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Die Erfindung betrifft eine Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung zum Anschluss an ein Kreislaufsystem, in dem eine Umlaufflüssigkeit im Kreislauf gefördert wird und dabei Druck- und Volumenänderungen erfährt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der schweizerischen Patentschrift
CH 694 895 A5 bekannt.
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Als Kreislaufsysteme, die für Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtungen der hier bezeichneten Art in Frage kommen, sind in der
CH 694 895 A5 ein Kältekreislaufsystem und ein Heizkreis angegeben. In diesem Fall erfährt die Umlaufflüssigkeit auch noch Temperaturänderungen. Durch Erwärmen und Abkühlen der Umlaufflüssigkeit im Betrieb, aber ggf. auch durch das Zu- und Abschalten einzelner Verbraucher, die von der Umlaufflüssigkeit beschickt werden, verändern sich im Betrieb dauernd Druck und Volumen der Umlaufflüssigkeit. Es müssen daher auch dauernd Volumenanteile der Umlaufflüssigkeit abgezogen oder nachgefüllt werden, und es muss der erforderliche optimale Betriebsdruck aufrechterhalten werden. Hierzu hat die bekannte Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung einen geschlossenen, starren Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter, der als Zwischenspeicher dient und wechselnde Mengen der Umlaufflüssigkeit aufnimmt oder abgibt. Der Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter wird zusätzlich zu den Funktionen der Druckhaltung, der Entgasung der Umlaufflüssigkeit, der Nachspeisung von Auffüll-Flüssigkeit und als Absetzbecken für Salze und Mineralien herangezogen. Bei allen diesen Funktionen soll nach Möglichkeit ein Kontakt mit dem atmosphärischen Luftsauerstoff vermieden werden, weil dieser zur Korrosion der gesamten Anlage führt.
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Die Verbindung zwischen dem Kreislaufsystem und dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter wird durch eine Bypass- oder Parallelleitung im Teilstrom hergestellt, die in der
CH 694 895 A5 als „Zirkulationsleitung” bezeichnet ist. Sie verbindet die Vorlaufleitung des Kreislaufsystems mit dessen Rücklaufleitung, so dass in der Bypass- oder Zirkulationsleitung gleichfalls ständig die Umlaufflüssigkeit im Kreislauf strömt.
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An einer ersten Anschlussstelle der Bypass- oder Zirkulationsleitung ist über ein Überströmventil eine Behälter-Zulaufleitung angeschlossen, die in das Innere des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters führt. Stromabwärts von dieser ersten Anschlussstelle hat die Bypass- oder Zirkulationsleitung eine zweite Anschlussstelle, in die der Druckstutzen einer Druckhaltepumpe mündet. Die Ansaugleitung der Druckhaltepumpe erstreckt sich ebenfalls in das Innere des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters. Auf diese Weise ist das Innere des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters über die Druckhaltepumpe mit einer ersten Stelle und über das Überströmventil mit einer zweiten Stelle der im Kreislauf geförderten Umlaufflüssigkeit des Kreislaufsystems verbunden. Überschüssige Mengen der Umlaufflüssigkeit fließen dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter über das Überströmventil und der Behälter-Zulaufleitung zu; wenn in dem Kreislaufsystem hingegen zur Druckhaltung zusätzliche Mengen an Umlaufflüssigkeit benötigt werden, werden diese von der Druckhaltepumpe aus dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter abgezogen.
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Dieser ständige Wechsel führt in dem geschlossenen Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter zu Druckschwankungen, wobei vorbestimmte Über- und Unterdrücke erreicht werden sollen. Meistens ist der Druck im Inneren des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck reduziert. Das Behälterinnere kann nur über druckbegrenzende Armaturen mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung treten. Hierzu ist gemäß der
CH 694 895 A5 ein Entlüftungs- und Sicherheitsventil (Gasablassventil) vorgesehen. Wenn sich in dem Inneren des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters Gase angesammelt haben und einen bestimmten Druck ausüben, öffnet das Entlüftungs- und Sicherheitsventil und lässt diese Gase durch eine Flüssigkeitsvorlage hindurch in die Atmosphäre austreten. Auf diese Weise kommt weder die Umlaufflüssigkeit des Kreislaufsystems noch die frische Auffüll-Flüssigkeit mit den abzuführenden Gasen in einen unerwünschten Kontakt. Das Ausströmen der Gase bewirkt zugleich einen Druckausgleich und führt dazu, dass das Entlüftungs- und Sicherheitsventil wieder schließt. Es kann also auch keine Außenluft in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter einströmen. Das Entlüftungs- und Sicherheitsventil kann von einfacher mechanischer Bauart und Steuerung sein; gegebenenfalls können auch flüssige Bestandteile das Behälterinnere über dieses Ventil verlassen. Der Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter kann bis zur Höhe des Entlüftungs- und Sicherheitsventils mit Flüssigkeit gefüllt werden.
