DE2010897B2 - Ventileinheit, insbesondere für Wasserbehandlungsanlagen mit Ionenaustauscherharzen - Google Patents

Description

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Vorliegende Erfindung bezieh' sich auf eine Ventileinheit, insbesondere für Wasserbehandlungsanlagen mit Ionenaustauscherharze^

Es ist derzeit eine Ventileinheit für Industrieanlagen, bei denen mit Ionenaustauschern behandeltes Wasser verwendet wird, wie beispielsweise enthärtetes Wasser, bekannt geworden, welche elektromagnetische, auf Servormembranen wirkende Schaltteile, die Steuerungskanälen zugeordnet sind, einen Flanschteil für die Zuordnung zum Harzbehälter, einen ersten, im wesentlichen die Kanäle für den Regenerierungszyklus enthaltenden Teil, einen zweiten, im wesentlichen die Kanäle für den Betriebszyklus enthaltenden Teil sowie weitere Ventilelemente, die parallel auf den Einlaß und den Auslaß in Betriebs- bzw. Regenerierungsstellung wirken, und regelbare Schaltorgane, welche den statischen Regenerierungszyklus bzw. die statische Regenerierungsphase bestimmen, aufweist, wobei die ortsfesten Teile dieser Ventilelemente Durchlaßbohrungen besitzen und mit dem Hauptventilkörper Durchlaßkammern bilden.

Bei dieser Ventileinheit sind als Ventilelemente zwei Ventile für den Betrieb und zwei Ventile für die Regenerierung vorgesehen. Diese vier Ventile sind einfach wirkend und alle gleichartig gebaut (siehe auch deutsches Gebrauchsmuster 67 51243 desselben Anmelders).

Diese derartig ausgebildete Ventileinheit ermöglicht eine »statische« Regenerierung der Ionenaustauscherharze und sieht eine Vorwaschphase für die Harze vor der Regenerierung vor, um eine optimale Regenerierung der Harze zu erzielen.

Sie weist ferner sehr geringe Beladungsverluste auf, kann sowohl unter normalen Drücken als auch bei begrenzten Drücken, ohne dabei die Ventile verstellen zu müssen, verwendet werden, kann im Gießverfahren hergestellt werden und ist einfach am Harzbehälter mittels Schrauben anbringbar.

In der jetzigen Ausführung ist diese Ventileinheit jedoch ziemlich sperrig und strukturell kompliziert, insbesondere was die vier obenerwähnten Ventile und deren Betätigung betrifft. Aus diesen Gründen ist eine derartige Ausführung schlecht für kleinere Enthärtungsanlagen oder sonstige kleine Anlagen, die enthärtetes Wasser verbrauchen, z. B. Hausanlagen, geeignet.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist die, eine Ventileinheit zu schaffen, die gegenüber der bekannten Ausführung kompakter und raumsparender ausgebildet ist, wobei im wesentlichen ein Teil der strukturellen Merkmale der bekannten Einheit beibehalten wird.

Ferner soll zur Erreichung dieser Aufgabe eine begrenzte Anzahl von Neuteilen, die auch leicht herstellbar und betriebssicher sind, benötigt werden, so daß auch vom rein wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen Vorteile erzielt werden.

Diese durch vorliegende Erfindung angestrebte, kompaktere Konstruktion führt zu einem geringeren Platzbedarf und auch zu einem geringeren Gewicht der Ventileinheit, wodurch es möglich ist, diese auch in ziemlich eng ausgelegten Anlagen mit geringer Leistung und Abmessungen einzusetzen.

Diese Ziele werden mit einer Ventileinheit der obenerwähnten Art erreicht, welche zwei Ventile für die Regenerierung und zwei Ventile für den Betrieb aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes dieser Ventile für üie Regenerierung als Dreiwegventil ausgebildet ist und eine Kammer, die sich innerhalb des Ventilkörpers im wesentlichen senkrecht erstreckt, ein kugelförmiges, frei in dieser Kammer bewegliches Ventilelement, einen oberen und einen unteren Sitz in diesem Ventilkörper am oberen bzw. unteren Ende der Kammer aufweist, weiche Sitze mit zwei der Wege des Dreiwegventils verbunden sind, wobei der dritte Weg frei mit dieser Kammer in einer mittleren Lage zwischen dem oberen und dem unteren Sitz in Verbindung steht.

