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Die
Erfindung bezieht sich auf eine kompakte Armatureneinheit und auf
einen Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter, die zusammen eine modular aufgebaute
Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung bilden.
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Eine
derartige Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung ist aus dem deutschen
Gebrauchsmuster
DE
29510126 U1 und aus dem deutschen Patent
DE 19705741 C1 bekannt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannte Vorrichtung unter
weitgehender Beibehaltung ihrer bewährten Funktionen konstruktiv
so zu verbessern, dass eine Serienfertigung der Vorrichtung möglich wird
und dass gleichzeitig eine einfache Entkalkung bzw. Entschlammung
des Flüssigkeitskreislaufsystems
möglich
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung mit
einer kompakte Armatureneinheit nach dem Anspruch 1 und durch einen
Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter
nach dem Anspruch 2 gelöst.
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Gemäß der Erfindung
wandelt ein Permanentmagnet, der am zweckmäßigsten in der Einlaufleitung
der Ausdehnung- und Entgasungsvorrichtung angebracht ist, nadelförmige Kalkpartikel
in flockenförmige
Kalkkristalle um. Diese flockenförmigen Kalkkristalle
reichern sich im Flüssigkeitskreislaufsystem
an. Im Verlauf der Druckentspannung, die in der erfindungsgemäßen Ausdehnungs-
und Entgasungsvorrichtung abläuft,
wandeln sich die flockenförmigen
Kalkkristalle in einem zweiten Schritt in amorphen, sandförmigen Kalk
um. Dieser sandförmige
Kalk kann durch die erfindungsgemäße Reinigungsöffnung leicht
entfernt werden.
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Eine
der Armaturen in der kompakten Armatureneinheit ist ein Entspannungsventil,
durch welches Flüssigkeit
aus einer unter dem Betriebsdruck stehenden Zirkulationsleitung
in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter strömt. An dieser Stelle kann ein Überströmventil
verwendet werden, das rein mechanisch unter der Wirkung der Druckdifferenz öffnet. Die
Druckdifferenz beträgt
beispielsweise 0,2 bar. Ein zusätzlicher
Hubmagnet zur Öffnung
des Differenzdruckventils durch die elektronische Steuerung ist
also nicht unbedingt erforderlich. Durch das Weglassen eines Hubmagneten
und der entsprechenden elektronischen Ansteuerung vereinfacht sich
die kompakte Armatureneinheit, ohne dass ein Funktionsverlust eintritt.
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Die
erfindungsgemäße Ausdehnungs-
und Entgasungsvorrichtung weist eine Frischwassernachspeisung auf,
um Flüssigkeitsverluste
auszugleichen. Auch dieses Frischwasser kann kalkhaltig sein. Um
einen Eintrag von Kalk in das Flüssigkeitskreislaufsystem
zu vermeiden, empfiehlt die deutsche VDI-Richtlinie 2035 eine Enthärtung, d.
h. eine thermische Entkalkung des Frischwassers. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
eine solche Teilentsalzung aufgrund der Druckentspannung. Der im
Bodenbereich abgelagerte Kalk- und Oxidschlamm kann leicht entnommen
bzw. abgesaugt werden.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen
dieser Neukonstruktion sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Heizungsanlagen älteren Typs
sind häufig mit
drei separaten Zusatzgeräten
ausgerüstet,
nämlich
einem Druckhaltegerät
mit Ausdehnungsbehälter,
einem Entgasungsgerät
und einem Nachspeisegerät.
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Die
Montage der Geräte,
die Inbetriebnahme und erforderliche Wartung werden in diesem Fall
jeweils separat vorgenommen.
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Seit
einigen Jahren sind Kombinationsgeräte bekannt geworden, welche
die Funktion der Druckhaltung, Ausdehnung, Entgasung des Flüssigkeitskreislaufsystems
und Nachspeisung von Frischwasser in einem Gerät vereinen. Zum Anschluss an
das Flüssigkeitskreislaufsystem
können
dabei eine Zirkulationsleitung (um gashaltiges zirkulierendes Material zwecks
Entgasung heranzuführen)
und eine separate Ausdehnungsleitung dienen (um den statischen Druck
im Flüssigkeitskreislaufsystem
in seinem Nullpunkt zu erfassen). Das eingangs genannte Gebrauchsmuster
DE-GM 29510126 zeigt ein derartiges Kombinationsgerät.
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Solche
Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtungen wurden in handwerklicher
Einzelstückfertigung
hergestellt. Zu diesem Stand der Technik gehört eine Steuerelektronik, die
einen Programmablauf steuert und die eine Sammelstörmeldung
für sämtliche
Steuerfunktionen ausgeben kann. Die einzelnen Funktionselemente
und Armaturen (Ventile, Pumpen, Rohranschlüsse, Messsensoren und Steuerelektronik)
werden an den unterschiedlichsten Stellen des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters montiert.
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Nach
der Erfindung werden die Funktionselemente und Armaturen kompakt
in einer Montageebene und der Permanentmagnet an einer Einlaufleitung
montiert. Die erfindungsgemäße Montageebene befindet
sich in unmittelbarer Nähe
des Ausdehnungsbehälters.
Der Ausdehnungsbehälter übernimmt
und bevorratet dasjenige Volumen aus dem Flüssigkeitskreislaufsystem, das
zum Ausgleich von Temperatur- und Druckänderungen dient. Die Ausdehnungsmenge
wird üblicherweise
nach DIN für gashaltiges
Wasser errechnet; die Größe des Ausdehnungsbehälters wird
entweder nach dieser Menge oder auch etwas kleiner dimensioniert,
da entgastes Wasser einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten besitzt.
