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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei Ventilen und Ventilsystemen
sowie in Bezug auf Ventile und Ventilsysteme zur Verwendung bei
der Steuerung des Flusses von Fluiden.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Besonderen auf Verbesserungen
in Bezug auf Ventile und Ventilsysteme, wobei ein Ventil verwendet wird,
um den Fluidfluss zwischen Hoch- und Niederdruck-Fluidsystemen zu
steuern.
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Im
Allgemeinen kann das Fluid eine Flüssigkeit sein. Jedoch sollte
dies nicht als einschränkend angesehen
werden, da die vorliegende Erfindung auch verwendet werden kann,
um den Fluss anderer Fluide, wie zum Beispiele Gase, zu regeln.
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Ventile,
die den Fluidfluss zwischen Hochdruck- und Niederdruck-Fluidsystemen
regeln, sind bekannt,
US 5682918 ist
ein Beispiel für
ein bekanntes Drucksteuerventil, das ein druckempfindliches Element
verwendet.
EP 351258 ist
ein Beispiel eines Verfahrens des Betreibens einer Drucksteuerventilbaugruppe,
um Hochdruckeinlassfluss in ein Niederdrucksystem zu regeln. Jedoch
weisen die bekannten Ventile alle eine Reihe von Nachteilen auf.
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Ein
Ventiltyp, der verwendet wird, um den Druck zwischen einen Hochdruck-
und Niederdruck-Fluidsystem zu regeln, ist das Druckminder- oder
Druckausgleichsventil, wie etwa das AJAX-Ventil. Dieser Ventiltyp
wird für
gewöhnlich
verwendet, um den Fluss von Hochdruck-(„HD") Speisewasser (im Allgemeinen in der
Größenordnung
von 20–100 PSI)
zu regeln, wenn er in einen Niederdruck- („ND") Heißwasserspeicherzylinder (der
im Allgemeinen einen maximalen Innendruckschwellenwert von ungefähr 10 PSI)
aufweist, eintritt.
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In 1 wird
ein typisches Standard-Druckminderventil des Standes der Technik,
das durch Pfeil 1 allgemein angezeigt wird, gezeigt. Das
Ventil hat einen Ventilkörper 2,
einen HD-Einlass 3, der mit einem Wasserversorgungsnetz
(nicht gezeigt) verbunden ist, und einen ND-Auslass 4,
der mit einem Niederdruck-Heißwasserspeicherzylinder
(nicht gezeigt) verbunden ist. Das Ventil hat außerdem eine Gummimembran 5,
die über
eine Halterung 6 an einer Gummidichtung 7 befestigt
ist. Die Membran 5 ist ebenfalls an einer Feder 8 befestigt,
deren Federkraft einstellbar ist.
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Die
Gummimembran 5 ist empfindlich gegenüber Druckänderungen innerhalb des Heißwasserzylinders
(„ND-Fluidsystem") und verformt sich entweder
in Richtung von Pfeil A, wenn ein Druckanstieg in dem ND-Fluidsystem
vorliegt, oder verformt sich in Richtung von Pfeil B, wenn ein Druckabfall
in dem ND-Fluidsystem vorliegt.
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Die
Empfindlichkeit der Gummimembran 5 gegenüber Druckänderungen
innerhalb des ND-Fluidsystems kann durch Verändern der Federkraft der Feder 8 eingestellt
werden.
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Wenn
das Ventil 1 sich in Verwendung befindet, während sich
in dem ND-Fluidsystem
Druck aufbaut, dann veranlasst dies Dichtung 7, sich ebenfalls in
Richtung A zu bewegen und in Kontakt mit einem Ventilsitz 9 zu
kommen, um die Wasserzufuhr von Einlass 3 abzudrehen. Umgekehrt,
wenn der Druck innerhalb des ND-Fluidsystems sich verringert, dann bewegen
sich die Membran und die Dichtung in die Richtung von Pfeil B, was
dazu führt,
dass Wasser in das ND-Fluidsystem eintritt.
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Jedoch
hat dieser Ventiltyp eine Reihe von Nachteilen.
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Ein
Nachteil derartiger Ventile ist, dass die Abdichtung zwischen der
Dichtung 7 und Ventilsitz 9 anfällig dafür ist, dass
sie aufgrund von kleinen Partikeln beeinträchtigt wird, die entweder die
Dichtungsoberfläche
beschädigen
oder blockieren. Somit kann dieser Nachteil zu einem konstanten
Fluss von Wasser in das ND-Fluidsystem führen.
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Ein
weiterer Nachteil bei derartigen Ventilen ist, dass eine schlechte
Ventilkonstruktion dazu führen
kann, dass die Dichtung 7 nicht genau in Ausrichtung mit
dem Sitz 9 ist, wodurch HD-Wasser effektiv an dem Ventil
vorbeifließen
kann und unkontrolliert in das ND-Fluidsystem eindringen kann.
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Ein
weiterer Nachteil bei diesem Ventiltyp ist, dass wenn die Empfindlichkeit
der Gummimembran 5 nicht genau eingestellt ist, HD-Wasser
wieder effektiv an dem Ventil vorbeifließen kann und in das ND-System
eindringen kann.
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Ein
weiterer Nachteil bei derartigen Ventilen ist, dass, wenn ein Druckanstieg
in dem Speisewasserversorgungsnetz vorliegt, dieser Anstieg ausreichend
sein kann, um die über
die Membran auf die Dichtung ausgeübte Kraft zu überwinden,
so dass HD-Wasser
unkontrolliert in das ND-Fluidsystem eindringen kann.
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Zusätzlich zu
den obigen Nachteilen kann die Verwendung von Standard-Druckminder- oder Druckausgleichsventilen,
wie unter Bezug auf 1 beschrieben, in kommerziellen
oder Haushalt-Heißwassersystemen
einen Reihe von weiteren Problemen hervorrufen.
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Der
oben erwähnte
Ventiltyp erfordert aufgrund seiner Konstruktion, dass ein Heißwasserzylinder
mit einem Entlüftungsrohr
ausgestattet wird. Das Vorhandensein eines Entlüftungsrohrs ruft eine Reihe
von Problemen hervor, die folgendes einschließen:
- – Den Aufwand,
den es bedeutet, ein Loch durch die Abdeckung und einen Anschluss
für das
Entlüftungsrohr
zu schaffen.
- – Einrohrzirkulation
in dem Entlüftungsrohr,
die durch Thermosyphonieren hervorgerufen wird, was zu kontinuierlichem
Energieverlust führt,
da das heiße
Wasser, das in dem Entlüftungsrohr
abkühlt,
in dem Heißwasserzylinder
wieder erwärmt werden
muss.
- – Risse
in Heißwasserzylindern,
die durch gefrorene Entlüftungsrohre
verursacht werden, die zu überfluteten
Gebäuden
und teuren Reparaturen führen.
Zusätzlich
kann dieses Problem auch dazu führen,
dass die Gefahr eines Stromschlags erhöht ist.
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Ein
weiterer Nachteile, der bei diesem Ventiltyp auftritt, ist dass
der Durchmesser der Einlassöffnung
des Hochdrucksystems verringert werden muss, damit der Druck des
ND-Fluidsystems, durch die Membran verstärkt, den Druck des Fluids an
dem HD-Einlass ausgleichen kann. Als Ergebnis weist der Wasserdruck
dieses Heißwassersystems
einen schlechten Fließdruck
an den meisten Auslässen auf.
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Ein
weiterer Typ eines Druckminderventils, das dieselben Nachteile wie
oben beschrieben aufweist, wird in NZ 153402/154210 offenbart. Das
in dieser Spezifikation offenbarte Ventil verwendet eine elastische
Muffe, die empfindlich gegenüber Druckänderungen
in einem ND-Fluidsystem ist, um zu bewirken, dass ein Ventilkopf
auf eine Kontaktstelle oder von ihr weg an einem Ventilsitz gebracht
wird, der sich an dem Ende eines Hochdruckfluideinlasses befindet.
