MX2007002194A

MX2007002194A - Circuito de monitoreo de conductividad de agua para uso con un generador de vapor.

Info

Publication number: MX2007002194A
Application number: MX2007002194A
Authority: MX
Inventors: Joel Matthew Sells; Jason Randall Savage; Thomas N Robinson; Dwain Francis Moore
Original assignee: Whirlpool Co
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-11-18
Also published as: CA2576033A1; EP1830180A3; EP1830180A2; BRPI0700815A; KR20070090096A; US20070205160A1; US7445703B2; CN101028573A

Abstract

Un circuito de monitoreo de conductividad de agua determina el estado de un filtro de intercambio iónico en el flujo de agua a un generador de vapor, un microprocesador envía una señal de referencia a un circuito sensor de conductividad que lo convierte a una señal de estímulo que se envía a un sensor en el flujo de agua. Cualquier conductividad del agua altera la señal de estímulo, y la señal modificada se compara a la señal de referencia para establecer un valor indicativo de la conductividad del agua. El microprocesador compara el valor en al menos dos umbrales representativos del estado del filtro.

Description

CIRCUITO DE MONITOREO DE CONDUCTIVIDAD DE AGUA PARA USO CON UN GENERADOR DE VAPOR DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona en general a circuitos de monitoreo de conductividad de agua y, más particularmente, a un circuito que utiliza un microprocesador para monitorear conductividad de agua en un generador de vapor. La generación de vapor se basa en electrodomésticos para una variedad de diferentes usos. Por ejemplo, se sabe que utilizan un generador de vapor en un horno para aplicaciones de cocción. En un generador de vapor, una fuente de agua suministra normalmente agua a una caldera para generar vapor. Para un generador de vapor en un horno, el agua puede suministrarse a partir de un recipiente y se bombea dentro de la caldera, o directamente desde una fuente de agua continuamente presurizada tal como un abastecimiento de agua municipal. Las fuentes más comunes de agua dejan depósitos de calcio y magnesio en la caldera después que el agua se vaporiza en vapor, una concentración acumulativa la cual afecta adversamente el rendimiento. Una solución a la concentración de depósitos en una caldera es agregar una solución de limpieza a la fuente acuosa que disolverá los depósitos, y luego drenará el efluente a través de un tubo de desagüe. Una solución más común y práctica en electrodomésticos es limitar los sólidos disueltos que pueden llegar a la caldera utilizando un filtro de intercambio iónico corriente arriba de la caldera. Un filtro de intercambio iónico remueve normalmente 99% de todos los sólidos disueltos desde la fuente de agua, dejando esencialmente agua pura para generación de vapor en la caldera . El problema principal con un filtro, sin embargo, es que debe reemplazarse periódicamente cuando llega a saturarse con sólidos o cuando de otra manera se deteriora y su utilidad expira. Existe una necesidad para determinar cuando reemplazar un filtro en un generador de vapor. Se sabe que medir la pureza del agua al medir su valor de conductividad, ya que la conductividad del agua es directamente proporcional a la cantidad de sólidos disueltos ionizables encontrados en el agua. La Patente Norteamericana No. 4,496,906 para Clack describe un dispositivo para monitorear continuamente la conductividad eléctrica de un liquido. El dispositivo incluye un alojamiento con electrodos espaciados paralelos para inserción dentro de un liquido, y una lente visible por el usuario, transparente. Los electrodos se conectan dentro del alojamiento a un amplificador diferencial el cual proporciona un cambio en el nivel de señal de salida cuando la conductividad liquida excede un nivel de umbral predeterminado. Un par de LEDs de diferentes colores conectados entre fuentes de corriente unidireccionales respectivas a partir de la salida del amplificador diferencial y visible a través de la lente indica niveles de conductividad aceptables e inaceptables del agua . Pero, al evaluar la pureza del agua midiendo la conductividad porta su propio conjunto de