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Das
Ausdehnungswasser im Behälter
steht nicht mit der Außenluft
in Verbindung. Diese Trennung gegen den Luftsauerstoff ist Voraussetzung
für einen
Korrosionsschutz im Ausdehnungsbehälter und in allen Teilen des
Flüssigkeitskreislaufsystems. Der
Druck im Behälter
ist gegenüber
dem Betriebsdruck im Flüssigkeitskreislaufsystem
deutlich reduziert bzw. „drucklos", jedoch nicht identisch
mit dem Atmosphärendruck.
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Profilgummilitzen
als Lippendichtungen und Abstandshalter an den Stirnseiten eines
gerollten Blechs (d. h. an den Stirnseiten der Behälterwand) gewährleisten
die Dichtigkeit des druckreduzierten oder „drucklosen" Behälters auf
der Bodenseite und auf der Deckelseite.
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Die
wasserführenden
Teile (druckreduzierter Behälter,
Rohre) werden isoliert (beispielsweise mit Mineralwolle und einer
reflektierenden Folie); diese Ummantelung verhindert Wärmeverlust
und Schwitzwasserbildung. Zu der Wärmeisolierung trägt auch eine
Außenverkleidung
des Behälters
bei, die durch einen hinreichenden Abstand zum Behälter ein
Luftpolster zwischen Behälter
und Ummantelung frei lässt.
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Aufstellfüße mit Distanzschrauben
am Behälterboden
nivellieren Bodenunebenheiten am Aufstellort.
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In
der kompakten Armatureneinheit läuft
folgende Entgasung ab:
Eine Zirkulationsleitung steht gleichzeitig
mit einer Ausdehnungsleitung in Verbindung; am Ende der Ausdehnungsleitung
befindet sich ein Überströmventil
oder Druckdifferenzventil. Auf diese Art kann gashaltiges Wärmeträgermedium
in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter gelangen.
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Wenn
bei einem Ausführungsbeispiel
das Überströmventil
mittels eines zusätzlichen
Hubmagneten geöffnet
wird, fließt
das Wärmeträgermedium aus dem
Flüssigkeitskreislaufsystem
ab und in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter hinein. Dieses Überströmen wird
auch durch die Druckdifferenz am Überströmventil bestimmt. Der Druck
auf der Seite des Flüssigkeitskreislaufsystems
ist der Gesamtdruck, der sich aus dem statischen Druck (in der Ausdehnungsleitung)
und dem dynamischen Druck (Strömungsdruck)
in der Verbindungsleitung zusammensetzt. Auf der druckreduzierten
Seite des Überströmventils
sind die verhältnismäßig geringen Überdrücke und
Unterdrücke
wirksam, die sich im Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter einstellen.
Bei einer Druckdifferenz von maximal 0,4 bar schließt das Überströmventil
wieder.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel kann
das Überströmventil
ohne elektrisch angesteuerten Hubmagneten bei 0,2 bar Druckdifferenz öffnen.
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Die
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Vormontage der kompakten
Armatureneinheit. Bisher wurden Armaturen, Pumpe, Elektronik und Frischwasserspeisung
in handwerklicher Weise voneinander getrennt montiert. Nach Gegebenheit
vor Ort und nach Bedarf wurden die einzelnen Funktionen mit Leitungen
in die vorhandenen Systeme eingebunden.
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Diese
Montage ist teuer. Beim Betrieb können sich ferner die einzelnen
Funktionen in unübersichtlicher
Weise überschneiden
oder stören.
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Mit
der Erfindung kann serienmäßig eine Montageebene
produziert werden, die bei der Anschlussmontage von Behälter und
Armatureneinheit einfach und übersichtlich
ist und die einen sicheren Betriebsablauf gewährleistet. Die serienmäßige Fertigung
dieser Montage ist besonders kostengünstig.
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Die
für Druckhaltung,
Entgasung/Korrosionsschutz und Frischwassernachspeisung wesentlichen Bauelemente
umfassen:
Eine Druckhaltepumpe, ein Differentialdruckventil oder Überströmventil,
ein Manometer, einen Druckwächter
mit Messstelle in der Ausdehnungsleitung, eine Steuerelektronik,
eine Zirkulationsleitung, einen Permanentmagneten, eine Ausdehnungsleitung,
ein Frischwassermagnetventil sowie (in einer Nasszelle gelegen)
ein Vakuumbrecher, ein Gasablassventil und ein Schwimmer mit Klappventil.
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Das
Frischwassermagnetventil und die Nasszelle sind durch ein Rohr,
vorzugsweise einen Kunststoffschlauch, verbunden, so dass die nach DIN
erforderliche Systemtrennung gewährleistet
ist.
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Die
Platine für
die elektronische Steuerung befindet sich in einem Gehäuse mit
einem ausklappbaren Deckel. Der ausklappbare Deckel trägt die Steuerelemente,
z. B. den Betriebsschalter, Ein/Aus, die Störmeldungsanzeige für fehlenden
Druck und weitere Sonderfunktionen.
