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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Legerohr oder Schlauch zum Verteilen und Speichern einer einströmenden Flüssigkeit
mit beliebiger Temperatur in einem für besagte Flüssigkeit
vorgesehenen Speicherbehälter,
in welchem die gespeicherte Flüssigkeit
aufgrund unterschiedlicher Dichten auf verschiedene Temperaturniveaus
geschichtet wird, wobei vorgesehen ist, dass das Legerohr sich vertikal durch
die Flüssigkeit
hindurch im Tank erstreckt und eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung beinhaltet,
die mit einer Rückschlagventilvorrichtung versehen
ist, die ein Ausströmen
der Flüssigkeit
in den Tank erlaubt, aber ein Einströmen aus dem Tank in das Legerohr
verhindert.
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Hintergrund der Erfindung
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In Heizsystemen ist es üblich Speichertanks zu
benutzen um ein flüssiges
Heizmedium zu speichern, um somit fähig zu sein thermische Energie
aus Zeiten mit Produktionsüberschuß für Zeiten
mit Produktionsdefizit zu speichern. Aus Sicht der Energie ist es
wichtig, dass die einströmende
Flüssigkeit
auf dem richtigen Niveau im Tank gelagert wird, sodass thermische
Schichtenbildung erreicht wird, heißes Wasser befindet sich im
oberen Teil des Tanks und kaltes Wasser im unteren Teil des Tanks.
Wenn sich eine zufriedenstellende Schichtbildung ausgebildet hat,
ist es möglich
eine beträchtliche
Temperaturdifferenz zwischen dem kalten Wasser am Boden des Tanks
und dem heißen
Wasser im oberen Teil des Tanks zu erzielen. In dieser Weise ist
es möglich
eine hocheffiziente Heizvorrichtung zu bekommen, da das zu erwärmende Wasser,
das vom Boden des Tanks nach oben gebracht wird, ausgehend von einem niedrigen
Temperaturniveau erwärmt
wird. Ferner wird der Benutzungsgrad des Speichertanks hoch sein,
falls das Wasser am oberen Ende des Tanks, von wo aus es an die
Verbrauchsorte, zum Beispiel für
Heizzwecke, gebracht wird, eine hohe Temperatur hat.
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Üblicherweise
wird das erwärmte
Wasser der Heizvorrichtung dem oberen Teil des Tanks zugeführt. Dies
ist zufriedenstellend in Fällen
in denen das Wasser immer auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, wie
beispielsweise in dem Fall eines Festkraftstoffbrenners oder eines Ölbrenners.
In einigen anderen Fällen,
wie beispielsweise bei Sonnenwärmeheizsystemen,
findet ein gewisser Grad an Nettoerwärmung während gewisser Zeiträume statt,
aber das Wasser kann nicht immer auf eine Temperatur erwärmt werden,
die gleich oder höher
ist als die des im oberem Teil des Tanks gespeicherten Wassers.
Falls dieses Wasser, dessen Dichte höher ist als die des umgebenden
Wassers, dem oberen Teil des Tanks zugeführt wird, wird es bis auf ein
Niveau mit gleicher Temperatur sinken. Deshalb findet eine vertikale
Zirkulation und Durchmischung des Wassers im Tank statt, wodurch
die thermische Schichtenbildung im Tank aufgehoben werden kann und
die Effizienz der Heizvorrichtung als auch der Benutzungsgrad des
Tanks abnimmt.
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In Vorrichtungen des Stands der Technik wurden
Versuche durchgeführt
um diese Probleme und Nachteile auszulöschen und um eine Speicherung
des erwärmten,
aus der Heizvorrichtung in den Speichertank einströmenden,
Wassers auf dem richtigen Temperaturniveau zu erlauben.
EP 384,423 offenbart beispielsweise
eine Vorrichtung der Art wie in der Einleitung erwähnt wurde,
welche ein Legerohr umfaßt,
welches sich vom oberen Teil des Tanks bis an seinen Boden erstreckt
und welches eine Anzahl an horizontal orientierten Auslassröhren entlang
ihrer Längenausdehnung
aufzeigt. Jede der Auslassröhren
umfasst ein Rückschlagventil,
welches es dem Wasser erlaubt aus dem Legerohr in den Tank zu fließen, aber
das Wasser daran hindert in die entgegengesetzte Richtung zu fließen.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass
dieses Legerohr nur relativ geringe Verbesserungen in der thermischen
Schichtbildung im Speichertank ergibt. Dies liegt wahrscheinlich
daran, dass das Einfließen in
den Speichertank an mehreren Punkten stattfindet und, dass das Wasser
oft aus zwei oder mehr Ausströmröhren gleichzeitig
ausströmt.
