CH707162A1

CH707162A1 - Verdampfungsvorrichtung.

Info

Publication number: CH707162A1
Application number: CH02261/12A
Authority: CH
Inventors: Thomas Grütter
Original assignee: Condair Ag
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-05-15
Also published as: EP2917651A1; WO2014071533A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdampfungsvorrichtung (20) mit einem Wasserbehälter (11) mit einer ersten Wasserzuführung (1) und einem Dampfauslass (12), wobei in dem Wasserbehälter (11) ein im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschütztes Heizelement (7) und ein Widerstandsheizelement (6) angeordnet sind, wobei das Widerstandsheizelement (6) unterhalb eines ersten vorbestimmten Wasserlevels und das im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützte Heizelement (7) oberhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels und unterhalb eines zweiten vorbestimmten Wasserlevels angeordnet ist, und der zweite vorbestimmte Wasserlevel oberhalb des ersten vorbestimmte Wasserlevels liegt.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Verdampfungsvorrichtung gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. Eine Verdampfungsvorrichtung dient der Luftbefeuchtung mit Hilfe von Dampf.

[0002] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verdampfungsvorrichtung bereitzustellen, welche sich flexible einsetzen lässt. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung eine Verdampfungsvorrichtung bereitzustellen, die sich besonders gut für den Einsatz als Befeuchtungsmodul in einem Umweltsimulator eignet. Solche Umweltsimulatoren werden beispielsweise in Prüfständen z.B. in der Automobilproduktion eingesetzt.

[0003] Die Aufgabe wird durch eine Verdampfungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0004] Die erfindungsgemässe Verdampfungsvorrichtung weist einen Wasserbehälter mit einer ersten Wasserzuführung und einem Dampfauslass auf. In dem Wasserbehälter sind ein im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschütztes Heizelement und ein Widerstandsheizelement angeordnet. Das Widerstandsheizelement ist unterhalb eines ersten vorbestimmten Wasserlevels und das im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützte Heizelement ist oberhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels und unterhalb eines zweiten vorbestimmten Wasserlevels angeordnet. Der zweite vorbestimmte Wasserlevel liegt oberhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels. Das Widerstandsheizelement ist vorzugsweise Steuer- bzw. regelbar und zwar insbesondere in Abhängigkeit von einer Feuchteanforderung an die Verdampfungsvorrichtung. Bei dem im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützten Heizelement handelt es sich vorzugsweise um ein PTC-Heizelement (PTC: positive temperature coefficient – positiver Temperaturkoeffizient); es kann aber auch beispielsweise ein aufheizbarer Stein, eine Herdplatte oder ähnliches eingesetzt werden. Unter einem Trockenbetrieb wird insbesondere ein Betrieb im Trockenen, d.h. ein Betrieb verstanden, in dem das Heizelement nicht von Wasser bedeckt/umgeben ist. Das im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützte Heizelement ist also derart ausgestaltet, dass eine Überhitzung des Heizelements auch im Trockenbetrieb nicht erfolgen kann. Unter einer Wasserzuführung wird insbesondere eine Wasserzufuhrleitung verstanden.

[0005] Die Ausdrücke «unterhalb» und «oberhalb» beziehen sich auf die Position der erfindungsgemässen Verdampfungsvorrichtung im Betrieb, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.

[0006] Vorzugsweise ist der Wasserbehälter oberhalb des PTC-Heizelements mit einer zweiten Wasserzuführung versehen. Die zweite Wasserzuführung ist mit einem getaktet betreibbaren Ventil versehen, sodass mittels der zweiten Wasserzuführung Wasser in Form von Tropfen zugeführt werden kann.

[0007] Durch die Kombination eines – vorzugsweise regel- bzw. steuerbaren – Widerstandsheizelements mit einem PTC-Heizelement ist die erfindungsgemässe Verdampfungsvorrichtung für einen äusserst breiten und variablen Bereich von Feuchteanforderungen einsetzbar, wobei vorteilhafterweise eine hohe Dampfleistung bei sehr hoher Regelgüte erreicht werden kann.

