DE19705741C1 - Modulare Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung für ein Flüssigkeitskreislaufsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung für Flüssigkeitskreislaufsysteme, wie sie aus dem Gebrauchsmuster DE 295 10 126 U1 bekannt ist.

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.

Diese Aufgabe wird durch eine modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Neukonstruktion sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Heizungsanlagen älteren Typs sind häufig mit drei separaten Zusatzgeräten ausgerüstet, nämlich einem Druckhaltegerät mit Ausdehnungsbehälter, einem Entgasungsgerät und einem Nachspeisegerät.

Die Montage der Geräte, die Inbetriebnahme und erforderliche Wartung werden in diesem Fall jeweils separat vorgenommen.

Seit einigen Jahren sind Kombinationsgeräte bekannt geworden, welche die Funktionen der Druckhaltung, Ausdehnung, Entgasung des Flüssigkeitskreis­ laufsystems und Nachspeisung von Frischwasser in einem Gerät vereinen. Zum Anschluß an das Flüssigkeitskreislaufsystem können dabei eine Zirkula­ tionsleitung (um gashaltiges zirkulierendes Material zwecks Entgasung her­ anzuführen) und eine separate Ausdehnungsleitung dienen (um den statischen Druck im Flüssigkeitskreislaufsystem in seinem Nullpunkt zu erfassen). Das eingangs genannte Gebrauchsmuster DE 295 10 126 U1 zeigt ein derartiges Kombinationsgerät.

Solche Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtungen wurden in handwerklicher Einzelstückfertigung hergestellt. Zu diesem Stand der Technik gehört eine Steuerelektronik, die einen Programmablauf steuert und die eine Sammel­ störmeldung für sämtliche Steuerfunktionen ausgeben kann. Die einzelnen Funktionselemente und Armaturen (Ventile, Pumpen, Rohranschlüsse, Meß­ sensoren und Steuerelektronik) werden an den unterschiedlichsten Stellen des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters montiert.

Nach der Erfindung werden die Funktionselemente und Armaturen kompakt in einer Montageebene montiert. Die erfindungsgemäße Montageebene befin­ det sich in unmittelbarer Nähe des Ausdehnungsbehälters, vorzugsweise oberhalb oder auch unterhalb des Ausdehnungsbehälters. Der Ausdehnungs­ behälter übernimmt und bevorratet dasjenige Volumen aus dem Flüssigkeits­ kreislaufsystem, 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.

Das Ausdehnungswasser im Behälter steht nicht mit der Außenluft in Ver­ bindung. 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, jedoch nicht identisch mit dem Atmosphärendruck.

Profilgummilitzen als Lippendichtungen und Abstandshalter an den Stirnseiten eines gerollten Blechs (d. h. an den Stirnseiten der Behälterwand) gewähr­ leisten die Dichtigkeit des druckreduzierten Behälters auf der Bodenseite und auf der Deckelseite.

Die wasserführenden Teile (druckreduzierter Behälter, Rohre) werden isoliert (beispielsweise mit Mineralwolle und einer reflektierenden Folie); diese Ummantelung verhindert Wärmeverluste 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.

Aufstellfüße mit Distanzschrauben am Behälterboden nivellieren Bodenuneben­ heiten am Aufstellort.

In der kompakten Armatureneinheit läuft folgende Entgasung ab:

Eine Zirkulationsleitung führt gashaltiges Wärmeträgermedium heran. Diese Zirkulationsleitung steht gleichzeitig mit einer Ausdehnungsleitung in Ver­ bindung; am Ende der Ausdehnungsleitung befindet sich ein Überströmventil oder Druckdifferenzventil. Auf diese Art kann gashaltiges Wärmeträgermedi­ um in den Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter gelangen.

