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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kondensatableitungsvorrichtung für einen Kondensationskessel bzw. Brennwertkessel, mit einer hydrostatischen Dichtung aus EVA.
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Der Kondensationskessel ist ein Kesseltyp, d.h. ein Heißlufterzeuger mit einem Druckverbrennungskreislauf, der seine Leistung durch Nutzung der Wärme der Rauchgase verbessert, die bei herkömmlichen Kesseln sofort verloren gehen.
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Eine Vorrichtung zum Bilden, Sammeln und Ableiten von Kondensat reduziert den Brennstoffverbrauch und die Emissionen. Die heißen Rauchgase erzeugen nämlich, wenn sie in den Kessel zurückgeleitet werden, einen flüssigen Kondensatrückstand, der stark sauer ist und entsorgt werden muss.
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Die
EP-470053 beschreibt eine Kondensatableitungsvorrichtung für einen Kondensationskessel, die einen Behälter und einen Schwimmer aufweist, wobei sich der Schwimmer innerhalb des Behälters bewegen kann. Der Behälter weist einen Rauchgaseinlass und einen Kondensatauslass auf.
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Der Schwimmer hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und weist oben einen Führungsvorsprung und unten einen kreisförmigen Sitz für eine Dichtung auf. Der Behälter weist oben einen inneren Sitz auf, in den der Führungsvorsprung des Schwimmers gleitend eingreift.
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Der Schwimmer ist beweglich zwischen einer Schließstellung des Kondensatauslasses, in der die Dichtung die Abdichtung der Verbindung ermöglicht, und einer Öffnungsstellung, in der sich die Dichtung vom Rand des Kondensatauslasses löst.
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Funktionsmäßig bewegt sich der Schwimmer vertikal in Abhängigkeit von dem Druck der Rauchgase von oben und dem hydrostatischen Druck des Kondensats von unten, das sich am Boden des Behälters ansammelt: Wenn der hydrostatische Druck des Kondensats den Druck der Rauchgase übersteigt, öffnet sich der Auslass und das Kondensat kann entsorgt werden.
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An der inneren Seitenwand des Behälters können einige Rippen angebracht sein, um die Zentrierung des Schwimmers zu erleichtern.
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Nachteilig ist, dass die Verbindung bzw. Kopplung des oberen Vorsprungs des Schwimmers mit dem inneren Sitz des Behälters die obere Oberfläche des Schwimmers verringert, auf der der Rauchgasdruck anstehen kann. Dies hat zur Folge, dass die Abdichtung der Dichtung an dem Auslass verringert wird.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kondensatableitungsvorrichtung für einen Kondensationskessel bereitzustellen, die einen Behälter und einen in dem Behälter aufgenommenen Schwimmer aufweist, wobei der Schwimmer dazu ausgebildet ist, eine Abdichtwirkung mittels einer Dichtung auf einen Kondensatauslass auszuüben, wobei die Abdichtung der Dichtung für hohe Drücke wirksam ist.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass keine Ansammlung von unerwünschtem Material in der Dichtungszone der Dichtung in der Nähe des Kondensatauslasses entsteht.
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Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Dichtungsmaterial das Wachstum von Pilzen verhindert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eines oder mehrere der genannten sowie weiterer Ziele durch eine Kondensatableitungsvorrichtung für einen Kondensationskessel erreicht, die einen Behälter, einen in dem Behälter aufgenommenen Schwimmer und eine zum Verschließen des Behälters geeignete Kappe aufweist, wobei die Kappe mit mindestens einem Einlass für das Kondensat und die Rauchgase des Kessels versehen ist,
wobei der Behälter eine sich nach unten verjüngende Seitenwand, einen oberen Rand und einen Kondensatauslass aufweist,
wobei der Schwimmer eine Seitenwand, einen Boden und einen Deckel aufweist, der dazu ausgebildet ist, zusammen mit der Seitenwand einen inneren Hohlraum zu bilden, und der Boden einen Sitz für einen elastischen Ring aufweist, der dazu ausgebildet ist, mit einem erhöhten Rand des Auslasses des Behälters dichtend zusammenzuwirken,
wobei der Schwimmer dazu ausgebildet ist, mindestens eine erste Position, in der er den Auslass mittels des elastischen Rings der Vorrichtung abdichtet, sowie eine zweite Position einzunehmen, in der der Schwimmer von dem Auslass entkoppelt ist, so dass das Kondensat aus dem Behälter abgeführt werden kann,
wobei an der Seitenwand des Schwimmers Rippen vorgesehen sind, die nach außen vorstehen und dazu ausgebildet sind, den Schwimmer derart zu führen, dass dieser die erste Position einnimmt, wobei die Rippen dazu ausgebildet sind, mit dem Inneren der Seitenwand des Behälters zusammenzuwirken,
wobei der Schwimmer in der zweiten Position im inneren des Behälters frei schwimmen kann, wobei der Deckel des Schwimmers von der Kappe getrennt bleibt,
wobei der elastische Ring aus EVA-Material hergestellt ist und der erhöhte Rand höckerförmig ist.