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen
Probleme anzugehen oder wenigstens der Allgemeinheit mit einer nützlichen
Wahl auszustatten.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden
Beschreibung ersichtlich, die lediglich als Beispiel dienen soll.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ventilbaugruppe bereitgestellt,
die folgendes einschließt:
- – wenigstens
einen Ventilkanal
- – wenigstens
einen Fluideinlass; und
- – einen
Auslass für
Verbindung mit einem Fluidsystem;
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilbaugruppe ein druckempfindliches Element einschließt, das
mit dem Auslass verbunden ist, sodass die Stellung des druckempfindlichen
Elements als Antwort auf Druckänderungen
innerhalb des Fluidsystems verändert
werden kann, wobei das Ventil so konfiguriert ist, dass die Änderungen
in der Stellung des druckempfindlichen Elements bewirken, dass sich
der Einlass und Ventilkanal entweder in oder aus Ausrichtung miteinander
bewegen. Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ventilbaugruppe
bereitgestellt, die im Wesentlichen wie oben beschrieben ist, wobei
die Ventilbaugruppe einen Entlastungsauslass einschließt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ventilbaugruppe
bereitgestellt, die im wesentlichen wie oben beschrieben ist, wobei
die Ventilbaugruppe einen Entlastungsauslass einschließt, dadurch
gekennzeichnet dass die Ventilbaugruppe so konfiguriert ist, dass
die Stellung des druckempfindlichen Elements sich in einem Ausmaß verändern wird,
der es ermöglicht,
dass das Element den Entlastungsauslass und Ventilkanal in Ausrichtung
zueinander bewegt, wenn ein vorbestimmter Druckgrenzwert erreicht
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ventilbaugruppe
bereitgestellt, wobei die Ventilbaugruppe („Mod Assembly") folgendes einschließt:
- a) wenigstens einen Ventilkanal;
- b) eine erste Öffnung;
- c) eine oder mehrere zweite Öffnung/en;
- d) eine oder mehrere dritte Öffnung/en;
- e) ein druckempfindliches Element,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilbaugruppe derart konfiguriert ist, das die Stellung
des druckempfindlichen Elements lediglich als Antwort auf Druckänderungen
innerhalb eines Fluidsystems verändert
werden kann, mit dem die erste Öffnung
verbunden ist, wobei die Änderungen
in der Stellung des druckempfindlichen Elements den Ventilkanal
veranlassen, sich entweder in oder aus Ausrichtung mit der zweiten
oder dritten Öffnung
zu bewegen, so dass der Ventilkanal in jede der folgenden Stellungen
bewegbar ist: - i) wenigstens teilweise mit der/den
zweiten Öffnung/en
ausgerichtet, aber nicht mit der/den dritten Öffnung/en; oder
- ii) wenigstens teilweise mit der/den dritten Öffnung/en
ausgerichtet, aber nicht mit der/den zweiten Öffnung/en; oder
- iii) weder mit den zweiten (9, 3) noch den
dritten Öffnungen
ausgerichtet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein Verfahren für das Betreiben
einer Ventilbaugruppe bereitgestellt, die mit einem Hochdruckeinlass
eines Fluidsystems von relativ niedrigem Druck verbunden ist, um
den Einlassfluss in das System zu regeln, wobei das Verfahren durch
die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- a)
Verwenden eines druckempfindlichen Elements, um wenigstens einen
Ventilkanal und Fluideinlass zu bewegen, entweder in oder aus Ausrichtung
zueinander, wenn der Druck innerhalb des Fluidsystems ansteigt oder
abfällt.
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein im Wesentlichen
wie oben beschriebenes Verfahren bereitgestellt, das durch folgenden
zusätzlichen
Schritt gekennzeichnet ist:
- b) Verwenden des druckempfindlichen Elements um den Ventilkanal/die
Ventilkanäle
und wenigstens einen Entlastungsauslass in Ausrichtung zueinander
zu bewegen, wenn ein vorbestimmter Druckgrenzwert erreicht ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein Verfahren für das Betreiben
einer Ventilbaugruppe, die über
eine erste Öffnung
mit eine Fluidsystem verbunden ist, um Über- und Unterdrucksituationen
innerhalb des Systems über
ein druckempfindliches Element zu regeln, wobei das Verfahren durch
die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- a)
Bewegen des Ventilkanals/der Ventilkanäle und der zweiten Öffnung/en
in wenigstens teilweise Ausrichtung miteinander, oder
- b) Bewegen des Ventilkanals/der Ventilkanäle und der dritten Öffnung/en
in wenigstens teilweise Ausrichtung miteinander, oder
- c) Bewegen von einem Ventilkanal oder mehreren Ventilkanälen, so
dass sie weder mit den zweiten noch mit den driften Öffnungen
ausgerichtet sind.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in Bezug auf
Ventile und Ventilsysteme, wobei ein Ventil im Allgemeinen verwendet wird,
um entweder den Fluidfluss zwischen Fluidsystemen mit relativ hohem
und niedrigem Druck zu steuern und/oder den Druck innerhalb eines
Fluidsystems zu regeln.
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Im
Allgemeinen kann das Fluid eine Flüssigkeit sein. Jedoch sollte
dies nicht als einschränkend angesehen
werden, da die vorliegende Erfindung auch verwendet werden kann,
um den Fluss anderer Fluide, wie zum Beispiele Gase, zu regeln.
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Die
Ventilkanäle
kann/können
entweder dieselbe Öffnung/dieselben Öffnungen
innerhalb der Ventilbaugruppe sein, die geeignet zu ermöglichen, dass
Fluid entweder in die Ventilbaugruppe eindringt und/oder aus ihr
austritt.
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Der
Einlass der Ventilbaugruppe in einigen Ausführungsformen kann seinerseits
mit dem Endstück
einer Rohrleitung, welche Fluid von einer Hochdruck-(„HD") Fluidzufuhr transportiert,
verbunden sein.
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Jedoch
kann in bevorzugten Ausführungsformen
der Einlass der Ventilbaugruppe ein Öffnung innerhalb der Ventilbaugruppe
sein, die nicht direkt an der Stelle angeordnet ist, an der das
Ventil mit der Rohrleitung verbunden ist, die das Fluid von einer HD-Fluidzufuhr transportiert.
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Der
Auslass in bevorzugten Ausführungsformen
kann ein Öffnung
in der Ventilbaugruppe sein, die es Fluid ermöglicht, aus der Ventilbaugruppe
auszutreten und in ein Niederdruck- („ND") Fluidsystem einzutreten. Jedoch kann über diese Öffnung,
wenn der Druck in dem ND-Fluidsystem steigt, Fluid aus dem ND-Fluidsystem in die
Ventilbaugruppe eintreten.
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Im
Allgemeinen kann der Auslass mit einer Rohrleitung verbunden sein,
die zu dem ND-Fluidsystem führt.
Jedoch sollte dies nicht als den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
einschränkend angesehen
werden.
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Es
ist vorgesehen, dass das druckempfindliche Element in einer Vielzahl
von verschiedenen Formen vorliegen kann und aus einer Vielzahl verschiedener
Materialien bestehen kann.
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Im
Allgemeinen sollten die Form, Konfiguration und/oder Materialen
aus denen das druckempfindliche Element besteht es ermöglichen,
dass sich die Stellung des druckempfindlichen Elements als Antwort
auf Druckänderungen
verändert.
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Das
druckempfindliche Element kann aus einem im Wesentlichen elastischen
Material bestehen.
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In
bevorzugten Ausführungsformen,
kann das druckempfindliche Element aus Gummi oder anderen Verbindungen
mit ähnlichen
Eigenschaften bestehen.
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In
einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann das druckempfindliche Element in
seiner Form/Konfiguration einem Ballon oder beweglichen gewellten
Balg ähneln.
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In
einigen anderen Ausführungsformen
kann das druckempfindliche Element die Form eines im Wesentlichen
gestreckten Hohlzylinders oder andere ähnliche Form haben.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
kann das druckempfindliche Element in Form einer Membran vorliegen.
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Jedoch
sollte Fachleuten ersichtlich sein, dass das druckempfindliche Element
auch andere Formen/Konfigurationen aufweisen kann und/oder aus anderen
Materialien bestehen kann ohne dass von dem Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung abgewichen wird.
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In
einigen Ausführungsformen
verändert
die Änderung
der Stellung des druckempfindlichen Elements unter Druckanstieg
oder Druckabfall die Länge des
druckempfindlichen Elements.
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In
derartigen Ausführungsformen
kann das druckempfindliche Element in einem starren Gehäuse angeordnet
sein, um sicherzustellen, dass eine Druckänderung zu einer Änderung
in der Länge
des druckempfindlichen Elements führt, um jegliche seitliche
Ausdehnung des Elements zu minimieren.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
kann der Oberflächenbereich
des druckempfindlichen Elements als Antwort auf Druckänderungen
in dem ND-System zunehmen oder abnehmen.
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Es
ist vorgesehen, dass das druckempfindliche Element mit dem Auslass
auf eine Vielzahl von verschiedenen Arten verbunden ist, ohne dass
von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
kann sich das PSM (druckempfindliches Element, pressure sensitive
member) in einer Ventilkammer befinden, mit der der Auslass verbunden
ist.
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In
einigen Ausführungsformen,
wo sich die Länge
des druckempfindlichen Elements ändert, kann
das druckempfindliche Element an einem unteren Ventilkörper angebracht
sein, wobei dieser untere Ventilkörper den Auslass einschließt.
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Der
Ventilkanal kann eine Vielzahl von verschiedenen Konfigurationen
haben, ohne dass von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
abgewichen wird.
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Im
Allgemeinen kann der Ventilkanal sich in dem Ventilkopf befinden.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
kann wenigstens die Dichtungsfläche
des Ventilkopfs aus keramischem oder ähnlichem Material bestehen,
und die Außenfläche des
Fluideinlasses, die an der Dichtungsfläche des Ventilkopfs anliegt
kann ebenfalls aus keramischem oder ähnlichem Material bestehen.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
kann der Ventilkopf eine Scheibenform aus einem keramischen oder ähnlichen
Material aufweisen. In derartigen Ausführungsformen können sich
der Fluideinlass/die Fluideinlässe
ebenfalls in einer Keramikscheibe befinden.