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Wenn der Flüssigkeitsstand im Inneren des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters auf ein bestimmtes unteres Niveau abgesunken ist, muss frische Auffüll-Flüssigkeit nachgefüllt werden. Hierzu ist gemäß der
CH 694 895 A5 vorgesehen, dass beim Ansprechen eines unteren Niveauschalters die Steuerelektronik das Magnetventil einer Zulaufleitung öffnet. Diese endet mit freiem Ausfluss über einer Schwimmerkammer, die an dem Behälterdeckel des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters angeordnet ist. Die Auffüll-Flüssigkeit strömt somit als freier Strahl in die Schwimmerkammer hinein, kann dabei in die Umgebungsluft entgasen und sammelt sich in der Schwimmerkammer bis zu einer bestimmten Höhe an, bei der die Schwimmersteuerung anspricht und die Auffüll-Flüssigkeit nach unten in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters hinein abfließen lässt. Die Unterbrechung der Zulaufleitung durch eine Strecke mit einem freien Strahl dient auch dem Zweck, ein Rückströmen von Behälterflüssigkeit in die Zulaufleitung der Auffüll-Flüssigkeit zu verhindern. Das Ausströmen der Auffüll-Flüssigkeit im freien Strahl hat allerdings den Nachteil, dass dabei Sauerstoff aus der Atmosphäre aufgenommen werden kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführung ergibt sich aus der Schwimmersteuerung, weil über das durch den Schwimmer gesteuerte Ventil ebenfalls Luft in die Auffüll-Flüssigkeit gelangen kann. Das ist besonders dann der Fall, wenn der bewegliche Ventilkörper, in der Regel ein Ventilteller, von seinem Sitz abhebt oder abgehoben ist.
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Gemäß der
CH 694 895 A5 sind auch schon Vorkehrungen dagegen getroffen, dass ein unzulässig großer Unterdruck in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter auftritt. Dann könnte im Extremfall der Behälter implodieren. Deshalb ist gemäß der
CH 694 895 A5 an dem Behälterdeckel des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters ein Vakuumbrecher angeordnet, also ein Ventil, das beim Erreichen eines Grenzwertes für einen unzulässig hohen Unterdruck eine Verbindung zur Außenatmosphäre herstellt. Zwar befindet sich der Vakuumbrecher mit seiner Einströmöffnung wieder innerhalb einer Nasszelle; das ändert aber nichts daran, dass beim Aktivieren des Vakuumbrechers Luft in das Innere des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters gelangt. Gemäß der
CH 694 895 A5 soll das hingenommen werden, weil der Vakuumbrecher nur für ausnahmsweise auftretende Störungsfälle vorgesehen ist.
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Bekannt sind auch Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtungen, die mit Druckhaltepumpen arbeiten und bei denen der geschlossene Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter mit einer Membran versehen ist. Die Membran unterteilt das Innere des Behälters in einen Gasraum und einen Flüssigkeitsraum. Beispielsweise kann die Membran nach Art eines Sackes ausgebildet sein, der die Flüssigkeit enthält und sich innerhalb des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters befindet. Zwischen der Außenseite des Sackes und der Innenwand des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters ist ein Zwischenraum gebildet, der ein Gas aufnimmt, das Luft sein kann. Wenn sich die Umlaufflüssigkeit bei einem Temperaturanstieg ausdehnt, nimmt der die Membran bildende Sack mit der Luft die Volumenänderung auf. Auf diese Weise werden die Nachteile vermieden, die durch die druckbegrenzenden Armaturen bei der Vorrichtung mit dem starren Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter gemäß der
CH 694 895 A5 gegeben sind.
