DE4407936A1 - Druckhaltevorrichtung für geschlossene Heizungs- oder Kühlkreisläufe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckhaltevorrichtung für einen geschlossenen Heizungs- oder Kühlkreislauf gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Entlüftung des Wärmeträgermediums in einer Druckhaltevor­ richtung und eine Entlüftungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 4 und 5.

Veränderungen der Systemtemperatur in geschlossenen Heizungs- oder Kühlkreisläufen führen zu Volumenschwan­ kungen des Wärmeträgermediums und damit zu Druckänderungen im Kreislauf. Weil aber zu hohe Drücke unmittelbar Un­ dichtheiten und Zerstörungen und zu niedrige Drücke Ausdampferscheinungen, verbunden mit Kavitation und Kondensatschlägen, hervorrufen, ist es notwendig, einen bestimmten Betriebsdruck einzuhalten. Hierzu werden Druck­ haltevorrichtungen eingesetzt, die bei Volumenzunahme dem Kreislauf das Überschußvolumen entnehmen und dieses über ein Ablaßorgan in einen Ausgleichsbehälter ablassen, wo es unter Luftabschluß gelagert wird, beziehungsweise bei Volumenabnahme dem Kreislauf das fehlende Volumen aus dem Ausgleichsbehälter zuführen.

Das Schema einer derartigen bekannten Druckhalte­ vorrichtung zeigt Fig. 1. In dieser Figur bezeichnet 2 ein Heizungs- oder Kühlsystem, 4 einen Ausgleichsbehälter, 6 eine Verbindungsleitung zwischen Heizungs- bzw. Kühlsystem und Ausgleichsbehälter, 8 eine Druckhaltepumpe, 10 ein Rückschlagventil und 12 ein Überströmventil. Weiter eingezeichnet sind zwei Absperrventile 14 und 16 sowie ein Filter 18. Die Verbindungsleitung 6 verzweigt in eine Zuleitung A mit der Pumpe 8 und dem Rückschlagventil und in eine Rückleitung ß mit dem Überströmventil 12.

Wenn der gewünschte Betriebsdruck im Kreislauf des Heizungs- bzw. Kühlsystems um einen bestimmten Toleranzwert überschritten wird, öffnet das Überströmventil 12 und läßt Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser, in den Ausgleichs­ behälter 4 ab. Sobald sich der Druck dadurch genügend gesenkt hat, schließt das Überstömventil wieder. Wenn andererseits der Betriebsdruck um einen bestimmten Toleranzwert unterschritten wird, wird solange die Druck­ haltepumpe 8 eingeschaltet und damit Wärmeträgermedium vom Ausgleichsbehälter 4 in den Kreislauf gefördert, bis der Druck genügend erhöht ist.

Bisher werden als Ablaßorgan vorwiegend feder­ belastete Überströmventile verwendet, mit welchen der Anlagendruck wegen ihrer eher schwerfälligen Charakteristik in nachteiliger Weise nur innerhalb einer vergleichsweise großen Toleranz eingehalten werden kann. Um einen engeren Toleranzbereich zu erreichen, sind deshalb anstelle von fe­ derbelasteten Überströmventilen auch schon Magnetventile in Verbindung mit präzisen Druckschaltern eingesetzt worden. Dabei hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß das Betä­ tigen des Magnetventils, besonders bei hohen Anlagedrücken, zu problematischen Druckschlägen in der Anlage führen kann.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckhaltevorrichtung der eingangs beschriebenen Art mit einfachen und kostengünstigen konstruktiven Maßnahmen so weiterzuentwickeln, daß das Auftreten von schädigenden Druckschlägen verhindert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Druckhaltevorrichtung, wie sie im unabhängigen Patentanspruch 1 definiert ist, ist die Pumpe nicht mehr im gesonderten Zuleitungsabschnitt angeordnet, sondern im unverzweigten Abschnitt der Ver­ bindungsleitung. Damit wird die Pumpe auch beim Ablassen von Wärmeträgermedium, das heißt, bei öffnendem, geöff­ netem und schließendem Ablaßorgan, durchströmt, und zwar entgegen der normalen Förderrichtung, so daß sie schlag­ dämpfend wirkt.