[0008] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und dem anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In der einzigen Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemässe Verdampfungsvorrichtung dargestellt.

[0009] Fig. 1 zeigt eine Verdampfungsvorrichtung 20 gemäss der Erfindung. Die Verdampfungsvorrichtung 20 umfasst einen Wasserbehälter 11 mit einem Dampfauslass 12. An den Dampfauslass 12 ist vorzugsweise ein Rohr 13 angeschlossen, welches den Wasserbehälter 11 mit einem Dampfbehälter 2 verbindet.

[0010] Der Wasserbehälter 11 weist eine erste Wasserzuführung 1 auf, über welche dem Wasserbehälter 11 Wasser, bevorzugt gereinigtes Wasser, besonders bevorzugt RO-Wasser (RO: reverse osmosis – umkehrosmosegereinigt) zugeführt werden kann. Der Zulaufdruck in der ersten Wasserzuführung 1 beträgt bevorzugterweise etwa 4 bar. Der ersten Wasserzuführung 1 ist ein(Zulaufventil 3 zugeordnet, bei welchem es sich um ein handelsübliches Kaltwasser-Magnetventil handeln kann. Um eine kurze Aufheizphase und eine schnelle Reaktionszeit der Verdampfungsvorrichtung 20 zu ermöglichen, wird die über die erste Wasserzuführung 1 zugeführte Wassermenge vorzugsweise so gering gehalten, wie es für die jeweilige Dampfanforderung möglich ist.

[0011] Zur Messung des Wasserniveaus im Wasserbehälter 11 weist die Verdampfungsvorrichtung 20 vorzugsweise eine Wasserniveaumesseinrichtung 14 auf, die bevorzugt als Sensor einen Magnetschwimmer 4 umfasst, dem ein oder mehrere Kontakte 5, insbesondere Schaltkontakte, bevorzugt Reedkontakte (auch Reedschalter genannt), zugeordnet sind. Zum Beispiel kann ein erster Kontakt 5 für ein minimales Wasserniveau im Wasserbehälter 11 und ein zweiter Kontakt 5 für ein maximales Wasserniveau im Wasserbehälter 11 vorgesehen sein. Das vom Wasserniveau abhängige Ausgangssignal des Magnetschwimmers 4 bestimmt den bzw. die Schaltzustände der einen oder mehreren Kontakte 5, wobei den einen oder mehreren Kontakten 5 vorzugsweise eine nicht dargestellte Auswerteelektronik zugeordnet ist.

[0012] Der Magnetschwimmer 4 ist vorzugsweise in einen parallel zu dem Wasserbehälter 11 angeordneten Wassertank 15 eingebracht, wobei das Volumen des Wassertanks 15 bevorzugt kleiner als das Volumen des Wasserbehälters 11 ist. Der Wassertank 15 ist über entsprechende Rohrleitungen 16, 17 unterhalb eines ersten vorbestimmten Wasserlevels mit dem Wasserbehälter 11 und mit dem Rohr 13 verbunden.

[0013] In dem Wasserbehälter 11 sind ein vor Überhitzung geschütztes Heizelement in Form eines PTC-Heizelements 7 und ein Widerstandsheizelement 6 vorgesehen. Das Widerstandsheizelement 6 ist vorzugsweise als übliche Heizschlange ausgeführt. Das Widerstandsheizelement 6 ist in dem Wasserbehälter 11 unterhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels (in Fig. 1 : Level 1) angeordnet. Das PTC-Heizelement 7 ist in dem Wasserbehälter 11 unterhalb eines zweiten vorbestimmten Wasserlevels (in Fig. 1 : Level 2) angeordnet, der oberhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels liegt. Das PTC-Heizelement 7 ist in dem Wasserbehälter 11 also oberhalb des Widerstandsheizelements 6 angeordnet. Die erste Wasserzuführung 1 führt dem Wasserbehälter 11 vorzugsweise oberhalb des zweiten vorbestimmten Wasserlevels Wasser zu.

