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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffüllen eines internen Ausdehnungsbereiches eines Warmwasserspeichers, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und eine Verwendung von Druckluft.
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Anlagen zur Bereitstellung von Warmwasser weisen in der Regel einen Warmwasserspeicher zur Speicherung des erwärmten Wassers auf. Um Temperaturschwankungen und damit verbundene Volumenänderungen des gespeicherten Warmwassers abzufangen, weisen die Anlagen zumeist ein Ausdehnungsgefäß auf. Dies können beispielsweise externe Membranausdehnungsgefäße sein, aufweisend eine Membran, die einen Bereich zur Aufnahme von Wasser von einem Bereich zur Aufnahme von einem Gas, häufig Stickstoff trennen.
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Zudem sind interne Ausdehnungsgefäß bekannt, die ein im oberen Teil des Warmwasserspeichers angeordnetes Luftpolster, welches durch eine auf dem Wasserspiegel im Warmwasserspeicher schwimmend gelagerte Trennplatte vom gespeicherten Wasser getrennt sein kann. Aufgrund fehlender Gasdichtheit der Trennplatte verbraucht sich das Luftpolster durch einen Gasaustausch mit dem gespeicherten Wasser und muss regelmäßig aufgefüllt werden.
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Hierzu ist nach dem Stand der Technik eine Frischwasserzuführung zum Warmwasserspeicher geschlossen und eine geodätisch unterhalb des Warmwasserspeichers angeordnete Warmwasserentnahmestelle geöffnet, um einen Unterdruck im Warmwasserspeicher zu erzeugen, der ein Luftpolster aufbauen kann. Problematisch an diesem Verfahren ist die Notwendigkeit einer Entnahmestelle für Warmwasser, die geodätisch unterhalb des Warmwasserspeichers liegt, beispielsweise bei Warmwasserspeichern, die in einem Keller angeordnet sind. Zudem muss das vergleichsweise aufwändige Verfahren regelmäßig durchgeführt werden.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Auffüllen eines internen Luftpolsters eines Warmwasserspeichers, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät, einen Warmwasserspeicher und eine Verwendung vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll das Verfahren zum Auffüllen eines internen Luftpolsters eines Warmwasserspeichers einfach und standortunabhängig durchführbar sein, sowie eine automatisierte Durchführung ermöglichen.
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Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Warmwasserspeichers zumindest nicht wesentlich erhöhen und nur geringe bauliche Veränderungen erfordern.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Hierzu trägt ein Verfahren zum Auffüllen bzw. Wiederauffüllen eines internen Ausdehnungsbereiches eines Warmwasserspeichers bei, bei dem über eine Öffnung des Warmwasserspeichers ein mit (über-atmosphärischem) Druck beaufschlagtes gasförmiges Fluid zugeführt wird. Das mit Druck beaufschlagte gasförmige Fluid kann dabei insbesondere dem (internen) Ausdehnungsbereich des Warmwasserspeichers zugeführt werden.
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Bei dem Warmwasserspeicher handelt es sich um einen bekannten Warmwasserspeicher zur Warmwasserversorgung, beispielsweise den eines Gebäudes. Der Warmwasserspeicher kann als Pufferspeicher und/ oder Schichtspeicher ausgebildet sein. Er kann einen Wärmetauscher zur Aufnahme eines Wärmestromes umfassen, beispielsweise zum Wärmeaustausch mit einem Heizkreislauf einer Heizungsanlage. Warmwasserspeicher haben in der Regel einen kreiszylinderförmigen Aufnahmebereich für Wasser der von einer thermischen Isolierung umgeben sein kann.
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Der Warmwasserspeicher kann als Teil des Aufnahmebereiches (mindestens) einen internen Ausdehnungsbereich aufweisen, der mit einem gasförmigen Fluid befüllbar ist. Mit anderen Worten kann das bedeuten, dass der Warmwasserspeicher einen inneren Hohlraum bildet, wobei ein Teil davon als Ausgleichsbereich ausgeführt ist. Der bevorzugt einzelne Ausgleichsbereich ist angrenzend zu dem Reservoir für das zu speichernde Wasser vorgesehen. Bei dem gasförmigen Fluid kann es sich insbesondere um (Umgebungs-)Luft handeln. Andere Gase, wie beispielweise Stickstoff, können hierfür auch eingesetzt werden.
