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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Zentralsteuerventil für Wasserenthärtungsanlagen,
bestehend aus einem Betriebsventil zur Steuerung des Roh- und Brauch- oder Weichwassers
und aus einem Regenerierventil zur Steuerung des zur Regenerierung der Austauschermasse
erforderlichen Soleflusses, wobei das Regenerierventil einen Injektor, eine Verdrängerblende
und eine Rückspül-Waschblende aufweist.
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Derartige Zentralsteuerventile für Wasserenthärtungsanlagen sind in
zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Je nach Größe der Anlage, der Menge des zu
behandelnden Wassers und des Härtegrades des Wassers ist es in der Planungsphase
schwierig, die Bauteile des Regenerierventils optimal auszulegen, da beispielsweise
die Dimensionierung des injektors rechnerisch nicht exakt durchgeführt werden kann.
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Je nach Größe der Anlage und der Höhe der Werte, die den Besalzungsgrad
bestimmen, müssen bei derartigen Zentralsteuerventilen die Bauelemente, die während
der einzelnen Regenerationsphasen die Saugleistung und die Verdrängungs-und Rückspül-
bzw. Waschdurchflußleistungen bestimmen, angepaßt werden. Hierbei ist die Druckabhängigkeit
der betreffenden Saug- bzw. Durchflußleistungen zu berücksichtigen. Die konstruktive
Auslegung der Injektoren, die über einen Druckbereich von 2 bis 10 bar eine gleichbleibende
Saugleistung und ein konstantes Mischungsverhältnis aufweisen sollten, ist sehr
schwierig. Eine optimale Besalzungsleistung ist nur in einem sehr engen Druckbereich
möglich. Beim Wechsel des Betriebsdruckes muß deshalb ein Austausch des Injektortyps
vorgenommen werden, wenn eine echte Optimierung der Arbeitsweise einer Enthärtungsanlage,
im ökologischen und ökonomischen Sinn, vorgenommen werden soll. Um diese Schwierigkeiten
wenigstens zum Teil auszuschalten, werden oft zusätzliche Bauelemente, auch zur
besseren
Beherrschung der Durchflußleistungen von Verdrängungs-, Wasch- und Rückspül-Durchflußblenden,
bei schwankenden Drucken, eingesetzt.
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Es ist üblich, die Dimension des Injektors, der Waschblende und der
Verdrängerblende versuchsweise zu bestimmen, wobei zur Erreichung nahezu gleicher
Bedingungen Durchflußkonstanthalter eingesetzt werden. Durch Temperatur und Härteschwankungen
unterliegen aber die Durchflußkonstanthalter starken Veränderungen der Durchflußcharakteristik.
Bei der Ermittlung der optimalen Werte ist es bei den herkömmlichen Regenerierventilen
erforderlich, den Injektor und/oder die Waschblende und/oder die Verdrängerblende
solange auszutauschen, bis sich optimale Betriebsbedinungen eingestellt haben. Ein
derartiges Vorgehen ist aufwendig und nur in Verbindung mit Durchflußkonstanthaltern
durchführbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zentralsteuerventil
zu schaffen, bei welchem die optimale Dimensionierung des Regenerierventils einfach
ermittelt werden kann und das Regenerierventil zu verschiedenen Arten und Größen
von Betriebsventilen adaptierbar ist und eine optimale Anpassung an beliebig wählbare
Besalzungsgrade sowie an verschiedene Mengen der Austauschermasse ohne Berücksichtigung
des Betriebsdruckes erlaubt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Injektor,
die Verdrängerblende und die Rückspül-Waschblende als von dem Betriebsventil unabhängige
Steuerschieber ausgebildet sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Zentralsteuerventil erfolgt eine Anpassung
an die vorhandenen und geforderten Betriebsbedingungen, indem Steuerschieber, welche
den Injektor, die Waschblende und die Verdrängerblende umfassen, insgesamt ausgetauscht
werden können. Damit kann eine Einstellung an
einem Zentralsteuerventil
erfolgen, ohne daß dabei auch das Betriebsventil ausgewechselt werden muß. Ein Austausch
eines derartigen Steuerschiebers durch einen Steuerschieber mit abgewandelten Größen
kann ohne großen Zeitaufwand und ohne große Sachkenntnis solange erfolgen, bis die
auslegungsgemäße Regenerierleistung erreicht wird.