problemas. Por ejemplo, al introducir una corriente eléctrica desde un sensor cambia la propia química del agua que se mide. También, los sensores se contaminan con depósitos que afectan su sensibilidad. Además, los dispositivos de conductividad de pureza de agua conocidos proporcionan sólo una evaluación de "aprobación" o "desaprobación", medida contra un umbral fijo. Ya sea que el agua cumpla un estándar de pureza o no. Estas y otras limitaciones conocidas de la técnica anterior se resuelven, en la presente invención de un circuito de monitoreo de conductividad de agua para un generador de vapor para determinar el estado del filtro de agua dispuesto en el flujo de agua corriente arriba desde un generador de vapor. El circuito incluye un microprocesador para generar una señal de referencia, un sensor adaptado que se coloca en el flujo de agua corriente abajo desde el filtro, y un circuito de sensor de conductividad intermedio al microprocesador y el sensor para transmisión al microprocesador y la señal de salida indicativa de la conductividad del agua. Cuando el sensor se coloca en el flujo de agua, el microprocesador puede evaluar el estado del filtro basado en una comparación de la señal de referencia a la señal de salida. Una visualización puede conectarse al microprocesador que muestra el estado del filtro visualmente. De preferencia, el circuito incluye al menos dos niveles de umbral contra el cual la comparación puede medirse, uno de los cuales indica una necesidad para cambiar el filtro. En una modalidad, un umbral de alerta se establece en una conductividad de aproximadamente 50 S/cm, y un umbral de cambio se establece a aproximadamente 100 µe/??. Normalmente, la señal de referencia será una onda de impulso, y el circuito sensor de conductividad puede incluir medios para convertir la señal de referencia a una señal de estimulo que se envía al sensor. De preferencia, la señal de referencia está en un rango de 1-10 voltios. El sensor puede tener dos electrodos, uno de los cuales se conecta a tierra. También, el circuito puede incluir medios para purgar el flujo de agua después de cambiar el filtro, en cuyo caso, la señal de salida se sobrecontrola durante un periodo predeterminado. En otro aspecto de la invención, un método para determinar el estado de un filtro de agua dispuesto en flujo de agua corriente arriba desde un generador de vapor incluye las etapas de proporcionar un microprocesador, un sensor colocado en el flujo de agua corriente abajo desde el filtro, y un circuito sensor de conductividad intermedio al microprocesador y el sensor, generando una señal de referencia desde el microprocesador por medio del circuito sensor de conductividad al sensor, enviando una señal de salida desde el sensor al microprocesador por medio del circuito sensor de conductividad, comparando la señal de referencia a la señal de salida para determinar un valor y comparando el valor a un nivel de umbral predeterminado representativo del estado del filtro. De preferencia, la señal de referencia será una onda cuadrada de impulso. El método puede incluir la etapa de enviar una señal de imagen a una presentación visual indicativa del estado del filtro. De preferencia, el método incluye al menos dos umbrales, uno de los cuales indica una necesidad de cambiar el filtro. En una modalidad, un umbral de alerta se establece en una conductividad de aproximadamente 50 µe/a??, y un umbral de cambio se establece en aproximadamente 100 S/cm. También, el método puede incluir la etapa de convertir la señal de referencia a una señal de estimulo que se envía al sensor por el circuito sensor de conductividad. También, éste puede incluir la etapa para purificar el flujo de agua si el filtro se cambia. Además, éste puede incluir la etapa de aplicar un resistor reductor de voltaje a cualquiera de las señales para controlar el nivel de voltaje máximo. Un método preferido mantendrá la señal de referencia en un rango de 1-10 voltios. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos: La Figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un circuito de monitoreo de agua de acuerdo a la invención. La Figura 2 es un diagrama de flujo que muestra el proceso para monitorear la conductividad de agua de acuerdo a la invención. La Figura 3 es una visualización ejemplar al usuario que muestra el filtro en buena condición. La Figura 4 es una visualización ejemplar al usuario que muestra el filtro que aborda el tiempo para el reemplazo . La Figura 5 es una visualización ejemplar al usuario que muestra que el filtro necesita reemplazo. La Figura 6 es una conductividad de transcripción de mapa de la cantidad acumulada del agua que pasa a través del filtro. La Figura 7 es un diagrama de circuito ejemplar de un circuito de monitoreo de agua de acuerdo a la invención. La Figura 8 es un diagrama esquemático que muestra el circuito eléctrico equivalente de dos electrodos en el agua . La Figura 9 es un diagrama que muestra la geometría de un sensor de acuerdo a la invención. La Figura 10 es un diagrama en bloque que muéstra un ciclo de purga . Al observar rimero en la Figura 1, un circuito de monitoreo de agua de acuerdo a la invención utiliza un circuito 10 sensor de conductividad junto con un microprocesador 12 para evaluar señales enviadas a través del sensor 14 colocado en el flujo de agua corriente abajo desde un filtro 16 de agua, y corriente arriba desde un generador 18 de vapor en un electrodoméstico. Para esta modalidad, el electrodoméstico se considera que es un horno y el filtro de agua es un filtro de intercambio iónico. El agua desde una fuente 20 de agua fluye a través del filtro 16 de agua de intercambio iónico, más allá del sensor 14, al generador 18 de vapor en donde se produce el vapor y se introduce dentro del horno en una manera bien conocida en la técnica. En general, el microprocesador 12, de preferencia en un control de horno eléctrico, genera una referencia o señal de entrada que entra al circuito 10 sensor de conductividad y luego al sensor 14. La señal de entrada se modifica por el agua en el sensor y luego regresa a través del circuito 10 sensor de conductividad y al microprocesador 12 como una señal de salida. El microprocesador 12 compara la señal de referencia a la señal de salida, la cual se ve influenciada por el agua, para evaluar la conductividad del agua y determinar el estado del filtro con base en la evaluación. Aunque el filtro es bueno, la conductividad del agua es muy baja. Cuando el filtro empieza a deteriorarse, la conductividad ascenderá, y una vez que algún umbral se alcance, el filtro necesita cambiarse . El proceso se ilustra mejor en el diagrama de flujo de la Figura 2. En el bloque 30, el microprocesador 12 genera un tren de impulsos, es decir una señal 32 de onda cuadrada original de hasta 5 voltios en una frecuencia de 1 KHz, por ejemplo. Los voltajes más bajos pueden utilizarse en frecuencias más elevadas. Un rango apropiado de frecuencias es de 1-10 KHz. Por ejemplo, en 5 KHz, se podría utilizar probablemente un voltaje de 3.3V. Las frecuencias más elevadas que 10 KHz son menos útiles debido a que frecuencias más elevadas tienden a cambiar la química del agua que se monitorea . A partir del microprocesador 12, la señal 32 de onda cuadrada original se envía al circuito 10 sensor de conductividad en donde en el bloque 34 se convierte dentro de una señal 36 de estímulo. La señal 36 de estímulo es una señal que es de preferencia +/- 100 mv en un transmisor 6V de i CD. Si la señal 32 de onda cuadrada original es 3.3V en 5 KHz, entonces la señal 36 de estímulo será +/- 300 mv. En el bloque 38, el circuito 10 sensor de conductividad utiliza un amplificador diferencial para comparar la señal 36 de estimulo a una referencia de 6V de CD, enviando la señal 36 de estimulo de una dirección y una señal 45 de salida de comparación en otra dirección. En el bloque 39, el capacitor remueve el transmisor 6V de CD a partir de la señal 36 de estimulo para formar una señal 40 de entrada. Un resistor reductor de voltaje puede aplicarse a la señal 40 de entrada en el bloque 42 antes de ir al sensor, si se desea, para reducir el voltaje de la señal 40 de entrada. La señal 40 de entrada se envía entonces a un electrodo del sensor 14 en el bloque 44 en donde puede