DE19740358C2

DE19740358C2 - Druckhaltevorrichtung

Info

Publication number: DE19740358C2
Application number: DE19740358A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Uhlmann
Original assignee: Otto Heat Heizungs- Energie- und Anlagentechnik & Co KG GmbH
Current assignee: REFLEX WINKELMANN + PANNHOFF GMBH & CO., 59227 AHL
Priority date: 1997-09-13
Filing date: 1997-09-13
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2017-09-14
Also published as: EP0902239A2; PL328543A1; DE19740358A1; EP0902239A3; CZ276798A3; CZ290696B6

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckhaltevorrichtung zur Regelung des Drucks einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser in einem Wasserkreislauf, und zur Entgasung der Flüssigkeit in einem Speichergefäß mit einem ersten den Überdruck reduzierenden Ventil, mit einer Steuerung, die das erste Ventil steuert und die eine den Unter druck ausgleichende Pumpe in Abhängigkeit vom Druck im Wasserkreislauf regelt, und mit einem zweiten Siche rungsventil, das mit dem Überdruck reduzierenden Ventil in Reihe geschaltet ist.

Flüssigkeitsgesteuerte Druckhaltestationen werden zur Druckhaltung, zum Volumenausgleich und in zunehmendem Maße mit integrierter Nachspeisung und Entgasung inner halb von Heizungs- und Kühlwassersystemen eingesetzt. Hierbei müssen die Ventile eine hohe Zuverlässigkeit besitzen, damit die Gefahr des Leerlaufens der Anlage vermieden wird. Nach DIN 4751 T2, Abschnitt 10.3.2, wird insbesondere bei Heizwasseranlagen, die eine Vor lauftemperatur von über 100°C haben, ein zusätzliches Sicherungsventil gefordert.

Die DIN 4751 T2 offenbart eine Fremddrucküberwachung entsprechend den Abschnitten 10.4 und 10.3.2 unter Ver wendung eines TÜV-geprüften Mindestdruckbegrenzers. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist eine separate Über wachung und eine entsprechend kostenintensive Steuerung beider Ventile notwendig. Das Ventil zur Mindestdruckab sicherung ist hierbei ebenfalls als Magnetventil ausge bildet, das bei fehlender Stromspannung sowie bei Anspre chen des Mindestdruckbegrenzers geschlossen wird. Der beschriebene Aufbau mit zwei Magnetventilen bedarf zu sätzlich einer teueren Verdrahtung nach DIN VDE 0116.

Die Druckschrift DE 37 16 396 A1 offenbart eine Vor richtung zur Entgasung von Flüssigkeit mit einer Steue rung, die beim Überschreiten eines bestimmten Druckni veaus ein Ventil öffnet, um Flüssigkeit aus dem Druck kreislauf in ein Druckausgleichsgefäß zu leiten, und die beim Unterschreiten eines bestimmten Druckniveaus eine Pumpe ansteuert, die die Flüssigkeit aus dem Be hälter in den Flüssigkeitskreislauf zurückpumpt.

Bei einer Druckhaltevorrichtung, die gleichzeitig einen Teilstrom des Wasserkreislaufes entgast, muß darüber hinaus, der dem System zufließende Volumenstrom gleich dem abströmenden Volumenstrom sein. Durch dieses aus geglichene Verhältnis kann sich ein stabiler Druck im Wasserkreislauf aufbauen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kosten günstige, einfach herzustellende Druckhaltevorrichtung zu schaffen, die den Abfluß von Flüssigkeit bei einer Mindestdruckunterschreitung verhindert, die die Re gelcharakteristik verbessert und die im Bedarfsfall mit weiteren Druckhaltevorrichtungen modular zusammenge schaltete werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Sicherungs ventil ein mechanisches Überströmventil ist, das sich bei Unterschreiten eines Mindestbetriebsdruckes im Was serkreislauf vorzugsweise durch Federkraft selbsttätig schließt, und daß die Pumpe und das Überströmventil so aufeinander abgestimmt sind, daß während der Entgasung im Speichergefäß bei geöffnetem erstem Ventil im Was serkreislauf ein Normaldruck herrscht.

