DK143829B - Indretning til periodisk opvarmning af vandholdige genstande - Google Patents

Description

iwf

(19) DANMARK

|f| (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT ου H3829 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 778/75 (51) IntCI.3 H 05 B 1/02 (22) Indleveringsdag 15* feb. 1975 0 01 N 25/B4 (24) Løbedag 15· feb. 1975 (41) Aim. tilgængelig 15· aug. 1975 (44) Fremlagt 12. okt. 1981 (86) International ansøgning nr. - (86) International indleveringsdag - (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 14. feb. 1972, 1752/72, SE

(71) Ansøger HUSQVARNA VAPENFABRIKS AKTIEBOLA.G, 56I 01 Huskvarna, SE.

(72) Opfinder Per Olof RiBman, SE.

(74) Fuldmægtig Dansk Patent Kontor ApS.

(54) Indretning til periodisk opvarm« ning af vandholdige genstande.

Opfindelsen angår en indretning til periodisk opvarmning af vandholdige genstande anbragt i et lukket ovnrum fortrinsvis i en mikrobølgeovn, hvori genstanden under opvarmningen afgiver fugtighed, og hvor det nævnte ovnrum er forsynet med et udløb for af-gasningsprodukter fra ovnen, i hvilket udløb der er anbragt en fugtighedsfølsom modstand tilsluttet en forstærkerkobling, som QQ styrer et koblingsorgan i fødekredsen til en til opvarmningen an- ;n vendt varmeeffektgenerator. Indretningen er beregnet til at for- "\1 Ζφ hindre kogning eller overopvarmning 1 de ved opvarmningen mest Ό udsatte dele af genstanden.

r-

Ved opvarmning af følsomme materialer, eksempelvis fødevarer, er ri- £ 3 sikoen for overophedning af betydning,og denne kan forårsage,at visse 2 143829 dele af genstanden brænder på eller tørrer ud. Denne risiko har man hidtil været opmærksom på og formindsket ved styring af varmetilførslen, f .eks. ved opdeling af opvarmningstiden i perioder med fuld varmetilførsel adskilt af intervaller uden tilførsel. En sådan styring kan tilvejebringes ved hjælp af et ur med repeteringsorgan. En sådan opdeling af opvarmningen i fastsatte perioder af en bestemt tid har dog den ulempe, at periodelængden skal tilpasses efter det emne, der skal opvarmes. Det må derfor anses for at være en vigtig opgave at finde frem til en fremgangsmåde til opvarmning, hvor emnet selv indikerer, hvorledes det periodiske forløb af opvarmningen skal være for at undgå overophedning. De vandholdige materialer afgiver vanddamp ved opvarmning, og dåden fra opvarmnings rummet udstrømmende luft således er fugtig, kunne styring af varmetilførslen foretages sådan, at luftfugtigheden i den udstrømmende luft måles, hvorpå den målte størrelse anvendes til at påvirke et kontaktorgan til slutning og afbrydning af varmetilførslen i afhængighed af luftens fugtighed og hermed af vanddampafgivelsen fra den opvarmede genstand. Problemet er imidlertid dermed ikke løst fuldt ud; det er ubestrideligt, at fugtigheden i omgivelserne omkring genstanden og opvarmningsstedet er en indikator for temperaturen af den omhandlede pågældende genstand,men denne indikator er langsomt virkende. Endvidere skal måleapparaturet være velkalibreret og fri for tilsmudsning,hvilket rejser en del praktiske forhindringer for en løsning af problemet,som alene bygger på luftens fugtighed.

En bedre måde at løse af følingen af genstandens temperatur på er at måle fugtighedsændr ingen, d.v.s. fugtighedens af ledede, i den omkring opvarmningsstedet strømmende luft .Da den absolutte fugtighed i luften stiger meget kraftigt ved påbegyndende kogning, og kogning indtræffer ved en bestemt temperatur,fås ved måling af fugtighedens afledede et hurtigt og sikkert udsving i det øjeblik i opvarmningen af genstanden, hvor kogepunkstemperaturen opnås. Endvidere elimineres ved en sådan målemetode indvirkning af luftens temperatur og forureninger på føleren, hvortil kommer, at eventuelle fejl i kalibrering af målesystemet kun har ringe indflydelse på målenøjagtigheden.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en indretning af den i indledningen angivne art, der udnytter den ovenfor skitserede målemetode.

Dette opnås med indretningen ifølge opfindelsen, der er ejendommelig 3 143829 ved, at den fugtighedsfølsomme modstand indgår i forstærkerkoblingen på en sådan måde, at forstærkerens strømforsyning går gennem modstanden, og således, at strømmen opvarmer denne til en balancetilstand med lige stor optagelse og fordampning af fugtighed på modstanden i den stationære tilstand, og at forstærkeren ved en pludselig forøgelse af fugtighedsgraden og deraf følgende ændring af forstærkerens strømforsyning afgiver et tilsvarende udgangssignal, der detekteres af et strømstyrende organ, som styrer koblingsorganet, således at fødekredsen afbrydes.