modificarse por el agua a una señal 43 de salida. En el bloque 46, la señal 43 de salida en el sensor 14 (la señal de entrada como se modifica por el agua) se compara en un segundo amplificador diferencial a la señal 45 de salida de comparación del primer amplificador diferencial y produce una señal 48 final pura. En el bloque 50, un resistor reductor de voltaje se aplica a la señal 48 final pura para asegurar que el voltaje máximo está listo para el microprocesador 12, de preferencia sin exceder 5 V. En el bloque 52, la señal 48 final pura reducida se mide con un bit 10 convertidor de análogo a digital en el microprocesador 12 el cual lee el nivel en conteos en donde 1 conteo = 3.2 mv para entrada de 3.3V máxima. El microprocesador 12 compara entonces el nivel de conteo a un umbral pre-cargado y envía una señal de imagen indicativa de la conductividad del agua a una visualización 60 desde la cual el estado del filtro puede observarse . La Figura 3 muestra una visualización 60 en donde la señal desde el microprocesador 12 indica que el filtro está en buena condición. La visualización 60 incluye una visualización 62 de filtro y una visualización 64 de cocción a vapor. La visualización 62 de filtro incluye dos umbrales para el estado del filtro, un primer umbral 66 en donde la conductividad medida es aproximadamente 50 µe/?p? y el segundo umbral 68 en donde la conductividad medida es aproximadamente 100 S/cm. Al menos dos umbrales proporcionarán información básica en el estado del filtro. El primer umbral 66 es un umbral de alerta que indica que el filtro 16 tiene que cambiarse pronto, como se muestra en la Figura 4. Aunque la conductividad del agua está por debajo del primer umbral 66, el estado del filtro será bueno y no se proporcionará ninguna recomendación al usuario. La Figura 4 muestra la visualización 60 en donde la señal desde el microprocesador 12 indica que el filtro necesita reemplazarse pronto. Aunque el valor está sobre el primer umbral 66 y por debajo del segundo umbral 68, el usuario será advertido que el momento para cambiar el filtro está próximo.

La Figura 5 muestra la visualización 60 cuando el segundo umbral 68 se ha alcanzado. El segundo umbral 68 es un umbral de cambio que indica que el filtro tiene que cambiarse ahora. Si el nivel de conductividad de agua detectada está por arriba del segundo umbral 68, la visualización 64 de cocción de vapor invitará al usuario para cambiar el filtro. Más umbrales pueden utilizarse si se desea una resolución más fina del estado del filtro. Se puede observar desde la Figura 6 que como más agua pasa a través del filtro, la conductividad del agua corriente abajo desde el filtro comienza a incrementarse en el mismo punto. Los umbrales 66, 68 se predeterminan empíricamente para coincidir con el estado de un filtro dado. Un circuito 100 sensor de conductividad ejemplar se muestra en la Figura 7. Puede observarse que el circuito 100 proporciona amplificadores múltiples que actúan secuencialmente en la señal 32 de onda cuadrada original generada por el microprocesador 12. Conceptualmente, es útil pensar en el circuito 100 en términos de fases. En la fase 1, el circuito 100 utiliza un amplificador 102 que toma y convierte la señal 32 de onda cuadrada original a la señal 36 de estímulo. La salida de la fase 1 no tiene ajuste de CD y la señal se invierte. En la fase 2, la señal 36 de estímulo se pasa a través de un capacitor 104, enviada a través de un resistor reductor de voltaje, y luego al sensor 14. La señal 108 de sensor, modificado por el agua y sustraído a partir de la señal 36 del estímulo, va al amplificador 106 en donde la diferencia entre la señal de sensor y las señales de estímulo se amplifica, invierte y produce sin ajuste de CD como la señal 48 final pura. La fase 3 agrega un ajuste de CD detrás de la señal 48 final pura para comenzar a prepararlo para la entrada dentro del microprocesador 12 e invierte la señal de nuevo en el amplificador 110. La fase 4 es una fase opcional para proporcionar un circuito intermedio de manera que un resistor reductor de voltaje final no afecta etapas previas, y para invertir la