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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidverteilungsanlage und insbesondere
eine hygienische Fluidverteilungsanlage, deren Aufbau sorgfältige Planung
und Analyse erfordert, um sicherzustellen, dass die resultierende
Anlage minimale Strömungsstagnation
während
des Betriebs aufweist und dass Bakterienbefall minimiert, wenn nicht
sogar vollständig
eliminiert ist. Die im Folgenden beschriebenen Typen von Fluidverteilungsanlagen
werden gewöhnlich
in einer großen
Vielfalt von Betriebsanlagen, einschließlich Einrichtungen für Forschung
und Entwicklung allgemein, Labore, Silizium-Wafer-Fertigungseinrichtungen, Brauereien,
pharmazeutische Produktionsstätten,
und jeder Anlage, wo eventuell eine Mehrzahl von Quellen von sterilem
Wasser oder einer anderen Flüssigkeit
an einer Anzahl verschiedener Orte benötigt wird, die von einem Versorgungsbehälter zum
Speichern des Wassers oder der sonstigen Flüssigkeit entfernt sind.
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In
der folgenden Beschreibung wird zwar fast ausschließlich auf
hygienische Fluidverteilungsanlagen Bezug genommen, die so genanntes
Injektionswasser (Water for Injection: WFI), gereinigtes Wasser (Purified
Water: PW) und dergleichen verteilen, es ist aber unmittelbar erkennbar,
dass die Erfindung eine viel weitere Anwendung hat und auf das Zuführen jeder
beliebigen Flüssigkeit
durch Verteilungsrohre zu einem von einem Speicherbehälter entfernten
vorbestimmten Ort angewendet werden kann.
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Der
Leser kann auch erkennen, dass das Wort „steril" und verwandte Ausdrücke, wie sie im Folgenden gebraucht
werden, nicht in ihrem wörtlichen
Sinn ausgelegt werden dürfen
und Flüssigkeiten
einschließen,
die einen Bakterien-, Keim- oder sonstigen Kontaminationsstoffgehalt
haben, der unter ein gewünschtes
Niveau reduziert ist, so dass die genannten Flüssigkeiten für ein bestimmtes
Verfahren sicher oder geeignet sind.
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Aktuelle
Anlagen für
das Verteilen von sterilen Flüssigkeiten
bestehen in ihrer einfachsten Form im Wesentlichen aus einem Speicherbehälter, der aussetzend
oder kontinuierlich mit einem ausreichenden Volumen von vorsterilisiertem
Fluid gespeist wird. Eine System von Stahlrohrleitungen ist durch
die Räumlichkeiten,
zum Beispiel ein klinisches Labor, in dem WFI benötigt wird,
verlegt, wobei die genannten Rohrleitungen konventionell zum größten Teil
in der Decke jedes Raums verborgen sind, durch den die genannten
Rohrleitungen verlaufen, und nur an denjenigen Stellen von der Decke
herablaufen, wo Arbeitskräfte
wahrscheinlich regelmäßig eine
WFI-Quelle benötigen,
oder alternativ an Stellen, die für eine Anzahl von nahe der
genannten Stelle arbeitenden Arbeitskräften bequem zugänglich sind.
Die Rohrleitungen sind durch die genannten Räumlichkeiten verlegt und verlaufen
schließlich
wieder zum Speicherbehälter
zurück,
um überschüssiges Fluid
in ihn zurück
zu führen.
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Es
gibt eine Anzahl wichtiger Faktoren, die bei der Konstruktion einer
Verteilungsanlage für
steriles Fluid berücksichtigt
werden müssen,
am wichtigsten ist aber, dass die Anlage als Ganzes allgemein jegliche
lokalisierte Stagnation von Fluid, sei es in der Rohrleitung oder
im Speicherbehälter,
ausschließt
und frei von Spalten oder ähnlichen
Bereichen ist, in denen Bakterien eingeschlossen werden und sich
so stark vermehren können.
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Dementsprechend
werden die Rohre zuerst gewöhnlich
mit einem als Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)
bekannten, sehr kostspieligen Verfahren zusammengeschweißt, das
sicherstellt, dass die stumpfen Stöße zwischen aneinandergrenzenden Rohrabschnitten
aneinander befestigt werden, ohne dass unerwünschte Kontaminationsstoffe
in den Durchgang in den Rohren eingeführt werden und wobei sichergestellt
wird, dass die Verbindungsstelle im Inneren so glatt wie möglich ist.
Darüber
hinaus ist die Innenfläche
der verschiedenen Rohre, die in der gesamten Anlage miteinander
verbunden sind, insofern wichtig, als die genannte Innenfläche so glatt
wie möglich
sein muss und alle Biegungen in den Rohren die Bildung von Wirbelströmungen während des
Fluidflusses durch sie ausschließen müssen. Man wird erkennen, dass
Wirbelströmungen
lokalisierte Fluidmengen entstehen lassen, die effektiv stationär sind, und
die Temperatur dieser Mengen kann daher rasch auf einen Stand sinken,
auf dem Bakterien äußerst leicht
gedeihen, mit dem Ergebnis, dass die Sterilität der Anlage insgesamt gefährdet ist.
