DE3307990C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf eine Expansionseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

In nach dem Prinzip des geschlossenen Kreislaufs arbeitenden Heiz- und Kühlanlagen ist es üblich, für den Volumenausgleich des Heiz- oder Kühlmediums Expansionsein­ richtungen mit Volumenausgleichsgefäßen zu verwendeng in welchen das Arbeitsmedium durch eine flexible Trennwand vom Druckmedium getrennt ist. Bekannt ist, ein durch eine Gummimembran in zwei Kammern geteiltes Gefäß in einer Heizanlage mit Was­ ser als Arbeitsmedium zu verwenden, wobei die eine Kammer an den Heizwasserkreislauf angeschlossen, während die ande­ re Kammer mit einer Druckluftquelle verbunden ist, deren Speisedruck durch eine Drucküberwachungsvorrichtung regu­ liert wird. Eine solche Expansionseinrichtung ist beispielsweise aus der Zeitschrift IKZ, 31, 1976, H. 13, S 50 bis 54 bekannt. Um bei raschen Volumenänderungen der Heizanlage wie sie ausgeprägt bei Betriebsaufnahme oder Abschalten der Anlage entstehen, das Auftreten von extremen Über- oder Unterdrucksituationen in der Expansionseinrichtung und da­ mit auch in der Heizungsanlage zu vermeiden, muß die Druckluftquelle, vorzugsweise ein Luftkompressor, ausrei­ chend groß dimensioniert werden, um einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten. Dies bringt nicht nur kosten­ mäßige, sondern auch betriebliche Nachteile. Der zur Deckung des gegenüber dem Langzeitmittel um ein Vielfa­ ches höhere Spitzenbedarf an Druckluft bedingt ein relativ großes und schweres Kompressoraggregat mit entsprechend ausgelegten Anschlußinstallationen, wodurch sich sowohl hohe Anlagekosten als auch hohe Betriebs- und Servicekosten ergeben. Zur Vermeidung extremer Kostensituationen müssen daher sehr oft betriebliche Kompromisse akzeptiert werden, z. B. eine relativ große Druckschwankungsbandbreite, die sich bei großen Anlagen in verschiedener Hinsicht sehr nachteilig auswirken kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ex­ pansionseinrichtung der beschriebenen Art mit einer Korn­ pressoreinrichtung zu schaffen, die gegenüber dem erwähnten Stand der Technik nicht nur wesentlich kleiner und leichter ist, sondern auch große, in kurzer Zeit auftretende Volu­ menveränderungen des Arbeitsmediums innerhalb einer wesent­ lich kleineren Druckschwankungsbandbreite zu bewältigen vermag.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben. Ausführungs­ formen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind aus den ab­ hängigen Ansprüchen herauslesbar.

Durch die Verwendung eines Differenzdruck-Manostaten und einer separaten Druckmeß­ leitung zur Überwachung des Ist-Druckes im Expansionsgefäß ist es, im Gegensatz zum erwähnten Stand der Technik möglich, auch kleinste und vor allem rasche und große Druckveränderungen genau zu erfassen. Eine störungsfreie Steuerung ist durch eine ebenfalls separate, Speise- und Ablaßventile enthaltende Druckfluid-Zu- und Ableitung in kleinen Schritten gegeben. Weil bei einem großen Druckabfall eine relativ große Druckfluidmenge aus einem Druckvorratsgefäß zur Verfügung steht, kann zur Speisung dieses Gefäßes ein Kompressoraggregat vorgesehen werden, das kleiner als ein solches für die Direktspeisung notwendig wäre. Es ergibt sich daraus, daß die Druckregelung der erfindungsgemäßen Expansionseinrichtung mit einem relativ geringen Leistungsbedarf erfolgen kann.

Der Erfindungsgegenstand wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs­ beispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in sche­ matischer Darstellungsweise die für den Betrieb einer er­ erfindungsgemäß gestalteten Expansionseinrichtung wesentli­ chen Bauteile.

Die in der Zeichnung als kompakte Einheit gezeigte und nachstehend in Verwendung mit einer Heizanlage beschrie­ bene Expansionseinrichtung enthält in einem oberen Abschnitt A ein Expansionsgefäß 1 herkömmlicher Art mit einer fle­ xiblen Trennwand 2, die das Innere des Gefäßes 1 in zwei separate Kammern 1a und 1b unterteilt. Die Lage der Trennwand 2 in der Gefäßhälfte links der strichpunktierten Mit­ tellinie ist diejenige bei weitgehend abgegebenem Arbeits­ fluid bzw. Heizungswasser (Kammer 1a) im genannten Anwendungsfall, während die Trennwand rechts der Mittellinie bei praktisch voll mit Arbeitsfluid gefüll­ tem Expansionsgefäß 1 gezeigt ist. Entsprechend ist das Volumen der jeweils Druckluft als Druckfluid enthaltenden Kammer 1b links der Mittellinie relativ groß, während es rechts klein ist. Der Anschluß des Arbeitsfluids an das Expansionsgefäß 1 ist mit 14 bezeichnet, derjenige für die Zu- und Ableitung der Druckluft bzw. des Druckfluids mit 12.