señal 48 final pura una última vez al amplificador 112 de manera que esté en fase con la señal 36 de estímulo. La fase 5 es un resistor reductor de voltaje que asegura que el valor más elevado de la señal final no excederá 3.3 voltios para la entrada del microprocesador 12. La Figura 9 muestra una configuración ejemplar del sensor 14. El sensor se moldea de preferencia dentro de un soporte 118 de plástico con dos electrodos 120, 122. Los efectos físicos que dan impedancia entre los dos electrodos 120, 122 en agua pueden modelarse con el circuito equivalente eléctrico mostrado en la Figura 8. La impedancia Z equivalente comprende un circuito paralelo de resistencia a agua Rw y capacitancia al agua Cw en series con un circuito paralelo de resistencia Rz y capacitancia Ri y resistencia a dispersión Rs (la resistencia de trayectorias de agua conductiva) en paralelo con la capacitancia a dispersión Cs (la capacitancia de dispersión de conexiones eléctricas). La resistencia al agua y la capacitancia al agua dependen de las propiedades eléctricas de la misma y la geometría de electrodos y se determina por en donde, s es la conductividad electrolítica del agua, medida en siemens por metro [S/m] ; sr la permeabilidad relativa del agua, e0 la permeabilidad del espacio vacío, y K la constante de una pila, medida en rrf1, la cual expresa geometría de electrodos, · A partir de estas ecuaciones, es claro que la conductividad del agua puede influenciarse por conductividad electrolítica y una constante K de pila que es un diseño variable. El significado de K es claro para la geometría de electrodo más simple, es decir, placas paralelas del área S [m2] y colocada en distancia d [m] , en donde d«raíz cuadrada (S) . Es decir: Pero para electrodos que comprenden dos cilindros paralelos de longitud L y radio r, con ejes espaciados entre si en la distancia D, tales como en la presente configuración del sensor 14, Los electrodos deben hacerse de material de conducción, inerte con respecto a las impurezas esperadas del agua (y, además a ácidos o bases si se considera el mantenimiento de un recipiente) . De preferencia, los electrodos son inoxidables y tienen un potencial de reducción estándar tan elevado como es posible (con el fin de evitar reacciones de descarga) . Por esta razón, las aleaciones de cobre (latón o bronce) y aluminio son menos favorables. Además, el material de electrodo debe ser compatible con alimentos en donde el vapor que se genera entra en contacto con alimentos. Las aleaciones con base en níquel (es decir, aceros inoxidables estándares) deben evitarse debido a que se reconoce que el níquel es potencialmente carcinogénico . Metales de transición nobles tales como oro o platino son aceptables. El costo puede estipular otros metales enchapados con metal noble, pero la integridad y la continuidad del enchapado debe conseguirse para la vida completa del sensor (zonas en donde el enchapado es raspado actúa como sitios de corrosión rápida debido a los efectos de la pila galvánica) . Un material preferido para los electrodos en acero inoxidable AISI 316 L. Una vez que el filtro ha sido cambiado, existe una necesidad para "restablecer" el sistema para recuperar una indicación exacta. Se requiere un tiempo limitado para drenar el agua desde el tanque (si ese es la fuente acuosa) para disminuir el contenido de ión total, y para dejar al filtro instalarse con el fin de que el sistema lea el valor correcto. Un ciclo de "purga" puede operarse manual o automáticamente de acuerdo al diagrama de flujo en la Figura 10. Durante una purga, la visualización 60 mostrará una buena indicación de filtro, independientemente de la lectura de conductividad del sensor 14 hasta un tiempo predeterminado cuando el agua existente antes del reemplazo del filtro se considerará haber sido purgada. La visualización 60 puede ser del tipo mostrado en las Figuras 3-5 en donde la salida se basa únicamente en valores de umbrales, o puede ser una gráfica de barras que muestra valores incrementados de conductividad con relación a los umbrales, o cualquier otra visualización suficiente para mostrar la condición del filtro.