Vorzugsweise ist der obere, am oberen Ende der Kammer jedes Regenerierungsventils vorgesehene Ventilsitz in einem mit Gewinde versehenen, stopfenartigen Verschlußelement ausgebildet, in welchem ein axialer Blindkanal und ein diametral durchgehender Kanal vorgesehen sind, die mit dem oberen Ventilsitz in Verbindung stehen.

Nachfolgend ist eine Ausführungsform der Ventileinheit beschrieben, die beispielsweise in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Ventileinheit,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-Il der Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie Ill-Ill,

Fig.4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 1, während die Fig. von 5 bis 9 eine Ausführung der bekannten Ventileineit darstellen, und zwar

die F i g. 5 und 6 zwei Seitenansichten, von entgegengesetzter Seite gesehen und teilweise geschnitten,

die Fig. 7 die obere Hälfte der Ventileinheit der F i g. 5 und 6, von unten gesehen,

die Fig. 8 eine Draufsicht der unteren Hälfte der Einheit und

die Fig.9 eine Einzelheit der Steuerungsorgane in größerem Maßstab.

Zur besseren Verständlichkeit wurde zunächst auf die Figuren von 5 bis 9 hingewiesen, die die bekannte

Ausführung der Ventileinheit darstellen.

Diese ist in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet und besteht aus einem Oberteil 2 und einem Unterteil 17, die miteinander lösbar verbunden sind. Im Oberteil 2 befinden sich im wesentlichen die zwei Ventile 3 und 4 für die Regenerierung, die Kanäle für die Regenerierung, die später näher beschrieben werden, die Servomembrane 5 zur Steuerung der Ventile 3 und 4 sowie die Sitze A B, CfürdieSteuerungssolenoidenA 1, Bi, Ci (deutlichkeitshalber wurde nur CX gezeichnet). Desgleichen weist der Unterteil 17 im wesentlichen die zwei Ventile 27 und 28 für den Betrieb, den Eingangskanal des Hartwassers 32 für den Betrieb, den Ausgangskanal 33 und den Abfluß 34 für die Regenerierung, sowie die Membrane 29 zur Steuerung is der Ventile 27 und 28 und die Kanäle 35 und 36 zur Verbindung mit dem Harzbehälter 37a auf. Die beiden Teile beshzen die zwei Seiten 26 bzw. 176 längs welchen sie gegenseitig in Kontakt stehen.

An der Vorderseite 2a des Oberteiles 2 sind die Sitze 6 und 7 für die verformbaren Steuerungsflächen 8 und 9 der Membrane 5 vorgesehen, wobei letztere voni Wasser betätigt wird, das über den Steuerungskanal B 5 zugeführt wird. Letzterer steht mit dem Antriebswasser über die Membrane 52 in Verbindung, die durch den Solenoiden B 1 betätigt wird und endet im Kanal 11 und in den Kammern Ha und 116, die in dem an der Vorderseite 2a des Oberteiles 2, unter Zwischenschaltung der Membrane 5 befestigten Deckel lic vorgesehen sind.

Auch der Unterteil 17 weist auf der Seite 17a dieselben konstruktiven Einzelheiten wie die Seite 2a auf, und zwar die Membrane 29 die Sitze 25 und 26, den Deckel 30 sowie Verbindungskanäle mit dem Steuerungskanal A 5.

Die untereinander gleichartig ausgebildeten Ventile 3 und 4 bestehen aus einem Führungskörper 146, der lösbar und abgedichtet in dem im Oberteil 2 vorgesehenen Ventilsitz befestigt ist, und aus einem Ventilschaft 13, der an einem Ende mit der zugehörigen Fläche 8 oder 9 fest verbunden ist und am anderen Ende den Verschlußkörper 13a trägt. Letzterer schließt in seinen Sperrstellungen entweder die Verbindung zwischen den Kammern 13e und 14^ ab, oder die Verbindung zwischen den Leitungen 35 und 33 bzw. 36 und 32. Die Ventile sind einfachwirker.d und gelangen in ihre Ruhestellung durch die Federn 12 zurück.

Die Ventile 27 und 28 für die Betriebsphase sind gleichartig wie die Ventile 3 und 4 ausgebildet und werden auch in der gleichen Weise wie letztere, jedoch durch den Kanal A 5, betätigt.

