darauffolgend wird der Zylinder von dem während des Verdampfungszyklus funktionierenden; - hier nicht dargestellten - Magnetventil auf den Betriebszustand aufgefüllt und die Verdampfung wird in Gang gesetzt.

Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau des Stromwandlers 12, des die Entleerungsdauer registrierenden Oszillators

14 mit der festen Frequenz, des spännungsgesteuerten Oszillators 15 sowie der digitalen Teilerkette 16, die gegenseitige Verbindung derselben bzw. die Anordnung gegenüber dem Stromkreis mit dem Relais.

Der Stromwandler 12, der spannungsgesteuerte Oszillator

15 und der Oszillator 14 mit der festen Frequenz sind aus der Fachliteratur bekannt und stellen eine zweckdienliche Schaltungsanordnung dar. Die mit dem Potentiometer abgeschwächte Ausgangsspannung des Umwandlers 12 ist immer dem in dem Hauptstromkreis 11 fließenden Strom proportional. Der an den Ausgang anschließende spannungsgesteuerte Oszillator 15 bildet während des Verdampfungszyklus den Oszillator der die Zyklusdauer messenden Digitaluhr. Die "Trequenz derselben ist - sich aus der linearen Verbindung zwischen dem in dem Verdampfungszylinder aufgenommenen Strom ergebend - immer der in dem Verdampfungszylinder vorhandenen Wassermenge proportional.

In dem Verdampfungszylinder 1 ist die Menge des während des Betriebes ausscheidenden Wassersteins und sonstiger

Verunreinigungen eben der Wassermenge proportional; auf diese Weise schaltet die aus dem spannungsgesteuerten Oszillator 15 und der Teilerkette 16 gebildete Digitaluhr dieser Proportionalität entsprechend die Waschzyklen in den Betrieb des Zylinders ein.

Der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 15 ist über das ODER-Tor 29 an den Eingang der Teilerkette 28 mit dem Teilungsverhältnis 10 angeschlossen. An den an-. deren Eingang des ODER-Tors 29 ist das UND-Tor 30 angeschlossen, über dieses ist an den Eingang der Teilerkette der die Entleerungsperiode registrierende Oszillator 14 mit der festen Frequenz angeschlossen, wen an dem Ausgang des Schmitt-Triggers 31 der H-Pegel vorhanden ist. Die Umschaltung über die entprellenden Elemente RC auf den Η-Pegel findet nur während der Entleerungsperiode statt, d.h. wenn der Ruhekontakt 17/1 offen und der Betriebskontakt 9/2 geschlossen ist.

Die Teilung der Teilerketten 28 und 32 beträgt bis zur Anregung· des Waschprozesses 9.10 . Wenn eben so viele Impulse an dem .Eingang ankommen, zählt der 'Zehnerteiler genau bis neun. Die Ausgänge 20QA und 21QD schalten auf den Hochständ um und der Stromkreis 17 mit dem Relais erhält über das sich anschließende UND-Tor 22 und den Transistor 25 die Steuerung zum Ingangsetzen des Waschprozesses, worauf die Wasserauffüllung begonnen wird. Sobald der Wasserstand die Elektrode des den oberen Stand wahrnehmenden Fühlers 13 erreicht, wird der Inhalt der Teilerkette über den Betriebskontakt 13/1 , die entprellenden Elemente RC und den Schmitt-Trigger 27 gelöscht. Das Relais in dem Stromkreis 17 fällt ab, gleichzeitig aber bleibt der den unteren Stand wahrnehmende Fühler 9 eingezogen.

Über den Ruhekontakt 17/1 und 9/2 kommt die Kopplungsbedingung des die Entleerungsdauer registrierenden Oszillators 14 mit der festen Frequenz zustande.

Der Oszillator arbeitet mit einer Frequenz, bei der während der Entleerungsperiode des Verdampfungszylinders mit dem vollkommen reinen Durchflußquerschnitt die digitale Teilerkette 16 genau bis zum Eindrittel-Teil, d.h. bis 3.10 zählt, wobei dieser Wert in der Teilerkette gespeichert wird und in dem darauffolgenden Verdampfungszyklus erst dann eine Anregung zu einem Waschprozess er folgt, wenn die Teilerkette von dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators her hoch 6.10 Impulse ζϊ und der Inhalt des Zählers 32 neuen beträgt.

Wenn sich nun Wasserstein in dem Zylinder absetzt, verringert sich der Durchflußquerschnitt, wodurch sich die Entleerungsperiode verlängert. Um wieviele Sekunden die Entleerungsdaüer sich verlängert, um sowiele Sekunden - die dem mit der Sekundenzahl multiplizierten Quotienten der Frequenzen der Oszillatoren 15 bzw. 14 mit der festen Frequenz entsprechen - wird die bis zum nächsten Waschprozess ablaufende Zeit verkürzt.

Die an dem UND-Tor 23 und 24, dem Schmitt-Trigger 26 und dem Betriebskontakt 9/1 beruhende' Rückkopplung regt immer sich wiederholende Waschprozesse an, wenn sich die ursprüngliche Entleerungszeit verdoppelt, d.h. wenn während der Entleerungsperiode der Inhalt des Zehnerteilers 32 den Wert sechs erreicht. In diesem Fall schalten die Ausgänge 18 QB und 19QB auf den Hochstand um und ein Impuls von hohem Stand gelangt zu dem auf neun stellenden Stelleingang des Zehnerteilers. Jetzt regt der Zehnerteiler 32

einen wiederholten Waschzyklus an, der so lange fortgesetzt wird, bis der Zylinder soweit gereinigt ist, daß die Entleerung während einer Zeitdauer erfolgt, die um das Doppelte der ursprünglichen Entleerüngsperiode kürzer ist.

