JPH01285701A - 電極ウォータボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、特に専用ではないが主として空気を加湿する
ため周囲気圧でまたはその付近で用いられ、電源に接続
するようにされた二つまたはそれ以上の電極を備え、作
動中、水を加熱するため水を通して前記電極間に電流が
流されるボイラと、ボイラからの蒸気出口と、水をボイ
ラへ供給する給水手段と、ボイラから水を排出する排水
手段と、一つまたはそれ以上の電極における電流を検知
する手段と、検知した電極電流に応じて電極電流が予め
決められた低い値以下である時に給水手段を始動させ、
また電極電流が予め決められた高い値以上に上昇した後
に排水手段を始動させる制御手段とを有する電極ウォー
タボイラ加湿器を制御する加温器制御装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来、空調中の空気に水蒸気を加える電極ボイラ加湿器
においては、通常、水の導電率を測定しそしてボイラへ
の新鮮な水の供給とボイラからの水の排出とを制御する
ため電流測定装置が設けられる。ボイラから水を排出す
るのは、ボイラ内の水の無機物含有量が増加し、水の導
電率が極端に高いレベルに上昇するのを防ぐためである
。電流測定装置はボイラ内の水の導電率を所望のレベル
に制御するのに用いられる。

これはほとんどの水の場合に必要であり、もし水の排出
を全く行なわないと、水の無機物含有量が増加し、その
結果水の導電率は制御されずに上昇し続け、ボイラの満
足な動作を損なうことになる。従って、水の排出は、無
機物に富んだ水をボイラから取出し、無機物含有量の少
ない新鮮な水で入れ換える働きをし、それによりボイラ
内の水の導電率は下げられる。

ｉ極ボイラに流れる電極電流の大きさは多くのファクタ
に依存していることが認められる。

これらのファクタとしては、（ａ）水にさらされる電極
の面積、（ｂ）生じる水垢の形成を考慮した電極の表面
導電率、（ｃ）水の導電率、（ｄ）電格間の水の通路の
導電率および（ｅ）電極間の電圧がある。このようにい
くつかの異なるファクタに電８ｉｉ電流が依存するため
、商用的に利用可能な電極ボイラにおいては種々の動作
方法が採用されている。

英国特許第１４１８９９４号に記載されたボ１′う制御
装置では、電圧は一定であり、また水にさらされる電極
の表面積は実質的に一定であり、装置は通常電極を完全
に水に浸した状態で作動される。電極間の水の通路の導
電率は、通常バリヤ（障壁）を取付けて改悪に高くされ
、電極の大きな表面積が水に接触し続けるのを補ってい
る。新しいボイラを始動する場合には、電極には水垢は
付着してなく、従って電極の表面導電率は高い。所望の
電流を流すために、電極間の水の導電率は比較的低レベ
ルに制御される。ある使用期間の後、電極にはある程度
水垢が付着し、従って電極の表面導電率は減少する。

そこで英国特許第１４１８９９４号の制御装置では、電
極間の水の導電率を自動的に上昇させて結果として電極
電流が実質的に変らないようにしている。長い使用期間
の後では、電極は比較的多くの水垢が付着するようにな
り、電極の表面導電率はなお一層低くなる。この状態を
補償するため、電極間の水の導電率はますます高いレベ
ルに上昇するようにされる。

［発明が解決しようとする課題］ このような装置は十分実施可能でしかも商用的に価値が
あると認められているが、通常電極を完全に浸した状態
で動作するので、新しい供給水中に望ましくない発泡物
質が含まれることにより生じる泡が水面上のきわめて限
られた空間内に閉し込められるという欠点がある。これ
により制御装置の水面検知電極形成部分による擬似検知
の結果として水面が人為的に下げられることになり、そ
して（あるいは）泡が蒸気出口管へ放出される。初期導
電率の非常に低い水で使用する場合または低電圧で使用
する場合を除いて、通常電極間の導電通路を制限するバ
リヤをボイラに設ける必要があり、これにより相当複雑
となりしかも特別のコストがかかることになる。このよ
うなボイラに導電率の非常に高い水を供給する際には、
電極が完全に漫さねる前に動作電流に達し、これらの状
態のもとでは英国特許第Ｂ−１３８１１１３号に記載さ
ねたモードで作動する。これは、非常に広い範囲の導入
水４電率にわたって調整なしにボイラを満足に作動させ
ることができるという利点がある。

