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Feuchtigkeitsregler
Die Erfindung bezieht sich auf einen Feuchtigkeitsregler
mit zwei temperaturempfindlichen Ausdehnungskörpern, von denen der eine ständig
feucht und der andere trocken gehalten wird und deren bei sich ändernder Raumfeuchtigkeit
auftretende Temperatur- und Ausdehnungsdifferenz ein die Raumfeuchtigkeit regelndes
Arbeitsorgan betätigt.
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Durch die Erfindung wird bezweckt, einen Feuchtigkeitsregler dieser
Art zu schaffen, welcher bei verhältnismäßig einfacher Ausbildung geeignet ist,
eine konstante relative Feuchtigkeit innerhalb eines bestimmten Regelbereiches und
eines bestimmten Temperaturbereiches trotz der sich ändernden psychrometrischen
Differenz aufrechtzuerhalten.
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Es sind zwar bereits Feuchtigkeitsregler bekanntgeworden, die durch
Verwendung von temperaturempfindlichen Dehnungskörpern verschiedener thermischer
Ausdehnungsgrade die sich bei Temperaturschwankungen - ändernde psychrometrische
Differenz ausgleichen. Diese Einrichtungen sind jedoch kompliziert und in der Herstellung
teuer, da sie im wesentlichen metallische Dehnungskörper benutzen und bei den verhältnismäßig
geringen, in Frage kommenden Temperaturdifferenzen so kleine nutzbare Verstellwege
ergeben, daß für die Regelung besondere, erheblichen feinmechanischen Aufwand erfordernde
Einstell- und Übertragungsmechanismen vorgesehen werden müssen.
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Demgegenüber besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß als
temperaturempfindliche Dehnungskörper ein mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllter,
feucht gehaltener Thermostat und ein eben-
falls mit einer AusdehnungsflÜssigkeit
gefüllter, trocken gehaltener Thermostat verwendet werden. Die Flüssigkeitsräume
dieser beiden Thermostaten sind miteinander über ein kolbenartiges Ausgleichsorgan
gekuppelt, welches in einem mit dem Flüssigkeitsraum des trockenen Thermostaten
kommunizierenden, vorzugsweise aus diesem selbst bestehenden Flüssigkeitsraum unter
der Wirkung der Dehnungs- bzw. Schrumpfungsbewegungen des feuchten Thermostaten
verschiebbar ist. Die z. B. durch mechanische oder vorzugsweise hydraulische Mittel
herstellbare Kupplung ist hierbei derart eingerichtet, daß eine Flüssigkeitsausdehnung
des feuchten Thermostaten eine Vergrößerung, dagegen eine Flüssigkeitszusammenziehung
desselben eine Verkleinerung des Flüssigkeitsraumes des trockenen Thermostaten bewirkt.
An den trockenen Thermostaten ist seinerseits ein die Feuchtigkeit einstellendes
Arbeitsorgan, vorzugsweise ein von der Flüssigkeit des trockenen Thermostaten hydraulisch
betätigter, membran- oder balgförmiger Arbeitskörper mit Arbeitsstift, angeschlossen.
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Die Verwendung flüssigkeitsgefüllter Ausdehnungskörper hat zunächst
den Vorteil, daß infolge des gegenüber Metallen um ein Vielfaches höheren Ausdehnungsgrades
der Ausdehnungsflüssigkeiten größere Volumenänderungen erzielbar sind, welche ohne
komplizierte Übersetzungen und sonstige Hilfskonstruktionen sowohl für die eigentliche
Regelung als auch für den inneren Ausgleich leichter und genauer verwertbar sind.
Vor allem besteht aber der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt darin,
daß sich die Volumenänderungen der beiden Flüssigkeitsthermostaten bei Änderungen
der Raumtemperatur über den Ausgleichskolben ausgleichen, weil in diesem Falle die
Größenänderung des Flüssigkeitsraumes des trockenen Thermostaten durch die Volumenänderung
der in letzterem befindlichen Ausdehnungsflüssigkeit praktisch vollständig kompensiert
werden kann, während bei einer infolge einer Änderung der relativen Feuchtigkeit
nur an dem feuchten Thermostaten auftretenden Temperaturänderung in dem trockenen
Thermostaten eine resultierende Volumenänderung erfolgt, welche über das angeschlossene
Arbeitsorgan regeltechnisch verwertbar ist.
