DE19522530A1 - Steuerelement für Kondensatableitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerelement für Kondensatableitung in solchen Einrichtungen, in denen ein Stoff, der sich in einer Gasform befindet, infolge Wärmeenergieabgabe kühler wird und in die flüssige Form übergeht, was eine Situation darstellt, die häufig, z. B. bei Wasserdampferwärmung der Wärmeverbraucher, bei einer Destillaterzeugung oder bei der Kondensation von chemischen Produkten, vorkommt.

Für den angeführten Zweck werden bis jetzt verschiedene Membran-, Bimetall-, Düsen- und Strom-Systeme benutzt. Am häufigsten werden dann Schwimmersysteme benutzt, welche zur Erhöhung der Ableitungsgeschwindigkeit des kalten Kondensats mit einem Thermostat versehen sind. Für ihre richtige Funktion ist eine große Übersetzung vom Schwimmer zum Öffnungsventil nötig, was lediglich nur durch eine größere Anzahl von mechanischen Bestandteilen und eine größere Schwimmerkammer erreichbar ist, was im Betrieb zur Quelle von Störungen wird und die Kosten für ein solches System erhöht. Die Membran- und Bimetallsteuerelemente arbeiten mit einer konstanten einstellbaren Temperatur, und das Temperaturgefälle am Verbraucher kann auf einen minimalen Wert von 10°C eingestellt werden. Es muß aber ein konstanter Druck, gegebenenfalls eine konstante Dampftemperatur, beim Eintritt sichergestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Konstruktion eines Steuerelements für Kondensatableitung zu finden, die einerseits die Vorteile der bekannten Lösungen beinhaltet und andererseits ihre Nachteile beseitigt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst und die Nachteile der bekannten Steuerelemente werden durch das erfindungsgemäße Steuerelement für Kondensatableitung dadurch beseitigt, daß dieses Steuerelement aus einem Grundkörper besteht, in welchem ein Kegel mit einer Radialfuge verschiebbar angeordnet ist, wobei der Kegel mit einer unteren Fläche versehen ist, oberhalb deren Sitzes wenigstens ein Zufuhrkanal angeordnet ist, und die Radialfuge auf dem von dem Sitz abgewandten Ende des Grundkörpers mit einem Steuerraum oberhalb der oberen Fläche des Kegels in Verbindung steht und dieser Steuerraum über einen hydraulischen in dem Kegel sich befindenden Widerstand durch einen Zentralkanal und Reduktionsöffnungen mit dem Austrittsraumquerschnitt hinter dem Sitz stromabwärts des Sitzes verbunden ist.

Es ist von Vorteil, wenn das Flächenverhältnis des Kegels in einer unlinearen direkten Proportion zu dem Temperaturgefälle des Verbrauchers steht. Es ist weiter vorteilhaft, wenn der hydraulische Widerstand in dem Kegel durch eine Labyrinthstopfbuchse oder Kapillare gebildet ist. Von Vorteil ist endlich auch, wenn das Kegelende in dem Raum des Austrittschnitts mit einer unechten Labyrinthstopfbuchse versehen ist.

