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Die
Erfindung betrifft einen Dampfsterilisator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und die Verwendung eines solchen Dampfsterilisators nach Anspruch
15.
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Zur
Sterilisation, beispielsweise von medizinischem Gerät, werden
thermische Verfahren wie das Autoklavieren in einem Dampfsterilisator
verwendet.
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Dampfsterilisatoren
bestehen allgemein aus einem Druckkessel, der mit einem an einen
Wasservorratsbehälter
gekoppelten Dampferzeuger verbunden ist. Über eine Saugleitung ist der
Druckkessel an eine Vakuumpumpe angeschlossen, wobei zwischen Pumpe
und Druckkessel eine Kühleinrichtung
zur Kondensation von Dampf geschaltet sein kann.
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Um
bei Einleitung des Dampfes eine Kondensation an der Wand des Druckkessels
zu verhindern sowie die Chargenzeit zu verringern und die Trocknung
zu verbessern, muss der Druckkessel vorgeheizt werden. Es ist bekannt,
dazu elektrische Widerstandsheizungen zu verwenden.
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Es
sind aber auch Dampfsterilisatoren bekannt, bei denen der Druckkessel
von einem Dampfraum umgeben ist, der als Doppelmantel ausgebildet sein
kann. Die
DE 38 42
285 A1 beschreibt z. B. einen Autoklaven, dessen Doppelmantel
durch warmes Wasser aufgeheizt wird.
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Nachteilig
ist bei dieser Art der Erwärmung, dass
das im Doppelmantel enthaltene Wasser durch eine Pumpe ständig umgewälzt werden
muss. Außerdem
wird das Wasser an einer vom Druckkessel entfernten Stelle in einem
Erwärmungsgefäß mittels einer
Erwärmungsquelle
erhitzt.
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Die
JP 6 300216 A beschreibt
einen Reaktionsbehälter,
dessen Mantel mit Dampf erwärmt
wird. Nachteilig ist dabei, dass dieser Dampf über Zuleitungen vom Verdampfer
in den Doppelmantel geführt. Mit
einem Absaugmittel muss der kondensierte Dampf aus dem Mantel entfernt
werden.
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Geräte dieser
Bauart weisen weiterhin den Nachteil auf, dass sich aus der räumliche
Entfernung und der Länge
der verwendeten Verbindungen zwischen Wasservorratsbehälter und
Sterilisator ein erheblicher konstruktiver Mehraufwand ergibt. Außerdem muss
bei einer solchen Bauweise ein großer Aufwand betrieben werden,
um den Kondensatrücklauf
aus dem Druckkessel in den Wasservorratsbehälter sicherzustellen.
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Aus
der
DE 34 47 315 C2 ist
ein Dampfsterilisator bekannt, der mittels eines Solarkollektors
beheizt wird. Dieser Dampfsterilisator weist einen Sterilisator-Heizbehälter mit
einem wasserführenden
und einem dampfführenden
Abschnitt auf.
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Aus
der
EP 1 021 207 B1 ist
ein Dampfsterilisator mit einem Druckkessel und einem den Druckkessel
umgebenden Boiler bekannt, wobei der Boiler sowohl einen dampfführenden
als auch einen wasserführenden
Abschnitt aufweist.
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Aus
der
DE 607 437 A ist
ein Dampfsterilisator bekannt, bei dem ein Flüssigkeitsbecken an der Unterseite
eines Dampfraums angeordnet ist, welcher eine Sterilisierkammer
umgibt. Die Sterilisierkammer und der Dampfraum stehen dabei in
ständiger
Strömungsverbindung
miteinander.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Apparatur
zum Vorheizen des Druckkessels einer Sterilisationsapparatur bereitzustellen, die
nicht die oben angeführten
Nachteile aufweist. Insbesondere sollte ein schnelles Erwärmungsverfahren
erreicht werden, wobei nur eine kurze einmalige Aufheizung vor dem
Einleiten des Dampfes in den Druckkessel nötig sein sollte. Zusätzlich sollte eine
platzsparende Anordnung realisiert werden.
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Bei
der Erfindung handelt es sich um einen Dampfsterilisator, der einen
Druckkessel aufweist. Der Druckkessel weist einen zylindrischen
Dampfraum auf, der mit einem Flüssigkeitsbecken
gekoppelt ist. Die zylindrische Form lässt sich leicht aus Röhren oder
Blechen herstellen. Ein Wasserbecken als Flüssigkeitsbecken ist insbesondere
unterhalb des Druckkessels angeordnet. Das angekoppelte Flüssigkeitsbecken
bildet zusammen mit dem Dampfraum einen in sich geschlossenen Raum.
