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Die Erfindung betrifft ein Hochdruckventil für eine Zerstäuberdüse, wobei das Hochdruckventil einen Ventileinlass, einen Ventilauslass, eine Fluidverbindung, mindestens einen ersten verfahrbaren Kolben und einen Stößel aufweist, und der Ventileinlass über die Fluidverbindung mit dem Ventilauslass verbunden ist, der Stößel in der Fluidverbindung angeordnet und am Ventilauslass die Zerstäuberdüse anschließbar ist, wobei mittels des ersten verfahrbaren Kolbens der Stößel zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung bewegbar ist und im Falle der Öffnungsstellung des Stößels eine Zerstäuberflüssigkeit vom Ventileinlass durch die Fluidverbindung zum Ventilauslass und/oder zur Zerstäuberdüse gelangt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Nachreinigen eines Hochdruckventils.
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Hochdruckventile werden als Bauteile zum Absperren und Steuern eines Durchflusses einer Flüssigkeit oder eines Gases in verschiedensten Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise wird ein Hochdruckventil angeordnet vor einer Sprühdüse in einem Sprühturm eingesetzt, in dem das Versprühen eines zu trocknenden Gutes erfolgt. Üblicherweise werden in einem Sprühturm mehrere Sprühdüsen parallel eingesetzt, welche in Abhängigkeit von Prozessschwankungen jeweils mittels eines Hochdruckventils zu- und/oder abgeschaltet werden. Nach Abschalten des Hochdruckventils ist ein Absetzen und/oder Antrocknen des zu trocknenden Gutes oder seiner Bestandteile sowohl im Hochdruckventil selbst als auch in der angeschlossenen Sprühdüse unerwünscht, da dies einen potentiellen Flammherd (sogenannte Hotspots) mit einem erhöhten Brand- und Explosionsrisiko darstellt. Zudem besteht die Gefahr, dass aufgrund der abgesetzten und/oder angetrockneten Rückstände ein erhöhter Verschleiß des Hochdruckventils und/oder der angeschlossenen Sprühdüse (Hochdruckdüse), insbesondere aufgrund eines vorliegenden Druckes von über 10 MPa, und eine Beeinträchtigung seiner oder ihrer Funktionsfähigkeit auftreten. Des Weiteren müssen verbliebene Rückstände aus dem Hochdruckventil und/oder -düse entfernt werden, wenn ein Einsatz einer neuen Charge und/oder ein Produktwechsel beim Versprühen erfolgt.
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Aus oben genannten Gründen muss ein Hochdruckventil und/oder eine -düse nach einem Abschalten und/oder Verwenden gereinigt werden. Hierzu muss das Hochdruckventil und/oder -düse zunächst aus der Anlage demontiert und entfernt werden. Anschließend wird das Hochdruckventil und/oder -düse selbst auseinandergenommen und alle (Ventil-)Teile, welche mit der Sprühflüssigkeit in Kontakt getreten sind, müssen gereinigt, inspiziert und/oder gegebenenfalls überholt werden. Beim anschließenden aufwändigen Wiederzusammenbau des Hochdruckventils und/oder -düse müssen zudem Wartungsarbeiten, wie beispielsweise Einbringen von neuem Dichtungsmaterial und/oder einer neuen Schmierung, erfolgen.
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Folglich ist das erforderliche Demontieren, Reinigen und Wiederzusammenbauen des Hochdruckventils und/oder -düse durch eine Person sehr aufwändig und kostenintensiv. Somit kann ein zu reinigendes Hochdruckventil und/oder Hochdruckdüse nicht zeitnah wieder in den Produktionsprozess integriert werden.
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Selbst wenn ein Hochdruckventil und/oder -düse nach dem Abschalten mit Luft ausgedrückt wird, bleiben dennoch aufgrund der Viskosität des zu versprühenden Produktes Rückstände und Tropfen in dem Hochdruckventil und/oder -düse zurück, welche die oben genannten Probleme verursachen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Hochdruckventil für eine Zerstäuberdüse, wobei das Hochdruckventil einen Ventileinlass, einen Ventilauslass, eine Fluidverbindung, mindestens einen ersten verfahrbaren Kolben und einen Stößel aufweist, und der Ventileinlass über die Fluidverbindung mit dem Ventilauslass verbunden ist, der Stößel in der Fluidverbindung angeordnet und am Ventilauslass die Zerstäuberdüse anschließbar ist, wobei mittels des ersten verfahrbaren Kolbens der Stößel zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung bewegbar ist und im Falle der Öffnungsstellung des Stößels eine Zerstäuberflüssigkeit vom Ventileinlass durch die Fluidverbindung zum Ventilauslass und/oder zur Zerstäuberdüse gelangt, wobei das Hochdruckventil eine Nachspüleinrichtung zum Nachspülen des Hochdruckventils und/oder der Zerstäuberdüse mit einer Spülflüssigkeit aufweist.
