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Die Erfindung betrifft einen Kondensatableiter, zum
automatischen Abscheiden von in verschiedenen Arten von Dampf
verwendenden Geräten und in Dampfleitungen erzeugten Kondensat,
und insbesondere einen thermisch gesteuerten
Kondensatableiter, der dazu dient, Kondensat unterhalb einer gewünschten
Temperatur aus einem System auszuscheiden, und in dem ein
Temperaturregelelement verwendet wird, das ein Medium enthält,
welches durch Dampf erhitzt und ausgedehnt wird und welches
durch Kondensat gekühlt und kontrahiert wird.
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Ein derartiger thermisch gesteuerter Kondensatableiter weist
ein Gehäuse mit einer Ventilkammer auf, in die Dampf oder
Kondensat eingeleitet wird, sowie ein in der Ventilkammer
angeordnetes Temperaturregelelement. Das in einem derartigen
Kondensatableiter verwendete Temperaturregelelement weist
zwei scheibenförmige Wandelemente, ein oberes und ein
unteres, und mindestens eine zwischen den zwei Wandelementen
angeordnete Membran auf, wobei die Membran an ihrem äußeren
Rand an beiden Wandelementen befestigt ist und wobei der
zwischen dem oberen Wandelement und der Membran gebildete
Innenraum ein ausdehnbares Medium enthält, welches sein Volumen
in Abhänigkeit von der Temperatur verändert. Wenn das Ventil
geöffnet ist, berühren sich die obere Fläche der Membran und
die untere Fläche des oberen Wandteils in einen Bereich, der
sich von dem Bereich unterscheidet, in dem die mindestens
eine Membran zwischen dem oberen und dem unteren Wandteil
eingeklemmt und befestigt ist. Weiterhin trägt die Membran
auf ihrer dem ausdehnbaren Medium abgewandten Seite ein
Ventilteil.
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Bei dem mit einem deratigen, in der Ventilkammer
angeordneten Temperaturregelelement versehenen thermisch gesteuerten
Kondensatableiter verursacht das Einströmen von heißem Dampf
in die Ventilkammer eine Ausdehnung des ausdehnbaren Mediums,
wodurch die Membran in Schließrichtung des Ventils bewegt
wird, so daß das von der Membran getragene Ventilteil seinen
Sitz auf dem mit dem Auslaß verbundenen Ventilsitzelement
einnimmt und dementsprechend ein in dem Ventilsitzelement
ausgebildeter Abflußkanal verschlossen wird. Dies verhindert
das Ausströmen von Dampf. Andererseits verursacht das
Einströmen von Kondensat einer niedrigen Temperatur in die
Ventilkammer eine Kontrahierung des ausdehnbaren Mediums,
wodurch die Membran in Öffnungsrichtung des Ventils bewegt
wird, so daß das Ventilteil den Abflußkanal freigebend von
dem Ventilsitzelement abgehoben wird, wodurch das Kondensat
aus dem System ausströmen kann.
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Bei einem wie oben beschrieben ausgebildeten thermisch
gesteuerten Kondensatableiter ist die Membran das im Laufe der
Zeit am meisten beschädigte Teil, da das mit der Membran
verbundene Ventilteil zum Öffnen und Schließen des Ventils
in Abhängigkeit von einer Volumenänderung des ausdehnbaren
Mediums bewegt wird.
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Da sich die Membran mit der Ausdehnung und Kontraktion des
ausdehnbaren Mediums verformt, sollte sich eine flach
ausgebildete Membran durch eine Ausdehnung und Kontraktion des
Materials an sich verformen. Da jedoch die Membran
üblicherweise aus einem wenig elastischen Material wie Metall oder
dergleichen ausgebildet ist und eine deratige flache
Ausbildung
die Verformung der Membran selbst bei Ausdehnung und
Kontraktion des ausdehnbaren Mediums schwierig macht, ist es
unter dem Gesichtspunkt der Verhinderung einer Dampfleckage
wie auch des guten Ausscheidens von Kondensat schwierig zu
sagen, ob das Ausmaß der Auslenkung des mit der Membran
verbundenen Ventilteils für den Öffnungs- und Schließvorgang
des Ventils ausreichend ist.