Es kann der Fall sein, dass sich das richtige Temperaturniveau für das Wasser,
das von der Heizvorrichtung kommt, sich zwischen den Ausströmröhren befindet
und das Wasser wird dann mindestens aus den Ausströmröhren, die
sich unmittelbar über
und unter dem richtigen Temperaturniveau befinden. ausströmen. Dies
wird eine vertikale Zirkulation im Speichertank als Folge der unterschiedlichen
Dichten bewirken. Die vertikale Zirkulation kann ein großes Wasservolumen
im Speichertank beeinflussen und führt somit zu einer geschädigten thermischen
Schichtenausbildung. Indem man die Flüssigkeit veranlaßt durch
eine oder mehrere Ausströmöffnungen
mit relativ geringem Durchmesser in den Tank zu fließen, kommt
weiterhin hinzu, dass die Fließgeschwindigkeit
relativ hoch sein wird, was die Zirkulation und das Durchmischen
der Flüssigkeit
im Tank noch weiter verstärken
wird.
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Es ist auf dem Gebiet der Sonnenenergie auch
ein Trend kleinere Röhrendimensionen
in den Sonnenwärmeheizsystemen
zu benutzen und das Heizmedium oder Wasser mit einer höheren Geschwindigkeit
zirkulieren zu lassen. Der Grund dessen ist es, die Wärmeverluste
in dem System zu verringern, da kleine Röhrendimensionen eine kleinere Kühlfläche bedeuten.
Jedoch bedeutet die erhöhte Fließgeschwindigkeit
des Wassers, dass das Wasser, das in den Speicher fließt die Beschaffenheit
eines Flüssigkeitsstrahls
hat, der sich weit in das Wasservolumen des Tanks erstreckt und
so die thermische Schichtbildung im Tank aufhebt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung hat zur
Aufgabe die oben genannten Probleme und Nachteile aufzuheben und
ein Legerohr zu schaffen, welches eine einfache Struktur hat und
kostengünstig
herzustellen ist und das eine verbesserte thermische Schichtenbildung
in einem Speichertank dadurch ermöglicht, dass einströmende Flüssigkeit
auf dem richtigen Temperatumiveau zugeführt wird ohne irgendeine vertikale
Zirkulation oder Mischung der Flüssigkeit
zu bewirken. Mindestens diese Aufgaben werden durch ein Legerohr
nach dem Anspruch 1 gelöst.
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Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Legerohr für Flüssigkeit, die einem Speichertank
zugeführt
wird, auch eine Entlüftungs-
und Drosselvorrichtung, die einfach und kostengünstig herzustellen ist und
eine lange Lebensdauer hat und die dazu fähig ist gelöstes Gas effizient aus der
Flüssigkeit
zu entfernen und die Geschwindigkeit der einströmenden Flüssigkeit abzusenken, sodass
jeglicher Jeteffekt verhindert werden kann und einströmende Flüssigkeit
auf dem richtigen Temperatumiveau, ohne unnötiges Vermischen der Flüssigkeit,
gespeichert werden kann. Mindestens diese Aufgaben werden durch ein
Legerohr nach dem Anspruch 1 gelöst.
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Diese Erfindung basiert auf dem Verständnis, dass
das Speichern von einströmender
Flüssigkeit
auf dem richtigen Temperaturniveau in einem Speichertank und dabei
die thermische Schichtbildung im Vergleich zum Stand der Technik
dadurch erheblich verbessert werden kann, dass ein Legerohr bereitgestellt
wird das mindestens eine längliche Öffnung oder
Schlitz im wesentlichen längs
der Gesamtlängenausdehnung
des Legerohrs aufweist und dadurch, dass die Rückschlagventilvorrichtung in
Form eines länglichen,
flexiblen Elements, das den Schlitz des Legerohrs von außen her
bedeckt und überlappt, bereitgestellt
wird. In dieser Weise, wird die erwärmte Flüssigkeit die in den Speichertank
einströmt
automatisch auf dem richtigen Niveau gespeichert, d.h. auf dem Niveau
wo die Flüssigkeit
im Speichertank die selbe Temperatur hat und deshalb die gleiche Dichte
wie die einströmende
Flüssigkeit,
da die Flüssigkeit
auf natürliche
Weise ihren Weg zu dem Bereich mit dem richtigen Temperaturniveau
findet und eine Deformation und Ausbauchung des flexiblen Elements
in dieser Gegend bewirkt, wodurch die Flüssigkeit in den Tank fließen darf.
Die Tatsache, dass das Rückschlagventil
mit diesem Aufbau eine einzige, relativ große durchgehende Öffnung in
dem Bereich des richtigen Temperaturniveaus definiert, sichert ferner,
dass die Flüssigkeit
mit einer vorteilhaft geringen Geschwindigkeit in den Tank einströmt, was weiterhin
gegen unnötiges
Vermischen der Flüssigkeit
wirkt.
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In den meisten Fällen ist es vorteilhaft, dass der
Schlitz in der Wand des Legerohrs die Form einer durchgehenden Öffnung hat.
Es wäre
jedoch auch möglich
ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erreichen, indem man einen Schlitz
in der Form einer oder mehrerer Reihen von dicht aneinander anschließenden Löchern, beispielsweise
runder Löcher,
vorsieht, die von einem gemeinsamen, flexiblen Element bedeckt werden.