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Somit ist ein Hochdruckventil und/oder eine angeschlossene Zerstäuberdüse direkt nach einem Abschalten und/oder Verwenden mittels der Nachspüleinrichtung nachspülbar, ohne dass eine Demontage des Hochdruckventils und/oder der Zerstäuberdüse aus der Prozessanlage sowie ein manuelles Zerlegen, Reinigen und Wiederzusammensetzen des Hochdruckventils und/oder der Zerstäuberdüse erforderlich ist.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass ein Nachspülen und somit ein Reinigen des Hochdruckventils und/oder der Zerstäuberdüse automatisch direkt nach einem Abschalten des Ventils erfolgt, sodass auf ein zeit- und personalaufwändiges manuelles Auseinanderbauen und Reinigen des Hochdruckventils und/oder der Zerstäuberdüse verzichtet wird. Dadurch wird in Abhängigkeit des Produktionsprozesses und/oder des Zustandes der Anlage schnell ein einzelnes Hochdruckventil und/oder die Zerstäuberdüse abgeschaltet und nach seinem Nachspülen kurzfristig wieder in den Betrieb genommen und dem Prozess zugeschaltet. Folglich ist auch im Falle einer Prozessstörung das Hochdruckventil und/oder die Zerstäuberdüse und somit die gesamte Anlage schneller wieder in Betriebsbereitschaft zu setzen.
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Dadurch, dass die Nachspüleinrichtung innerhalb des Hochdruckventils integriert ist, ist das Nachspülen des Hochdruckventils und/oder der Zerstäuberdüse direkt nach dem Betrieb anwendbar, sodass sich die Rückstände der Zerstäuberflüssigkeit nur in einem sehr kurzen Zeitraum innerhalb des Hochdruckventils und/oder der angeschlossenen Zerstäuberdüse absetzen können. Durch das zeitnahe Nachspülen wird somit die Anhaftung von hartnäckigen Rückständen vermieden und die Reinigungsqualität verbessert. Folglich wird eine Beeinträchtigung der Qualität des zu trocknenden Produktes durch Rückstände im Hochdruckventil und/oder der Zerstäuberdüse sowie bei Produktchargenwechseln verhindert.
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Zudem wird die Ausbildung von unerwünschten, potentiellen Flammenherden (Hotspots) sowie die Brand- und Explosionsgefahr reduziert.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass mittels einer Nachspüleinrichtung ein zeitnahes und direktes Nachspülen der mit Zerstäuberflüssigkeit gefüllten Bestandteile des Hochdruckventils und/oder der angeschlossenen Zerstäuberdüse mit einer Spülflüssigkeit frei von einer Demontage des Hochdruckventils und/oder der Zerstäuberdüse erfolgt, sodass Störungen durch Verbleib von Rückständen der Zerstäuberflüssigkeit vermieden und durch die direkte Integration der Nachspüleinrichtung in das Hochdruckventil eine automatische und schnelle Reinigung und somit eine schnelle Wiederinbetriebnahme erfolgen.
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Folgendes Begriffliche sei erläutert:
- Ein „Hochdruckventil“ ist insbesondere ein Bauteil zum Absperren und/oder Steuern eines Durchflusses eines Fluides (Flüssigkeit und/oder Gas). Ein Hochdruckventil weist im Betrieb insbesondere einen Druck von über 10 MPa bis 100 MPa auf. Ein Hochdruckventil ist insbesondere aus Edelstahl gefertigt, beispielsweise mit der Werkstoffnummer 1.4439, 1.4571 und/oder 1.4404, und ist entsprechend druck-, verschleiß- und/oder abriebbeständig.
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Eine „Zerstäuberdüse“ (auch „Sprühdüse“ oder „Hochdruckdüse“) ist insbesondere eine Düse zum Versprühen eines flüssigen, zu trocknenden Gutes in feine Tröpfchen und zur gleichzeitigen Verteilung der feinen Tröpfchen in einem Trocknungsgas. Die Sprühdüse dient insbesondere dazu, durch Versprühen eine sehr große reaktive Oberfläche der Zerstäuberflüssigkeit zu erzeugen. Bei einer Sprühdüse handelt es sich insbesondere um eine Einstoffdüse, Zweistoffdüse, Dreistoffdüse, Vierstoffdüse und/oder Ultraschalldüse und/oder die Sprühdüse ist in einem Rotationszerstäuber integriert. Die Sprühdüse weist insbesondere eine Öffnung von 0,1 mm bis 5 mm, bevorzugt von 0,5 mm bis 3 mm auf.
