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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Kondensatabscheider.
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Die
britische Patentschrift
GB-A-2,279,431 offenbart
eine Kondensatabscheiderbaugruppe, umfassend ein Ventilgehäuse und
einen im Ventilgehäuse
aufgenommenen Kondensatabscheider, wobei das Ventilgehäuse ein
von Hand zu bewegendes Ventilbauteil enthält. Das Ventilbauteil ist so
angeordnet, dass das Fluid zum Kondensatabscheider geleitet wird
oder den Kondensatabscheider umgeht oder dass der Fluss gänzlich abgesperrt
wird.
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Die
US-Patentschrift 5 095 943
A offenbart eine Kondensatabscheiderbaugruppe, umfassend ein
Ventilgehäuse
und einen darin enthaltenen Kondensatabscheider. Das Ventilgehäuse kann
durch Drehen so angeordnet werden, dass das Fluid zum Kondensatabscheider
geleitet wird oder den Kondensatabscheider umgeht oder so, dass
der Fluss gänzlich
abgesperrt wird.
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Die
japanische Patentschrift
04050597 A offenbart eine Kondensatabscheiderbaugruppe,
umfassend ein Ventilgehäuse
und einen darin bereitgestellten Kondensatabscheider, wobei das
Ventilgehäuse
einen Einlass und einen Auslass besitzt und ein Ventilbauteil enthält. Das
Ventilbauteil kann durch eine Antriebsvorrichtung in zwei Betriebsstellungen gebracht
werden; in der ersten Betriebsstellung ist der Einlass über den
Kondensatabscheider mit dem Auslass verbunden, in der zweiten Betriebsstellung ist
der Einlass unter Umgehung des Kondensatabscheiders direkt mit dem
Auslass verbunden. Die Antriebsvorrichtung wird von einer Steuervorrichtung gesteuert,
die mindestens einen Eingang besitzt, um ein Signal aufzunehmen,
das eine Fühlervorrich tung erzeugt,
die auf einen Betriebszustand der Einrichtung anspricht.
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Die
Kondensatabscheidergruppe der
GB-A-2279431 hat den Vorteil, dass man eine
manuelle Vorrangmöglichkeit
hat, falls beispielsweise der Kondensatabscheider für Wartungs-
oder Erneuerungszwecke entfernt werden muss.
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Erfindungsgemäß wird eine
Vorrichtung bereitgestellt, umfassend eine Kondensatabscheidergruppe,
die ein Ventilgehäuse
aufweist und einen Kondensatabscheider, der im Ventilgehäuse bereitgestellt
ist, wobei das Ventilgehäuse
einen Einlass und einen Auslass hat und ein Ventilbauteil enthält, das
von einer Antriebsvorrichtung in drei Betriebsstellungen bewegt
werden kann, in denen jeweils i) der Einlass vom Kondensatabscheider
und vom Auslass abgetrennt ist, ii) der Einlass direkt mit dem Auslass
verbunden ist, wobei der Kondensatabscheider umgangen wird, bzw.
iii) der Einlass über
den Kondensatabscheider mit dem Auslass verbunden ist, und die Antriebsvorrichtung
von einer Steuervorrichtung gesteuert wird, die mindestens einen
Eingang hat, um ein Signal aufzunehmen, das eine Fühlervorrichtung
erzeugt, die auf einen Betriebszustand der Einrichtung anspricht.
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Mit
einer derartigen Einrichtung kann die Steuervorrichtung eine fehlerhafte
Arbeitsweise des Kondensatabscheiders erkennen und durch eine geeignete
Betätigung
des Ventilbauteils über
die Antriebsvorrichtung Abhilfe schaffen. Die Stellung des Ventilbauteils
kann auch abhängig
sein vom Zustand von Prozesseinrichtungen, die vor dem Kondensatabscheider
angeordnet sind.