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Vorteilhafterweise ist die Höckerform des erhöhten Randes aus zwei Gründen ein Schlüsselelement: Zum einen wird verhindert, dass sich das Rückstandsmaterial in dem Kondensat (Staub oder Fragmente) z.B. auf den ebenen Oberflächen absetzt und die Abdichtung beeinträchtigt. Der zweite Grund ist, dass der erhöhte Rand geringfügig in die Dichtung einsinken kann (da diese weich ist), um die Abdichtung zu gewährleisten.
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Der Hersteller von Kondensationskesseln kann bei der Installation der Vorrichtung (die nur den Austritt von Kondensat und nicht von Rauchgasen ermöglicht) keinen Druckschalter zur Steuerung des Drucks der Rauchgase an den Kesseln anbringen, der obligatorisch ist, wenn anstatt der Vorrichtung ein einfacher Siphon verwendet wird, bei dem immer die Möglichkeit besteht, dass er sich aufgrund eines hohen Drucks entleert, was dann zum Austritt der Rauchgase in die Umgebung führen würde.
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Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung praktischer Ausführungsformen der Erfindung noch deutlicher, die in den beigefügten Zeichnungen als nicht einschränkende Beispiele dargestellt sind, in den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II der 1, wobei sich ein Schwimmer in einer ersten Position befindet;
- 3 ist eine Schnittansicht ähnlich der 2, wobei sich der Schwimmer in einer zweiten Position befindet;
- 4 eine Seitenansicht des Schwimmers; und
- 5 eine Schnittansicht entlang einer Linie V-V der 4.
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Eine Kondensatableitungsvorrichtung 1, die mit einem Kondensationskessel (nicht dargestellt) oder in äquivalenter Weise mit einem beliebigen Heißlufterzeuger mit einem Druckverbrennungskreislauf gekoppelt werden kann, umfasst einen Behälter 2, einen in dem Behälter 2 aufgenommenen Schwimmer 3 und eine zum Verschließen des Behälters 2 geeignete Kappe 4 (1-3).
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Die Kappe 4 ist mit einem Einlass 5 für das Kondensat und die Rauchgase bzw. Abgase des Kessels versehen. Alternativ kann die Kappe 4 mit zwei Einlässen 5 versehen sein, und zwar einem vertikalen Einlass und einem horizontalen Einlass. Der zweifache Einlass 5 gewährleistet eine bessere Flexibilität bei der Verwendung, d.h. eine bessere Anpassungsfähigkeit an den Kessel, mit dem die Vorrichtung 1 gekoppelt werden soll.
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Vorzugsweise sind zwei Elektroden 6 vorgesehen, die einstückig mit der Kappe 4 angeordnet sind und dazu ausgebildet sind, durch Kurzschluss zu signalisieren, wenn der Behälter 2 mit Kondensat gefüllt ist, und gegebenenfalls den Kessel sofort zu blockieren, um Schäden zu verhindern.
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Die Kappe 4 besitzt an der Unterseite eine Schnappverbindungseinrichtung 7 für die Verbindung mit der Oberseite des Behälters 2.
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Der Behälter 2 (2 und 3) weist eine im Wesentlichen zylindrische, sich nach unten verjüngende Seitenwand 21, einen oberen Rand 22 und einen Kondensatauslass 23 auf.
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Der obere Rand 22 ist dazu ausgebildet, mit der Schnappverbindungseinrichtung 7 der Kappe 4 verbunden zu werden.
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Der Auslass 23 befindet sich am Boden des Behälters 2 und hat einen erhöhten Rand 25, der höckerförmig ist, d.h. ein nach oben spitz ausgebildetes Profil aufweist. Der Auslass 23 ist vertikal angeordnet und besitzt einen ersten Bereich 231, der mit dem erhöhten Rand 25 endet und zum Innenraum des Behälters 2 weist, und einen zweiten Bereich 232, der zur Verbindung mit einer Kondensatabführleitung (nicht dargestellt) ausgebildet ist.