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Die
Erfindung wird anhand der
1 bis
4 näher erläutert, die
in schematischen Seitenansichten den modularen Aufbau der Ausdehnungs- und
Entgasungsvorrichtung zeigen. Die Erfindung nutzt eine Reihe von
Bauteilen, die mit vergleichbarer Funktion in dem eingangs genannten
Gebrauchsmuster DE-GM 29510126 (insbesondere dort
4) und
in dem eingangs genannten Patent
DE 19705741 dargestellt
sind. Hierbei handelt es sich um die folgenden Armaturen und Bauteile:
- Ventilteller aus Metall
- Dichtungsscheibe aus Silikon
- Entleerungsventil 28
- Zulaufleitung 15 einer Zirkulationsleitung
- Rücklaufleitung 16 einer
Zirkulationsleitung
- Isolierung 9b
- Druckwächter 21
- Druckhaltepumpe 20
- Rückschlagventil 13 für Druckhaltepumpe 20
- Differenzdruckventil 19
- Elektrisch gesteuertes Ventil 1 für Frischwasser (Frischwasser-Magnetventil 1)
- Medium F des Flüssigkeitskreislaufsystems
(z. B. A5)
- Gasvolumen E im Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9
- Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9
- Ansaugöffnung
für Druckhaltepumpe 20
- Niveauschalter oben 34
- Niveauschalter unten 34a
- Frischwasserzulaufleitung 2
- Überlaufsyphon 38
- Sicherheitsüberlaufrohr 5
- Einlassöffnung
für Ausdehnungsleitung 17
- Wasseraustritt für
Frischwasser 2b
- Wasserstandsglas 53
- Nasszelle 1a als Trennvorrichtung für flüssige und gasförmige Medien
E, F
- Ausdehnungsleitung 17
- Vakuumbrecher 3
- Elektrokabel 101 für
Steuerelektronik 100
- Verbindungsleitung 18 zwischen Zirkulationsleitung 15, 16 und
Ausdehnungsleitung 17
- Manometeranzeige 22
- Elektronische Steuerung 100
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Diese
Bauteile werden als zweckmäßige Ausgestaltungen
in die Offenbarung der vorliegenden Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung
einbezogen. Auf Grund der Montageebene 26 kommen die folgenden
Bauteile hinzu oder wurden konstruktiv abgeändert, von denen nur die wichtigsten
in 4 mit der zugehörigen Bezugszeichenliste dargestellt sind:
- Armaturenbodenblech 27
- Behälterdeckel 10
- Behälterboden 11
- Behälterwand 9a
- Durchführung
der Druckhaltepumpe 20
- Rückschlagventil 13 am
Fuß der
Pumpensaugleitung
- Durchführung
der Ausdehnungsleitung 17
- Gasablass- und Sicherheitsüberlaufventil 4
- Ventilsitz für
Gasablass 4
- Frischwassernachspeiseventil (Schwimmer mit Klappenventil) 2b
- Ventilsitz für
Klappventil 2b
- Ventilsitz für
Vakuumbrecher 3
- Nasszelle 1a
- Überlaufkammer 6 der
Nasszelle 1a
- Schwimmerkammer 2a der Nasszelle 1a
- Abdichtung 7 der Nasszelle 1a
- Abdichtung 7 des Behälterbodens 11
- Abdichtung 7 des Behälterdeckels 10
- Distanzhalter 8 mit Verschraubungen oder Spannern
- Aufstellfüße 39 auf
Nivellierschrauben am Behälterboden 11
- Schutzverkleidung 23 mit Lüftungsschlitzen für kompakte
Armatureneinheit 25
- Isolierende Ummantelung 9b und Schutzverkleidung für Ausdehnungs-
und Entgasungsbehälter 9
- Anzeigen A im Bedienungsfeld der Armatureneinheit 25
- Senkrechte Trennwand 40 der Überlaufkammer 6 und
der Schwimmerkammer 2a in der Nasszelle 1a
- Wasservorlage in der Schwimmerkammer 2a
- Schwimmerkugel des Frischwassernachspeiseventils 2b
- Feder des Vakuumbrechers 3
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Die 1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem das Flüssigkeitskreislaufsystem
ein Kältekreis
A5 ist und bei dem ein Permanentmagnet 24 an einer Einlaufleitung 15 angeordnet
ist. Die Einlaufleitung 15 bildet mit einer Auslaufleitung 16 eine
Zirkulationsleitung. Die Flüssigkeit zirkuliert
aus einer Rücklaufleitung
des Flüssigkeitskreislaufsystems
A5 über
die Einlaufleitung 15 vorbei an dem Permanentmagneten 24 über ein
Absperrventil 14 in der Auslaufleitung 16 zu einem
Anschluss in einer Vorlaufleitung des Flüssigkeitskreislaufsystems A5,
der saugseitig der Umwälzpumpe 41 liegt. Die
Zirkulationsleitung 15, 16 ist über eine
Verbindungsleitung 18 mit einer Ausdehnungsleitung 17 verbunden.
Durch die Ausdehnungsleitung 17 kann Flüssigkeit über ein Überströmventil 19 in den
Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 überströmen. Vor
dem Überströmventil 19 befinden
sich in dem Armaturen- und Steuerbereich 25 ein Manometer 22 und
ein Druckwächter 21,
die den Betriebsdruck in der Ausdehnungsleitung 17 messen
und überwachen.
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In 2a sind
schematisch die verschiedenen Bereiche des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters 9 in 1 bzw.
des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters 9 in 4 dargestellt.
Das Wasser, das aus dem Flüssigkeitskreislaufsystem
(also beispielsweise aus dem Kältekreis
A5 gemäß 1 oder
aus dem Heizkreis gemäß 4)
durch das Rohr 33 zuläuft,
wird in dem obersten Bereich 29 zusammen mit den darin
enthaltenen Gasen entspannt. In einem darunter liegenden Bereich 30 des
Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters 9 beruhigt
sich das Wasser. In einem darunter liegenden bodennäheren Bereich 31 setzen
sich Salze und Oxidschwebeteile ab. In dem noch bodennäheren Bereich 32 lagern sich
diese festen Stoffe, insbesondere der Kalk ab. Gemäß 2b können diese
Ablagerungen mittels eines Wassersaugers 35 abgesaugt werden.
Hierzu wird ein Saugschlauch 36 durch eine Reinigungsöffnung 37 (siehe 2)
geführt,
die in dem Ausdehnungs- und
Entgasungsbehälter 9 in
Höhe des
Beruhigungs- und Absetzungsbereichs 30, 31 gemäß 2a vorgesehen
ist.
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In 3 ist
die Frischwasser- Nachspeisung 2, 2a, 2b mit
Systemtrennung 1a, 2a, b schematisch dargestellt.
Das Frischwasser bei 2 wird anlässlich einer Nachspeisung ebenso
entspannt wie das flüssige Medium
des Flüssigkeitskreislaufsystems.