Wenn das Überstromventil 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 Überstromventil 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 zusammen­ setzt. Auf der druckreduzierten Seite des Überstromventils sind die verhält­ nismäßig geringen Überdrücke und Unterdrücke wirksam, die sich im Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter einstellen. Bei einer Druckdifferenz von maximal 0,4 bar schließt das Überstromventil wieder.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Vormontage der kompakten Armatureneinheit. Bisher wurden Armaturen, Pumpe, Elektronik und Frisch­ wassernachspeisung in handwerklicher Weise voneinander getrennt montiert. Nach Gegebenheit vor Ort und nach Bedarf wurden die einzelnen Funktionen mit Leitungen in die vorhandenen Systeme eingebunden.

Diese Montage ist teuer. Beim Betrieb können sich ferner die einzelnen Funktionen in unübersichtlicher Weise überschneiden oder stören.

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.

Die für Druckhaltung, Entgasung/Korrosionsschutz und Frischwassernach­ speisung wesentlichen Baulemente umfassen:
eine Druckhaltepumpe, ein Differentialdruckventil oder Überstromventil, ein Manometer, einen Druckwächter mit Meßstelle in der Ausdehnungsleitung, eine Steuerelektronik, eine Zirkulationsleitung, eine Ausdehnungsleitung, ein Frischwassermagnetventil sowie (in einer Naßzelle gelegen) ein Vakuum­ brecher, ein Gasablaßventil und ein Schwimmer mit Klappenventil.

Das Frischwassermagnetventil und die Naßzelle sind durch ein Rohr, vor­ zugsweise einen Kunststoffschlauch, verbunden, so daß die nach DIN erfor­ derliche Systemtrennung gewährleistet ist.

Die Platine für die elektronische Steuerung befindet sich in einem Gehäuse mit einem ausklappbaren Deckel. Der ausklappbare Deckel trägt die Steuer­ elemente, z. B. den Betriebssschalter Ein/Aus, die Störmeldungsanzeige für fehlenden Druck und weitere Sonderfunktionen.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 näher erläutert, die in einer schema­ tischen Seitenansicht den modularen Aufbau der Ausdehnungs- und Entga­ sungsvorrichtung zeigt.

Die Erfindung nutzt eine Reihe von Bauteilen, die mit vergleichbarer Funk­ tion in dem eingangs genannten Gebrauchsmuster DE 295 10 126 U1 (ins­ besondere dort Fig. 4) dargestellt sind. Hierbei handelt es sich um die folgenden gleichartigen Armaturen und Bauteile:

Bauteile

Ventilteller aus Metall
Dichtungsscheibe aus Silikon
Entleerungsventil
Zulaufleitung einer Zirkulationsleitung
Rücklaufleitung einer Zirkulationsleitung
Isolierung
Druckwächter
Druckhaltepumpe
Rückschlagventil für Druckhaltepumpe
Differenzdruckventil mit elektromechani­ schem Antrieb
Elektrisch gesteuertes Ventil für Frischwasser (Frischwasser-Magnetventil)
Medium des Flüssigkeitskreislaufsystems
Gasvolumen im Ausdehnungs- und Entga­ sungsbehälter
Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter
Ansaugöffnung für Druckhaltepumpe
Niveauschalter oben
Niveauschalter unten
Frischwasserzulaufleitung
Überlaufsyphon
Sicherheitsüberlaufrohr
Einlaßöffnung für Ausdehnungsleitung
Wasseraustritt für Frischwasser
Wasserstandsglas
Naßzelle als Trennvorrichtung für flüssige und gasförmige Medien
Ausdehnungsleitung
Vakuumbrecher
Elektrokabel der Steuerelektronik
Verbindungsleitung zwischen Zirkulations­ leitung und Ausdehnungsleitung
Manometeranzeige
Elektronische Steuerung