Aunque la invención se ha descrito específicamente junto con ciertas modalidades específicas de la misma, se entenderá qué esto es a modo de ilustración y no de limitación, y el alcance de las reivindicaciones anexas deben interpretarse tan ampliamente como la técnica anterior lo permita .

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un circuito de monitoreo de conductividad de agua para determinar el estado de un filtro de agua dispuesto en flujo de agua corriente arriba desde un generador de vapor, el circuito está caracterizado porque comprende: un microprocesador para generar una señal de referencia, un sensor adaptado para colocarse en el flujo de agua corriente abajo desde el filtro, y un circuito sensor de conductividad intermedio al microprocesador y el sensor para producir al microprocesador una señal de salida indicativa de la conductividad del agua, por lo que cuando el sensor se coloca en el flujo de agua, el microprocesador puede evaluar el estado del filtro con base en una comparación de la señal de referencia a la señal de salida.
2. El circuito de monitoreo de conductividad de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende una visualización conectada al microprocesador para mostrar el estado del filtro.
3. El circuito de monitoreo de conductividad de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende al menos dos niveles de umbral contra los cuales la comparación puede medirse, uno de los cuales indica una necesidad para cambiar el filtro.
4. El circuito de monitoreo de conductividad de agua de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque un umbral de alerta se establece en una conductividad de aproximadamente 50 iS/cm, y un umbral de cambio se establece en aproximadamente 100 S/cm.
5. El circuito de monitoreo de conductividad de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de referencia es una onda de impulso.
6. El circuito de monitoreo de conductividad de agua de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el circuito sensor de conductividad incluye medios para convertir la señal de referencia a una señal de estimulo que se envía al sensor.
7. El circuito de monitoreo de conductividad de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito sensor de conductividad incluye medios para convertir la señal de referencia a una señal de estímulo que se envía al sensor.
8. El circuito de monitoreo de conductividad de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de referencia está en un rango de 1-10 voltios .
9. El circuito de monitoreo de conductividad de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sensor tiene dos electrodos, uno de los cuales se conecta a tierra.
10. El circuito de monitoreo de conductividad de agua de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque incluye medios para purgar el flujo de agua después de cambiar el filtro, en donde la señal de salida se sobrecontrola durante un tiempo predeterminado.
11. Un método para determinar el estado de un filtro de agua dispuesto en flujo de agua corriente arriba de un generador de vapor, el método está caracterizado porque comprende : proporcionar un microprocesador, un sensor dispuesto en el flujo de agua corriente abajo desde el filtro, y un circuito sensor de conductividad intermedio al microprocesador y el sensor, generar una señal de referencia a partir del microprocesador a través del circuito sensor de conductividad al sensor, enviar una señal de salida desde la sonda al microprocesador a través del circuito sensor de conductividad, comparar la señal de referencia a la señal de salida para determinar un valor, y comparar el valor a un nivel de umbral predeterminado representativo del estado del filtro.
12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la señal de referencia es una onda cuadrada de impulso.
13. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado además porque comprende la etapa de enviar una señal de imagen a una representación visual indicativa del estado del filtro.
14. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado además porque comprende al menos dos umbrales, uno de los cuales indica una necesidad para cambiar el filtro.
15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque un umbral de alerta se establece en una conductividad de aproximadamente 50 µe/???, y un umbral de cambio se establece en aproximadamente 100 S/cm.
16. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado además porque comprende la etapa de convertir la señal de referencia a una señal de estimulo que se envía al sensor por el circuito sensor de conductividad.
17. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado además porque comprende la etapa de purgar el flujo de agua si el filtro se cambia.
18. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado además porque comprende la etapa de aplicar un resistor reductor de voltaje a cualquiera de las señales para controlar el nivel de voltaje máximo.
19. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la señal de referencia está en un rango de 1-10 voltios.