DE4240096A1 - Druckausgleichsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung für gas­ förmige Medien enthaltende Räume, insbesondere für den Zwischen­ raum von Mehrfachglasscheiben, welche Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Druckausgleichvorrichtungen werden für verschiedenste Anwendungs­ gebiete benötigt und sind im wesentlichen durch Ventile unter­ schiedlichster Bauart realisiert.

Der Druckausgleich von im wesentlichen gasförmigen Atmosphären, die Bestandteile enthalten, die die Funktion des Gerätes oder des Gegenstandes beeinträchtigen, bei der der Druckausgleich durchgeführt werden soll, stellen ein Problem dar, das durch die vorliegende Erfindung im beschriebenen Anwendungsbereich gelöst wird.

Es ist Stand der Technik, daß solche gasförmigen Atmosphären vor üblichen Druckausgleichsvorrichtungen, im folgenden Ventile ge­ nannt, Filtervorrichtungen vorgeschaltet haben, um beim Aus­ tausch der Atmosphären für die Funktion des Gerätes oder des Gegenstandes schädliche Auswirkungen zu vermeiden. Dabei ist es nebensächlich, ob die Atmosphären teilweise oder ganz ausge­ tauscht werden. Die Filtervorrichtungen haben jedoch die uner­ wünschten Eigenschaften, daß sie entweder nur partiell wirksam, d. h., daß durch den Atmosphärenaustausch die damit verbundenen schädlichen Auswirkungen nur verzögert werden, und/oder die Fil­ ter sich erschöpfen und ausgetauscht oder mit einem Aufwand re­ generiert werden müssen.

Beides hat unangenehme Konsequenzen dadurch, daß die Funktion des Gerätes oder des Gegenstandes entweder im Laufe der Zeit oder durch das (unbeabsichtige) Unterlassen der Wartung der Filtervorrichtung beeinträchtigt wird. Dieses Problem wird er­ schwert durch große Temperaturunterschiede der beiden Atmo­ sphären, durch häufige Druckausgleichszyklen sowie durch ver­ schiedene Strömungsrichtungen durch die Ventile.

Ein Beispiel solch einer Funktionsbeeinträchtigung ist das Nach­ lassen der Durchsichtigkeit von Doppel- und Mehrfachverbundglas­ scheiben, im folgenden kurz Verbundglasscheiben genannt, entwe­ der durch Beschlag mit Wasserdampf und/oder anderen flüssigen Bestandteilen, das Ansetzen von festen Bestandteilen und/oder durch einen chemischen Angriff des der Glasscheiben durch Be­ standteile der Atmosphäre. Die Funktionsbeeinträchtigung ist insofern ein schwerwiegendes Problem, weil der Beschlag oder der chemische Angriff an den nicht zugänglichen Innenseiten der Ver­ bundglasscheiben erfolgt und der Schaden nicht ohne weiteres be­ hoben werden kann.

Das Nachlassen der Durchsichtigkeit von Verbundglasscheiben ist in der Regel eine Folge der allgemeinen Undichtigkeit des Systems, d. h., daß der Druckausgleich nicht über das Ventil mit Filtervorrichtung ausschließlich erfolgt oder im extremen, aber sehr häufigen Fall, ein solches Ventil mit oder ohne Filtervor­ richtung überhaupt nicht vorhanden ist.

Der Druckausgleich erfolgt aufgrund des Druckunterschiedes zwi­ schen Innenraum der Verbundglasscheibe und der Umgebung (die nur unwesentlichen Druckschwankungen unterworfen ist), wobei der Druckunterschied in der Regel durch Temperaturunterschiede ver­ ursacht wird.

So bewirkt z. B. ein Temperaturanstieg von 0°C auf 40°C eine Druckerhöhung des Innenraumes einer Verbundglasscheibe um ca. 150 mbar. Die Folge ist einerseits eine Kraft auf die Scheiben­ fläche und andererseits ein Bestreben, den Überdruck gegenüber der Umgebung abzubauen. Ist dieser Druckabbau durch Ausströmen eines Teiles der Atmosphäre des Innenraums des Verbundglassys­ tems durch Lecks oder durch Diffusion an die Umgebung erfolgt und kühlt im folgenden das Verbundglassystem ab, so wird aus der Umgebungsatmosphäre im wesentlichen mit unterschiedlichsten Stof­ fen verunreinigte Luft in das Verbundglassystem einströmen. Da­ bei kann es zu einer unerwünschten Konzentration von Stoffen im Inneren des Verbundsystems kommen, die eine Beeinträchtigung der Funktion des Systems zur Folge hat, - in diesem Fall eine Beein­ trächtigung der Durchsichtigkeit. Die unerwünschte Konzentration kann durch unterschiedliche Massenströme und/oder Diffusionkoef­ fizienten in den beiden Richtungen durch die Austauschflächen des Filtersystems gefährdet werden.