し７かし、このモードで動作する際には、各給水／沸騰
サイクル毎に排水が行なわれるので、熱効率は低い。

異なった形式のボイラ制御は西ドイツ国公開特許公報第
３４０５２１２号に開示されている。

動作サイクルは、ボイラ内の水の導電率を、実質的に一
定にするが予想される最高導電率よりかなり高いレベル
に維持するようにされる。この場合、電極間の電圧は一
定であり、装置は電極の一部分を浸しただけで作動し、
また電極間の導電通路は一定である。可変要素は、水に
さらされた面積と各電極の浸された高さより上の統合さ
れた電極表面の導電率との結合効果による電極の導電率
である。一般に、各電極の浸された底部分には水垢が著
しく付着する。装置の全パラメータは、通常の動作にお
いて有効浸水高さが常に５ｃｍのオーダーとなるように
設定される。ボイラの寿命期間中、この５ｃｍの電極の
有効高さは、電極に水垢が付着していくに連れて電極の
底部から頂部へ上っていく。

上記公報に記載されたこの形式の制御の欠点は、を極の
浸水高さを変えることによって一般に容量変化が生じる
ことにある。従って、１０対１の範囲の容量（すなわち
１０％〜１００％ｉ）を形成するためには、浸水電極高
さについて１０対１の割合でボイラを作動させ得るよう
にする必要がある。５ｃｍの高さが１００％の容量を表
わすとすると、１０％の容量で作動させるのには浸水高
さは単に５１１ｍ１となる（きれいなボイラの場合）こ
とがわかる、これは非常にわずかな高さであり、わずか
な高さの差を測定するのに例えば１００％を流から９０
％電流への電流の変化で適切な制御安定性をもって弁を
作動させることになる。　１００％容量の場合の電極の
浸水高さは比較的大ぎいので、はとんどの水の場合、所
望の高さより低い浸水高さで動作電流に達するのを避け
るため電極間の導電路を制限する必要がある。その結果
、ボイラはほぼ常にバリヤを取り付ける必要があり、上
記のように複雑となったり特別のコストが掛かることに
なる。この装置はその動作中ボイラ内においてほぼ一定
の（しかも比較的高い）水の導電率を維持することに依
存するので、容量を減少させるために排水すると、凝縮
した水を失うことになる。例えば、　１００％から１０
％へ容量を減少させるには通常水面を４．５ｃｍまで下
げる必要があり、そのような−サイクルでも保持されて
いた導電率は実質的に下がる。その結果、出力を低下さ
せるためには、水を放出するよりむしろ沸騰させる必要
がある。しかしながら、これはしばしば制御信号に対し
て許容できない程ゆっくりした応答となる。このため、
コントローラは、その比例帯の終りまで循環され、コン
トロールユニットを完全に止め、装置を比例制御ではな
くオン・オフ制御に戻さなければならない０反対に、出
力の大きな上昇に対する制御要求は、結果として相当量
の冷水をボイラへ導入することになり、この冷水は蒸発
する前にまず沸騰温度まで昇温されなければならない、
これもまた応答の遅れを生じさせることになる。

さらに別の形式のボイラ制御は、欧州特許出願第０２４
５０２３号に示されている。この場合には、１０％から
　１００％の全範囲にわたる変調は、電極電力をパルス
幅変調することにより達成される。これは一定の水面お
よび一定の電極浸水高さで達成され、また全範囲にわた
る変調はボイラから水を抜くかまたはボイラへ水を加え
ること釘よって行なわれる。