Das erfindungsgemäße Steuerelement verbindet die Vorteile der bekannten Lösungen und beseitigt ihre Nachteile. Das Prinzip, auf dem die Erfindung beruht, ist die Auswertung der Kondensatviskosität. Die Existenz der direkten Proportionalität der Kondensatviskosität von der Temperatur wird durch die Radialfuge ausgenutzt, welche das Radialspiel zwischen dem Kegel und dem Grundkörper darstellt, und zwar auf die Weise, daß bei einer niedrigen Temperatur in den Steuerraum eine kleine Menge von Kondensat durchdringt und mit steigender Temperatur diese Menge größer wird. Als Steuerelement mit der direkten Proportionalität des hydraulischen Widerstandes von der Temperatur ist hier hydraulischer Widerstand ausgenutzt. Dieser hydraulische Widerstand kann zum Beispiel eine Labyrinthstopfbuchse, eine Kapillare oder ein anderes Element sein, unter der Voraussetzung, daß solche Elemente einen niedrigen Widerstand für das kalte Kondensat ausweisen und daß bei steigender Temperatur, als Folge der Wirbelströmung, zum Beispiel in den einzelnen Kammern der am Ausgang des Steuerraumes angeordneten Labyrinthstopfbuchse, eine ausgeprägte Erhöhung des hydraulischen Widerstandes erfolgt. Durch diese Kombination der beiden erwähnten Steuerelemente, das heißt der Radialfuge und des hydraulischen Widerstandes mit der direkten Proportionalität von der Temperatur, wird der direkt auf das Betätigungsorgan, den sogenannten Kegel, wirkende Druck im Steuerraum bestimmt. Für das Steuerelement wird 1-2% der maximalen Menge des abgeleiteten Kondensats benutzt, was eine genügende Menge für eine rasche Unterscheidung des Kondensattemperatur- Abfalls oder -Anstiegs darstellt. Ideales Temperaturgefälle am Verbraucher ist durch das Verhältnis der unteren Kegelfläche im Sitzbereich, wo die den Kegel von seinem Sitz aufhebende Kraft wirkt, zur gegenüberliegenden oberen Kegelfläche gegeben, wo die den Kegel in den Sitz drückende Kraft einwirkt. Dieses Verhältnis sichert die automatische Einstellung des Steuerelementes auf ein ideales Temperaturgefälle am Verbraucher beim gegebenen Druck und bei der gegebenen Temperatur des Eintrittsdampfes. Für eine regelmäßige Funktion des Steuerelementes im ganzen Bereich der Kondensattemperatur ist am Austritt ein Druckreduktor eingesetzt, der durch eine unechte Labyrinthstopfbuchse, die am unteren Ende des Kegels im Raum des zylindrischen Durchganges stromabwärts des Sitzes angeordnet ist, gebildet wird. Die genannte unechte Labyrinthstopfbuchse kann zum Beispiel als Einstich im unteren Kegelbereich ausgebildet werden. Durch die Wirbeleffekte steigt bei steigender Temperatur der hydraulische Widerstand der Stopfbuchse und dadurch auch der Druck im genannten Reduktor. Dieses Phänomen wird insbesondere zur Erhöhung der Leistung des Steuerelementes beim kalten Kondensat ausgenutzt, wenn der größere Austrittsquerschnitt beim Anlauf der Verbrauchertemperatur vom kalten Zustand aus günstig zur Geltung kommt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung in vereinfachter Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt eines Steuerelementes und

Fig. 2 einen Axialschnitt dieses Steuerelement in einem genormten Ventilkörper mit Anschlußflanschen.

Das in Fig. 1 in einem schematischen Axialschnitt dargestellte erfindungsgemäße Steuerelement besteht aus einem Grundkörper 1, der vorzugsweise die Form eines hohlen Zylinders aufweist, in dessen Innenraum der Kegel 2 mit einer Radialfuge 6 verschiebbar angeordnet ist. In der Ruhelage rastet der Kegel 2 im innerhalb des Grundkörpers 1 unter dem Niveau der Kondensatzufuhrkanäle 9 angeordneten Sitz 3 ein. Diese Kondensatzufuhrkanäle 9 münden in den Raum unter dem unteren Teil des Kegels 2, zum Beispiel von beiden gegenüberliegenden Seiten aus.

Das Kondensat wirkt mit seinem Druck auf die untere Fläche F1 des Kegels 2, welcher dann von seinem Sitz 3 aufgehoben wird, und das Kondensat fließt durch den Austrittsquerschnitt 10 ab. Bei steigender Temperatur sinkt die Kondensatviskosität ab, und dadurch kommt es zu einer schnelleren Strömung, wodurch der Druck im nicht dargestellten hinter dem Austrittsquerschnitt 10 stromabwärts angeordneten Raum übermäßig steigen würde. Um dem entgegenzuwirken, sind im Kegel 2, im Bereich des Sitzes 3, Reduktionsöffnungen 7 vorgesehen, welche durch einen Zentralkanal 12 im Kegel 2 über den hydraulischen Widerstand 4 mit dem Steuerraum 5 im oberen mit dem Deckel 11 verschlossenen Teil des Grundkörpers 1 verbunden sind. Die Druckerhöhung im Raum des Austrittsquerschnittes 10 und nachfolgend auch die Druckerhöhung im Steuerraum 5 hat zur Folge, daß sich der Kegel 2 in Richtung zum Sitz 3 verschiebt, wodurch der Kondensatdruck im Austrittsquerschnitt 10 reduziert wird.

Bei einer Temperatur über 100°C weist das Kondensat eine schon so niedrige Viskosität auf, daß es durch die Radialfuge 6 in den Steuerraum 5 zu dringen beginnt, und weil in diesem Steuerraum 5 der Druck niedriger als der Eintrittsdruck ist, kommt es hier zur Drosselung des Kondensats, wodurch nasser Dampf entsteht. Dieser Dampf tritt dann in den hydraulischen Widerstand 4 ein, zum Beispiel in die Labyrinthstopfbuchse, wo in den einzelnen Kammern durch die Wirbelung eine Temperaturerhöhung und dadurch auch eine Dämpfung dieses hydraulischen Widerstandes 4, den die Buchse gegen den Mediumdruck leistet, erfolgt. Die Folge davon ist eine Erhöhung des auf die obere Fläche F2 des Kegels 2 einwirkenden Druckes und folglich auch die Herabsenkung des Kegels 2 in den Sitz 3. Bei einem kleinen Temperaturabfall sinkt der Druck im Steuerraum 5 ab, und dadurch sinkt auch der auf die obere Fläche F2 des Kegels 2 einwirkende Druck, so daß die durch den Eintrittsdruck auf die untere Fläche F1 einwirkende Kraft den Kegel 2 vom Sitz 3 aufhebt. Wenn im angeschlossenen nicht dargestellten Verbraucher kein Kondensat gebildet wird, dann sinkt auch die Temperatur nicht, und der Austrittsquerschnitt 10 und damit auch das ganze Steuerelement bleibt dadurch verschlossen.

