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Expansionsgefäss für Zentralheizungsanlagen Bei Expansionsgefässen ältester Ausführung wird durch Einfüllung von Wasser durch die Expansionsleitung der benötigte Vordruck im Kaltzustand erreicht. Diese Ausführung hat mangels Vordruckes im Expansionsgefäss den Nachteil eines verhältnismäs- sig grossen Gefässvolumens, das für jede Anlage errechnet werden muss, ansonst bei Vereinheitlichung der Grösse zur Sicherung gegen überlaufen des Heizungssystems eine entsprechende überdimensionie- rung des Expansionsgefässes bei kleineren Anlagen in Kauf genommen werden muss.
Spätere Expansionsgefässe unterscheiden sich von den vorstehend beschriebenen dadurch, dass sie geschlossen sind, wobei der Vordruck des auf das Heizwasser wirkenden Luftpolsters im Expansionsge- fäss durch einen Kompressor erzeugt wird, der die beim Entleeren und Füllen der Anlage eintretenden Druckverluste sofort wieder ergänzt. Diese Ausführung hat jedoch den Nachteil grossen technischen Aufwandes und der vermehrten Wartung.
In neuerer Zeit bekannt gewordene Expansions- gefässe sind mit einer wasserdicht eingebauten Membrane oder Gummiblase (Luftballon) versehen, derart, dass zwei Volumen in zueinander umgekehrt proportionaler Grösse geschaffen sind. Das Luftvolumen ist vom Wasservolumen durch die elastische Membrane oder Gummiblase getrennt. Das Luftpolster hat einen gewissen Vordruck, der durch das in gegen in der beschränkten Lebensdauer der Mem- die Gummiblase eintretende Wasser entsprechend erhöht wird.
Dieses Expansionsgefäss bildet eine theoretisch und technisch gute Lösung des geschlossenen Expansionssystems und zeichnet sich aus durch ein kleines Gefässvolumen und die einfachste Ausbildung des Systems mit statischer Druckreserve. Ein erheblicher Nachteil dieser Ausführung besteht hin- oder elastischen Blase, die während der Heizperioden täglich eine vielfach wiederholte Dilatation und Kontraktion aufzunehmen hat.
Durch die vorliegende Erfindung soll nun ein Ex- pansionsgefäss für Zentralheizungsanlagen geschaffen werden, das sich durch ein geschlossenes Expansionssystem auszeichnet, sich von bekannten Anlagen dieser Art jedoch dadurch unterscheidet, dass an der tiefsten Stelle des Expansionsgefässes ein durch einen Schwimmer gesteuertes Ventil eingebaut ist, das die Mündung der Expansionsleitung beherrscht, in der Weise, dass das Ventil geschlossen wird, sobald der Wasserspiegel auf den Schwimmer abfallend, diesen mitfallen lässt.
Der Einbau dieses Ventiles verhindert Druckverluste des Luftpolsters bei der Entleerung und Füllung der Expansionsleitung.
In der Zeichnung sind beispielsweise zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt: Fig.l ein Schema einer Zentralheizungsanlage mit dem erfindungsgemässen Expansionsgefäss, Fig.2 eine Variante des Expansionsgefässes in grösserem Massstab, Fig. 3 einen axialen Teilschnitt durch das in den Boden des Expansionsgefässes eingebaute Ventil in grösserem Massstab und Fig. 4 einen teilweisen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des Expansionsgefässes.
Bei der dargestellten Zentralheizungsanlage mit Heizkessel 1 und Sicherheitsventil 2 ist an die Rücklaufleitung 3b eines Rohrleitungssystems 3 die Expansionsleitung 4 angeschlossen. 5 ist die in die Vorlaufleitung 3a eingebaute Pumpe, und 6 sind die in die Vor- und Rücklaufleitung eingebauten Sperrschieber. 7 ist das Expansionsgefäss, an dessen tief-
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ster Stelle ein Mündungsstutzen 8 mit Flansch 8a angeordnet ist.
Der Mündungsstutzen 8 ist durch einen Deckel 9 geschlossen, der mit dem Flansch 8a durch Schrauben lO lösbar verbunden ist.DerMündungsstut- zen 8 bildet zusammen mit dem Deckel 9 die Ventilkammer, welche durch einen zwischen dem Flansch 8a und dem Deckel 9 eingelegten Dichtungsring 11 nach aussen hermetisch abgedichtet ist. In eine zentrale Gewindebohrung des Deckels 9 ist von unten her ein den Ventilsitz 12 aufweisendes Reduzierstück 13 eingeschraubt, das mit einer Dichtungseinlage 14 versehen ist. An das Reduzierstück 13 ist das Oberende der Expansionsleitung 4 angeschlossen, deren Mündung von einem feinen Siebkorb 15 aus Nickel überdeckt ist, welcher im Hohlraum des Redu- zierstückes 13 untergebracht ist.