Somit ist zu deren Kopplung keine Schlauch- und/oder Rohrverbindung
nötig,
was ein schnelles und verzögerungsfreies
Aufheizen des Dampfraums erlaubt.
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Zur
Verdampfung wenigstens eines Teils der Flüssigkeit enthält das Flüssigkeitsbecken
außerdem eine
Heizung. Damit kann Flüssigkeit
zur Vorheizung im Flüssigkeitsbecken
durch die Heizung verdampft werden und durch die Kopplung mit dem
Dampfraum schnell eine Vorwärmung
erreichen. Es ist nicht notwendig, den Dampf über längere Strecken zu führen, was
besonders platzsparende Bauformen erlaubt. Durch eine Anordnung
des Flüssigkeitsbeckens
unterhalb des Druckkessels kann es auch als Kondensatsammelbecken
dienen.
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Der
Dampfraum umgibt nur einen Teil des Druckkessels, so dass komplexe
Geometrien, wie z. B. Klöpperböden, nicht
mit einem extra Dampfraum ausgestattet werden müssen. So ist der Dampfraum erfindungsgemäß als zylindrischer
Körper
mit einem Klöpperboden
ausgebildet.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die im Flüssigkeitsbecken
angeordnete Heizung mit einem Überhitzungsschalter
gekoppelt, der die Heizung bei Überfunktion
abschaltet.
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Bevorzugt
wird der Dampfraum durch zwei Wände
(Doppelmantel) begrenzt, die bevorzugt aus Metall gefertigt sind,
und deren innerer Abstand voneinander 1 bis 10 mm, besonders bevorzugt
5 mm beträgt.
Dieser geringe Abstand wird gleichsam durch die räumliche
Nähe von
Flüssigkeitsbecken und
Dampfraum ermöglicht,
wodurch auf Sensoren innerhalb des Dampfraumes weitgehend verzichtet werden
kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
enthält
der Dampfraum einen Drucksensor, der mit einem Drucksicherheitsventil
gekoppelt ist. Dadurch wird ein Dampfablassweg für den Fall geschaffen, dass
der Druck im Dampfraum zu hoch wird.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Dampfraum über ein
Mittel mit dem Druckkessel gekoppelt, mit dem Dampf in geregelter Weise
aus dem Dampfraum in den Druckkessel geführt werden kann. Dies hat den
Vorteil, dass mit nur einer Dampfquelle der Druckkessel sowohl vorgeheizt,
als auch mit Dampf befüllt
werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
enthält der
erfindungsgemäße Dampfsterilisator
eine Leitwertsonde zur Messung des elektrischen Leitwertes. Die
Leitwertsonde ist innerhalb des Wasserzulaufs zum Flüssigkeitsbecken
enthalten und mit einem Wasserzulauf-Verriegelungsmechanismus gekoppelt.
Da der elektrische Leitwert und die Wasserqualität funktional verknüpft sind,
kann bei schlechter Wasserqualität
aufgrund der erhaltenen Leitwertmessungen ein Starten des Dampfsterilisators
verhindert werden. Außerdem
ermöglicht
die Leitwertsonde eine Kontrolle der Funktionsfähigkeit der Anlage über eine
längere
Betriebsdauer. Dazu wird das verbrauchte Wasservolumen gemessen
und mit dem jeweils gemessenen Leitwert gewichtet. Beim Übersteigen
eines festgelegten Grenzwertes kann dem Benutzer eine entsprechende
Meldung zum Abschlammen des Gerätes
gegeben werden, z. B. durch Aufblinken einer Warnleuchte. Auch
kann ein automatisches Abschlammen eingeleitet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
enthält der
erfindungsgemäße Dampfsterilisator
einen Sensor, der bei Kontakt mit der aus der Tür herausragenden Türspindel
die Tür
schließt.
Somit muss die Tür vom
Benutzer nicht mehr manuell geschlossen werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Tür auch bei
Stromausfall verriegelt. Somit kann sich auch bei Stromausfall nicht
die Tür
zum Druckkessel unkontrolliert öffnen.