Ein solches Design würde
wahrscheinlich einen nachteiligen turbulenten Fluß um die Kanten
der Löcher
verursachen, aber sofern es eine ausreichende Anzahl an Löchern gibt
und diese dicht aneinander anschließen, könnten die Flußeigenschaften
für die
meisten Anwendungen angemessen sein. Es ist auch vorteilhaft, vor
allem wegen der Kosten, dass das Legerohr mit nur einem Schlitz
versehen wird, jedoch wäre
es natürlich
auch möglich
zwei oder mehr Schlitze längs
des Umfangs des Legerohrs zu haben, zum Beispiel vier Schlitze unter
einem Winkel von 90° relativ
zueinander. Natürlich braucht
das Legerohr keinen runden Querschnitt zu haben, sonder könnte zum
Beispiel auch quadratisch sein.
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In den Ansprüchen ist es beschrieben, dass sich
der Schlitz im wesentlichen längs
der Gesamtlängenausdehnung
des Legerohrs erstreckt. Hierbei bedeutet Längenausdehnung des Legerohrs
den Teil des Legerohrs, das normalerweise vorgesehen ist um in das
Flüssigkeitsvolumen
des Speichertanks eingetaucht zu werden. Zusätzlich, kann das Legerohr einen
nach oben verlängerten
Verbindungsabschnitt haben, der nicht als Teil des eigentlichen
Legerohrs betrachtet werden kann. Ferner kann der Schlitz auf einem
geeigneten Abstand vom unteren Ende des Legerohrs enden, während das
obere Ende des Schlitzes ab einem geeigneten Abstand vom oberen
Ende des Legerohrs starten kann.
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Das Rückschlagventil kann, innerhalb
des Schutzbereiches der Erfindung, auch auf viele verschiedene Arten
entwickelt werden. In den meisten Fällen ist es vorteilhaft, dass
das flexible Element mindestens ein durchgehendes flexibles Element, welches
sich über
die ganze Länge
des Schlitzes erstreckt, beinhaltet. Es ist auch vorstellbar ein
flexibles Element bereitzustellen, das aus zwei oder mehr flexiblen
Elementteilen hergestellt ist, die Kante an Kante längs der
Länge des
Schlitzes angeordnet sind. Jedoch wäre das Resultat möglicherweise
nicht so gut.
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Damit das flexible Element, in der
Art wie es vorgesehen ist, als Rückschlagventil
funktioniert muß es
relativ zum Legerohr, längs
einer Linie oder eines Bereichs parallel zur longitudinalen Richtung
des Schlitzes, befestigt sein, es muß den Schlitz alleine oder
zusammen mit anderen flexiblen Elementen längs der totalen Länge und
Breite des Schlitzes bedecken, und es muß mindestens eine freie longitudinale
Kante aufweisen, sodass wenn es sich, als ein Resultat eines höheren Druckes
in dem Legerohr als in der umgebenden Speicherflüssigkeit, verformt, die freie
longitudinale Kante von der äußeren Hüllenfläche des
Legerohrs entfernt wird, um eine Flüssigkeitspassage von der Innenseite
des Legerohrs nach außen
in das Flüssigkeitsvolumen
des Tanks zu bilden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wie unten beschrieben, hat der Schlitz die Form einer
durchgehenden, länglichen Öffnung,
die in der Wand eines Rohrs mit kreisförmigem Querschnitt gebildet
ist. Ein Winkelelement in der Form einer gebogenen Blechtafel, die
mit einer Anzahl an Durchgangslöchern
versehen ist, wird in einem Bereich außerhalb des Schlitzes in solch
einer Art und Weise angeordnet, dass die Lochfläche des Blechtafelabschnitts
vorzugsweise mindestens so groß ist wie
die Öffnungsfläche des
Schlitzes. Flexible Elemente werden an beiden Seiten der Platte
angeordnet und längs
einer ihrer langen Seiten an dem Legerohr befestigt; sie grenzen
gegen die Außenseite
des Blechtafelabschnitts an, während
ihre jeweilige gegenüberliegende
Kante frei bleibt und gegeneinander in dem Bereich außerhalb
der Platte angrenzen.