Die Sitze A. B, Cder Stererungssolenoiden A 1, B 1, Cl weisen einen Zuführungskanal A3, B 3, C3 auf, der in die Zuführungskammern A4, B4, C4 mündet, welch letztere unter Zwischenschaltung der Steuerungsmembranen Al, B2, C2 den Steuerkanälen A 5. Ö5. C^-3 zugeordnet sind. Die Membranen sind bekannter Bauart und ihre mittleren Zuflußöffnungen A 6, S 6, C6 wirken mit der Nadel A 7, BT, Cl der Steuerungssolenoiden zusammen.

Der Steuerlingskanal C5 der Spule Cl, der die Zufuhr der Sole steuert, ist außerhalb des Teiles 2 durch die Verbindung 10 verlängert und mit der Kammer \4g des Ventils 4 über den Ejektor 15, der an dem Solebehälter 16 angeschlossen ist, verbunden.

Die Kanäle für die Regenerierung, die bereits kurz erwähnt wurden und in d^m Oberteil 2 enthalten sind, bestehen aus einem Kanai 17e. der innerhalb der Seite 2b des Oberteiles 2 ausgebildet ist und mit den Zuführung.ileitungen A3, S3, C3 in Verbindung steht und schließlich noch dem Eingang 32 des Hartwasser', über den im Unterteil 17 ausgebildeten Kanal 'SIb zugeordnet ist und ferner aus den aufeinanderfolgenden Kanälen 19a, 196 und 19c, von welchen der letztere in die Kammer 13e des Ventils 3 mündet, aus welcher radial der Kanal 19d wegführt, der in dem darunterliegenden Kanal 20 des Unterteiles 17 endet. Der Kanal 20 mündet dann in die Kammer 14#des Betriebsventils 28.

Als Regenerierungskanal ist noch der Abflußkanal 21 zu betrachten, der einerseits über die Leitung 38 mit dem Abfluß 34 der Regeneration verbunden ist und andererseits in die Kammer 14^ des Ventils 3 über den Kanal 21a und in die Kammer 13e des Ventils 4 über die Kanäle 22 und 23 mündet. Die Kammer 13edes Ventils 4 ist mit der Seite 26 durch die Leitung 24 verbunden.

Im Oberteil befinden sich noch die bereits erwähnten Verbindungskanäle, die das Hartwasser aus den Steuerungskanälen A 5 und S 5 den Membranen 29 bzw. 5 zubringen.

Im Unterteil 17 sind außer den bereis erwähnten Kanälen 32,, 33, 34,376 und 38, den Kanälen 35 und 36, die mit den Kanälen 32 und 33 in den Kammern 13p der Ventile 27 und 28 verbunden sind, auch der Befestigungste·.; 37 zur Anbringung am Harzbehälter 37a, der Kanal 39, welcher die Kammer i4g des Ventils 27 mit dem bereits erwähnten, aus der Kammer 13edes Ventils 4 austretenden Kanal 24 verbindet und ein Teil des Kanals A 5, der das Hartwasser zur Steuerung der Membrane 29 führt, vorgesehen.

Mit 40 und 41 sind weiter zwei Führungsrohre bezeichnet, die den Kanälen 35 bzw. 36 zugeordnet sind und in den Harzbehälter 37a eintreten, wobei das Rohr 40 nur oberflächlich eintritt und das Rohr 41 fast bis zum Boden reicht

Die Ventileinheit 1, die somit in ihren Grundlinien beschrieben wurde, wird ferner von einer Steuervorrichtung betätigt, die die Folge der verschiedenen Arbeitsphasen steuert, d. h. die verschiedenen Dauerzeiten der Betriebsphase, der Vorwasch-, Regenerierungsund Waschphase der Harze bestimmt.

Nachdem die bekannte Ventileinheit in deren Ausführung dargelegt wurde, wird nun die erfindungsgemäße Einheit, die in den F i g. 1 bis 4 da^gestell» ist, in Betracht genommen.

Zur besseren Verständlichkeit sind die Teile der erfindungsgemäßen Ventiieinheit, die mit denjenigen der bekannten Einheit übereinstimmen, mit den gleichen Bezugsziffern wie letztere bezeichnet. Dagegen sind die neu eingeführten Teile mit über der Nummer hundert liegenden Zahlen versehen.