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Mit
Vorteil ist der im Druckkessel befindliche Dampf mittels einer wasserbetriebenen
Vakuumpumpe, insbesondere einer Wasserring-Vakuumpumpe, absaugbar.
Ebenfalls von Vorteil ist es, den im Druckkessel befindlichen Dampf
mittels einer wasserfrei arbeitenden Vakuumpumpe, insbesondere einer
Membranpumpe, abzusaugen. Somit kann der Dampf, insbesondere nach
dem Ende des Sterilisationsvorganges, auf einfache Weise aus dem
Druckkessel abgesaugt werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das Kondensat aus
einem Kondensator beim Öffnen
mindestens eines Ventils innerhalb der Verbindung zum Druckkessel,
durch den höheren Druck
innerhalb des Druckkessels herausgedrückt. Dadurch ist es möglich, das
Kondensat auf einfache Art aus dem Kondensator zu entfernen.
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In
einer Variante der Erfindung werden zur Herstellung eines Doppelmantels
für einen
Druckkessel mindestens zwei flache Metallelemente punktuell miteinander
verbunden, bevorzugt durch Punktschweißen. Durch Einleitung einer
Flüssigkeit
unter Hochdruck zwischen die verbundenen Metallelemente werden diese
an den nicht verbundenen Stellen auseinandergetrieben.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
sind die dabei verwendeten Metallelemente von verschiedener Festigkeit
und/oder verschiedener Dicke. Dies birgt den Vorteil, dass die Metallelemente
durch das Einleiten der Flüssigkeit
bereits in eine runde Form gebracht werden, da sich ein Metallelement
stärker verformt
als das andere.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Dampfsterilisators.
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Im
folgenden werden beispielhaft einige erfindungsgemäße Ausführungsformen
dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Dampfsterilisators
mit interner Dampfversorgung in einer frontalen Ansicht;
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2 eine
Schnittansicht entlang der in 1 gezeigten
Ebene A-A des erfindungsgemäßen Dampfsterilisators;
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3 einen
Rohrplan einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Dampfsterilisators
mit interner Dampfversorgung;
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4 einen
weiteren Rohrplan einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Dampfsterilisators
mit interner Dampfversorgung;
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5 das
Einpumpen von Flüssigkeit
zwischen zwei punktuell miteinander verbundene Metallelemente.
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In 1 wird
eine Ausführungsform
des Dampfsterilisators mit interner Dampfversorgung in einer frontalen Schnittansicht
dargestellt. Auf die Darstellung der Tür wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit
verzichtet. Unterhalb des Druckkessels 1 ist ein Flüssigkeitsbecken 2 dargestellt,
das hier mit Wasser gefüllt
ist. Mittels einer Heizung 4 wird das im Flüssigkeitsbecken 2 befindliche
Wasser 9 verdampft und mittels hier nicht gezeigter Öffnungen
in den im Ausbruch dargestellten Dampfraum 3 eingeleitet,
wobei der Dampfraum 3 den Druckkessel 1 umgibt.
Am Türverschluss
befindet sich ein Türsensor 5,
der bei Kontakt mit der (hier nicht gezeigten) Türspindel die Tür automatisch
verschließt
und stromlos verriegelt. Der Türsensor 5 sorgt
dafür,
dass ein Motor die Tür über eine
Gewindevorrichtung an das Gehäuse
heranzieht. Die Regelung dieses Schließvorgangs erfolgt über die
Messung des Stromflusses, der proportional zum Drehmoment der Spindel
ist. Wenn das Drehmoment zu hoch wird, d. h. die Tür sicher
verschlossen ist, wird der Motor abgeschaltet.
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In 2 wird
eine Schnittansicht entlang der in 1 gezeigten
Ebene A des Dampfsterilisators mit interner Dampfversorgung dargestellt.
Der Druckkessel 1 wird teilweise von einem zylinderförmigen Dampfraum 3 umgeben,
der aus einem metallischen Doppelmantel besteht und in den Dampf
aus einem hier nicht dargestellten Flüssigkeitsbecken 2 eingeleitet
wird. Der Bereich des Klöpperbodens
ist einschalig, d. h. ohne Doppelmantel ausgebildet. Alternativ
könnte
auch hier ein Doppelmantel angeordnet werden.