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Aus diesem Grund wurde die Membran in der Vergangenheit oft
wellenförmig ausgebildet. Zum Beispiel werden in Zeichnungen
des US-Patents 1 109 705, des US-Patents 4 295 605, des US-
Patents 4 681 256, des US-Patents 4 955 536, des US-Patents
5 082 237, des US-Patents 5 197 669, welches als
nächtliegender Stand der Technik angesehen wird, der EP-A-0 171 464 und
des deutschen Patents 158 892 jeweils eine wellenförmige
Membran dargestellt, ohne jedoch auf ihr Verhältnis zu dem
darin beschriebenen technischen Inhalt abzustellen. Die wie
oben beschrieben wellenförmige Kontur der Membran erlaubt
die Ausdehnung und Kontraktion der betreffenden Teile der
Welle in Abhängigkeit von der Ausdehnung und Kontraktion des
ausdehnbaren Mediums, wodurch das Ventilteil in einem
vergleichsweise großen Ausmaß bewegt werden kann.
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Bei einem in dem US-Patent 2 289 020 offenbarten
Kondensatableiter ist es an sich bekannt, ein scheibenförmiges
Wandteil mit einem der Wellenforn der Membran entsprechenden
gekrümmten Bereich zu verwenden. Allerdings ist hier keine
wesentliche Anschlagfläche auf der Seite der Membranoberfläche
vorgesehen, auf der das Ventilteil befestigt ist. Daher kann
die Membran in dem ausgelenkten Zustand und im Falle einer
Überhitzung durch die Ausdehnung des ausdehnbaren Mediums
beschädigt werden.
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Während die Membran vergleichsweise einfach verformt werden
kann, um dadurch die Öffnungs- und Schließfunktion des
Ventils auszuführen, kann es im Falle einer übermäßigen
Ausdehnung des ausdehnbaren Mediums nachdem das Ventilteil auf dem
Ventilsitzelement aufsitzt zu einer vollständigen Ausdehnung
der Wellenbereiche kommen, so daß die relativ inelastische
Membran dauerhaft verformt wird und die Wellenform nicht
wiederhergestellt werden kann, wodurch die Eigenschaft, auf
die Wärme des Kondensatableiters zu reagieren, gestört wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin,
einen thermisch gesteuerten Kondensatableiter
bereitzustellen, bei dem eine dauerhafte Verformung der aus einem
relativ inelastischen Material bestehenden Membran vermieden
wird und welcher auch durch eine wiederholte Beanspruchung
der Membran nicht beeinflußt wird.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen
thermisch gesteuerten Kondensatableiter bereitzustellen,
welcher eine überflüssige Belastung der Membran vermeidet
und bei welchem daher die Lebensdauer der Membran verlängert
wird.
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Zur Lösung dieser Aufgaben wird gemäß der Erfindung ein
thermisch gesteuerter Kondensatableiter vorgeschlagen,
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mit einem Ventilgehäuse mit einem Einlaß, einer Ventilkammer
und einem Auslaß;
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einem zwischen der Ventilkammer und dem Auslaß angeordneten,
einen Abflußkanal aufweisenden Ventilsitzelement;
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einem in der Ventilkammer angeordneten
Temperaturregelelement, in welches ein ausdehnbares Medium eingeschlossen ist
und welches zwei scheibenförmige Wandelemente aufweist, ein
oberes und ein unteres, mindestens ein zwischen den
Wandelementen angeordnetes, gewelltes Membranelement sowie ein an
dem Membranelement befestigtes Ventilteil,
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wobei sich bei geöffnetem Ventil die obere Seite des
Membranelements und die obere Seite des oberen Wandelements an
einer anderen Stelle berühren als die Stelle, an der die
Ränder des Membranelements zwischen dem oberen und dem unteren
Wandelement eingespannt und befestigt sind,
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dadurch gekennzeichnet, daß das untere scheibenförmige
Wandelement einen der Wellenform des Membranelements entsprechend
gekrümmten Bereich an seiner Oberseite aufweist, so daß das
Membranelement und das untere Wandelement bei einer
übermäßigen Ausdehnung des ausdehnbaren Mediums im wesentlichen in
Anlage zueinander gebracht werden.