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Bei einer „Zerstäuberflüssigkeit“ handelt es sich insbesondere um eine Flüssigkeit, wie eine Lösung, Suspension oder Emulsion, welche durch das Hochdruckventil gefördert wird und/oder mittels der Zerstäuberdüse zum Trocknen und Ausbilden von trockenen Partikeln (Einzelpartikel, Agglomerate und/oder Granulate) versprüht wird.
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Als „Ventileinlass“ wird insbesondere ein Teil des Hochdruckventils bezeichnet, durch welches die Zerstäuberflüssigkeit in das Innere des Hochdruckventils eintritt. Bei einem Ventileinlass kann es sich beispielsweise um eine Einschraubverschraubung in den Ventilkörper handeln, an welcher eine Rohrleitung verbunden ist, welche die Zerstäuberflüssigkeit kontinuierlich dem Hochdruckventil zuführt.
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Ein „Ventilauslass“ ist insbesondere ein Teil des Hochdruckventils, durch welches die Zerstäuberflüssigkeit und/oder eine Spülflüssigkeit das Hochdruckventil wieder verlässt. Bei dem Ventilauslass kann es sich beispielsweise ebenfalls um eine Einschraubverschraubung handeln, an welcher direkt oder mit einer zwischengesetzten Rohrverbindung eine Zerstäuberdüse angeordnet sein kann.
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Eine „Fluidverbindung“ ist insbesondere ein Teil des Hochdruckventils, welches ein Durchströmen der Zerstäuberflüssigkeit vom Ventileinlass zum Ventilauslass ermöglicht. Bei der Fluidverbindung kann es sich beispielsweise um eine Rohrleitung innerhalb des Hochdruckventils oder um eine Aussparung im Ventilkörper des Hochdruckventils handeln. Die Fluidverbindung dient insbesondere zum Transport eines Fluides oder mehrerer Fluide (Gas und/oder Flüssigkeit) innerhalb des Hochdruckventils.
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Als „Kolben“ wird insbesondere ein bewegliches Bauteil des Hochdruckventils bezeichnet, welches zusammen mit seinem umgebenden Gehäuse einen abgeschlossenen Hohlraum bildet, dessen Volumen sich durch eine Bewegung des Kolbens verändert. Bei einem Kolben kann es sich beispielsweise um eine runde Scheibe handeln, die in einem rohrförmigen Zylinder als Gehäuse oder einer Aussparung des Ventilkörpers eintaucht. Hierbei bestimmt die jeweilige Stellung des Kolbens im Gehäuse das Volumen des Hohlraums.
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„Verfahrbar“ bedeutet, dass die Stellung des Kolbens im Gehäuse veränderbar ist. Ein Verfahren des Kolbens kann beispielsweise pneumatisch mittels Einwirken von Druckluft auf die Kolbenrückseite erfolgen.
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Ein „Stößel“ ist insbesondere ein speziell geformter Stab, welcher das Verschlussteil des Hochdruckventils darstellt. Der Stößel ist insbesondere in der Fluidverbindung angeordnet und mittels des ersten verfahrbaren Kolbens zwischen einer Schließstellung, in der die Fluidverbindung nicht für ein Fluid durchgängig ist, und einer Öffnungsstellung, in der das Fluid in der Fluidverbindung um den Stößel herum durchtreten kann, bewegbar.
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Bei einer „Schließstellung“ des Stößels wird der speziell geformte Stößel mittels des verfahrbaren Kolbens derart verfahren und somit in eine Stellung gebracht, dass eine Dichtfläche des Stößels gegen einen Dichtungssitz gepresst wird und somit die Fluidverbindung blockiert.
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In einer „Öffnungsstellung“ des Stößels ist der speziell geformte Stößel durch den ersten verfahrbaren Kolben in eine Stellung gebracht, in welcher ein Fluid um den Stößel herum durch die Fluidverbindung strömen kann. Somit gelangt bei einer Öffnungsstellung die Zerstäuberflüssigkeit vom Ventileinlass durch die Fluidverbindung am Stößel vorbei zum Ventilauslass und/oder zur nachfolgend angeschlossenen Zerstäuberdüse.
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Eine „Nachspüleinrichtung“ ist insbesondere eine Einrichtung des Hochdruckventils, die nach einem Durchströmen von Zerstäuberflüssigkeit durch die Fluidverbindung dazu dient, dass das Hochdruckventil und/oder die Zerstäuberdüse mit einer Spülflüssigkeit nachgespült werden. Insbesondere werden mittels der Nachspüleinrichtung alle Teile des Hochdruckventils, welche beim Durchgang von Zerstäuberflüssigkeit benetzt wurden, gespült und somit gereinigt. Bei einer Nachspüleinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Flüssigkeitsbehälter innerhalb des Hochdruckventils und/oder um ein Verbindungsteil zur externen Zuführung von Spülflüssigkeit handeln.