Den fugtighedsfølsomme modstand udgøres ifølge opfindelsen af en lithiumchloridcelle med to forstærkerkoblingen tilsluttede elektroder.

Da indretningen ifølge opfindelsen er beregnet til periodisk opvarmning af genstandene i ovnen, er det af afgørende betydning, at den fra den vandholdige genstand afgivne vanddamp hurtigt og sikkert tilføres den fugtighedsfølsomme modstand, hvorfor denne ifølge opfindelsen til entydig etablering af den stationære tilstand er anbragt i en kanal, der gennemstrømmes af en ved hjælp af en ventilator frembragt ensartet luftstrøm fra genstandsomgivelserne.

I en foretrukken udførelsesform for indretningen ifølge opfindelsen er det strømstyrende organ i forstærkerkoblingen en transistor, en tyristor eller lignende, hvis styrespænding tilføres gennem en zenerdiode fra et udtag på en i serie med føleren koblet modstand.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et snit gennem en ovn (mikrobølgeovn) til opvarmning af genstande, og udstyret med en indretning ifølge opfindelsen, fig. 2 skematisk en føler anvendt i indretningen og fig. 3 et strømdiagram, hvori nævnte føler udgør en del af indretningen.

Mikrobølgeovnen i fig. 1 er forsynet med en kappe 1, en låge 2 og indeholder et ovnrum 3-> der ventileres ved hjælp af en på ovnens bagside anbragt ventilator 4, som suger luft ud fra ovnrummet og blæser 143829 4 den i pilenes retning ud gennem en kanal 5 under kappens øvre del. I kanalen 5 er anbragt en føler 6 i den af ventilatoren udblæste luftstrøm.

Følerelementets konstruktion fremgår af fig. 2. På en cylindrisk holder 8 af temperaturstabilt formstof er påtrukket et stykke glasfiber-strømpe 9- Strømpen består af ubehandlet udglødet glasfiber, som ved kapillære kræfter kan opsuge vand. Diameteren af holderen er, hvor glasfiberstrømpen er trukket på, ca.6 mm. Strømpens længde er ca.JOmm når den slutter tæt om holderen. På glasfiber strømpen er der bif ilært viklet to sølvtråde 10 og 11. Hver tråd er i alt viklet i 6-7 vindinger. Glasfiberstrømpen er gennemvædet med 20%' s liCl-opløsning, som derefter har fået lov til at antage hygroskopisk ligevægt med luftens fugtighed.

Føleren skal fødes med vekselstrøm uden jævnstrømskomponent, da der ellers kan indtræde elektrolyse. Hår spændingen tilkobles, virker føleren i begyndelsen som en kortslutning med meget lille modstand. Den varmes imidlertid hurtig; op af strømvarmen og antager i den foreliggende udførelsesform efter ca. 1 minut så høj en temperatur, at strømmen på grund af udtørring af opløsningen falder til 0. Hvis føleren kommer i berøring med en luftstrøm,er udsvinget, d.v.s. udtørringen, imidlertid kortvarig. Efter yderligere nogle minutter er følerens temperatur stabiliseret ved en temperatur, som er en entydig funktion af vanddampens partialtryk i luften. Denne temperatur ligger normalt 20-30°C over lufttemperaturen. For at opretholde denne temperaturforskel kræves der en bestemt følerstrøm, normalt ved stationær tilstand 15-30 mk, hvis følervekselspændingen er ca. 24 V.

Årsagen til denne selvregulerende egenskab ligger i lithiumchloridets overordentlig gode hygrofile egenskaber; stoffet er antagelig det mest hygrafile af alle stoffer (bortset fra de stoffer, der kemisk omdannes ved vandoptagelse). Saltet kan som følge heraf aldrig udtørre, medmindre det opvarmes; ligevægtstemperaturen er netop udtørrelsestem-peraturen. Ved udtørring synker imidlertid den elektriske ledningsevne således, at strømmen formindskes,og temperaturen begynder at synke, hvorved der optages mere vand fra luften,og ledningsevnen stiger.

Hår føleren udsættes for en forøgelse i luftfugtigheden ved konstant hastighed af den omgivende luft, gennemfugtes føleren hurtigt, hvor 5 143829 ved følerstrømmen stiger. Derved opvarmes føleren imidlertid, hvilket medfører, at strømmen efterhånden igen synker til nogenlunde samme værdi som tidligere.

Følerstrømmen består altså af to komponenter, dels en ligevægtskomponent svarende til den stationære fugtighed og lufthastighed, og dels en uligevægtskomponent, der afhænger af fugtighedsændringen (differentialet af fugtigheden med hensyn til tiden). Og temperaturen ændres normalt samtidigt med, at fugtigheden ændres, men da følertemperaturen allerede i den stationære tilstand er nok så høj, overskygges denne påvirkning helt af påvirkningen fra fugtighedsændringen.