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Die
Antriebsvorrichtung kann einen Drehsteller enthalten, der die Winkellage
des Ventilbauteils einstellt. Die Antriebsvorrichtung kann elektrisch
angetrieben werden.
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Die
Fühlervorrichtung
kann darauf ansprechen, ob an einem Ort vor dem Kondensatabscheider Kondensat
vorhanden ist oder nicht. Die Fühlervorrichtung
kann auch (oder wahlweise) auf die Fluidtemperatur an einem Ort
vor dem Kondensatabscheider ansprechen. Beispielsweise kann vor
der Kondensatabscheiderbaugruppe eine Überwachungskammer bereitgestellt
sein, wobei der Auslass der Überwachungskammer
mit dem Einlass des Ventilgehäuses
verbunden ist. Die Fühlervorrichtung
kann ein oder mehrere Sensoren enthalten, die in der Überwachungskammer
bereitgestellt sind, um festzustellen, ob Kondensat vorhanden ist,
und um auf die Temperatur des Kondensats oder des Dampfs in der Überwachungskammer
zu reagieren.
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Die
Einrichtung kann Betriebsmittel bzw. Prozesseinrichtungen enthalten,
die vor der Kondensatabscheiderbaugruppe angeordnet sind. Diese können zum
Beispiel ein Verarbeitungskessel sein, der einen Dampfmantel hat.
Der Verarbeitungskessel wird durch Dampf, der mit einer vorbestimmten
Temperatur in den Mantel eingespeist wird, auf einer gewünschten
Temperatur gehalten. Die Fühlervorrichtung
kann auf die Dampftemperatur am Einlass des Dampfmantels ansprechen,
so dass die Dampftemperatur über
die Antriebsvorrichtung den Betrieb des Ventilbauteils beeinflusst.
Die Fühlervorrichtung
kann auch auf einen Betriebszustand der Prozesseinrichtung ansprechen.
Besitzt die Prozesseinrichtung beispielsweise eine Türe, so kann
die Stellung des Ventilbauteils davon abhängen, ob die Türe offen
oder geschlossen ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
stellt die Steuervorrichtung das Ventilbauteil so ein, dass das
Ventilbauteil als Kondensatabscheider wirkt, falls der Kondensatabscheider
innerhalb des Ventilgehäuses
fehlerhaft arbeiten sollte. Sollte die Fühlervorrichtung anzeigen, dass
der Kondensatabscheider undicht ist, so ordnet die Steuervorrichtung
das Ventilbauteil so an, dass es den Einlass des Ventilgehäuses versperrt.
Sollte die Fühlervorrichtung
anzeigen, dass der Kondensatabscheider in der geschlossenen Stellung
versagt hat, so stellt die Steuervorrichtung das Ventilbauteil in ähnlicher
Weise so ein, dass der Kondensatabscheider umgangen wird.
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Die
Erfindung wird nun zur besseren Darstellung und um zu zeigen, wie
sie ausgeführt
werden kann, mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt:
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1 ein
Diagramm der Vorrichtung mit der Kondensatabscheiderbaugruppe; und
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2 die
Kondensatabscheiderbaugruppe in drei verschiedenen Betriebszuständen.
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Die
Vorrichtung nach 1 umfasst einen Verarbeitungskessel 2 mit
einem Dampfmantel 4. Der Dampfmantel 4 wird über ein
Einlassrohr 6 mit Dampf versorgt. Der Dampf wird, nachdem
er den Dampfmantel 4 durchlaufen hat, durch ein Auslassrohr 8 ausgeleitet.
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Am
Boden des Dampfmantels 4 befindet sich eine Kondensatleitung 10.
Die Kondensatleitung 10 verbindet den Dampfmantel 4 über ein
Filter 14 und eine Überwachungskammer 16 mit
einer Kondensatabscheiderbaugruppe 12.
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Das
Einlassrohr 6 weist ein Druckregelventil 18, einen
Druckmesser 20 und einen Temperatursensor 22 auf.