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Die Rückschlagventilvorrichtung kann
aus jeglichem flexiblen Material hergestellt werden, wie beispielsweise
aus einer dünnen
Plastik- oder Gummilage. Damit das Rückschlagventil so funktioniert wie
vorgesehen, sollte es einen geringen Grad an Vorspannkraft vorweisen,
die in einer Art Rückfedern das
flexible Element in Richtung des Schlitzes bewegt. Dies kann auf
verschiedenen Wegen erreicht werden, zum Beispiel durch spezielle
elastische Elemente, wie Metallkabel, die in die flexiblen Elemente eingebettet
werden oder von der Außenseite
angelegt werden, oder durch flexible Elemente die, wie in der bevorzugten
Ausführungsform,
in einem anfänglich
leicht gebogenen Zustand befestigt werden, sodass wenn sie befestigt
werden, sie in der Richtung der Schlitzöffnung vorgespannt sind. Ein
kleiner Grad an Vorspannung in der Richtung der Schlitzöffnung ist
alles was benötigt
wird, da so wenig wie möglich Gegenkraft
auf die ausströmende
Flüssigkeit
ausgeübt
werden sollte. Ein gewisser Grad an Vorspannung ist jedoch nötig, um
die einströmende
Flüssigkeit
daran zu hindern unabsichtlich auszulaufen und auf einem Niveau
oberhalb des Niveaus im Tank an dem die Flüssigkeit die selbe Temperatur
als die einströmende
Flüssigkeit
hat gelagert zu werden. Unterhalb dieses Niveaus hat die umgebende
Flüssigkeit eine
niedrigere Temperatur, und deshalb übt die höhere Dichte einen Druck aus,
der das Ausströmen der
Flüssigkeit
aus dem Legerohr in den Speichertank verhindert.
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Ein Legerohr entsprechend der Erfindung kann
für viele
verschiedene Zwecke in Heizanlagen benutzt werden und nicht nur,
wie oben beschrieben, um erwärmte
Flüssigkeit
von Sonnewärmeheizsystem
zu einem Speichertank zu liefern. Es wäre zum Beispiel möglich ein
solches Legerohr zu benutzen um Heizkörperwasser, das zu Heizzwecken
durch ein Heizkörpersystem
eines Gebäudes
zirkuliert, zurückzuführen. Typischerweise
wird das Heizwasser an den Boden des Tanks zurückgeführt, aber obwohl die Temperatur
des Wassers, als ein Ergebnis der Wärmeabgabe in den Heizkörpern, abnahm,
ist es nicht sicher, dass die Temperatur so niedrig ist wie am Boden
des Tanks. Deshalb könnte,
unter Ausnutzung des Legerohrs, entsprechend der Erfindung, zurückgeführtes Wasser
auf dem richtigen Niveau in dem Tank gespeichert werden, was zu
einer verbesserten thermischen Schichtbildung führt.
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Es wäre auch möglich das Legerohr zu benutzen
um erwärmtes
Wasser von einem Verbrennungskessel an einen Speichertank zu liefern.
Während
einer Verbrennungsphase, wenn der Tank geladen wird, ist die Temperatur
des Wassers vom Verbrennungskessel hoch, üblicherweise 80-100°C, und wird
deshalb oben im Tank gelagert. Wenn die Verbrennung aufhört, könnte die übrigbleibende
Wärme des
Kessels und der Rohre, unter Benutzung eines Legerohrs gemäß der Erfindung,
erhalten werden und auf dem richtigen Temperaturniveau im Tank gespeichert
werden. Dies würde
die Effizienz und die Kapazität
einer Heizungsanlage steigern.
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Damit das Legerohr wie vorgesehen
funktioniert, ist es, als eine Regel, nötig eine Art abbremsende Vorrichtung
oder Drosselklappe in der Einströmöffnung des
Legerohrs zu haben, wodurch die Geschwindigkeit der einströmenden Flüssigkeit
reduziert werden kann. Dies ist insbesondere wichtig in „Drainage" Systemen, bei denen
der Speichertank eine offene Flüssigkeitsoberfläche aufweist
und die Fließgeschwindigkeit
der einströmenden
Flüssigkeit, durch
den freien Fall der Flüssigkeit
in dem Tank, beträchtlich
sein kein. Um die vorgesehene Funktion des Legerohrs und eine zufriedenstellende
thermische Schichtenbildung zu erreichen, ist es unbedingt erforderlich,
dass die Flüssigkeitsgeschwindigkeit
in dem Legerohr niedrig und laminar ist, ohne sich einmischende
turbulente Strömung.
Nur dann kann die Flüssigkeit
auf dem exakt richtigen Niveau im Tank abgelagert werden.
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Die vorliegende Erfindung basiert
auch auf dem Verständnis,
dass eine Entlüftungs-
und Drosselvorrichtung, die die oben angegebenen Vorteile bietet,
durch Einrichten eines im wesentlichen vertikal platzierten löffelförmigen Körpers in
einem Rohrabschnitt erreicht werden kann, der ein erstes, nach oben
gerichtetes, spitz zulaufendes Endstück hat und ein zweites, nach
unten gerichtetes, spitz zulaufendes Endstück hat. Der löffelförmige Körper hat seine
größte Querschnittsdimension
in einem mittleren Abschnitt und zwischen dem mittleren Abschnitt und
der inneren Wand des Rohrabschnitts wird eine Einschnürung oder
eine flussbeschränkende
Passage definiert, die einen Drossel- oder Abbremseffekt auf die
Flüssigkeit
hat. Es ist somit möglich
das Wasser daran zu hindern mit einer zu hohen Geschwindigkeit in
den Speichertank eingespeist zu werden.