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Der Werkstoff, aus dem die Membranen bestehen, führt aber ebenfalls zu Problemen. Das Membran-Material kann z. B. Gummi oder Butylkautschuk sein. Wenn diese Materialien bei ständiger starker Verformung auch ständig mit bestimmten Umlauf-Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Heizungswasser, in Berührung stehen, kann Materialermüdung die Folge sein. Gase, darunter auch Sauerstoff, können in das zirkulierende Rohrnetz diffundieren, womit dann doch wieder die Gefahr der Korrosion und der Verschlammung gegeben ist. Vorbeugend müssen die Rohrnetze öfter entlüftet werden, was zusätzliche Kosten verursacht. Da die Verformbarkeit der Membranen ihre Grenzen hat, ist auch der Druckbereich zwischen Über- und Unterdruck begrenzt, den ein Betriebsprogramm überstreichen kann. Schließlich müssen die Membranen gemäß Druckbehälterverordnung auch öfter ausgewechselt werden, damit eine einwandfreie Funktion gegeben ist. Denn die Temperaturen lassen den Weichmacher verdampfen, und der Gummi wird porös und zersetzt sich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung der eingangs zuerst genannten Art mit dem Ziel zu verbessern, dass sie bei einer einfachen und zuverlässig funktionierenden Bauweise über einen großen Druckbereich zwischen Über- und Unterdruck in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter betrieben werden kann, dass die Aufnahme von Sauerstoff aus der Atmosphäre in die Auffüll-, Behälter- und Umlaufflüssigkeit vollständig ausgeschlossen ist und dass auch das Rückströmen von Behälterflüssigkeit in die Auffüll-Flüssigkeit mit Sicherheit vermieden wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1.
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Indem die Auffüll-Flüssigkeit in einer geschlossenen Zufuhrleitung durch den Behälterdeckel hindurch in das Innere des geschlossenen und druckdichten Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters einströmt, ist jeder Kontakt der Umlaufflüssigkeit mit der freien Atmosphäre ausgeschlossen, und eine Entgasung und Entkalkung findet allein im Inneren des Behälters statt. Die gefürchtete Korrosion durch den Luft-Sauerstoff ist also an dieser Stelle unterbunden. Der Systemtrenner am Eingang der Zufuhrleitung ist gemäß den Richtlinien des DVGW aufgebaut und somit ein zuverlässiges Bauelement. Es verhindert mit Sicherheit, dass rückströmende Behälterflüssigkeit mit frischer Auffüll-Flüssigkeit vermischt wird. Wenn nämlich der Druck in der Zufuhrleitung hinter dem Systemtrenner im Vergleich zu dem Druck in dessen Eingangsstutzen ansteigt und dabei einen bestimmten Grenzwert übersteigt, schließt der eingangsseitige Rückflussverhinderer des Systemtrenners und leitet etwa in die Zufuhrleitung eingedrungene Behälterflüssigkeit durch eine Nebenleitung zu einer Auffangstelle, z. B. zu einem Überlauf-Siphon.
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Die gesamte vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung kommt aber erst durch den Druckbehälter mit dem Inertgas zustande. Indem auch bei der notwendigen Funktion des Vakuumbrechers jedes Eindringen von Atmosphärenluft in das Innere des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters ausgeschlossen wird, kommt insgesamt ein vollständiger Schutz vor dem Sauerstoff der Luft zustande. Falls der Unterdruck in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter unzulässig hoch wird, strömt ein Inertgas, in der Regel Stickstoff, in den oberen Bereich des Behälters ein. Da Unterdruck besteht, wird nur eine sehr kleine Menge Stickstoff von der Behälterflüssigkeit aufgenommen. Außerdem erfolgt sehr schnell ein Druckausgleich, sodass der als Sicherheitsventil wirkende Vakuumbrecher die Verbindung zu dem Druckbehälter mit dem Inertgas schnell wieder schließt. Das Inertgas verlässt den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter über das schon beim Stand der Technik erwähnte Entlüftungs- und Sicherheitsventil (Gasablassventil), sobald der Druck in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter wieder hoch genug ist. Der Verbrauch an Inertgas bleibt dabei gering, so dass mit wenig Gas eine lange Standzeit zu erreichen ist.
