DE3902366A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen und regulieren der druecke in rohrleitungssystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Vorwärts- und Rückwärtsspülen, sowie zum Reinigen, und zum Erhöhen, Regulieren und Stabilisieren der Drücke, in Rohrleitungssystemen bei gleichzeitiger Wasseraufbereitung.

Es können sowohl Verbraucher-Rohrnetze herkömmlicher Bauart, bei denen das Wasser von dem Eingang zum Ausgang in einer Richtung hindurchströmt, als auch Kreislaufsysteme, bei denen das Wasser durch Umwälzung an seinen Ausgangsor zurückkehren kann, nach dem Prinzip des gewollten turbulenten und auch laminaren Strömens, in eine oder beide Richtungen und der anschließenden Filtration, behandelt werden, wobei in Verbraucher-Rohrnetzen nach dieser Verfahrensweise überhaupt erst die Möglichkeit des dauernden Strömens, Vermischens, der rückwärts gerichteten Ausspülung von Schmutzteilen und des sofortigen Aufbaus eines höheren Versorgungsdrucks an den Verbraucherstellen möglich wird.

Zur Erfüllung der beschriebenen Verfahrensaufgabe werden gewöhnlich Druckspeicher, Wasserpumpen, Wasserfilter, Ventile, Wasser­ behandlungsgeräte, Armaturen etc. verwendet und das Ganze über eine spezielle Steuerung gesteuert. Zweck des Verfahrens ist, Wasser in gewollter Geschwindigkeit in gewollte Richtungen strömen zu lassen, es dabei zu behandeln und die durch das Wasser transportierbaren Substanzen gleichförmig über das System zu verteilen und Überschüsse an diesen korrosionschemisch problematischen Substanzen durch Filtration oder Hinausspülen aus dem System zu entfernen. Zur Systembehandlung werden gewöhnlich wassereigene Substanzen wie Kohlensäure, Calcium- und Magnesium-Hydrogencarbonate und -Carbonate etc. verwendet, die durch entsprechende Behandlung des Wassers gewonnen werden. Bei Mangel an solchen Substanzen können diese dem Wasser zugegeben werden. Ebenso sind die Möglichkeiten herkömmlicher Wasseraufbereitung mittels Fremdchemikalien gegeben.

Das Verfahren und die verfahrensgemäße Apparatur gewährleisten in Verbraucher-Rohrnetzen eine stetig ausreichende Druckversorgung, auch dann, wenn während der verfahrensmäßigen Funktionen, wie Druckaufbau oder Rückströmen an den Verbraucherstellen Wasser entnommen wird, oder, im Falle von Brauchwasserkreisläufen, Wasser aus dem System fließt, weil durch eine besondere Umgehungsleitung und dazugehörigen, Rückströmungen verhindernde Armaturen, der Druck in dem System nicht unter den Druck des öffentlichen Versorgungsnetzes, d. h. den Netz-Versorgungsdruck fallen kann.

Zur Unterstützung der Rückspülung und zum Erhöhen der Turbulenz bei der Rückströmung kann Luft, Kohlendioxid, Stickstoff etc. in den Strom des vorgepumpten Wassers eingegeben und nach abgeschlossener Rückströmung über eine Entlüftungsvorrichtung wieder aus dem System entfernt werden.

In Heiz- und Kühlkreisläufen (mit und ohne Systemdruck) ist das verfahrensmäßige Spülprinzip anwendbar, indem dafür Stillstandszeiten des Kreislaufs benutzt werden, wobei diese Zeiten über eine Zeitautomatik vorgegeben werden. Diese Zeitautomatik kann in Verbraucher- Rohrnetzen verwendet werden, um gewünschte Ruhezeiten einzustellen.

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß Wasser in Verbraucher-Rohrnetzen nur dann bewegt wird, wenn an den Enden des Netzes eine Wasserentnahme erfolgt und daß der Systemdruck durch den von außen kommenden Versorgungsdruck vorgegeben wird. In Kreislaufsystemen fließt Wasser mit der durch die Kreislaufpumpe vorgegebenen Geschwindigkeit und Druck durch das Rohrsystem, wobei bei geschlossenen Kreislaufsystemen der von außen kommende Versorgungsdruck den statischen Druck bestimmt. Zeitweilige Druckschwankungen in solchen System entstehen nur bei der Abnahme von Wasser.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, daß das Wasser in allen genannten Systemen nur jeweils in eine Richtung strömt und die maximale Strömung nur durch die Wasserentnahme, bzw. in Kreisläufen nur durch die Pumpenleistung, bestimmt wird.

Es ist bekannt, daß Kalk- und Korrosionsablagerungen aus Rohrleitungen nur mittels Säurespülung oder mechanischen Abtrag entfernt werden können.

