CH658118A5

CH658118A5 - Expansionseinrichtung fuer das arbeitsfluid einer heiz- oder kuehlanlage.

Info

Publication number: CH658118A5
Application number: CH1612/82A
Authority: CH
Inventors: Rolf Messmer
Original assignee: Apaco App Ag
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1982-03-15
Publication date: 1986-10-15
Also published as: DE3307990A1; IT8320011A0; IT1161911B; NL189729C; ATA87583A; NL8300875A; IT8320011A1; FR2523274B1; AT386276B; DE3307990C2; FR2523274A1; NL189729B

Description

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Expansionseinrichtung der beschriebenen Art mit einer Kompressoreinrichtung zu schaffen, die gegenüber dem erwähnten Stand der Technik nicht nur wesentlich kleiner und leichter ist, sondern auch grosse, in kurzer Zeit auftretende Volumenveränderungen des Arbeitsmediums innerhalb einer wesentlich kleineren Druckschwankungsbandbreite zu bewältigen vermag.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben. Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung sind aus den abhängigen Ansprüchen herauslesbar.

Vorteile und Details des Erfindungsgegenstandes gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung hervor. Diese zeigt in schemati-scher Darstellungsweise die für den Betrieb einer erfindungs-gemäss gestalteten Expansionseinrichtung wesentlichen Bauteile in einer betriebsrelevant bevorzugten gegenseitigen Anordnung.

Die in der Zeichnung als kompakte Einheit gezeigte und nachstehend in Verwendung mit einer Heizanlage beschriebene Expansionseinrichtung enthält in einem obern Abschnitt A ein Expansionsgefäss 1 herkömmlicher Art mit einer flexiblen Membrane 2, die das Innere des Gefässes 1 in zwei separate Kammern la und lb unterteilt. Die Lage der Membrane 2 in der Gefässhälfte links der strichpunktierten Mittellinie ist diejenige bei weitgehend abgegebenem Arbeitsfluid bzw. Heizungswasser (Kammer la) im genannten Anwendungsfall, während die Membrane rechts der Mittellinie bei praktisch voll mit Arbeitsfluid gefülltem Expansionsgefäss 1 gezeigt ist. Entsprechend ist das Volumen der jeweils Druckluft als Druckfluid enthaltenden Kammer lb links der Mittellinie relativ gross, während es rechts klein ist. Der An-schluss des Arbeitsfluids an das Expansionsgefäss 1 ist mit 14 bezeichnet, derjenige für die Zu- und Ableitung der Druckluft bzw. des Druckfluids mit 13.

Der mit B bezeichnete untere Abschnitt der gezeigten Expansionseinrichtung enthält innerhalb einer Gestellstruktur Bj die Bauteile einer Druckfluidquelle bzw. einer Kompressoreinheit, umfassend einen Druckluft-Vorratsbehälter 3, ei2

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nen auf dem Druckluft-Vorratsbehälter 3 aufgebauten Kompressor 7, der über einen den Druck im Vorratsbehälter 3 überwachenden Manostat 6 Ein-Aus-gesteuert ist und dafür sorgt, dass im Druckluft-Vorratsbehälter stets ein minimaler Speicherdruck herrscht, und ferner einen vom Luftdruck im Expansionsgefäss 1 gesteuerten Differenzdruck-Manostat 5 zur Betätigung eines Speise- bzw. Einlass-Magnetventil 8 und eines Auslass-Magnetventils 9. Das Magnetventil 8 verbindet den Druckluft-Vorratsbehälter 3 über eine Druckluft-Zu- und Ableitung 12 und den Druckluftanschlussstutzen 13 am Expansionsgefäss 1 mit dessen Luftkammer lb, während das Ablass-Magnetventil 9 in einem Abzweig 12' stromab des Ventils 8 in der Druckluft-Zu- und Ableitung 12 angeordnet ist. Die Austrittsseite des Ventils 9 ist gegen die Atmosphäre hin offen, in welche die Ablassluft abströmt.

Auf zwei im Abstand angeordneten Säulen Bt' der Gestellstruktur B[ sind je ein Auflager B," eines dreipunkt-gela-gerten Trapezwaagenrahmens W abgestützt. Der dritte Auflagepunkt ist mit Bi"' bezeichnet und beaufschlagt den Druckfühler einer beispielsweise hydraulischen Messdose 4, die an der Gestellstruktur B! angebaut ist. Der Trapezwaagenrahmen W ist als Stütze des Expansionsgefässes 1 gestaltet und die Messdose 4 vermittelt eine örtliche oder Fern-Anzeige über den momentanen Füllstand (Wassermenge) im Expansionsgefäss. Die Füllstand- oder Wassermengenanzeige kann mit einer Alarmeinrichtung verbunden sein. Damit der Wägevorgang am Expansionsgefäss 1 einwandfrei durchführbar ist, erfolgt der Wasserleitungsanschluss bei 14 über eine (nicht gezeigte) flexible Schlauchverbindung.