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Erfindungsgemäß kann hierbei das Verhältnis zwischen den Volumina
der Ausdehnungsflüssigkeiten und der wirksamen Kolbenfläche des Ausgleichsorgans
derart gewählt werden, daß mit steigender bzw. fallender Raumtemperatur die steigende
bzw. fallende psychrometrische Differenz, bezogen auf die Regelbewegung des Arbeitsorgans,
kompensiert wird. Dadurch kann eine Verstellung des Arbeitsorgans erzielt werden,
die annähernd dem Kurvenverlauf des i/ x-Diagrammes entspricht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird der Ausgleichskolben
von einem in den Flüssigkeitsraum des trockenen Thermostaten tauchenden Federbalg
gebildet, mit dessen Balgboden ein Betätigungsfederbalg geringeren Durchmessers
verbunden ist, dessen Innenraum direkt oder indirekt über eine hydraulische Leitung
mit dem feuchten Thermostaten in Verbindung steht. Anstatt dessen kann der Ausgleichskolben
bzw. -balg auch mechanisch z. B. über ein von dem feuchten Thermostaten betätigtes
Gestänge bewegt werden. Um die der gewünschten relativen Feuchtigkeit entsprechende
Differenztemperatur einstellen zu können, kann zweckmäßig im Flüssigkeitsraum des
feuchten Thermostaten ein Regulierfederbalg angeordnet werden, welcher von außen,
vorzugsweise unter Einschaltung einer Überdrucksicherung, einstellbar ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in der nadifolgenden Beschreibung
an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert, welches in der Zeichnung in schematischem
Schnitt dargestellt ist.
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Der in der Zeichnung schematisch dargestellte Feuchtigkeitsregler
besteht aus einem rohrförmigen Flüssigkeitsthermostaten 1, dessen Flüssigkeitsraum
2 mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt ist und mittels eines um die Wandung
des Thermostaten herumgelegten Dochtes 3 ständig feucht gehalten wird, sowie aus
einem weiteren Flüssigkeitsthermostaten 4, dessen Flüssigkeitsraum 5 ebenfalls mit
einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt ist und der im Gegensatz zu dem feuchten Thermostaten
trocken gehalten wird. Die beiden Thermostaten sind beispielsweise an einer gemeinsamen
Grundplatte oder einer Wandung 6 befestigt und in einem Raum angeordnet, in welchem
ein Medium wie z. B. Luft, Gas od. dgl., dessen Feuchtigkeit geregelt werden soll,
mit einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit hindurchströmt.
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Der Thermostat I dient zur Erfassung der Differenztemperatur, deren
Größe ein Maß für die relative Feuchtigkeit ist, welche geregelt werden soll. Um
diese Differenztemperatur einstellen zu können, kann das Volumen in dem Flüssigkeitsraum
2 geändert werden. Dies geschieht vorteilhaft mit Hilfe eines Regulierfederbalges
7, der in den Flüssigkeitsraum 2 hineinragt und an dessen Balgboden 8 eine Balgstange
g befestigt ist, welche durch den linken Boden Io des Thermostaten 1 nach außen
ragt. An ihrem äußeren Ende ist die Balgstange g mit einem Gewinde II versehen,
das mit einer mit Innengewinde 12 versehenen Regulierspindel I3 verschraubt ist,
welche z. B. mittels eines Vierkantkopfes drehbar ist. Die Balgstange g stützt sich
auf eine Pufferfeder I4, die zur Aufnahme von etwaigen Überdrücken im Flüssigkeitsraum
2 dient.
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Der Docht 3 ragt nach unten in ein Wasserreservoir I5, welches über
eine Zuleitung I6 mit Wasser versorgt wird, so daß der Docht 3 ständig feucht gehalten
wird.
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Zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Niveaus in dem Reservoir Ig
kann vorteilhaft ein Ventil I7 angeordnet sein, dessen Ventilöffnung durch einen
Schwimmer I8 gesteuert wird. Dèr trockene Thermostat 4 dient zur Erfassung der Bezugstemperatur
des Mediums. In den Flüssigkeitsraum 5 dieses Thermostaten ragt von einer Seife,
z. B. von dem Boden 19 aus ein. kolbenartig verschiebbares Ausgleichsorgan, vorzugsweise
ein Ausgleichsfederbalg 20, dessen inneres, freies Ende mittels eines Balgbodens
21 abgeschlossen ist.