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Eine „Spülflüssigkeit“ ist insbesondere eine Flüssigkeit, mit welcher ein Nachspülen des Hochdruckventils und insbesondere seiner mit Zerstäuberflüssigkeit beaufschlagten Teile durchgeführt wird. Bei einer Spülflüssigkeit kann es sich insbesondere um Wasser oder hochreines Wasser handeln. Eine Spülflüssigkeit ist insbesondere frei von Partikeln und/oder anderen partikulären Bestandteilen. Zur Verbesserung der Reinigung kann die Spülflüssigkeit einen chemischen Stoff, beispielsweise Natronlauge oder Salpetersäure, aufweisen. Bei einer Spülflüssigkeit kann es sich um eine sogenannte CIP-Lösung (Clean In Place) handeln, welche insbesondere jeweils speziell auf den Prozess angepasst ist und eine Reinigung ohne Demontage des Hochdruckventils auf den zerstäuberflüssigkeitsberührten Flächen ermöglicht. Hierzu wird oder werden insbesondere die Zusammensetzung der Spülflüssigkeit, der verwendete Druck oder das verwendete Druckprofil und/oder die verwendete Temperatur oder das verwendete Temperaturprofil sowie die Spülzeit reproduzierbar festgelegt.
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In einer weiteren Ausführungsform des Hochdruckventils weist die Nachspüleinrichtung einen Spülflüssigkeitseinlass und/oder ein Rückschlagventil auf.
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Somit ist nach einem Betrieb des Hochdruckventils über den Spülflüssigkeitseinlass direkt kontinuierlich oder diskontinuierlich eine Spülflüssigkeit zuführbar.
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Bei dem „Spülflüssigkeitseinlass“ kann es sich beispielsweise um eine Verschraubung handeln, an welcher eine Rohrleitung und eine Hochdruckpumpe zum Zuführen der Spülflüssigkeit angeordnet sind.
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Bevorzugt steht der Spülflüssigkeitseinlass in einer direkten und sehr kurzen Verbindung zu der Fluidverbindung, sodass ein schnelles Nachspülen frei von größeren Toträumen realisiert werden kann.
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Ein „Rückschlagventil“ ist insbesondere ein Bauteil, welches eine Strömung eines Fluids (Flüssigkeit, Gas) in nur einer Richtung zulässt. Somit wird ein Strömen der Zerstäuberflüssigkeit in die Nachspüleinrichtung verhindert.
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Um ein optimales Nachspülen der Fluidverbindung zu gewährleisten, ist die Nachspüleinrichtung derart an der Fluidverbindung angeordnet, dass die Spülflüssigkeit senkrecht zu einer Längsausrichtung des Stößels auf den Stößel auftrifft.
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Dadurch ist zum einen die Nachspüleinrichtung mit einem sehr kurzen Weg direkt an die Fluidverbindung angeordnet, und zum anderen derart, dass zeitgleich die Fluidverbindung sowie der Stößel in unterschiedlichen Stellungen gespült werden.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass mittels der Nachspüleinrichtung zugeführte Spülflüssigkeit direkt entlang der Fluidverbindung oder einen Großteil der Fluidverbindung strömt und dabei senkrecht auf den verfahrbaren Stößel auftrifft. Durch Verfahren des Stößels in unterschiedliche Stellungen zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung kann somit ein Pulsieren der Spülflüssigkeit um den Stößel und in der Fluidverbindung realisiert und dadurch das Nachspülen und/oder die Reinigung verbessert werden.
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Die „Längsausrichtung“ ist insbesondere die Ausrichtung des Stößels, in welcher der Stößel die größte Länge aufweist. Die Längsausrichtung des Stößels ist somit insbesondere die Richtung seiner größten Ausdehnung. Die Längsausrichtung des Stößels fällt insbesondere mit der Richtung zusammen, in welcher oder entgegen welcher der Stößel sich aufgrund der Bewegung des ersten verfahrbaren Kolbens bewegt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Hochdruckventil derart eingerichtet, dass das Hochdruckventil für einen Druck in einem Bereich von 10 MPa bis 50 MPa, bevorzugt von 15 MPA bis 35 MPa ausgelegt ist.
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Selbstverständlich kann das Hochdruckventil auch für höhere Drücke bis über 100 MPa ausgelegt sein.
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Unter „Druck“ wird hier insbesondere der Fluiddruck, also der Druck aufgrund der Zerstäuberflüssigkeit, Spülflüssigkeit und/oder eines Gases auf eine Fläche innerhalb des Hochdruckventils verstanden.
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Um der Zerstäuberflüssigkeit Gas beizumischen und/oder einen gaspulsierenden Betrieb des Hochdruckventils zu ermöglichen, weist das Hochdruckventil einen Belüftungsstößel und einen zweiten verfahrbaren Kolben auf, wobei der Belüftungsstößel in der Fluidverbindung angeordnet und mittels des zweiten verfahrbaren Kolbens bewegbar ist.