Die erfindungsgemäße Ventileinheit weist im Prinzip im wesentlichen dieselben Durchlaßwege wie die bekannte Ventileinheit auf, auch wenn in bezug auf letztere einige Wege in anderer Richtung verlaufen, weil die erfindungsgemäße Ventileinheit, im Gegensatz zur bekannten Einheit, eine wie in der Zeichnung dargestellte, vertikale Funkiionslage einnimmt.

In den Fig. 1 bis 4 ist der Seitenteil 2 der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1, der die beiden Ventile 3 und 4 für die Regenerierung und die Sitze A. B. C für die drei Steuerspulen Ai, Bi und Ci aufweist, sowie der Mittelteil 17 und der untere Teil 37 für den Anschluß mittels Schrauben an den nicht dargestellten Harzbehälter ersichtlich.

Der Mittelteil 17 weist ferner die zwei einfachwirkenden Betriebsventile 27 und 28. sowie den Einlauf 12 des

llarlwassers, den Belriebsauslaß 33, den Ejektor 15 mil seinem Kanal 10, sowie den in der Zeichnung nicht sichtbaren Regenerationsabfluß auf.

Der Mittelteil 17 besitzt weiter eine Dichtung 29 und den Deckel 30 mit verzweigtem Innenkanal. Weiter weist er die schematisch angedeuteten Kanäle 35 und 36 auf, die von der Kammer 13c des Ventils 27 bzw. Ventils 28 wegführen und im Harzbehälter enden.

Ferner sind noch die Regenerieriingskanäle zu sehen, die gleich denen der Ventileinheit gemäß den F i g. 5 bis 9 sind.

Gemäß der Erfindung sind die Ventile 3 und 4 für die Regenerierung anders ausgeführt als die Ventile 27 und 28 für den Betrieb. Sie weisen beide eine Kugel 100 auf, die frei im Kanal 101 beweglich ist und in Ruhestellung den Sitz 101a und in Wirkstellung den Sitz 1016 dieses Kanals sperrt, wobei der letzterwähnte Sitz iOib im Inneren eines Gewindeverschlußstopfens 102 ausgebil-

HpI ist tinr pinpn KlinrtL· anal 1ΩΊ nnH ninpn Hiamplrulpn

Kanal 104 besitzt, der, im Falle des Ventils 4, mit dem Abflußkanal 21, bzw. im Falle des Ventils 3 mit dem Zuflußkanal 17c in Verbindung steht.

Mit 104a ist ein Rückschlagelement und mit 105 ein Filter bezeichnet.

Bei den Betriebszyklen sind die Elektroventile A 1. B 1 und Ci nicht erregt, d. h die Leitungen A3, B 3, C 3 sind mit den zugehörigen Steuerungskanälen A 5, J9 5, C5 nicht verbunden. Das Hartwasser tritt bei 32 ein. fließt durch 35 in den Harzbehälter hinunter, steigt durch 36 nach oben und tritt einerseits durch 33 zum Verbraucher aus und andererseits gelangt es in den Zuführungskanal 17c und in die Kanäle 19c/und 20 und kommt in der Kammer 14^des Ventils 28 zum Stillstand. Das Hartwasser erreicht auch die Leitungen A3. B3. C3, die mit 17c verbunden sind, und wird von den Membranen A 2. B2, C2 der Solenoiden A 1. Bi. Ci aufgehalten.

Für die Vorwaschphase werden die Steuerspulen A 1 und C1 erregt, so daß das Hartwasser, das immer von 32 in I7egelangt, nun durch die Betätigung von A 1 aus A 3 in A 5 strömt und von hier aus die die Ventile 27 und 28 steuernde Membrane 29 erreicht. Die Ventile 27 und 28 werden jetzt geschlossen, d. h. sie gelangen in ihre untere Lage in den F i g. 2 bis 4.

Desgleichen strömt das Wasser von C3 zu C5. da C1 erregt wurde, und gelangt durch die Leitung 10 in die Kammer 14^ des Ventils 4. wobei durch den Ejektor 15 aus dem Solebehälter ein gewisser Anteil an Sole mitgesaugt wird.

Andererseits gelangt das Hartwasser vom Zuführungskana! 17e in die Kanäle 104 und 103 des Ventils 3. ip die Kanäle 19c/und 20, in die Kammer 14^des Ventils 28 und sodann durch 36 in den Harzbehälter in entgegengesetzter Richtung zur Richtung der Betriebsphase ein und strömt durch 35 in die Kammer 14^ des Ventils 27 und in die Kanäle 39, 24, 101, 103, 104, wonach es über den Abflußkanal 21 in den Kanal 38 und von diesem in den Abfluß 34 der Regenerierung abfließt.