Nachteilig ist, daß diese Spülung wegen der dafür in der Regel zur Verfügung stehenden knappen Zeit sehr rasch und deshalb mit einer möglichst hohen Konzentration der Chemikalie erfolgen muß. Die Verfahrensweise erfordert das Abschalten aller Verbraucherstellen und setzt auch solche Bereiche des Systems dem Säureangriff aus, die nicht durch Beläge bedeckt sind, bzw. im Verlauf der Reinigung bereits den Belag verloren haben, so daß der Säureangriff auf das blanke Metall erfolgt. Ferner werden durch eine solche Reinigung auch andere nützliche Passivierungsschichten aufgelöst. Das durch die Korrosion bereits an der Oberfläche aufgerauhte und zernarbte Metall, wird durch die Reinigung an seiner Oberfläche weiter aufgerauht und anschließend wieder dem Wasser ausgesetzt, so daß sich im darauffolgenden Betrieb neue chemische Gleichgewichte in dem Bereich Wasser/Rohrwandung bilden müssen, was erneuten Korrosionsangriff zur Folge hat. Die Rohrleitungen müssen nach der chemischen Reinigung sehr intensiv gespült werden. Als Abfallprodukt fällt eine größere Menge von chemisch verschmutztem Spülwasser und die verbrauchte Chemikalie mit den herausgelösten Schlämmen an. Es können durch Reinigungen dieser Art kaum bis gar nicht präventive und konservierende Effekte erzielt werden, weil die Ursache der ursprünglichen Korrosion nicht aufgehoben wird. Ebensowenig werden, im Falle von Korrosion und Steinbildung (als Stein werden hier solche Ablagerungen bezeichnet, die durch das Ausfallen von Erdalkalicarbonaten, Silikaten etc. steinähnliche, wasserunlösliche Ablagerungen erzeugen), die Ursachen für künftige Probleme dieser Art nicht abgestellt.

Es ist auch bekannt, daß korrodierte und durch Stein blockierte Rohrleitungen durch Austauschen ersetzt werden können.

Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist abgesehen von den damit verbundenen hohen Kosten, die Notwendigkeit der Betriebsunterbrechung und die Tatsache, das auch hier durch den Austausch der Rohre die Ursache für Korrosionen und Stein nicht beseitigt wird. Weiterhin gestaltet sich die Suche nach den auszutauschenden Rohrteilen in der Regel als schwierig, weil erfahrungsgemäß Rohre nicht durchgehend korrodieren oder verblocken, sondern die Schäden über die Strecke unterschiedlich stark auftreten, so daß auch solche Teile mit hinausgenommen werden, die eigentlich noch intakt sind. Ferner sind mit dem Rohraustausch in der Regel noch andere Arbeiten erforderlich, wie der kostspielige Aufbruch von Wänden, Fliesen und Bodenplatten und deren Wiederinstandsetzung, so daß die Kosten für diese Arbeiten und die damit verbundene Beeinträchtigung der Nutzung der betroffenen Räumlichkeiten auf den Gesamtaufwand addiert werden müssen.

Es sind ferner eine Reihe von chemischen Verfahren bekannt, mit deren Hilfe Korrosionen und Steinablagerungen in Rohrleitungen verhindert werden sollen. Diese Verfahren unterteilen sich in solche, bei denen durch Zugabeprodukte Steinbildung und Korrosion verhindert werden sollen und solche bei denen mit Hilfe von Ionenaustauschern Calcium und Magnesium aus dem Wasser entfernt und durch Natrium ersetzt wird, wobei in der Regel noch ein Korrosionsschutzmittel in der Form eines Phosphats zugeimpft werden muß, um der aus der Enthärtung des Wassers resultierenden Aggressivität zu begegnen, denn die bei der Enthärtung übrig bleibenden HCO₃-Ionen dissoziieren nach H₂O+HCO₃^- zu H₃O⁺+CO₃^2-, bilden also wieder die Korrosion fördernde Wasserstoffionen.

Den vorgenannten Verfahren ist der gemeinsame Nachteil eigen, daß sie die Chemie des Wassers verändern, seine Hygiene nachteilig beeinflussen und die Umwelt belasten. Sie können nicht gleichmäßig über das gesamte Verbraucher-Rohrnetz wirken, wenn das Wasser sich darin nicht ständig bewegt und vermischt. So kommt es immer wieder an den Rohrwandungen zu lokal besonderen, gegenüber dem übrigen Wasser abweichenden chemischen, hydraulischen und thermischen Bereichen, in denen sich die Inhaltsstoffe des Wassers anders verhalten, als ansonsten zu erwarten, so daß sich Lokalelemente bil­ den, die zu Korrosion und Lochfraß auch zu verstärktem Härteausfall (Steinbildung) führen. Ferner ist es nach der Trinkwasserverordnung und letztlich auch aus Gründen der Wasserhygiene und des Umweltschutzes nicht möglich, in Trinkwasserleitungen solche Chemikalien zur Wasserbehandlung einzusetzen, wie sie z. B. in der industriellen Wasseraufbereitung üblich sind, so daß die Möglichkeiten einer wirkungsvollen Wasserbehandlung in Verbraucher- Rohrnetzen zur Trinkwasserversorgung sehr eingeschränkt sind.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß in Verbraucher-Rohrnetzen üblicher Bauart Wasser in der überwiegenden Zeit steht und ansonsten sehr langsam fließt, so daß eingetragene Schwebstoffe und lose Inkrustierungen, deren Beweglichkeit oberhalb der üblichen Strömungs­ geschwindigkeit liegt, durch die herrschende maximale Strömung nicht hinausgetragen werden können, insbesondere dann nicht, wenn diese Stoffe in Vertiefungen von bereits bestehenden festen Ablagerungen eingelagert sind. Während es vor einigen Jahrzehnten noch durchaus üblich war, daß in einem Mietshaus die Bewohner ihren Wasserbedarf an einem einzigen Wasserhahn pro Etage zapften, sind im Laufe der Jahre die Verbraucher-Rohrnetze weitläufiger und die Zapfstellen pro Haus und Wohnun zahlreicher geworden, so daß pro Entnahmestelle die Abnahme geringer wurde und damit auch die Strömungsgeschwindigkeiten und die Zeiten schneller Strömung.