[0014] Es ist bevorzugterweise eine Abschlämmleitung 18 vorgesehen, die unterhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels in den Wasserbehälter 11 mündet und der ein Abschlämmventil 8 und vorzugsweise auch eine Abschlämmpumpe (nicht dargestellt) zugeordnet sind. Die Abschlämmleitung 18 dient dem Abschlämmen bzw. der Abfuhr von Wasser aus dem Wasserbehälter 11, wobei vorzugsweise gleichzeitig über die erste Wasserzuführung 1 Wasser zugeführt wird. Auf diese Weise wird das Wasser in dem Wasserbehälter 11 erneuert und somit die Wasserqualität erhalten, was eine stabile Dampferzeugung mittels der Verdampfungsvorrichtung 20 sicherstellt.

[0015] Ferner ist vorzugsweise eine zweite Wasserzuführung 9 vorgesehen, welche oberhalb des PTC-Heizelements 7 und vorzugsweise auch oberhalb des zweiten vorbestimmten Wasserlevels in den Wasserbehälter 11 mündet. Der zweiten Wasserzuführung 9 ist ein getaktet betreibbares Ventil 10 zugeordnet. Die zweite Wasserzuführung 9 dient der Tropfenbefeuchtung des PTC-Heizelements 7 zur Erzeugung einer Kleinstmenge an Dampf. Wie bei der ersten Wasserzuführung 1 wird auch über die zweite Wasserzuführung 9 vorzugsweise gereinigtes Wasser, insbesondere RO-Wasser, zugeführt. Der Durchmesser der zweiten Wasserzuführung 9 ist für die Tropfenbildung bevorzugt sehr klein, insbesondere kleiner als der Durchmesser der ersten Wasserzuführung 1. Die zweite Wasserzuführung 9 ist bevorzugt oberhalb der ersten Wasserzuführung 1 vorgesehen.

[0016] Zum Aufheizen der Verdampfungsvorrichtung 20 wird der Wasserbehälter 11 bis zum zweiten vorbestimmten Wasserlevel mit Wasser gefüllt. Das PTC-Heizelement 7 wird vorzugsweise derart angesteuert, das es mit 100% seiner Leistung heizt. Das Widerstandsheizelement 6 wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Feuchteanforderung an die Verdampfungsvorrichtung 20 betrieben. Das Widerstandsheizelement 6 wird entweder getaktet oder kontinuierlich betrieben. Ein kontinuierlicher Betrieb kann mittels einer kontinuierlichen Regelung, z.B. mit Hilfe eines PID-Reglers (PID: Proportional-Integral-Differential), erfolgen. Sobald die Feuchteanforderung kleiner als 50% Luftfeuchte bzw. Raumfeuchte ist, wird das Wasserniveau im Wasserbehälter 11 durch Öffnen des Abschlämmventils 8 auf den ersten vorbestimmten Wasserlevel reduziert. Eine Feuchteanforderung von 50% entspricht beispielsweise einer Dampfleistung von 0.5 kg/h. Dies kann jedoch anwendungsabhängig variieren.

[0017] Bei hoher Feuchteanforderung, insbesondere bei einer Feuchteanforderung die einer Dampfleistung von mindestens 0.5 kg/h entspricht, kann die Verdampfungsvorrichtung 20 durch entsprechendes Takten bzw. Regeln des Widerstandsheizelements 6 betrieben werden. Hohe Feuchteanforderungen treten zum Beispiel dann auf, wenn die Verdampfungsvorrichtung in einem Umweltsimulator zur Luftbefeuchtung eingesetzt wird und die Tür zum Umweltsimulator geöffnet ist. Liegt die Feuchteanforderung bei 50% Luftfeuchte oder bei mehr als 50% Luftfeuchte, so wird das Wasserniveau im Wasserbehälter 11 durch Zufuhr von Wasser durch die erste Wasserzuführung 1 auf den zweiten vorbestimmten Wasserlevel angehoben, sodass durch die Heizleistung des PTC-Heizelements 7 der Verdampfungsvorgang unterstützt wird.