Der mit B bezeichnete untere Abschnitt der gezeig­ ten Expansionseinrichtung enthält innerhalb eines Gestells B₁ die Bauteile einer Druckfluidquelle bzw. einer Kompressoreinheit, umfassend ein Druckluft-Vorratsgefäß 3, einen auf dem Druckluft-Vorratsgefäß 3 aufgebau­ ten Kompressor 7, der über einen den Druck im Vorratsgefäß 3 überwachenden Manostat 6 Ein-Aus-gesteuert ist und dafür sorgt, daß im Druckluft-Vorratsgefäß stets ein minimaler Speicherdruck herrscht, und ferner einen vom Luftdruck im Expansionsgefäß 1 gesteuerten Differenzdruck- Manostat 5 zur Betätigung eines Speise- bzw. Einlaß-Ma­ gnetventils 8 und eines Auslaß-Magnetventils 9. Das Speise-Ma­ gnetventil 8 verbindet das Druckluft-Vorratsgefäß 3 über die Druckluft-Zu- und Ableitung 12 und den Druckluftan­ schlußstutzen 13 am Expansionsgefäß 1 mit dessen Luftkam­ mer 1b, während das Ablaß-Magnetventil 9 in einem Abzweig 12′ stromab des Ventils 8 in der Druckluft-Zu- und Ablei­ tung 12 angeordnet ist. Die Austrittsseite des Ablaß-Ventils 9 ist gegen die Atmosphäre hin offen, in welche die Ablaß­ luft abströmt.

Auf zwei im Abstand angeordneten Säulen B₁′ des Gestells B₁ sind je ein Auflager B₁′′ eines drei­ punkt-gelagerten Trapezwaagerahmens W abgestützt. Der dritte Auflagepunkt ist mit B₁′′′ bezeichnet und beauf­ schlagt den Druckfühler einer beispielsweise hydraulischen Meßdose 4, die an dem Gestell B₁ angebaut ist. Der Trapezwaagerahmen W ist als Stütze des Expansionsge­ fäßes 1 gestaltet und die Meßdose 4 vermittelt eine ört­ liche oder Fern-Anzeige über den momentanen Füllstand (Wassermenge) im Expansionsgefäß. Die Füllstand- oder Wassermengenanzeige kann mit einer Alarmeinrichtung ver­ bunden sein. Damit der Wägevorgang am Expansionsgefäß 1 einwandfrei durchführbar ist, erfolgt der Wasserleitungs­ anschluß bei 14 über eine (nicht gezeigte) flexible Schlauchverbindung.

Es versteht sich, daß die Anordnung des Expan­ sionsgefäßes 1 nicht zwingend auf einem zur Aufnahme des Kompressorteils B gestalteten Gestell B₁ erfolgen muß. Die Aufstellung des Expansionsgefäßes kann auch un­ abhängig vom Kompressorteil B erfolgen. Ebenso kann die zur Füllstandsermittlung des Expansionsgefäßes 1 die­ nende Wägeeinrichtung mit den Auflagestellen B₁′′ dem Waa­ gerahmen W und der Meßdosen-Vorrichtung B₁′′′, 4 durch direktes Aufsetzen auf einer Bodenplatte gestaltet werden.

Der Differenzdruck-Manostat 5 ist über eine sepa­ rate Druckmeßleitung 11, welche eine Luftdrossel 10 zur Vermeidung oder Minderung von Luftschlägen in der Meßlei­ tung 11 enthält, mit dem Druckluftanschlußstutzen 13 am Expansionsgefäß 1 verbunden. Der Differenzdruck-Manostat 5 arbeitet zwischen unteren und oberen Schaltpunkten ent­ sprechend anlagespezifisch einstellbaren Druckmeßwerten.

Er schaltet beim Unterschreiten des unteren Druckmeßwertes infolge Abfließens von Wasser aus der Kammer 1a das Spei­ se- bzw. Einlaß-Magnetventil 8 durch und bewirkt dabei, daß über die Leitung 12 Druckluft in die Luftkammer 1b des Expansionsgefäßes 1 gelangt, so daß in den Kammern 1a und 1b ein Druckanstieg erfolgt. Druckluft wird so lange in die Kammer 1b eingelassen, bis am Differenzdruck-Mano­ stat 5 wieder der gewünschte Betriebsdruck anliegt. Damit wird sichergestellt, daß in der Heizungsanlage der Soll­ druck wieder hergestellt ist.

Tritt der umgekehrte Fall ein, d. h. wenn der Dif­ ferenzdruck-Manostat 5 einen den oberen Druckmeßwert über­ schreitenden Druck feststellt, so wird das Auslaß-Magnet­ ventil 9 durchgeschaltet, wodurch Luft über die Leitung 12 und das Ventil 9 in die Umgebung abströmt und in den Kam­ mern 1a und 1b ein Druckabfall resultiert. Luft wird so­ lange aus der Kammer 1b abgelassen, bis am Differenzdruck­ manostat 5 der gewünschte Betriebsdruck wieder erreicht ist.