Der nach aussen gebördelte Rand des Siebkorbes 15 ist durch eine in eine Ringnut 16 des Reduzierstückes 13 eingreifenden Spannring 17 festgehalten. Auf dem Ventilsitz 12 ruht der Ventilteller 18, der durch einen kugelkalot- tenförmigen elastischen Dichtungskörper 19 einen sicheren Abschluss gewährleistet. Der Ventilteller ist mit einer aus einem dünnwandigen Messingrohr bestehenden Ventilstange 20 versehen, die eine dünnwandige Schwimmer-Hohlkugel 21 aus Kupfer trägt. Die Ventilstange 20 ist mit ihren oben und unten aus der Schwimmerkugel 21 vorstehenden Enden in Bohrungen 22 eines auf dem Deckel 9 befestigten Käfigs 23 aus Bandeisen vertikal verschiebbar geführt.
Die Schwimmerkugel 21 ist mit einem Kapillarrohr 24 versehen, durch welches in die Schwimmerkugel Stickstoff mit ca. 4,0 atü angefüllt wird, um die Kugel gegen den von unten, d. h. im Gefäss wirkenden Druck zu stabilisieren. Das Kapillarrohr wird zugelötet.
An einem Manometer 25 ist der Druck im Expan- sionsgefäss ablesbar. Nach Lösen der Schrauben 10 ist der Deckel 9 abnehmbar und mit diesem zugleich das Ventil samt Schwimmer ausbaubar.
Das Expansionsgefäss wird bei der Fabrikation mit Stickstoff gefüllt, bis der erforderliche Vordruck erreicht ist, durch den das Ventil 18 geschlossen wird. Der Stickstoff kann bei geschlossenem Ventil nicht mehr entweichen und bildet das statische Druckpolster, das auf das Heizwasser wirkt, welches bei Inbetriebsetzung der Heizungsanlage durch die Expansionsleitung 4 in das Expansionsgefäss 7 ein- dringt und das Ventil öffnet. DasHeizungsrohrsystem 3 wird mit Kaltwasser gefüllt und dabei in bekannter Weise gut entlüftet.
Der Vordruck im Gefäss 7 ist grösser als der hydrostatische Druck der Heizungsanlage, welcher der Höhe H der Wassersäule vom Ex- pansionsgefäss 7 bis Oberkante des höchst gelegenen Radiators entspricht (Fig. 1). Dadurch füllt sich die Expansionsleitung 4 bei deren gleichzeitig veranlas- sten Entlüftung bis zum Ventil 18 mit Wasser; dieses kann aber das Ventil noch nicht öffnen, wegen des grösseren Vordruckes im Expansionsgefäss 7. Durch weiteres Einfüllen von Wasser in das Heizrohrsystem steigt der Druck weiter an und wird grösser, als der Vordruck im Gefäss.
Dies bewirkt das Öffnen des Ventiles 18, wodurch das unbehinderte Eintreten des Wasser in das Expansionsgefäss ermöglicht wird. Alle Schmutzpartikeln werden dabei durch den Siebkorb zurückgehalten, sodass eine Störung des Venti- les nicht zu befürchten ist. Der Wasserspiegel im Ge- fäss 7 steigt an und erhöht den Druck durch Kompression des Stickstoffes. Sobald das Wasserniveau über die Schwimmerkugel steigt, vermag der Auftrieb der letzteren das Ventil offen zu halten. Bei Erreichung des dem Niveau N (Fig.2) entsprechenden Druckes im Gefäss 7 wird die Wasserzufuhr abgestellt.
Das über die Schwimmerkugel 21 hinaus in das Gefäss 7 eingedrungene Wasser bildet eine Reserve mit dem mittleren Spiegel N. Diese Reserve dient dem Ausgleich eventueller Verluste durch kleine Un- dichtigkeiten im Heizungssystem.
Wird nun die Heizung in Betrieb genommen, so kann sich das Wasser bei der Erwärmung unbehindert ausdehnen und in das Expansionsgefäss eintreten, wodurch der Druck weiter erhöht wird. Das Niveau N, entspricht dem Druck bzw. Wasservolumen bei höchster Heizwassertemperatur. Bei Abfall der Heizwassertemperatur tritt auch wieder eine entsprechende Reduktion des Heizwasservolu- mens ein, das bei völliger Erkaltung wieder das Niveau N erreicht.