従って、可変要素が、浸水した電極の面積と浸水した部
分の水垢の付着の程度とに関連があり、そして欧州特許
出願第０２４５０２３号の場合のように電極電力のパル
ス幅変調による容量制御を利用した結合された電極導電
率である動作サイクル系が開発されれば、装置の他のパ
ラメータは、要求された電極浸水の有効高さを比較的低
い値、例えば１〜２ｃｍ＋にできるように設定できるも
のと思われる。

［課題を解決するための手段］ 本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、本発明に
よれば、本明細書の最初に述べた加湿器の制御装置は、
給水手段の始動に続いて電極電流が前述の低い値と高い
値との間の予め決められた中間の値まで上昇すると、制
御手段がボイラヘ一定量の給水を行なわせることを特徴
としている。

排水手段は、電８ｉ電流が前記高い値より低い予め決め
られた値まで低下するまで作動され続けることが好まし
い、加えてまたはその代わりに、排水手段は、さらに予
め決められた時間の開作動され続は得る。排水手段が給
水期間中に始動されると、排水手段は、その給水期間の
終わるまで作動され続けられるか、またはボイラへの一
定量の給水の完了に続いてさらに作動され続けられる。

排水手段のこの付加的な作動期間の長さは、排水手段の
始動された給水期間中の時点の関数であることが好まし
い。給水手段は、排水手段の付加的な作動期間中に付加
的に作動される。

本発明による電極ボイラの一形式では、一定量の給水は
、予め決められた容量の容器の全量をボイラ内へ導入す
ることによって行なわれる。

また、一定量の給水は、予め決められた期間、定流量装
置を介して給水することによって行なわれる。

安全のため、排水手段の作動中は電極への給電を止める
手段が設けられる。

号によって変えられる。出力を変える一つの方法は、制
御切換え操作で電極電流レベルを変えることによって行
なわれる。制御手段の予め設定した時定数は、制御切換
え操作の行なわれる電極電流レベルに関連して変動させ
ることができる。特に、出力は、電極に供給される電力
のパルス幅変調によって変えられる。

［作用］ この形式の制御は、実際に多くの利点を有する。すなわ
ち、ボイラは比較的高い水導電率で作動でき、それによ
り電極間の通路を制限してこの通路の導電率を下げるこ
となく有効な熱的動作が行なわれる。このことは、電極
構造の単純なバリヤなしのボイラシリンダが使用できる
ことを意味している。

別の利点は、英国特許第１４１８９９４号および西ドイ
ツ国公開特許公報第３４０５２１２号に開示された装置
に伴う低導電率の水が供給される際の長い始動時間（こ
れはボイラ内の水が適当に凝縮するまでに長く待たされ
ることを意味している）が解消されるかまたは実質的に
短縮されることにある。その理由は、低導電率の水の初
期充填時に、電極が例えば要求された通常の動作高さの
５倍から７倍まで浸水され、それにより動作電流と同程
度の初期電流が流れ、この状態が凝縮間を通して続くか
らである。

本発明の動作サイクル制御装置は、出力が単に平均出力
レベル以下の比較的小さい値に下がった時、ボイラシリ
ンダへ新しい水が供給されるように構成している。この
制御装置は、祖数の電極の一つにおける電極電流を検知
することによって作動する。平均出力レベルが１００％
の電流で与λられるとすると、満足な給水は、電極電流
が９５％まで落ちた時給水弁を開き、限界に近い高い値
、例えば９７％への電極電流の上昇に続いてボイラへの
一定量の給水を開始、その後給水弁を閉じるようにして
行なわれる。