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Der Innenraum dieses Ausgleichsfederbalges 20, 21 steht z. B. durch
eine Atmungsbohrung 22 mit der Außenluft in Verbindung. Ferner ist zweckmäßig im
Innern des Ausgleichsfederbalges 20, 21 eine Feder 23
angeordnet,die
denAusgleichsfederbalg in den Flüssigkeitsraum 5 hineinzudrücken sucht. Dieses oder
ein ähnliches kolbenartiges Ausgleichsorgan könnte an sich auch außerhalb des rohrförmigen
Gehäuses des trockenen Thermostaten 4 in einem besonderen Raum angeordnet sein,
w lcher ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt sein und mit dem Flüssigkeitsraum 5 in
Verbindung stehen müßte. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Ausgleichsfederbalg
20, 2I als Differenzkolbenorgan ausgebildet, indem der Balgboden 2I mit einem Betätigungsfederhalg
24 verbunden ist, dessen anderes Ende in den Boden 25 des Thermostaten 4 eingedichtet
ist. Der Betätigungsfederbalg 24 besitzt einen wesentlich kleineren Durchmesser
als der Ausgleichsfederbalg 20. Der Innenraum 26 des Betätigungsfederbalges 24 ist
über ein hydraulisches Gestänge, beispielsweise über ein Kapillarrohr 27, mit dem
Flüssigkeitsraum 2 des feuchten Thermostaten 1 verbunden. An Stelle dieser hydraulischen
Verbindung könnte auch eine mechanische Verbindung verwendet werden, welche beispielsweise
durch einen Arbeitsstift des Thermostaten I und ein Zwischengestänge eine Kolbenstange
betätigen kann, welche auf den Balgboden 2I wirkt.
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Schließlich ist an den Flüssigkeitsraum 5 des trockenen Thermostaten
4 ein Arbeitsorgan 28 angeschlossen, welches die Regelbewegungen zur Einstellung
des Feuchtigkeitsgehaltes des Mediums vornimmt. In einfacher Weise ist zu diesem
Zweck der Flüssigkeitsraum 5 über ein Kapillarrohr 29 mit dem Innenraum eines membran-oder
balgförmigen Arbeitskörpers 30 verbunden, dessen beweglicher Boden einen Arbeitsstift
31 trägt, welcher seinerseits unmittelbar oder über Hilfssteuerorgane den Regelvorgang
steuert. Beispielsweise betätigt der Arbeitsstift 3I ein Hilfssteuerventil, welches
seinerseits das Zuflußventil einer Berieselungseinrichtung betätigt.
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Ein Feuchtigkeitsregler der vorstehend beschriebenen Art arbeitet
grundsätzlich in der Weise, daß, wenn sich die Temperatur beider Thermostaten I
und 4 um die gleiche Größe ändert, der Volumenzuwachs in dem trockenen Thermostaten
4 durch die Bewegung des Ausgleichsorgans 70, 21 ausgeglichen wird. Ändert sich
jedoch die Differenztemperatur, so wird durch die Bewegung des Ausgleichsorgans
oder Difterenzkolhens 20, 2I das nicht veränderte Volumen des tiockenen Thermostaten
4 in das Arbeitsorgan 28 gedrückt bzw. zurückgesaugt, wodurch in dem Arbeitsorgan
eine regeltechnisch verwerthare Bewegung erzeugt wird.