Weiterhin weist die Druckhaltevorrichtung eine Über strömleitung aus dem Wasserkreislauf und eine Abström leitung in den Wasserkreislauf auf, wobei das erste Ventil in Fließrichtung nach dem Überströmventil in der Überströmleitung angeordnet ist. Die Pumpe hingegen ist in der Abströmleitung befestigt. Dabei ist das er ste Ventil ein Magnetventil, das von einer Steuerung in Abhängigkeit vom Druck im Wasserkreislauf gesteuert wird.

Ferner wird die Pumpe durch die Steuerung in Abhängig keit vom Druck im Wasserkreislauf geregelt. Die Steue rung öffnet das Magnetventil, wenn der Druck im Wasser kreislauf einen bestimmten Wert überschreitet und schließt das Magnetventil, wenn der Druck im Wasser kreislauf den Normaldruck erreicht.

Die Steuerungen der Druckhaltevorrichtungen tauschen dabei Informationen zur Steuerung der Pumpen und Ma gnetventile aus. Hierdurch braucht nur eine Entgasungs vorrichtung mit einer Druckhaltevorrichtung verbunden werden; die weiteren Druckhaltevorrichtungen werden von der ersten mit den nötigen Informationen versorgt.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprü chen beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher be schrieben; es zeigt:

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Druckhal tevorrichtung, mit einer Steuerung, mit einem Magnetventil in einer Überströmlei tung mit einem Überströmventil, mit einem Speichergefäß, mit einer Abströmleitung, in der eine Pumpe angeordnet ist, mit ei nem Frischwasserzulauf;

Fig. 2 ein Schaltpunktdiagramm, das die Schalt zustände der Pumpe, des Überströmventils und des Magnetventils in Abhängigkeit vom Druck im Wasserkreislauf darstellt;

Fig. 3 eine modulare Verschaltung von mehreren Druckhaltevorrichtungen und einer Entga sungsvorrichtung.

Die in der Fig. 1 dargestellte Druckhaltevorrichtung 10 weist eine Steuerung 11 auf, die ein Magnetventil 15 und eine Pumpe 14 steuert. Vorzugsweise regelt die Steuerung 11 die Frischwasserzufuhr durch einen Frisch wasserzulauf 20 mit einem Magnetventil 16, das bei Was sermangel geöffnet wird. Als Flüssigkeit wird vorzugs weise Wasser verwendet. In Kombination mit einer Entga sungs- und Nachspeisvorrichtung 24 kann der Frischwas serzulauf 20 mit dem Magnetventil 16 entfallen.

Die Druckhaltevorrichtung 10 ist zwischen einer Über strömleitung 17 und eine Abströmleitung 18 geschaltet. Beide Leitungen 17 und 18 münden in ein Speichergefäß 22, das vorzugsweise ein druckloses Ausdehnungsgefäß ist. Die Abströmleitung 18 und die Überströmleitung 17 sind mit einem Wasserkreislauf 21 verbunden, der eine Vielzahl von - nicht dargestellten - Verbrauchern mit Flüssigkeit, sprich Wasser 23 versorgt.

Liegt ein zu hoher Druck P im Wasserskreislauf 21 vor, so strömt das Wasser 23 durch die Überströmleitung 17 bei geöffnetem Magnetventil 15 in das Speichergefäß 22.

Wie das Schaltpunktdiagramm 30 in Fig. 2 zeigt, öffnet die Steuerung 11 das Magnetventil 15 bei einem Druck P_auf, der oberhalb des Normaldrucks P_normal liegt. Das Ma gnetventil 15 bleibt solange geöffnet, bis der Druck P im Wasserkreislauf 21 auf den Wert P_zu abgefallen ist, der wiederum identisch mit dem Wert P_normal ist.