Dadurch findet eine Teilentgasung E des Frischwassers statt. Anschließend läuft das
teilentgaste Wasser beispielsweise in das warme Wasser F des Ausdehnungs-
und Entgasungsbehälters 9 gemäß 4. Dadurch
findet eine Enthärtung
des Frischwassers durch Erhitzen statt.
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Die 4 zeigt
ein zweites Beispiel der Erfindung, in dem der Permanentmagnet 24 an
einer Einlaufleitung 15 angebracht ist. In diesem Ausführungsbeispiel
zirkuliert die Flüssigkeit
in konventioneller Weise aus der Vorlaufleitung (druckseitig einer Umwälzpumpe)
vorbei an dem Permanentmagnet 24 in die Einlaufleitung 15 und
zurück über die
Auslaufleitung 16 in die Rücklaufleitung des Flüssigkeitskreislaufsystems.
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Die
modulare Vorrichtung ist laut 4 bei 15, 16 und 17 an
das Flüssigkeitskreislaussystem
anzuschließen
und besteht aus zwei Baugruppen. Die erste Baugruppe ist ein Ausdehnungs-
und Entgasungsbehälter 9 mit
einer aus Stahl gefertigten Behälterwand 9a,
die mittels eines lösbaren
Behälterbodens 11 und
eines lösbaren
Behälterdeckels 10 elastisch
dichtend gegen die Atmosphäre
abgeschlossen ist. Der Behälter 9 weist
Anschlussöffnungen
zur Durchführung
von Rohrverbindungen (bei 19 und 20) und/oder
zur Durchführung
von Ventilen (bei 2b, 3 und 4) in einer
Montageebene 26, vorzugsweise nur am Behälterdeckel 10,
auf.
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Die
zweite Baugruppe ist eine kompakte Armatureneinheit 25,
die an einer Außenfläche des
Behälters 9,
vorzugsweise auf dem Behälterdeckel 10, montiert
ist. Die kompakte Armatureneinheit 25 stellt die für den Betrieb
des Ausdehnung- und Entgasungsbehälters 9 vorgesehenen
Rohrverbindungen und sonstigen Anschlüsse in der einen Montageebene 26 bereit.
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Der
modulare Aufbau ermöglicht
eine Serienfertigung der Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung 9, 25.
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Die
Rohranschlussöffnungen
in der einzigen Montageebene 26 umfassen:
- – eine
Ansaugöffnung
zum Anschluss an die Druckhaltepumpe 20
- – eine
Einlassöffnung
zum Anschluss an die separate Ausdehnungsleitung 17 mit
dem Differenzdruckventil 19 (dieselbe Einlassöffnung dient auch
zur Entnahme von flüssigem
Medium aus der Zirkulationsleitung 15, 16, wofür das Differenzdruckventil 19 mit
einem speziellen elektromagnetischen Antrieb und einer Verbindungsleitung 18 zur
Zirkulationsleitung 15, 16 ausgestattet ist)
- – eine
gemeinsame Öffnung
für den
Gasablass 4 und für
einen Ablass von Medium in den Sicherheitsüberlauf 5
- – eine
Anschlussöffnung
für den
Vakuumbrecher 3 sowie
- – -eine Öffnung für die Frischwassernachspeisung 2, 2a, 2b mit
dem Frischwasserventil 1.
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Der
Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 ist
aus folgenden Teilen zusammengesetzt:
- – eine im
wesentlichen zylinderförmigen
Behälterwand 9a aus
Stahl
- – ein
im wesentlichen flacher Behälterboden 11 mit
Versteifungen 12 aus Stahl
- – ein
im wesentlichen flacher Behälterdeckel 10 aus
Stahl
- – eine
Ummantelung 9b aus reflektierendem und isolierendem Material
- – einem
Wasserstandsglas 53 mit zwei Niveauschaltern 34 und 43a
- – und
einem Füll-
und Entleerungsventil 28.
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Wand 9a,
Boden 11 und Deckel 10 des Behälters 9 können in
ungewöhnlich
einfacher Weise aus unlegiertem oder verzinktem Stahl, beispielsweise
St 37, bestehen.
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Edelstahl
oder Stahl mit korrosionshemmenden Zusätzen ist nicht unbedingt erforderlich,
weil das entgaste Medium lediglich einmalig eine passivierende Flächenkorrosion
an den inneren Begrenzungsflächen
des Behälters
hervorruft.
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Der
Behälter
kann jedoch aus Cr-Stahl bestehen. Alternativ kann auch eine Kunststoffhaut
auf die Stahloberfläche
aufgebracht werden.
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Die
zylindrische Behälterwand 9a wird
hergestellt, indem sie aus Stahlblech gerollt oder gewickelt wird.
Das Stahlblech wird in bekannter Weise zwischen zwei Wickelwalzen
hindurchgeführt,
wobei der Walzdruck die Krümmung
erzeugt. Nach diesem Umformen wird das Stahlblech an seinen übereinander
liegenden Endkanten zu einer Längsnaht
zusammengefügt.
Die Längsnaht
wird vorzugsweise durch ein umweltschonendes Verfahren abgedichtet,
zum Beispiel geheftet und anschließend gekittet. Eine Schweißnaht ist
nicht unbedingt erforderlich: das Schweißen würde eine chemische Nachbehandlung, beispielsweise
ein Ablaugen, zum Zwecke des Korrosionsschutzes erfordern und ist
deshalb nur in Sondefällen
vorgesehen.
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Der
Behälterdeckel 10 und
der Behälterboden 11 werden
durch eine lösbare
Befestigung (Verschraubung oder Verspannung) an einer zylinderförmigen Behälterwand 9a montiert.
Hierzu werden auf die ringförmigen
stirnseitigen Ränder
der Behälterwand 9a oben
und unten elastisch abdichtende Gummilitzen (Lippendichtungen 7)
aufgesteckt. An die Behälterwand 9a sind
oben und unten Distanzhalter 8 angeschweißt; an diese
Distanzhalter 8 werden der Behälterboden 11 und die
Behälterdeckel 10 z.