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Zweitens
wird die Betriebstemperatur der Anlage eingestellt und aufrecht
erhalten, um sicherzustellen, dass alle Bakterien (zum Beispiel
mesophile Bakterien wie gramnegative Pseudomonaden, die gewöhnlich in
Wasser vorhanden sind) entweder an der Vermehrung gehindert oder
tatsächlich
eliminiert werden. Eine übliche
Temperatur für
WFI-Anlagen ist 80°C,
und um eine allmähliche
Senkung der Fluidtemperatur mit der Zeit zu verhindern, ist häufig eine Heizvorrichtung
in die Anlage installiert.
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Es
muss auch erwähnt
werden, dass PW- und andere hygienische Fluidanlagen bei Umgebungstemperaturen
betrieben werden können,
weshalb viel größere Sorgfalt
und Aufmerksamkeit auf den Bau dieser Anlagentypen verwendet werden muss,
die auf Grund der Betriebstemperatur viel anfälliger für bakterielle Proliferation
sind.
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Drittens
ist es wichtig, dass in allen Abschnitten der Rohrleitung eine turbulente
im Gegensatz zu einer laminaren Strömungscharakteristik entwickelt wird,
ebenfalls zum Minimieren des Risikos der bakteriellen Proliferation.
Beispielsweise ist es bei laminaren und bei turbulenten Fluidströmen gut
bekannt, dass die Geschwindigkeit des Fluids unmittelbar neben einer
festen Oberfläche
minimal, wenn nicht sogar null ist, während die Geschwindigkeit von
Fluid, das von einer solchen Oberfläche entfernt ist, viel größer ist.
Daher wird der Großteil
des Volumenstroms durch ein Rohr durch die Mitte des Rohres erzielt,
während
nur ein vergleichsweise kleiner Anteil des Stroms dem sich in der
Nähe der
Innenflächen des
genannten Rohres bewegenden Fluid zugeschrieben werden kann. Dieses
sich langsam bewegende oder stagnierende Fluid neigt zum Abkühlen und
daher sind nicht nur die Bedingungen für Bakterienproliferation neben
der Innenfläche
des Rohres verbessert, sondern die Tatsache, dass sich das Fluid
entweder sehr langsam oder überhaupt
nicht bewegt, erhöht
auch die Wahrscheinlichkeit, dass Bakterien eine Stelle zum Keimen
an der Rohroberfläche finden
werden.
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Turbulente
Fluidströme
in Verteilungsanlagen für
steriles Fluid sind erwünscht,
weil das Geschwindigkeitsprofil des Fluids in der Nähe der Innenfläche des
Rohrs bedeutend steiler ansteigt als das eines äquivalenten laminaren Stroms
und das Risiko der Bakterienproliferation und Keimbildung so gemindert
ist. Der Biofilmbildung an den Innenflächen wird durch solche Fluidgeschwindigkeiten
entgegengewirkt.
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Es
ist aber in der Fluiddynamik gut bekannt, dass das Vorhandensein
von turbulenten Strömungen
in Rohren unter anderem vom Durchmesser des Rohres und der Geschwindigkeit
des Fluidstroms durch es hindurch abhängt. Im Allgemeinen erfordert die
Entwicklung von turbulenter Strömung
in Rohren mit einem größeren Durchmesser
eine bedeutend größere Fluidgeschwindigkeit
als sie zum Herstellen einer turbulenten Strömung in Rohren mit kleinerem Durchmesser
erforderlich ist.
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Viertens
muss sichergestellt werden, dass der das WFI enthaltende Speicherbehälter über eine vorbestimmte
Zeitspanne, zum Beispiel alle zwei Stunden, aufgefüllt wird.
Darüber
hinaus wird die Anlage kontinuierlich betrieben, so dass der Speicherbehälter kontinuierlich
geleert und gleichzeitig aufgefüllt
wird, um eine Fluidstagnation in ihm zu verhindern, und die Zeitspanne
ist lediglich eine Anzeige dafür,
wie lange es dauern würde,
um den Speicherbehälter
unter normalen Betriebsbedingungen ohne gleichzeitiges Auffüllen völlig zu
leeren.
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Außerdem wird
man erkennen, dass die Anlagen, mit denen sich diese Erfindung befasst,
viele Dutzende von Auslässen
oder so genannte Abzüge (Zapfstellen)
haben, die gewöhnlich
in Reihe installiert sind, da eventuell ein gesamtes Labor oder
Gebäude
von einer einzigen Fluidverteilungsanlage versorgt werden muss.
Der Durchmesser der in derartigen Anlagen gewöhnlich verwendeten Rohre kann
in der Größenordnung
von 1-2 ½ Zoll
(25-64 mm) liegen und um eine turbulente Strömung in einem solchen Rohr
zu gewährleisten,
betragen die Strömungsgeschwindigkeiten
meist zwischen 1 und 3 m/s.