Aufgrund der Erkenntnis, daß die Pumpe in Rückwärts­ richtung als dynamischer Schlagdämpfer wirken kann und durch die entsprechende erfindungsgemäße Anordnung der Pumpe ergibt sich so eine überraschend einfache und wirkungsvolle Lösung der Druckschlag-Problematik und in der Folge insbesondere die Möglichkeit, den Anlagendruck ohne nachteilige Folgen mittels Magnetventilen in Verbindung mit exakt arbeitenden Druckschaltern zu halten.

Ein weiteres Problem, das bei Druckhaltevorrichtungen der eingangs beschriebenen Art insbesondere dann auftritt, wenn der Anlagendruck mit kleiner Toleranz gehalten wird und demzufolge das Medium in der Druckhaltevorrichtung während eines Großteils der Zeit in Bewegung ist, ist die Entlüftung des Mediums.

Nach Stand der Technik werden als Entlüftungseinrich­ tungen sogenannte Entlüfterflaschen eingesetzt, in welchen sich die Luft am höchsten Punkt sammelt, von wo sie von Zeit zu Zeit automatisch oder manuell abgelassen wird. Wenn diese Entlüfterflaschen durchströmt werden, ist eine Entlüftung des Wärmeträgermediums praktisch gar nicht oder zumindest nur sehr beschränkt möglich, weil die einge­ schlossenen Luftbläschen immer wieder weitergetragen werden, bevor sie in der Entlüfterflasche an die Oberfläche des Mediums steigen können.

Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Entlüftung des Wärmeträger­ mediums und eine Entlüftungseinrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens vorzuschlagen, die eine wirksame Ent­ lüftung auch dann ermöglichen, wenn das Wärmeträgermedium in Bewegung ist, und die sich insbesondere für den Einsatz in einer Druckhaltevorrichtung eignen, die den Anlagedruck mit vergleichsweise kleiner Toleranz hält.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den unabhängigen Patentansprüchen 4 und 5 definiert.

Demgemäß wird in der Entlüftungseinrichtung im strömenden Wärmeträgermedium ein walzenförmiger Wirbel gebildet, in welchem die Luftbläschen, wie Versuche gezeigt haben, zurückgehalten werden. In gewissen Arbeitsphasen der Druckhaltevorrichtung, insbesondere wenn das Wärmeträger­ medium verlangsamt strömt oder ruht und demzufolge der Wirbel sich auflöst, können dann die zurückgehaltenen Luftbläschen nach oben entweichen und in bekannter Weise in die Atmosphäre ausgeschieden werden. Bei hohen Anlage­ drücken ist in diesem Zusammenhang zudem eine Anordnung der Entlüftungseinrichtung direkt vor der Pumpe zusätzlich von Vorteil, denn dadurch entsteht beim Ansaugen der Pumpe in der Entlüftungseinrichtung ein Unterdruck, der ein problemloses Entweichen der Luft in die Atmosphäre erst ermöglicht. Weiter vorteilhaft kann dank der besonderen Bauart der Entlüftungseinrichtung bei ruhendem Medium auch statisch in der Art der bekannten Entlüfterflaschen entlüftet werden.