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In
den meisten Ausführungsformen,
wo sich die Länge
des druckempfindlichen Elements ändert, kann
der Umfang der Dichtungsfläche
des Ventilkopfs von einem aus keramischem Material bestehenden Abschnitt
des Ventilkörpers
eingeschlossen sein. Dieser Abschnitt des Ventilkörpers entspricht
im Wesentlichen der Form und den Ausmaßen des Umfangs des Ventilkopfes.
Dadurch wird es dem Ventilkopf ermöglicht, sich relativ zum umgebenden
keramischen Material in einer fluiddichten Weise zu bewegen. In
derartigen Ausführungsformen
kann der Ventilkopf im Allgemeinen die Form eines Stößels haben.
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Fachleuten
sollte ersichtlich sein, dass der Ventilkopf und die Einlassaußenfläche aus
anderen Materialien bestehen können,
vorausgesetzt, dass der Ventilkopf und die Außenfläche des Fluideinlasses sich
relativ zueinander auf fluiddichte Weise bewegen können.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
bewegen sich der Ventilkanal/die Ventilkanäle im Wesentlichen seitlich
relativ zu dem Einlass und der Richtung des Fluidflusses durch den
Einlass der Ventilbaugruppe.
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Der
Anmelder hat gefunden, dass der durch die seitliche Bewegung des
Kanals bereitgestellte Vorteil der ist, dass er eine positives An/Aus
ermöglicht,
wenn der Kanal in die oder aus der Ausrichtung mit dem Fluideinlass
bewegt wird.
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In
allen bevorzugten Ausführungsformen ändert sich
die Stellung des druckempfindlichen Elements als ein Ergebnis von
Druckänderungen,
die innerhalb des ND-Fluidsystems auftreten, mit dem der Auslass
der Ventilbaugruppe verbunden ist.
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In
einer Ausführungsform
nimmt die Größe des druckempfindlichen
Elements ab, wenn der Druck in dem ND-Fluidsystem abfällt, und
umgekehrt nimmt sie zu, wenn der Druck innerhalb des ND-Systems
ansteigt.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
ist die Konstruktion der Ventilbaugruppe derart, dass der Ventilkanal
und Einlass durch das druckempfindliche Element in Ausrichtung zueinander
bewegt werden können,
wenn der Druck in dem ND-Fluidsystems
unter einen vorbestimmten Druck fällt. Umgekehrt werden der Ventilkanal
und Einlass durch das druckempfindliche Element aus der Ausrichtung
bewegt, wenn der Druck in dem ND-Fluidsystem über einen vorbestimmten Druck
steigt.
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Es
ist vorgesehen, dass die Empfindlichkeit des druckempfindlichen
Elements über
den Maximaldruck des ND-Fluidsystems geregelt wird, den die Ventilbaugruppe
regelt.
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Sobald
der Ventilkanal und der Einlass nicht mehr in Ausrichtung sind,
sollte der Druck in dem ND-Fluidsystem über einen vorbestimmten maximalen
Druckgrenzwert ansteigen, kann überschüssiges Fluid
aus der Ventilbaugruppe freigesetzt werden um den Druckaufbau in
dem ND-Fluidsystem zu entlasten.
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Es
ist vorgesehen, dass die Druckentlastung von innerhalb des ND-Fluidsystems
aus in einer Vielzahl von verschiedenen Arten auftreten kann.
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In
einigen Ausführungsformen
kann die Ventilbaugruppe ein federbelastetes Entlastungsventil einschließen, das
sich öffnet
wenn der Druck innerhalb der Ventilbaugruppe einen vorbestimmten
maximalen Druckgrenzwert erreicht, um so den Druck in dem ND-Fluidsystem
zu entlasten.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
veranlasst der kontinuierliche Druckaufbau bis hin zu dem maximalen
Druckgrenzwert in dem ND-Fluidsystem eine weitere Änderung
der Stellung des druckempfindlichen Elements, so dass der Ventilkanal/die
Ventilkanäle
in Ausrichtung mit einem Entlastungsauslass gebracht werden können. Dadurch
kann Fluid aus der Ventilbaugruppe austreten um zur Druckentlastung
innerhalb des ND-FLuidsystems beizutragen.
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Es
ist vorgesehen, dass eine Vielzahl von verschiedenen Arten vorliegen
kann, über
welche Änderungen
in der Stellung des druckempfindlichen Elements den Ventilkanal/die
Ventilkanäle
und den Einlass/die Einlässe
veranlassen können,
sich in oder aus Ausrichtung zueinander zu bewegen.
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In
einigen Ausführungsformen
kann die zunehmende oder abnehmende Länge des druckempfindlichen
Elements es oder einen anderen Teil der Ventilbaugruppe dazu veranlassen,
in Kontakt mit wenigstens einem Schalter zu treten, der wenigstens einen
Magneten aktiviert, der dann den Ventilkanal/die Ventilkanäle entweder
in oder aus Ausrichtung mit dem Fluideinlass/den Fluideinlässen bewegt.
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In
einigen anderen Ausführungsformen
kann das druckempfindliche Element an einem oberen Ventilkörper befestigt
sein, der den Fluideinlass/die Fluideinlässe einschließt. Das
druckempfindliche Element ist dabei auch mit einem unteren Ventilkörper verbunden,
der den Fluidauslass/die Fluidauslässe einschließt. Der
Ventilkanal ist dabei derart angeordnet, dass er sich nicht relativ
zu dem unteren Körper
bewegt. Folglich veranlassen Zunahmen/Abnahmen in der Länge des
druckempfindlichen Elements den Fluideinlass dazu, sich entweder
in die oder aus der Ausrichtung mit dem Ventilkanal zu bewegen.
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In
derartigen Ausführungsformen
kann das druckempfindliche Element in einer Vielzahl von verschiedenen
Arten an dem oberen Ventilkörper
befestigt sein, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
einzuschränken.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
kann Vergrößern oder
Verringern des Oberflächenbereichs
des druckempfindlichen Elements derart wirken, dass es eine Rotation
des Ventilkopfs in der Form einer Scheibe bewirkt, die wenigstens
einen Ventilkanal einschließt,
sodass sich der Kanal entweder in die oder aus der Ausrichtung mit
dem Fluideinlass bewegt.
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Es
sollte ersichtlich sein, dass als Alternative der obigen Konfigurationen
das druckempfindliche Element derart konfiguriert sein kann, dass
es in der Lage ist, mit dem Ventilkopf in Kontakt zu treten, um den
Ventilkanal in die oder aus der Ausrichtung mit dem Fluideinlass
zu bringen.
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Bewegung
des druckempfindlichen Elements kann ebenfalls in einigen bevorzugten
Ausführungsformen
einen Ventilkanal oder mehrere Ventilkanäle in oder aus Ausrichtung
mit dem Druckentlastungsauslass zu bewegen.
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Im
Allgemeinen ist es vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung entweder
in kommerziellen oder in Haushaltswassersystemen verwendet wird, um
den Fluss von HD-Speisewasser in einen ND-Heißwasserzylinder zu regeln.
Jedoch sollte dies nicht als einschränkend verstanden werden.
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Bezüglich der
Mod Assembly:
- a) die erste Öffnung ist funktional äquivalent
zu dem Auslass der Ventilbaugruppe; und
- b) die zweite Öffnung
ist im Allgemeinen funktional äquivalent
zu dem Fluideinlass der oben beschriebenen Ventilbaugruppe; und
- c) die dritte Öffnung
ist im Allgemeinen funktional äquivalent
zu dem Entlastungsventil der oben beschriebenen Ventilbaugruppe.
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Jedoch
kann die vorliegende Erfindung, insbesondere die Mod Assembly, in
einigen Situationen lediglich als ein Druckentlastungsventil verwendet werden,
und regelt nicht den Fluss von HD-Speisewasser in ein ND-Fluidsystem.
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Lediglich
zur Vereinfachung der Bezugnahme wird die Verwendung der vorliegenden
Erfindung als ein Druckentlastungsventil nun in Bezug zu der Mod
Assembly beschrieben.
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Wenn
die Mod Assembly der vorliegenden Erfindung lediglich als ein Druckentlastungsventil verwendet
wird, ist sie nicht mit dem HD-Einlass eines ND-FLuidsystems verbunden.
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Im
Gegensatz dazu ist die erste Öffnung
der Ventilbaugruppe stattdessen mit dem ND-Fluidsystem verbunden.
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Die
zweite/n Öffnung/en
ist/sind mit einem Auslassrohr verbunden und die dritte/n Öffnung/en ist/sind
mit der äußeren Umgebung
verbunden. Der Zweck der zweiten Öffnung/en ist es dabei, zu
ermöglichen,
dass Fluid aus dem ND-Fluidsystem austritt wenn der Ventilkanal
mit der/den zweiten Öffnung/en
ausgerichtet ist, um eine Überdrucksituation in
dem ND-Fluidsystem zu entlasten. Umgekehrt ist der Zweck der dritten
Ventilöffnung/en,
den Eintritt von Luft in das ND-Fluidsystem zu ermöglichen, wenn
der Kanal und dritte Öffnung/en
ausgerichtet sind, so dass eine negative Drucksituation in dem ND-Fluidsystem
entlastet wird.