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Um
eine solche Strömungsgeschwindigkeit zu
entwickeln, wird eine beträchtliche
und daher kostspielige Pumpvorrichtung benötigt, und wenn auch in Betracht
gezogen wird, dass eine Anzahl verschiedener Abzüge gleichzeitig in Gebrauch
sein kann, wird eine dynamische Steuerung dieser Pumpe und/oder alternativ
irgendeine Methode der Druckregelung benötigt. Konventionelle Fluidverteilungssysteme
müssen
eine Fähigkeit zum
Zuführen
von Fluid durch eine Anzahl von gleichzeitig geöffneten Abzüge besitzen, während sie
trotzdem einwandfrei funktionieren, wenn keiner der Abzüge in Gebrauch
ist, zum Beispiel über
Nacht. Der Reihenanlagen, in denen wie beschrieben mehrere Abzüge in Reihe
installiert sind, innenwohnende Nachteil ist der, dass das gleichzeitige Öffnen von
mehr als einigen wenigen Abzügen
eine nachteilige Wirkung auf die Strömungscharakteristik und die
Fähigkeit
haben kann, an den diversen Benutzerabzügen Wasser mit dem richtigen
Strom und dem richtigen Druck zu entnehmen. Die Zahl der Abzüge, die
in einer Anlage gleichzeitig geöffnet
werden können,
ausgedrückt
als ein prozentualer Anteil der Gesamtzahl von Abzügen in einer
Anlage, ist als die Diversität
bekannt.
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Es
wurden schon diverse unterschiedliche Rohrleitungsschleifen- und
-nebenschleifenkonfigurationen mit verschiedenen Vorteilen und Wirkungen auf
die Diversität
vorgeschlagen.
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Zum
Stand der Technik gehören
DE 1809113 , das gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche als
der nächste
Stand der Technik betrachtet wird, und
US 5032290 , die beide eine Fluidverteilungsanlage
offenbaren, bei der Fluid in einer Schleife zirkuliert wird, um
seine Stagnation zu verhindern, die die Biofilmbildung fördern würde.
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In
den 1, 2, 3 und 4,
auf die jetzt Bezug genommen wird und die verschiedene Fluidverteilungsanlagen
der Konfiguration vom Stand der Technik zeigen, zeigt jede dieser
Anlagen einen Speicherbehälter 2,
mit dem Rohrleitungen 4 verbunden sind, um Abzüge 6 zu
speisen, die am einfachsten in einem Ventil, das geöffnet werden
kann, ausgestaltet sind, und um überschüssiges Fluid
an 8 zum Speicherbehälter
zurückzuführen.
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Jede
der in den Figuren gezeigten Anlagen umfasst wenigstens eine Pumpe 10 und
im Fall von 2 eine zweite Pumpe 12,
die jeweils Fluid in einer Strömungsrichtung 14 durch
die Rohrleitungen durch die Anlage drängt.
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In 1 ist
ersichtlich, dass die Rohrleitung an 16 zwischen Abzügen geneigt
ist, und das ist ein allgemeines Merkmal derartiger Anlagen, um
das Ablassen des Fluids aus der Anlage für Reinigungszwecke zuzulassen.
Eine Heizvorrichtung 18 und ein Druckregelventil 20 sind
ebenfalls in Reihe mit den verschiedenen Abzügen 6 bereitgestellt
und man wird erkennen, dass diese einfache Reihenanlage auf sehr ähnliche
Weise wie eine einfache elektrische Reihenschaltung funktioniert,
wobei die Pumpe einer Potenzialdifferenzquelle entspricht, die Abzüge Leistung
ziehenden Widerständen
entsprechen und der Durchfluss dem Strom entspricht. Die Analogie
kann in den Fällen
der 2, 3 und 4, die effektiv Parallelschaltungen
zeigen, sogar noch ausgedehnt werden.
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Die
Bedeutung dieser Analogie ist, dass beim Hinzufügen weiterer Abzüge zu einer
bestimmten Schleife der Fluidstrom, den die Anlage durch jeden der
Abzüge
zuführen
kann, wenn sie offen sind, in Abhängigkeit von der Anzahl von
Abzügen
in dieser Schleife verringert wird. Dies ist mit der Verringerung
der Helligkeit von in einem elektrischen Stromkreis in Reihe geschalteten
Glühlampen
identisch, wenn mehr und mehr Glühlampen
zugeschaltet werden.
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Im
Fall von 2, die eine Mehrschleifenanordnung
zeigt, treibt eine zweite Pumpe 12 Fluid durch eine zweite
Schleife des Systems und stellt effektiv einen ausreichenden Strom
durch die genannte Schleife bereit, um die verschiedenen Abzüge in dieser
Schleife zu speisen. Im Fall von 3 ist eine Nebenschleife
oder echt parallele Anordnung abgebildet und im Fall von 4 wird
eine komplexere Haupt-/Nebenschleifen-Anordnung gezeigt, bei der vier
separate Nebenschleifen 22, 24, 26, 28 aus
einer Hauptschleife 30 gespeist werden. Jede der Nebenschleifen
ist unmittelbar hinter dem Anschluss an die Hauptschleife mit einem
Membranventil 32 versehen und an jeder der Nebenschleifen,
an dem am weitesten entfernten Ende der Hauptschleife und an einer Rücklaufschleife 36,
die die Hauptschleife unmittelbar hinter der Pumpe 10 mit
dem Speicherbehälter 2 verbindet,
sind zusätzliche
ConstafloTM-Strömungsventile 34 bereitgestellt.
