CH658118A5

CH658118A5 - EXPANSION DEVICE FOR THE WORKING FLUID OF A HEATING OR COOLING SYSTEM.

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; IT1161911B; FR2523274A1; NL8300875A; DE3307990C2; ATA87583A; FR2523274B1; IT8320011A1; NL189729B; IT8320011A0; NL189729C; AT386276B

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. The object of the invention is to provide an expansion device of the type described with a compressor device which is not only significantly smaller and lighter than the prior art mentioned, but also large, rapidly occurring volume changes in the working medium within a much smaller pressure fluctuation range can cope.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben. Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung sind aus den abhängigen Ansprüchen herauslesbar. The solution to this problem is given by the characterizing features of claim 1. Embodiments of the device according to the invention can be read from the dependent claims.

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. Advantages and details of the subject matter of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawing. This shows, in a schematic representation, the components essential for the operation of an expansion device designed according to the invention in a mutually preferred arrangement relevant to operation.

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. The expansion device shown in the drawing as a compact unit and described below in use with a heating system contains in an upper section A an expansion vessel 1 of conventional type with a flexible membrane 2 which divides the interior of the vessel 1 into two separate chambers 1 a and 1 b. The position of the membrane 2 in the half of the vessel to the left of the dash-dotted center line is that with largely released working fluid or heating water (chamber la) in the application mentioned, while the membrane to the right of the center line is shown with expansion vessel 1 filled practically with working fluid. Accordingly, the volume of the chamber lb containing compressed air as the pressure fluid is relatively large to the left of the center line, while it is small to the right. The connection of the working fluid to the expansion vessel 1 is designated by 14, that for the supply and discharge of the compressed air or the pressurized fluid by 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 The lower section, designated B, of the expansion device shown contains, within a frame structure Bj, the components of a pressurized fluid source or a compressor unit, comprising a compressed air reservoir 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. NEN on the compressed air reservoir 3 compressor 7, which is controlled by a pressure monitor in the reservoir 3 on-off 6 and ensures that there is always a minimum storage pressure in the compressed air reservoir, and also one of the air pressure in the expansion tank 1 controlled differential pressure manostat 5 for actuating a feed or inlet solenoid valve 8 and an outlet solenoid valve 9. The solenoid valve 8 connects the compressed air storage container 3 via a compressed air supply and discharge line 12 and the compressed air connection socket 13 on the expansion vessel 1 whose air chamber lb, while the drain solenoid valve 9 is arranged in a branch 12 'downstream of the valve 8 in the compressed air supply and discharge line 12. The outlet side of the valve 9 is open to the atmosphere into which the discharge air flows.

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. A support B, "of a three-point-mounted trapezoidal scale frame W is supported on two spaced-apart columns Bt 'of the frame structure B [. The third support point is labeled Bi"' and acts on the pressure sensor of, for example, a hydraulic load cell 4 the frame structure B! is grown. The trapezoidal scale frame W is designed as a support for the expansion vessel 1 and the load cell 4 provides a local or remote display of the current level (amount of water) in the expansion vessel. The level or water quantity display can be connected to an alarm device. So that the weighing process on the expansion vessel 1 can be carried out perfectly, the water pipe connection is made at 14 via a flexible hose connection (not shown).

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. It goes without saying that the expansion vessel 1 does not necessarily have to be arranged on a frame B (designed to accommodate the compressor section B). The expansion vessel can also be set up independently of the compressor section B. The weighing device used to determine the fill level of the expansion vessel 1 can also be used with the Support points Bi "the balance frame W and the load cell device B ^", 4 can be designed, for example, by placing them directly on a base plate.

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. The differential pressure manostat 5 is connected to the compressed air connection stub 13 on the expansion vessel 1 via a separate pressure measuring line 11, which contains an air throttle 10 to avoid or reduce air strikes in the measuring line 11. The differential pressure Mano-stat 5 works between lower and upper switching points according to system-specific adjustable pressure measurement values.

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- When the pressure drops below the lower measured value as a result of water flowing out of the chamber la, it switches through the feed or inlet solenoid valve 8 and thereby causes compressed air to enter the air chamber 12 via the line 12.

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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. mer lb of the expansion vessel 1 arrives, so that there is an increase in pressure in the chambers la and lb. Compressed air is admitted into the chamber 1b until the desired operating pressure is again applied to the differential pressure manostat 5. This ensures that the target pressure is restored in the heating system.

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. If the reverse occurs, i.e. If the differential pressure manostat 5 detects a pressure exceeding the upper pressure measured value, the outlet solenoid valve 9 is switched on, as a result of which air flows out via the line 12 and the valve 9 into the environment and a pressure drop results in the chambers 1a and 1b. Air is discharged from the chamber 1b until the desired operating pressure is reached again at the differential pressure manostat 5.

Aus obigem ist zweierlei erkennbar: Two things can be seen from the above:

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. 1) The pressure fluid required when the heating water or working fluid pressure in the expansion vessel falls is supplied from a static pressure fluid source, the content of which is immediately available, regardless of the performance of the compressor, and is added again when the storage pressure drops. Since this addition does not have to take place suddenly, a compressor 7 with a relatively low output is sufficient.