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ie konstruktive Auslegung, die technische Ausbildung und der erstmalige
bzw. evtl. spätere Anpassungsvorgang (Änderung der Austauschmenge) des als Mehrfach-Funktionselement
ausgebildeten Steuerschiebers ist damit auf ein erreichbares aufwandsmäßiges Minimum
reduziert worden.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist der Steuerschieber über eine Feder
in seine Ausgangsstellung und über die Hauptventil spindel des Betriebsventils in
die verschiedenen Regenerierstellungen überführbar. Insbesondere besteht weder Form-
noch Kraftschluß zwischen der Hauptventilspindel und dem Steuerschieber, so daß
beim Auswechseln keine Verbindungen zu lösen sind. Da das Regenerierventil über
die Hauptventilspindel des Betriebsventils angetrieben wird, erübrigt sich bei der
vorzugsweisen Ausführungsform ein weiteres Stellglied für das Regenerierventil.
Durch Lösen einer an dem Gehäuse aufgeschraubten Kappe und Entnahme der den Steuerschieber
belastenden Feder kann der Steuerschieber aus dem Gehäuse entnommen und gegen einen
anderen Steuerschieber ausgetauscht werden. Nach Einlegen der Feder und Wiederaufschraubung
der Kappe ist das Regenerierventil und damit das Zentralsteuerventil als Kombination
aus Regenerier- und Betriebsventil wieder betriebsbereit. Die Elemente des Steuerschiebers
können aus Kunststoff gefertigt sein, so daß sich eine preisgünstige Herstellungsweise
ergibt und ein Einsatz auch für Säuren und Laugen bei Vollentsalzungsanlagen möglich
ist.
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Die Rückspül-Waschblende ist vorzugsweise an der Außenseite des Injektors
in Form eines Schlitzes und die
Verdrängerblende hinter dem Diffusor
in Form einer Durchgangsöffnung ausgebildet. Zur Abdichtung des Steuerschiebers
gegenüber dem Gehäuse, in welchem der Steuerschieber in seine entsprechenden Regenerierstellungen
verschoben wird, sind für den Steuerschieber vorzugsweise Ringdichtungen vorgesehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse mit dem darin
verschiebbaren Steuerschieber lösbar an dem Betriebsventil angeordnet Um die Arbeitsbedingungen
für das Regenerierventil konstant zu halten, ist in dem Strömungsweg zwischen dem#
Betriebsventil und dem Regenerierventil ein Ventil zur Druckkonstanthaltung angeordnet.
Dieses Ventil ist wie an sich bekannt aufgebaut und weist eine federbelastete Membran
auf, an welcher die in einem Gehäuse verschiebbar geführte Durchflußdüse angeordnet
ist.
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Ferner kann ein Rückflußverhinderer vorgesehen werden, welcher zusammen
mit dem Ventil für die Durchflußkonstanthaltung als von dem Betriebsventil und dem
Steuerschieber unabhängige Einheit ausgebildet sein kann. Durch diese Ausbildung
wird erreicht, daß während der Betriebsphase der Anlage (Enthärtungsphase) keine
Sole in das Wasserversorgungssystem bei dort auftretendem Unterdruck eintreten kann
und daß die Leitung zwischen dem Solebehälter und dem Regenerierventil nicht unter
Druck steht, was aus sicherheitstechnischen Gründen erwünscht ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Wasserenthärtungsanlage,
Fig. 2 ein Regenerierventil und einen Bereich eines Betriebsventils teilweise geschnitten,
Fig.
3 einen Schnitt durch ein Zentralsteuerventil in Betriebsstellung, Fig. 4 das Ventil
nach Fig. 3 in der Stellung während des Besalzens, Fig. 5 das Ventil nach Fig. 3
in der Stellung während des Verdrängens und Fig. 6 das Ventil nach Fig. 3 in der
Stellung während des Rückspülens und Auswaschens.