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3 ist
ein Rohrplan einer Ausführungsform
des Dampfsterilisators mit interner Dampfversorgung unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Der Dampfsterilisator weist einen Druckkessel 1 auf, in
dem sich das zu sterilisierende Gut befindet. Der Dampfraum 3 des
Druckkessels 1 ist mit einem Flüssigkeitsbecken 2 und über eine
Saugleitung 22 mit einem ersten Filter 23a, einem
ersten Magnetventil 24a und einem ersten Rückschlagventil 25a mit
einer Wasserring-Vakuumpumpe 21 gekoppelt. Zur Wasserring-Vakuumpumpe 21 wird
Wasser zur Kühlung
der Pumpe über
einen ersten Durchflussmesser 32a zugeführt. In diesem Zulaufweg angeordnet
sind ein zweiter Filter 23b, sowie ein Durchlaufbegrenzer 33 mit
daran gekoppelten zweiten und dritten Magnetventilen 24b, 24c und
dem ersten Durchflussmesser 32a. Vor der Wasserring-Vakuumpumpe 21 zweigt
ein Rohr 34 ab, das mit einer Kavitationsschutzdüse mit Rückschlagventil 35 verbunden
ist. In einem Druckablassmittel 30, das dem Druckablass
aus dem Druckkessel 1 dient, ist ein sechster Filter 23f und
ein fünftes
Magnetventil 24e angeordnet.
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Das
Flüssigkeitsbecken 2 ist über einen Wasserzulauf 8,
einen zweiten Durchflussmesser 32b, einen ersten Durchflussbegrenzer 37a,
dritte und vierte Filter 23c, 23d mit einer Leitwertsonde 15, einer
Speisepumpe 26 mit zweitem Rückschlagventil 25b,
sowie einem Magnetventil als Wasserzulauf-Verriegelungsmechanismus 16 mit
einem Vorratsbehälter 31 verbunden,
in dem sich Wasser befindet. Das Flüssigkeitsbecken 2 verfügt über ein
Ablaufmittel 29 zum Abschlammen. Im Ablaufmittel 29 ist
ein fünfter
Filter 23e und ein viertes Magnetventil 24d angeordnet.
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Das
im Flüssigkeitsbecken 2 befindliche Wasser
wird im Betrieb mittels einer Heizung 4 zumindest teilweise
verdampft und der Dampf in den Dampfraum 3 eingeleitet.
Bei ausreichendem Druck wird ein Ventil 10 geöffnet und
Dampf strömt über ein Mittel 7 vom
Dampfraum 3 in den Druckkessel 1. Durch wiederholtes
Evakuieren des Druckkessels 1 nach Schließen des
Ventils 10 und anschließendes Befüllen mit Dampf wird der Druckkessel 1 hinreichend
entlüftet
(fraktioniertes Verfahren).
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Um
die Prozessdrücke,
wie z. B. den Sterilisationsdruck, präzise zu regeln, ist sowohl
ein Dampfraum-Drucksensor 11 als auch ein Druckkessel-Drucksensor 12 vorhanden.
Ein gefährliches
Ansteigen des Drucks in Dampfraum 3 und Druckkessel 1 wird
durch Feder-Sicherheitsventile 13a bzw. 13b verhindert,
die für
ein Ausströmen
des Dampfes bei überhöhtem Dampfdruck,
etwa in Folge eines Ausfalls der Elektronik, sorgen. Zusätzlich kann
der Druck aus dem Dampfraum 3 auch durch Öffnen des neunten
Magnetventils 24i erfolgen. An diesem Magnetventil 24i kann
auch eine (hier nicht dargestellte) externe Dampfpistole angeschlossen werden.
Mit einer solchen Dampfpistole können
verschmutzte Gegenstände
mit Dampf gereinigt werden. Die Heizung 4 ist mit einem Überhitzungsschalter 14 verbunden, der
bei zu hoher Temperatur die Heizung 4 abschaltet. Außerdem sind
innerhalb des Druckkessels Temperaturfühler 27 angeordnet.
Der Drucksensor 11 kann auch durch einen Temperatursensor
im Flüssigkeitsbecken 2 ersetzt
werden.