Diese Bauteile werden als zweckmäßige Ausgestaltungen in die Offenbarung der vorliegenden Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung einbezogen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktionsänderungen kommen die folgenden Bauteile hinzu oder sie wurden konstruktiv abgeändert, von denen nur die wichtigsten in Fig. 1 mit der zugehörigen Bezugszeichenliste darge­ stellt sind:
Armaturenbodenblech
Behälterdeckel
Behälterboden
Behälterwand
Durchführung der Druckhaltepumpe
Rückschlagventil am Fuß der Pumpensaugleitung
Durchführung der Ausdehnungsleitung
Gasablaß- und Sicherheitsüberlaufventil
Ventilsitz für Gasablaß
Frischwassernachspeiseventil (Schwimmer mit Klappenventil)
Ventilsitz für Klappenventil
Ventilsitz für Vakuumbrecher
Naßzelle
Überlaufkammer der Naßzelle
Schwimmerkammer der Naßzelle
Abdichtung der Naßzelle
Abdichtung des Behälterbodens
Abdichtung des Behälterdeckels
Distanzhalter mit Verschraubungen oder Spannern
Aufstellfüße auf Nivellierschrauben am Behälterboden
Schutzverkleidung mit Lüftungsschlitzen für kompakte Armatureneinheit
Isolierende Ummantelung und Schutzverkleidung für Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter
Anzeigen im Bedienungsfeld der Armatureneinheit
Senkrechte Trennwand der Überlaufkammer und der Schwimmerkammer in der Naßzelle
Wasservorlage in der Schwimmerkammer
Schwimmerkugel des Frischwassernachspeiseventils
Feder des Vakuumbrechers

Die modulare Vorrichtung ist laut Fig. 1 bei 15, 16 und 17 an ein Flüs­ sigkeitskreislaufsystem 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 Behälterbo­ dens 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 Durch­ führung von Ventilen (bei 2b, 3 und 4) in nur einer Montageebene 26, vorzugsweise nur am Behälterdeckel 10, auf.

Die zweite Baugruppe ist eine kompakte Armatureneinheit 25, die an einer Außenfläche des Behälters 9, vorzugsweise auf den Behälterdeckel 10, montiert ist. Die kompakte Armatureneinheit 25 stellt die für den Betrieb des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters 9 vorgesehenen Rohrverbindungen und sonstigen Anschlüsse in der einen Montageebene 26 bereit.

Der modulare Aufbau ermöglicht eine Serienfertigung der Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung 9, 25.

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 elektromechani­ schen 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 1, 2, 2a, 2b.

Die Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 ist aus folgenden Teilen zu­ sammengesetzt:

• - eine im wesentlichen zylinderförmige Behälterwand 9a aus Stahl
• - eine 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 34a
• - und einem Füll- und Entleerungsventil.

Wand 9a, Boden 11 und Deckel 10 des Behälters 9 können in ungewöhnlich einfacher Weise aus unlegiertem oder verzinktem Stahl, beispielsweise St 37, bestehen.

Edelstahl oder Stahl mit korrosionshemmenden Zusätzen ist nicht unbedingt erforderlich, weil das entgaste Medium lediglich einmalig eine passivierende Flächenkorrosion an den inneren Begrenzungsflächen des Behältermaterials hervorruft.

Der Behälter kann jedoch aus Cr-Stahl bestehen. Alternativ kann auch eine Kunststoffhaut auf die Stahloberfläche aufgebracht werden.

Die zylinderförmige Behälterwand 9a wird hergestellt, indem sie aus Stahl­ blech 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 übereinanderliegenden Endkanten zu einer Längsnaht zusammengefügt. Die Längsnaht wird vorzugsweise durch ein umweltschonendes Verfahren abge­ dichtet, zum Beispiel geheftet und anschließend gekittet. Eine Schweißnaht ist nicht unbedingt erforderlich: das Schweißen würde eine chemische Nach­ behandlung, beispielsweise ein Ablaugen, zum Zwecke des Korrosionsschut­ zes erfordern und ist deshalb nur in Sonderfällen vorgesehen.

