DE3544754A1 - Waermedehnungsausgleichsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmedehnungsausgleichsvor­ richtung, insbesondere für Heizungsanlagen gemäß Oberbe­ griff des Hauptanspruches.

Wärmedehnungsausgleichsvorrichtungen der genannten Art und für den genannten Zweck sind allgemein bekannt und werden als Bauelemente benutzt, welche Volumenverände­ rungen abfangen können, die zwangsläufig bei Temperatur­ änderungen in solchen Anlagesystemen auftreten. Diese Vorrichtungen bestehen aus einem druckfesten Behälter, in welchem ein Gaspolster durch eine elastische Membran abgeschlossen ist. Druckerhöhungen auf der Arbeitsseite komprimieren das Gaspolster und verhindern so überhöhte Drücke in den diesbezüglich zu schützenden Systemen. Als Füllgas wird in den handelsüblichen Vorrichtungen dieser Art in der Regel Stickstoff verwendet, da dieser infolge seines inerten Charakters die elastische Membran nicht angreift. Dies führt aber, wie sich gezeigt hat, im Laufe der Zeit zum Versagen derartiger Pufferbehälter, da der Stickstoff durch Gummi- und Kunststoffmembranen leicht hindurchdiffundiert. Auf diese Weise kommt es zum Druck­ abfall in dem puffernden Gasvolumen, der soweit gehen kann, daß die Funktion des Puffers nicht mehr gewährlei­ stet ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen, d.h., Wärmedehnungsausgleichsvor­ richtungen der genannten Art dahingehend zu verbessern, daß der Diffusionsvorgang soweit wie möglich gedrosselt bzw. reduziert wird.

Diese Aufgabe ist mit einer Wärmedehnungausgleichsvor­ richtung der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Material der Membran und das Gas in der von der Membran abgeschlossenen Kammer derart auf­ einander abgestimmt ausgewählt sind, daß der Diffusions­ koeffizient des Gases in bezug auf das Membranmaterial möglichst klein ist.

Im Gegensatz zur bisherigen Verwendung von Stickstoff für solche Dehnungsausgleichsvorrichtungen, die insbesondere unter dem Gesichtspunkt des inerten Verhaltens des Stick­ stoffes gegenüber der Membran (sehr stabile Bindung des Stickstoffmoleküles N₂) stand und das Diffusionsverhalten des Stickstoffes in bezug auf die Membran überhaupt nicht in Rechnung stellte, steht bei der erfindungsgemäßen Lö­ sung das Diffusionsverhalten des Gases in bezug auf die Membran im Vordergrund und dies natürlich unter der Vor­ aussetzung eines zumindest vergleichbaren Neutralverhal­ tens zwischen Gas und Membran und nutzt die bekannte Tat­ sache aus, daß im allgemeinen die Diffusion eines Gases mit ansteigendem Atom- bzw. Molekulargewicht sinkt. Unter Ausnutzung dieser Gegebenheit und in Kenntnis der erfin­ dungsgemäß gegebenen Lehre ist es natürlich ein leichtes, diesbezüglich günstige Komponentenkombinationen zu er­ mitteln, wobei sich auf der Seite der Elastomere fol­ gende Materialien als besonders vorteilhaft erwiesen ha­ ben: Polyethylene verschiedener Typen, Butylkautschuke sowie Naturkautschuk bzw. synthetischer Kautschuk. Auf der anderen Seite haben sich Füllgase mit geringerem Diffusionskoeffizienten als Stickstoff bspw. Methan, Ethan, Propan oder Schwefelhexafluorid erwiesen und zwar in den speziellen Kombinationen Polyethylene mit Methan, Mischpolymerisate mit Propan und Butylkautschuk mit Schwefelhexafluorid.

Mit solchen Kombinationen ergeben sich, wie sich gezeigt hat, wesentlich geringere Diffusionskoeffizienten als sie bei Stickstoff mit den bisher benutzten Membranmate­ rialien gegeben sind.

Die gestellte Aufgabe kann auch noch, allerdings mit grö­ ßerem apparativem Aufwand, in der Weise gelöst werden, daß zwischen den beiden Kammern ein in sich elastischer, metallischer Faltenbalg angeordnet und diesem in der einen und/oder der anderen Kammer eine Membran zugeord­ net ist. In Rücksicht auf die notwendige Beweglichkeit des metallischen Faltenbalges ist dessen Wandstärke au­ ßerordentlich dünn gehalten, d.h., dieser Faltenbalg hat dabei nicht etwa die Aufgabe einer mechanischen Trennung der beiden Kammern, sondern stellt nur eine zusätzliche Diffusionsbarriere dar, während die Membran die eigent­ liche druckbelastbare Trennung der beiden Kammern gewähr­ leistet. Gegebenenfalls kann dabei das Membranmaterial mit dem Faltenbalg als Verbundmaterial ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Wärmedehnungsausgleichsvorrichtung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt Fig. 1 im Schnitt eine Wärmedehnungsausgleichsvor­ richtung an sich bekannter Art mit jedoch besonderer Komponentenwahl bezüglich der Membran und des Füllgases und

Fig. 2 im Schnitt eine andere Ausführungsform.