Membranventile, Strömungsventile
und Rücklaufschleife
sind, ohne unnötige
Beschreibung und Analyse der Funktionsweise dieser Anordnung, alle
hinsichtlich dem Vergrößern der
effektiven Diversität
des Systems insgesamt und dem Sicherstellen des richtigen hydraulischen
Ausgleichs der Anlage bereitgestellt.
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Die
grundlegenden Nachteile der beschriebenen Anlagen außer ihrer
begrenzten Fähigkeit,
mit maximaler Diversität
betrieben zu werden, sind hauptsächlich
mit der als permanent wahrgenommenen Art des Aufbaus verbunden.
Zum Beispiel müssen
die Rohre einen sehr großen
Durchmesser haben, was sowohl die Materialkosten als auch die Baukosten
erhöht,
um eine ausreichende Fluidmenge in der Anlage zu verteilen. Derzeit
im Bau derartiger Anlagen verwendete Edelstahlrohrabschnitte werden gewöhnlich nur
in 6-m-Längen
geliefert, was eine beträchtliche
Menge von Schweißungen
erforderlich macht und das Risiko von Keimbildungsbereichen in der
Anlage aufgrund von durch derartige Schweißungen oder alternative Fügungsverfahren
verursachten Spalten erhöht.
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Im
Fall, dass in einer bereits installierten Anlage ein zusätzlicher
Abzug erforderlich wird, ist das Ändern der Anlage sehr schwierig
und/oder kostspielig, vielleicht am wichtigsten dabei ist aber,
dass die durch die Abänderung
verursachte Unterbrechung der Anlage erheblich sein kann. Zum Beispiel
würde das
Einsetzen eines zusätzlichen
Abzugs ein vollständiges
Entleeren der Anlage, das Öffnen
der Anlage zum Einsetzen der erforderlichen zusätzlichen Rohrleitung und des
erforderlichen zusätzlichen
Abzugs zusammen mit anschließendem
erneuten Sterilisieren und Wiederbefüllen notwendig machen. Darüber hinaus
könnte
der zusätzliche
Abzug absehbar eine größere Pumpe
und zusätzliche
Strömungs- und
Druckregelbauteile notwendig machen. Es wurde geschätzt, dass
die durchschnittlichen Installationskosten einer Fluidverteilungsanlage
etwa 200 Pfund Sterling pro Meter betragen, und man wird daher verstehen,
dass diese Anlagen die Gebäudebaukosten
bedeutend erhöhen
können.
Außerdem
wird der Schweißprozess
im Rahmen der Rückführbarkeitsauflagen
des britischen Medicines Inspectorate und dergleichen rigorosen
und kostspieligen Inspektions- und Qualifizierungsabläufen unterzogen.
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Fluidverteilungsanlage bereitzustellen,
deren effektive Diversität über 90 %
und vorzugsweise 100 % beträgt,
die aber bedeutend billiger zu bauen, zu installieren und zu überprüfen und
anschließend
zu zertifizieren ist als Anlagen vom Stand der Technik.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Anlage bereitzustellen,
die mit der Mindestzahl von Spalten und Unvollkommenheiten in der
Innenfläche
der Rohrleitungen, durch die das Fluid strömt, installiert werden kann,
und außerdem
die Möglichkeit
zu bieten, eine im Wesentlichen spaltenfreie Anlage zu installieren,
wenigstens in den Rohrleitungen, die die Abzüge mit dem Pumpenraum verbinden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Anlage mit möglichst
wenig Verbindungsstellen zwischen jeweiligen Rohrleitungsabschnitten
bereitzustellen.
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Gemäß der Erfindung
in einem ersten Aspekt ist eine Fluidverteilungsanlage vorgesehen,
die einen Speicherbehälter
für Fluid
umfasst, der eine erste Rohrleitungsschleife mit einer ersten Pumpe
speist, die Fluid mit einem ersten Druck durch die genannte erste
Schleife drängt,
und zu dem genannten Behälter
zurückkehrt,
wobei die genannte Anlage wenigstens einen Rohrleitungszweig hat,
der von dem genannten Speicherbehälter oder der genannten ersten Rohrleitungsschleife
gespeist wird, wobei der genannte Rohrleitungszweig eine zweite
Pumpe aufweist, die Fluid mit einem zweiten Druck stromabwärts von
der genannten zweiten Pumpe durch den genannten Rohrleitungszweig
drängt,
wobei jeder Rohrleitungszweig in einem Abzweigungsverteiler endet,
der wenigstens einen Fluideinlass und einen oder mehrere Fluidauslässe hat,
wobei mit Letzerem ein oder mehrere Schläuche verbunden sind, die einen
oder mehrere Abzüge
speisen, an denen Fluid aus der Anlage entnommen werden kann, wobei
jeder Abzweigungsverteiler einen entsprechenden Rücklaufverteiler
bereitstellt, der mit der genannten ersten Rohrleitungsschleife
in Fluidkommunikation steht, mit der die genannten Abzüge durch
weitere Schläuche
verbunden sind, so dass Fluid aus dem genannten Abzweigungsverteiler
durch die genannten Schläuche
und von dort durch den genannten Rücklaufverteiler fließen kann,
und dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Rücklaufverteiler geflossene
Fluid wieder zum Behälter
zurückgeführt wird,
wenn die Abzüge
geschlossen werden, und dass das Öffnen der genannten ein oder
mehreren Abzüge
und somit das Öffnen
der genannten Anlage zum atmosphärischen
Druck an einer oder mehreren Stellen die Umkehrung der Fluidströmungsrichtung
in dem einen Schlauch oder den mehreren Schläuchen verursacht, die (die)
genannten Abzug oder mehreren Abzüge mit dem Rücklaufverteiler
verbinden, wobei genannter Abzug oder die genannten mehreren Abzüge mit Fluid
aus dem Abzweigungsverteiler und dem Rücklaufverteiler versorgt werden.