Unterschiedliche Massenströme können einerseits thermodynamische Gründe, d. h. im wesentlichen Partial- und Sättigungsdruckge­ setzmäßigkeiten in Verbindung mit Temperaturgradienten, anderer­ seits reaktionskinetische Ursachen haben.

Unter letzteren sind chemische Reaktionen der atmosphärischen Stoffe untereinander und/oder mit den Materialen des Verbund­ glassystems zu verstehen. So kann z. B. Ölnebel polymerisieren oder mit Glas chemisch reagieren und dadurch einen Belag bilden, der im weiteren wegen der Kondensationskeimwirkung für eine Be­ schleunigung der Abscheidungen führen kann. Auf diese Weise er­ folgt ein Erblinden der Verbundglasscheibe. Der häufigste Pro­ blemfall ist jedoch die Beschlagbildung durch im wesentlichen Wasser-Dampf-Phasen.

Eine Temperaturerhöhung des Verbundglassystems von 100 bis 200°C würde einen Druckanstieg im Inneren der Glasscheiben bewir­ ken, der entweder zum Bersten der Scheiben oder zur Zerstörung des Verbundes führen würde, sollte der Druckausgleich nicht mög­ lich sein. Das erstere könnte neben den Sachschäden auch Men­ schen gefährden, das letztere würde günstigenfalls lediglich zu der beschriebenen Beeinträchtigung der Funktion des Systems (Durchsichtigkeit) führen.

Bei Herden oder Öfen z. B., die eine Beobachtung des Innenrau­ mes gewährleisten müssen, werden Verbundglassysteme eingesetzt, die Temperaturschwankungen von mehreren hundert °C ausgesetzt werden.

Das Problem des Druckausgleichs wird in der Regel durch ein Labyrinth von Öffnungen gelöst, die eine Verbindung zur Um­ gebung herstellen, jedoch die beschriebenen unerwünschten Kon­ sequenzen zur Folge haben. In der DE-OS 40 28 674 wird beispiels­ weise ein Backofen beschrieben, dessen Tür mit einer Doppelglas­ scheibe versehen ist. Kühlluft wird zwischen den beiden Glas­ scheiben hindurch geführt. Damit wird zwar eine verbesserte Kühlung erreicht, aber das Problem der Sauberhaltung der Glas­ scheiben im nicht zugänglichen Innenraum bleibt ungelöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Innenraum, wel­ cher gasförmige Medien enthält so zu schützen, daß einerseits bei erhöhtem Innendruck infolge Erhitzung keine Beschädigung eintritt und andererseits keine schädlichen Stoffe in den Innen­ raum gelangen können, welche z. B. die Klarsichtigkeit beein­ trächtigen.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merk­ malen gelöst.

Die Druckausgleichsvorrichtung gewährleistet, daß einerseits bei Druckerhöhung gasförmige Bestandteile der Innenatmosphäre ent­ weichen können und damit ein Bersten verhindert wird und das eingebaute Filterelement sorgt andererseits, daß bei Verminde­ rung des Innendrucks von außen keine schädlichen Stoffe in den Innenraum einströmen können.

Am Beispiel eines Heißluftdämpfers (Fig. 1 und 2), wie er häufig in der Großküche Anwendung findet, soll die Erfindung erläutert werden. Der Heißluftdämpfer ist als Beispiel für die Erfindung insbesonders deshalb gut geeignet, weil er einen Extremfall für das Ausmaß der Beanspruchung darstellt, der durch die Erfindung nicht zu einem Problem wird.

Die Wirkungsweise ist folgerichtig auf weniger extreme Anwen­ dungsfälle übertragbar.

Es zeigen

Fig. 1 Einen Heißluftdämpfer in Vorderansicht.

Fig. 2 Den Schnitt A-B gemäß Fig. 1 mit Detail "x".

Fig. 3 Das Prinzip des Filterelements.

Fig. 4 Das Prinzip eines zweiteiligen Filtersystems.

Fig. 5 Ein Filtersystem mit Pumpwirkung.

Fig. 6 Den Aufbau einer Druckausgleichvorrichtung in größerem Maßstab.