Wie aus Fig. 1 erkennbar, besteht die Wärmedehnungsaus­ gleichsvorrichtung aus einem im Inneren durch eine elas­ tische Membran 1 in zwei Kammern 2, 3 geteilten Behälter 6, dessen eine geschlossene Kammer 2 mit Gas gefüllt und dessen andere Kammer 3 mit einem Anschluß 5 für das sich ausdehnende Medium versehen ist. Das Material der Membran 1 und das Gas in der von der Membran 1 abgeschlossenen Kammer 2 sind derart aufeinander abgestimmt ausgewählt, daß der Diffusionskoeffizient des Gases in bezug auf das Membranmaterial möglichst klein ist. Als für das Membran­ material besonders geeignete Materialien kommen Poly­ ethylen, Mischpolymerisate oder Butylkautschuk in Frage und für das in der Kammer 2 befindliche Gas Methan, Propan oder Schwefelhexafluorid. Grob räumlich gesehen bedeutet dies, daß die "Diffusions­ porösität" der Membran 1 in bezug auf das in der Kammer 2 befindliche Gas klein gehalten ist, während die Moleküle der speziell ausgewählten Gase relativ groß sind, wo­ durch vorteilhaft auf eine Reduzierung des Diffusions­ koeffizienten Einfluß genommen werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist zwischen den bei­ den Kammern 2, 3 ein in sich elastischer, metallischer Faltenbalg 4 mit dünner Wandstärke angeordnet, dem in der einen und/oder der anderen Kammer 2, 3 eine Membran 1′ zugeordnet ist. Im dargestellten Beispiel befindet sich die Membran 1 innerhalb des Faltenbalges 4, die ggf. mit dem Faltenbalg einen Formverbund bilden kann. Weniger aus Gründen einer gewährleisteten Rückstellbarkeit des Faltenbalges, die ja an sich durch das in der Kammer 2 befindliche und unter Druck stehende Gas gewährleistet ist, können im Faltenbalg, wie an einer Stelle angedeu­ tet, mehrere Stützringe 7 angeordnet sein, oder, falls die Falten schraubenlinienförmig verlaufen, kann auch ei­ ne entsprechende Schraubenfeder im Faltenbalg 4 angeord­ net werden. Solche Stützelemente haben dabei die Aufgabe, eine seitliche Deformation des Faltenbalges durch das sich in der Kammer 3 befindliche und sich ausdehnende Medium zu verhindern. Wie aus Fig. 2 erkennbar, ergibt sich bei dieser Ausführungsform auch eine fertigungs­ technisch günstigere Ausbildung des Behälters 6, wie im Vergleich zur Fig. 1 ohne weiteres erkennbar.

Claims (5)

1. Wärmedehnungsausgleichsvorrichtung, insbesondere für Heizungsanlagen, bestehend aus einem im Inneren durch eine elastische Membran in zwei Kammern geteilten Be­ hälter, dessen eine geschlossene Kammer mit Gas ge­ füllt und dessen andere Kammer mit einem Anschluß für das sich ausdehnende Medium versehen ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das Material der Membran (1) und das Gas in der von der Membran (1) abgeschlossenen Kammer (2) derart aufein­ ander abgestimmt ausgewählt sind, daß der Diffusions­ koeffizient des Gases in bezug auf das Membranmaterial möglichst klein ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Membran (1) aus Polyethylen gebildet und das in der geschlossenen Kammer (2) befindliche Gas Methan ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Membran (1) aus einem Mischpolymerisat gebildet und das in der ge­ schlossenen Kammer (2) befindliche Gas Propan ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Membran (1) aus Butylkautschuk gebildet und das in der geschlossenen Kammer (2) befindliche Gas Schwefelhexafluorid ist.

5. Wärmedehnungsausgleichsvorrichtung, insbesondere für Heizungsanlagen, bestehend aus einem im Inneren durch eine elastische Membran in zwei Kammern geteilten Be­ hälter, dessen eine geschlossene Kammer mit Gas ge­ füllt und dessen andere Kammer mit einem Anschluß für das sich ausdehnende Medium versehen ist, da­ durch gekennzeichnet, daß zwi­ schen den beiden Kammern (2, 3) ein in sich elasti­ scher, metallischer Faltenbalg (4) angeordnet und die­ sem in der einen und/oder der anderen Kammer (2, 3) eine Membran (1) zugeordnet ist.