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Vorzugsweise
wird der Abzweigungsverteiler aus dem Speicherbehälter gespeist.
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Idealerweise
hat der Abzweigungs- und der Rücklaufverteiler
wenigstens einen Fluideinlass und einen oder mehrere Fluidauslässe haben,
wobei der genannte Abzweigungs- und Rücklaufverteiler stromabwärts von
der genannten ersten und der genannten zweiten Pumpe angeordnet
sind, wobei Fluidkommunikation zwischen den genannten Verteilern mit
wenigstens einem Schlauch erreicht wird, der mit Fluidauslässen an
jeweiligen Verteilern verbunden werden kann und einen oder mehrere
Abzüge
hat, so dass Fluid aus dem Speicherbehälter durch Rohrleitungszweig,
Abzweigungsverteiler, Schlauch, Rücklaufverteiler und erste Rohrleitungsschleife
und schließlich
zurück
zu dem genannten Speicherbehälter
fließen
kann und der Fluidabziehen an einer gewünschten Stelle zugelassen wird.
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Vorzugsweise
ist der genannte Rücklaufverteiler
mit einem Fluideinlass und einem primären Fluidauslass zum Ermöglichen
des Anschließens
des genannten Verteilers in der ersten Rohrleitungsschleife und
einer Mehrzahl von sekundären
Auslässen
versehen ist, mit denen Abzüge
aufweisende Schläuche
verbunden werden können,
um Fluidkommunikation mit dem Abzweigungsverteiler zu erlauben.
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Ferner
ist der Abzweigungsverteiler vorzugsweise mit einem Fluideinlass
und nur sekundären Auslässen versehen,
mit denen Abzüge
aufweisende Schläuche
verbunden werden können,
so dass das in den genannten Abzweigungsverteiler strömende Fluid
in wenigstens einen Schlauch gedrängt wird.
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Vorzugsweise
ist der Fluiddruck in dem Abzweigungsverteiler größer als
der Fluiddruck in dem Rücklaufverteiler
und bevorzugt liegen diese beiden Drücke über dem Umgebungsluftdruck,
so dass das Öffnen
eines Abzugs das Fluid in ihm dem Luftdruck aussetzt und die Fluidströmungsrichtung
in dem Schlauchstück
zwischen dem genannten Abzug und dem genannten Rücklaufverteiler umgekehrt wird und
die beiden Verteiler Fluid in Richtung auf den offenen Abzug drängen.
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Unter
bevorzugten Umständen
wird zwischen dem Abzweigungsverteiler und dem Rücklaufverteiler eine Mehrzahl
von Schlauchverbindungen hergestellt, wobei jede Verbindung aus
einem ersten Schlauch, dessen eines Ende mit einem Fluidauslass des
Abzweigungsverteilers verbunden ist und dessen anderes Ende mit
einem Abzug verbunden ist, und einem zweiten Schlauch besteht, dessen
eines Ende mit dem Abzug verbunden ist und dessen anderes Ende mit
einem Fluidauslass des Rücklaufverteilers
verbunden ist. Vorzugsweise besteht jede Schlauchverbindung zwischen
Abzweigungs- und Rücklaufverteiler
nur aus einem einzelnen Abzug besteht, jede Verbindung kann aber
auch aus einem ersten und einem zweiten Schlauch bestehen, die mit einem
Ende mit dem Abzweigungs- bzw. Rücklaufverteiler
verbunden sind, wobei das andere Ende der genannten Schläuche mit
einem ersten und einem zweiten primären Abzug verbunden ist, und
die Verbindung umfasst ferner einen oder mehrere sekundäre Abzüge, die
durch Zwischenschläuche
zwischen dem genannten ersten und zweiten primären Abzug und den genannten
sekundären
Abzügen
miteinander verbunden sind.
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Ferner
ist vorzugsweise jeder Schlauch aus einem flexiblen Polymer- oder
Plastikmaterial wie PTFE hergestellt.
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Vorzugsweise
beträgt
der Schlauchdurchmesser im Bereich von 5 bis 25 mm.