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Die Überwachungskammer
16 kann ähnlich aufgebaut
sein wie die Überwachungskammer,
die in
GB-A-2,266,956 offenbart
ist. Sie enthält
eine Kammer, in der sich das Kondensat sammeln kann, und einen Sensor
24.
1 zeigt
den Sensor
24 zum besseren Verständnis einmal in die Überwachungskammer
16 eingebaut
und einmal für
sich allein. Der Sensor
24 ist ein Leitfähigkeitssensor
und kann somit feststellen, ob er in das Kondensat innerhalb der Überwachungskammer
16 eintaucht
(d.h., ob er "nass" ist) oder ob er
von Dampf bzw. Luft umgeben ist (d.h., ob er "trocken" ist). Der Sensor
24 enthält auch
einen Temperaturfühler.
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Die
Kondensatabscheiderbaugruppe
12 ist ähnlich aufgebaut wie die in
GB-A-2279431 offenbarte
Kondensatabscheiderbaugruppe; sie wird jedoch von einem Drehsteller
26 gesteuert
und nicht von Hand. Die Baugruppe
12 ist in
2 ausführlicher dargestellt.
Es wird nun auf die Darstellung in der Mitte Bezug genommen (
2(b)). Die Baugruppe umfasst ein Ventilgehäuse
28 mit
einem Einlass
30 und einem Auslass
32. Das Ventilgehäuse
28 nimmt
ein Kondensatabscheider
34 und ein Ventil
36 auf.
Der Kondensatabscheider
34 befindet sich in einer Abscheidekammer
42.
Das Ventil kann in drei Stellungen gedreht werden, die man mit "Umgehen", "Versperren" und "Abscheiden" bezeichnen kann.
Diese Stellungen sind jeweils in den
2(a),
2(b) und
2(c) dargestellt.
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In
der "Umgehen"-Stellung nach 2(a) ist das Ventil 36 so angeordnet,
dass ein Umgehungsrohr 38 im Ventilbauteil den Einlass 30 mit
dem Auslass 32 verbindet. In dieser Stellung durchläuft die Strömung in
der Kondensatleitung 10 das Ventilgehäuse 28 und umgeht
das Kondensatabscheiderbauteil 34.
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In
der Versperr-Stellung nach 2(b) ist das
Ventilbauteil 36 um 45° gegenüber der
Stellung in 2(a) verdreht. Das Ventilbauteil 36 verschließt sowohl
den Einlass 30 als auch den Auslass 32. Folglich
ist die Kondensatleitung 10 an der Kondensatabscheiderbaugruppe 12 gesperrt.
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In
der Abscheide-Stellung nach 2(c) ist das
Ventilbauteil 36 um 90° gegenüber der
Stellung in 2(a) verdreht. Ein Abscheideeinlassdurchgang 40 verbindet
den Einlass 30 mit der Abscheidekammer 42. Ebenso
verbindet ein Abscheideauslassdurchgang 44 die Abscheidekammer 42 mit
dem Auslass 32. Das Abscheidebauteil arbeitet mit einem Ventilsitz 46 zusammen,
um den Fluss vom Abscheidereinlassdurchgang 40 durch die
Abscheidekammer 42 zum Abscheiderauslassdurchgang 44 zu steuern.
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Das
Drehen des Ventilbauteils 36 erfolgt durch einen elektrisch
angetriebenen Drehsteller 26. Der Drehsteller 26 hat
einen Zapfen mit quadratischem Querschnitt, in den ein geeignetes
Werkzeug eingreifen kann, um einen manuellen Vorrang bereitzustellen.
Der Steller 26 sitzt auf einem Vorsprung 48 des
Ventilgehäuses 28 und
dreht das Ventilbauteil 36 über eine Spindel 50.