Bei Entleerung des Heizrohrsystems (Reparatur oder Ausserbetriebsetzung) sinkt gleichzeitig der Wasserspiegel im Expansionsgefäss so weit ab, bis die Schwimmerkugel ihren Auftrieb verliert und das Ventil 18 schliesst, womit ein das Ventil noch gut überdeckender Wasserrückstand im Gefäss verbleibt, dessen Niveau mit der Ebene N1 zusammenfällt und einen hermetischen Abschluss für den unter Druck stehenden Stickstoff im Gefäss bildet. Die Sicherung des Heizungssystemes gegen Ueberschrei- tung des Höchstdruckes (Ueberhitzung), z.
B. infolge defekter Regelorgane etc., wird in bekannter Weise durch das Sicherheitsventil 2 im Kesselvorlauf nach den jeweiligen Landesnormen gewährleistet.
Die zweite Ausführungsform des Expansionsge- fässes 8 ist mit einem Ventil herkömmlicher Bauart versehen, bei welchem die den Ventilteller 18' tragende Ventilstange 20' mit einem die Schwimmerkugel 21' tragenden Hebelarm 26 gelenkig verbunden ist. Auch hier ist das Ventil samt Schwimmer 21', 26 am Deckel 9 des Mündungsstutzens 8 des Expansionsgefässes leicht ausbaubar angeordnet. Zu diesem Zweck ist der die Ventilkugel 21' tragende Hebelarm 26 an einer auf der Innenseite des Deckels 9 angeordneten Lagergabel 27 angelenkt. Als Sitz 12' für den Ventilteller 18' dient ein den Deckel 9 zentral durchsetzender Rohrstutzen 28, an welchem die Expansionsleitung 4 mittels einer Reduktionsmuffe 29 angeschlossen ist.
Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist die gleiche, wie bei der ersten Ausführungsform.
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Expansion vessel for central heating systems In the case of the oldest expansion vessels, the required pre-pressure is achieved in the cold state by filling in water through the expansion line. Due to the lack of a pre-pressure in the expansion vessel, this design has the disadvantage of a relatively large vessel volume, which must be calculated for each system, otherwise if the size is standardized to protect against overflowing the heating system, a corresponding oversize of the expansion vessel must be accepted in smaller systems .
Later expansion vessels differ from those described above in that they are closed, with the pre-pressure of the air cushion acting on the heating water in the expansion vessel being generated by a compressor which immediately supplements the pressure losses that occur when the system is emptied and filled. However, this design has the disadvantage of great technical effort and increased maintenance.
Expansion vessels that have recently become known are provided with a waterproof membrane or rubber bladder (balloon) so that two volumes are created in inversely proportional sizes. The volume of air is separated from the volume of water by the elastic membrane or rubber bladder. The air cushion has a certain pre-pressure, which is increased accordingly by the water entering the rubber bubble during the limited service life of the membrane.
This expansion vessel is a theoretically and technically good solution of the closed expansion system and is characterized by a small vessel volume and the simplest design of the system with a static pressure reserve. A significant disadvantage of this design is the backward or elastic bladder, which during the heating periods has to absorb multiple repeated dilation and contraction every day.
The present invention is intended to create an expansion vessel for central heating systems which is characterized by a closed expansion system, but differs from known systems of this type in that a float-controlled valve is installed at the lowest point of the expansion vessel dominates the mouth of the expansion line, in such a way that the valve is closed as soon as the water level drops on the float, it can also fall.
The installation of this valve prevents pressure losses in the air cushion when emptying and filling the expansion line.
In the drawing, for example, two embodiments of the subject matter of the invention are shown, namely: Fig.l shows a scheme of a central heating system with the expansion vessel according to the invention, Fig.2 a variant of the expansion vessel on a larger scale, Fig Expansion vessel built-in valve on a larger scale and Fig. 4 is a partial section through a second embodiment of the expansion vessel.
In the central heating system shown with boiler 1 and safety valve 2, the expansion line 4 is connected to the return line 3b of a pipeline system 3. 5 is the pump built into the supply line 3a, and 6 are the gate valves built into the supply and return lines. 7 is the expansion vessel, at whose deep
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most place a mouth piece 8 with flange 8a is arranged.