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Beispielsweise möge zur Aufrechterhaltung einer bestimrnten relativen
Feuchtigkeit eine Temperaturdifferenz von 5'C aufrechterhalten werden. Zu diesem
Zweck wird zunächst mit Hilfe des Regulierorgans I3 und des Regulierfederrohres
7 in dem Flüssigkeitsraum 2 des feuchten Therlllostaten I ein bestimmtes Volumen
dargestellt, welches zu dieser Temperaturdifferenz gehört. In diesem Zustand möge
der Stift 3I des Arbeitskörpers 30 seine Normalstellung eingenommen haben. Steigt
jetzt die relative Feuchtigkeit in dem die Thermstaten umgebenden Raum bei an sich
gleicher Tempenltur, so wird der feuchte Thermostat 1 wLirmer werden und einen Teil
seiner Ansdehnu ngsfi iissigkeit <lurch' das Kapillarrohr 27 in den Innenraum
26 des Federbalges 24 im trockenen Thermostaten 4 drücken. Durch diesen Druck auf
den inneren Teil des Balgbodens 21 wird der Balgboden mit dem Federbalg 20 in dem
Sinne verschoben, daß der Flüssigkeitsraum 5 vergrößert wird. Dadurch wird der Arbeitsstift
3I des Arbeitskörpers über das Kapillarrohr 29 eingezogen. Der von dem Arbeitsstift
3I über ein Hilfssteuerventil eingeleitete Regelvorgang sperrt z. B. die Berieselungseinrichtung
des Luft- oder Gaszustromes ab, so daß dessen relative Feuchtigkeit so lange sinkt,
bis die gewünschte Temperaturdifferenz wieder hergestellt ist.
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Steigt beispielsweise bei an sich gleicher Feuchtigkeit des zu messenden
Luft- oder Gasstromes dessen Temperatur an, so darf ein Regelvorgang nicht ausgelöst
werden. In diesem Fall wird der feuchte Thermostat I seinen der steigenden Temperatur
entsprechenden Volumenzuwachs ebenfalls durch das Kapillarrohr in den Innenraum
26 des Betätigungsfederbalges 24 hineindrücken, wodurch der Ausgleichsbalg 20, 2I
nach links verschoben wird. Da nun aber gleichzeitig der trockene Thermostat 4 wärmer
wird, entsteht außerhalb des Betätigungsbalges 24 und des Ausgleichsbalges 20, 21
in dem Flüssigkeitsraum 5 ebenfalls eine Volumenzunahme, die so groß ist, daß die
Verschiebung des Ausgleichsbalges 20, 2I nahezu ausgeglichen wird innerhalb der
Grenzen, die durch die zum Zweck der Angleichung an die i/x-Kurve erfolgte Wahl
der Flüssigkeitsvolumina und Kolbengrößen gegeben ist. Ein Regelvorgang findet daher
praktisch gar nicht oder entsprechend der Vollkommenheit des erwähnten Ausgleiches
nur in geringfügigem, praktisch zu vernachlässigendem Maße statt.
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Die Ausdehnung der beiden Flüssigkeitsvolumina ist linear temperaturabhängig.
Durch geeignete Wahl des Größenverhältnisses der beiden Volumina und der Flächenverhältnisse
der Federbälge 20 und 24 in dem trockenen Thermostaten 4 kann erreicht werden, daß
auch z. B. mit steigender Temperatur bei entsprechend vergrößerter psychrometrischer
Differenz regeltechnisch, bezogen auf den relativen Feuchtigkeitsgehalt, jeweils
gleiche Bewegungen des Arbeitsstiftes ausgelöst werden. Mit anderen Worten, die
relative Feuchtigkeit kann innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches, z. B.
zwischen 20 bis 30° im wesentlichen, konstant gehalten werden, obgleich sich die
psychrometrische Differenz für den gleichen Feuchtigkeitsgehalt ändert. Wenn beispielsweise
die psychrometrische Differenz von 5" bei einer Luftstromtemperatur von 200 C 56'',',,
beträgt, während sie bei 300 C 6511,, ausmacht, so kann durch geeignete Wahl der
Volumina und der wirksamen Flächen erreicht werden, daß diese Unterschiede im wesentlichen
ausgeglichen werden, so daß z. B. bei einer Sollwerteinstellung von 60", relativer
Feuchtigkeit dieser Sollwert, unabhängig davon, ob die Luftstromtemperatur 20 oder
30° beträgt, aufrechterhalten wird.
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Da, w-ie bereits erwähnt, die Ausdehnung der Flüssigkeiten der Thermostaten
linear verläuft, während die Linien gleicher relativer Feuchten im i/x-Diagramm
eine Krümmung aufweisen, kann zwar nicht eine völlige Kongruenz der Kurven erreicht
werden, jedoch läßt sich die Fehlergröße derart herab-
setzen, daß
der Einfluß dieses Faktors auf die Regelung innerhalb eines bestimmten Regelbereiches
praktisch nicht mehr spürbar ist.