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Ein „Belüftungsstößel“ entspricht in seiner Ausgestaltung und Verfahrbarkeit dem oben definierten Stößel. Ein Belüftungsstößel ist jedoch zeitgleich oder nacheinander von der Zerstäuberflüssigkeit oder der Spülflüssigkeit in der Fluidverbindung und von einem Gas umströmbar.
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Der „zweite verfahrbare Kolben“ entspricht dem oben definierten verfahrbaren Kolben, wobei der zweite verfahrbare Kolben jedoch dem Belüftungsstößel zugeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform des Hochdruckventils ist oder sind der erste verfahrbare Kolben und/oder der zweite verfahrbare Kolben jeweils als doppelwirkender Kolben ausgebildet.
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Durch die Ausbildung als doppeltwirkender Kolben weist der erste verfahrbare Kolben und/oder der zweite verfahrbare Kolben jeweils die doppelte Kolbenfläche auf, wodurch jeweils der Kolben selbst und somit das Hochdruckventil eine kleinere Baugröße aufweist.
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Ein „doppelwirkender Kolben“ (auch „Tandemzylinder“ genannt) ist insbesondere ein Kolben, welcher zwei Zylinder oder Kolbenscheiben aufweist, welche miteinander verbunden und nacheinander angeordnet sind. Durch einen doppelwirkenden Kolben wird insbesondere aufgrund einer Vergrößerung der wirkenden Kolbenfläche trotz geringerer Baugröße eine größere Kraft erzielt.
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Um nach Verwenden des Hochdruckventils einen Restdruck verursacht durch Zerstäuberflüssigkeit, Spülflüssigkeit und/oder Gas im Hochdruckventil abzulassen, ist der Belüftungsstößel mit einem Druckauslass verbunden.
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Somit kann mittels des zweiten verfahrbaren Kolbens der Belüftungsstößel in eine derartige Stellung gebracht werden, dass der Druckauslass freigegeben ist und ein Fluid mit einem Restdruck das Hochdruckventil verlassen kann. Dadurch wird die Sicherheit des Hochdruckventils erhöht.
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Ein „Druckauslass“ ist insbesondere eine Teil des Hochdruckventils, durch welches ein Fluid, welches sich in der Fluidverbindung befindet, aus dem Inneren des Hochdruckventil austreten kann, wodurch insbesondere der Restdruck in dem Hochdruckventil auf den umgebenden Atmosphärendruck abfällt.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Hochdruckventils ist der Belüftungsstößel mit einem Gaseinlass und/oder einem Rückschlagventil verbunden.
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Somit kann der nachgelagerte Prozess der Zerstäubung mittels einer angeschlossenen Zerstäuberdüse beeinflusst werden, indem beispielsweise der Zerstäuberflüssigkeit in der Fluidverbindung über den Belüftungsstößel ein Gas beigemischt wird.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass über den Gaseinlass ein Gas in das Innere des Hochdruckventils und/oder der Fluidverbindung zugeführt wird, sodass nach einem Nachspülen des Hochdruckventils eventuell vorhandene Flüssigkeitstropfen aus dem Hochdruckventil herausgedrückt und die gespülten Teile des Hochdruckventils mittels des Gases getrocknet werden. Somit kann sichergestellt werden, dass weder ein zu trocknendes Gut mit einer hohen Viskosität noch die Spülflüssigkeit im Inneren des Hochdruckventils verbleibt noch Ablagerungen sich festsetzen.
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Ein „Gaseinlass“ ist insbesondere ein Teil des Hochdruckventils, über welches ein Gas in das Innere des Hochdruckventils und/oder zum Belüftungsstößel und der Fluidverbindung gelangt. Bei einem Gaseinlass kann es sich beispielsweise um eine Steckverschraubung handeln.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass der Belüftungsstößel derart geformt ist, dass dieser jeweils eine Öffnungsstellung und eine Schließstellung bezüglich des Durchströmens eines Gases als auch bezüglich des Durchströmens einer Flüssigkeit durch die Fluidverbindung aufweist, wobei sämtliche Kombinationen der jeweiligen Öffnungs- und Schließstellungen einstellbar sind.
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Um ein optimales Zusammenwirken des Stößels und des Belüftungsstößels zu gewährleisten, ist der Belüftungsstößel in der Fluidverbindung in einer Fließrichtung der Zerstäuberflüssigkeit hinter dem Stößel angeordnet.
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Dadurch strömt in der Öffnungsstellung des Stößels die Zerstäuberflüssigkeit zunächst an dem Stößel in der Fluidverbindung vorbei und anschließend an den Belüftungsstößel. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass der Belüftungsstößel in seiner Form so ausgeführt ist, dass die Zerstäuberflüssigkeit auch bei Schließstellung des Belüftungsstößel bezüglich eines Gases an dem Belüftungsstößel vorbeifließen kann und dadurch sämtliche möglichen Schalt- und/oder Stellungskombinationen des Belüftungsstößels und des Stößels realisiert werden können.