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Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung besteht darin, dass sie ohne Membranen arbeitet. Damit werden einmal die Schwierigkeiten vermieden, die in den verschleißanfälligen Werkstoffen der Membranen begründet sind. Die erfindungsgemäße Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung behält den bewährten druckdichten und starren Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter bei und arbeitet mit bewährten Armaturen von grundsätzlich einfacher mechanischer Funktion. Das führt zum anderen dazu, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung über einen großen Druckbereich zwischen Über- und Unterdruck in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter betrieben werden kann. Der modulare Aufbau der Vorrichtung, der mit der
CH 694 895 A5 vorgeschlagen wird, kann beibehalten werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung gelingt es, sämtliche Gase wie z. B. Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefelkohlenwasserstoffe und Kohlendioxyd aus der Umlaufflüssigkeit auszutreiben. Es entsteht ein inertes Fluid, wobei der pH-Wert ansteigt und der elektrische Leitwert sinkt. Damit ist erreicht, dass eine Korrosion durch Sauerstoff vernachlässigt werden kann.
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Die Druckhaltung bedeutet ebenfalls ein ständiges Untersättigen der Umlaufflüssigkeit, so dass eine Aufnahmebereitschaft besteht und die Rohre und Anlagewandungen gereinigt werden.
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Die Entgasung bedeutet ebenfalls eine Verbesserung des Wärmeübergangs im Kreislaufsystem, so dass eine Einsparung von Primärenergie erfolgt und damit auch weniger Kohlendioxyd freigesetzt wird.
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Ferner hat die vollständige Entgasung von Wasser auch den Vorteil, dass die Ausdehnung des Wassers unter Temperatur-Einfluss geringer wird (vergleichbar Quecksilber); dadurch wird auch der Stickstoff-Bedarf geringer.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt; die mit ihnen beanspruchten Merkmale sind in dem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.
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Die Erfindung betrifft gemäß dem Anspruch 8 auch das Kreislaufsystem einer Gebäudeheizung, bei dem Umlaufwasser im Kreislauf gefördert wird und dabei Druck- und Volumenänderungen erfährt, wobei die Erfindung darin besteht, dass die Gebäudeheizung zur Behandlung des Umlaufwassers mit einer Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 versehen ist. Anspruch 9 beinhaltet die entsprechende Ausbildung für ein Kältekreislaufsystem.
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Im Falle der Gebäudeheizung besteht die Auffüll-Flüssigkeit aus Frischwasser, und das Umlaufwasser ist in besonderer Weise zum Zwecke der Heizung aufbereitet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders gut für die Zwecke der Gebäudeheizung im Niedertemperaturbereich und der Kühlsysteme geeignet, weil diese in Temperaturbereichen arbeiten, in denen sich die Dichte des Wassers erhöht und seine Absorptionsfähigkeit zunimmt. Es kommen aber auch zahlreiche andere Anwendungsgebiete wie zum Beispiel Kältekreisläufe in Betracht.
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Die Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbeispiels in zwei Figuren noch näher erläutert.
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1 ist eine schematisch gehaltene Darstellung der erfindungsgemäßen Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung nach Art eines Längsschnitts.
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2 stellt eine vergrößert herausgezeichnete Einzelheit aus 1 dar.
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In
1 bezeichnet die Bezugsziffer
1 einen Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter in seiner Gesamtheit. Der Behälter
1 besteht aus der Behälterwand
2, welche die zylinderförmige Seitenwand bildet und aus Edelstahl bestehen kann. Der Behälterdeckel
3 und der Behälterboden
4 bestehen ebenfalls aus Edelstahl und sind lösbar an der Behälterwand
2 angebracht. Die Behälterwand
2 kann zudem von einer Ummantelung
5 aus einem reflektierenden und isolierenden Material umgeben sein. Einzelheiten dieser Ummantelung
5 sind in der schon erwähnten
DE 103 29 740 A1 beschrieben. In dem Behälterboden
4 ist zudem ein Entleerungsventil
6 angebracht. Zur Kontrolle des Flüssigkeitsstandes in dem Ausdehungs- und Entgasungsbehälter
1 ist an diesem eine Füllstandsanzeige vorhanden, die aus einem Wasserstandsglas
7 bestehen kann. Ein Schwimmkörper kann dabei durch Erreichen eines oberen Niveauschalters
8 oder unteren Niveauschalters
9 bestimmte Schalt- und Steuerfunktionen auslösen. Ferner ist eine verschließbare Revisionsöffnung
10 vorhanden, die bei Reinigungs- und Reparaturarbeiten benutzt wird.