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Die in Fig. 1 gezeigte Wasserenthärtungsanlage umfaßt einen Druckbehälter
10 als Aufbereitungsbehälter, in den eine Austauschermasse 12 eingefüllt ist. Am
Kopfende des Druckbehälters 10 ist ein Zentralsteuerventil 14 angeordnet, das Anschlüsse
für eine Rohwasserleitung 16, eine Brauch-oder Weichwasserleitung 18, eine Regeneriermittel-
oder Soleleitung 20, eine Anschlußleitung 22 zu dem unteren Bereich des Druckbehälters
10 sowie eine zu einem Kanal führende Leitung 36 aufweist.
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Außerdem umfaßt die Wasserenthärtungsanlage einen Vorratsbehälter
24 für Regeneriermittel 26. Das Regeneriermittel 26 ist eine Lösung aus einem im
Vorratsbehälter 24 ebenfalls gelagerten Regeneriersalz 28 mit Wasser, das über die
Leitung 20 zugeführt wird. Ein Höhenstandsabgrenzungsventil bekannter Art ist im
Vorratsbehälter 24 vorgesehen, und umfaßt einen Schwimmer 32 und ein Fußventil 34.
In der Brauchwasserleitung kann ein Wassermengenzähler vorgesehen werden. Die Wasserenthärtungsanlage
weist eine Programmsteuerung 42 auf, die entweder als Zeitsteuerung arbeitet oder
die über elektrische Leitungen mit dem Wasserzähler und dem Zentralsteuerventil
14 verbunden ist.
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Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch ein Zentralsteuerventil
14, welches aus einem Betriebsventil 0 und einem Regenerierventil 52 besteht. In
dem Betriebsventil 50 sind die Rohwasserleitung 16 und die Brauch- oder Weichwasserleitung
18 sowie die Anschlußleitung 22, die in den
nicht dargestellten
Druckbehälter 10 führt, angedeutet.
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In dem Betriebsventil 50 ist eine Zentralventilspindel 54 verschiebbar
geführt, an welcher Dichtscheiben zur Steuerung des Rohwasser- und Brauchwasserstromes
angeordnet sind. Die Funktionsweise der Hauptventilspindel 54 und deren Antrieb
ist in den Fig. 3 bis 6 dargestellt und wird dort näher erläutert.
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Das Regenerierventil 52 weist ein Gehäuse 56 auf, welches lösbar an
einem Gehäuse 58 des Betriebsventils befestigt ist. In dem Gehäuse 56 sind die Strömungswege
für das Rohwasser ausgebildet, welches während des Besalzens, des Verdrängens und
des Rückspülens und Auswaschens durch das Regenerierventil 52 geleitet wird.
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In einem zylindrischen Mantel 60 ist ein Steuerschieber 62 verschiebbar
gelagert, an welchem ein Injektor 64, eine Waschblende 66 sowie eine Verdrängerblende
68 ausgebildet sind. Der Steuerschieber 62 stützt sich mit einem Ende 70 gegen eine
Platte 72 ab, welche durch eine Feder 74 belastet ist, die von einer aufschraubbaren
Kappe 76 in dem Gehäuse 56 gehalten wird. Der Injektor 64 weist eine Treibdüse 80,
eine Mischkammer 82 sowie einen Diffusor 84 auf. Durch Verschieben des SxuBstites
62 gegen den Druck der Feder 74 kann die Mischkammer 82 mit einem Ansatzstück 86
verbunden werden, an welches die Leitung 20 angeschlossen ist, die zur Sole führt.
Gleichzeitig damit wird die Treibdüse 80 mit der Kammer 88 in dem Gehäuse 56 verbunden,
durch welche Brauchwasser zum Betrieb des Injektors zugeführt wird. In dem zylindrischen
Mantel 60 sind Durchgangsöffnungen 90 und 92 vorgesehen, deren Funktion anhand der
Fig. 3 bis 6 erläutert wird. Dichtringe 94, 96, 98, 100, 102 und 104 sind an der
Außenfläche des Seu<sdi s 62 angeordnet und schließen je nach Stellung des Sæustib3s
in dem zylindrischen Mantel 60 die zur Durchführung der nachstehend geschilderten
Funktionen
errcrderlichen Räume ab bzw. geben wie entsprechencen urcqne frei. Der zylindrische
Mantel 60 sowie der Steurschieher 62 können aus verschiedenen Teilen bestehen, die
beispifelsweise aus einem Kunststoffrnaterial ausgebildet und über Kleben, Ultraschallschweißung
oder dgl. miteinander verbunden sind.