Liegt hingegen ein zu geringer Druck P im Wasserkreis lauf 21 vor, so startet die Steuerung 11 die Pumpe 14, dabei wird das Wasser 23 solange aus dem Speichergefäß 22 in den Wasserkreislauf 21 gepumpt, bis der Normaldruck P_normal erreicht wird.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Pumpe 21 bei einem vorbestimmten Druck P_ein gestartet, der unter halb des Normaldrucks P_normal liegt. Die Pumpe wird beim Erreichen des Drucks P_aus abgeschaltet. Der Druck P_aus entspricht dem Druck P_normal. Durch die Identität der Druckwerte P_aus = P_zu = P_normal und die höheren bzw. niedrige ren Werte P_ein bzw. P_auf wird sichergestellt, daß sich die Aktivbereiche des Magnetventil 15 und der Pumpe 14 nicht überschneiden.

Zusätzlich ist in Fließrichtung vor dem Magnetventil 15 ein erfindungsgemäßes Überströmventil 19 angeordnet, daß vorzugsweise durch Federkraft gesteuert wird. Ande re Arten der Steuerung sind ebenfalls denkbar. Durch eine mechanische Ausführung des Überströmventils 19 wird die Funktionalität auch bei einem Stromausfall si chergestellt.

Das Überströmventil 19 übernimmt eine Sicherungsfunkti on für den Fall, daß das Magnetventil 15 nicht ge schlossen werden kann. Fällt aufgrund des Ausfalls des Magnetventils 15 der Druck P im Wasserskreislauf 21 auf den Wert P_o, so ist der Federdruck des Überströmventils 19 ausreichend, um die Abströmleitung 18 zu schließen. Der Wert P_o ist niedriger als der Druckwert P_ein, damit die Aktivierung der Pumpe 14 nicht ausgeschlossen wird. Der Druckwert P_o ergibt sich vorzugsweise aus der Glei chung: P_o = P_zu - 0,5 bar. Das Überströmventil 19 weist vorzugsweise - nicht dargestellte - Stellmittel zur Be stimmung des Federdrucks auf.

Durch die Verwendung eines selbsttätig schließenden Überströmventils 19 wird die Sicherheit in Folge des Unterschreitens des Mindestdrucks P_o erhöht. Es wird ebenfalls die Auf-Zu-Regelcharakteristik des Magnetven tils 15 durch das P-Verhalten des Überströmventils 19 verbessert. Das P-Verhalten führt zu einer weicheren Fahrweise der Vorrichtung. Die in der Regel große Schalthysterese des mechanischen Überströmventils 19 führt nicht zu einer Erhöhung der Gesamthysteres p_auf - p_ein, die auf größer gleich 0,2 bar durch die Steuerung 11 eingestellt werden kann. Für die Entgasungsfunktion werden Pumpe 14 und Überströmventil 19 so aufeinander abgestimmt, daß sich bei geöffnetem Magnetventil 15 und nach Einschalten der Pumpe 14 selbständig ein Druck na he P_normal einstellt. Durch diese Abstimmung des Über strömventils 19 ist eine athmosphärische Teilstroment gasung über das Speichergefäß 22 möglich. Die Abstim mung erfolgt einerseits durch Veränderung der Feder kraft, die auf das Überstromventil 19 wirkt, und ande rerseits durch die Abstimmung des - nicht dargestellten - Ventilsitzes. Bei der Abstimmung ist jedoch die Schließpunkteinstellung P_o zu berücksichtigen.

Zur Vermeidung von unkontrollierten Rückflüssen sind eine Reihe von Absperrventilen 12 und Rückschlagventi len 13 in den Überström- und Abströmleitungen 17 und 18 angeordnet. Ein Schmutzfänger 32 schützt das Magnetven til und die nachgeschalteten Vorrichtungen.