［実施例］ 多電極ボイラ加湿器に応用した場合の本発明の制御装置
の一例を添付図面に例示する。

第１図には空気を加湿するため周囲気圧またはその付近
で使用される加湿器ボイラ１０を示す。このボイラ１０
は二つまたはそれ以上の電極１２を備えており、これら
の電極１２は電源１４に接続され、ボイラ１０内の水を
介して電極１２間に電流を流すことにより水を沸点まで
加熱するようにされている。ボイラ１０は蒸気出口１６
、ボイラ１０へ水を供給する給水弁形式の手段１８、ボ
イラ１０から水を排水するポンプ形式の手段２０（これ
らの手段は重力によ）て排出するようにされた弁であっ
ても良い）、一つまたはそれ以上の電極１２における電
流を検知する手段２２、および検知した電極電流に応じ
て、電極電流が予め決めらねた低い値以下の時給水手段
１８を始動させ、また電極電流が予め決められた高い値
以上に上昇した時排水手段２０を始動させるように構成
した制御手段２４を備えている。レベル検知電極２６は
ボイラ１０の上方部分内に設けられ、水面が許容上限に
達したのを検知する。水面がこのレベル検知電極２６に
達すると、給水手段１８の動作は止められ、ボイラ電極
に完全に水垢が付着したことを示す外部信号が発生され
る。

次にボイラの動作について詳細に説明する。

新しい空のボイラシリンダを使用し、これを平均導電率
（３００〜８００μシーメンス）の給水装置に連結する
と、以下の一連の動作が予想される。

電源を接続し、通電すると、給水弁１８は開き、水がボ
イラシリンダ内に入る。水面が電極１２の底部に達する
と、電極電流が流れ始める。

その後、水面は電極に沿って上昇し、そして電８ｉｉｉ
ｉ流は浸水高さに比例してほぼ直線的に増大していく。

水面の上昇につれて増大する電極電流は水を加熱し、そ
れの導電率を増大させる。

この作用により、電極電流は浸水高さとの真の直線的関
係以上に急激に増大する。水面が電極のほぼ頂部の高さ
に達すると、供給される水の導電率に従って電流は動作
設定値の９５％に達し、そしてこのレベルで作動するよ
うに設定された差動比較器が切り替わる。この機能は給
水弁作動タイミング期間を開始させ、給水弁はこのタイ
ミング期間（通常１０秒）の終了まで開いた状態に保持
され、タイミング期間の終了時点で給水弁は閉じられる
。供給水は流量を一定の流量に調整する流量制御装置を
通過するので、この期間の間、一定量の水がボイラに導
入される。この水の付加により電極電流は切換え動作の
行なわれる９５％のレベル以上にさらに増大する。一連
の動作のこの時点で、この電流増加はほぼ約５％であり
、電極電流を例えば公称設定値の　１００％まで増大さ
せる。

この時点において、水温はほぼ約６０℃に達し、そして
水温および導電率は、給水弁が閉じた状態のままで上昇
し続ける。−走水面レベルで水の導電率が上昇していく
と、電極電流は相当急速に増大する。電極電流が例えば
公称設定値の１１０％まで増大すると、排水手段２０が
始動され、モし、て電極電流がほぼ１０５％まで下がる
ようにボイラから十分な水が排出されるまでまたは予め
決められた時間の開作動し続ける。

温度の一層の上昇により、電流は再び、排水動作を繰り
返す２１１）％まで増大し得る。この動作プロセスは実
際には何回も行なわれる。

水温が１１０℃に達し、水が沸騰すると、ボイラ内の水
面は、電極の約半分の高さまで下がる。

水はさらに沸騰し続＋＝、その結果、ボイラ内の水の導
電率の漸増と共に電極電流は低下し、水温も低下する。

電極電流が再び９５％以下に低下すると、このレベルに
設定された比較器は切り替わり、給水弁を開放させる。

これにより、ボイラに水が導入され、水面は上昇し、そ
の結果、電極電流は増大する。電極電流が例えば９５％
まで掻く僅か増大した後、比較器は元の状態に切り替わ
り、給水弁タイミング期間が再開される。そしてこの給
水弁タイミング期間中にボイラシリンダ内に同じ一定量
の水が導入されると、給水弁は閉じる。しかしながら、
浸水した電極の高さはここでは初期始動時における高さ
のほぼ半分の高さにすぎないので、水面のこの上昇は、
浸水した電極高さにおいては大きな割合を示すことにな
る。この結果、電極電流はほぼ約１０％増大され、それ
により電極電流は比較器の切り替わるレベルである９５
％から１０５％まで増大する。