Fig. 7 Eine Druckausgleichvorrichtung mit Schutzkappe.

Fig. 8 Ein Ausführungsbeispiel mit eingegossenem Filter­ element.

Der Heißluftdämpfer (1) arbeitet im Inneren, Muffel (2), mit einer Atmosphäre aus Luft und Dampf, wobei die Dampfphase vom gesättigten bis zum überhitzten Bereich reicht. Die Muffel (2) ist von außen gegen Wärmeverluste in der Regel gut isoliert. Insofern bildet die Türe (3) mit dem Glasfenster (4) das größte Wärmeleck des Gerätes. Dieses Wärmeleck wird im Beispielsfall durch ein Doppelglasverbundsystem (4a, 4b, 5) erheblich redu­ ziert.

Das Verbundglassystem wird insofern erheblichen Belastungen aus­ gesetzt, weil die Türe im Großküchenbetrieb sehr oft am Tage ge­ öffnet und nach unterschiedlichen Zeiten wieder geschlossen wird - was zu häufigen Temperatur- und damit zu Druckschwankungen des Doppelglaszwischenraumes (6) führt -, und weil das Verbundglas­ system permanent einem Gemisch aus im wesentlichen Luft, Wasser, Dampf, Öldämpfen und aromatischen Stoffen ausgesetzt ist.

Die Temperatur außerhalb des Gerätes beträgt in der Regel Raum­ temperatur, innerhalb reichen die Temperaturen jedoch bis 300°C. Desweiteren werden die Geräte in der Regel täglich mit aggressiven Reinigungsmitteln gesäubert, und dabei des öfteren im heißen Zustand mit Wasser abgeschreckt. Ein "Erblinden" des Ver­ bundglassystems jedoch würde zu einer unakzeptablen Beeinträch­ tigung der Funktion des ganzen Gerätes führen, weil der Garpro­ zeß vom Betreiber (Koch) beobachtbar bleiben muß.

Die Erfindung löst das Problem durch eine Druckausgleichsvor­ richtung mit Filterwirkung durch ein einzelnes selektiv Filter oder durch eine Filterkaskade. Die Filter stellen entweder über die Verbundstelle (5) die Druckausgleichsvorrichtung (8) und den Türrahmen (11) oder über die äußere Glasscheibe (4b) und die Druckausgleichsvorrichtung (9) eine Verbindung vom Doppelglas­ zwischenraum (6) zur Umgebung (10) her. Der Türrahmen (11) hat dabei eine Verbindung zur Umgebung (10).

Die Filter können entweder temperaturunabhängig selektiv wirken oder die Temperaturabhängigkeit kann ausgenutzt werden, z. B., über ein temperaturabhängiges Verhalten der Adsorption der Ober­ flächen der Filter oder der Absorption durch die Filtermateria­ lien selber. In Fig. 3-5 sind schemativ die Wirkungen von ver­ schiedenen Druckausgleichsvorrichtungen gemäß der Idee der Er­ findung skizziert.

Die Druckausgleichsvorrichtung (9) gem. Fig. 3 ist gasdicht in die Außenscheibe (4b) eingebaut. Der Filter (12) ist in der Lage den Stoff A, der unproblematisch ist (z. B. Luft), zum Druckaus­ gleich durchzulassen. Der Stoff B, der in größeren Konzentra­ tionen Probleme bereiten kann (z. B. Wasser/Dampf), wird nur in unproblematischer Konzentration durchgelassen. Durch den Partial­ druckausgleich wird beispielsweise die Wasserdampfphase durch die erhöhte Temperatur im Inneren (6) des Verbundglases von dieser in Richtung Umgebung (10) strömen und so die Konzentra­ tion von Wasserdampf im Inneren des Verbundglases im Laufe des Betriebes des Gerätes weiter reduzieren, bis ein Partialdruck­ gleichgewicht erreicht ist. Der für die Funktion des Verbund­ glases gefährliche Stoff C (z. B. Aerosole) kann den Filter nicht passieren.

Das Prinzip gemäß Fig. 4 ist analog Fig. 3, jedoch werden hier mit 2 Filtertypen (13, 14) schädliche Stoffe durch die Druck­ ausgleichsvorrichtung aus dem Innenraum (6) des Verbundglases ferngehalten. Ein Filter (13) soll im wesentlichen äquivalente Eigenschaften zu Filter 12 haben. Ein 2. Filter (14) hat eine temperaturabhängige Funktion bzgl. des Stoffes B (z. B. Wasser/ Dampf). Bei Temperaturen über ca. 100°C läßt er z. B. Wasser­ dampf durch bzw. gibt eventuell absorbierten Wasserdampf ab.