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Der Schwimmer 3 (4 und 5) hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und besitzt eine Seitenwand 31, einen Boden 32, der mit der Seitenwand 31 einstückig ausgebildet ist, und einen abnehmbaren Deckel 33, der zusammen mit der Seitenwand 31 und dem Boden 32 einen inneren Hohlraum 34 begrenzen kann.
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Der Deckel 33 ist mit einem Rand an der Oberseite der Seitenwand 31 reversibel, vorzugsweise durch Verriegelung, koppelbar.
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Der Deckel 33 weist Stifte 331 auf, die von einer Außenfläche 332 des Deckels 33 in Richtung der Kappe 4 vorstehen.
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An der Seitenwand 31 sind Rippen 35 vorgesehen, die nach außen ragen und dafür geeignet sind, den Schwimmer 3 in den Behälter 2 zu führen. Die Rippen 35 sind dazu ausgebildet, mit dem inneren Seitenwandbereich 21 des Behälters 2 zusammenzuwirken.
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Die Rippen 35 erstrecken sich mit der gleichen Neigung wie die Seitenwand 21 des Behälters 2 von der Unterseite 32 bis zur Oberseite des Schwimmers 3.
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Vorteilhafterweise ist der Schwimmer 3 dazu ausgebildet, dass er durch die Rippen 35 an der Außenwand 21 des Behälters 2 gleitend verschiebbar ist.
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Der nach unten ragende Boden 32 ist mit einer zentralen Erweiterung 36 (5) versehen, die einen oberen, zu dem inneren Hohlraum 34 weisenden Vorsprung 361 und einen unteren, sich zur Außenseite des Schwimmers 3 erstreckenden Vorsprung 362 aufweist.
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Der untere Vorsprung 362 umfasst einen Sitz 37, der dazu ausgebildet ist, einen elastischen Ring 38, d.h. eine Dichtung, aufzunehmen.
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Die Kopplung zwischen dem Sitz 37 und dem elastischen Ring 38 ist derart ausgebildet, dass der elastische Ring 38 nach außen vorstehen kann, so dass er mit dem erhöhten Rand 25 des Auslasses 23 des Behälters 2 in Verbindung treten kann (2).
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Die zentrale Erweiterung 36 ist dazu ausgebildet, das Gewicht des Schwimmers nach unten zu konzentrieren, d.h. der Schwerpunkt des Schwimmers 3 liegt unterhalb einer Mittellinie M, die die Hälfte der Gesamthöhe des Schwimmers 3 definiert.
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Insbesondere sollten mehr als 60 % des Gewichts des Schwimmers 3 unterhalb der Mittellinie M liegen; insbesondere sollten mehr als 25 % des Gewichts des Schwimmers 3, vorzugsweise mehr als 30 %, am Boden 32 konzentriert sein, d.h. unterhalb einer horizontalen Linie F, die eine Tangente auf eine horizontale Ebene 39 des oberen Vorsprungs 361 des Bodens 32 bildet (5).
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Der elastische Ring 38 ist aus EVA-Material (Ethylen-Vinyl-Acetat) hergestellt, das die Betriebsanforderungen der Vorrichtung 1 perfekt erfüllt.
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Insbesondere besitzt der elastische Ring 38 aus EVA eine geschlossenzellige Struktur, die eine hohe Elastizität und Flexibilität ermöglicht; vorteilhafterweise wird die Abdichtung der Dichtung unterstützt, da eine relativ geringe Kompressionskraft des elastischen Rings 38 erforderlich ist. Dies ermöglicht die Verwendung eines Schwimmers 3 mit einem Gewicht-Volumen-Verhältnis, das einen optimalen Auftrieb in Anbetracht der Größe der Vorrichtung 1 ermöglicht.
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Das EVA-Material ermöglicht eine Härte von 45 Shore A, während ein herkömmlicher O-Ring eine Härte von über 60 Shore A aufweist.
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Das Material wird in Form eines flachen oder gewalzten Flächenkörpers hergestellt und dann nach Bedarf gestanzt. Vorzugsweise hat das Material eine runde Form mit einem rechteckigen Querschnitt. Im Zentrum ist eine Öffnung vorhanden, die eine Verankerung an dem Schwimmer 3 ermöglicht. Die Dichtung ist daher immer ein elastischer Ring; im Gegensatz zu einem O-Ring hat die Dichtung aus EVA vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, der sich am besten an den Höcker des erhöhten Randes 25 anpasst.
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Die Höckerform des erhöhten Randes 25 ist aus zwei Gründen ein Schlüsselelement: Zum einen soll verhindert werden, dass sich das im Kondensat vorhandene Rückstandsmaterial (Staub oder Fragmente) z.B. auf den ebenen Oberflächen absetzt und die Abdichtung beeinträchtigt. Der zweite Grund besteht darin, dass der erhöhte Rand 25 geringfügig in die Dichtung einsinken kann (da diese weich ist), um die Abdichtung zu gewährleisten.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 ist leicht verständlich, wenn man die 2 und 3 nebeneinander betrachtet.