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Die Form des löffelförmigen Körpers ist so, dass die Oberfläche die
mit Flüssigkeit
aus der Einströmöffnung überspült wird
sehr groß ist,
was bedeutet, dass die Flüssigkeit
als ein dünner
Film über die
Oberfläche
des löffelförmigen Körpers verteilt wird.
Der Kontakt der Flüssigkeit
mit dem löffelförmigen Körper beschleunigt
die Freisetzung von in der Flüssigkeit
gelösten
Gasen, das Gas wird sich auf der Oberfläche des Körpers in Form von Gasblasen sammeln,
die nach und nach größer werden
und schließlich
die Oberfläche
verlassen und als Gas, dass aus dem Heizsystem abgelassen werden
kann, verdunstet.
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Um einen Drosseleffekt zu erreichen,
sollte die Fläche
der flussbeschränkenden
Passage der Vorrichtung kleiner oder höchstens gleich groß sein als
die Querschnittsfläche
des Einlassrohrs. Die Vorrichtung beinhaltet weiterhin zwei Kammern,
eine obere Kammer, die sich oberhalb des mittleren Abschnitts des
löffelförmigen Körpers befindet
und eine untere Kammer, die sich unterhalb jenes Abschnitts befindet.
Die obere Kammer ist mit der Umgebungsatmosphäre, mittels einer druckausgleichenden
Verbindung, in Verbindung. Dank diesem Design, wird die Geschwindigkeit
der aus der Einströmöffnung einströmenden Flüssigkeit,
wobei besagte Flüssigkeit üblicherweise
eine hohe Flussgeschwindigkeit hat, durch die flussbeschränkende Passage
zwischen dem Rohrabschnitt und dem mittleren Abschnitt des löffelförmigen Körpers, reduziert.
Deshalb funktioniert die obere Kammer als ein Ausgleichsspeicher
mit einem Druck der dem umgebenden atmosphärischen Druck entspricht. Dadurch
wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit
in der oberen Kammer durch die flussbeschränkenden Passage reduziert,
da deren Oberfläche
kleiner oder gleich der Querschnittsfläche des Einströmrohrs ist,
und eine offene Flüssigkeitsoberfläche wird
sich in der oberen Kammer ausbilden. Dank seinem Design, wird die Vorrichtung
selbstregulierend sein, sodass eine offene Flüssigkeitsoberfläche und
oberhalb der besagten Fläche
ein Gasvolumen zu allen Zeiten in der Kammer erhalten bleiben kann,
da der Flüssigkeitsdurchfluss
klein sein wird, wenn das Niveau in der oberen Kammer niedrig ist,
aber auf Grund eines erhöhten Flüssigkeitsdruckes,
wenn das Niveau in der Kammer langsam ansteigt, ansteigen wird.
Sobald die Flüssigkeit
die flussbeschränkende
Passage zwischen dem Rohrabschnitt und dem mittleren Abschnitt des
löffelförmigen Körpers passiert
hat, wird die Flüssigkeit
dem unteren spitz zulaufenden Teil des löffelförmigen Körpers zu der Flüssigkeitsoberfläche des
Speichertanks folgen. Diese sollte sich nicht auf einem niedrigeren
Niveau befinden als das untere spitz zulaufende Ende des löffelförmigen Körpers, da es
vorteilhaft ist, wenn das spitz zulaufende Ende in die Speicherflüssigkeit
eingetaucht ist, um einen freien Fall der Flüssigkeit auf der letzten Distanz
und um erhöhte
Sauerstoffaufnahme und kräftiges
Durchmischen der Speicherflüssigkeit,
welche folgen würde, zu
verhindern.
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Um die Flüssigkeit am freien Fallen in
Richtung der Flüssigkeitsoberfläche zu hindern,
während es
den unteren Teil des löffelförmigen Körpers folgt, darf
der spitze Winkel nicht zu weit sein. Als Regel sollte der spitze
Winkel kleiner als 40 Grad, vorzugsweise kleiner als 30 Grad und
noch vorzugsweise kleiner als 20 Grad sein. Der spitze Winkel des
oberen Teils des löffelförmigen Körpers ist
nicht so kritisch und kann erheblich stumpfer sein. Jedoch ist ein kleiner
spitzer Winkel auch in diesem Fall vorteilhaft, da die Oberfläche des
löffelförmigen Körpers größer wird,
wenn der spitze Winkel spitzer wird, was vorteilhaft ist, da es
eine größere Gasabscheidungskapazität bedeutet.
Jedoch sollte als Regel der obere spitze Winkel kleiner sein als
60 Grad, vorzugsweise kleiner als 50 Grad und noch vorzugsweiser
kleiner als 40 Grad. Ferner wird der löffelförmige Körper vorteilhaft in solch einer
Art und Weise angebracht, dass das obere spitz zulaufende Ende sich,
angrenzend an die Mündung
des Einströmrohrs,
in der oberen Kammer befindet, um es der Flüssigkeit zu ermöglichen,
sofort nachdem es in die obere Kammer gelangt, um den löffelförmigen Körper geführt und
verteilt zu werden.