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Um
als ein Entlastungsventil zu arbeiten, muss die Mod-Ventil-Assembly
folgendermaßen
rekonfiguriert werden:
- a) derart, dass der
Ventilkanal nicht mit der/den zweiten oder dritten Öffnung/en
ausgerichtet ist, wenn das Fluidsystem sich in einer „neutralen" Situation befindet
(d.h., weder eine Über-
noch eine Unterdrucksituation);
- b) derart, dass der Ventilkanal mit der/den zweiten Öffnung/en
ausgerichtet ist, aber nicht mit der/den dritten Öffnungen,
wenn das Fluidsystem sich in einer Überdrucksituation befindet;
und
- c) Der Ventilkanal mit der/den dritten Öffnung/en aber nicht der/den
zweiten Öffnung/en
ausgerichtet ist, wenn das Fluidsystem sich in einer Unterdrucksituation
befindet.
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Es
sollte Fachleuten ersichtlich sein, dass wenn die vorliegende Erfindung
an ein ND-System angeschlossen wird, um lediglich als Entlastungsventil
zu wirken, die Regelung des HD-Fluidflusses in das ND-System mit
jeder in geeigneter Weise konfigurierten Ventilbaugruppe vorgenommen
werden kann.
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Somit
haben bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem
Stand der Technik.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist dass das Ventil ein positives
An/Aus für
das Regeln des Fluidflusses in das ND-Fluidsystem bereitstellt. Des
Weiteren ist die Ventilbaugruppe aufgrund ihrer Konstruktion nicht
anfällig
dafür,
dass sie von kleinen Partikeln in dem Fluid beeinträchtigt wird.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass Zunahme des
Drucks des Einlassfluids nicht dazu führt, dass das Ventil effektiv
umgangen wird.
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Ein
weiterer Vorteil von bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ist dass sie ein Druckentlastungsventil enthalten oder
als ein solches wirken können,
das fähig
ist, Druck in dem ND-Fluidsystem aufgrund von Wärmeausdehnung zu entlasten,
oder die Situation zu überbrücken, falls das
Ventil aus irgendeinem Grund ausfallen sollte.
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Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung bei Einsatz entweder in einem
Haushalts- oder kommerziellen Heißwassersystem können folgendes
einschließen:
- i) Es ist nicht erforderlich, dass der Heißwasserzylinder
mit einem Entlüftungsrohr
ausgestattet wird, so dass keines der mit Entlüftungsrohren assoziierten Probleme
auftritt, und/oder
- ii) Es kann Hauptstromheißwasser
zugeführt
werden, da es nicht erforderlich ist, den Durchmesser der Einlassöffnung zu
verringern
-
Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ventilbaugruppe
auch mit einem ND-Fluidsystem verbunden sein kann, so dass sie lediglich
als ein Druckentlastungsventil wirkt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
ersichtlich, die lediglich als Beispiel dient sowie unter Bezug
auf die angefügten
Bilder, von denen:
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1 eine
diagrammatische Querschnittsansicht ist, die ein typisches Druckminder-/Druckausgleichsventil
des Standes der Technik veranschaulicht; und
-
2 eine
diagrammatische Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist; und
-
3 diagrammatisch
die relativen Stellungen der in 2 gezeigten
Ventilbaugruppe zeigt, und
-
4 eine
diagrammatische Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, und
-
5 eine
perspektivische Ansicht des Ventilkörpers einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Form des Mod-Assembly ist, und
-
6 eine
perspektivische Schnittzeichnung eines Abschitts des Ventilkörpers in 5 ist,
welche die innere Ventilbaugruppe veranschaulicht, und
-
7 eine
horizontale Draufsicht des Grundrissquerschnitts der in 6 gezeigten
Ventilbaugruppe ist, und
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8–11 alle
perspektivische Ansichten von Schnittzeichnungen der der in 5–7 gezeigten
Ventilbaugruppe zeigen, die die verschiedenen Betriebsstellungen
der Ventilbaugruppe veranschaulichen, und
-
12 eine
diagrammatische Teilansicht der inneren Ventilbaugruppe ist, die
einen Schaltarm veranschaulicht, der mit einer Ausführungsform
assoziiert ist, die im Wesentlichen ähnlich der in 6 gezeigten
ist, und
-
13 ein
auseinandergezogenes Diagramm ist, das die verschiedenen Bauteile
der in Bezug auf 5–12 beschriebenen
Ventilbaugruppe veranschaulicht, und
-
14 bestimmte
in 14 gezeigte Bauteile veranschaulicht, die aus
einer anderen Perspektive gesehen werden als die in 14.
-
BESTE AUSFÜHRUNGSARTEN
DER ERFINDUNG
-
1
-
1 wurde
bereits in dem Teil zum technischen Hintergrund beschrieben und
wird aus diesem Grund hier nicht erläutert.
-
Die
Ventilbaugruppen, welche in den folgenden Zeichnungen abgebildet
und beschrieben werden, beziehen sich, lediglich zur Vereinfachung
der Bezugnahme, allesamt auf ein Niederdruckheißwassersystem. Es sollte jedoch
ersichtlich sein, dass die Ventilbaugruppen auch andere Anwendung
als in ND- und HD-Fluidsystemen
finden könnten.
-
2
-
Unter
Bezug auf 2 wird eine Ventilbaugruppe
bereitgestellt, die allgemein durch Pfeil 1 angezeigt wird.
Die Ventilbaugruppe hat einen Ballon 2, der an einem Ende
mit dem unteren Ventilkörper 3 über Schlauchklemmen 4 und 5 verbunden
ist. Der untere Ventilkörper 3 hat
einen Auslass 6, der über eine
Rohrleitung (nicht gezeigt) mit eine Niederdruck-(„ND") Fluidsystem in
Form eines Heißwasserzylinders
(nicht gezeigt) verbunden ist.
-
Das
andere Ende des Ballons 2 ist mit einem oberen Ventilkörper 7 über eine
Muffe 8 verbunden ist, an der das obere Ende des Ballons 2 über einen wasserfesten
Klebstoff verbunden ist.
-
Die
innere Oberfläche
des oberen Abschnitts der Muffe 8 hat ein Gewinde, um zu
ermöglichen, dass
es in ein entsprechendes Gewinde auf dem unteren Abschnitt der äußeren Oberfläche des
oberen Ventilkörpers 7 greift.
-
Der
obere Ventilkörper 7 hat
einen Einlass 9, der über
eine Rohrleitung (nicht gezeigt) mit einer Hochdruck-(„HD") Speisewasserzufuhr
(nicht gezeigt) verbunden sein kann.
-
Der
obere Ventilkörper 7 hat
ebenfalls einen Entlastungsauslass 10, der mit einer Rohrleitung (nicht
gezeigt) verbunden sein kann, die mit einem Ablass verbunden sein
kann, oder alternativ zu einem Bereich führen kann, der geeignet ist,
Wasser von der Ventilbaugruppe ablassen zu können.
-
Der
obere Ventilkörper 7 besteht
aus keramischem Material. Durch den oberen Ventilkörper führt ein
hohler Ventilstößel 20.
Der obere Abschnitt des Ventilstößels 20,
wie durch die Kreuzschraffierung 21 angezeigt, kann aus
einem keramischen Material bestehen. Der obere Abschnitt des Ventilstößels 20 hat einen
Ventilkanal, der aus einer Öffnung 22 besteht.
-
Das
untere Ende des Ventilstößels 20 ist
mit dem unteren Ventilkörper 3 über eine
Stange 11 verbunden, die durch die Öffnung 23 in dem Ventilstößel 20 führt.
-
Das
obere Ende des Ventilstößels 20 hat eine Öffnung 25,
durch die ein Splint 26 führt, um eine Dichtung 28 und
eine Feder 29 zu halten. Die Feder 29 spannt den
oberen Ventilkörper 7 in
einer Abwärtsrichtung,
so dass der Fluideinlass 9 im Wesentlichen mit dem Ventilkörper 22 ausgerichtet
ist. Dies ermöglicht
es, dass Speisewasser in die Ventilbaugruppe 1 ein- und
wieder aus ihr austritt, wie durch die Pfeile 30, 31 und 32 angezeigt
wird, so dass es schließlich
in den Heißwasserzylinder
eintritt.
-
Sobald
der Heißwasserzylinder
des ND-Fluidsystems gefüllt
ist, bewirkt Druck in dem Zylinder, dass Wasser von dem Heißwasserzylinder
aus in die Ventilbaugruppe eintritt, wie durch die Pfeile 40, 41 und 42 angezeigt.
Dies wiederum führt
dazu, dass der Ballon 2 an Länge zunimmt in der Richtung
des Pfeils 50. Zunahmen in der Länge des Ballons 2 bewirken,
dass der obere Ventilkörper 7 und
somit der Einlass 9 sich aus Ausrichtung mit dem Ventilkanal 22 bewegen,
sodass dadurch die Wasserzufuhr an die Ventilbaugruppe, und somit
den Heißwasserzylinder,
abgesperrt wird.