Bekannt sind auch handelsübliche Geräte zur Wasseraufbereitung mittels Ausnutzung physikalischer Effekte, wie Elektroimpulse, Magnetfelder, hochfrequente elektromagnetische und akustische Schwingungen etc. die insgesamt ein Zersetzen der Calcium- und Magnesiumhydrogencarbonate bewirken und dabei die in den Hydrogencarbonaten gebundene Kohlensäure freisetzen können.

Ein Nachteil der bisherigen Verfahrensweise bei der Verwendung solcher Geräte in Verbraucher-Rohrnetzen ist, daß das in das Rohrsystem eintretende Wasser jeweils nur einmal durch ein solches Gerät fließt, weshalb in der Regel nur ein geringer Anteil der Ca- und Mg-Bicarbonate zerstört werden kann. Dabei häng die Durch­ satzgeschwindigkeit und die Durchsatzhäufigkeit durch das Gerät von dem Zufall der Wasserentnahme ab. So ist auch das Verteilen des behandelten Wassers eine Sache des Zufalls, weshalb bei der Verwendung solcher Geräte nach der heute üblichen Verfahrensweise zwei bedeutende Nachteile in Kauf genommen werden müssen:

Erstens: die Geräteleistung kann nur in geringem Maße ausgenutzt werden.

Zweitens: das behandelte Wasser steht in den Verbraucher-Rohrnetzen und kann nur zufällig einmal hier, einmal dort auf die Ablagerungen in den Rohren wirken, wobei sich die Kohlensäure schnell verbraucht und neue Hydrogencarbonate entstehen, die nicht wieder zersetzt werden (. . . und deshalb die darin enthaltene Kohlensäure auch nicht wieder benutzt werden kann), weil das Wasser nur in einer Richtung durch das Verbraucher-Rohrnetz fließt und nicht wiederholt durch das Gerät geführt wird. So ist die einzige, auf den Zerfall von Ca- und Mg-Hydrogencarbonaten und den sich daraus ergebenden Folgeeffekten beruhende Wirkung dieser Geräte dann nicht reproduzierbar und auf Dauer nicht zu beherrschen, wenn in einem System keine für die Funktion eines solchen Gerätes erforderliche kontinuierliche und einstellbare Fließgeschwindigkeit besteht und der Wasserdruck nicht geregelt werden kann.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vielzahl der vorgenannten Nachteile zu verhindern und die Reinigung eines Rohrsystems ohne Betriebsunterbrechung zu ermöglichen, wobei selbst in sehr stark mit Ablagerungen befallenen Systemen sofort nach Einbau und Anwendung der erfindungsgemäßen Apparatur und des erfindungsgemäßen Verfahrens an den Zapfstellen in Verbraucher-Rohrnetzen ausreichender Versorgungsdruck und Wassermengen zur Verfügung stehen sollen. Es soll ein Schutz gegen Steinbildung und Korrosionen erreicht werden und bestehende Ablagerungen aus Stein und Korrosionsprodukten sollen abgebaut und Korrosionselemente entfernt werden können. Zu diesem Zweck sollen möglichst ausschließlich solche Substanzen verwendet werden, wie sie in natürlichen Wasser vorkommen und der Einsatz wasserfremder Chemie tunlichst vermieden werden. Es soll gewährleistet sein, daß das Wasser innerhalb des Rohrsystems in alle Richtungen vorwärts und rückwärts, vom Anfang bis zu den Enden, und auch von einem Abnehmerendpunkt zum anderen fließen kann und dabei sich selbst und die mitgeführten Substanzen gleichmäßig vermischt und über das System verteilt ohne daß es ungewollt zu einem stagnierenden Betrieb kommt. Die Apparatur und deren Funktion soll so gestaltet sein, daß die aus der Zersetzung der Hydrogencarbonate bzw. auch die durch einen möglichen zusätzlichen Eintrag zur Verfügung stehende Kohlensäure ihre Wirkung optimal entfalten kann. Dafür ist eine ständig gleichmäßige Verteilung auch der Kohlensäure über das ganze System zu gewährleisten, sowie die Steuerbarkeit des Systemdrucks und die Möglichkeit, einen nicht gewollten Anteil der Kohlensäure wieder aus dem System zu entfernen. Ebenfalls sollen auch Wasserchemikalien, wenn deren Anwendung in besonderen Fällen erforderlich sind, gleichmäßig über das System verteilt werden können, ohne daß es zu Depotbildungen kommen kann, und daß überschüssige Reaktionsprodukte dieser Chemikalien aus dem System automatisch ausgespült werden. In das System aus dem öffentlichen Versorgungsnetz gelangende Substanzen, aber auch solche, die sich in dem System selber bilden, sollen rückwärts hinausgespült werden, ohne daß dabei das System entleert wird. Das Rückspülwasser soll nicht verloren gehen, sonder hochrein filtriert, wieder in den Vorlauf fließen, so daß das System immer mit hochrein klar filtriertem Wasser gefüllt ist.