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Der Ausdehnungsbereich dient einem Ausgleich von Volumenschwankungen des vom Warmwasserspeicher aufgenommenen Wassers basierend auf temperaturbedingten Schwankungen der Dichte von Wasser. So kann eine Erwärmung des aufgenommenen Wassers durch den Wärmetauscher zu einer Vergrößerung des Volumens des enthaltenen Wassers führen. Um entnommenes Warmwasser nachzufüllen, weisen Warmwasserspeicher in der Regel eine Zuführung von Frischwasser auf, häufig verbunden mit einer Hauswasseranlage oder einem Wassernetz. Der Warmwasserspeicher wird daher mit einem Wasserdruck beaufschlagt. Um ein ausreichendes Volumen des Ausdehnungsbereiches im Warmwasserspeicher für auftretende Volumenschwankungen des enthaltenen Wassers bereitzustellen, muss der Ausdehnungsbereich ein Mindestvolumen gasförmiges Fluid aufweisen. Ein Überfüllen des Ausdehnungsbereiches des Warmwasserspeichers könnte gleichfalls zu einem Funktionsverlust des Warmwasserspeichers führen, gekennzeichnet durch ein Austreten des gasförmigen Fluids aus einer Warmwasserzapfstelle bei einer Entnahme. Zudem besteht der Wunsch, einer hohen Kapazität des Warmwasserspeichers, welche durch den Ausdehnungsbereich gemindert wird. Daher sollte das Volumen des Ausdehnungsbereiches zwischen einem Mindestvolumen und einem Sollvolumen betragen, wodurch eine einwandfreie Funktionalität des Warmwasserspeichers bei hoher Ausnutzung der Kapazität des Warmwasserspeichers gewährleistet werden kann.
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Zur Unterteilung von Aufnahmebereich und Ausdehnungsbereich kann mindestens ein (bewegliches und/oder verformbares) Trennelement vorgesehen sein. Das Trennelement kann in der Regel keine gasdichte Trennung von Ausdehnungsbereich und Wasser gewährleisten, so dass im Ausdehnungsbereich enthaltenes Gas sich im Wasser lösen kann und die im Ausdehnungsbereich enthaltene Gasmenge gemindert wird.
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Insbesondere kann das Trennelement ein flaches dreidimensionales Gebilde sein. Anders beschrieben kann das Trennelement eine Zylinderform mit geringer Höhe aufweisen, wobei die Grundfläche weitestgehend der Querschnittsfläche des Aufnahmebereiches entsprechen kann und so eine weitestgehend vollflächige Trennung von Wasseroberfläche und Ausdehnungsbereich gewährleisten, und eine geringere Dichte als Wasser aufweisen, und somit auf dem enthaltenen Wasser schwimmend gelagert sein.
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Der Warmwasserspeicher kann zum Nachfüllen des gasförmigen Fluids eine Öffnung in einer Wandung des Warmwasserspeichers aufweisen, welche insbesondere in einem in Aufstellposition geodätisch oberen Bereich des Warmwasserspeichers angeordnet sein kann, um ein Austreten enthaltenen Wassers zu vermeiden.
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Die mindestens eine (öffenbare und verschließbare) Öffnung kann im Bereich des Ausdehnungsbereichs vorgesehen sein und die Wand des Warmwasserspeichers durchdringen. Ihr kann eine druck- und flüssigkeitsdichte Fluidleitung zugeordnet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Öffnung ein Ventil umfassen. Das Ventil kann dabei insbesondere derart in der Wandung angeordnet sein, dass ein Zuführen von gasförmigen Fluid in den Ausdehnungsbereich möglich ist, jedoch ein Austreten von gasförmigen Fluid durch das Ventil verhindert wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Ventil ein Schrader-, Sclaverand-, oder ein Dunlopventil sein. In vorteilhafter Weise können die genannten Ventilarten mit bekannten Luftpumpen zum Befüllen von Kraftfahrzeug- oder Fahrradreifen verbunden werden bzw. sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine einfache Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens realisiert werden, indem eine Luftpumpe, beispielsweise für Fahrrad- oder Kraftfahrzeugreifen, mit der Öffnung verbunden wird und durch regelmäßiges bzw. zeitlich beabstandetes Betätigen der Luftpumpe ein (stets) ausreichend großes Volumen des Ausdehnungsbereiches hergestellt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Position des Trennelementes relativ zum Warmwasserspeicher erfasst werden. Wenn das Trennelement eine (vorgegebene) erste Grenzposition innerhalb des Aufnahmebereiches erreicht hat, könnte diese ein (vorgegebenes) Mindestvolumen des Ausdehnungsbereiches kennzeichnen. Das Erreichen der ersten Grenzposition kann somit als Zeitpunkt erkannt bzw. festgelegt werden, um ein Auffüllen des Ausdehnungsbereiches einzuleiten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann bei einem Erkennen der Notwendigkeit eines Auffüllens des Ausdehnungsbereiches, also bei Erfassen der ersten Grenzposition, automatisiert eine Pumpe in Betrieb genommen werden, die den Ausdehnungsbereich mit dem gasförmigen Fluid auffüllt. Im Rahmen einer einfachen Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens kann die Pumpe für einen definierten Füllzeitraum in Betrieb genommen werden. Der Füllzeitraum kennzeichnete dabei eine im Vorfeld ermittelte Zeitdauer, in der die Pumpe ausgehend vom Mindestvolumen des Ausdehnungsbereiches diesen auf das Sollvolumen gefüllt hat.