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Entsprechend einer Ausführungsform
der Erfindung hat der löffelförmige Körper einen
kreisförmigen
Querschnitt und ist auf beiden Seiten des Mittelabschnitts konisch
spitz zulaufend. Entsprechend ist der Rohrabschnitt, in dem der
löffelförmige Körper sich
befindet, kreisförmig
im Querschnitt. Dies ist vorteilhaft, da solche Formen einfach herzustellen
sind. Es ist jedoch auch möglich
die Erfindung mit Hilfe anderer Formen zu schaffen, zum Beispiel
mit einem quadratischen Querschnitt oder mit einem spitz zulaufenden
Abschnitt des löffelförmigen Körpers, der, vom
Querschnitt her betrachtet, nicht konisch sondern konkav oder konvex
ist.
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Kurze Beschreibung
der begleitenden Figuren
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In den Figuren
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1 ist
eine Querschnittsansicht die schematisch ein Beispiel eines Aufbaus
eines Heizsystems zeigt, das einen Speichertank umfaßt, der
ein Legerohr entsprechend der vorliegenden Erfindung hat;
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2 ist
eine Querschnittsansicht des Legerohrs der 1 in einer geschlossenen Position;
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3 ist
eine Querschnittsansicht des Legerohrs der 1 in einer offenen Position;
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Legerohrs; und
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5–6 sind Querschnittsansichten
von zwei verschiedenen Ausführungsformen
einer Entlüftungs-
und Drosselvorrichtung entsprechend der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung
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1 ist
eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Heizsystems, das einen Speichertank umfaßt, der eine Entlüftungs- und
Drosselvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung hat.
Bezugszeichen 1 bezeichnet irgendeine Art einer Heizungsvorrichtung,
wie einen Sonnenwärmekollektor,
die einen Wärmeaustauscher
oder Absorber 2 umfasst um die thermische Energie, die
in der Heizvorrichtung 1 produziert wird, an ein Heizmedium
in Form einer Flüssigkeit, üblicherweise
Wasser, weiterzugeben. Bezugszeichen 3 bezeichnet einen
Speichertank, in dem das erwärmte Heizmedium
gespeichert wird. Eine Pumpe (nicht gezeigt) ermöglicht die Zirkulation der
Flüssigkeit
im Heizungssystem, vom Boden des Tanks 3, wo sie am kühlsten ist,
durch ein Ausströmrohr 4 zur
Wärmeaustauschervorrichtung 2,
und von dort in ihrem erhitzten Zustand durch das Einströmrohr 5 zurück zum Speichertank 3.
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Anstand die Flüssigkeit in der üblichen
Weise dem Tank oben zuzuführen,
umfaßt
der besagte Tank ein Legerohr, generell mit 6 bezeichnet, dessen Aufgabe
es ist die einströmende
Flüssigkeit
auf einem Niveau in dem Flüssigkeitsvolumen
mit der gleichen Temperatur wie die einströmende Flüssigkeit abzulagern.
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des Legerohrs der 1.
Dieses besteht aus einem kreisförmigen
Rohr 7, in dessen Rohrwand eine längliche durchgehende Öffnung oder
Schlitz 8 geformt wird, welche oder welcher sich im wesentlichen längs der
gesamten Längenausdehnung
des Rohrs erstreckt und die oder der mit einer Rückschlagventilvorrichtung versehen
ist. Die Weite des Schlitzes kann je nach den Umständen variiert
werden, aber beträgt üblicherweise
40% bis 60% des inneren Radius des Rohrs: in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
beträgt
die Weite des Schlitzes ungefähr
50% des inneren Radius des Rohrs. In dem Bereich außerhalb
des Schlitzes ist das Legerohr mit einem gebogenen Blechplattenabschnitt 9 versehen,
in dessen Wände
eine große
Anzahl an kleinen Durchgangslöchern 10 gemacht
wurde. In den meisten Fällen
ist es vorteilhaft, dass die Gesamtlochfläche mindestens genauso groß ist wie
die Fläche
des Schlitzes 8 oder größer. Flexible
Elemente 11, bevorzugt aus Gummi oder Plastik, sind auf
beiden Seiten des Blechabschnittes angeordnet und auf der Außenseite davon,
besagte flexible Elemente wurden in einem anfänglich gebogenen Zustand befestigt.
Spezieller sind Anpressbalken 12 auf beiden Seiten des
Schlitzes vorgesehen, besagte Balken werden mit Hilfe von Schrauben
an dem Rohr 7 befestigt und klemmen beide, den Blechplattenabschnitt 9 und
eine longitudinale Kante von jedem der flexiblen Elemente 11,
an die äußere Wand
des Rohrs 7.