Lösung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wasserinhalt eines Rohrsystems mittels einer Pumpe, oder einer anderen auf das Wasser wirkenden Kraft von einem oder mehreren Druckspeichern (Anfang) als Membran-Druckgefäße, oder als Windkessel ausgelegt, über ein Filter und ein Wasserbehandlungsgerät in einen oder mehrere andere Verbraucher-Druckspeicher ähnlicher Bauart befördert wird und daß zwischen den Speichern die jeweils zu behandelnde Rohrstrecke liegt, durch die das Wasser nach Öffnen eines Ventils wieder in den Ausgangsbehälter zurückströmen kann, wobei die Strömung in der ersten Richtung gewöhnlich durch eine Pumpe passender Leistung erzeugt wird und in der zweiten, rückwärts gerichteten Richtung durch die erzeugte Druckdifferenz und den Strö­ mungswiderstand.

Die Erfindung überwindet den oben beschriebenen Nachteil der in Verbraucher-Rohrnetzen üblicher Bauart geringen Strömung dergestalt, daß das Wasser auch dann in dem System fließt, wenn an den Verbraucherstellen kein Wasser abgenommen wird, weil während der Füllzeit der Druckbehälter das Wasser langsam nach vorne strömt und nach Öffnen des Rückströmventils mit großer Geschwindigkeit in einem kurzen Zeitraum turbulent zurückströmt. Dabei kann die Häufigkeit der Rückströmzyklen durch die Wahl der Ladezeit für die Verbraucher-Druckspeicher, die Rückströmmenge durch Auswahl des Volumens der Druckspeicher und die Rückströmgeschwindigkeit durch Einstellen der Druckdifferenz und Steuern des Ventilöffnungs­ querschnittes und der Ventilöffnungszeit frei bestimmt werden.

Die Turbulenz der Rückströmung kann durch die kontrollierte Eingabe von Luft oder anderen Gasen in den Vorlauf erhöht werden, wobei die Luft bzw. das Gas nach dem Rückströmen das System über eine Entlüftungsvorrichtung verlassen können.

Erzielbare Vorteile

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile werden wie folgt darge­ stellt:

Ein durch Korrosionen und/oder Kalkablagerungen und Verschlammungen verengtes Rohrsystem kann gereinigt werden, ohne daß der Betrieb unterbrochen wird und ohne daß zum Zwecke der Reinigung Rohre geöffnet oder gar ausgewechselt werden müssen.

Sofort nach Inbetriebnahme der verfahrensgemäßen Apparatur steht an den Entnahmestellen selbst in stark verschmutzten Rohren ein Wasserdruck zur Verfügung, der höher ist, als der bisherige und je nach Dimensionierung der Verbraucher-Druckspeicher und der Ladepumpe ausreichend lange anhält und deshalb erst auf den ursprünglichen Netzdruck abfällt, wenn alle Verbraucher-Druckspeicher sich entleert haben, weil die Verbraucher-Druckspeicher insgesamt ein Druck-Volumenpolster bilden.

Innerhalb des Verbraucher-Rohrnetzes strömt auch schon bei nicht über das Rückströmventil ausgelöster Rückspülung von den Stellen hohen Drucks (Verbraucher-Druckspeicher) Wasser zu der Stelle niedrigen Drucks, wenn z. B. ein oder mehrere Entnahmestellen geöffnet werden und sorgt dadurch für eine laufende Durchmischung des Systems. So werden auch solche Rohrstränge dauernd durchspült, an denen keine, oder nur selten eine Wasserabnahme stattfindet. Angelöste Substanzen aus Ablagerungen und Korrosionszellen, positiv und negativ geladen, werden im Wasserstrom fortgetragen und in dem Wasserstrom miteinander vermischt. So können Wirkungen von elektropositiven und elektronegativen Teilchen und Substanzen unterschiedlichen Potentials sich durch Anlagerung gegenseitig aufheben und an der Stelle von starken lokalen Potentialen schwächere bis wirkungslose Mischpotentiale entstehen, deren Stärke durch von außen steuerbare Maßnahmen so eingestellt werden kann, daß sie keine elektrochemische Korrosion auslösen. Es können an den Rohrwandungen alkalische Grenzschichten entstehen, die das Ausbilden von durchgehenden, passivierenden Deckschichten ermöglichen und es können bei Bedarf Stoffe zugegeben werden, die das Ausbilden dieser Deckschichten begünstigen, ohne daß lokale Über­ konzentrationen bei diesen Stoffen entstehen. Überschüssige, nicht haftfähige Stoffe, sowie Schlämme und Partikel aus Ablagerungen werden verfahrensbedingt kontinuierlich und automatisch aus dem System entfernt. Eine totale Vermischung erfolgt jeweils beim Öffnen des Rückströmventils, wobei durch die entstehende turbulente Strömung alle losen und durch die Wasserbehandlung an- und abgelösten Substanzen mitgerissen werden können und schließlich in den Ausgangsbehälter gelangen, wo sie entweder als Bodenschlamm liegen bleiben, oder beim nächsten Vorpumpen über das Filter abgeschieden werden.