Fig. 3 zeigt eine modulare Schaltung mehrere Druckhal tevorrichtungen 10 und 10a, die zusätzlich mit einer bekannten Entgasungs- und Nachspeisevorrichtung 24 ver bunden sind. Hierbei stehen Zufluß 26 und Abströmlei tungen 18 der Vorrichtungen 10, 10a und 24 miteinander in Verbindung, wodurch ein gemeinsamer Zugriff auf das Speichergefäß 22 möglich ist. Ebenso leiten die Über strömleitungen 17 und 17a die Wasser 23 in das Spei chergefäß 22. Der Abfluß 27 der Entgasungsvorrichtung 24 ist direkt mit dem Anschlußstuten 20 der Druchalte station 10 verbunden. Wahlweise ist auch eine Einbin dung des Zuflusses 26 und des Abflusses 27 direkt in des Wasserkreislauf 21 möglich.

Die Steuerungen 11, 11a und 25 stehen zum Austausch von Informationen miteinander in Verbindung. Dabei ist die Steuerung 11 mit der Steuerung 25 der Entgasungsvor richtung 24 verbunden, um das Magnetventil 15 bei akti vierter Entgasungsfunktion zu öffnen. Der Entgasungs vorgang erfolgt in einem Unterdruckbehälter 28, in dem die Wasser 23 versprüht wird. Der Unterdruck wird hier bei durch eine Pumpe 29 erzeugt, die das Wasser 23 aus dem Unterdruckbehälter 28 absaugt und in den Wasser kreislauf 21 pumpt. Ist der Unterdruckbehälter 28 leer gepumpt, wird die Pumpe 29 gestoppt. Das durch das Va kuum in den Unterdruckbehälter 28 nachströmende Wasser drückt das freigesetzte Gas durch ein Entgasungsventil 31 aus dem Unterdruckbehälter 28.

Zusätzlich sind die Druckhaltevorrichtungen 10 und 10a durch ihre Steuerungen 11 und 11a miteinander verbun den, um sich in ihren Funktionen zu unterstützen. So tauschen die Druckhaltevorrichtungen 10 und 10a Infor mationen zur Steuerung ihrer Pumpen 14 und 14a aus, wo durch eine doppelte Förderleistung erreicht wird. Eben so tauschen die Druckhaltevorrichtungen 10 und 10a In formationen zur Steuerung der Magnetventile 15 und 15a aus, wodurch der Druck P im Wasserkreislauf 21 schnel ler abgebaut werden kann. Ebenso kann mehr Wasser 23 für den Entgasungsvorgang bereitgestellt werden.

Bezugszeichen

10

,

10

a Druckhaltevorrichtung

11

,

11

a Steuerung

12

Absperrventil

13

Rückschlagventil

14

,

14

a Pumpe

15

,

15

a,

16

Magnetventil

17

,

17

a Überströmleitung

18

,

18

a Abströmleitung

19

Überströmventil (Sicherheitsventil)

20

Frischwasserzulauf/Anschluß

21

Wasserkreislauf

22

Speichergefäß

23

Flüssigkeit (Wasser)