The mouthpiece 8 is closed by a cover 9, which is detachably connected to the flange 8a by screws 10. The mouthpiece 8, together with the cover 9, forms the valve chamber, which is simulated by a sealing ring 11 inserted between the flange 8a and the cover 9 hermetically sealed on the outside. A reducing piece 13, which has the valve seat 12 and is provided with a sealing insert 14, is screwed into a central threaded hole in the cover 9 from below. The upper end of the expansion line 4 is connected to the reducer 13, the mouth of which is covered by a fine screen basket 15 made of nickel, which is accommodated in the cavity of the reducer 13.
The outwardly beaded edge of the screen basket 15 is held in place by a clamping ring 17 engaging in an annular groove 16 of the reducer 13. The valve disk 18 rests on the valve seat 12 and ensures a secure closure by means of a spherical cap-shaped elastic sealing body 19. The valve plate is provided with a valve rod 20 consisting of a thin-walled brass tube, which carries a thin-walled hollow float ball 21 made of copper. The valve rod 20 is guided with its ends protruding from the float ball 21 at the top and bottom in bores 22 of a cage 23 made of steel band fastened on the cover 9 so as to be vertically displaceable.
The float ball 21 is provided with a capillary tube 24 through which the float ball is filled with nitrogen at approx. 4.0 atmospheres in order to protect the ball against the from below, i.e. H. to stabilize the pressure acting in the vessel. The capillary tube is soldered shut.
The pressure in the expansion vessel can be read on a manometer 25. After loosening the screws 10, the cover 9 can be removed and at the same time the valve and float can be removed with it.
During manufacture, the expansion vessel is filled with nitrogen until the required pre-pressure is reached, by means of which the valve 18 is closed. When the valve is closed, the nitrogen can no longer escape and forms the static pressure cushion that acts on the heating water which, when the heating system is started, penetrates through the expansion line 4 into the expansion vessel 7 and opens the valve. The heating pipe system 3 is filled with cold water and well vented in a known manner.
The pre-pressure in the vessel 7 is greater than the hydrostatic pressure of the heating system, which corresponds to the height H of the water column from the expansion vessel 7 to the upper edge of the highest radiator (FIG. 1). As a result, the expansion line 4 fills with water up to the valve 18 when it is simultaneously vented; However, this cannot open the valve yet, because of the higher pre-pressure in the expansion vessel 7. By further filling the heating pipe system with water, the pressure continues to rise and becomes greater than the pre-pressure in the vessel.
This causes the valve 18 to open, which enables the unimpeded entry of the water into the expansion vessel. All dirt particles are retained by the strainer so that there is no need to fear a malfunction of the valve. The water level in the vessel 7 rises and increases the pressure by compressing the nitrogen. As soon as the water level rises above the float ball, the buoyancy of the latter is able to keep the valve open. When the pressure in the vessel 7 corresponding to level N (FIG. 2) is reached, the water supply is shut off.
The water that has penetrated through the float ball 21 into the vessel 7 forms a reserve with the central mirror N. This reserve serves to compensate for any losses due to small leaks in the heating system.
If the heating is now put into operation, the water can expand unhindered when it is heated and enter the expansion vessel, which further increases the pressure. The level N corresponds to the pressure or water volume at the highest heating water temperature. If the heating water temperature drops, there is a corresponding reduction in the heating water volume, which again reaches level N when it has cooled down completely.
When the heating pipe system is emptied (repair or shutdown), the water level in the expansion vessel drops at the same time until the float ball loses its buoyancy and valve 18 closes, leaving a water residue in the vessel that still covers the valve, the level of which coincides with level N1 and forms a hermetic seal for the pressurized nitrogen in the vessel. The protection of the heating system against exceeding the maximum pressure (overheating), e.g.
B. as a result of defective control organs, etc., is guaranteed in a known manner by the safety valve 2 in the boiler flow according to the respective national standards.
The second embodiment of the expansion vessel 8 is provided with a valve of conventional design, in which the valve rod 20 'carrying the valve disk 18' is articulated to a lever arm 26 carrying the float ball 21 '. Here, too, the valve together with the float 21 ', 26 is arranged on the cover 9 of the mouthpiece 8 of the expansion vessel so that it can be easily removed. For this purpose, the lever arm 26 carrying the valve ball 21 ′ is articulated to a bearing fork 27 arranged on the inside of the cover 9. A pipe socket 28 centrally penetrating the cover 9 and to which the expansion line 4 is connected by means of a reduction sleeve 29 serves as the seat 12 ′ for the valve disk 18 ′.
The operation of this embodiment is the same as that of the first embodiment.