Bei Temperaturen deutlich unter 100°C absorbiert dieser 2. Fil­ ter den Wasserdampf. Wird der Heißluftdämpfer aufgeheizt, so wird der 2. Filter (14) ebenfalls aufgeheizt. Stoff A und B (B, z. B. durch Leckage eingedrungenes Wasser) können im Laufe des Druckausgleichs in Richtung Umgebung (10) passieren. Wird der Heißluftdämpfer abgekühlt, so kühlt auch der 2. Filter (14) ab. Die von der Umgebung (16) einströmende Atmosphäre wird durch den 2. Filter vollständig "getrocknet". Stoff B wird also absor­ biert, Stoff C kann nicht eindringen. Die Druckausgleichsvor­ richtung wirkt hier (Fig. 4) noch mehr als in Fig. 3 zusätzlich als "Pumpe" für den Stoff B.

Fig. 5 zeigt eine weitere Variation der Druckausgleichsvorrich­ tung, die noch mehr als in den Fig. 3 und 4 als "Pumpe" für unerwünschte Stoffe dient. Diese unerwünschten Stoffen können durch unbeabsichtigte Leckage eingedrungen (z. B. Wasser) oder Ausdünstungen der verwendeten Materialien, sein, z. B. diejeni­ gen Verbundstellen - das sind z. B. Lösungsmittel oder Weich­ macher aus Elastomeren.

Bei Temperatur- und damit Druckanstieg entweichen alle Stoffe A, B, C, . . . im Zuge des Druckausgleichs über ein Rückschlagventil oder einseitig durchlässiges Filter (18) vom Innenraum (6) in die Umgebung (10).

Kühlt der Innenraum (6) ab, so kann der Druckausgleich nur über das Filtersystem 16, 15 und 17 erfolgen. Alle Stoffe werden bis auf den unproblematischen Stoff A zurückgehalten.

Ein 1. Filter (16) hält vor allem die problematische Stoffe C, D, . . . (z. B. Aerosole) ab. Das 2. Filter (15) absorbiert den schwierig zu filternden Stoff B (z. B. Wasserdampf) und läßt nur den unproblematischen Stoff A (z. B. Luft) durch das 2. Rück­ schlagventil oder das einseitig durchlässige 3. Filter (17) in den Innenraum (6).

Durch eine besondere geometrische Form des 2. Filters (15), z. B. ein gebogenes Rohr, werden Zonen einer heißen (T1) und einer kühlen Temperatur (T2) miteinander verbunden. Die bei Fig. 4 beschriebene Wirkungsweise des temperaturabhängigen Filters gilt ebenfalls für dieses 2. Filter (15). Der Effekt wird durch die Konstruktionsbauweise in der Fig. 5 jedoch verstärkt ausge­ nutzt. Beim Einströmen in den Innenraum (6) wird die Atmosphäre an einer relativen kalten Stelle T1 angesaugt. Damit wird auch der Stoff B (z. B. Wasser) in geringer Absolutkonzentration in der angesaugten Atmosphäre vertreten sein und auf dem Weg in den Innenraum (6) auf der Filterstrecke (15) vollständig absorbiert.

Die besonders im Betriebszustand des Gerätes relativ heiße Stel­ le T2 bewirkt ein Regenerieren des 2. Filters (15) analog der Beschreibung in Fig. 4. Die heiße Stelle kann entweder durch Konstruktionsmaßnahmen über die Eigenwärme des Gerätes erzeugt werden oder gezielt gesteuert oder geregelt über eine zusätz­ liche Heizung.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Druckausgleichsvorrich­ tung des Types wie er in Fig. 3 oder 4 beschrieben wurde. Das Filtersystem (19) ist hier mechanisch gegen Auswirkungen von Druck oder Druckstößen bzw. Berührung mit Hilfe von Lochscheiben geschützt. Das Paket 19, 20a und 20b ist in einer Kapsel (22) versiegelt (21). Die Kapsel ist abschraubbar, wodurch eine Öff­ nung (24) zum Innenraum (6) freigegeben wird.