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In 2 verschließt der Schwimmer 3 den Auslass 23 aufgrund des Gewichts des Schwimmers 3, da der Druck (von oben) der Rauchgase an der Oberseite des Schwimmers 3 größer ist als der hydrostatische Schub bzw. Druck (von unten) des Kondensats, das sich am Boden des Behälters 2 unterhalb des Bodens 32 des Schwimmers 3 angesammelt hat.
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Wenn der hydrostatische Druck des Kondensats am Boden 32 des Schwimmers 3 größer ist als das Gewicht des Schwimmers 3 und der Druck (in der entgegengesetzten Richtung) der Rauchgase, hebt sich der Schwimmer 3 und öffnet somit den Auslass 23; das Kondensat wird abgeleitet, bis der Druck der Rauchgase und das Gewicht des Schwimmers 3 größer werden als der (entgegengesetzte) Druck des Kondensats und das Gewicht des Schwimmers 3.
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Das Fehlen von Einschränkungen zwischen dem Deckel 33 und der Kappe 4 über dem Schwimmer 3 ermöglicht es der Vorrichtung 1, bei hohen Rauchgasdrücken zu arbeiten, wodurch eine perfekte Abdichtung gegen das mögliche Austreten von Rauchgasen aus der Vorrichtung (Kessel oder Generator) gewährleistet ist.
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Die Stifte 331 des Deckels 33 des Schwimmers 3 ermöglichen es, in dem Behälter 2 stets einen Mindestabstand zwischen dem Schwimmer 3 und der Kappe 4 aufrecht zu erhalten, was nützlich ist, um den Rauchgasdruck wirksam auf die Außenfläche 332 des Deckels 33 wirken zu lassen, d.h. den Schwimmer 3 nach unten zu drücken und die Abdichtung des EVA-Rings 38 zu erreichen.
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Die Zentrierung des Schwimmers 3 wird nicht aufgrund der Rippen 35 beeinträchtigt, die einen schleichenden Kontakt mit der Innenseite der Seitenwand 21 des Behälters 2 aufrechterhalten.
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Die zentrale Erweiterung 36 geht über den erhöhten Rand 25 des Auslasses 23 und belastet somit in effektiver Weise den elastischen Ring 38 für eine optimale Abdichtung.
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Der Boden 32 weist um die zentrale Erweiterung 36 herum eine große untere Oberfläche 321 auf, die für den aufwärts gerichteten hydrostatischen Schub des Kondensats nützlich ist. Um den hydrostatischen Aufwärtsschub weiter zu unterstützen, ist die untere Oberfläche 321 konvex, wenn man den Schwimmer 3 in den 4 und 5 von unten betrachtet.
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Die Vorrichtung 1 ist einfach zu montieren; der Schwimmer 3 wird in den inneren Hohlraum 34 des Behälters 2 eingesetzt, der den Schwimmer 3 aufgrund der sich nach unten verjüngenden Seitenwand 21, die mit den Rippen 35 zusammenwirkt, selbstzentriert; der Behälter 2 wird mit der Kappe 4 verschlossen; die Vorrichtung 1 wird über den Einlass 5 mit dem Rauchgasauslass des Kessels verbunden; schließlich wird der Auslass 23 mit einer Kondensatabführleitung verbunden.
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Die Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich problemlos mit jedem Kondensationslufterzeuger mit Druckverbrennungskreislauf, z.B. einem Kondensationskessel, verbinden, der bei hohen Drücken von 10000 Pa oder mehr arbeitet.
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Die Abdichtung des elastischen Rings 38 ist effizient und die Elektroden 6 schließen kurz, so dass der Kessel bei einem Überschuss an Kondensat in dem Behälter 2 abgeschaltet wird.
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Vorteilhafterweise kann der Hersteller von Kondensationskesseln bei der Installation der Vorrichtung 1 (die nur den Austritt von Kondensat und nicht von Rauchgasen ermöglicht) keinen Drucksteuerschalter für den Druck der Rauchgase an den Kesseln anbringen, der zwingend erforderlich ist, wenn anstelle der Vorrichtung 1 ein einfacher Siphon verwendet wird, bei dem immer die Möglichkeit besteht, dass er sich aufgrund eines hohen Drucks entleert, was dann zum Entweichen der Rauchgase in die Umgebung führen würde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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