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Die „Fließrichtung“ ist insbesondere diejenige Richtung, in welche sich die Zerstäuberflüssigkeit vom Ventileinlass zum Ventilauslass oder die Spülflüssigkeit von der Nachspüleinrichtung und/oder dem Spülflüssigkeitseinlass zum Ventilauslass bewegt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Hochdruckventil einen induktiven Sensor oder mehrere induktive Sensoren derart auf, dass eine Stellung des ersten verfahrbaren Kolbens, des zweiten verfahrbaren Kolbens, des Stößels und/oder des Belüftungsstößels ermittelbar ist.
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Somit kann die Stellung des ersten und/oder zweiten verfahrbaren Kolbens, des Stößels und/oder des Belüftungsstößels nicht nur vorgegeben, sondern auch messtechnisch mittels eines induktiven Sensors oder mehrerer induktiver Sensoren ermittelt und somit überprüft und/oder geregelt werden. Zudem kann der induktive Sensor oder die induktiven Sensoren mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Prozessanlage verbunden und zum Ansteuern und/oder Regeln des Hochdruckventils verwendet werden.
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Folglich wird die Betriebssicherheit des Hochdruckventils erhöht.
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Ein „induktiver Sensor“ misst insbesondere die Änderung einer Induktivität oder deren Güte durch eine Lageveränderung relativ zu einem leitfähigen und/oder ferromagnetischen Teil des Sensors. Hierbei arbeitet der induktive Sensor mit einer Induktivität (offene Spule), welche ein Magnetfeld erzeugt, wobei dieses durch ein Objekt, beispielsweise den verfahrbaren Kolben, verändert wird. Dadurch kann berührungslos und verschleißfrei ein Winkel, Weg, Abstand und/oder eine Geschwindigkeit gemessen werden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Nachreinigen eines Hochdruckventils, wobei das Hochdruckventil ein zuvor beschriebenes Hochdruckventil ist, mit folgenden Schritten:
- - Beenden einer externen Zufuhr von Zerstäuberflüssigkeit zum Ventileinlass des Hochdruckventils,
- - Verfahren des Stößels in die Schließstellung mittels des ersten verfahrbaren Kolbens des Hochdruckventils, sodass der Ventileinlass geschlossen und der Spülflüssigkeitseinlass geöffnet ist,
- - Druckentlasten des Hochdruckventils durch ein Öffnen des Belüftungsstößels mittels des zweiten verfahrbaren Kolbens und ein Druckableiten über den Druckauslass,
- - Zuführen von Spülflüssigkeit durch den Spülflüssigkeitseinlass und/oder über das Rückschlagventil in die Fluidverbindung des Hochdruckventils, sodass der Druckauslass gespült wird,
- - Schließen des Belüftungsstößels mittels des zweiten verfahrbaren Kolbens des Hochdruckventils und dadurch Schließen des Druckauslasses,
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Weiteres Zuführen von Spülflüssigkeit derart, dass die Fluidverbindung, der Stößel, der Belüftungsstößel und/oder die Zerstäuberdüse durch die Spülflüssigkeit gespült wird oder werden.
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Somit wird ein Verfahren zum Nachspülen und Nachreinigen eines Hochdruckventils bereitgestellt, welches direkt nach dem regulären Betrieb des Hochdruckventils durchgeführt werden kann, ohne dass das Hochdruckventil zunächst demontiert werden muss. Insbesondere kann das Verfahren zum Nachreinigen automatisiert, beispielsweise über eine Anlagensteuer- und/oder -regelungseinrichtung, durchgeführt werden.
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Zudem kann nach einer Störung und/oder einem Abschalten des Hochdruckventils eine angeschlossene Zerstäuberdüse nach einer kurzen Nachreinigung des Hochdruckventils und/oder der Zerstäuberdüse zeitnah wieder in den Betrieb genommen und in den Gesamtprozess eingebunden werden.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird als Spülflüssigkeit Wasser mit einem Druck in einem Bereich von 5 MPa bis 25 MPa, bevorzugt 10 MPa bis 20 MPa, verwendet.
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Um Rückstände der Zerstäuberflüssigkeit und/oder der Spülflüssigkeit zu vermeiden und die Produktqualität beim Zerstäuben zu gewährleisten, wird nach dem Nachreinigen ein Trocknen des Hochdruckventils und/oder der Zerstäuberdüse durch Einbringen eines Gases durch den Gaseinlass und/oder das gasseitige Rückschlagventil durchgeführt.