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Die
im Wasserzulauf angeordnete Leitwertsonde 15 misst den
elektrischen Leitwert als Qualitätsmerkmal
des eingespeisten Wassers. Bei ungenügender Qualität kann über einen
mit der Leitwertsonde 15 gekoppelten Wasserzulauf-Verriegelungsmechanismus 16 die
Wasserzufuhr unterbrochen werden. Dadurch kann bei schlechter Wasserqualität ein Starten
des Dampfsterilisators verhindert werden. Gleichzeitig ermöglicht die
Leitwertsonde 15 eine Kontrolle der Funktionsfähigkeit
der Anlage. Dazu wird das verbrauchte Wasservolumen gemessen und mit
dem jeweils gemessenen Leitwert gewichtet. Beim Übersteigen eines festgelegten
Grenzwertes kann dem Benutzer ein entsprechender Meldung zum Reinigen
(Abschlammen) des Gerätes
gegeben werden, z. B. durch Aufblinken einer Warnleuchte. Es kann
aber auch eine automatische Abschlammung vorgesehen sein.
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Nach
Abschluss des Sterilisationsvorganges und der nachfolgenden Trocknung
wird der Druckkessel 1 mittels eines Belüftungsmittels 28 auf
Umgebungsdruck gebracht. Das Belüftungsmittel 28 ist mehrfach
verzweigt. Es ist in einem Ast mit einem zweiten Dosierventil 37b und
einem elften Magnetventil 24k versehen; in einem anderen
Ast mit einem zehnten Magnetventil 24j, dass den Zufluss
entweder zu einem siebten Filter 23g und einem sechsten Magnetventil 24f oder
zu einem Diffusor 36 erlaubt.
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4 zeigt
einen Rohrplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampfsterilisators
mit interner Dampfversorgung. Im folgenden werden nur die Teile
der Ausführungsform
beschrieben, die sich von der in 3 gezeigten
unterscheiden, so dass auf die obige Figurenbeschreibung Bezug genommen
werden kann.
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Diese
Ausführungsform
des Dampfsterilisators zeichnet sich durch eine Membranpumpe 46 aus,
die wasserfrei betrieben wird. Um sicherzustellen, dass kein Wasser
in die Pumpe gelangt, ist zwischen der Membranpumpe 46 und
dem Druckkessel 1 ein mit einem Lüftermotor betriebener Kühler 40 zur Kondensation
des Dampfes in die Saugleitung 22 eingebaut. Der Kühler 40 verfügt über zwei
Ablaufmittel 41a, 41b. Das erste Ablaufmittel 41a verbindet den
Kühler 40 mit
der Membranvakuumpumpe 46, wobei zwischen beiden ein siebtes
Magnetventil 24g angeordnet ist. In der Membranvakuumpumpe 46 befindet
sich ein hier nicht dargestelltes Rückschlagventil, dass eine Rückströmung sowohl
aus dem Ablaufmittel 29, dem zweiten Ablaufmittel 41b als
auch dem Druckablassmittel 30 verhindert. Das Ablaufmittel 41b enthält neben
einem Filter 23h ein achtes Magnetventil 24h.
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Der
Wasserzulauf zur Leitwertsonde 15 erfolgt bei dieser Ausführungsform
aus einem Satteltank 50, der über eine Zuleitung 52,
die einen Saugfilter 51 enthält, mit der Leitwertsonde 15 gekoppelt ist.
Der Satteltank verfügt
auch über
Abwasserauslass 42 zum Schutz vor Überlaufen. Weiterhin sind Entleerungsmittel 52 zur
vollständigen
Entleerung, etwa zur Reinigung, vorgesehen.
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In
dieser Ausführungsform
ist der Drucksensor 11 nicht vorgesehen, kann aber optional
ebenfalls vorhanden sein.
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Der
Doppelmantel, der in diesen Ausführungsformen
den Dampfraum bildet, kann erfindungsgemäß in einfacher Weise hergestellt
werden. In 5 sind zwei Metallelemente 17 gezeigt,
die über
Punktverbindungen 19 miteinander verbunden sind. Diese
Punktverbindungen 19 können
zum Beispiel durch Punktschweißen
entstehen. An den Längsseiten
sind die Metallelemente 17 durch Schweißnähte 18 verbunden.
Durch eine Aussparung in der Schweißnaht 18, der Einlassöffnung 20, kann
Flüssigkeit
zwischen die Metallelemente 17 mit hohem Druck gepumpt
werden. Dadurch werden die Metallelemente 17 zwischen den
Punktverbindungen 19 auseinander getrieben. Auf diese Weise
bildet sich auf einfache Weise ein Doppelmantel, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendbar ist.