-
Wenn
ein Hahn (nicht gezeigt), der mit dem ND-Fluidsystem verbunden ist,
aufgedreht wird, dann veranlasst dies das Wasser dazu, aus dem Heißwasserzylinder
auszutreten, was wiederum den Druck darin verringen. Diese Druckminderung
in dem Heißwasserzylinder
bewirkt, dass der Ballon 2 in seiner Länge abnimmt und dabei den Einlass 9 zurück in Ausrichtung
mit dem Ventilkanal 22 bringt. Infolgedessen kann Speisewasser
wieder über
die Ventilbaugruppe 1 in den Heißwasserzylinder eindringen, bis
er wieder gefüllt
ist. Wenn er gefüllt
ist, dann wird die Wasserversorgung über das Versorgungsnetz an den
Heißwasserzylinder
abgestellt, in einer Weise, die im Wesentlichen wie oben beschrieben
ist.
-
In
dem Fall, dass der Druck innerhalb des Heißwasserzylinders sich weiter
aufbaut, veranlasst dies den Ballon 2 dazu, weiter in seiner
Länge zuzunehmen
in der Richtung von Pfeil 50. Dies wiederum führt zu weiterer
Bewegung des oberen Ventilkörpers 7 und
bewirkt, dass der Entlastungsauslass 10 in Ausrichtung
mit dem Ventilkanal 22 kommt, so dass überschüssiges Wasser aus dem Ventil
und somit aus dem Heißwasserzylinder
austritt.
-
Sobald
der Druck in dem Heißwasserzylinder
wieder normal ist, führt
die Abnahme der Länge des
Ballons 2 zusammen mit der Federkraft von Feder 29 dazu,
dass der Entlastungsauslass 10 sich aus der Ausrichtung
mit dem Ventilkanal 22 bewegt, um weiteren Wasserverlust
zu verhindern.
-
3
-
Die
verschiedenen Stellungen des oberen Ventilkörpers 7 in Bezug auf
den Ventilkanal 22 werden in 3 angezeigt. 3a) zeigt den Einlass 9 mit dem
Ventilkanal 22 in einer „Ein"-Stellung ausgerichtet. 3b)
zeigt Einlass 9 nicht mit dem Ventilkanal 22 in
einer „Aus"-Stellung ausgerichtet. 3c) zeigt Entlastungsauslass 10 mit
dem Ventilkanal 22 in einer „Überdruck"-Entlastungsstellung ausgerichtet.
-
4
-
Unter
Bezug auf 4 wird eine alternative Ventilbaugruppe 100 gezeigt.
Die Ventilbaugruppe 100 hat einen Einlass 101 und
einen Auslass 102. Der Einlass 101 ist mit der
Hochdruck-Speisewasserzufuhr (nicht gezeigt) verbunden und der Auslass 102 ist
mit einem Niederdruck-(„ND") Heißwasserzylinder (nicht
gezeigt) verbunden.
-
Die
Ventilbaugruppe 100 hat ebenfalls einen beweglichen Balg 103,
der in Kommunikation mit dem ND-Heißwasserzylinder steht. Die
Ventilbaugruppe 100 schließt auch ein einstellbares Entlastungsventil 104 ein,
das sich öffnet,
um Wasser aus der Ventilbaugruppe 100 abzulassen, sollte
der Druck innerhalb des ND-Heißwasserzylinders
einen maximalen Druckgrenzwert erreichen.
-
Im
Allgemeinen arbeitet diese Ventilbaugruppe im Wesentlichen ähnlich wie
die in 2 beschriebene. Der bewegliche Balg 103 nimmt
abhängig
von dem Druck innerhalb des ND-Heißwasserzylinders an Länge zu oder
ab. Wenn der bewegliche Balg 103 an Länge zunimmt, dann bewirkt dies,
dass sein Endstück 107 sich
in Richtung von Pfeil 108 bewegt, so dass er in Kontakt
mit dem Endstück
von dem Ventilkopf 109 kommt, in welchem ein Kanal vorhanden
ist (nicht gezeigt). Der Ventilkopf bewegt sich dann in Richtung 108,
was ihn aus Ausrichtung mit dem Einlass 101 bringt, was
den Fluss des Speiswassers abstellt.
-
Umgekehrt,
wenn der bewegliche Balg 103 in der von Pfeil 112 angezeigten
Richtung an Länge zunimmt,
dann ist das Endstück 107 des
Balgs nicht mehr in Kontakt mit dem Ventilkopf 109. Eine
Rückholfeder 110 ist
nun in der Lage, den Ventilkopf 109 in der Richtung von
Pfeil 117 zu bewegen, so dass der Ventilkanal nun mit dem
Einlass 101 ausgerichtet ist. Infolgedessen kann nun Wasser
durch die Ventilbaugruppe 100 und in den ND-Heißwasserzylinder hinein
fließen.
-
5
-
Unter
Bezug auf 5 wird eine Ventilbaugruppe,
die allgemein durch Pfeil 1 angezeigt wird, bereitgestellt.
Die Ventilbaugruppe 1 hat einen Ventilkörper 2, der einen
mit dem Einlass verbundenen Abschnitt 3 aufweist, der in
den meisten Anwendungen über
eine Rohrleitung (nicht gezeigt) mit einer Hochdruck-(„HD") Speisewasserzufuhr
(nicht gezeigt) verbunden ist. Der Ventilkörper 2 hat ebenfalls
einen Auslass 4, der über
die Rohrleitung (nicht gezeigt) mit einem Niederdruck-(„ND") Fluidsystem in der Form eines Heißwasserzylinders
(nicht gezeigt) verbunden ist.
-
Der
Ventilkörper 2 hat
ebenfalls einen mit dem Entlastungsauslass verbundenen Abschnitt 5. Der
mit dem mit dem Entlastungsauslass verbundene Abschnitt 5 ist
mit einer Rohrleitung (nicht gezeigt) verbunden, die mit einem Ablass
verbunden sein kann, oder alternativ zu einem Bereich führen kann, der
geeignet ist, Wasser aus der Ventilbaugruppe 1 abzulassen.
-
Der
Ventilkörper 2 hat
ebenfalls eine Öffnung in
dem durch Pfeil 6 angezeigten Bereich, der einen Zugang
zu vielen der Bauteile der Ventilbaugruppe 1, die in dem
Ventilkörper 2 beherbergt
sind, ermöglicht. Die
Zugangsöffnung 6 wird über eine
Haltekappe 7 verschlossen. Der Ventilkörper 2 hat auch eine
obere Öffnung
in dem durch Pfeil 9 angezeigten Bereich, der ebenfalls
den Zugang zu den im Inneren des Ventilskörpers 2 beherbergten
Bauteilen ermöglicht.
Die Öffnung 9 wird über einen
Federteller 10, der mit dem Ventilkörper 2 über den
Klemmring 11 verbunden ist, geschlossen.
-
Im
Allgemeinen sind die Haltekappe 9 und der Klemmring 11 über eine
Gewindeverbindung mit dem Ventilkörper 2 verbunden.
-
6, 7, 14 und 15
-
A. Konstruktion der Ventilbaugruppe
-
Unter
Bezug auf 6–7 wird gezeigt, dass
eine bevorzugte Ausführungsform
von Ventilbaugruppe 1 eine Feder 15 aufweist,
deren oberer Abschnitt sich innerhalb des Federtellers 10 befindet. Das
untere Ende der Feder 15 drückt einen Kolben 16 nach
unten. Das untere Ende der Feder 15 ist oben auf dem Kolben 16 über den
Kopf einer Dreiblattschraube 17 befestigt. Die untere Oberfläche des
Kolbens 16 sitzt auf einer Membran 18, die die obere Öffnung 19 der
Ventilkammer 20 abdichtet, die von dem Ventilkörper 2 gebildet
wird.
-
Die
Dreiblattschraube 17 führt
durch Öffnungen
in dem Kolben 16 und Membran 18 und greift über ein
Gewinde in eine zentrale Öffnung 21 in
einer Verbindungsstange 22.
-
Die
Verbindungsstange 22 hat eine Öffnung 23, die eine
Auflagefläche
aufweist, in der sich ein Achszapfen 24, der sich von einer
Antriebsbasis 25 aus erstreckt, befindet. Die Antriebsbasis 24 weist zwei
Antriebsanschlussstücke
(„DD
lugs", drive dog lugs) 26 und 27 auf,
die sich in dieselbe Richtung wie der Achszapfen 24 erstrecken.
Antriebsanschlussstücke 28 und 29 befinden
sich auf der gegenüberliegenden
Seite der Antriebsbasis 25, aber haben dieselbe räumliche
Stellung in Bezug zu Antriebsbasis 25 wie Antriebsanschlussstücke 26 und 27.
-
Die
Antriebsbasis 25 schließt auch eine Öffnung 30 ein,
die eine Auflagefläche
aufweist, um eine Welle 31 aufzunehmen.
-
Die
Antriebsbasis 25 wird auf dem Verbindungsstab 22 über eine
Antriebsfeststellplatte 32 gehalten. Die Antriebsfeststellplatte
hat Öffnungen 33 und 34 die
so konfiguriert sind, dass sie auf Antriebsanschlussstücke 26 und 27 schnapp
schließen, so
dass die distalen Abschnitte der Antriebsanschlussstücke 26 und 27 sich
weiterhin durch Öffnungen 33, 34 erstrecken
können.