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zusätzlich erfasst werden, wenn das Trennelement eine zweite Grenzposition innerhalb des Ausdehnungsbereiches erreicht, die einem (vorgegebenen) Sollvolumen entsprechen kann. Die Pumpe könnte nun bei einem Erkennen des Erreichens des Mindestvolumens automatisiert in Betrieb genommen werden und bei einem Erkennen des Erreichens des Sollvolumens wieder ausgeschaltet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fluid auch mittels einem Druckgasbehälter, beispielsweise einem Kohlendioxid- oder Stickstoffbehälter, bevorratet sein / werden. Der Druckgasbehälter kann beispielsweise austauschbar angeordnet sein und regelmäßig nach Bedarf ausgetauscht werden. Der Druckgasbehälter kann auch mit Druckluft gefüllt sein, und gegebenenfalls mit einem (externen) Kompressor befüllt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zum Erfassen einer Position des Trennelementes relativ zum Warmwasserspeicher, insbesondere der ersten und/ oder zweiten Grenzposition, mindestens ein Näherungsschalter, insbesondere ein Magnetschalter, eingesetzt werden, der im Bereich der Wandung des Warmwasserspeichers angeordnet sein kann. Das Trennelement kann in einem korrespondierenden (äußeren) Bereich nahe des Näherungsschalters ein sensorisch erkennbares Bauteil (beispielsweise ein Magnet) aufweisen. Dabei versteht sich, dass der Näherungsschalter auch am Trennelement und ein erkennbares Bauteil auch in oder an der Wandung angeordnet sein kann.
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In vorteilhafter Weise kann so eine vollautomatisierte Ausführung eines vorgeschlagenen Verfahrens realisiert werden.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät, beispielsweise eines mit dem Warmwasserspeicher verbundenen Heizgerätes, vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen, und/ oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. In vorteilhafter Weise können auf dem Speicher des Regel- und Steuergeräts auch Betriebsdaten und Referenzwerte (beispielsweise ein Zündvolumenstrom und/ oder eine Sollleistung) zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens hinterlegt werden oder sein. Das Regel- und Steuergerät kann insbesondere eine elektrische Verbindung mit einer Einrichtung zur Erkennung des Erreichens einer unteren und/ oder oberen Grenzposition des Trennelementes im Aufnahmebereich des Warmwasserspeichers und mit einer Pumpe umfassen. Eine elektrische Verbindung kennzeichnet hierbei eine kabel- oder kabellose Verbindung zur Übertragung von Daten.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Warmwasserspeicher vorgeschlagen, aufweisend ein Trennelement, das einen internen Ausdehnungsbereich und gespeichertes Wasser trennt, und eine Öffnung in einer Wandung des Warmwasserspeichers im Bereich des Ausdehnungsbereiches umfassend ein Ventil.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Warmwasserspeicher eine Einrichtung zur Erkennung einer Position des Trennelementes relativ zum Warmwasserspeicher umfassen.
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Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung von Druckluft zum Auffüllen eines internen Ausdehnungsbereiches vorgeschlagen. Die Druckluft kann dabei insbesondere mittels einer Pumpe oder eines Druckspeichers bereitgestellt werden.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, dem Regel- und Steuergerät, dem Warmwasserspeicher und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Hier werden somit ein Verfahren zum Auffüllen eines internen Ausdehnungsbereiches eines Warmwasserspeichers, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und eine Verwendung angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren und der Warmwasserspeicher sowie die Verwendung zumindest dazu bei, eine einfache
und standortunabhängige Möglichkeit zum Auffüllen eines internen Ausdehnungsbereiches eines Warmwasserspeichers zu schaffen.