Durch das Abschrauben der Kapsel (22) kann ein problematischer Stoff (z. B. Wasser) aus dem Innenraum (6) entfernt werden, der unbeabsichtigt durch einen Defekt des Verbundglassystems einge­ drungen ist. Die Oberflächen, die Richtung Umgebung (10) zeigen, sind zweckmäßig hydrophob beschaffen oder zeigen allgemein ab­ weisende Eigenschaften gegen im Anwendungsbereich gängige Flüs­ sigkeiten und Aerosole.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ähnlich wie in Fig. 6, jedoch mit einem erhöhten mechanischen Schutz des innen­ liegenden Filterpaketes (19, 20a und 20b). Zusätzlich wird durch ein geeignetes Labyrinthsystem über einen Ring (27), Bohrungen (28) und einem Absatz (29) verhindert, daß Flüssigkeiten ohne weiteres an das Filterpaket gelangen können. Die Oberflächen, die mit der Umgebung (10) in Verbindung stehen, sind vorzugsweise hydrophob oder allgemein flüssigkeitsabweisend analog wie in Fig. 6.

Fig. 8 zeigt eine ähnliche Konstruktion wie Fig. 6, jedoch ist hier der Filter (19) in die Kapsel eingegossen (22), vorzugs­ weise in Kunststoff aus einem hydrophoben oder allgemeinen flüssigkeitsabweisenden Material bzw. aus einem Material, das zumindest an der Oberfläche diese Eigenschaften aufweist.

Claims (16)

1. Druckausgleichsvorrichtung für gasförmige Medien enthalten­ de Räume, welche Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, insbesondere für den Zwischenraum von Mehrfachglasscheiben, gekennzeichnet durch ein in die Gehäusewand des zu schützen­ den Raumes gasdicht eingebautes, eine gasführende Verbin­ dung zur Außenatmosphäre gewährleistendes Leitungselement, welches mit mindestens einem Filterelement versehen ist.

2. Druckausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Filterelement einerseits für gasförmige Partikel aus dem zu schützenden Raum durchlässig ist, an­ dererseits aber in Gegenrichtung schädliche Bestandteile der umgebenden Atmosphäre zurückhält.

3. Druckausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, ge­ kennzeichnet durch aus mindestens zwei Filterelementen (13, 14) mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehendes Filtersystem.

4. Druckausgleichsvorrichtung nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch auswechselbare Filterelemente.

5. Druckausgleichsvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine auf das Leitungselement von außen lösbar auf­ bringbare, die Filterelemente enthaltende Kapsel (22).

6. Druckausgleichsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kapsel (22) als aufschraubbarer Filterträger ausgebildet ist.

7. Druckausgleichsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter­ elemente vor Auswirkungen von Druck oder Druckstößen durch ein Stützgitter, vorzugsweise gelochte Scheiben (20a, 20b), geschützt sind.

8. Druckausgleichsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Filterelemente von der gelochten Scheibe beidseitig eingefaßt sind.

9. Druckausgleichsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente in die Kapsel eingegossen sind.

10. Druckausgleichsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Filtersystem eine mit labyrinthartigen Kanälen versehene, den direkten Zugang von außen auf das Filtersystem ver­ hindernde Schutzkappe vorgesehen ist.

11. Druckausgleichsvorrichtung nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der mit der äußeren Atmosphäre in Berührung stehende Teil aus hydrophobem oder allgemein flüssigkeitsabweisendem Material besteht.

12. Druckausgleichsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch getrennte gas­ führende Verbindungsleitungen für die in den zu schützenden Raum einströmenden bzw. die aus diesem bei Überdruck entweichenden Stoffe.

13. Druckausgleichsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strömungsrichtung in der das Fil­ tersystem enthaltenden Zuströmleitung durch ein Rückschlag­ ventil gewährleistet ist, während in der Ausströmleitung ein entgegengesetzt wirkendes Rückschlagventil oder ge­ gebenenfalls ein einseitig durchlässiges Filter angeordnet ist.

14. Druckausgleichsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch ein Filterelement (14, 15) mit temperaturabhängiger Funktion für die in dem zu schützenden Raum zuströmenden schädlichen Stoffe wie Wasser bzw. Wasserdampf.

15. Druckausgleichsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Filterelement (15) mit temperatur­ abhängiger Funktion bereichsweise in einer Zone (2) er­ höhter Temperatur liegt.

16. Druckausgleichsvorrichtung nach Anspruch 14 und/oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filterelement (15) mit temperaturabhängiger Funktion im Bereich der Zone (T2) mit erhöhter Temperatur eine fremdbeheizte Heizquelle zugeord­ net ist.