Die Antriebsfeststellplatte 32 hat auch einen mit Anschlussstücken versehenen
Kappenabschnitt 39, der ausgebildet ist, in das distale
Ende von Achszapfen 24 zu einzuschnappen wenn er in der Öffnung 23 von
Verbindungsstab 22 greift.
-
Die
Antriebsfeststellplatte 32 hat auch eine Öffnung 37,
die eine Auflagefläche
hat um die Welle 31 aufzunehmen. Die Antriebsfeststellplatte
hat auch ein Antriebsanschlussstück 35,
das sich von ihrer Oberfläche
in dieselbe Richtung erstreckt wie die von Antriebsanschlussstücken 26 und 27 der
Antriebsbasis 25, wenn sie sich in Öffnungen 33, 34 befinden. Die
Antriebsbasis 25 hat auch ein weiteres Antriebsanschlussstück 36,
die sich in dieselbe Richtung erstreckt wie Antriebsanschlussstücke 28, 29. Antriebsanschlussstück 36 ist
in Ausrichtung mit Antriebsanschlussstück 35 wenn die Antriebsbasis 25 und
die Feststellplatte 32 über
den Achszapfen 24, Anschlussstücke 26, 27 und
Welle 31 verbunden sind.
-
Die
distalen Endabschnitte von Antriebsanschlussstück 26, 27 und 35 befinden
sich in geeignet positionierten Aussparungen 40, allesamt
in einem Ventilkopf in der Form einer keramischen „rotierenden" Einlasskanal-(„RIP", rotating inlet
port) Scheibe 41.
-
Die
Passung der Anschlussstücke 26, 27 und 35 in
die Aussparungen 40 in RIP-Scheibe 41 ist derart, dass
jegliche seitliche Bewegung der Klammern eine entsprechende seitliche
Bewegung der Scheibe 41 bewirkt. Die RIP-Scheibe hat auch
eine zentral positionierte Öffnung 42,
die eine Auflagefläche
für das
Empfangen von Welle 31 einschließt. Dementsprechend ist die
keramische RIP-Scheibe 41 so ausgebildet, dass sie um Welle 31 dreht
wenn die Antriebsanschlussstücke 26, 27 und 35 veranlasst
werden, sich durch den Verbindungsstab 22 und dessen assoziierten
Kolben zu bewegen. Die keramische RIP-Scheibe 41 schließt auch
eine Reihe von Einlasskanälen 43 ein,
die ein Hindurchgehen von Wasser durch die Scheibe 41 ermöglichen.
-
Eine
Keramikscheibe für „stationären Einlass" („SI", stationary inlet) 44 hat
eine zentrale Öffnung 45 mit
einer Auflagefläche
für das
Aufnehmen von Welle 31. Die SI-Scheibe 44 ist auf Welle 31 derart
positioniert, dass er an der RIP-Scheibe 41 anliegt.
-
Die
SI-Scheibe 44 schließt
drei Aussparungen 45 auf der Seite, die der an RIP-Scheibe 41 anliegenden
gegenüberliegt.
Die Aussparungen 45 nehmen Anschlussstücke 46 auf, die sich
von einer Anschlagplatte 47 aus erstrecken. Die Passung
der Anschlusstücke 46 in
die Aussparungen 45 ist dicht, so dass keine Bewegung von
SI-Scheibe 44 relativ zu Anschlagplatte 47 auftritt.
Die SI-Scheibe 44 schließt eine Reihe von Fluideinlassöffnungen 50 ein. Anschlagplatte 47 selbst
hat eine Aussparung 48, die der Seite, die neben der an
SI-Scheibe 44 liegenden gegenüberliegt. Die Aussparung 48 nimmt
ein Anschlussstück 49 auf,
das sich von der inneren Oberfläche
der Haltekappe 7 erstreckt. Die Passung von Aussparung 48 mit
Klammer 49 ist derart, dass jegliche Bewegung der Anschlagplatte 47 in
Bezug zu der Kappe 7 verhindert wird. Des Weiteren sind
Anschlussstück 49 und
Aussparung 48 derart positioniert, das sie nicht koaxial
in Bezug zu Welle 31 sind, um jegliche Rotation der Anschlagplatte 47 relativ zum
Ventilkörper 2 zu
verhindern. Die Anschlagplatte 47 ist derart konfiguriert,
dass der Großteil
ihrer Oberfläche
nicht auf der äußeren Oberfläche von SI-Scheibe 44 anliegt.
Der Zweck dieser Lücke
ist es, zu ermöglichen,
dass HD-Speisewasser Zutritt zu den Einlässen 50 in SI-Scheibe 44 hat.
-
Eine
fluiddichte Abdichtung besteht zwischen dem Ventilkörper 2 und
der Haltekappe 7 über O-Ring 51 der
sich in einer ringförmigen
Rille 52 an der inneren Ecke von Zugangsöffnung 6 des
Ventilkörpers 2 befindet.
Der O-Ring 51 liegt auch an Schulter- und Rippenabschnitten 53 und 54 von
Haltekappe 7 an. Die Anschlagplatte 47 schließt auch eine Öffnung 55 ein,
die eine Auflagefläche
aufweist, die ein Ende der Welle 31 aufnimmt. Um eine Abdichtung
zwischen der SI-Scheibe 44, Anschlagplatte 47 und
der Welle 31 zu bewirken, befindet sich ein O-Ring 56 in
einer ringförmigen
Rille 57 in SI-Scheibe 44, so dass er an Welle 31 anliegen
kann. An der äußeren Oberfläche von
O-Ring 56 liegt erhöhtes
Ende 58 von Öffnung 55 an.
-
Die
SI-Scheibe 44 hat einen radialen Flansch 60, der
wirksam die Oberfläche
der „nicht
abdichtenden" Fläche der
SI-Scheibe 44 erhöht,
die der auf der RIP-Scheibe 41 anliegenden gegenüberliegt.
Der radiale Flansch 60 formt wirksam eine Schulter, die
an die innere Kammerwand 61 von Ventilkörper 2 anliegen kann
und eine Schulter 62 an Ventilkörper 2.
-
Der
Druck des Wassers aus der HD-Speisewasserzufuhr kann variieren.
Um dies zu kompensieren, stehen die Enden von Anschlussstück 46 und
erhöhtem
Ende 58 von Anschlagplatte 7 (d. h. die Abschnitte
von Anschlagplatte 57, die am nahesten an SI-Scheibe 44 liegen)
nicht in Kontakt mit der SI-Scheibe 44, außer wenn
wenig oder kein Druck durch das hereinkommende Wasser auf die SI-Scheibe 44 ausgeübt wird.
Dieser Zwischenraum wird erreicht, da die Länge von Welle 31 Anschlagplatte 47 von
der SI-Scheibe 44 fernhält.
Dennoch kann, als ein Ergebnis dieses Zwischenraums, die SI-Scheibe 44 sich
zurückbewegen
in der Richtung von Pfeil 64, bis er auf die Enden von
Anschlussstück 46 trifft
und auf das erhöhte
Ende 58 von Platte 47. Der Zweck dieses Zwischenraums
ist der, dass in Zeiten, wenn der Speisewasserdruck unter seinem Maximum
liegt, die Reibungskraft zwischen den Dichtungsflächen der
RIP- und SI-Scheiben 41, 44 auf lediglich das
Notwendige minimiert wird, um eine wasserdichte Abdichtung zu bewirken.
-
Wenn
höhere
Drücke
in der Speisewasserzufuhr auftreten, und somit auf der SI-Scheibe 44, kann
die zwischen den Abdichtungsflächen
der RIP- und SI-Scheiben 41, 44 auftretende maximale
Reibungskraft durch die an den radialen Flansch 60 anliegende
Wand 61 und Schulter 62 eingeschränkt werden.
Der Flansch 60 verhindert dabei jegliche weitere Bewegung
von SI-Scheibe 44 in einer Vorwärtsrichtung, wie von Pfeil 65 angezeigt,
wobei diese Bewegung durch die nach innen gerichtete Kraft, die
auf die SI-Scheibe 44 durch den Druck des hereinkommenden
HD-Wassers ausgeübt
wird.
-
Um
jegliches Lecken von Wasser in die Kammer rund um die äußere Ecke
der SI-Scheibe 44 zu verhindern,
befindet sich ein O-Ring 65 in einer Rille 66 in
innerer Kammerwand 61 und Schulter 63 des Ventilkörpers 2.
-
Die
distalen Abschnitte von Antriebsanschlussstücken 28, 29 und 36 befinden
sich in geeignet angeordneten Aussparungen 70, die in einer Scheibe
mit einem rotierenden Entlastungskanal („RRP") 71 angeordnet sind. Die Passung
der Anschlussstücke 28, 29 und 36 in
die Aussparungen 70 in RRP-Scheibe 71 ist derart,
dass jegliche seitliche Bewegung der Anschlussstücke zu einer entsprechenden
seitlichen Bewegung der Scheibe 71 führt. Die RRP-Scheibe 71 hat
auch einen zentral positionierte Öffnung 82, die eine
Auflagefläche
für das
Aufnehmen von Welle 31 aufweist. Dementsprechend ist die
keramische RRP-Scheibe 71 derart ausgestaltet, dass sie
um Welle 31 rotiert, wenn die Antriebsanschlussstücke 28, 29 und 36 veranlasst
werden, sich durch die Verbindungsstange 22 und ihren assoziierten
Kolben 16 zu bewegen. Die RRP-Scheibe 71 schließt auch
eine Reihe von Entlastungskanälen 72 ein,
die das Herausfließen
von Wasser durch die Scheibe 71 ermöglichen.