Der Vorsprung 48 hat ein Sichtfenster 52, in dem
die Stellung des Ventilbauteils 36 angezeigt ist. Es wird
nun Bezug auf 1 genommen. Der Steller 26 ist
mit einer Steuereinrichtung 54 verbunden, die in 1 nur
schematisch dargestellt ist. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise
einen Computer enthalten. Die Steuereinrichtung 54 empfängt Signale
vom Pegel- und Temperatursensor 24 und vom Temperatursensor 22.
Die Steuereinrichtung 54 kann mit einer Anzeigevorrichtung
verbunden sein. Dies kann ein Computerbildschirm 56 und/oder
eine Anzeigetafel 58 sein.
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Im
normalen stationären
Betrieb befindet sich die Abscheiderbaugruppe im Zustand nach 2(c), wobei sich das Ventilbauteil 36 in
der "Abscheide"-Stellung befindet,
so dass der Einlass 30 über
die Abscheidekammer 42 mit dem Auslass 32 verbunden
ist. Durch das Einlassrohr 6 fließt Dampf zum Dampfmantel 4,
um den Inhalt des Verarbeitungskessels 2 zu erwärmen. Die
Temperatur des Dampfs im Dampfmantel wird mit Hilfe des Druckreglers 18 geregelt.
Da der Betriebsdampf gesättigt
ist, der über
das Einlassrohr 6 zugeführt
wird, hängt
die Dampftemperatur im Dampfmantel 4 direkt vom Druck ab.
Kondensiert Dampf und bildet sich im Dampfmantel 4 Wasser,
so läuft
das Kondenswasser zur Kondensatleitung 10 und fließt durch
das Filter 14 zur Überwachungskammer 16.
Schließlich
sinkt die Temperatur am Abscheidebauteil 34, wodurch das Abscheidebauteil
den Ventilsitz 46 öffnet
und es ermöglicht,
dass Kondensat aus der Kondensatleitung 10 und der Überwachungskammer 16 abläuft. Ist
das Fluid, das durch die Abscheidekammer 42 fließt, jedoch
Dampf, so bewirkt die dadurch ansteigende Temperatur, dass das Abscheidebauteil 34 den
Sitz 46 wieder schließt
und ein Dampfverlust verhindert wird. Arbeitet das Abscheiderbauteil
im Normalbetrieb korrekt mit dem Sitz 46 zusammen, so taucht der
Sensor 24 in der Überwachungskammer 16 im Kondensat
unter, und seine Temperatur liegt nahe an der Dampftemperatur im
Dampfmantel 4. Arbeitet das Abscheidebauteil 34,
so wird das in der Überwachungskammer 16 angesammelte
Kondensat abgeführt.
Folglich steigt und fällt
der Kondensatspiegel in der Kammer 16, der Sensor 24 bleibt
jedoch nahezu immer "nass". Beträgt beispielsweise
der Druck, den der Regler 18 einstellt, 10 Bar, so hat
der Dampf, der in den Dampfmantel 4 eintritt, eine Temperatur
von 185°C,
die der Temperatursensor 22 erfasst. Unter diesen Umständen kann
die Steuereinrichtung 54 so eingestellt werden, dass das
Ventilbauteil 36 in der Stellung nach 2(c) bleibt
und das Abscheidebauteil 34 die Kondensatentleerung steuert,
falls die Temperatur, die der Sensor 24 erfasst, über 165°C bleibt.
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Versagt
das Abscheidebauteil 34 und schließt es den Ventilsitz 46 nicht
mehr richtig, da sich beispielsweise Schmutz zwischen dem Abscheidebauteil 34 und
dem Ventilsitz 46 verfangen hat, so strömt der Dampf weiter durch den
Abscheider, nachdem das gesamte Kondensat entleert wurde, und der Sensor 24 wird "trocken". Der Sensor 24 erfasst
auch eine Temperatur nahe an 185°C
(d.h., über
dem vorbestimmten Grenzwert von 165°C). Unter diesen Umständen legt
die Steuereinrichtung 54 ein Signal an den Steller 26 an,
um das Ventilbauteil 36 in die Versperr-Stellung nach 2(b) zu drehen, in der der Einlass 30 versperrt
ist. Dadurch wird ein fortdauernder Dampfverlust vermieden.