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In dem Strömungsweg zwischen dem Betriebsventil und dem Regenerierventil
ist ein Druckkonstanthalter 110 an sich bekannter Bauart vorgesehen, welcher aus
einem zylindrischen Rohrstück 112 ;>: besteht, in dem ein über eine Feder 114
belasteter Kolben 116 verschiebbar ist. Durch Öffnungen 118 strömendes Wasser tritt
zwischen dem offenen Ende des zylindrischen Stückes 112 und einer an dem Kolben
116 angeordneten Platte 120 in die Kammer 88. Je größer der Druck in der Kammer
88, desto geringer wird die Öffnung, durch welche das Wasser austreten kann, da
der Druck gegen eine Membran 122 drückt, die gegen die Kraft der Feder 114 verschoben
wird.
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Um zu verhindern, daß während der Betriebsphase der Anlage (Enthärtungsphase)
Sole in das Wasserversorgungssystem bei dort evtl. auftretendem Unterdruck eintreten
kann und daß die Leitung zwischen dem Solebehälter und dem Regenerierventil nicht
unter Druck steht, ist ein Rückflußverhinderer 111 vorgesehen.
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In den Fig. 3 bis 6 ist die Wirkungsweise des Zentralsteuerventils
dargestellt.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Stellung der Hauptventilspindel 54, welche
über eine Kurbelschleife 130 mit einem Stellmotor 132 verbunden ist, ist keine Verbindung
zu dem Steuerschieber 62 in dem Regenerierventil 52 vorhanden . Das Regenerierventil
ist damit in seiner Ruhelage. Durch die Leitung 15 zu dem Zentralsteuerventil geführtes
Rohwasser
strömt um die Hauptventilspindel 54 in einen an der Oberseite
des Druckbehälters 10 angeordneten Ringraum 13o, aus welchem es in die Austauschermasse
12 in dem Druckbehälter 10 eintritt. In dem unteren Bereich des Druckbehälters 10
strömt das nunmehr weiche Wasser in die Anschlußleitung 22, aus welcher das Brauch-
oder Weichwasser durch das Betriebsventil in die Brauch- oder Weichwasserleitung
18 strömt. Durch die Dichtungen 136 und 138 ist die Verbindung zwischen dem Rohwasser
und dem Brauchwasser unterbrochen und durch die Dichtung 140 ist die Verbindung
zu der zu dem Kanal führenden Leitung 36 blockiert. Eine weitere Dichtung 142 an
der Hauptventilspindel 54 ist in dieser Stellung der Hauptventilspindel ohne Funktion.
Die Führung des Rohwassers und des Brauch- oder Weichwassers ist in der Figur durch
die unterbrochene Linie 142 bzw. 144 dargestellt.