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Dadurch wird an den flüssigkeitsbenetzten Teilen des Hochdruckventils und/oder der Zerstäuberdüse die verbliebene Flüssigkeit nicht nur herausgedrückt, sondern auch getrocknet. Folglich findet bei einem nachfolgenden Betrieb keine Vermischung von neuer Zerstäuberflüssigkeit und Spülflüssigkeit und/oder alter Zerstäuberflüssigkeit statt.
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Unter „Trocknen“ wird insbesondere ein Entzug von Flüssigkeit aus dem Hochdruckventil und/oder der Sprühdüse verstanden. Durch das Trocknen werden insbesondere die flüssigkeitsbenetzten Innenteile des Hochdruckventils und/oder Sprühdüse getrocknet, wobei eine thermische und/oder physikalische Umwandlung der Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand stattfindet.
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Bei einem „Gas“ handelt es sich insbesondere um Luft, ein Inertgas und/oder Schutzgas, wie beispielsweise Stickstoff oder Argon. Das Gas kann insbesondere eine Umgebungstemperatur oder eine höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur aufweisen. Das Gas ist insbesondere frei von Partikeln.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Hochdruckventils mit einer Wasserspüleinheit.
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Ein Hochdruckventil 101 weist einen Ventilkörper 103 aus Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl (Werkstoffnummer 1.4404) auf. In den Ventilkörper 103 sind ein Flüssigkeitseinlass 105 und ein Flüssigkeitsauslass 107 eingeschraubt. Der Flüssigkeitseinlass 105 ist über eine Verbindungsleitung 109 mit dem Flüssigkeitsauslass 107 verbunden.
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Des Weiteren weist das Hochdruckventil 101 einen Stößel 113 und einen Belüftungsstößel 123 auf, welche jeweils in ihrer Längsausrichtung senkrecht zu einer Durchflussrichtung in der nach unten zum Flüssigkeitsauslass 107 führenden Verbindungsleitung 109 angeordnet sind. Der Stößel 113 und der Belüftungsstößel 123 weisen jeweils eine spezielle Form auf.
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Zudem hat das Hochdruckventil 101 zwei nicht gezeigte Anschlüsse zum Zuführen von Druckluft. Hierbei ist der nicht gezeigte obere Anschluss für Druckluft über einen ersten doppelwirkenden Kolben 111 und eine obere nicht gezeigte Druckfeder mit dem Stößel 113 wirkverbunden, während der untere nicht gezeigte Anschluss für Druckluft über einen zweiten doppelwirkenden Kolben 121 und einer unteren, nicht gezeigten Druckfeder mit dem Belüftungsstößel 123 wirkverbunden ist.
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Auf der dem zweiten doppelwirkenden Kolben 121 gegenüberliegenden Seite des Belüftungsstößels 123, ist der Belüftungsstößel 123 mit einem Lufteinlass 125 und einem Rückschlagventil 127 verbunden. Des Weiteren steht der Belüftungsstößel 123 mit einem Druckablass 139 in Verbindung. Ebenso ist der Stößel 113 mit einem Druckablass 129 verbunden.
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Zum messtechnischen Bestimmen einer Stellung des Stößels 113, des ersten doppelwirkenden Kolbens 111, des Belüftungsstößels 123 und des zweiten doppelwirkenden Kolbens 121 weist das Hochdruckventil 101 entsprechend angeordnete, nicht gezeigte induktive Sensoren auf.
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Oberhalb des Stößels 113 ist an der Verbindungsleitung 109 eine Wasserspüleinheit 115 angeordnet. Die Wasserspüleinheit 115 weist einen Wasserspüleinlass 117 und ein Rückschlagventil 119 auf.
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An dem Flüssigkeitsauslass 107 ist eine nicht gezeigte Sprühdüse eines nicht gezeigten Sprühtrockners angeordnet, wobei in dem Sprühtrockner voreingedickte Milch versprüht wird. Dazu wird mittels einer nicht gezeigten Hochdruckpumpe voreingedickte Milch mit einem Druck von 30 MPa dem Flüssigkeitseinlass 105 des Hochdruckventils 101 zugeführt, welche durch die Verbindungsleitung 109 bei Öffnungsstellung des Stößels 113 den Stößel 113 und den Belüftungsstößel 123 umströmt und kontinuierlich zum Flüssigkeitsauslass 107 und somit der nicht gezeigten Sprühdüse gelangt.
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Aufgrund einer Prozessschwankung muss die nicht gezeigte Sprühdüse abgestellt werden. Daraufhin werden mit dem Hochdruckventil 101 folgende Arbeitsvorgänge realisiert:
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Die nicht gezeigte Hochdruckpumpe zur externen Zufuhr von voreingedickter Milch zum Flüssigkeitseinlass 105 des Hochdruckventils 101 wird gestoppt und der Stößel 113 mittels einer Zufuhr von Druckluft am oberen Anschluss 133, des ersten doppelwirkenden Kolbens 111 und der oberen, nicht gezeigten Druckfeder in die Schließstellung bezüglich des Durchflusses von eingedickter Milch gebracht, sodass der Flüssigkeitseinlass 105 nicht mehr für die voreingedickte Milch durchgängig ist.