Das Steuerelement nutzt den Kühleffekt aus, was bedeutet, daß nur eine so große Kondensatmenge abgeleitet wird, die der Dampfmenge entspricht, die ihre Wärmeenergie an den in Fig. 2 nicht dargestellten Verbraucher abgegeben hat. Die Dampftemperatur t1 beim Eintritt in den Verbraucher hängt vom Eintrittsdruck p1 ab, der bei höherer Temperatur gleich dem Druck p2 des Kondensats beim Eintritt in das Steuerelement ist, wo das Kondensat auf die untere Fläche F1 des Kegels 2 in der Richtung des Aufhebens des Kegels 2 einwirkt. Das Steuerelement wird also durch den Eintrittsdruck (p1 p2) und durch die Temperatur t2 automatisch gesteuert. Beim gleichen Druck (p1 = p2) sinkt im Verbraucher die Temperatur t2 ab, und dadurch tritt eine Kondensation ein, so daß er bei nachfolgender Herabsetzung des Druckes p2 am Ausgang aus dem Steuerelement auf den Druck p3 zu einer krassen Temperatursenkung t3 kommt - ein Kühlprinzip. Falls die in Fig. 2 nicht dargestellte Kondensatrohrleitung einen entsprechenden Querschnitt besitzt und nicht unangemessen in die Höhe steigt, dann kann die Kondensattemperatur t3 hinter dem Steuerelement nicht über 100°C aufsteigen.

In Fig. 2 ist eine praktische Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerelementes dargestellt. Das Steuerelement ist hier in einem handelsüblichen Ventilkörper 13 mit Anschlußflanschen 14 und 15 eingebaut. Es ist ersichtlich, daß der Deckel 11 gemäß Fig. 1 ein Bestandteil dieser massiven Armatur sein kann und daß das Steuerelement selbst, von dem nur die wichtigsten Teile, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet sind, dargestellt sind, in den genormten Innenraum des Ventilkörpers 13 bloß durch eine einfache Einschiebung eingebaut werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Grundkörper
2 Kegel
3 Sitz
4 hydraulischer Widerstand
5 Steuerraum
6 Radialfuge
7 Reduktionsöffnung
8 unechte Labyrinthstopfbuchse
9 Kondensatzufuhrkanal
10 Austrittquerschnitt
11 Deckel
12 Zentralkanal
13 Ventilkörper
14 Anschlußflansch
15 Anschlußflansch
F1 untere Fläche (des Kegels 2)
F2 obere Fläche (des Kegels 2).

Claims (5)

1. Steuerelement für die Kondensatableitung, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Steuerelement aus einem Grundkörper (1) besteht, in dem ein Kegel (2) mit einer Radialfuge (6) verschiebbar angeordnet ist, der mit einer unteren Fläche (F1) versehen ist, oberhalb deren Sitzes (3) wenigstens ein Zufuhrkanal (9) angeordnet ist, wobei die Radialfuge (6) auf dem vom Sitz (3) abgewandten Ende des Grundkörpers (1) mit einem Steuerraum (5) oberhalb der oberen Fläche (F2) des Kegels (2) in Verbindung steht und dieser Steuerraum (5) über einen hydraulischen im Kegel (2) angeordneten Widerstand (4) mit einem Zentralkanal (12) und durch die Reduktionsöffnungen (7) mit einem hinter dem Sitz (3) stromabwärts angeordneten Raum des Austrittsquerschnitts (10) verbunden ist.

2. Steuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis (F1 : F2) des Kegels (2) unlinear dem Temperaturgefälle (t1-t2) am Verbraucher direkt proportional ist.

3. Steuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Widerstand (4) im Kegel (2) eine Labyrinthstopfbuchse ist.

4. Steuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Widerstand (4) im Kegel (2) eine Kapillare ist.

5. Steuerelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ende des Kegels (2) im Raum des Austrittsquerschnitts (10) eine unechte Labyrinthstopfbuchse (8) angeordnet ist.