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Fig. 4 zeigt das Zentralsteuerventil in der Stellung, in welcher ein
Besalzen der Austauschermasse 12 erfolgt. Da in dieser Stellung aber auf jeden Fall
die Wasserversorgung gewährleistet sein muß, ist die Hauptventilspindel 54 in eine
Stellung verschoben, in welcher ein Kurzschluß zwischen der Rohwasserleitung 16
und der Brauchwasserleitung 18 erfolgt. Der Strömungsweg des Wassers in dem Betriebsventil
ist durch die unterbrochene Linie 150 dargestellt. Die Dichtringe oder Dichtscheiben
136 und 138 sind in einer Stellung, in welcher die Verbindung der Brauchwasserleitung
18 zu der Anschlußleitung 22 unterbrochen ist. Ein Teil des durch die Leitung 16
eingeführten Rohwassers strömt durch den Druckkonstanthalter 110 in die Kammer 88
des Regenerierventils und von dort in die Treibdüse 80 des Injektors 64. Bei der
Verschiebung der Hauptventilspindel 54 trifft diese mit ihrem freien Ende auf das
freie Ende des Steurschiebers 62 und verschiebttlesen gegen diB Kraft der Feder
74. Dadurch wird zum einen die verbindung (ler rreibdüse 80 mit der Kammer 88 und
zum anderen ßine #rhjndune der Leitung 20 mit der Mischkammer 82 des injektors J
hergestellt. Durch diese Leitung 20 wird infolge des aus
der Treibdüse
80 strömenden Wassers Sole eingesaugt , welche vermischt mit dem Treibwasser in
den Diffusor des Injektors strömt und von dort auf dem durch die Linie 152 angedeuteten
Weg in das Betriebsventil 50. Von dem Betriebsventil 50 gelangt die mit Wasser vermischte
Sole in die Anschlußleitung 22, um aus dieser im unteren Bereich des Druckbehälters
10 in die Harzmasse 12 einzutreten und diese von unten nach oben zu besalzen. Durch
die verdünnte Sole wird Kalzium und Magnesium aus dem Harzbett der Austauschermasse
12 ausgewaschen und gelangt im oberen Bereich des Druckbehälters 10 durch den Ringraum
134 in das Betriebsventil, aus welchem es durch die Leitung 36 in den Kanal abgeleitet
wird.
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Wenn genügend Sole zur Regenerierung der Austauschermasse in den Druckbehälter
10 eingeleitet worden ist, wird die Hauptventilspindel 54 weiter in Richtung des
Regenerierventils verschoben, so daß sich die in Fig. 5 gezeigteStellung von Hauptventilspindel
54 und Steuerschieber 62 des Regenerierventils einstellt. In dieser Stellung erfolgt
wiederum ein Kurzschluß zwischen der Rohwasserleitung 16 und der Brauchwasserleitung
18, so daß die Wasserversorgung mit nicht enthärtetem Wasser gewährleistet ist.
Der Strömungsweg ist wiederum durch die gestrichelte Linie 150 dargestellt. Die
Abdichtungen der Dichtringe oder Dichtscheiben an der Hauptventilspindel 54 sind
die gleichen wie in der in Fig. 4 gezeigten Stellung.
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Durch die weitere Verschiebung der Hauptventilspindel 54 ist aber
gleichzeitig eine weitere Verschiebung des Steuerschiebers 62 in dem Regenerierventil
entgegen die Kraft der Feder 74 erfolgt, so daß das durch den Druckkonstanthalter
110 in die Kammer 88 strömende Wasser vorwiegend nach der Treibdüse in die Mischkammer
des Injektors 64 und von dort durch den Diffusor strömt. Gleichzeitig kann dabei
Wasser in die Leitung 20 einströmen, so daß dem Solebehälter Wasser zugeführt wird,
um für einen nächsten Besalzungsvorgang einen Vorrat an Sole zu liefern. Aus dem
Diffuser strömendes Wasser gelangt in das Betriebsventil 50 und von dort in
die
Anscnlui31eitung 22, um aus dieser im unteren Bereich des Behälters i0 in die Austauschermasse
12 auszutreten und aus dieser die aus der Besalzung herrührende Sole zu verdrängen.