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Zudem erlaubt die Erfindung ein vollautomatisiertes Auffüllen des internen Ausdehnungsbereiches, wodurch der Nutzungskomfort erheblich gesteigert werden kann und auch Kosten für mögliche Wartungstermine zum Auffüllen des Ausdehnungsbereiches können entfallen.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigt:
- 1: einen hier vorgeschlagenen Warmwasserspeicher.
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1 zeigt beispielhaft und schematisch einen hier vorgeschlagenen Warmwasserspeicher 1. Dieser kann einen Aufnahmebereich 2 aufweisen, die von einer Wandung 3 umschlossen wird. Der Aufnahmebereich 2 kann einen Ausdehnungsbereich 9 im (in Aufstellposition) oberen Bereich des Aufnahmebereiches 2 umfassen, in dem ein mit Druck beaufschlagtes Gas, insbesondere Luft, enthalten sein kann.
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Der Aufnahmebereich 2 kann durch ein Trennelement 11 den Ausdehnungsbereich 9 von dem enthaltenen Wasser separieren. Das Trennelement 11 kann insbesondere eine Dichte aufweisen, die geringer als die Dichte von Wasser ist und somit auf dem enthaltenen Wasser schwimmen.
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Der Warmwasserspeicher 1 kann im Ausdehnungsbereich 9 eine Öffnung 4 mit einem Ventil 5 in der Wandung 3 aufweisen, die mit einer Pumpe 6 verbunden sein kann. Die Pumpe kann ein gasförmiges Fluid, im vorliegenden Beispiel Luft, mit Druck beaufschlagen und dem Ausdehnungsbereich 9 über die Öffnung 4 zuführen.
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Der Warmwasserspeicher 1 kann zudem mit einem Heizgerät 8 verbunden sein, beispielsweise mit einem Heizkreislauf, der über einen (hier nicht gezeigten) Wärmetauscher das im Warmwasserspeicher 1 enthaltene Warmwasser erwärmen kann. Über ein Entnahmerohr 10 kann dem Warmwasserspeicher 1 Warmwasser entnommen werden, wobei das Entnahmerohr 10 für eine Berücksichtigung einer Temperaturschichtung im Warmwasserspeicher 1 und eine damit verbundene Entnahme von Warmwasser möglichst hoher Temperatur in einem oberen Bereich mündet. Eine Überfüllung des Ausdehnungsbereiches 9 kann eine Ausdehnung des (luftgefüllten) Ausdehnungsbereiches 9 bis zur Mündung des Entnahmerohres 10 bedeuten, wodurch aus dem Entnahmerohr 10 Luft (aus dem Ausdehnungsbereich 9) austritt.
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In der Wandung 3 des Warmwasserspeichers 1 können zudem Näherungsschalter 15 im Bereich einer ersten Grenzposition 12 und einer zweiten Grenzposition 13 angeordnet sein. Das Trennelement 11 kann zudem in einem äußeren Bereich nahe der Wandung 3 einen Positionsindikator 14 aufweisen. Die erste Grenzposition 12 kann dabei ein Mindestvolumen und die zweite Grenzposition ein Sollvolumen des Ausdehnungsbereiches 9 kennzeichnen. Beispielsweise können die Näherungsschalter 15 als Magnetschalter und der Positionsindikator 14 als Magnet ausgeführt sein.
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Ein Regel- und Steuergerät 7 kann zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein und hierfür mit den Näherungsschaltern 15 und der Pumpe 6 elektrisch verbunden sein. So kann eine vollautomatisierte Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens realisiert werden. So kann das Regel- und Steuergerät 7 bei einem Erfassen eines Erreichens der ersten Grenzposition 12 durch das Trennelement 11 mittels eines Näherungsschalters 15 durch eine Ansteuerung die Pumpe 6 in Betrieb genommen werden und so der Ausdehnungsbereich 9 durch Druckluft aufgefüllt werden, wodurch sich das Trennelement 11 in Richtung der zweiten Grenzposition 13 bewegen kann. Bei einem Erreichen der zweiten Grenzposition 13 kann das Regel- und Steuergerät 7 die Pumpe 6 ausschalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Warmwasserspeicher
- 2
- Aufnahmebereich
- 3
- Wandung
- 4
- Öffnung
- 5
- Ventil
- 6
- Pumpe
- 7
- Regel- und Steuergerät
- 8
- Heizgerät
- 9
- Ausdehnungsbereich
- 10
- Entnahmerohr
- 11
- Trennelement
- 12
- erste Grenzposition
- 13
- zweite Grenzposition
- 14
- Positionsindikator
- 15
- Näherungsschalter