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Durch den Behälterdeckel
3 ist eine Ansaugleitung
11 hindurchgeführt. Sie endet im Bereich des unteren Drittels des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters
1 in einem Rückschlagventil
12. Das Rückschlagventil
12 stellt sicher, dass im laufenden Betrieb tatsächlich nur Flüssigkeit aus dem unteren Bereich angesaugt wird; ein Rückströmen von Flüssigkeit nach unten in den Behälter
1 hinein soll aber ausgeschlossen sein. Die Ansaugleitung
11 führt zu einer Druckhaltepumpe
13. Der druckseitige Ausgang der Druckhaltepumpe
13 mündet in eine Zirkulationsleitung, die an das Kreislaufsystem der gesamten Anlage als Bypass- oder Parallelleitung angeschlossen ist; Einzelheiten hierzu sind wieder der
CH 694 895 A5 (vgl. dort besonders
4) zu entnehmen. Hierbei ist eine Zulaufleitung
16 der Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung an die Druckleitung des Kreislaufsystems angeschlossen, während eine Rücklaufleitung
17 der Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung an die Rücklaufleitung des Kreislaufsystems angeschlossen ist. Die Zulaufleitung
16 und die Rücklaufleitung
17 bilden also zusammen die Zirkulationsleitung. Die Strömungsrichtung in den Leitungen
16 und
17 ist durch die Richtungspfeile
16a und
17a dargestellt. Eine Verbindungsleitung
18 führt von der Zulaufleitung
16 in einem ersten Zweig
18a zu einem Überströmventil
15, das am oberen Ende einer Behälter Zulaufleitung
14 angebracht ist. In dem ersten Zweig
18a der Verbindungsleitung
18 ist auch ein Anschluss für ein Manometer
19 und/oder einen Druckwächter oder dergleichen angebracht. Ein zweiter Zweig
18b leitet den Druck und ist über ein Kappenventil abgesichert. Dieses dient dazu, dass Druck und Funktion des Behälters
1 eingestellt werden können, ohne dass Auswirkungen auf die Zirkulationsleitung entstehen. Der zweite Zweig
18b der Verbindungsleitung
18 bildet die klassische Ausdehnungsleitung und ist in den dynamischen Nullpunkt des Systems eingebunden. Durch den zweiten Zweig
18b wird der statische Druck des Systems zur Verfügung gestellt, durch den die überschüssigen Mengen der Umlaufflüssigkeit über das druckgesteuerte verstellbare Überströmventil
15 in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter
1 geleitet werden. In den Leitungen
16 und
17 liegt statischer und dynamischer Druck vor. Über die Verbindungsleitung
18 werden die Drücke in den Leitungen
16,
17 und
18b ausgeglichen.
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Der Leitungsstrang aus der Verbindungsleitung 18 und dem ersten Zweig 18a dient also zum Druckausgleich und wird deshalb auch als Ausdehnungsleitung bezeichnet. Wenn im Betrieb des Kreislaufsystems sich die dort zirkulierende Umlauf-Flüssigkeit ausdehnt, führt die dadurch bedingte Druckerhöhung in der Verbindungs- bzw. Ausdehnungsleitung 18 dazu, dass das Überströmventil 15 öffnet und das zusätzliche Volumen über die Behälter-Zulaufleitung 14 an den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 abgegeben wird. Das Überströmventil 15 ist als Differenzdruckventil ausgebildet und durch ein Sieb gegen Verschmutzungen geschützt. Das Sieb hält grobe Partikel zurück, die aus dem Flüssigkeitskreislauf angeschwemmt werden können, während kleine Partikel durch das Druckgefälle zwischen dem Betriebsdruck in der Rücklaufleitung 17 und dem wesentlich geringeren Innendruck in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 ohne Weiteres durchgespült werden. Die Behälter-Zulaufleitung 14 mit Luftaustritt 14a lässt Gase bereits ausscheiden, wobei sich der Luftaustritt 14a schon im oberen Bereich der Behälter-Zulaufleitung 14 in einer bereichsweisen Erweiterung (Teilgehäuse) befindet.