Der relativ rasch einsetzende Druckausgleich gestattet, das Auftreten von zirkulationsstörender Blasenbildung in der Heizanlage weitgehend zu eliminieren. The relatively rapid pressure equalization allows the occurrence of circulation-disturbing bubbles in the heating system to be largely eliminated.

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. 2) The pressure equalization can be done in small steps without moving large masses and corresponding energy expenditure. Because primarily the optional actuation of the solenoid valves 8 and 9 is necessary in order to supply or withdraw the required amount of pressure fluid from the chamber 1b, the switching pressure value differences can be selected to be very small and their number can be correspondingly large. Experience shows that pressure differences of the order of 0.05 bar can be compensated for.

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. Expansion devices of the type described are preferably used in larger heating or cooling systems. In the event of an enlargement of such a heating or cooling system, only the number of expansion vessels 1 generally needs to be increased, while the compressor part is usually sufficient for several expansion vessels of the trunk size due to the low energy requirement.

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. The pressurized fluid or compressed air storage container can easily be provided with non-detailed means for drying the air and for removing condensed water at 15. Furthermore, because a pressure reduction occurs when compressed air is admitted into the chamber 1b, there is a further reduction in the relative atmospheric humidity, so that practically no corrosion occurs at the locations of the expansion vessel that are exposed to compressed air.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Expansion device for the working fluid of a heating or cooling system, with an expansion vessel (1) divided into two separate chambers (Ia, lb) by a flexible partition (2), the one chamber (la) for receiving a variable amount of a working fluid designed and with a heating or cooling system is to be connected (14), and the other chamber (lb) of which is designed to receive a variable amount of pressure fluid, by means of which the working fluid in one chamber (la) is kept at least approximately at a predetermined target pressure value, and further comprising a compressor part (B) containing a pressure fluid source (3, 7), which has at least one pressure fluid inlet and outlet (12) which opens into the pressure fluid chamber (lb) and connects it to the pressure fluid source (3, 7) Expansion vessel (1) is connected, characterized in that the pressure fluid source as a pressure vessel-compressor unit (3, 7) with a component controlled by the fluid pressure in the pressure vessel (3) ressor (7) designed and operationally maintained by this at a feed pressure, and that there is a differential pressure manostat (5) which responds to the actual pressure in the expansion vessel (1) and which is connected to the pressure fluid chamber (11) via a separate measuring line (11). lb) is connected and when the pressure in the expansion vessel (1) falls below a lower measured value, a feed valve (8) connected in series to the pressure fluid supply and discharge line (12) is actuated in order to guide pressure fluid from the pressure vessel (3) into the pressure fluid chamber (lb) , and when an upper pressure measurement value in the expansion vessel (1) is exceeded, an outlet valve (9) installed in a line branch (12 ') arranged downstream of the feed valve (8) in the pressure fluid inlet and outlet is actuated to release pressure fluid from the pressure fluid chamber (lb). to drain the whole thing in such a way that when the pressure in the expansion vessel (1) falls, the amount of pressure fluid required to maintain the setpoint pressure by opening the feed valve (8) into the pressure fluid chamber (lb) flows in, and when the pressure in the expansion vessel (1) increases, a quantity of pressure fluid that enables pressure equalization flows out of the pressure fluid chamber (lb) via the outlet valve (9).

2. Expansion device according to claim 1 with a device for determining the working fluid filling weight in the expansion vessel (1), characterized in that the expansion vessel (1) is placed on a three-point-supported balance frame (W), and that a B i ") of the three support points is provided with a weight or pressure load cell (4).

3. Expansion device according to claim 2, characterized in that the compressor part (B) is installed in a frame (Bj) carrying the expansion vessel (1), on which the balance frame (W) is supported at two articulated bearing points and the weight or pressure load cell ( 4), at which the third support point (B i ") is attached.

4. Expansion device according to claim 1, characterized in that the measuring line contains a flow damper (10) damping air strikes.

The present patent application relates to an expansion device for the working fluid of a heating or cooling system according to the preamble of claim 1.

In heating and cooling systems operating on the principle of a closed circuit, it is common to use expansion devices with volume compensation vessels for volume compensation of the heating or cooling medium, in which the working medium is separated from the pressure medium by a flexible partition. It is known to use a vessel divided by a rubber membrane in two chambers in a heating system with water as the working medium, one chamber being connected to the heating water circuit, while the other chamber is connected to a compressed air source, the feed pressure of which is regulated by a pressure monitoring device. In order to avoid the occurrence of extreme overpressure or underpressure situations in the expansion device and thus also in the heating system when the volume of the heating system changes rapidly, such as occurs when the system is started up or switched off, the compressed air source, preferably an air compressor, must be dimensioned sufficiently large, to ensure proper operation. This brings not only cost but also operational disadvantages. The fact that the peak demand for compressed air, which is many times higher than the long-term average, requires a relatively large and heavy compressor unit with correspondingly designed connection installations, which results in high system costs as well as high operating and service costs. To avoid extreme cost situations, operational compromises very often have to be accepted. B. a relatively large pressure fluctuation range, which can be very disadvantageous in various respects in large systems.