Der Behälterdeckel 10 und der Behälterboden 11 werden durch eine lösbare Befestigung (Verschraubung oder Verspannung) an der zylinderförmigen Behälterwand 9a montiert. Hierzu werden auf die ringförmigen stirnseitigen Ränder der Behälterwand 9a oben und unten elastisch abdichtende Gummilit­ zen (Lippendichtungen 7) aufgesteckt. An die Behälterwand 9a sind oben und unten Distanzhalter 8 angeschweißt; an diese Distanzhalter 8 werden der Behälterboden 11 und der Behälterdeckel 10 z. B. angeschraubt. Nach dem Festschrauben verbleibt für die Gummilippen 7 eine Distanz zwischen dem abdichtenden Behälterrand und der Boden- bzw. Deckelfläche; die Distanz verhindert ein übermäßiges Quetschen der Gummilippen 7. Bei dieser Monta­ getechnik steht der Distanzhalter 8 also über den Rand der Behälterwand 9a vor und bildet jeweils einen Anschlag an Boden 11 und Deckel 10 des Behälters 9, wodurch eine Zerstörung der elastischen Verbindung 7, etwa durch unsachgerechte Montage, sicher vermieden wird.

Der Behälterboden 11 stützt sich auf Füßen 24 gegen die feste Unterlage am Aufstellort der Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung ab. Die Füße 24 sind als Nivellierschrauben ausgebildet, um Unebenheiten dieser Unterlage ausgleichen zu können.

Der druckreduzierte Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 wirkt in Bezug auf das Flüssigkeitskreislaufsystem unter anderem auch wie ein Beruhigungs­ becken, an dessen Boden 11 sich Schlamm absetzt, der aus dem Flüssig­ keitskreislaufsystem stammt. Dieser Schlamm kann von Zeit zu Zeit beseitigt werden, indem der Behälterboden 11 abgenommen wird und dort abgelager­ ter Schlamm entfernt wird. Hierzu wird die gesamte Vorrichtung angehoben und aufgebockt, bevor der Behälterboden 11 entfernt wird.

Der Behälterboden 11 ist durch Versteifungen 12 gegen Verbiegung ge­ schützt, die durch Überdrücke und Unterdrücke im Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 auftreten kann.

Der Behälter 9 ist vorzugsweise in einem Abstand mit aluminiumbeschichte­ ten Platten 9b ummantelt. Ein Teil des Zwischenraums zwischen Behälter­ wand 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 Wärmedäm­ mung mittels Dämmaterial (Mineralwolle), andererseits auf einem Zurückwer­ fen des Strahlunganteils in Verbindung mit der geringen Wärmekapazität der Luft, soweit der Innenraum zwischen Behälterwand 9a und reflektierender Ummantelung 9b mit Luft gefüllt ist.

Ein Wasserstandsglas ragt von der Behälterwand nach außen, so daß es von der Ummantelung 9b nicht verdeckt wird. Das senkrechte Glasrohr wirkt als verbundene Röhre, die den schwankenden Wasserstand im Ausdehnungs- und Entgasungbehälter 9 anzeigt. Neben der direkten Beobachtung des Wasser­ stands hat das Glasrohr eine weitere Funktion. Mit dem Wasserstand im Glasrohr steigt und sinkt ein Schwimmer, der eine Schaltfunktion ausführt, wenn er sich einem bestimmten oberen Niveau oder einem bestimmten unteren Niveau nähert. Es kann sich um einen oberen Reed-Kontakt und einen unteren Reed-Kontakt handeln oder auch um Quecksilberschalter oder Federschalter. Die Reed-Schalter signalisieren an die Steuerelektronik 100, daß einer dieser beiden zur Steuerung herangezogenen Wasserstände erreicht ist.

Am unteren Verbindungsstutzen des Wasserstandsglases ist ein Entleerungs­ ventil vorgesehen, zweckmäßigerweise in Form einer Verlängerung des unteren Verbindungsstutzens.

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 Behälter­ druck und Betriebsdruck wird von der zwischengeschalteten Armatureneinheit 25 aufrechterhalten und überwacht. Zu diesem Zweck sind das Differenz­ druckventil 19 und die Druckhaltepumpe 20 zwischen das Flüssigkeitskreis­ laufsystem 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 Rück­ schlagventil 14 und die Manometeranzeige 22 können beispielsweise so verschaltet sein und so funktionieren, wie es in dem Gebrauchsmuster DE 295 10 126 U1 beschrieben ist. Der konstruktiv erhebliche Unterschied besteht darin, daß die genannten Armaturen und Bauteile zusammen mit weiteren, üblicherweise oben am Behälter angebrachten Ventilen in einer kompakten Armatureneinheit 25 zusammengefaßt werden, um sie in nur einer Montageebene 26 mit dem Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 zu verbinden.