Auf diese Weise können die Inhaltsstoffe eines Rohrsystems ohne einen besonderen zusätzlichen Aufwand gleichförmig verteilt und schließlich entfernt werden, was eine Grundvoraussetzung für eine wirkungsvolle Wasserbehandlung zur Verhütung von Ablagerungen und Korrosionen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß hier für die Rohrreinigung die dem Wasser eigene Kohlensäure für die Reinigung verwendet wird und zwar diejenige, die frei vorhanden ist und jene, die aus der Zerstörung der Calcium- und Magnesium­ hydrogencarbonate gewonnen wird, wobei die entstehenden Ca- und Mg-Carbonate als Schwebstoffe im Wasser erhalten bleiben (also auch als Mineralsalze) und aufgrund ihrer großen Gesamtoberfläche gleichzeitig gegenüber der Kohlensäure eine Pufferwirkung ausüben. Da diese ausgefällten Carbonate aber in einer schwerer lösbaren Form anfallen, als jene Carbonate, die in den Ablagerungen an den Rohrwandungen vorhanden sind, werden durch die Kohlensäure hauptsächlich diese Ablagerungen aufgelöst.

Ein weiterer bedeutender Vorteil des Verwendens systemeigener Kohlensäure ist, daß wegen des bestehenden Systemdrucks die Kohlensäure nicht ausgasen kann und aufgrund des höheren Partialdrucks mit einer höheren Löslichkeit=Konzentration vorliegt. Sollte aber durch thermische, hydraulische, chemische und tribochemische Effekte dennoch Kohlensäure ausgasen, wird sie über den Rückstrom, oder die Verbraucherstellen schnell aus dem System ausgetragen. Ebenfalls kann durch Dosierung Kohlensäure eingetragen und überschüssige auch durch Filtration über geeignetes Filtermaterial wieder abgebunden werden, oder durch Zugabe eines anderen Gases der Partialdruck für die systemeigene Kohlensäure verändert wer­ den.

Die Apparatur zu dem erfindungsgemäßen Verfahren setzt sich in der Hauptsache aus bewährten, handelsüblichen Komponenten zusammen und wird durch eine speziell dafür entwickelte Steuerung gesteuert. Es können ohne kostspieligen Konstruktionsaufwand maßgeschneiderte Apparaturen für Verbraucher-Rohrnetze und Kreisläufe der unterschiedlichsten Bauart und Größe hergestellt werden, wobei der Preis für eine solche Installation im Vergleich zu den Kosten, die durch eine chemische Rohrnetzreinigung, oder den Rohrersatz entstehen, gering ist. Die Apparatur in ihren unterschiedlichen Ausführungsformen kann durch jeden geübten Installateur eingebaut und gewartet werden.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren ist die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 Das Schema einer möglichen Installation in einem Wohnhaus mit zwei Wohnebenen und vier Zapfstellen in der Funktion: langsame Strömung vorwärts, turbulente Strömung rückwärts.

Die erfindungsgemäße Apparatur besteht aus einem Vorlauf-Druckspeicher 1 aus dem Wasser mittels einer Pumpe 2 durch einen Filter 3 und ein physikalisch wirkendes Wasserbehandlungsgerät 4 in Verbraucher-Druckspeicher 5 gepumpt wird und dort einen über den Druckschalter 6 vorgebbaren hohen Druck aufbaut, während der Druck in dem Vorlauf-Druckspeicher 1 fällt. Über den Druckschalter 7 wird der minimale und maximale Druck in dem Vorlauf-Druckspeicher 1 kontrolliert und mit dem Druckschalter 8 der Wasserdruck des öffentlichen Netzes.

Nach Erreichen des eingestellten hohen Drucks in den Verbraucher- Druckspeichern 5 wird über die Steuerung das Rückströmventil 9 geöffnet und die Pumpe 2 abgeschaltet. Das Wasser strömt jetzt mit hoher Geschwindigkeit in den Vorlauf-Druckspeicher 1 zurück. Durch eine besondere Anordnung von Rückschlagklappen 12 wird gewährleistet, daß das Wasser in jeder Strömungsrichtung durch das Wasserbehandlungsgerät 4 fließt.

Bei einer Wasserentnahme während des Druckaufbaus in den Verbraucher-Druckspeichern 5 läuft die Pumpe 2 weiter. Sinkt der Druck in den Verbraucher-Druckspeichern 5 auf den Druck des öffentlichen Versorgungsnetzes, strömt automatisch Wasser über die Umgehungsleitung 10 nach. Das Ventil 11 zum öffentlichen Versorgungsnetz öffnet, sobald der Druck in dem Vorlauf-Druckspeicher 1 den auf dem Druckschalter 7 eingestellten Minimaldruck unterschreitet und schließt, wenn der Minimaldruck erreicht ist.

Bei Wasserentnahme während des Rückströmens ist die Pumpe 2 abgeschaltet. Die Verbraucher-Druckspeicher 5 sinken bis auf den Druck des öffentlichen Versorgungsnetzes ab, so daß über den Druckschalter 6 die Pumpe eingeschaltet wird. Wenn bei der Wasserentnahme der Druck in den Verbraucher-Druckspeichern 5 tiefer sinken würde, als der Druck des öffentlichen Versorgungsnetzes, wird über die Umgehungsleitung 10 automatisch ein Ausgleich bis zur Druck­ gleichheit mit dem öffentlichen Versorgungsnetz herbeigeführt. Die Pumpe lädt die Verbraucher-Druckspeicher 5 wieder bis auf den vorgewählten Maximaldruck, wobei in dem Vorlauf-Druckspeicher 1 aufgrund der vorhergegangenen Wasserentnahme ein Mengendefizit ent­ steht, woraufhin der Minimaldruck dort unterschritten wird, so daß das Ventil 11 zum öffentlichen Versorgungsnetz öffnet und nach Erreichen des Minimaldrucks wieder schließt.