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und durch die Leitung 36 in den Kanal auszutreiben. Die Austauschermasse
wird auch während dieser Verdrängungsphase nicht aufgewirbelt .1 In Fig. 6 ist das
Zentralsteuerventil in der Stellung gezeigt, in welcher ein Rückspülen und Auswaschen
der Austauschermasse 12 in dem Druckbehälter 10 erfolgt. Die Hauptventil spindel
54 ist dabei weiter in Richtung des Regenerierventils verschoben, wobei aber der
Kurzschluß zwischen der Rohwasserleitung 16 und der Brauchwasserleitung 13 um die
Hauptventilspindel 54 herum aufrechterhalten bleibt. Der Strömungsweg des Wassers
in dem Betriebsventil ist wiederum durch die Linie 150 angedeutet. In dieser Stellung
des Steuerschiebers 62 ist die Dichtung 98 soweit verschoben, daß das durch den
Druckkonstanthalter 110 in die Kammer 88 strömende Wasser durch die Waschblende
66 um den Injektor herum strömt. Aus dem Regenerierventil gelangt das Waschwasser
in das Betriebsventil und von dort in die Anschlußleitung 22, um aus dieser im unteren
Bereich des Behälters 10 in die Austauschermasse 12 einzuströmen. Durch den Ringraum
134 gelangt das am Anfang nur noch leicht versalzene und anschließend einwandfreie
Weichwasser zurück in das Betriebsventil 50 und wird aus diesem durch die Leitung
36 in den Kanal abgeleitet. Gleichzeitig wird noch ein Teil des Wassers durch die
Leitung 20 zur Sole geleitet, solange das Höhenstandsbegrenzungsventil noch nicht
geschlossen ist. Wenn genügend Waschwasser durch den Druckbehälter 10 geleitet worden
ist und in den Ringraum nur noch weiches einwandfreies Wasser eintritt, wird die
Hauptventilspindel 54 über den Antriebsmotor 132 betätigt, so daß die Hauptventilspindel
54 in Richtung von dem Regenerierventil 52 weggezogen wird, wobei gleichzeitig der
Steuersd#ieber 62 in dem Regenerierventil durch die Kraft der Feder 74 in die in
Fig. 3 gezeigte
Stellung'verschoben wird. In dieser Stellung ist
das Regenerierventil wieder inaktiv und aus der Leitung 16 eintretendes Rohwasser
wird durch den Ringraum 134 im oberen Bereich des Druckbehälters 10 in die Austauschermasse
eingeleitet, um am Boden des Druckbehälters in die Anschlußleitung 22 einzutreten,
um von dort durch das Betriebsventil in die Weichwasserleitung 18 geleitet zu werden.
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In den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Stellungen des Steuerschiebers
62 in dem Regenerierventil 52 strömt Wasser durch die Verdrängerblende 68 in das
Betriebsventil 50. Die Dimension dieser Verdrängerblende 68 ist derart gewählt,
daß ein vollständiges Verdrängen der Sole aus der Austauschermasse erfolgt. In der
in Fig. 6 gezeigten Stellung gelangt der überwiegende Teil des Wassers aus der Kammer
88 durch die Waschblende 66, um ein schnelles Auswaschen und eine Aufwirbelung (Rückspülung)
der Austauschermasse 12 in dem Druckbehälter 10 zu bewirken. Um ein Zentralsteuerventil
auf die gegebenen Bedingungen einstellen zu können ist es nicht erforderlich, das
ganze Zentralsteuerventil auszutauschen oder Manipulationen an mehreren Stellen
in dem Zentralsteuerventil vorzunehmen, sondern es ist ausreichend, den Steuerschieber,
an welchen der Injektor, die Waschblende und die Verdrängerblende ausgebildet sind,
aus dem Regenerierventil herauszunehmen und durch einen Steuerschieber mit andgs
dimensioniertem Injektor, Waschblende und Verdrängerblende auszutauschen. Dieser
Vorgang ist schnell und einfach durchzuführen und erfordert keine besonderen fachmännischen
Kenntnisse. Da nur ein verhältnismäßig kleines Teil ausgewechselt wird, kann eine
Anpassung ohne grossen Zeitaufwand und ohne Gefahr einer falschen Kombination der
einzelnen Strömungselemente durchgeführt werden.
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Abweichend von der gezeigten Ausführungsform kann das Regenerierventil
auch direkt von einem elektromotorischen oder hydraulischen Positionierungsantrieb
betätigt werden, wobei das Betriebsventil aus beliebigen anderen Einzelventilen
bekannter Bauart gebildet werden kann, vorzugsweise aus direkt oder vorgesteuerten
Magnetventilen.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Zentralsteuerventils liegt
der Vorteil der Kombination eines Regenerierventils mit einem Betriebsventil zu
einer Zentralsteuerventil-Einheit auch in der größenmäßigen Erweiterbarkeit des
Betriebsventils unter Beibehaltung des gleichen Regenerierventils.