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Anschließend erfolgt ein Druckentlasten des Hochdruckventils 101 durch ein Öffnen des Belüftungsstößels 123, wobei der Belüftungsstößel 123 mittels Druckluft am nicht gezeigten unteren Anschluss des zweiten doppelwirkenden Kolbens 121 und der unteren, nicht gezeigten Druckfeder in die entsprechende Öffnungsstellung verfahren wird, und die in der Verbindungsleitung 109 unterhalb des Stößels 113 verbliebene verdickte Milch über den Druckablass 139 aus dem Hochdruckventil 101 abgelassen und somit eine Druckentlastung durchgeführt wird.
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Als nächster Schritt wird mittels einer nicht gezeigten Spülpumpe mit einem Druck von 15 MPa CIP-Lösung, welche Wasser und 3 Gew.-% Natronlauge aufweist, durch den Wasserspüleinlass 117 und die Wasserkartusche 119 der Wasserspüleinheit 115 um den Stößel 113 herum der Verbindungsleitung 109 zugeführt. Dadurch wird zunächst ein entsprechender Abschnitt der Verbindungsleitung 109 und der Druckablass 139 gespült.
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Daraufhin erfolgt ein Schließen des Belüftungsstößels 123 mittels des zweiten doppelwirkenden Kolbens 121, sodass der Druckablass 139 geschlossen ist. Dadurch nun wird die Verbindungsleitung 109, der Flüssigkeitsauslass 107 und die angeschlossene nicht gezeigte Sprühdüse gespült und gereinigt. Während des Durchtritts der CIP-Lösung durch die Verbindungsleitung 109 wird der Belüftungsstößel 123 mittels des zweiten doppelwirkenden Kolbens 121 leicht um seine Öffnungsstellung hin und her bewegt, sodass der CIP-Lösung in der Verbindungsleitung 109 eine Pulsation aufgeprägt und dadurch die Reinigungsleistung verbessert sowie eine Reinigung des Belüftungsstößels 123 selbst erzielt wird.
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In diesem Spülvorgang mit einer Dauer von 30 Sekunden wird somit der Durchlass 139, der Stößel 113, die Verbindungsleitung 109, der Belüftungsstößel 123 und die nicht gezeigte Sprühdüse gespült und gereinigt.
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Abschließend wird der Belüftungsstößel 123 in seine Öffnungsstellung für Luft gebracht mittels des zweiten doppelwirkenden Kolbens 121, sodass partikelfreie Luft mit einem Druck von 0,6 MPa und einer Temperatur von 40 °C durch den Lufteinlass 125 und über das Rückschlagventil 127 um den Belüftungsstößel 123 strömt und dadurch in die Verbindungsleitung 109 sowie durch den Flüssigkeitsauslass 107 zur nicht gezeigten Sprühdüse strömt. Somit liegt in der Verbindungsleitung 109 partikelfreie und getrocknete Luft vor, welche die Feuchtigkeit der mit CIP-Lösung benetzten Verbindungsleitung 109, des Stößels 113, des Belüftungsstößels 123 und des Flüssigkeitsauslasses 107 sowie der daran angeschlossenen nicht gezeigten Sprühdüse aufnimmt und diese trocknet.
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Dadurch kann nach dem integrierten CIP-Spülen des Hochdruckventils 101 mittels der Wasserspüleinheit 115 und durch Nachtrocknen innerhalb von 3 Minuten eine Wiederinbetriebnahme des Hochdruckventils 101 erfolgen, ohne dass verbliebene Rückstände eine Prozessstörung verursachen.
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In einer Alternative wird das Hochdruckventil 101 beim Spülen derart betrieben, dass zunächst über den Druckablass 129 des Stößels 113, anschließend über den Druckablass 139 des Belüftungsstößels 123 und nachfolgend die vollständige Verbindungsleitung 109 mit der angeschlossenen, nicht gezeigten Sprühdüse gespült wird. Somit wird ein schrittweises, mehrstufiges Spülen des Hochdruckventils 101 realisiert und eine Rekontamination beim Spülen verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Hochdruckventil
- 103
- Ventilkörper
- 105
- Flüssigkeitseinlass
- 107
- Flüssigkeitsauslass
- 109
- Verbindungsleitung
- 111
- erster doppeltwirkender Kolben
- 113
- Stößel
- 115
- Wasserspüleinheit
- 117
- Wasserspüleinlass
- 119
- Rückschlagventil
- 121
- zweiter doppeltwirkender Kolben
- 123
- Belüftungsstößel
- 125
- Lufteinlass
- 127
- Rückschlagventil
- 129
- Druckablass
- 139
- Druckablass