B. angeschraubt. Nach dem Festschrauben verbleibt für die Gummilippe 7 eine
Distanz zwischen dem abdichtenden Behälterrand und der Boden- bzw.
Deckelfläche;
die Distanz verhindert ein übermäßiges Quetschen
der Gummilippen 7. Bei dieser Montagetechnik steht der
Distanzhalter 8 also über
den Rand der Behälterwand 9 vor
und bildet jeweils einen Anschlag am Boden 11 und Deckel 10 des
Behälters 9,
wodurch eine Zerstörung
der elastischen Verbindung 7, etwa durch unsachgerechte
Montage, sicher vermieden wird.
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Der
Behälterboden 11 stützt sich
auf Füßen gegen
die feste Unterlage am Aufstellort der Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung
ab. Die Füße sind
als Nivellierschrauben ausgebildet, um Unebenheiten dieser Unterlagen
ausgleichen zu können.
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Der
druckreduzierte Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 wirkt in Bezug
auf das Flüssigkeitskreislaufsystem
unter anderem auch wie ein Beruhigungsbecken, an dessen Boden 11 sich Schlamm
absetzt, der aus dem Flüssigkeitskreislaufsystem
stammt. Dieser Schlamm kann von Zeit zu Zeit beseitigt werden, indem
der Behälterboden 11 abgenommen
wird und dort abgelagerter Schlamm entfernt wird. Hierzu wird die
gesamte Vorrichtung angehoben und aufgebockt, bevor der Behälterboden 11 entfernt
wird.
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Der
Behälterboden 11 ist
durch Versteifungen 12 gegen Verbiegung geschützt, die
durch Überdrücke und
Unterdrücke
im Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 auftreten kann.
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Der
Behälter 9 ist
vorzugsweise in einem Abstand mit aluminiumbeschichteten Platten 9b ummantelt.
Ein Teil des Zwischenraums zwischen Behälterwand 9a und Ummantelung 9b ist
mit Luft gefüllt.
Die Aluminiumschicht auf der Innenseite der Platte 9b reflektiert
die Wärmestrahlung,
die vom Behälter 9 ausgeht,
zurück
in den Innenraum. Die isolierende Wirkung dieser Ummantelung 9b beruht
also einerseits auf der üblichen
Wärmedämmung mittels Dämmmaterial
(Mineralwolle), andererseits auf einem Zurückwerfen des Strahlunganteils
in Verbindung mit der geringen Wärmekapazität der Luft,
soweit der Innenraum zwischen Behälterwand 9a und reflektierender
Ummantelung 9b mit Luft gefüllt ist.
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Ein
Wasserstandsglas 53 ragt von der Behälterwand nach außen, so
dass es von der Ummantelung 9b nicht verdeckt wird. Das
senkrechte Glasrohr 53 wirkt als verbundene Röhre, die
den schwankenden Wasserstand im Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 anzeigt.
Neben der direkten Beobachtung des Wasserstands hat das Glasrohr 53 eine weitere
Funktion. Mit dem Wasserstand im Glasrohr 53 steigt und
sinkt ein Schwimmer, der eine Schaltfunktion ausführt, wenn
er sich einem bestimmten oberen Niveau 34 oder einem bestimmten
unteren Niveau 34a nähert.
Es kann sich um einen oberen Reed-Kontakt und einen unteren Reed-Kontakt
handeln oder auch um Quecksilberschalter oder Federschalter. Die
Reed-Schalter 34, 34a signalisieren an die Steuerelektronik 100,
dass einer dieser beiden zur Steuerung herangezogenen Wasserstände erreicht
ist.
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Am
unteren Verbindungsstutzen des Wasserstandsglases 53 ist
ein Entleerungsventil 28 vorgesehen, zweckmäßigerweise
in Form einer Verlängerung
des unteren Verbindungsstutzens.
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Der
Druck im Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 ist deutlich
niedriger als der Betriebsdruck des Mediums im Flüssigkeitskreislaufsystem,
der an dem Manometer 22 abzulesen ist. Dieses Druckgefälle zwischen
Behälterdruck
und Betriebsdruck wird von der zwischengeschalteten Armatureneinheit 25 aufrechterhalten
und überwacht.
Zu diesem Zweck sind das Differenzdruckventil 19 und die Druckhaltepumpe 20 zwischen
das Flüssigkeitskreislaufsystem
und den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 eingefügt. Das
Differenzdruckventil 19, die Druckhaltepumpe 20,
der Druckwächter 21,
die erwähnten
Niveauschalter, die Steuerelektronik 100, die Zirkulationsleitung 15, 16,
die Ausdehnungsleitung 17, die Verbindungsleitung 18,
das Rückschlagventil 14 und
die Manometeranzeige 22 können beispielsweise so verschaltet
sein und so funktionieren, wie es in dem Gebrauchsmuster DE-GM 29510126 beschrieben
ist. Der konstruktiv erhebliche Unterschied besteht darin, dass
die genannten Armaturen und Bauteile zusammen mit weiteren, üblicherweise oben
am Behälter
aufgebrachten Ventilen in einer kompakten Armatureneinheit 25 zusammengefasst werden,
um sie in nur einer Montageebene 26 mit dem Ausdehnungs-
und Entgasungsbehälter 9 zu verbinden.
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Beim
Einlassen von Wasser steigt das Niveau von einem unteren auf ein
oberes Niveau an. Aus dem Entspannungsventil 4 wird Luft
herausgedrückt.
Das Einschalten der Pumpe 20 bewirkt ein Absinken des Niveaus
auf das untere Niveau, so dass eine Kolbenwirkung erreicht wird.
Da keine Luft in den Behälter
eindringen kann, entsteht ein Unterdruck.