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Wein der Figur gezeigt erstreckt
sich jedes der flexiblen Elemente 11, weiter als das äußere Ende
des Blechabschnuitts 9, in die horizontale Richtung und
durch das Anbringen von jedem der flexiblen Elemente 11 in
einem gebogenen Zustand werden sie, dank ihrer inhärenten elastischen
Steifheit, auf der einen Seite an der Außenseite des Blechabschnitts 9 anschlagen
und auf der anderen Seite mit ihren freien Endkanten gegeneinander
anschlagen.
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3 veranschaulicht
was passiert, wenn aufgeheizte Flüssigkeit in das Legerohr auf
einem Niveau in den Tank einströmt,
wo die Flüssigkeit
die gleiche Temperatur als die eintretende Flüssigkeit hat. Hier wird der
Flüssigkeitsdruck
auf der Außenseite
der flexiblen Elemente 11 der Gleiche sein als auf der
Innenseite. Zu diesem Zeitpunkt ist die einzige Kraft, die so wirkt,
dass die flexiblen Elemente 11 gegen die Außenseite
des Winkelabschnitts 9 gedrückt werden, die inhärente elastische
Steifheit der flexiblen Elemente, die in einer weichen dünnen Lage aus
Gummi oder Plastik relativ klein ist. Wenn diese Schließkraft überwindet
wird, was der Fall ist, wenn der hydrostatisuche Druck in dem Legerohr
leicht über
den entsprechenden Druck im Tank angestiegen ist, werden die flexiblen
Elemente lokal, auf dem Niveaubereich des Tanks mit der gleichen
Temperatur wie im Legerohr, verformt. Wie in der Figur veranschaulicht,
wird dies dadurch erreicht, dass die äußeren freien longitudinalen
Kanten der flexiblen Elemente voneinander separiert werden und die
Innenseiten der flexiblen Elemente von der Außenseite des Blechplattenabschnitts 9 separiert
werden, sodass die Löcher 10 freigelegt
werden und Flüssigkeit,
zwischen dem Blechplattenabschnitt 9 und den flexiblen Elementen 11,
durch die Löcher 10 in
den Tank ausströmen
kann.
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Legerohrs,
entsprechend der Erfindung. In dieser Ausführungsform, ist die Weite des
Schlitzes 8 größer als
in der vorherigen Ausführungsform
und das Blechprofil 9 wurde weggelassen. Stattdessen ist
das einzige flexible Element 11 direkt über dem Schlitz plaziert und
mit dem Rohr in dem Mittelteil längs
der gesamten Länge verbunden.
Noch spezieller, wird dies mit Hilfe von Bolzen 14, die
in dem Wandabschnitt des Rohrs gegenüber des Schlitzes 8 angebracht
sind, erreicht. Die gegenüberliegenden
Enden der Bolzen laufen durch Durchgangslöcher in dem flexiblen Element 11,
welche mit Hilfe von Anpressbalken 15 und Muttern 16,
auf beiden Seiten davon, in einer, relativ zum Rohr, fixierten Position
in einer leicht gebogenen Form gehalten wird und gegen die Kanten
des Schlitzes in dem Bereich von jeder longitudinalen Kante des
Elements anstößt. Wenn
erhitzte Flüssigkeit
auf dem richtigen Temperaturlevel im Tank gespeichert werden soll,
wird das flexible Element lokal verformt und biegt sich, dicht an
seinen zwei longitudinalen Kanten, nach außen, sodass Flüssigkeit
zwischen den Kanten des Schlitzes und des flexiblen Elements ausströmen kann.
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Zwei Ausführungsformen einer Entlüftungs- und
Drosselvorrichtung werden, sich beziehend auf 5 und 6,
gemeinsam mit einem Legerohr entsprechend der Erfindung gezeigt.
Die Vorrichtung umfaßt
einen Löffelförmigen Körper 17,
der sich in einem Rohrabschnitt 18 befindet. Der löffelförmige Körper präsentiert
einen ersten spitz zulaufenden Abschnitt 19, nach oben
gerichtet, und einen zweiten spitz zulaufenden Abschnitt 20,
nach unten gerichtet, und zwischen diesen Abschnitten hat der löffelförmige Körper seine
größte Querschnittsausdehnung
in einem mittleren Abschnitt 21. Eine Einschnürung oder
eine flussbeschränkende
Passage 22 wird zwischen dem besagten Mittelabschnitt und
der inneren Wand des Rohrabschnitts 18 in so einer Art
definiert, dass eine obere Kammer 23 im Rohrabschnitt 18 oberhalb
des mittleren Abschnitts 21 definiert wird, und eine untere
Kammer 24 dort darunter.
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Der löffelförmige Körper ist dafür vorgesehen in
einem Rohrabschnitt oben am Speichertank enthalten zu sein, zum
Beispiel oben an dem Legerohr 6 der 1. Noch spezieller, in so einer Art und
Weise, dass der untere spitz zulaufende Abschnitt 20 mindestens
teilweise unter eine offene Flüssigkeitsoberfläche 25 im
Speichertank eintaucht, während
der obere spitz zulaufende Abschnitt 19 mit seinem spitz zulaufenden
Ende bis zum Einlaß des
Einströmrohrs 5,
dessen Querschnitt kleiner als der des Rohrabschnitts 18 ist, vorsteht.