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Bevorzugt
wird die erste und/oder die zweite Pumpe je nach dem Fluiddruck
in dem jeweiligen Rücklauf-
oder Abzweigungsverteiler dynamisch gesteuert und vorzugsweise wird
die Pumpe, die Fluid durch die erste Rohrleitungsschleife treibt,
je nach dem Fluidmomentanbedarf der Anlage, d.h. die Zahl der Abzüge, die
an einem beliebigen Zeitpunkt jeweils offen sind, dynamisch gesteuert.
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Vorzugsweise
wird nur die zweite Pumpe gemäß dem Fluiddruck
in dem jeweiligen Rücklauf-
und Abzweigungsverteiler dynamisch gesteuert.
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Die
oben beschriebene Anlage hat den überraschenden Vorteil, dass
das Öffnen
eines beliebigen an einer jeweiligen Schlauchverbindung zwischen den
Verteilern bereitgestellten Abzugs eine Umkehrung der Fluidströmungsrichtung
in dem Schlauchabschnitt vom Rücklaufverteiler
zu dem genannten Abzug verursacht. Eine derartige Strömungsrichtungsumkehrung
wird erzielt, weil der in dem Rücklaufverteiler
entwickelte Fluiddruck größer ist
als der in dem Abzweigungsverteiler entwickelte Druck und das Fluid
so entlang beiden Schlauchabschnitten, die den Abzug mit den genannten
Verteilern verbindet, durch den Abzug (der nach dem Öffnen effektiv
atmosphärischen
Druck hat) gedrängt
wird.
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Die
Anlage hat viele anhängige
Vorteile, die sich aus der beschriebenen neuen Anordnung ergeben,
besonders die Folgenden:
- 1. Installation und
damit verbundene Validierung sind kostengünstiger;
- 2. Eliminierung der Notwendigkeit für standortweites Schweißen und
die mit diesem Prozess verbundenen Gefahren;
- 3. Möglichkeit
für Installation
durch nicht fachspezifische Unternehmen (da die Schläuche und
Abzüge
z.B. von Elektroinstallateuren installiert werden können);
- 4. Leichtes Umverlegen/Abtrennen einzelner Abzüge;
- 5. Zukünftige
vorgereinigte Abzüge
können
leicht zu den unbelegten sekundären
Verteilerauslässen
hinzugefügt
und ohne Unterbrechung der in Betrieb befindlichen vorhandenen Anlage
in das System eingebunden werden;
- 6. Abzugsschläuche
können
einzeln sterilisiert werden;
- 7. Schläuche
können
durch Durchblasen mit (steriler) Luft oder Gas geleert werden, wodurch
zusätzliche
Kosten für
das Verlegen von Gefälleabläufen vermieden
werden;
- 8. Schlauchsterilisation kann mit einer Anzahl von Verfahren
erreicht werden, wie z.B. Chemikalien-Rezirkulation, Ausdampfen,
heiße
sterile Luft (160°C),
Ozon.
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Der
wichtigste Vorteil ist vielleicht der, dass die Diversität der Anlage
beim gleichzeitigen Öffnen von
mehr und mehr Abzügen
auf fast 100 % bleibt, sofern die Pumpen effektiv dynamisch gesteuert
werden. Das einzige Limit für
die Anzahl von Abzügen, die
ohne eine merkliche Verringerung des Durchflusses durch sie gleichzeitig
geöffnet
werden können,
ist der Durchmesser der Rohre und Verteiler, durch die das Fluid
von der Pumpe gedrängt
wird (und somit das Fluidvolumen, das von den genannten Pumpen zu
den Verteilern gefördert
werden kann).
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Fluidverteilungsanlage
für das
Zuführen
von sterilem Fluid zu einer Anzahl von Abzügen vorgesehen, wobei jeder
Abzug selektiv zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand
bewegt werden kann, wobei die genannte Anlage einen Speicherbehälter und
im Rohrsystem in einer ersten Rohrleitungsschleife bereitgestellte
Fluidreinigungsbauteile aufweist, wobei die genannte Rohrleitungsschleife eine
Pumpe aufweist, um Fluid mit einem ersten Druck durch die genannte
Rohrleitungsschleife zu drängen
und Fluid zum Behälter
zurückzuführen, wobei
die genannte Rohrleitungsschleife einen Abzweigungsverteiler und
einen Rücklaufverteiler
aufweist, wobei der genannte Abzweigungs- und der genannte Rücklaufverteiler
für jeden
Abzug eine Rohrverbindung aufweisen, die von dem jeweiligen Verteiler
zu dem genannten Abzug führt,
so dass jeder der Mehrzahl von Abzügen mit dem Abzweigungs- und
dem Rücklaufverteiler
parallel installiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddruck
in dem Abzweigungs- und dem Rücklaufverteiler
ausreichend ist, so dass das Öffnen
eines Abzugs die Fluidversorgung dieses Abzugs über jeweilige Rohre von dem
Abzweigungs- und
dem Rücklaufverteiler
verursacht und das Fluid in der Rohrleitung zu den anderen Abzügen nicht
wesentlich beeinflusst.
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Im
typischen Fall bewirkt das Öffnen
des genannten Abzugs oder einer Reihe von Abzügen die Umkehrung der Fluidströmungsrichtung
in dem einen bzw. den mehreren Rohren, die den/die genannten einen
oder mehreren geöffneten
Abzug/Abzüge
mit dem Rücklaufverteiler
verbinden.