Som eksempel kan nævnes, at opvarmning af vand med ca. 1 kW-effekt forøger følerstrømmen ved påbegyndende kogning indenfor nogle sekunder til over 200 mA under forudsætning af, at der anvendes sugeventilator som vist i fig. 1. Efter ca. 20 sekunder er strømmen faldet til under 100 mA.

Som nævnt tidligere indgår følerelementet i en strømkreds af elektriske komponenter ifølge diagrammet i fig. 3. Nedenfor beskrives denne strømkreds. Følerelementet 6 med forbindelsesledningerne 10 og 11 er i serie med en modstand 12 forbundet med en vekselstrømsforsyning.Parallelt med modstanden 12 ligger en forstærkerkreds, hvori indgår to grene indeholdende dels en ensretter 13 og et potentiometer 14 og dels en ensretter 13 og en modstand 16 med modsat strømgennemgang. Gennem modstanden 16 går der en strøm i strømforsyningens negative halvperiode, og den negative spænding over modstanden tilføres basis på en transistor 17 gennem en anden modstand 18, hvorved transistoren spærrer for strømgennemgang. Til transistorens basis er forbundet endnu en strømgren, som indeholder en zenerdiode 19 og en modstand 20 og forsynes fra potentiometeret 14's arm. Den positive spænding over denne tilføres zenerdioden 19- Da modstanden 20 er forholdsvis lille, vil spændingen på basis stige, når følerstrømmen og hermed spændingen over modstanden 12 forøges. Ved at der løber en modsat rettet strøm gennem modstanden 18, vil der kræves en større strøm gennem modstanden 20, for at basisstrømmen kan blive tilstrækkeligt stor, til at et relæ 21 kan trække. Denne kompensation bevirker, at arbejdsstrømmen gennem zenerdioden ved trukket relæ vil ligge på den lige del af zenerdiodens karakteristik og ikke i nærheden af knækket, hvorved der opnås en hurtigere relæfunktion. Potentiometeret 14 anvendes til indstilling af 6 143829 relæets trækkestrøm for ønsket føler strøm. Kondensatorerne 22-24 er udglatningskondensatorer. Relæet 21 har en kontakt 251 som indgår i ovnens effekttilførselskreds, og bryder således effekttilførslen, når relæet trækker. Uår føler strømmen formindskes, falder relæet fra igen, og kontakten 25 slutter atter kredsløbet.

Da føleren er anbragt i udblæsningskanalen, som vist i fig, 1, opnås der en gunstig styring af til- og frakobling af effekt til ovnen. To faktorer medvirker til at formindske betydningen af forureninger, såsom fedt, i den udsugede luft. For det første indeholder følerstrøm-men en ligevægtskomponent, som ikke udelukkende behøver at hidrøre fra lithiumchloridet, men også kan hidrøre fra forureninger. I forbindelse hermed skal det påpeges, at mængden af lithiumchlorid i en føler ikke er kritisk. For det andet er følerens temperatur højere end luf-. tens temperatur, hvilket i høj grad formindsker aflejringen af forureninger på føleren. Elektrolytisk ledende forureninger tørrer i almindelighed ud, således at deres indvirkning er uden betydning.

I en mikrobølgeovn er den udsugede lufts temperatur lav sammenlignet med temperaturen ved anvendelse af almindelige varmekilder. Da følerstrømmens ændring er afhængig af temperatur- og fugtighedsændringer, bliver en uønsket indvirkning af ændringen i lufttemperaturen ved påbegyndende kogning i genstanden uden større betydning. Yed påbegyndende kogning ændres udsugningsluftens absolutte fugtighed stærkt, hvorfor forøgelsen af følerstrømmen bliver meget kraftig; genstandens størrelse spiller altså en mindre rolle under forudsætning affat vandindholdet er tilstrækkeligt stort. Også den kendsgerning, at mikrobølgeeffekten og dermed fordampningshastigheden ved kogning er meget lidt afhængig af genstandens størrelse, bevirker, at indstillingen af følerstrømmen til afbrydning er ukritisk.

' Selv om den her beskrevne indretning er udformet som en art regulator for tilført effekt til en mikrobølgeovn, udelukkes naturligvis ikke andre anvendelsesområder. Et område er meget nærliggende til det her beskrevne, nemlig temperaturkontrol i kemiske processer. Det er naturligvis muligt at ændre indretningen alt efter det aktuelle anvendelsesområde. Den heri beskrevne følercelle og strømkreds til opnåelse af styrestrøm til en kontaktgiver skal derfor opfattes som et eksempel på udførelse af en indretning ifølge opfindelsen.