Wenn Flüssigkeit
via das Einströmrohr
in den Speichertank fließt,
wird die Flüssigkeit
in der Form eines graduell dünner
werdenden Films auf der Hüllfläche des
oberen spitz zulaufenden Abschnitts des löffelförmigen Körpers verteilt. Die flussbeschränkende Passage 22 zwischen der
inneren Wand des Rohrabschnitts und des mittleren Abschnitts 21 des
löffelförmigen Körpers bremst den
Fluß der
Flüssigkeit
so ab, dass sich auch in der oberen Kammer 23 eine offene
Flüssigkeitsoberfläche 26 ausbildet.
Sobald die Flüssigkeit
die Passage 22 passiert hat, wird sie die Hüllfläche des
unteren spitz zulaufenden Abschnitts in der Form einer dünnen Schicht
folgen und wird Kontakt mit der Flüssigkeitsoberfläche 25 des
Speichertanks, mit einer vorteilhaft geringen Geschwindigkeit ohne
unnötiges Durchmischen
der Flüssigkeit
im Speichertank zu verursachen, herstellen.
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Dank der Tatsache, dass die Flüssigkeit
in einer dünnen
Schicht um den löffelförmigen Körper fließt, wird
das Freilassen von jeglichem Gas, das in der Flüssigkeit gelöst ist,
speziell Luft, erleichtert, da das Gas sich auf der Oberfläche des
löffelförmigen Körpers in
Form von Gasblasen sammelt, die allmählich in ihrer Größe wachsen
und schließlich
aufsteigen. Aus diesem Grund umfasst die Vorrichtung eine druckauusgleichende
Passage 27, die die obere Kammer 23 mit der Umgebungsatmosphäre verbindet
und durch welche das freigelassene Gas entweichen kann. Die druckausgleichende
Passage ist in einem Einsatzstück 28 ausgebildet,
das in den oberen Teil des Rohrabschnitts 18 eingesetzt
wird und das eine konische innere Bohrung hat, die oben spitz zuläuft, sodass
die obere Kammer 23 in ihrem oberen Teil eine Querschnittsausdehnung
hat, die im wesentlichen gleich der inneren Querschnittsausdehnung
des Einströmrohrs
ist, und die allmählich
nach unten hin ansteigt, sodass auf einem Niveau mit dem mittleren
Abschnitt die Querschnittsausdehnung die Gleiche ist wie die des
Rohrabschnitts 18.
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Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen
der Entlüftungs-
und Drosselvorrichtung, wie in den 5 beziehungsweise
6 gezeigt, ist, dass der löffelförmige Körper 17 der 5 konische untere und obere
spitzzulaufende Abschnitte aufweist, während der obere spitzzulaufende
Abschnitt 19 des löffelförmigen Körpers der 6 konvex ist und der untere
spitzzulaufende Abschnitt 20 konkav ist. Viele andere Formen
des löffelförmigen Körpers sind
innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche denkbar.
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Die Entlüftungs- und Drosselvorrichtung
wird hier speziell in Verbindung mit einem Legerohr und in einem
Drainageheizsystem, wo Wasser das bevorzugte Heizmedium ist, gezeigt
und beschrieben. Es wird jedoch verstanden, dass sie in jeder Situation,
in der es wünschenswert
ist Gas aus einer arbiträren Flüssigkeit
zu entfernen und/oder die Fließgeschwindigkeit
der besagten Flüssigkeit
zu mindern, benutzt werden kann.
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Zusammenfassung
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Die Erfindung betrifft ein Legerohr
zum Verteilen und zum Speichern einer einströmenden Flüssigkeit einer beliebigen Temperatur
in einem, für
die besagte Flüssigkeit
vorgesehenen, Speicherbehälter,
in welchem die gespeicherte Flüssigkeit
aufgrund unterschiedlicher Dichten auf verschiedene Temperaturniveaus
geschichtet wird. Das Legerohr besteht aus einer Auslassöffnung,
die mit einer Rückschlagventilvorrichtung
ausgestattet ist, die ein Ausströmen der
Flüssigkeit
in den Tank erlaubt, aber ein Einströmen aus dem Tank in das Legerohr
verhindert. Die Ausströmöffnung hat
die Form einer länglichen Öffnung oder
eines Schlitzes, die bzw. der sich längs der longitudinalen Richtung
des Legerohrs und im wesentlichen entlang der ganzen Länge des
Legerohrs erstreckt. Die Rückschlagventilvorrichtung
besteht aus einem länglichen,
flexiblen Element, das bezogen auf das Legerohr längs einer
Linie oder eines Bereichs parallel zur Längenausdehnung der Ausströmöffnung befestigt
wird und das die Öffnung
von der Außenseite
des Legerohrs her überlappt.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst
das Legerohr ferner eine Entlüftungs- und
Drosselvorrichtung.