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Im
Folgenden wird jetzt eine spezifische Ausgestaltung der Erfindung
beispielhaft mit Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei
zeigt:
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1-4 schematische
Darstellungen von Fluidverteilungsanlagen mit einer Konfiguration vom
Stand der Technik;
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5 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Fluidverteilungsanlage;
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6 und 7 Details
möglicher
Abzugsverkleidungsbaugruppen;
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8 und 9 perspektivische
Ansichten möglicher
Schleifen- und Abzweigungsverteilerbaugruppen;
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10 und 11 schematische
Darstellungen möglicher
Abzugsbaugruppen;
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12 eine
alternative Anordnung für
eine erfindungsgemäße Anlage.
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In 5,
auf die zuerst Bezug genommen wird, ist eine Fluidverteilungsanlage 50 dargestellt, die
einen Speicherbehälter
umfasst, der eine Rohrleitung 52 speist, die sich in eine
Rohrleitungsschleife 54 und eine Rohrleitungsabzweigung 56 teilt.
Die Schleife 54 verläuft
schließlich
an 58 zum Speicherbehälter 52 zurück zum Wiederauffüllen des
genannten Behälters
mit durch die Anlage gepumptem Fluid.
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In
der Schleife 54 und der Abzweigung 56 sind jeweils
Pumpen 60 bzw. 62 bereitgestellt, die sich stromaufwärts von
einem Rücklaufverteiler 64 und
einem Abzweigungsverteiler 66 befinden, die jeweils wenigstens
einen Hauptfluideinlass 64A, 66A und eine Anzahl
von sekundären
Fluidauslässen 64B, 66B haben,
mit denen Schläuche 64C, 66C verbunden
werden können.
Jeder der Schläuche 64C, 66C ist
mit einem Abzug verbunden, der im Wesentlichen ein öffnungsfähiges Ventil
umfasst, das im geschlossenen Zustand Fluid von den Schläuchen 66C nach 64C vorbeiströmen lässt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Pumpen 60, 62 dynamisch
gesteuert, indem der Pumpenmotor in Reaktion auf Änderungen
des Fluiddrucks im Inneren der Verteiler 64, 66 mit
Verteilerdrucksensoren gekoppelt wird, die an 70, 72 schematisch
dargestellt sind. Auf diese Weise können Fluidstrom und -druck
automatisch auf dem erforderlichen Niveau gehalten werden, wenn
einer oder mehrere der Abzüge
geöffnet
werden, um Fluid durch sie auszugeben. Es muss erwähnt werden,
dass diese Anordnung die genaueste Steuerung ergibt, aber wenn die
Betriebsgrenzen einer bestimmten Anlage ermittelt worden sind, ist
es wahrscheinlicher, dass nur eine einzelne Pumpe dynamisch gesteuert
werden muss.
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Stromabwärts vom
Rücklaufverteiler
kann fakultativ eine Sterilisationseinheit und/oder ein Wärmeaustauscher 73, 74 bereitgestellt
sein, um sicherzustellen, dass die gewünschte Temperatur während des
Betriebs aufrecht erhalten wird. Danach wird Fluid zu dem Behälter 52 zurückgeführt, aus
dem es später
durch die Anlage gepumpt wird.
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Zu
beispielhaften Anlagenbetriebsbedingungen gehören ein Mindestdurchfluss von
100 Liter/min in der Rohrleitungsabzweigung, ein maximaler Durchfluss
von 160 Liter/min, ein Druck von 6 bar im Abzweigungsverteiler und
ein Mindestdurchfluss von 45 Liter/min in der Rohrleitungsschleife,
ein maximaler Durchfluss von 225 Liter/min und ein Rücklaufverteilerdruck
von 2 bar.
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5 zeigt
auch schematisch eine mögliche Anordnung
der Anlage, bei der sich der Großteil der in der Anlage verwendeten
Vorrichtungen in einem Anlagenraum befindet, der schematisch über der
gestrichelten Linie 76 definiert ist, ein Abschnitt der
Länge der
Schläuche 64C, 66C,
die mit den Abzügen und
den jeweiligen Schleifen- und Abzweigungsverteilern verbunden sind,
in einem Dach- oder Wandhohlraum angeordnet sind, der zwischen der
gestrichelten Linie 76 und einer weiteren gestrichelten
Linie 78 dargestellt ist, und die Abzüge 68 fakultativ an den
Enden der Verkleidung angeschlossen sind, die an dem Dach oder den
Wänden
befestigt sind, um die Schläuche
zu verbergen.
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Beispiele
für derartige
Verkleidungen 80, 82 und Abzüge 84, 86 sind
in den 6 und 7 abgebildet.