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Das
Differenzdruckventil 19 ist 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 bei 22 und dem wesentlich geringeren Innendruck
des Behälters 9 ohne
weiteres durchgespült
werden.
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Der
reduzierte Behälterdruck
ist nicht gleich dem äußeren Atmosphärendruck.
Der Behälter 9 ist einerseits
luftdicht gegen die Atmosphäre
abgeschlossen und kann andererseits nur über druckbegrenzende Armaturen
innerhalb der Armatureneinheit (Vakuumbrecher 3, Gasablassventil 4)
mit der freien Atmosphäre
in Verbindung treten. Dementsprechend treten im Behälter 9 vorbestimmte Überdrücke und
Unterdrücke
auf. Der Behälter 9 ist
deshalb weder als massiver Druckbehälter noch als offener Behälter ausgelegt,
sondern als druckreduzierter Behälter
mit relativ dünnen
Wandstärken
und entsprechend geringem Gewicht, aber mit verlässlicher Abdichtung zwischen
den einzelnen Behälterkomponenten,
die als Wand 9a, Boden 11 und Deckel 10 leicht
herstellbar und leicht montierbar sind. Zur Abdichtung des Behälters 9 gehört auch
ein luftdichtes Aufsetzen eines neuartigen Armaturen-Bodenblechs 27.
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Die
kompakten Armatureneinheit 25 trägt auf dem Armaturen-Bodenblech 27 folgende
Armaturen:
- – eine niveauabhängige Frischwassernachspeisevorrichtung 1, 2, 2a, 2b,
die über
eine systemtrennende Nasszelle 1a mit Frischwasserzulauf 2 vom
Flüssigkeitskreislaufsystem
samt dem druckreduzierten, geschlossenen Behälter 9 getrennt ist
- – ein
Gasablassventil 4 für
einen mechanisch kontrollierten Ablass gasförmiger und ggf. flüssiger Medien,
insbesondere für
einen Gasablass aus dem Behälter 9 in
die unter Atmosphärendruck stehende
Umgebung
- – ein
Sicherheitsüberlaufrohr 5 für flüssiges Medium
- – ein
Vakuumbrecher 3 zur Begrenzung des Unterdrucks im Behälter 9
- – ein
Differenzdruckventil 19 mit elektromechanischem Antrieb
(Hubmagnet), das als Entspannungsventil für das flüssige Medium verwendet wird
- – eine
Druckhaltepumpe 20
- – verschiedene
Rückschlagventile
wie z. B. 13 und 14
- – eine
Steuerelektronik 100.
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Diese
Armaturen dienen zur Durchführung eines
Verfahrens, das eine Kombination von Druckhaltung, Entgasung von
zirkulierenden sowie unter Druck stehenden Medien (Korrosionsschutz)
und Nachspeisung umfasst.
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Die
kompakte Armatureneinheit 25 wird als vormontiertes Modul
in einer einzigen Montageebene 26, deren Lage und Anordnung
im Prinzip frei gewählt
werden kann, an den Behälter
angeschlossen. Die Armatureneinheit 25 wird vorzugsweise
in der Montageebene 26 oben auf den Behälterdeckel 10 montiert.
Bei kleinen Anlagen kann das Armaturenbodenblech 27 gleichzeitig
den Behälterdeckel 10 bilden.
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Bei
großen
Anlagen ist es zweckmäßig, die Armatureneinheit 25 unabhängig vom
Behälterdeckel 10 vorzumontieren.
Bei dieser Vormontage können
bestimmte Bauteile der Armatureneinheit (zum Beispiel der Vakuumbrecher 3 oder
die Druckstufe der Druckhaltepumpe 20) an der Unterseite
des Armaturenbodenblechs 27 angebaut werden. Die Pumpe 20 ist
nämlich
bei einer alternativen Ausführungsform
als Tauchpumpe (überflutete
Pumpe) ausgelegt, welche in das flüssige Medium eintaucht. Die
Verwendung einer Tauchpumpe anstatt der üblichen externen Druckhaltepumpe
spart Platz in dem Hauptteil der Armatureneinheit 25, auch
wenn der Pumpenmotor oberhalb des Armaturenbodenblechs 27 angeordnet
ist. Außerdem
ist das Laufgeräusch
leiser, wenn die Druckstufen der Tauchpumpe innerhalb des Behälters 9 liegen.
In jedem Fall geschieht die Montage so, dass alle Rohrverbindungen
in übersichtlicher Weise
in einer einzigen Montageebene liegen.
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Das
Rückschlagventil 14 ist
bereits in dem Gebrauchsmuster DE-GM 29510126 (dort unter dem Bezugszeichen 15)
vorgesehen. Ein weiteres Rückschlagventil
ist am Fuß der
Saugleitung der Druckhaltepumpe 20 vorgesehen, um ein versehentliches Zurückströmen von
Medium in den Behälter 9 an
dieser Stelle zu verhindern.
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Die
Monatageebene 26 ist nicht auf den Behälterdeckel 10 beschränkt. Es
liegt auch im Rahmen der Erfindung, die kompakte Armatureneinheit 25 über die
Bodenseite 11 an den Behälter 9 anzuschließen. Von
den Anschlussöffnungen
ragen jeweils Rohrstutzen in das Innere des Behälters 9. Die Länge dieser
Rohrstutzen wird so gewählt,
dass sie entweder im Bereich des flüssigen Mediums oder im Bereich
des darüberliegenden
Gasvolumens enden – je nach
Funktion der Armatur, die mit der entsprechenden Anschlussöffnung verbunden
ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
liegt die Montageebene 26 oberhalb des Behälterdeckels 10 und
umfasst die fünf
genannten Rohranschlüsse.
Wenn die Montageebene 26 mit den Rohranschlüssen an
den Behälterboden 11 verlegt
wird, so erfordert lediglich der Frischwasserzulauf 1, 2, 2a, 2b zusätzliche Überlegungen.