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Vorzugsweise ist ein elastisches Element vorgesehen, welches
das Temperaturregelelement in Richtung des
Ventilsitzelements drückt.
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Die oben genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der
Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1: eine geschnittene Darstellung eines
erfindungsgemäßen thermisch gesteuerten Kondensatableiters,
wobei das Ventil in seiner Öffnungsstellung dargestellt
ist;
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Fig. 2: eine geschnittene Darstellung des Kondensatableiters
gemäß Fig. 1, wobei das Ventil in seiner
Schließstellung dargestellt ist; und
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Fig. 3: eine geschnittene Darstellung eines
Temperaturregelelements, bei dem die Membran und das untere
Wandteil im überhitzten und ausgelenkten Zustand nah
aneinander anliegen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein oberes Gehäuseteil 1 und ein unteres
Gehäuseteil 2, die miteinander verschraubt sind, wodurch ein
Ventilgehäuse mit einer darin enthaltenen Ventilkammer 3
gebildet wird. Das obere Gehäuseteil 1 weist einen Einlaß 4
und das untere Gehäuseteil einen Auslaß 5 auf.
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Ein Ventilsitzelement 7 ist in eine Trennwand 6 zwischen der
Ventilkammer 3 und dem Auslaß 5 eingeschraubt. In der Mitte
des Ventilsitzelements 7 ist ein durchgehender Abflußkanal 8
vorgesehen, mittels welchem die Ventilkammer 3 mit dem
Auslaß 5 kommuniziert.
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Ein Temperaturregelelement 9 ist im Inneren eines
Einsatzteils 24, welches als ein mit einem Ringflansch versehener
Zylinder ausgebildet ist, der an dem Innenrand des
Ringflansches zwischen der Trennwand 6 und dem Ventilsitzelement 7
eingespannt ist, angeordnet, so daß das
Temperaturregelelement 9 oberhalb des Ventilsitzelements 7 angeordnet ist.
Eine Mehrzahl von Fensteröffnungen 28, durch die das
Kondensat fließen kann, ist in der Außenwand des Einsatzteils 24
vorgesehen. Das Temperaturregelelement 9 weist ein oberes
Wandteil 11, eine erste Membran 14, ein ausdehnbares Medium
15, ein Ventilteil 16, eine zwischen dem Ventilteil 16 und
einem ringförmigen Teil 17 angeordnete zweite Membran 18
sowie ein unteres Wandteil 19 mit einer zentralen Öffnung,
durch die das Ventilteil 16 hindurchtreten kann, auf.
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Das ausdehnbare Medium 15 wird durch eine Einfüllöffnung 10
in dem oberen Wandteil 11 in die Aufnahmekammer 13
eingefüllt, die durch das obere Wandteil 11 und die erste Membran
14 gebildet wird. Die Einfüllöffnung 10 wird durch ein
Verschlußteil 12 verschlossen und abgedichtet. Das ausdehnbare
Medium 15 besteht aus Wasser, einer Flüssigkeit mit einem
Siedepunkt, der niedriger ist als der von Wasser, oder einer
Mischung der beiden Flüssigkeiten.