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Die
Steuereinrichtung ist so programmierbar, dass sie das Ventilbauteil 36 in
die Abscheide-Stellung nach 2(c) zurückbringt,
nachdem es eine vorbestimmte Zeitspanne in der Versperr-Stellung geblieben
ist. Dies bewirkt, dass ein Stoß aus
Dampf und/oder Kondensat durch die Abscheidekammer 42 geleitet
wird, der jeglichen Schmutz aus dem Abscheiderbauteil 34 oder
dem Ventilsitz 46 hinausbefördern kann. Dieser zyklische
Wechsel zwischen der Versperr-Stellung und der "Abscheide"-Stellung kann eine vorbestimmt Zahl
von Zyklen andauern (z.B. fünf Zyklen).
Dann kann ein Alarm erfolgen.
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Versagt
der Abscheider im geschlossenen Zustand, so läuft er voll Wasser, und die Überwachungskammer 16 füllt sich
mit Kondensat. Die Kondensattemperatur fällt schließlich unter den vorbestimmten
Wert von 165°C.
Geschieht dies, so veranlasst die Steuereinrichtung 54 den
Steller 26, das Ventilbauteil 36 in die Stellung
nach 2(a) zu drehen. Dadurch wird
das angesammelte Kondensat über
das Umgehungsrohr 38 abgeführt. Ist das Kondensat aus
der Überwachungskammer 16 abgeflossen,
so ist der Sensor 24 dem Dampf ausgesetzt, und folglich
erkennt er "trocken" bei einer Temperatur über 165°C. Dadurch
bewegt sich das Ventilbauteil 36 in die Versperr-Stellung nach 2(b), bis sich in der Überwachungskammer 16 Kondensat
bis zur Höhe
des Sensors 24 angesammelt hat. Die Steuereinrichtung 54 bewirkt
dann, dass das Ventilbauteil 36 in die Abscheide-Stellung
zurückkehrt.
Falls das Abscheiderbauteil nach einer vorbestimmten Zykluszahl
weiterhin fehlerhaft arbeitet, kann wieder ein Alarmsignal erzeugt
werden.
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Bei
Betriebsbeginn ist der Dampfmantel 4 kalt, und er kann
Luft enthalten. Die Steuereinrichtung 54 kann so programmiert
sein, dass das Ventilbauteil 36 in der Umgeh-Stellung nach 2(a) angeordnet wird, solange die Temperatur
am Sensor 24 beispielsweise unter 70°C liegt. Die Luft wird durch das
Umgehungsrohr 38 aus dem Dampfmantel 4 abgeführt. Wenn
der Dampf den Dampfmantel 4 erreicht und die Überwachungskammer 16 durchläuft, so
erkennt der Sensor 24 die gestiegene Temperatur. Erreicht
die Temperatur den vorbestimmten Wert von 165°C, so wird das Ventilbauteil 36 in
die "Abscheide"-Stellung gedreht,
und das Abscheiderbauteil 34 arbeitet normal.
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Sollte
der Dampfdruck im System fallen, so bewirkt dies, dass die Dampftemperatur
unter den Schwellwert von 165°C
fällt.
Dies würde
bewirken, dass das Ventilbauteil 36 in die "Umgehen"-Stellung bewegt
wird, so, als wäre
der Abscheider mit Wasser vollgelaufen. Nachdem das gesamte Kondensat
entleert ist, würde
der Sensor 24 jedoch ein Trocken-Signal erkennen. Unter
diesen Umständen
könnte
die Steuereinrichtung 54 jedoch so programmiert werden,
dass sie das Ventilbauteil in die "Abscheide"-Stellung zurückbewegt und einen Alarm erzeugt.