Aus obigem ist zweierlei erkennbar:

• 1) Das bei fallendem Heizwasser- bzw. Arbeits­ fluiddruck im Expansionsgefäß notwendige Druckfluid wird aus einer statischen Druckfluidquelle angeliefert, deren Inhalt unabhängig von der Leistung des Kompressors im Bedarfsfalle sofort verfügbar ist und bei Abfallen des Speicherdruckes wieder ergänzt wird. Da diese Ergänzung nicht schlagartig erfolgen muß, reicht ein Kompressor 7 mit relativ geringer Leistung aus.
  Der relativ rasch einsetzende Druckausgleich ge­ stattet, das Auftreten von zirkulationsstörender Blasen­ bildung in der Heizanlage weitgehend zu eliminieren.
• 2) Der Druckausgleich kann ohne Bewegung großer Massen und entsprechendem Energieaufwand in kleinen Schritten erfolgen. Dadurch, daß primär nur die wahlweise Betätigung der Magnetventile 8 und 9 notwendig ist, um die erforderliche Menge Druckfluid der Kammer 1b zuzuführen oder zu entziehen, können die Schalt-Druckwertdifferenzen sehr klein gewählt und ihre Anzahl entsprechend groß zu­ gelassen werden. Die Erfahrung zeigt, daß Druckdifferen­ zen in der Größenordnung von 0,05 bar ausgeglichen wer­ den können.

Expansionseinrichtungen der beschriebenen Art werden vorzugsweise in größeren Heiz- oder Kühlanlagen verwendet. Bei einer allfälligen Vergrößerung einer sol­ chen Heiz- oder Kühlanlage braucht in der Regel nur die Anzahl Expansionsgefäße 1 erhöht zu werden, während der Kompressorteil des geringen Energiebedarfs wegen meist für mehrere Expansionsgefäße der Stammgröße ausreicht.

Das Druckfluid- bzw. Druckluft-Vorratsgefäß 3 kann leicht mit nicht detaillierten Mitteln zum Trocknen der Luft und zur Ableitung von Kondenswasser bei 15 ver­ sehen werden. Weil ferner beim Einlassen von Druckluft in die Kammer 1b eine Druckreduktion auftritt, ergibt sich eine weitere Reduktion der relativen Luftfeuchtigkeit, so daß praktisch keine Korrosionen an den mit Druckluft be­ aufschlagten Stellen des Expansionsgefäßes auftreten.

Claims (4)

1. Expansionseinrichtung mit einem durch eine flexible Trenn­ wand (2) in zwei separate Kammern (1a, 1b) unterteilten Expan­ sionsgefäß (1), nämlich einer Arbeitsfluidkammer (1a), die eine variable Menge eines Arbeitsfluids aufnimmt und mit einer Heiz- oder Kühlanlage verbunden ist, und einer Druckfluidkammer (1b), die eine variable Menge eines Druckfluids aufnimmt, durch wel­ ches das Arbeitsfluid in der Arbeitsfluidkammer (1a) wenigstens annähernd auf einem vorbestimmten Solldruckwert haltbar ist, sowie mit einem eine Druckfluidquelle bildenden Kompressorteil (B), der über wenigstens eine an die Druckfluidkammer (1b) an­ geschlossene Druckfluid-Zu- und Ableitung (12) mit dem Expan­ sionsgefäß (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfluidquelle aus einem Druckvorratsgefäß (3) und einem vom Fluiddruck in diesem Druckvorratsgefäß über einen Manostat (6) gesteuerten Kompressor (7) gebildet ist, und daß ein auf den Ist-Druck im Expansionsgefäß (1) ansprechender Dif­ ferenzdruck-Manostat (5) einerseits über eine Meßleitung (11) mit der Druckfluidkammer (1b) verbunden ist und andererseits mit einem in die Druckfluid-Zu- und Ableitung (12) eingefügten Speiseventil (8) zur Steuerung der Zufuhr von Druckfluid vom Druckvorratsgefäß (3) zur Druckfluidkammer (1b) sowie mit einem zwischen dem Speiseventil (8) und dem Expansionsgefäß (1) an die Druckfluid-Zu- und Ableitung (12) angeschlossenen Ablaßven­ til (9) zum Ablassen von Druckfluid aus der Druckfluidkammer in Verbindung steht.

2. Expansionseinrichtung nach Anspruch 1 mit einer Vorrich­ tung zum Ermitteln des Arbeitsfluid-Füllgewichtes im Expan­ sionsgefäß (1), dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsgefäß (1) auf einem dreipunktgestützen Waage­ rahmen (W) aufgesetzt ist, und daß einer (B₁′′′) der drei Auf­ lagepunkte mit einer Gewichts- oder einer Druckmeßdose (4) ver­ sehen ist.

3. Expansionseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressorteil (B) in einem das Expansionsgefäß (1) tra­ genden Gestell (B₁) eingebaut ist, an dem der Waagerahmen (W) an zwei Gelenklagerpunkte gestützt und die Gewichts- oder Druckmeß­ dose (4) angebaut ist.

4. Expansionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitung (11) eine Luftschläge dämpfende Strömungs­ drossel (10) enthält.