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Oberhalb des Behälterdeckels 3 ist ein Stickstoff-Behälter 20 angebracht, der z. B. aus einer handelsüblichen Stickstoff-Flasche bestehen kann. Der Stickstoff-Behälter 20 ist über einen Druckminderer 21 mit einem Sicherheitsventil 22 verbunden, das an dem Behälterdeckel 3 angebracht ist und im geöffneten Zustand eine Verbindung zum Inneren des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters 1 herstellt.
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Der Druckminderer 21 ist von üblicher Bauart, und das Sicherheitsventil 22 ist mit einer speziellen Druckfeder ausgerüstet, die den Verschlussdeckel bei einem bestimmten Unterdruck von z. B. 0,3 bar öffnen lässt. Das Sicherheitsventil 22 funktioniert in der Weise, dass es gegen eine Federspannung öffnet, wenn im Innenraum des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters 1 der Unterdruck einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Dann strömt Stickstoff aus dem Stickstoff-Behälter 20 in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 ein.
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Eine weitere Baugruppe betrifft die Zu- und Abfuhr von Flüssigkeit in den und aus dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1. Zur besseren Erkennbarkeit wurde hierfür die vergrößerte Darstellung gemäß 2 gewählt. Hierbei wird der Fall betrachtet, dass das Kreislaufsystem ein Heizungssystem ist, in dem die Umlauf-Flüssigkeit aus speziell aufbereitetem Wasser besteht. Die Auffüll-Flüssigkeit besteht in diesem Fall aus Frischwasser. Die Zufuhr erfolgt über eine geschlossene, in ihrer Gesamtheit mit 23 bezeichnete Frischwasser-Zufuhrleitung 23, deren Endbereich 23a als feste Rohrleitung druckdicht durch den Behälterdeckel 3 hindurchgeführt ist. Diese Frischwasser-Zufuhrleitung 23 ist über ein Magnetventil 27 an einen Systemtrenner (Rohrtrenner) 24 angeschlossen. Die Verbindungsleitung zwischen dem Systemtrenner 24 und dem Magnetventil 27 besteht aus einem flexiblen Leitungsstück 25 und einem Zwischenstück 26. Das Frischwasser strömt dem Systemtrenner 24 über dessen Eingangsstutzen 24a zu. Derartige Systemtrenner sind hinsichtlich ihrer Wirkungsweise bekannt und als einbaufertige Einheiten auf dem Markt für Zusatzbauteile des Anlagenbaus erhältlich. Derartige Systemtrenner bestehen aus zwei hintereinander geschalteten Rückfluss-Verhinderern, die mit einer belüftbaren Mittelzone ausgestattet sind. Ihre Funktion in der erfindungsgemäßen Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung wird weiter unten beschrieben.
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Zu der zuletzt genannten Baugruppe gehört auch ein Entlüftungsventil 30, das an dem Behälterdeckel 3 angebracht ist und eine Verbindung zwischen dem Behälterinneren und der Außenatmosphäre herstellen kann. Das Entlüftungsventil beruht auf der Funktion eines Klappenbleches 31, welches sich unter der Wirkung eines leichten Überdruckes im Inneren des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters 1 abhebt und dadurch den Überdruck abströmen lässt. Auf diese Weise kann überschüssige Luft aus dem Behälterinneren nach außen entweichen, ebenso aber auch überschüssige Flüssigkeitsmengen, wenn die Flüssigkeit unvorhergesehen sich bis zur Innenseite des Behälterdeckels 3 erstreckt. Dann hebt die geführte Klappe 31 ebenfalls an und lässt diese überschüssige Flüssigkeit in eine Zwischenkammer 32 einströmen.
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Eine erste Überlaufleitung 28 führt von dem Systemtrenner 24 zu einem Überlauf-Siphon 29. Ferner führt von der Zwischenkammer 32 eine zweite Überlaufleitung 33 ebenfalls zu dem Überlauf-Siphon 29.