-
Die
RRP-Scheibe 71 hat dieselbe Konfiguration RIP-Scheibe 41.
-
Eine
stationäre
Entlastungs-(„SR", stationary relief)
Scheibe weist eine zentrale Öffnung 74 mit
einer Auflagefläche
für das
Aufnehmen von Welle 31 auf. Die SR-Scheibe 73 ist auf Welle 31 so
positioniert, dass er an der RRP-Scheibe 71 anliegt. Die SR-Scheibe 73 schließt drei
Aussparungen 75 auf der Seite, die der an RRP-Scheibe 71 anliegenden gegenüberliegt,
ein. Die Aussparungen 75 nehmen Haltebolzen 76 auf,
die sich von Aussparungen (nicht gezeigt) in dem Ventilkörper 2 erstrecken.
Die Passung der Haltebolzen 76 in die Aussparungen in dem Ventilkörper 2 ist
dicht, sodass kein Raum für
seitliche Bewegung zwischen den Bolzen und Ventilkörper 2 ist.
Die Passung der Haltebolzen 76 in die Aussparungen 75 in
der SR-Scheibe 73 ist ebenfalls dicht, sodass dort keine
Bewegung der SR-Scheibe 73 relativ
zu Haltebolzen 76 ist. Die SR-Scheibe 73 weist
eine Reihe von Entlastungsauslassöffnungen 77 auf. Die
Entlastungsauslässe 77 sind
neben Auslässen 500 in
Ventilkörper 2 angeordnet,
so dass jegliches Wasser, das durch Auslässe 77 fließt, über den mit
dem Auslass verbundenen Abschnitt 5 aus der Ventilbaugruppe 1 austreten
kann.
-
Die
SR-Scheibe 73, hat mit der Ausnahme von ringförmiger Rille 79,
im Wesentlichen dieselbe Konfiguration wie RPR-Scheibe 71 und
von RIP-Scheibe 41. Eine fluiddichte Abdichtung erfolgt zwischen
dem Ventilkörper 2 und
der SR-Scheibe 73 über
einen O-Ring 78, der sich in einer ringförmigen Rille 79 in
Scheibe 73 befindet. Eine Abdichtung zwischen der SR-Scheibe 73 und
der Welle 31 erfolgt über
einen O-Ring 80, der sich in einer ringförmigen Rille 81 in
der SR-Scheibe 73 befindet, so dass sie an Welle 31 anliegen
kann.
-
Fachleuten
sollte ersichtlich sein, dass O-Ring 78 und 80 so
ausgewählt
werden sollten, dass sie ausreichende Kraft haben, um jeglichem Überdruck
von der Speisewasserzufuhr standzuhalten, der nicht von dem radialen
Flansch 60 aufgenommen wird. Denn wenn die O-Ringe 78 und 80 ihre
Funktion nicht erfüllen,
dann kann die RIP-Scheibe 41 sich weg von der SI-Scheibe 44 bewegen,
so dass keine fluiddichte Abdichtung zwischen den Dichtungsflächen dieser
Scheiben mehr vorhanden ist, und das Ventil wird beeinträchtigt.
-
Die
Aussparungen 75 in dem Ventilkörper 2 in dem die
Haltebolzen 76 sich befinden, sind so positioniert, dass
die Haltebolzen 76 die SR-Scheibe 73 derart positionieren,
dass ihre Entlastungsauslässe 77 eine
andere räumliche
Orientierung aufweisen in Bezug zu dem Ventilkörper als die der Fluideinlassöffnungen 50 der
SI-Scheibe 44.
-
Dies
ist so, um zu gewährleisten,
dass wenn die Einlasskanäle 43 der
RIP-Scheibe 41 mit den Fluidöffnungen 50 in der
SI-Scheibe 44 ausgerichtet sind, die Entlastungskanäle 72 der
RPR-Scheibe sind nicht mit den Entlastungsauslässen 77 von SR-Scheibe 73 ausgerichtet;
und umgekehrt.
-
8
-
B. Betrieb der Ventilbaugruppe
-
Unter
Bezug auf 8 wird die Ventilbaugruppe 1 in
ihrer „vollständig geöffneten" Stellung gezeigt.
-
Lediglich
zur Vereinfachung der Bezugnahme werden die die SI- und RIP-Scheiben 44, 41 nun zusammengefasst
als die „Einlassscheiben" und die SR- und
RRP-Scheiben 73, 71 nun
zusammengefasst als die „Entlüftungsscheiben" bezeichnet. Wenn sich
die Ventilbaugruppe 1 in ihrer offenen Stellung wie in 8 gezeigt
befindet, dann ist die Feder 15 in entspannter Stellung
(d. h. sie weist minimale potentielle Energie auf), die Feder 15 spannt
den Kolben 16 und Membran 18 zu ihrem tiefsten
Punkt vor, wie gezeigt. Wenn der Kolben 16 und Membran 18 an
ihrem tiefsten Punkt sind, hat der Verbindungsstab 22 über die
Antriebsanschlusstücke 26, 27 und 35 die RIP-Scheibe 41 so
positioniert, dass ihre Einlasskanäle 43 mit den Fluideinlassöffnungen 50 in
der SI-Scheibe 44 (die teilweise abgeschnitten gezeigt wird,
um die RRP-Scheibe 41 detaillierter zu zeigen). Dementsprechend
sind die Einlassscheiben 41, 44 in der „offenen
Stellung". Umgekehrt
richtet der Verbindungsstab über
Antriebsanschlusstücke 28 29 und 38 die
RRP-Scheiben 71 derart aus, dass Entlastungskanäle 72 nicht
mit den Entlastungsauslässen 77 von
SR-Scheiben 73 ausgerichtet sind (d.h. die Entlüftungsöffnungen
sind in der „geschlossenen Stellung").
-
Wenn
die Einlassscheiben in ihrer „offenen Stellung" sind, dann kann
Wasser 90 in die Ventilbaugruppe 1 eintreten von
der HD-Speisewasserzufuhr über
eine Rohrleitung (nicht gezeigt) die mit dem mit dem Einlass verbundenen
Abschnitt 3 des Ventilkörpers 2 verbunden
ist. Das HD-Wasser geht dann durch einen Hals 91, der zwischen
der inneren Kammerwand 61 und der äußeren Wand in dem durch Pfeil 92 angezeigten
Bereich gebildet ist. Das hereinkommende HD-Wasser 90 wird
dann durch Einlassöffnungen 50 in
SR-Scheibe 44 geführt.
Wenn die HD-Scheiben ausgerichtet sind, kann Wasser 90 durch
die Einlasskanäle 43 der
RIP-Scheibe 41 und in eine innere Ventilkammer 20 fließen. Wenn
die Entlüftungsscheiben 71, 73 in
der „geschlossenen Stellung" sind (d.h. nicht
ausgerichtet), fließt
das HD-Wasser 90 durch die innere Kammer 20 und
wieder hinaus über
den Auslass 4 über
eine Rohrleitung (nicht gezeigt), um in einen ND-Heißwasserzylinder (nicht
gezeigt) einzutreten.
-
Wenn
die Membran in ihrer „vollständig offenen" Stellung, beträgt die berechnete
Federbelastung im Wesentlichen 123.9 N in Kolben 16 und
dies erfordert einen Druck von ungefähr 67.7 KPA (10 PSI) in der
inneren Kammer 20 und somit dem Heißwasserzylinder, bevor er sich
aufwärts
bewegt.
-
9
-
Wenn
der Heißwasserzylinder
des ND-Fluidsystems mit Wasser gefüllt wurde, bewirkt der erhöhte Druck
in dem Zylinder, dass Wasser von innerhalb des Zylinders in die
Ventilkammer 20 eintritt. Dies bewirkt, dass die Membran 18 und
der assoziierte Kolben 16 sich gegen die vorspannende Kraft
von Feder 15 in Aufwärtsrichtung
bewegen zu der in 9 gezeigten „Einstelldruck"-Stellung.
-
Wenn
die Membran in ihrer „Einstelldruck"-Stellung wie in 9 gezeigt
ist, sind sowohl die Einlassscheiben als auch die Entlüftungsscheiben
in ihren „geschlossenen
Stellungen" (d.
h. nicht ausgerichtet). Dementsprechend findet keine Wasserbewegung
in die oder aus der Ventilbaugruppe 1 statt.
-
In
dem „Einstelldruck"-System beträgt die berechnete
Federbelastung auf Kolben 16 im Wesentlichen 137.3 N und
dies erfordert einen Druck von ungefähr 75KPA (11 PSI) in der inneren
Kammer 20/Heißwasserzylinder.