Es versteht sich, dass die Anordnung des Expansionsgefässes 1 nicht zwingend auf einem zur Aufnahme des Kompressorabschnittes B gestalteten Gestell B( erfolgen muss. Die Aufstellung des Expansionsgefässes kann auch unabhängig vom Kompressorabschnitt B erfolgen. Ebenso kann die zur Füllstandsermittlung des Expansionsgefässes 1 dienende Wägeeinrichtung mit den Auflagestellen Bi" dem Waagerahmen W und der Messdosen-Vorrichtung B^", 4 z.B. durch direktes Aufsetzen auf einer Bodenplatte gestaltet werden.

Der Differenzdruck-Manostat 5 ist über eine separate Druckmessleitung 11, welche eine Luftdrossel 10 zur Vermeidung oder Minderung von Luftschlägen in der Messleitung 11 enthält, mit dem Druckluftanschlussstutzen 13 am Expansionsgefäss 1 verbunden. Der Differenzdruck-Mano-stat 5 arbeitet zwischen untern und obern Schaltpunkten entsprechend anlagespezifisch einstellbaren Druckmesswerten.

Er schaltet beim Unterschreiten des untern Druckmesswertes infolge Abfliessens von Wasser aus der Kammer la das Speise- bzw. Einlass-Magnetventil 8 durch und bewirkt dabei, dass über die Leitung 12 Druckluft in die Luftkam-

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mer lb des Expansionsgefässes 1 gelangt, so dass in den Kammern la und lb ein Druckanstieg erfolgt. Druckluft wird solange in die Kammer lb eingelassen, bis am Differenzdruck-Manostat 5 wieder der gewünschte Betriebsdruck anliegt. Damit wird sichergestellt, dass in der Heizungsanlage der Solldruck wieder hergestellt ist.

Tritt der umgekehrte Fall ein, d.h. wenn der Differenzdruck-Manostat 5 einen den obern Druckmesswert überschreitenden Druck feststellt, so wird das Auslass-Magnet-ventil 9 durchgeschaltet, wodurch Luft über die Leitung 12 und das Ventil 9 in die Umgebung abströmt und in den Kammern la und lb ein Druckabfall resultiert. Luft wird solange aus der Kammer lb abgelassen, bis am Differenz-druckmanostat 5 der gewünschte Betriebsdruck wieder erreicht ist.

Aus obigem ist zweierlei erkennbar:

1) Das bei fallendem Heizwasser- bzw. Arbeitsfluiddruck im Expansionsgefäss notwendige Druckfluid wird aus einer statischen Druckfluidquelle angeliefert, deren Inhalt unabhängig von der Leistung des Kompressors im Bedarfsfalle sofort verfügbar ist und bei Abfallen des Speicherdruckes wieder ergänzt wird. Da diese Ergänzung nicht schlagartig erfolgen muss, reicht ein Kompressor 7 mit relativ geringer Leistung aus.

Der relativ rasch einsetzende Druckausgleich gestattet, das Auftreten von zirkulationsstörender Blasenbildung in der Heizanlage weitgehend zu eliminieren.

2) Der Druckausgleich kann ohne Bewegung grosser Massen und entsprechendem Energieaufwand in kleinen Schritten erfolgen. Dadurch, dass primär nur die wahlweise Betätigung der Magnetventile 8 und 9 notwendig ist, um die erforderliche Menge Druckfluid der Kammer lb Zuzuführen oder zu entziehen, können die Schalt-Druckwertdifferenzen sehr klein gewählt und ihre Anzahl entsprechend gross zugelassen werden. Die Erfahrung zeigt, dass Druckdifferenzen in der Grössenordnung von 0,05 bar ausgeglichen werden können.

Expansionseinrichtungen der beschriebenen Art werden vorzugsweise in grössern Heiz- oder Kühlanlagen verwendet. Bei einer allfälligen Vergrösserung einer solchen Heiz- oder Kühlanlage braucht in der Regel nur die Anzahl Expan-sionsgefässe 1 erhöht zu werden, während der Kompressorteil des geringen Energiebedarfs wegen meist für mehrere Ex-pansionsgefässe der Stammgrösse ausreicht.