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Die beschriebene Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung arbeitet wie folgt: Es sei wieder angenommen, dass das Kreislaufsystem eine Gebäudeheizung ist und dass das Wasser in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 etwa in der Höhe der Bereichsgrenze 34 steht. Es bildet dort eine Absetzzone A, in der sich Salze und Oxidschwebeteile und auch feste Stoffe, insbesondere Kalk ablagern. Es ist nun beabsichtigt, dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 weiteres Frischwasser zuzuführen. Das wird automatisch spätestens dann erfolgen, wenn der untere Niveauschalter 9 anspricht. Dann öffnet das Magnetventil 27.
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Das Frischwasser strömt über den Systemtrenner
24, das flexible Leitungsstück
25 und das Zwischenstück
26 durch das Magnetventil
27 hindurch zuletzt über den Endbereich
23a unmittelbar in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter
1 hinein, ohne mit dem Luftsauerstoff in Berührung zu kommen. Beim Einströmen bilden sich in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter
1 übereinander ein Entspannungsbereich E und darunter ein Beruhigungsbereich B aus, vgl. die Bereichsgrenze
35, wie das in der
CH 694 895 A5 im Einzelnen ausgeführt ist. Das einströmende Frischwasser, aber auch das bereits in dem Behälter befindliche Wasser, entgasen in das Vakuum des Entspannungsbereichs E, so dass alle Gase weitgehend entweichen.
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Indessen übt der Beruhigungsbereich B eine Kolbenwirkung aus, die dazu führt, dass beim Ansteigen des Flüssigkeitspegels in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 der Druck in dem Entspannungsbereich E ansteigt, womit der zunächst in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter bestehende leichte Unterdruck schließlich beseitigt wird. Ein leichter Überdruck hebt die geführte Klappe 31 des Entlüftungsventils 30 an, so dass die in dem Behälter 1 befindlichen Luft- und Gasanteile in die Zwischenkammer 32 entweichen und somit in die Außenatmosphäre übergehen, ohne mit dem Frischwasser oder dem Umlaufwasser des Kreislaufes noch einmal in Berührung zu kommen.
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Durch das Entweichen von Luft- und Gasanteilen aus dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 erfolgt zugleich ein Druckausgleich, so dass die Klappe 31 unter dem Einfluss der Schwerkraft wieder dicht schließt. Auf diese Weise gelangt auch keine sauerstoffhaltige Außenluft in das Innere des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters 1.
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Beim Betrieb des Kreislaufsystems wird sich das Umlaufwasser allmählich erwärmen und infolge dessen ausdehnen. Das führt in dem parallel geschalteten Nebenkreislauf aus der Zulaufleitung 16 und der Rücklaufleitung 17 zu einem Druckanstieg, der sich über die Verbindungs- bzw. Ausdehnungsleitung 18 und den ersten Zweig 18a auf das Überströmventil 15 auswirkt. Dieses öffnet bei einem festgelegten Grenzwert und lässt die überschüssige Menge des Umlaufwassers durch die Behälter-Zulaufleitung 14 nach unten in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 einströmen. Dort entweichen die in dem Fluid enthaltenen Gase, wie das schon für das Frischwasser beschrieben worden ist. Der Flüssigkeitspegel in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 steigt dadurch noch weiter an.
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Es kann vorkommen, dass die in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 befindliche Wassermenge in unvorhergesehener Weise vom Niveau des unteren Niveauschalters 9 bis zum Behälterdeckel 3 ansteigt. Das hat zur Folge, dass sich in der festen Frischwasser-Zufuhrleitung 23 allmählich ein Rückstau bemerkbar macht, der sich auf den Systemtrenner 24 auswirkt und diesen ansprechen lässt. Der Systemtrenner 24 sperrt in diesem Fall funktionsgerecht die Frischwasser-Zufuhr und öffnet zur ersten Überlaufleitung 28. Infolgedessen läuft das aus dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 kommende Wasser über die erste Überlaufleitung 28 in den Überlauf-Siphon 29 ab. Der Systemtrenner 24 hat damit das an seinem Einlaufstutzen anstehende Frischwasser vor der aus dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 stammenden Flüssigkeit beschützt; denn diese kann nicht mehr in das Frischwassernetz einlaufen.