Zur Unterstützung der reinigenden Spülung mittels turbulenter Rückströmung kann über eine Druckquelle 15 Luft, Stickstoff oder Kohlendioxid in das System mit eingegeben werden. Die einzugebene Menge wird durch den Systemdruck über den Druckschalter 6 begrenzt und über das Eingabeventil 16 kontrolliert. Der zeitliche Verlauf der Eingabe (simultan zum wasserseitigen Druckaufbau oder zuerst Vorpumpen des Wassers und danach Luft bzw. Gaseingabe. . . ) wird über die Steuerung 13 gesteuert. Über eine Entlüftungsvorrichtung 14 kann die eingetragene Luft bzw. Gas wieder aus dem System entfernt werden.

Die Luft bzw. Gaseingabe kann auch mengenproportional erfolgen, wozu dann sinngemäß die entsprechenden Armaturen vorzusehen sind. Ebenfalls dient diese Eingabemöglichkeit zum Dosieren von CO₂ für den Fall, daß zur Systembehandlung zusätzliche Kohlensäure, andere Gase oder Luft benötigt werden.

Zur Einstellung des Systemdrucks, tiefer als der Versorgungsdruck vom öffentlichen Netz, wird bei Bedarf am Systemanfang ein Druck­ mindererventil 17 eingebaut.

Die Anlage wird entweder dezentral über die genannten Druckschalter 6, 7 und 8 gesteuert, wobei der Steuerschrank 13 hauptsächlich als Verteiler für die Steuerströme zu den Ventilen 9 und 11 und zu der Pumpe 2 fungiert, oder sie wird zentral gesteuert. Dann werden anstelle der Druckschalter 6, 7 und 8 Druckgeber verwendet und die Umwandlung und Verarbeitung der Druckmeßwerte über eine zentrale Rechnereinheit in dem Steuerschrank 13 vorgenommen.

Eine zweite mögliche Funktion ist: keine Rückströmung (Spülen), sondern nur Druckerhöhung an den Ver­ braucherstellen. Diese Funktion kann eingestellt werden, wenn Strömungsgeräusche in den Rohrleitungen sich als störend erweisen, wie z. B. während der Nachtruhe.

Bei dieser Betriebsart bleibt das Rückströmventil 9 ständig geschlossen während Wasser mit der Pumpe 2 in die Verbraucher- Druckspeicher 5 gepumpt wird. Bei Erreichen des gewünschten Maximaldrucks wird die Pumpe 2 mittels Druckschalter 6 abgeschaltet. Der an den Entnahmestellen gewünschte Mindestdruck (der höher sein kann, als der Druck des öffentlichen Versorgungsnetzes) wird ebenfalls an dem Druckschalter 6 eingestellt. Ist die Wasserentnahme zeitweilig größer als die Förderkapazität der Pumpe 2, kann der Versorgungsdruck an den Entnahmestellen bis auf die Höe des Druckes aus dem öffentlichen Versorgungsnetz absinken, aber nicht tiefer, weil das Wasser in dem Fall über die Umgehungsleitung 10 automatisch nachströmt.

Eine dritte mögliche Funktion ist: stromlose Ruhestellung der Apparatur. Dieser Zustand kann bei Stromausfall eintreten oder bei gewollter Abschaltung. Dann ist das Rückströmventil 9 geschlossen und das Ventil 11 zum öffentlichen Versorgungsnetz geöffnet. Das Wasser strömt nun durch den Vorlauf-Druckspeicher 1 und über die Umgehungsleitung 10 an der Pumpe 2 vorbei durch das Filter 3 und durch das abgeschaltete Be­ handlungsgerät 4 an die Entnahmestellen, wobei die Verbraucher- Druckspeicher 5 als Druck- und Mengenpolster wirken.

Weitere Funktionen, wie z. B. turbulentes Vor- und Rückströmen sind durch entsprechende Konfiguration und Schaltung der Systembau­ steine möglich.

Fig. 2: Das Schema einer möglichen Installation in einem Fußboden-Hei­ zungskreislauf stellvertretend für geschlossene Heiz- und Kühlkreisläufe, sowie Warmwasserzirkulation insgesamt, in der Funktion: langsame Strömung vorwärts, turbulente Strömung rückwärts. Die Spülungen können hier, über eine Zeituhr ausgelöst, während Ruhezeiten erfolgen. Weiterhin kann das Kreislaufwasser auch in den Stillstandszeiten, z. B. während des Sommers, bewegt und gereinigt werden. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die in einem Heizungskreislauf üblichen Regelkomponenten nicht eingezeich­ net.