Bevorzugte Ausführungsformen von Druckhaltevor­ richtung und Entlüftungseinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgen­ den unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 2 ein Schema einer erfindungsgemäßen Druckhaltevorrichtung und

Fig. 3 und 4 eine horizontal und eine vertikal geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Entlüftungs­ einrichtung.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte, erfindungs­ gemäße Druckhaltevorrichtung weist teilweise dieselben Apparaturen auf wie die einleitend anhand der Fig. 1 beschriebene, bekannte Vorrichtung; entsprechend werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Ein Heizungs- oder Kühlkreislauf 2 ist über eine Verbindungsleitung 6 mit einem Ausgleichsbehälter 4 verbunden. Die Verbindungs­ leitung 6 verzweigt in eine Zuleitung A und eine Rückleitung B. In der Zuleitung A ist ein Rückschlag­ ventil 10 eingefügt, mit dem die Zuleitung gegen ein Rückströmen Richtung Ausgleichsbehälter abgesperrt ist. In der Rückleitung B befindet sich als Ablaßorgan ein Magnetventil 12′ sowie eine insgesamt mit 20 bezeichnete Entlüftungseinrichtung mit einem Entlüfterventil 22, auf die weiter unten näher eingegangen wird.

Abweichend von den bekannten Druckhaltevorrichtungen ist eine Druckhaltepumpe 8 nicht in der Zuleitung A, sondern vor der Verzweigung der Verbindungsleitung ange­ ordnet. Mit anderen Worten ist im Vergleich zum Stand der Technik die Abzweigung der Rückleitung B von einer Stelle in Förderrichtung vor der Pumpe zu einer Stelle hinter der Pumpe verlegt, so daß die Pumpe sowohl beim Zuführen als auch beim Ablassen von Wärmeträgermedium durchströmt wird. Dadurch kann die Pumpe beim Öffnen und Schließen des Ablaß-Magnetventils 12′ - wie einleitend schon allgemein dargestellt - schlagdämpfend wirken.

Dank dieser vorteilhaften Anordnung der Pumpe wird es erst möglich, zur Erreichung von kleinen Druckhalte­ toleranzen als Ablaßorgan ein Magnetventil einzusetzen, ohne dabei das Auftreten nachteiliger Druckschläge in Kauf nehmen zu müssen. Das Magnetventil wird dabei in an sich bekannter Weise mittels (nicht abgebildeten) Druckschaltern betätigt, die auf vorgegebene Grenzwerte des Drucktoleranz­ bereichs ansprechen und das Magnetventil entsprechend öffnen oder schließen.

Nachstehend wird nun die Entlüftungseinrichtung 20 anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert. Diese umfaßt ein Gefäß 24 mit einem Einlaß 26 und einem Auslaß 28 für das Wärmeträgermedium und einem Anschluß 30 für das Entlüftungsventil 22. Das Gefäß weist bevorzugt eine rohrförmige Gestalt mit einem runden oder eckigen Mantel auf und ist zweckmäßig wie im gezeigten Ausführungsbei­ spiel als zylindrische Flasche ausgebildet. Vorteilhaft ist seine Höhe mindestens doppelt so groß wie sein mittlerer Durchmesser.

Der Innenraum des Gefäßes ist in seinem unteren Bereich, vorzugsweise bis auf etwa mittlere Höhe, durch eine Trennwand 32 aufgeteilt in eine Zuströmkammer 34 und eine Abströmkammer 36. Der oberhalb von Zu- und Abström­ kammer verbleibende Innenraum 38 wird, seiner Funktion entsprechend, im folgenden als Wirbelkammer bezeichnet. An ihrem oberen Ende sind die Zuströmkammer 34 und die Ab­ strömkammer 36, ausgehend von der Trennwand 32, durch je ein Platte 40 und 42, welche die Funktion von Leit- bzw. Stauelementen haben, teilweise überdeckt, so daß die jeweilig offene Verbindung zur Wirbelkammer 38 je auf ein von der Trennwand 32 abgelegenes Kreissegment 44 bzw. 46 beschränkt ist.