Die Nachspeisung in den druckreduzierten Behälter 9 kann dann aus
dem höher
liegenden speziellen Vorratsbehälter
oder auch aus einem tieferliegenden Vorratsbehälter mit spezieller Förderpumpe erfolgen.
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Die
Frischwassernachspeisung sowohl beim Zulauf 2 als auch
beim Überlauf 5 erfolgt
so, dass das Frischwassernetz vom Flüssigkeitskreislaufsystem getrennt
ist (Systemtrennung). Dieses Sicherheitsmerkmal gewährleistet,
dass kein flüssiges
Medium in das Frischwassernetz gelangt, und zwar selbst dann nicht,
wenn der druckreduzierte geschlossene Behälter 9 in einem Störungsfall
dem Betriebsdruck ausgesetzt sein sollte. Zu diesem Zweck verlangt
die DIN 1988 eine Luftstrecke für
das zugeführte
Frischwasser.
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Gleichzeitig
soll aber das Medium durch die Systemtrennung möglichst wenig mit Gas angereichert
werden. Ein Abschluss zum Behälter 9 erfolgt durch
die Lippendichtung 7 auf der Unterkante des Armaturbodenblechs 27 sowie
durch die Wasservorlage in der Schwimmerkammer 2a oder
Nasszelle 1a.
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Der
Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 steht
mit der Umgebungsluft nicht in einem freien, sondern in einem eng
begrenzten Gasaustausch. Gasaustausch bedeutet, dass die aus dem
Medium entfernten Gase durch das Gasablassventil 4 in die Überlaufkammer 6 der
Nasszelle 10 gelangen. Nur in einem Störungsfall kann ausnahmsweise
umgekehrt Luft durch den Vakuumbrecher 3 in den Ausdehnungs-
und Entgasungsbehälter 9 gelangen.
Bei diesem Sonderfall geht es darum, eine Beschädigung des Behälters 9 durch
einen zu großen
Unterdruck zu vermeiden.
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Im
Unterschied zum Stand der Technik sind beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in dem Armaturenbodenblech 27 drei Öffnungen
vorgesehen, die nicht als gewöhnliche
Rohrdurchführungen,
sondern als Ventilsitze konstruiert sind. D. h. die Nasszelle 1a innerhalb
der kompakten Armatureneinheit 25 kann entweder so konstruiert
sein, wie sie als Trennvorrichtung 54 in dem Gebrauchsmuster DE-GM
29510126 beschrieben ist; sie kann aber auch als neuartige Nasszelle 1a mit
zwei Kammern 2a und 6 ausgeführt sein, die oben offen und
unten mit einer Lippendichtung 7 wasserdicht auf das Armaturenbodenblech 27 aufgesetzt
ist. Die zwei Kammern 2a und 6 sind durch eine
senkrechte Trennwand getrennt; in der Schwimmerkammer 2a befindet
sind im normalen Betriebsfall eine Wasservorlage; die Überlaufkammer 6 dient
im normalen Betriebsfall dem Gasablass aus dem Entgasungsbehälter 9.
Die Überlaufkammer 6 der
Nasszelle 1a ist mit dem Sicherheitsüberlauf 5 verbunden
und lässt überschüssiges Medium
oder auch überschüssiges Frischwasser
sofort abfließen. Überschüssiges Medium
kann im Störungsfall
durch das Gasablassventil 4 in die Überlaufkammer 6 der
Nasszelle 1a gelangen, während überschüssiges Frischwasser im Störungsfall über eine Öffnung in
der Trennwand aus der Schwimmkammer 2a der Überlaufkammer 6 übertreten
kann. Abgesehen von diesem Sicherheitsüberlauf 5 bestimmt
die Nasszelle 1a mit den drei im Armaturenbodenblech 27 integrierten
Ventilen 2b, 3 und 4, über denen
die Nasszelle 1a befestigt ist, den Druck im Entgasungsbehälter 9.
Das Ventil 2b für
die Frischwassernachspeisung liegt in der Schwimmerkammer 2a der
Nasszelle 1a, in der die Wasservorlage den Schwimmerkörper von 2b trägt. Die Öffnungen
für den
Vakuumbrecher 3 und für
den Gasablass 4 münden
in die Überlaufkammer 6 der
Nasszelle 1a, die im Normalfall trocken ist.
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Der
Vakuumbrecher 3 ist als federbelastete Klappe vorzugsweise
unterhalb des Armaturenbodenblechs montiert, das Gasablassventil 4 oberhalb. Das
schwimmergesteuerte Klappenventil 2b für den Frischwasserzulauf ist
vorzugsweise in der Schwimmerkammer 2a in der Nähe des Armaturenbodenblechs 27 untergebracht.
Die drei Ventile haben das gemeinsame Konstruktionsmerkmal, dass
ein metallener Ventilteller eine Dichtungsscheibe trägt, mit
der er an einem Ventilsitz anliegt, der ein Teil des Armaturenbodenblechs 27 ist.
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Der
Ventilteller 2b für
den Frischwasserzulauf ist durch ein Rohr mit der Schwimmerkugel
in der Schwimmerkammer 2a verbunden. Das Ventil des Vakuumbrechers 3 enthält eine
Feder, die den Unterdruck im Behälter 9 auf
etwa 200 mbar begrenzt. Das Gasablassventil 4 wirkt ohne
Feder durch sein Eigengewicht.
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Die
Steuerelektronik 100 empfängt Messsignale von dem oberen
Niveauschalter 34, von dem unteren Niveauschalter 34,
von einem eingebauten Zeitgeber und bei allgemein zu geringem Betriebsdruck – von dem
Druckwächter 21.