Die erfindungsgemäße Apparatur besteht aus einem Vorlauf-Druck­ speicher 1 aus dem Wasser mittels einer Pumpe 2 durch ein Filter 3 und über die Heizungskreise in den Rücklauf-Druckspeicher 4 gepumpt wird und dort einen über den Druckschalter 5 vorgebbaren hohen Druck aufbaut, während der Druck in dem Vorlauf-Druckspeicher 1 fällt. Dabei sind das Rückströmventil 6 und das Kreislaufventil 7 geschlossen und die Zirkulationspumpe 8 abgeschaltet. Nach Erreichen des vorgewählten Drucks schaltet die Pumpe 2 ab und das Rückströmventil 6 öffnet. Das Wasser strömt jetzt im umgekehrten Sinne zu seiner eigentlichen Zirkulationsrichtung durch das System und die Heizkreise und durch das Rückströmventil 6 zurück in den Vorlauf-Druckspeicher 1. Ein Rückflußverhinderer 9 am Systemeingang verhindert den Austritt von Kreislaufwasser nach draußen. Bei Bedarf kann dem Rückflußverhinderer 9 ein handelsübliches Über­ strömventil vorgeschaltet werden, um einen Zulauf von draußen in das System zu verhindern, wenn aufgrund starker Strömung aus dem Rücklauf-Druckspeicher 4 am Systemeingang ein Unterdruck entstehen sollte.

Zur Einstellung des Systemdrucks, tiefer als der Versorgungsdruck vom öffentlichen Netz, wird bei Bedarf am Systemanfang ein Druck­ mindererventil 11 eingebaut.

Der Steuerkasten 10 enthält die für das Steuern der Apparatur er­ forderlichen Komponenten.

Claims (22)

*) Als Anfang wird hier die Eintrittsseite des Wassers in das betreffende Rohrsystem bezeichnet, also gewöhnlich der Übergabepunkt vom öffentlichen Rohrnetz (Wasseruhr). Der hier angebrachte Speicher wird im weiteren Text als Vorlauf-Druckspeicher bezeichnet. Als Ende wird die Austrittsseite (Verbraucherseite) des Wassers aus einem Rohrsystem bezeichnet, also der Bereich der Entnahmeventile oder die Nähe davon. Die dort angebrachten Druckspeicher, auch wenn sie unterschiedliche Ausführungsformen besitzen werden im weiteren Verlauf als Verbraucher- Druckspeicher bezeichnet.
Weiterhin werden in der Folge als Verbraucher-Rohrnetze solche Systeme bezeichnet, bei denen Wasser auf der einen Seite eintritt und auf der anderen Seite an den Entnahmestellen austritt.
Als Kreisläufe werden in der Folge solche Systeme bezeichnet, in denen Wasser mittels einer Umwälzpumpe im Kreise strömt, wobei solche Kreisläufe in unterschiedlicher Bau- und Ausführungsform auftreten:
Brauchwasser-Kreisläufe (halboffen, mit Systemdruck) wie z. B. für die Warmwasser-(Brauchwasser) Zirkulation.
Heiz- und Kühlkreisläufe (geschlossen mit Systemdruck) wie z. B. in Heizungs- oder Kühlanlagen.
Kühlkreisläufe (offen ohne Systemdruck) wie z. B. in Kühlturmanlagen oder Anlagen zur Maschinen- und Werkzeugkühlung etc.

1. Verfahren und Vorrichtung zum Vorwärts- und Rückwärtsspülen, sowie zum Reinigen, und zum Erhöhen, Regulieren und Stabilisieren der Drücke, in Rohrleitungssystemen bei gleichzeitiger Wasseraufberei­ tung, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserinhalt eines Rohrsystems mittels einer Pumpe, oder einer anderen auf das Wasser wirkenden Druckquelle von einem oder mehreren Druckspeichern (Anfang) *) als Membran-Druckgefäße, oder als Windkessel ausgelegt, über ein Filter und ein Wasserbehandlungsgerät in einen oder mehrere andere Druckspeicher (Ende) *) änlicher Bauart befördert wird und daß zwischen den Speichern die jeweils zu behandelnde Rohrstrecke liegt, durch die das Wasser nach Öffnen eines Ventils wieder in den Ausgangsbehälter zurückströmen kann, wobei die Strömung in die erste Richtung gewöhnlich durch eine Pumpe passender Leistung erzeugt wird und in der zweiten, rückwärts gerichteten Richtung durch die zwischen den Gefäßen erzeugte Druckdifferenz.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmischung des Systems und seine Druck- und Wasserreserven an den Entnahmestellen dadurch erreicht werden kann, daß die Anzahl der Vorlauf-Druckspeicher und die der empfangenden Verbraucher-Druckspeicher, beliebig sein kann und sich nach dem jeweiligen Rohrinhalt und der erforderlichen Strömungsmenge pro Arbeitszyklus richtet und daß sie an beliebigen Stellen im System installiert sein können, wobei Membranspeicher mit unterschiedlichen Gasvordrücken verwendet werden können.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Schmutzfracht an den Anfang zurückgeströmte Wasser wieder zu den Enden befördert wird, indem es ein Filtergerät passiert.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Einbau von Verbraucher- Druckspeichern in Verbraucher-Rohrnetzen an den Systemenden und deren Laden auf einen Druck, der höher ist, als der Druck am Systemanfang an den Zapfhähnen bereits sofort nach Inbetriebnahme ein ausreichender Versorgungsdruck zur Verfügung steht.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in das System ein physikalisch wirkendes Behandlungsgerät zur Fällung von Calcium- und Magnesiumhydrogencarbonaten und Freisetzen der in den Bicarbonaten enthaltenen Kohlensäure eingebaut wird.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß unter Ausnutzung der relativen Konzentrations­ zunahme dieser Kohlensäure und unter Ausnutzung eines veränderbaren Systemdrucks der auf die Kohlensäure entfallende Partialdruck und damit die Löslichkeit dieser Kohlensäure verändert werden kann.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mangel an wassereigener Kohlensäure über eine geeignete Eingabevorrichtung eine bestimmbare Menge an Kohlensäure in der Form von Kohlendioxid (CO₂) in das System gegeben werden kann.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Druckveränderungen im System ausgasende Kohlensäure mit der Rückströmung in den Ausgangsbehälter gelangt und dort über ein Entlüftungsventil das System verläßt, sowie ferner, daß die ausgegaste Kohlensäure auch über das an den Zapfstellen ausfließende Wasser aus dem System entfernt wird.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter mit Kohlensäure bindenden Stoffen, wie z. B. Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, halbgebrannten Dolomit etc. gefüllt wird.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung einer Umgehungsleitung das System auch dann unter dem normalen Netz-Versorgungsdruck steht, wenn alle Druckbehälter drucklos sind und die Pumpe bzw. Druckquelle abgeschaltet ist.