[0018] Bei einer kleinen Feuchteanforderung, beispielsweise bei einer Feuchteanforderung von 0.1% Luftfeuchte bei einer Temperatur von 5 °C, liegt das Wasserniveau im Wasserbehälter 11 vorzugsweise auf dem ersten vorbestimmten Wasserlevel. D.h. das PTC-Heizelement 7 befindet sich oberhalb des Wasserniveaus im Wasserbehälter 11. Durch Tropfenbefeuchtung des PTC-Heizelements 7 wird nun eine Kleinstmenge an Dampf erzeugt. Hierzu wird dem Wasserbehälter 11 über die zweite Wasserzuführung 9 Wasser zugeführt. Diese Wasserzufuhr erfolgt getaktet, d.h. das Ventil 10 wird getaktet betrieben, wobei der Takt bzw. dessen Periodendauer von der Feuchteanforderung abhängig ist. Die derart getaktete Wasserzufuhr durch die zweite Wasserzuführung 9 ermöglicht eine Tropfenbildung, sodass das Wasser in Form von Tropfen auf das PTC-Heizelement 7 auftrifft. Das Widerstandsheizelement 6 wird dabei mit reduzierter Heizleistung betrieben, sodass das Wasser, welches den Wasserbehälter (nur) bis zum ersten vorbestimmten Wasserlevel füllt, «nur» warm gehalten wird, möglichst ohne zu verdampfen. Da PTC-Heizelemente sich typischerweise selbständig auf konstanter Temperatur halten, besteht auch dann keine Gefahr einer Überhitzung, wenn gerade kein Wasser auf das PTC-Heizelement 7 auftritt.

[0019] Durch das Vorsehen eines Steuer- bzw. regelbaren Widerstandsheizelements und eines PTC-Heizelements lässt sich somit eine hohe Dampfleistung erzielen, wobei gleichzeitig eine hohe Regelgüte erreicht werden kann. Ferner ergibt sich eine hohe Flexibilität in Bezug auf die Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemässen Verdampfungsvorrichtung 20.

Claims

1. Verdampfungsvorrichtung mit einem Wasserbehälter (11) mit einer ersten Wasserzuführung (1) und einem Dampfauslass (12), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wasserbehälter (11) ein im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschütztes Heizelement (7) und ein Widerstandsheizelement (6) angeordnet sind, wobei das Widerstandsheizelement (6) unterhalb eines ersten Wasserlevels und das im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützte Heizelement (7) oberhalb des ersten vorbestimmten Wasserlevels und unterhalb eines zweiten vorbestimmten Wasserlevels angeordnet ist, und der zweite vorbestimmte Wasserlevel oberhalb des ersten vorbestimmte Wasserlevels liegt.

2. Verdampfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des Widerstandsheizelements (6) steuerbar bzw. regelbar ist.

3. Verdampfungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützten Heizelement um ein PTC-Heizelement (7) handelt.

4. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserbehälter (11) oberhalb des im Trockenbetrieb vor Überhitzung geschützten Heizelements (7) mit einer zweiten Wasserzuführung (9) versehen ist, wobei die zweite Wasserführung (9) mit einem getaktet betreibbaren Ventil (10) versehen ist, sodass mittels der zweiten Wasserzuführung (9) Wasser in Form von Tropfen zugeführt werden kann.

5. Verdampfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserniveaumesseinrichtung (14) vorgesehen ist.

6. Verdampfungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserniveaumesseinrichtung (14) einen Magnetschwimmer (4) umfasst, dem ein oder mehrere Kontakte (5), insbesondere Reedkontakte, zugeordnet sind.