Der Druckfluid- bzw. Druckluft-Vorratsbehälter kann leicht mit nicht detaillierten Mitteln zum Trocknen der Luft und zur Ableitung von Kondenswasser bei 15 versehen werden. Weil ferner beim Einlassen von Druckluft in die Kammer lb eine Druckreduktion auftritt, ergibt sich eine weitere Reduktion der relativen Luftfeuchtigkeit, so dass praktisch keine Korrosionen an den mit Druckluft beaufschlagten Stellen des Expansionsgefässes auftreten.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Expansionseinrichtung für das Arbeitsfluid einer Heizoder Kühlanlage, mit einem durch eine flexible Trennwand (2) in zwei separate Kammern (Ia, lb) unterteilten Expansionsgefäss (1), dessen eine Kammer (la) zur Aufnahme einer variablen Menge eines Arbeitsfluids gestaltet und mit einer Heiz- oder Kühlanlage zu verbinden (14) bestimmt ist, und dessen andere Kammer (lb) zur Aufnahme einer variablen Menge eines Druckfluids gestaltet ist, durch welches das Arbeitsfluid in der einen Kammer (la) wenigstens annähernd auf einem vorbestimmten Solldruckwert gehalten ist, und ferner mit einem eine Druckfluidquelle (3, 7) enthaltenden Kompressorteil (B), der wenigstens über eine in die Druckfluidkammer (lb) mündende und diese mit der Druckfluidquelle (3, 7) verbindende Druckfluid-Zu- und Ableitung (12) mit dem Expansionsgefäss (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfluidquelle als Druckgefäss-Kompressor-Einheit (3, 7) mit einem vom Fluiddruck im Druckgefäss (3) gesteuerten Kompressor (7) gestaltet und von diesem betriebsmässig auf einem Speisedruck gehalten ist, und dass ein auf den Ist-Druck im Expansionsgefäss (1) ansprechender Differenzdruck-Manostat (5) vorhanden ist, der über eine separate Messleitung (11) mit der Druckfluidkammer (lb) verbunden ist und bei Unterschreitung eines untern Druckmesswertes im Expansionsgefäss (1) ein in Serie zur Druckfluid-Zu- und Ableitung (12) geschaltetes Speiseventil (8) betätigt, um Druckfluid vom Druckgefass (3) in die Druckfluidkammer (lb) zu leiten, und bei Überschreitung eines obern Druckmesswertes im Expansionsgefäss (1) ein in einem stromabwärts vom Speiseventil (8) in der Druckfluid-Zu- und Ableitung angeordneten Leitungsabzweig (12') eingebautes Ablassventil (9) betätigt, um Druckfluid aus der Druckfluidkammer (lb) abzulassen, das Ganze derart, dass bei fallendem Druck im Expansionsgefäss (1) die zur Erhaltung des Solldruckes notwendige Menge Druckfluid durch Öffnen des Speiseventils (8) in die Druckfluidkammer (lb) einströmt, und bei steigendem Druck im Expansionsgefäss (1) eine den Druckausgleich ermöglichende Druckfluidmenge über das Auslassventil (9) aus der Druckfluidkammer (lb) abfliesst.

2. Expansionseinrichtung nach Anspruch 1 mit einer Vorrichtung zum Ermitteln des Arbeitsfluid-Füllgewichtes im Expansionsgefäss (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsgefäss (1) auf einem dreipunktgestützten Waagenrahmen (W) aufgesetzt ist, und dass einer B i") der drei Auflagepunkte mit einer Gewichts- bzw. Druckmessdose (4) versehen ist.

3. Expansionseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressorteil (B) in einem das Expansionsgefäss (1) tragenden Gestell (Bj) eingebaut ist, an dem der Waagenrahmen (W) an zwei Gelenklagerpunkten gestützt und die Gewichts- bzw. Druckmessdose (4), bei welcher sich der dritte Auflagepunkt (B i") befindet, angebaut ist.

4. Expansionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitung eine Luftschläge dämpfende Strömungsdrossel (10) enthlält.

Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf eine Expansionseinrichtung für das Arbeitsfluid einer Heiz- oder Kühlanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In nach dem Prinzip des geschlossenen Kreislaufs arbeitenden Heiz- und Kühlanlagen ist es üblich, für den Volumenausgleich des Heiz- oder Kühlmediums Expansionseinrichtungen mit Volumenausgleichsgefâssen zu verwenden, in welchen das Arbeitsmedium durch eine flexible Trennwand vom Druckmedium getrennt ist. Bekannt ist, ein durch eine Gummimembran in zwei Kammern geteiltes Gefass in einer Heizanlage mit Wasser als Arbeitsmedium zu verwenden, wobei die eine Kammer an den Heizwasserkreislauf angeschlossen, während die andere Kammer mit einer Druckluftquelle verbunden ist, deren Speisedruck durch eine Drucküberwachungsvorrichtung reguliert wird. Um bei raschen Volumenänderungen der Heizanlage wie sie ausgeprägt bei Betriebsaufnahme oder Abschalten der Anlage entstehen, das Auftreten von extremen Über- oder Unterdrucksituationen in der Expansionseinrichtung und damit auch in der Heizungsanlage zu vermeiden, muss die Druckluftquelle, vorzugsweise ein Luftkompressor, ausreichend gross dimensioniert werden, um einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten. Dies bringt nicht nur kostenmässige, sondern auch betriebliche Nachteile. Der zur Deckung des gegenüber dem Langzeitmittel um ein Vielfaches höhere Spitzenbedarf an Druckluft bedingt ein relativ grosses und schweres Kompressoraggregat mit entsprechend ausgelegten Anschlussinstallationen, wodurch sich sowohl hohe Anlagekosten als auch hohe Betriebs- und Servicekosten ergeben. Zur Vermeidung extremer Kostensituationen müssen daher sehr oft betriebliche Kompromisse akzeptiert werden, z. B. eine relativ grosse Druckschwankungsbandbreite, die sich bei grossen Anlagen in verschiedener Hinsicht sehr nachteilig auswirken kann.