In Fig. 4 ist das Prinzip des- Wahrnehmens des oberen und des unteren Wasserstandes.während des Waschens der Verdampfungszylinder veranschaulicht. Ursprünglich ist die Elektrode des den oberen Wasserstand erfassenden Fühlers in den Verdampfungszylinder eingebaut, während das Wahrnehmen des unteren Wasserstandes mit Hilfe der in dem neben dem Zylinder angeordneten Metallrohr 6 vorhandenen Elektrode erfolgt, wobei der Anschluß der Elektrode an dem Zylinder auf dem Prinzip "der kommunizierenden Gefäße" beruht. Um das Rohr 6 auch oben abschließen zu können, ist es mit dem Dampfstutzen des Zylinders, an dem.Oberteil, über den Rohrabschnitt 33 verbunden.

Im Laufe der Verdampfung erwärmt die in dem ohmschen Widerstand des in dem Zylinder sich befindenden Wassers entstehende Wärme das Wasser. Auch während des Waschzyklus wird die Leitfähigkeit des Wassers zum Wahrnehmen des Wasserstandes verwendet. Das in dem ausgeschalteten Zylinder vorhandene Wasser steht über die Abflußorgane bzw. das Rohr 6. immer auf dem Nullpotential. Die Gleichrichter der 'mit den anderen Polen an die Phasenleitung 11 anschließenden Standfühler erhalten von hier die Steuerung durch die Zwischenschaltung der'Elektroden. Nach ge- · eigneter Filtrierung speist der Ausgang der Gleichrichter das auf Phasenspannung dimensionierte Kleinstromrelais.

Die erfindungsgemäße automatisch reinigende Anlage be-

.seitigt weitgehend die Mangel der bekannten Anlagen. Sie ist aus zeitgemäßen elektronischen Elementen aufgebaut, weder Wartung noch überwachung noch der kostenaufwendige Austausch des. Verdampfungszylinders wird beansprucht.

- 5 ' Λ'' ,'■■' .■·■■■.'.-' ■■■.-.-'. .■■"'.'■ ' '-Die erreichbare Verlängerung der Lebensdauer des Zylinders kann z.B. dadurch gekennzeichnet werden, daß, wo bisher der Zylinder jeden zweiten Tat mit der.Hand gereinigt und mindestens, jede zweite Woche ausgetauscht werden müßte,, der Zylinder ohne etwaige manuelle Intervention ein Jahr lang ohne weiteres in Betrieb gehalten werden kann. ·

Die erfindungsgemäße Steuerung beansprucht eine einzige Karte 100 χ 150 mm, die Stromkreise mit den Relais können in einer Kapsel in der Abmessung 200 χ 70 χ 50 mm angeordnet werden. Die Produktionskosten sind keineswegs höher als der Anschaffungspreis eines einzigen Verdampfungszylinders.
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Die Automatik kann einfach an bereits vorhandene, sich in Betrieb, befindende Systeme adaptiert werden.

Claims (2)

PATENTANWALT*: DR. ING. E. HOFFMANN (1930·197ί) . DIPl.-ING,W.EITLE . D R.RER. NAT. K.HOFFMAN N . Dl PL.-ING. W. LE HN DIPL.-ING. K.FOCHSLE . DR. RER. NAT, B. HANSEN ARABELLASTRASS.E A ■ D-8000 M0 NCH EN 81 · TELEFON (08?) 911087 ■ TELEX 05-29619 (PATHE) Magyar Vagon- es Gepgyär Györ /Ungarn Automatische Luftbefeuchtungsanlage PA T.E N-TA N S P R ü C H E :

1. Automatische Luftbefeuchtungsanlage, dadurch gekennzeichnet , daß zur Reinigung des Innern des VerdampfungsZylinders (1) an dem Oberteil des Verdampf ungs Zylinders ein Waschventil .(4) mit einem großen Querschnitt vorgesehen ist, an das Waschventil eine Rohrleitung (7) für die Zufuhr kalten Wassers angeschlossen ist, die Anlage einen oberen und einen unteren Wasserstands fühler (9, 1:3), einen an die eine Phase eines Hauptstromkreises (11) angeschlossenen Stromwandler (12) und einen an diesen angeschlossenen spannungsgesteuerten Oszillator (15) enthält, dem spannungsgesteuerten Oszillator (15) eine digitale Teiler- · kette (16) nachgeschaltet ist, ein Stromkreis (17) mit Relais enthalten ist, und die digitale Teilerkette (16), der obere Wasserstandsfühler (13), sowie ein Oszillator (14) mit fester Frequenz mit dem unteren Wasserstandsfühler (9) elektrisch verbunden sind.

2. Automatische Luftbefeuchtungsahlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrode des Unteren Wasserstandsfühlers (9) in einem mit dem Verdampfungszylinder parallel geschalteten Rohr (6) angeordnet ist.