-
10
-
Unter
Bezug auf 10 haben sich die Membran 18 und
der assoziierte Kolben 16 innerhalb der Ventilbaugruppe 1 noch
weiter nach oben bewegt, in eine „Anfangsentlüftungsstellung". In der „Anfangsdruck"-Stellung, haben
der Verbindungsstab 22 und die assoziierten Antriebsanschlussstücke 28, 29 und 36 die
RRP-Scheibe 71 so ausgerichtet, dass ihre Entlastungskanäle 72 sehr
leicht mit den Entlastungsauslässen 77 in
SR-Scheibe 73 ausgerichtet sind.
-
Umgekehrt,
richtet Verbindungsstab 22 in der „Anfangsentlüftungs"-Stellung die RIP-Scheibe 41 so
aus, dass die Einlassscheiben in ihrer „geschlossenen Stellung" sind (d. h. nicht
ausgerichtet).
-
In
der „Anfangsdruck"-Stellung beträgt die berechnete
Federbelastung auf Kolben 16 im Wesentlichen 142.3N und
dies erfordert einen Druck von ungefähr 77.7 KPA (11.42PSI) in der
inneren Kammer 20/Heißwasserzylinder.
-
11
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Unter
Bezug auf 11 wird die Ventilbaugruppe
mit der Membran 18 und assoziierten Kolben 16 in
ihrer obersten „vollständig entlüfteten" Stellung gezeigt.
In dieser Stellung haben der Verbindungsstab 22 und seine
assoziierten Anschlussstücke 28, 29 und 36 RRP-Scheibe 71 ausgerichtet,
so dass ihre Entlastungskanäle 72 vollständig mit
den Entlastungsauslässen 77 von
SR-Scheibe 73 ausgerichtet sind (d.h. die Entlüftungsscheiben
in der „geöffneten" Stellung). Wenn
der Verbindungsstab 22 diese Stellung innerhalb der Ventilbaugruppe 1 aufweist,
dann ist die Ausrichtung der RIP-Scheibe 41 derart, dass die
Einlassscheiben in einer „geschlossenen
Stellung" (d. h.
nicht ausgerichtet) bleiben. Dementsprechend, fließt Wasser 90 von
dem Heißwasserzylinder des
ND-Fluidsystems
und hinaus durch Entlastungskanäle 72 und
Entlastungsauslässe 77 in
den Entlüftungsscheiben
und hinaus aus der Ventilbaugruppe 1 über den mit dem Entlastungsauslass
verbundenen Abschnitt 5.
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Wenn
sich die Ventilbaugruppe in der „vollständig entlüfteten" Stellung befindet, beträgt die berechnetet
Federbelastung im Wesentlichen 155.7N und dies erfordert einen Druck
von im Wesentlichen 85KPA (12.5 PSI) in der inneren Kammer 20 und
somit dem Heißwasserzylinder.
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Die
Ventilbaugruppe 1 bleibt in der „vollständig entlüfteten" Stellung, die in 11 gezeigt
wird, bis der Druck des ND-Fluidsystems unter im Wesentlichen 75
KPA (11PSI) abfällt.
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Es
ist Fachleuten ersichtlich, dass die Wirkung beim Betätigen eines
beliebigen Schalters, der mit dem ND-Fluidsystem verbunden ist,
dazu führt, dass
die Ventilbaugruppe 1 in im Wesentlichen ähnlicher
Weise wie der unter Bezug auf 2 bereits
beschriebenen funktionieren wird.
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12
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Unter
Bezug auf 12 wird eine Schnittansicht
einer Ventilbaugruppe 100 gezeigt, die im Wesentlichen
dieselbe ist wie die in 5–11 gezeigte.
Die Ventilbaugruppe 100 unterscheidet sich jedoch in dem
Punkt, dass sie auch einen Schaltarm 101 aufweist, der
mit Verbindungsstange 22 assoziiert ist. Der Schaltarm 101 besteht
aus einem elastischen Material und ist derart konstruiert, dass
er eine Kraft auf einen Schaltklinkenabschnitt 104 des Schaltarms 101 ausübt. Der
Schaltklinkenabschnitt 104 weist Zähne 103 auf, die geeignet
sind, in die Zähne 102 auf
Verbindungsstange 22 zu greifen, um die Bewegung der Verbindungsstange
in einer Aufwärtsrichtung
zu steuern.
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Der
Schaltarm 100 und seine assoziierten Klinkenzähne 103 sind
auf den Zähnen 102 der
Verbindungsstange 22 vorgespannt, sodass die Zähne 102, 103 greifend
bleiben bis eine Kraft, die größer ist als
die Vorspannkraft des Schaltarms, an den Verbindungsarm 22 über den
Kolben 16 angelegt wird.
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Die
Kraft, die erforderlich ist, um die Zähne 102, 103 außer Eingriff
zu bringen ist im allgemeinen die von dem Kolben 16 und
der Membran 18 ausgeübte
Kraft (beide nicht in 12 gezeigt) wenn der Druck in
der inneren Kammer 20 leicht unter dem empfohlenen Maximaldruck
des ND-Fluidsystems liegt. Zum Beispiel, wenn der empfohlene Maximaldruck
des ND-Heißwasserzylinders
11PSI beträgt, sollte
sich ein Druck höher
als 10PSI innerhalb der inneren Kammer 20 in dem Kolben
ergeben, der eine ausreichende Kraft auf die Verbindungsstange 22 ausübt um die
Zähne 102, 103 außer Eingriff
zu bringen.
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Der
Zweck des Schaltarms 100 ist, dazu beizutragen, dass jeglicher
normale „Rückfluss"-Druck von dem ND-Fluidsystem
aus, der die Ventilbaugruppe dazu bringt, den HD-Einlassfluss über die
Einlassscheiben zu schließen,
verhindert wird, solange der Heißwasserzylinder noch leer ist.
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Zusätzlich ist
eine weitere Wirkung des Schaltarms 101, dass er bewirkt,
dass die Einlassscheiben im Wesentlichen nur entweder in der „vollständig geöffneten" oder „vollständig geschlossenen" Stellung vorliegen.
Infolgedessen bleibt Wasser, das aus dem ND-Fluidsystem über einen
Hahn austritt immer im Wesentlichem unter Volldruck, da die Einlasskanäle immer
in ihrer „vollständig offenen" Stellung sind – wenn in
dem Heißwasserzylinder
verringerter Druck ist (d. h. die Speisewassermenge, die in das
System eintritt, wird nicht durch teilweise ausgerichtete Kanäle/Einlässe verringert).
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13 und 14
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13 veranschaulicht
eine auseinandergezogene Ansicht der Bauteile der unter Bezug auf
die 6–11 beschriebenen
Ventilbaugruppe. 14 veranschaulicht zur Verdeutlichung
aus einer anderen Perspektive einige der in 13 gezeigten Bauteile.
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Beispiel 1
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In
Situationen, in denen die Speisewasserversorgung an den Heißwasserzylinder
abgestellt ist und die Stromversorgung an den Heißwasserzylinder ebenfalls
abgestellt ist (wie es etwa in einer Ferienwohnung der Fall sein
kann): Aufgrund von thermischer Kontraktion kann ein negativer Druck
in dem Zylinder resultieren. Um diesen negativen Druck auszugleichen,
müssen
Luft oder Wasser in den Zylinder eintreten um das Auftreten einer
Implosion zu verhindern. In dieser Situation ist vorgesehen, dass
Luft oder Wasser über
folgendes in den Zylinder eintritt:
- a) Verwenden
eines Speisewasserzufuhr-Steuerventils, das undicht hergestellt
ist, sodass es Eintreten von Wasser in das ND-Fluidsystem ermöglicht;
oder
- b) Positionieren eines druckempfindlichen Ventils (z. B. ein
Tellerventil), so dass es der Ventilbaugruppe der vorliegenden Erfindung
vorgeschaltet ist, aber dem Speisewasserzufuhr-Steuerventil nachgeschaltet – so dass
Luft in das ND-Fluidsystem
eindringen kann; oder
- c) Verwenden eines Entlastungsventils gemäß der vorliegenden Erfindung
an dem Auslass des Heißwasserzylinders
wie oben für 13 beschrieben.
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Beispiel 2
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Als
eine Alternative zu der in 12 gezeigten
Schaltarmanordnung kann die Feder 15 so hergestellt sein,
dass ihre berechnete Federbelastung in ihrer entspannten Stellung
geringfügig
geringer ist als der empfohlene Maximaldruck des Heißwasserzylinders – (welches
der Druck ist, bei dem das Ventil sich in seine in 13 gezeigte
Einstelldruck-Stellung bewegt). Dementsprechend bewegen sich der Kolben
und Verbindungsstab 22 nicht, bis der Druck nachlässt.
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Im
Allgemeinen ist vorgesehen, dass dies dadurch erreicht wird, dass
eine relativ lange Feder gewählt
wird, so dass nur ein geringer Variationsgrad zwischen der potentiellen
Energie der Feder zwischen ihrer „vollständig geöffneten" und „Einstelldruck" – Stellung innerhalb der Ventilbaugruppe
der vorliegenden Erfindung besteht.
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Aspekte
der vorliegenden Erfindung sind lediglich beispielhaft beschrieben
worden und es sollte ersichtlich sein, dass Modifikationen und Zusätze hierzu
vorgenommen werden können,
ohne von dem Schutzumfang der angehängten Ansprüche abzuweichen.