Die Elektronik 100 sendet Steuersignale an den elektromechanischen Antrieb
des Differenzdruckventils 19 (d. h. der Hubmagnet setzt
die Ansprechschwelle des Ventils 19 herab); ferner werden
Steuersignale an die Druckhaltepumpe 20 und an das Magnetventil 1 für den Frischwasserzulauf
gegeben. Die Elektronik 100 sendet auch Anzeigesignale
zu einem Bedienungsfeld der Armatureneinheit, die den Betreiber über den Betriebszustand
der Anlage 10 informieren.
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Der
Entgasungszyklus wird (wie in dem Gebrauchsmuster DE-GM 29510126
beschrieben) durch Zeitintervalle und/oder den Füllstand im Behälter 9 gesteuert.
Es genügen
minimal etwa vier Entspannungszyklen pro Stunde, um das flüssige Medium
in einem entgasten Zustand zu halten. Wenn die Anlage erstmals oder
mit ausgewechseltem Medium erneut in Betrieb genommen wird, wird
die Elektronik 100 von Hand auf ein Programm umgeschaltet,
in dem die Entgasungszyklen (einige Tage lang) dichter aufeinander
folgen. Die Druckhaltepumpe 20 läuft z. B. zehnmal pro Stunde
an.
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Durch
die Entgasung sinkt der Sauerstoffgehalt im flüssigen Medium auf 0,045 bis
0,080 mg pro Liter. Für
Heizungsanlagen wird vom VDI ein Sauerstoffgehalt von weniger als
0,1 mg pro Liter empfohlen. Die Entgasungsvorrichtung unterschreitet
also den empfohlenen Grenzwert erheblich. Außerdem entweichen alle Gase
wie H2, N2 usw. Weil bei der Entgasung auch Kohlendioxid entfernt
wird, sinkt der Säuregehalt
im flüssigen
Medium. Es stellt sich eine alkalische Qualität der Heizungsflüssigkeit
ein. Der pH-Wert liegt bei 8,5 bis 9,0. Ebenso verringert sich die
Ausdehnungsmenge der Anlage wesentlich gegenüber dem Volumen, das in der
einschlägigen
DIN angegeben ist. Dadurch wird Energie gespart und der Wirkungsgrad
der Heizanlage optimiert.
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Die
kompakte Armatureneinheit 25 nimmt die Armaturen in einer
Verkleidung 23 mit Lüftungsschlitzen
auf. An der Vorderseite der Verkleidung 23 sind die elektrischen
Bedien- und Anzeigeelemente angebracht. Seitlich sind die Rohranschlüsse herausgeführt, welche
die Verbindungen herstellen
- – zum Vorlauf 15 der
Zirkulationsleitung, der vom Vorlauf des Flüssigkeitskreislaufsystems abzweigt
- – zum
Rücklauf 16 der
Zirkulationsleitung, der in dem Rücklauf des Flüssigkeitskreislaufsystems mündet oder
(s. unten) als Ausdehnungsleitung am druckneutralen Bereich des
Flüssigkeitskreislaufsystems
endet
- – zur
separaten Ausdehnungsleitung 17 des Flüssigkeitskreislaufsystems (s.
unten)
- – zum
Siphon des Sicherheitsüberlaufrohrs 5
- – und
zum Frischwasseranschluss bei 1.
-
Die
separate Ausdehnungsleitung 17 ist optional. Bei kleineren
Geräten
genügt
die Zirkulationsleitung 15, 16. Sie kann als Ausdehnungsleitung
benutzt werden, wenn sie den statischen Druck im Flüssigkeitskreislaufsystem
hinreichend genau auf das Differenzdruckventil 19 ausübt.
-
- 1
- Gesteuertes
Frischwasserventil
- 1a
- Nasszelle
- 2,
2a, 2b
- Frischwassereinspeisung
- 3
- Vakuumbrecher
(Ventil)
- 4
- Gasablass
(Ventil)
- 5
- Sicherheitsüberlauf
- 6
- Überlaufkammer
der Nasszelle 1a
- 7
- Lippendichtungen,
Gummilippen, elastische Verbindung
- 8
- Distanzhalter
- 9
- Ausdehnungs-
und Entgasungsbehälter
- 9a
- Behälterwand
- 9b
- Ummantelung
mit Platten
- 10
- Behälterdeckel
- 11
- Behälterboden
- 12
- Versteifungen
- 13
- Rückschlagventil
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- Einlaufleitung
einer Zirkulationsleitung
- 16
- Auslaufleitung
einer Zirkulationsleitung
- 17
- separate
Ausdehnungsleitung
- 18
- Verbindungsleitung
- 19
- Differenzdruckventil, Überströmventil
- 20
- Druckhaltepumpe
- 21
- Druckwächter
- 22
- Manometer
- 23
- Schutzverkleidung
- 24
- Permanentmagnet
- 25
- Armatureneinheit,
Armaturen- und Steuerbereich
- 26
- Montageebene
- 27
- Armaturen-Bodenblech
- 28
- Füll- und
Entleerungsventil
- 29
- Oberster
Bereich, Entspannungsbereich
- 30
- Beruhigungsbereich
- 31
- bodennäherer Bereich,
Absetzungsbereich
- 32
- Bodenbereich,
Ablagerungsbereich
- 33
- Wasserzulaufrohr
- 34
- oberer
Niveauschalter
- 34a
- unterer
Niveauschalter
- 35
- Wassersauger
- 36
- Saugschlauch
- 37
- Reinigungsöffnung
- 38
- Überlaufsyphon
- 39
- Aufstellfüsse
- 40
- Trennwand
- 41
- Umwälzpumpe
- 53
- Wasserstandsglas
- 100
- Steuerelektronik
- 101
- Elektrokabel
- A5
- Kältekreis
- A
- Schaltuhr,
LED-Anzeige, Warn-Ton, Sicherheitsabschaltung
- B
- Software
- C
- Kolbenwirkung
- D
- Einbindung
in den Heizkreis oder Kältekreis
A5
- E
- Teilentgasung
Luft/Dampf
- F
- Wasser
(max. 100 Grad), Medium
- G
- Kalkablagerung