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 Absenken des Niveaus auf das untere Niveau, so daß eine Kolbenwirkung erreicht wird. Da keine Luft in den Behälter eindringen kann, entsteht ein Unterdruck.

Das Differenzdruckventil 19 ist durch ein Sieb gegen Verschmutzungen geschützt. Das Sieb hält grobe Partikel zurück, die aus dem Flüssigkeits­ kreislauf angeschwemmt werden können, während kleine Partikel durch das Druckgefälle zwischen dem Betriebsdruck bei 22 und dem wesentlich gerin­ geren Innendruck des Behälters 9 ohne weiteres durchgespült werden.

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 Atmo­ sphäre in Verbindung treten. Dementsprechend treten im Behälter 9 vor­ bestimmte Überdrücke und Unterdrücke auf. Der Behälter 9 ist deshalb wedex 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 Behäl­ ters 9 gehört auch ein luftdichtes Aufsetzen eines neuartigen Armaturen- Bodenblechs 27.

Die kompakte 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, geschlosse­ nen Behälter 9 getrennt ist
• - ein Gasablaßventil 4 für einen mechanisch kontrollierten Ablaß gasförmi­ ger 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 (Hubma­ gnet), das als Entspannungsventil für das flüssige Medium verwendet wird
• - eine Druckhaltepumpe 20
• - verschiedene Rückschlagventile wie z. B. 13 und 14
• - eine Steuerelektronik 100.

Diese Armaturen dienen zur Durchführung eines Verfahrens, das eine Kombination von Druckhaltung, Entgasung von zirkulierenden sowie unter Druck stehenden Medien (Korrosionsschutz) und Nachspeisung umfaßt. Die kompakte Armatureneinheit 25 wird als vormontiertes Modul in einer einzigen Montageebene, 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.

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 der 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 Rohr­ verbindungen, die für den Betrieb des Behälters 9 notwendig sind, in übersichtlicher Weise in einer einzigen Montageebene liegen.

Das Rückschlagventil 14 ist bereits in dem Gebrauchsmuster DE 295 10 126 U1 (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.

Die Montageebene 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 Anschluß­ öffnungen 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 Anschlußöff­ nung verbunden ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die Montage­ ebene 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 druck­ reduzierten Behälter 9 kann dann aus einem höher liegenden speziellen Vorratsbehälter oder auch aus einem tieferliegenden Vorratsbehälter mit spezieller Förderpumpe erfolgen.

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.

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 Armaturenbodenblechs 27 sowie durch eine Wasservorlage in der Schwimmerkammer 2a oder Naßstelle 1a.

Der Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter 9 steht mit der Umgebungsluft nicht in einem freien, sondern nur 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 Vaku­ umbrecher 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.

Im Unterschied zum Stand der Technik sind beim bevorzugten Ausführungs­ beispiel der Erfindung in dem Armaturenbodenblech 27 drei Öffnungen vorgesehen, die nicht als gewöhnlich Rohrdurchführungen, sondern als Ventilsitze konstruiert sind. D. h., die Naßzelle 1a innerhalb der kompakten Armatureneinheit 25 kann entweder so konstruiert sein, wie sie als Trenn­ vorrichtung 54 in dem Gebrauchsmuster DE 295 10 126 U1 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 Kam­ mern 2a und 6 sind durch eine senkrechte Trennwand getrennt; in der Schwimmerkammer 2a befinden sich im normalen Betriebsfall eine Wasser­ vorlage; 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 Überlauf­ kammer 6 der Naßzelle 1a gelangen, während überschüssiges Frischwasser im Störungsfall über eine Öffnung in der Trennwand aus der Schwimmer­ kammer 2a der Überlaufkammer 6 übertreten kann. Abgesehen von diesem Sicherheitsüberlauf 5 bestimmt die Naßzelle 1a mit den drei im Armaturen­ bodenblech 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.