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Wenn sich dagegen das in den Kreislaufsystem befindliche Umlaufwasser abkühlt, nimmt dieses ein geringeres Volumen ein, so dass der Druckwächter 19 anspricht und die Elektronik die Druckhaltepumpe 13 einschaltet. Auf diese Weise wird die fehlende Menge nachgefüllt und der Betriebsdruck in dem Kreislaufsystem aufrecht erhalten. Infolgedessen öffnet das Rückschlagventil 12, und das in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 befindliche Wasser wird durch die Ansaugleitung 11 der Rücklaufleitung 17 zugeführt. Dieser Verbrauch kann sehr stark sein, so dass der Wasserpegel in dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 sehr schnell bis zum unteren Niveauschalter 9 absinkt. Dadurch entsteht in dem Entspannungs- und Entgasungsbereich E ein erheblicher Unterdruck. Es entsteht die Gefahr, dass der Behälter implodiert. Hinzu kommt noch, dass bei starkem Unterdruck das Fluid im Setzbereich A teilweise verdampft.
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Um der Gefahr des Implodierens vorzubeugen, öffnet bei einem zu starken Unterdruck das als Vakuumbrecher dienende Sicherheitsventil 22. Die Folge davon ist, dass Stickstoff aus dem Stickstoffbehälter 20 in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 1 einströmt. Auch damit ist vermieden, dass das Innere des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters 1 mit dem Luftsauerstoff in Berührung kommt. Da Unterdruck besteht, diffiundieren auch nur sehr geringe Mengen von Stickstoff in die Flüssigkeit hinein, die sich im Absetzbereich A oder darüber befindet. Das Einströmen des Stickstoffs in den Entspannungsbereich E bewirkt einen Druckausgleich und damit und auch die Begrenzung des Unterdruckes. Es ist somit die Gefahr vermieden, dass der Behälter 1 implodiert, und dennoch ist das in diesem befindliche Wasser nicht mit Sauerstoff in Berührung gekommen. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist dabei eine Membran nicht erforderlich. Im Unterdruck entweichen die Gase aus dem Heizungswasser im Absetzbereich A und Beruhigungsbereich B noch besser. Ein Quirlen des Wassers führt zu einer noch besseren Entgasung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter
- 2
- Behälterwand
- 3
- Behälterdeckel
- 4
- Behälterboden
- 5
- Ummantelung
- 6
- Entleerungsventil
- 7
- Wasserstandsglas
- 8
- oberer Niveauschalter
- 9
- unterer Niveauschalter
- 10
- Revisionsöffnung
- 11
- Ansaugleitung
- 12
- Rückschlagventil
- 13
- Druckhaltepumpe
- 14
- Behälter-Zulaufleitung
- 14a
- Luftaustritt
- 15
- Überströmventil
- 16
- Zulaufleitung
- 16a
- Strömungsrichtung
- 17
- Rücklaufleitung
- 17a
- Strömungsrichtung
- 18
- Verbindungsleitung (Ausdehnungsleitung)
- 18a
- erster Zweig
- 18b
- zweiter Zweig
- 19
- Manometer/Druckwächter
- 20
- Stickstoff-Behälter
- 21
- Druckminderer
- 22
- Sicherheitsventil (Vakuumbrecher)
- 23
- Frischwasser-Zufuhrleitung
- 23a
- Endbereich
- 24
- Systemtrenner
- 24a
- Eingangsstutzen
- 25
- flexibles Leitungsstück
- 26
- Zwischenstück
- 27
- Magnetventil
- 28
- erste Überlaufleitung
- 29
- Überlauf-Siphon
- 30
- Entlüftungsventil
- 31
- Klappe
- 32
- Zwischenkammer
- 33
- zweite Überlaufleitung
- 34
- Bereichsgrenze
- 35
- Bereichsgrenze
- A
- Absetzbereich
- B
- Beruhigungsbereich
- E
- Entspannungs-/Entgasungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CH 694895 A5 [0001, 0002, 0003, 0005, 0006, 0007, 0007, 0007, 0008, 0014, 0026, 0034]
- DE 10329740 A1 [0025]