Die Entlüftungseinrichtung 20 ist so in der Rücklei­ tung B der Druckhaltevorrichtung eingefügt (vgl. Fig. 2), daß während einer Ablaßphase das Wärmeträgermedium die Entlüftungseinrichtung in der Reihenfolge Zuströmkammer 34, Öffnung 44, Wirbelkammer 38, Öffnung 46, Abströmkammer 36 durchströmt (Pfeile C und D in Fig. 4). Aufgrund des gegenüber der Zu- und Abströmkammer 34, 36 erweiterten Strömungsquerschnitts der Wirbelkammer 38 und der Anordnung der Leit- bzw. Stauelemente 40, 42 entstehen dabei unter­ schiedliche Druck- und Geschwindigkeitszonen, die in der Wirbelkammer 38 zur Bildung eines walzenförmigen Wirbels (Symbol E) führen. Dieser Wirbel vermag Luftbläschen, die sonst mit dem durchströmenden Wärmeträgermedium wieder aus der Entlüftungseinrichtung ausgetragen würden, in der Wirbelkammer zurückzuhalten und anzusammeln, von wo sie über das Entlüftungsventil 22 abgelassen werden kann.

Das Zurückhalten von Luftbläschen in der Wirbelkammer läßt sich zusätzlich unterstützen, indem die Öffnung 46 zwischen Wirbelkammer 38 und Abströmkammer 36 möglichst eng gestaltet wird, so daß weitestgehend nur Wärmeträgermedium aus den äußersten Schichten des Wirbels die Wirbelkammer verlassen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform überdeckt deshalb das Leit- bzw. Stauelement 42 wenigstens zwei Drittel des Querschnitts der Abströmkammer 36, während das andere Leit- bzw. Stauelement 40, das keine Rückhalte­ funktion übernehmen muß, die Zuströmkammer 34 weniger weit überdeckt.

Eine weitere Verbesserung der Strömungs- und Entlüftungseigenschaften läßt sich mit einem Abdeck­ element 48 erreichen, welches vor dem Auslaß 28 angebracht ist. Das Abdeckelement trennt den Auslaßbereich von der Abströmkammer 36 und weist für den Durchtritt des Wärme­ trägermediums im untersten, an den Boden des Innenraums angrenzenden Bereich eine oder mehrere, beispielsweise kreis- oder schlitzförmige, Ausnehmungen 50 auf, so daß das strömende Wärmeträgermedium gezwungen ist, dem mit dem Pfeil F angedeuteten Weg zu folgen.

Abschließend sei ausdrücklich erwähnt, daß die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, die vom Fachmann im Rahmen des in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Erfindungsgedan­ kens in vielfacher Weise abgewandelt werden können. So wird es insbesondere möglich sein, andere Formgebungen und Abmessungen für die Entlüftungseinrichtung zu finden, mit denen ebenfalls die Bildung eines walzenförmigen Wirbels erreicht wird.

Claims (10)

1. Druckhaltevorrichtung für einen geschlossenen Heizungs- oder Kühlkreislauf, bei der ein Ausgleichsbehäl­ ter (4) über eine Verbindungsleitung (6) mit dem Kreislauf verbunden ist und zur Erhaltung eines vorgegebenen Druck­ sollwerts im Kreislauf Wärmeträgermedium vom Kreislauf über ein Ablaßorgan (12, 12′) in den Ausgleichsbehälter (4) ablaßbar beziehungsweise aus dem Ausgleichsbehälter (4) mittels einer Pumpe (8) in den Kreislauf zuführbar ist, wobei sich die Verbindungsleitung (6) zwischen Kreislauf und Ausgleichsbehälter (4) verzweigt in eine Zuleitung (A), in der ein Rückström-Absperrorgan (10) angeordnet ist, und eine Rückleitung (B), in der das Ablaßorgan (12, 12′) ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (8) in der Verbindungsleitung vor der Verzweigung in Zuleitung (A) bzw. Rückleitung (B) angeordnet ist, derart, daß das Wärmeträgermedium sowohl beim Zuführen als auch beim Ablassen die Pumpe (8) durchströmt.

2. Druckhaltevorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßorgan ein Magnetventil (12′) ist.

3. Druckhaltevorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (12′) mittels auf einen vorgegebenen Solldruck in Kreislauf oder Verbindungs­ leitung ansprechende Druckschalter betätigt ist.

4. Verfahren zur Entlüftung des Wärmeträgermediums in einer Druckhaltevorrichtung für einen geschlossenen Heizungs- oder Kühlkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß in den Arbeitsphasen der Druckhaltevorrichtung, in welchen das Wärmeträgermedium bewegt wird, in einer vom Wärmeträ­ germedium durchströmten Entlüftungseinrichtung wenigstens ein walzenförmiger Wirbel gebildet wird, in welchem Luftbläschen zurückgehalten werden, derart, daß die Luftbläschen während bzw. nach Abbau des Wirbels in der Entlüftungseinrichtung nach oben entweichen und über ein Luftablaßorgan ausgeschieden werden können.

5. Entlüftungseinrichtung für eine Druckhaltevorrichtung eines geschlossenen Heizungs- oder Kühlkreislaufs zur Aus­ führung des Verfahrens nach Patentanspruch 4, mit einem Einlaß (26) und einem Auslaß (28) für das Wärmeträger­ medium sowie einem Anschluß (30) für ein Luftablaßorgan (22), gekennzeichnet durch eine Zuströmkammer (34), in deren unteren Bereich der Einlaß (26) mündet, eine Ab­ strömkammer (36), in deren unteren Bereich der Auslaß (28) mündet, und eine oberhalb der beiden vorgenannten Kammern (34, 36) angeordnete und mit diesen verbundene Wirbelkammer (38), in deren oberem Bereich der Anschluß (30) für das Luftablaßorgan (22) abzweigt, wobei der Strömungsquerschnitt der Wirbelkammer (38) größer ist als derjenige von Zuströmkammer (34) und Abströmkammer (36) und im Übergang von Zuströmkammer (34) zu Wirbelkammer (38) und/oder im Übergang von Wirbelkammer (38) zu Abströmkammer (36) und/oder in der Wirbelkammer (38) wenigstens ein zur Erzeugung eines walzenförmigen Wirbels geeignetes Leit- bzw. Stauelement (40, 42) vorhanden ist.

6. Entlüftungseinrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gefäß (24) mit einem etwa kubischen oder etwa zylindrischen Innenraum, dessen Höhe wenigstens doppelt so groß ist wie seine mittlere Breite, in seinem unteren Bereich durch eine senkrecht angeordnete Trennwand (32) in zwei Kammern aufgeteilt ist, welche die Zuströmkammer (34) und die Abströmkammer (36) bilden, und daß, ausgehend vom oberen Ende der Trennwand (32), sich ein erstes Leit- bzw. Stauelement (40) im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung über wenigstens die Hälfte des Quer­ schnitts der Zuströmkammer (34) erstreckt und sich ein zweites Leit- bzw. Stauelement (42) im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung über wenigstens zwei Drittel des Querschnitts der Abströmkammer (36) erstreckt.

7. Entlüftungseinrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwand (32) bis auf etwa mittlere Höhe des Innenraums des Gefäßes (24) erstreckt.

8. Entlüftungseinrichtung nach einem der Patentansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (24) eine zylindrische Flasche ist.

9. Entlüftungseinrichtung nach einem der Patentansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Auslaß (28) ein nach innen beabstandet angeordnetes Abdeckelement (48) angebracht ist, welches im untersten, an den Boden der Abströmkammer (36) angrenzenden Bereich eine oder mehrere Ausnehmungen (50) aufweist, welche die einzige Verbindung zwischen Abströmkammer (36) und Auslaß (28) bilden.

10. Verwendung der Entlüftungseinrichtung nach einem der Patentansprüche 5 bis 9 in einer Druckhaltevorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3.