24

Entgasungs- und Nachspeisevorrichtung

25

Steuerung

26

Zufluß

27

Abfluß

28

Unterdruckbehälter

29

Pumpe

30

Schaltpunktdiagramm

31

Entgasungsventil

32

Schmutzfänger

33

Magnetventil Nachspeisung

34

Frischwasserzulauf
P Druck im Wasserkreislauf
P_normal

Normaldruck
P_auf

Druck, bei dem das Magnetventil öffnet
P_zu

Druck, bei dem das Magnetventil schließt
P_aus

Druck, bei dem die Pumpe anhält
P_ein

Druck, bei dem die Pumpe anläuft
P_o

Mindestbetriebsdruck, bei dem das Überströmventil schließt

Claims

1. Druckhaltevorrichtung zur Regelung des Drucks ei ner Flüssigkeit, insbesondere von Wasser in einem Was serkreislauf, und zur Entgasung der Flüssigkeit in ei nem Speichergefäß mit einem ersten den Überdruck redu zierenden Ventil, mit einer Steuerung, die das erste Ventil steuert und die eine den Unterdruck ausglei chende Pumpe in Abhängigkeit vom Druck im Wasserkreis lauf regelt, und mit einem zweiten Sicherungsventil, das mit dem Überdruck reduzierenden Ventil in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Siche rungsventil ein mechanisches Überströmventil (19) ist, das sich bei Unterschreiten eines Mindestbetriebsdruc kes (P_o) im Wasserkreislauf (21) vorzugsweise durch Federkraft selbsttätig schließt, und daß die Pumpe (14) und das Überströmventil (19) so aufeinander abge stimmt sind, daß während der Entgasung im Speicherge fäß (21) bei geöffnetem erstem Ventil (15) im Wasser kreislauf (21) ein Normaldruck (P_normal) herrscht.

2. Druckhaltevorrichtung nach den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung zwischen der Pumpe (14) und dem Überströmventil (19) durch Variation des sen Federkraft und/oder dessen Ventilsitz erfolgt.

3. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Überströmleitung (17) aus dem Wasserkreislauf (21) und eine Abströmleitung (18) in den Wasserkreislauf (21), wobei das erste Ventil (15) in Fließrichtung nach dem Überströmventil (19) in der Überströmleitung (17) angeordnet ist und die Pumpe (14) in der Abströmleitung (18) angeordnet ist.

4. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil ein Mag netventil (15) ist, die Steuerung (11) das Magnetven til (15) in Abhängigkeit vom Druck (P) im Wasserkreis lauf (21) steuert.

5. Druckhaltevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuerung (11) das Magnetventil (15) öffnet, wenn der Druck (P) im Wasserkreislauf (21) einen bestimmten Wert (P_auf) überschreitet und das Magnetventil (15) schließt, wenn der Druck (P) im Was serkreislauf (21) den Normaldruck (P_normal, P_zu) er reicht, die Steuerung (11) die Pumpe (14) startet, wenn der Druck (P) im Wasserkreislauf (21) einen vor gegebenen Wert (P_ein) unterschreitet und die Steuerung (11) die Pumpe (14) stoppt, wenn der Normaldruck (P_normal, P_aus) erreicht ist.

6. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwerte (P_normal, P_aus, P_ein, P_zu), die die Steuerung der Pumpe (14) und des Magnetventils (15) bestimmen, größer sind als der Mindestbetriebsdruck (P_o), bei dessen Unterschreiten das Überströmventil (19) schließt.

7. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmleitung (17) und die Abströmleitung (18) mit dem Speichergefäß (22) verbunden sind.

8. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Frischwasserzulauf (20).

9. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Steuerung (11) verbundenes Magnetventil (16) den Wasserzulauf durch den Frischwasserzulauf (20) regelt.

10. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Ab sperrventilen (12) und Rückschlagventilen (13) in der Überströmleitung (17) und Abströmleitung (18) angeord net sind.

11. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (11) mit einer Steuerung (25) einer zusätzlichen Entgasungsvor richtung (24) zur Unterdruckentgasung verbunden ist.

12. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (11) bei Anforderung von Nachspeisewasser die Steuerung (25) der Nachspeisung derart aktiviert, daß ein Magnetven til (33) der Nachspeisung geöffnet und eine Pumpe (29) eingeschaltet wird und entgastes Nachspeisewasser über den Abfluß (27) in das Speichergefäß (23) fördert.

13. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Druckhaltevor richtungen (10, 10a) modular durch ihre Steuerungen (11) miteinander verbunden sind, wobei sich die Druck haltevorrichtungen (10, 10a) in ihren Funktionen un terstützen.

14. Druckhaltevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die Druckhaltevorrichtungen (10, 10a) Informationen zur Steuerung der Pumpe (14) aus tauschen.

15. Druckhaltevorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhaltevorrichtun gen (10, 10a) Informationen zur Steuerung der Magnet ventile (15) austauschen.