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In
der Einrichtung nach 1 spricht die Steuereinrichtung
nicht nur auf den Sensor 24 an, der die Zustände kurz
vor Kondensatabscheiderbaugruppe 12 erfasst, sondern über den
Temperatursensor 22 auch auf die Zustände vor dem Verarbeitungskessel 2.
Die Steuereinrichtung 54 kann auch auf andere Betriebszustände der
Prozesseinrichtung ansprechen, die entweder in Form des Verarbeitungskessels 2 oder
in Form anderer Betriebseinrichtungen vorliegen. Die Prozesseinrichtung
kann beispielsweise ein Sterilisierschrank sein, durch den Dampf
strömt,
um Gegenstände
im Schrank zu sterilisieren. Manchmal wünscht man, einen Unterdruck an
den Schrank anzulegen, um Luft abzusaugen, bevor der Dampf zugeführt wird,
und zwar insbesondere dann, wenn poröse Gegenstände zu sterilisieren sind.
Wird ein Unterdruck verwendet, so muss die Kondensatleitung 10 auch
dann geschlossen sein, wenn der Sensor 24 die Anfangszustände anzeigt, bei
denen das Abscheiderbauteil 34 den Sitz 46 normalerweise öffnen würde. Folglich
könnte
ein Signal in die Steuereinrichtung 54 eingegeben werden,
das anzeigt, dass Unterdruck an den Sterilisierschrank angelegt
wurde. Dies würde
bewirken, dass das Ventilbauteil 36 in die Sperr-Stellung nach 2(b) gedreht würde, wodurch der Unterdruck
gehalten werden kann.
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Die
oben beschriebene Einrichtung verbindet die Vorzüge eines herkömmlichen
Kondensatabscheiders, der keine Energieversorgung benötigt, mit einem
motorisch angetriebenen System, das fehlerhafte Betriebszustände erkennen
und unter gewissen Umständen
den fehlerhaften Betriebszustand korrigieren kann. Da der Steller
nur dann mit Energie zu versorgen ist, wenn das Ventilbauteil gedreht
wird, ist der Gesamtenergieverbrauch der Abscheiderbaugruppe 12 gering.
Da zudem das Umgehungsrohr 38 einen wesentlich größeren Strömungsquerschnitt
haben kann als der Spalt zwischen dem Abscheiderbauteil 34 und
dem Sitz 46 bei geöffnetem
Abscheider, hat die Umgehungs-Funktion der Baugruppe eine große Kapazität. Dadurch
ist es möglich,
die Einrichtung bei Betriebsbeginn rasch zu entlüften, und es können Anlaufbelastungen
verkraftet werden, die die Kapazität des Abscheidebauteils 34 übersteigen.
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Man
beachte, dass ein Hauptvorteil der oben beschriebenen Abscheiderbaugruppe 12 darin
besteht, dass die Baugruppe durch die motorische Drehung des Ventilbauteils 36 weiterhin
als Kondensatabscheider wirkt, wenn das Abscheiderbauteil 34 in der
geöffneten
oder geschlossenen Stellung versagt. Die Fähigkeit, die Steuereinrichtung 54 oder
den Steller 26 vorrangig zu bedienen, und zwar entweder direkt
durch manuelle Eingabe in die Steuereinrichtung 54 (z.
B. über
eine Tastatur) oder durch Drehen der Spindel 44, bedeutet,
dass das Ventilbauteil 36 in jede gewünschte Stellung bewegt werden
kann, beispielsweise in die Sperr-Stellung, falls es nötig sein sollte,
sich zur Wartung oder zum Austausch Zugang zum Abscheiderbauteil 34 zu
verschaffen.
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Obwohl
das System nach 1 eine einzelne, von der Steuereinrichtung 54 gesteuerte
Abscheiderbaugruppe 12 darstellt, könnte die Steuereinrichtung
auch mit mehreren Abscheidebaugruppen 12 verbunden werden,
beispielsweise als Teil einer Energieüberwachungsanordnung für ein gesamtes
Dampfsystem.