11. Verfahren nach Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle (Pumpe) wechselseitig in beide Richtungen wirken kann, so daß in einem Arbeitstakt hoher Druck an dem entgegengesetzten Ende des Systems aufgebaut wird, woraufhin durch Öffnen des Rückströmventils das Wasser turbulent zurückströmt, sodann der Druckaufbau im nächsten Takt in den oder die Behälter erfolgt, in die das Wasser soeben turbulent zurückgeströmt ist, so daß beim nächsten Öffnen des Rückströmventils das Wasser wiederum in die andere Richtung turbulent zurückströmt.

12. Verfahren nach Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß an einer beliebigen Stelle des Systems eine Dosiervorrichtung für wasserbehandelnde Chemikalien eingebaut werden kann, wobei die gleichmäßige Durchmischung des Systems mit diesen Chemikalien gewährleistet ist und eine Depotbildung, oder Bereiche überhöhter Konzentrationen nicht möglich sind.

13.Verfahren nach Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserinhalt des Verbraucher- Rohrnetzes innerhalb des Systems in alle Richtungen fließen kann, wobei die abgelösten positiv und/oder negativ geladenen Teilchen, die auch unterschiedliche elektrochemische Potentiale besitzen können, miteinander vermischt werden, so daß das System in Bezug auf die Ladungen und die Potentiale dieser Teilchen von einem Zustand der heterogenen Ladungsverteilung der Ladungen und Potentiale als Auslöser von lokalen Elementen, die Korrosionen und Salz­ ausfällungen bewirken können, in einen einem Zustand der homogenen Verteilung übergeht, bei dem sich Ladungen und Potentiale gegenseitig aufheben können.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Ventil zwischen dem öffentlichen Versorgungsnetz und der erfindungsgemäßen Apparatur in stromlosem bzw. energielosem Zustand geöffnet ist und daß das Ventil zur Steuerung der Rückspülung (Rückströmung) in stromlosem bzw. energielosem Zustand geschlossen ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder hinter dem eingangsseitigen Ventil eine Vorrichtung zum Dosieren von Wasser behandelnden Chemikalien eingebaut werden kann.

16. Verfahren nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das beschriebene Prinzip der Wasserführung und Wasserbehandlung in Verbraucher-Rohrnetzen mit turbulenter Strömung in eine oder zwei Richtungen auch in offenen, halboffenen und geschlossenen Wasserkreisläufen angewendet werden kann, wie z. B. in Heizungs- und Warmwasserkreisläufen oder Kreisläufen zur Maschinenkühlung.

17. Verfahren nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß Verbraucher-Rohrnetze gereinigt werden können, ohne daß deren Nutzung (z. B. Wasserentnahme) unterbrochen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß Kreisläufe gereinigt werden können, indem für die Reinigung Stillstandszeiten benutzt werden.

19. Verfahren nach Ansprüchen 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß Stillstandszeiten für Verbraucher- Rohrnetze und Kreisläufe zwecks Ruhestellung zur durch eine programmierbare Zeituhr vorgegeben werden können.

20. Verfahren nach Anspruch 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer geeigneten Eingabevorrichtung zur Unterstützung der Spülung durch turbulent strömendes Wasser Luft, Kohlendioxid oder Stickstoff etc. in ein Rohrsystem eingegeben werden können und daß diese Gase über eine Entlüftungsvorrichtung aus dem die Rückströmung aufnehmenden Druckspeicher wieder entweichen können.

21. Verfahren nach Ansprüchen 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Systemdruckes niedriger, als der von außen über das öffentliche Versorgungsnetz anstehende Druck, zwecks verfahrensmäßiger Ausnutzung bestimmter Druckeinstellungen in dem System, an der Eingangsseite ein Druckmindererventil angeordnet wird.

22. Verfahren nach Ansprüchen 1-21, dadurch gekennzeichnet, daß durch selektive Zugabe bestimmter Gase der auf die Gase entfallende Partialdruck verändert werden kann.