この一連の沸騰および給水プロセスは自動的に続けられ
る。しかしながら、蒸気として蒸発していく以外にボイ
ラから水は排出されないので、水の無機含有物が徐々に
形成され、その結果ボイラ内における水の導電率は徐々
に増大していく、導電率の増大につれて、９５％電流し
きい値を表わす電極の浸水高さは徐々に下がる。

同時に、一定量の給水によって生じる電流の増加は徐々
に増えていく。

ある動作期間の後、一定量の給水によって生じる電流の
増加は１５％程度にもなり、電極電流は９５％のしきい
鎖点から　１１０％まで増大する。この状態になると、
排水手段が始動され、電極電流が１０５％まで下がるま
でかまたは制御手段で決められる予め決められた時間が
経過するまでその作動が続けられる。ボイラから排出さ
れる“凝縮した“水は、引き続いて新鮮な水に置換され
、ボイラ内の水の導電率は下がる。

この導電率の低下が、装置を平衡状態にさせてボイラ内
の水の実質的に一定な導電率で作動し続けさせるのに十
分でない場合には、次のような状態が生じる。

ボイラ内の導電率が上昇し続けると、一定量の水の導入
で生じた電流の増加は上昇し続ける２例えば、この増加
は公称電流の４０％程度にもなり得る。この場合、排水
手段を作動させるのに十分な１５％の上昇は給水弁タイ
ミング期間のほぼ３／８に渡って生じ、その時点で排水
手段が始動される。電流は、排水の割合が給水の割合よ
り遥かに高いので、　１１０％以上には上昇し続けない
、その結果、ボイラから相当量の凝縮した水が排出され
、それにより、ボイラ内の水の導電率がかなり低下され
る。ボイラ内の水の導電率が大きくなればなる程、排水
手段の始動される時点が給水弁タイミング期間において
早期に生じ、また浄化効果も大きくなることがわかる。

これは、供給水の導電率が広範囲にわたるにもかかわら
ず、常に平衡状態で安定化できる比例制御を効果的に生
じさせる。

上記のボイラ加湿器は電流需要の要求に合致した二つの
範囲で商用的に販売され得る。その一つの範囲は、単一
段オン・オフ制御において２．４，８，１５．３０．６
０Ｋｇ／ｈの出力をもつできるだけ簡単で低コストのも
のである。他の範囲は１０％から　１００％までの変調
出力に通し、しかも木質的に欧州特許出願第０２４５０
２３号に開示された原理に基づく高度のものである。こ
の場合、出力は４，８，１５，３０゜６０　Ｋｇ／ｈで
ある。比較的小型のものが要望されるが、しかしその場
合に４　Ｋｇ／ｈの出力のものが低出力で用いられ得る
ことは考えられない。

［発明の効果］ ボイラはすべて使い捨てにでき、掃除する必要がないこ
とが好ましい６ボイラ交換のコストを最少にするため、
ボイラはできるだけ簡単に構成されるべぎである。本発
明のボイラは、電極間にバリヤを備える必要がないので
、装置の他のパラメータは、バリヤなしの簡単な構造で
最適性能が達成され得るように設計され得る。

本発明のボイラは、英国特許第１４１８９９４号に開示
された装置の場合のように、満水状態で作動する必要は
なく、常に電極の僅かの垂直有効高さを利用し、電極に
水垢が付着するに従って水位がボイラ内で上昇するよう
にすればよい、このようにして電極表面において最適電
流密度が達成され得、それにより相対的に高い電流密度
のセルフクリーニング効果が最大となり、しかも同時に
ｔ８ｉ自体の腐蝕が生じないようにこの電流密度の最大
値を最少化している。

電極はステンレス鋼のロッドで支持され得、電極自体に
薄いステンレス鋼板を用いることにより最良の結果が得
られる。このようにすることにより、多くの水垢は、お
そう＜１ｍｍ以下の薄い小片で剥がれ落ちる。このこと
は、これらの小片が通過したりまたはとどまって、閉蒸
させることを避けるため、比較的限られた長さく例えば
５〜８！１１１１）のスロットを有するようなストレー
ナを排水出口に設ける際に考慮される点である。