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Der Abflußkanal 8 wird freigegeben oder verschlossen, indem
das Ventilteil 16 auf dem Ventilsitzelement 7 aufsitzt oder
von diesem abgehoben wird. Die äußeren Ränder der ersten
Membran 14 und der zweiten Membran (18) sind zwischen dem
oberen Wandteil 11 und dem unteren Wandteil 19 eingespannt
und an diesen befestigt. Im mittleren Bereich der
Bodenfläche des oberen Wandteils 11 ist ein Anschlag 20 befestigt,
der die Auslenkung der Membrane 14 und 18 aufgrund einer
Kontraktion des ausdehnbaren Mediums 15 begrenzt.
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Wie Fig. 1 zeigt, weist die erste Membran 14 eine gewellte
Kontur mit einer Mehrzahl konzentrischer, ringförmiger
Ausbuchtungen 21 auf. Die zweite Membran 18 weist ebenfalls
eine gewellte Kontur mit einer Mehrzahl konzentrischer,
ringförmiger Ausbuchtungen 22 auf.
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Die Oberfläche des unteren Wandteils 19, an der die untere
Fläche der zweiten Membran anliegt, ist derartig gekrümmt,
daß sie im wesentlichen die Wellenform der zweiten Membran
aufweist, wenn das Ventilteil 16 auf dem Ventilsitzelement 7
aufsitzt (vgl. Fig. 2), und weist konzentrische, ringförmige
Ausbuchtungen 23 auf. Die Membrane können lediglich eine
einzige ringförmige Ausbuchtung aufweisen. Es reicht auch
aus, wenn nur die obere Fläche des unteren Wandteils
derartig gekrümmt ist, daß sie der Form der unteren Oberfläche
der Membran entspricht.
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Zwischen einem Filtergitter 25, welches zwischen dem oberen
Gehäuseteil 1 und dem Einsatzteil 24 eingespannt ist, und
dem oberen Wandteil 11 des Temperaturregelelements 9 ist
eine Spiralfeder 26 angeordnet, welche das
Temperaturregelelement 9 nach unten drückt, so daß die untere Fläche des
unteren Wandteils 19 auf den gestuften Bereich 27 auf der
Innenseite des Einsatzteils 24 gedrückt wird.
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Während des Betriebs kontrahiert das ausdehnbare Medium 15,
falls die Flüssigkeit, welche durch den Einlaß 4 in die
Ventilkammer 3 einströmt, Kondensat einer niedrigen Temperatur
ist, und zusätzlich wirkt der Flüssigkeitsdruck in der
Ventilkammer 3 auf die Membran, so daß die Membrane 14 und 18
angehoben werden und das Ventilteil 16 von seinem Sitz auf
dem Ventilsitzelement 7 abgehoben wird, wodurch der
Abflußkanal 8 freigegeben wird (vgl. Fig. 1). Das Kondensat kann
dann durch den Auslaß 5 ausströmen.
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Wenn die Temperatur in der Ventilkammer 3 durch den heißen
Dampf, der einströmt, nachdem das kühlere Kondensat
abgeflossen ist, ansteigt, dehnt sich das ausdehnbare Medium 15
aus, so daß die erste und die zweite Membran 14 und 18 wie
in Fig. 2 dargestellt nach unten ausgelenkt werden und das
Ventilteil 16 entsprechend auf dem Ventilsitzelement 7
aufsitzt, wodurch der Abflußkanal 8 zur Vermeidung des
Ausströmens von Dampf verschlossen wird. Wenn das Ventilteil 16
auf dem Ventilsitzelement 7 aufsitzt, verbleibt ein geringer
Zwischenraum zwischen der unteren Fläche der zweiten Membran
18 und der oberen Fläche des unteren Wandteils 19. Wenn sich
das ausdehnbare Medium 15 jedoch weiter ausdehnt (im Falle
der Überhitzung) wird das Temperaturregelelement 9 innerhalb
des Einsatzteils 24 gegen die Rückstellkraft der Spiralfeder
26 nach oben ausgelenkt, so daß die untere Fläche der
zweiten Membran 18 und die obere Fläche des unteren Wandteils 19
im wesentlichen zur Anlage aneinander gelangen.