Der Vakuumbrecher 3 ist als federbelastete Klappe vorzugsweise unterhalb des Armaturenbodenblechs montiert, das Gasablaßventil 4 oberhalb. Das schwimmergesteuerte Klappenventil 2b für den Frischwasserzulauf ist vor­ zugsweise in der Schwimmerkammer 2a in der Nähe des Armaturenboden­ blechs 27 untergebracht. Die drei Ventile haben das gemeinsame Konstruk­ tionsmerkmal, daß ein metallener Ventilteller eine Dichtungsscheibe trägt, mit der er an einem Ventilsitz anliegt, der Teil des Armaturenbodenblechs 27 ist.

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.

Die Steuerelektronik 100 empfängt Meßsignale von dem oberen Niveauschal­ ter 34, von dem unteren Niveauschalter 34a, 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 informieren.

Der Entgasungszyklus wird (wie in dem Gebrauchsmuster DE 295 10 126 U1 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 genom­ men wird, wird die Elektronik 100 von Hand auf ein Programm umgeschal­ tet, in dem die Entgasungszyklen (einige Tage lang) dichter aufeinander folgen. Die Druckhaltepumpe 20 läuft z. B. zehnmal pro Stunde an.

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 Entga­ sungsvorrichtung 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 eingespart und der Wirkungsgrad der Heizanlage optimiert.

Die kompakte Armatureneinheit 25 nimmt die Armaturen in einer Verklei­ dung 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 Vorlaufs des Flüssig­ keitskreislaufsystems abzweigt
• - zum Rücklauf 16 der Zirkulationsleitung, der in den Rücklauf des Flüssigkeitskreislaufsystems mündet oder (s. unten) als Ausdehnungsleitung zum 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.

Claims (12)

1. Modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung für ein Flüssigkeitskreislaufsystem, die als erste Baugruppe einen gegen die Atmosphäre abgeschlossenen Aus­ dehnungs- und Entgasungsbehälter (9) mit Öffnungen für Rohranschlüsse und als zweite Baugruppe eine kompakte Armatureneinheit (25) umfaßt, wobei die beiden Baugruppen (9, 25) in einer gemeinsamen Montageebe­ ne (26) derart zusammengefügt sind,

• a) daß ein Armaturen-Bodenblech (27) der kompakten Armatureneinheit (25) die für eine Ausdehnungs-, Druckhaltungs-, Entgasungs- und Nachspeisungsfunktion wesentlichen Armaturen und Rohranschlüsse der Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung vormontiert trägt,
• b) daß eine Außenfläche des Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters (9) Durchführungen für die vormontierten Rohranschlüsse und für Armaturen (2b, 3, 4, 13) aufweist
• c) und daß das Armaturen-Bodenblech (27) elastisch dichtend (7) auf die Außenfläche montiert ist.

2. Modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageebene (26) Rohranschlüsse umfaßt für

• 1. eine Ansaugöffnung zum Anschluß an eine Druckhaltempumpe (20),
• 2. eine Einlaßöffnung zum Anschluß an ein Differenzdruckventil (19) mit Hubmagnet,
• 3. eine Öffnung für ein Gasablaßventil (4),
• 4. eine Anschlußöffnung für einen Vakuumbrecher (3)
• 5. und eine Anschlußöffnung für eine systemgetrennte Nachspeisevor­ richtung (1, 2, 2a, 2b).

3. Modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhaltepumpe (20) als Übertagepumpe auf dem Armaturenboden­ blech (27) montiert ist und die saugseitige Anschlußleitung mit einem Rückschlagventil am Fuß der Saugleitung (Fußventil) (13) durch die Montageebene (26) in den Behälter (9) geführt ist.

4. Modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhaltepumpe (20) als Tauchpumpe ausgebildet und unterhalb der Montageebene (26) liegend durch den Behälterdeckel (10) geführt ist.

5. Modular aufgebaute Ausdehnung- und Entgasungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung für das Gasablaßventil (4) in Form eines Ventilsitzes unmittelbar in dem Armaturen-Bodenblech (27) ausgebildet ist und in einer Überlaufkammer (6) einer darüberliegenden Naßzelle (1a) endet.

6. Modular aufgebaute Ausdehnung- und Entgasungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußöffnung für den Vakuumbrecher (3) in Form eines Ventil­ sitzes unmittelbar in dem Armaturenbodenblech (27) ausgebildet ist, und in einer Überlaufkammer (6) einer darüberliegenden Naßzelle (1a) endet.

7. Modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußöffnung für die systemgetrennte Nachspeisevorrichtung (1, 2, 2a, 2b) als Ventilsitz eines schwimmergesteuerten Klappventils (2b) unmittelbar in dem Armaturenbodenblech (27) ausgebildet ist, und in einer Schwimmerkammer (2a) einer darüberliegenden Naßzelle (1a) endet.

8. Modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Naßzelle (1a) elastisch dichtend (7) auf dem Armaturen-Bodenblech (27) befestigt ist.

9. Modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungs- und Entgasungsbehälter (9) eine zylinderförmige gerollte und an einer senkrechten Längsnaht gekittete Behälterwand (9a) umfaßt, die mittels eines lösbaren Behälterbodens (11) und eines lös­ baren Behälterdeckels (10) über eine elastische Dichtung geschlossen ist.

10. Modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten elastischen Abdichtungen als aufgesteckte Lippendichtun­ gen (7) mit distanzhaltenden Verschraubungen (8) ausgeführt sind.

11. Modular aufgebaute Ausdehnungs- und Entgasungsvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe (7, 8, 9a, 10, 11) des geschlossenen Ausdehnungs- und Entgasungsbehälters (9) eines oder mehrere der folgenden Bauteile zusätzlich umfaßt:

• 1. ein Wasserstandsglas (53) zur Beobachtung des Wasserstands,
• 2. einen oberen und einen unteren Niveausensor, insbesondere ausge­ bildet als ein in dem Wasserstandsglas schwimmender Magnet, der an einem oberen und einem unteren Niveau mit zwei Reed-Kon­ takten zusammenwirkt,
• 3. ein Füll- und Entleerungsventil am unteren Ende des Wasserstands­ glases,
• 4. eine Versteifung (12) am Behälterboden (11),
• 5. mehrere mit Nivellierschrauben ausgestattete Aufstellfüße (24) am Behälterboden (11),
• 6. eine wärmeisolierende Ummantelung (9b)
• 7. und ein Schutzgehäuse.

12. Modular aufgebaute Ausdehungs- und Entgasungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die kompakte Armatureneinheit die folgenden Armaturen und Bauteile umfaßt:

• 1. die Frischwassernachspeisevorrichtung (1, 2, 2a, 2b), die über die systemtrennende Naßzelle (1a) vom Flüssigkeitskreislaufsystem samt dem geschlossenen Behälter (9) getrennt ist,
• 2. die Vorrichtung für einen mechanisch kontrollierten Ablaß gasförmi­ ger und flüssiger Medien, insbesondere ein Gasablaßventil (4) für die Entgasung aus dem Behälter (9) in die unter Atmosphärendruck stehende Umgebung,
• 3. ein Sicherheitsüberlauf (5) für das flüssige Medium,
• 4. den Vakuumbrecher (3) zur Begrenzung des Unterdrucks im Behäl­ ter (9),
• 5. ein Differenzdruckventil (19) mit Hubmagnet, das als Entspannungs­ ventil und als Ausdehnungsventil für das flüssige Medium verwen­ det wird;
• 6. die Druckhaltepumpe (20),
• 7. mehrere Rückschlagventile (13, 14) und
• 8. eine Steuerelektronik (100).