【図面の簡単な説明】

第１図は多電極ボイラおよびその制御装置を示す線図、
第２図はボイラの動作を例示するグラフである。 １０：ボイラ、１２：電極、１４二電源、１６：蒸気出
口、１８：給水手段、２０：排水手段、２２：電流を検
知する手段、２４：制御手段、２６：レベル検知電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電源（１４）に接続するようにされた二つまたはそ
   れ以上の電極（１２）を備え、作動中、水を加熱するた
   め水を通して電極（１２）間に電流が流されるボイラ（
   １０）と、ボイラ（１０）からの蒸気出口（１６）と、
   水をボイラ（１０）へ供給する給水手段（１８）と、ボ
   イラ（１０）から水を排出する排水手段（２０）と、一
   つまたはそれ以上の電極 （１２）における電流を検知する手段（２２）と、検知
   した電極電流に応じて電極電流が予め決められた低い値
   以下である時には給水手段（１８）を始動させ、また電
   極電流が予め決められた高い値以上に上昇した後に排水
   手段（２０）を始動させる制御手段（２４）とを有する
   空気加湿用の電極ウォータボイラにおいて、給水手段（
   １８）の始動に続いて電極電流が前記予め決められた低
   い値と高い値との間の予め決められた中間値に上昇する
   と、制御手段（２４）がボイラ（１０）への一定量の水
   の供給を行なわせるようにしたことを特徴とする電極ウ
   ォータボイラ。 ２、電極電流が前記予め決められた高い値より低い予め
   決められた値に下がるまで排水手段（２０）が作動し続
   けることを特徴とする請求項１に記載の電極ウォータボ
   イラ。 ３、排水手段（２０）が予め決められた時間の間付加的
   にまたは選択的に作動し続けることを特徴とする請求項
   １または２に記載の電極ウォータボイラ。 ４、排水手段（２０）が給水期間中に始動する場合には
   、前記給水期間の終了するまで作動し続けることを特徴
   とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極ウォー
   タボイラ。 ５、排水手段（２０）が、ボイラ（１０）への前記一定
   量の水の供給完了後さらにある時間作動し続けることを
   特徴とする請求項４に記載の電極ウォータボイラ。 ６、排水手段（２０）の前記付加的作動時間の長さが、
   給水期間中における排水手段（２０）の始動時点の関数
   であることを特徴とする請求項５に記載の電極ウォータ
   ボイラ。 ７、排水手段（２０）の前記付加的作動時間中、給水手
   段（１８）が付加的に作動することを特徴とする請求項
   ５または６に記載の電極ウォータボイラ。 ８、前記一定量の水の供給が、予め決められた容積の容
   器の全量をボイラ（１０）へ供給することにより行なわ
   れることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記
   載の電極ウォータボイラ。 ９、前記一定量の水の供給が、予め決められた時間の間
   定流量装置を介して行なわれることを特徴とする請求項
   １〜７のいずれか１項に記載の電極ウォータボイラ。 １０、排水手段（２０）の作動されている間に電極（１
   ２）への給電が止められることを特徴とする請求項１〜
   ９のいずれか１項に記載の電極ウォータボイラ。 １１、手動調整または自動制御信号によって出力が変え
   られ、前記出力を変える手段が、制御切換え操作によっ
   て電極電流レベルを変えるようにされていることを特徴
   とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電極ウォ
   ータボイラ。 １２、出力が、電極（１２）に供給される電力のパルス
   幅変調によって変えられることを特徴とする請求項１〜
   １１のいずれか１項に記載の電極ウォータボイラ。 １３、制御手段（２４）の予め設定された時定数が、制
   御切換え操作により電流レベルに関連して変えられるこ
   とを特徴とする請求項１１に記載の電極ウォータボイラ
   。