Der Wasserdruck, der bei dieser Phase von beiden Seiten auf die Kugel 100 des Ventils 4 ausgeübt wird, bewirkt jedoch keine Verstellung der Kugel in die obere Lage.

In der bekannten Ausführung werden die Ventile 3

ίο und 4 in dieser Phase nicht beaufschlagt, da B 1 nicht betätigt wurde und deshalb die Verbindung zwischen B 3 und B 5, die zu der die Ventile 3 und 4 steuernden Membrane 5 führt, nicht geschaffen wurde.

Bei der Regenerierungsphase der Harze wird B 1 erregt und es werden die Kugeln vom Wasser der Stciicrungskanälc B5 und C5 (Ci bleibt erregt) in die Stellung 101b geschoben. Nunmehr strömt das llariwasser des Kanals C5, mit dem in an sich bekannter

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gewissen Anteil an Sole ansaugt, über die Kanäle 101, 24,39 und 35 in den Harzbehälter hinunter, aus welchem es durch 36 austritt und in die Kammer 14^ des Ventils 28 gelangt, aus welcher es durch 20, 19c/, 21a und 38 <r\ den Abfluß 34 der Regenerierung strömt.

In der bekannten Ventileinheit wird die Steuerung der Ventile 3 und 4 durch den Druck des Wassers auf die Membrane 5 ausgeübt und nicht direkt auf den Verschl;<3körper, wie z.B. auf die Kugel 100 der erfindungsgemäßen Ausführung übertragen.

Nach Beendigung der Regenerierung wird Cl entregt und damit die Zufuhr von Pegenerierungslösung zu den Harzen unterbrochen und es beginnt die statische Regenerierung derselben.

Auf die Regenerierung folgt das Waschen der Harze Diese Phase tritt ein, wenn man B1 entregt. Dabei kehren die Kugeln 100 in die Sitze 101a zurück und es erfolgt ein Wasserfluß in derselben Weise wie beim Vorwaschzyklus. Nach dem Waschen der Harze wird A 1 entregt und erneut der Betriebszyklus aufgenommen.

Obige Ausführungen lassen erkennen, daß mit der erfindungsgemäßen Ventileinheit die eingangs gestellten Ziele, insbesondere was die Kompaktheit der Konstruktion anbetrifft, vollinhaltlich erreicht werden.

Ferner sind die Ventile 3 und 4 der Regenerierung in deren Konstruktion und Funktionsweise bedeutend vereinfacht.

Die Abmessungen und Materialien können in Abhängigkeit von den sich aus dem jeweiligen Fall ergebenden Erfordernissen beliebig gewählt werden und die einzelnen Konstruktionsteile können ujrch andere Teile mit analoger Funktionsweise ersetzt werden, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Ventileinheit insbesondere für Wasserbehandlungsanlagen mit Ionenaustauscherharze^ mit zwei Ventilen für die Regenerierung und zwei Ventilen für den Betrieb, dadurch gekennzeichnet, daß jedes dieser Ventile (3,4) für die Regenerierung als Dreiwegventil ausgebildet ist und eine Kammer (101), die sich innerhalb des Ventilgehäuses im wesentlichen senkrecht erstreckt, ein kugelförmiges, frei in dieser Kammer bewegliches Ventilelement (100), einen oberen und einen unteren Sitz (1016 bzw. 101a,) in diesem Ventilgehäuse am oberen bzw. unteren Ende der Kammer (101) aufweist, welche Sitze mit zwei der Wege des Dreiwegventils (3, 4) verbunden sind, wobei der dritte Weg (19d) frei mit dieser Kammer (101) in einer mittleren Lage zwischen dem oberen und dem unteren Sitz in Verbindung steht.

2. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzetcfaiet, daß der am oberen Ende der Kammer (10) jedes Regenerierungsventils (3, 4} vorgesehene Ventilsitz (101 b) in einem mit Gewinde versehenen, stopfenartigen Verschlußelement (102;) ausgebildet ist, in dem ein axialer Blindkanal (104) und ein durchgehender diametraler Kanal (103) vorgesehen sind, die mit dem oberen Ventilsitz (tOibJ'm Verbindung stehen.