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8 und 9 zeigen
mögliche
Ausgestaltungen des Rücklaufverteilers 64 und
des Abzweigungsverteilers 66. Die Verteiler sind verschieden, weil
Fluid in der an 88 angedeuteten Richtung von einem Haupteinlass 64A durch
den Rücklaufverteiler 64 zu
einem primären
Auslass 64A' strömen muss. Ferner
sind diverse sekundäre
Fluidauslässe 64B bereitgestellt,
deren Zahl der in einer jeweiligen Anlage erforderlichen Zahl von
Abzügen
entspricht, und obwohl das Wort „Auslass" in Verbindung mit diesen Fittings verwendet
wird, erkennt man doch, dass Fluid im Allgemeinen nur aus diesen
strömt,
wenn der betreffende Abzug, der von dem mit dem genannten Auslass
verbundenen Schlauch gespeist wird, geöffnet ist. Unter den anderen
Umständen,
wenn der Abzug geschlossen ist, strömt Fluid durch den Auslass in
den Verteiler und wird mit dem Fluidstrom durch den Verteiler von
einem Ende zum anderen, wie an 88 angedeutet wird, kombiniert.
Ein Druckregelauslass PC für
dynamische Pumpensteuerung und ein unbelegter Instrumentenzugang 90 sind
ebenfalls bereitgestellt.
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Im
Fall des Abzweigungsverteilers 66 ist ein Haupteinlass 66A zusammen
mit einer Anzahl von sekundären
Auslässen 66B bereitgestellt,
mit denen die Schläuche 66C verbunden
sind. Ein Druckregelauslass PC ist an einem Ende des Verteilers 66 angeordnet,
während
das entgegengesetzte Ende an 92 verschlossen ist, um das
Entweichen von Fluid durch das genannte Ende zu verhindern. Im Fall
des Abzweigungsverteilers strömt
Fluid ungeachtet dessen, ob die von Schläuchen 66C gespeisten
Abzüge offen
oder geschlossen sind, kontinuierlich durch die Auslässe 66B.
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In
den 10 und 11 ist
eine schematische Darstellung eines Abzugs mit Verbindern 94, 96 abgebildet,
mit denen Schläuche 66C, 64C verbunden
sind, um den Abzug mit Fluid zu speisen. Eine Kammer 98 ist
bereitgestellt, die Fluid von Schlauch 66C zu Schlauch 64C strömen lässt, wenn
der Abzug geschlossen ist, und Fluidumkehrung in Schlauch 64C erlaubt,
wenn der Abzug geöffnet
ist, und diese ist wiederum mit einem Standard-Membranventil oder ähnlichem 100 verbunden,
das erforderlichenfalls einen Steller 102 aufweist.
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Eine
schematische Schnittansicht der Kammer ist in 11 abgebildet
und aus dieser Figur kann man ersehen, dass der Fluidstrom innerhalb des
genannten Bauteils durch Blenden 104 erreicht werden kann,
die in seinem Innneren bereitgestellt sind.
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Unter
Umständen,
unter denen ein Benutzer ein Ventil an einem Abzug allmählich öffnet, ist
es je nach der Gestaltung der diversen Bauteile innerhalb der Anlage
vorhersehbar, dass die Fluidströmungsgeschwindigkeit
innerhalb von Schlauch 64C lediglich abnehmen könnte anstatt
umgekehrt zu werden, und unter bestimmten Umständen kann sich auch herausstellen,
dass die Strömungsgeschwindigkeit
in dem Schlauch 64C beim Öffnen eines Abzugs um einen
gewissen Betrag auf null verringert wird, wobei der genannte Abzug
vollständig
von Fluidstrom zu dem Abzug durch Schlauch 66C gespeist
wird.
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Derartige
Betriebsbedingungen werden nur vorübergehend vorgesehen und würden keine
bedeutende Zeit lang anhalten, die die Hygiene des Fluids innerhalb
der Anlage insgesamt wesentlich beeinflussen könnte. Außerdem ist zu erwähnen, dass
diese spezifische Betriebscharakteristik nur selten auftritt und
der am meisten erwünschte
Anlagenbetrieb die Umkehrung der Strömungsrichtung durch Schlauch 64C beinhaltet.
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Schließlich wird,
Bezug nehmend auf 12, eine alternative Anordnung
einer Fluidverteilungsanlage gezeigt, die erfindungsgemäß funktioniert.
In der abgebildeten Anordnung wird ein Speicherbehälter 200 an 202 mit
einer gereinigten oder sterilen Wasserversorgung gespeist und der
Behälter 200 ist
in einer ersten Rohrleitungsschleife 204 installiert. Innerhalb
der genannten ersten Rohrleitungsschleife ist eine Niederdruck- Hochleistungspumpe 206 angeordnet,
die Fluidstrom durch die Schleife 204 verursacht. Das Kästchen 208 in
dieser Figur, das die Pumpe und den Behälter umgibt, stellt einen Standort-Pumpen-
und Geräteraum
dar und die übrigen
Kästchen
mit gestrichelten Linien 210, 212, 214 stellen
entweder verschiedene Gebäude dar,
die mit einem sterilen Fluid versorgt werden müssen, oder alternativ verschiedene
aber abgesetzt angeordnete Zonen in dem gleichen Gebäude.
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Dementsprechend
ist die erste Rohrleitungsschleife um einen Weg aufgebaut, der sich
jeder Zone an einer geeigneten Stelle nähert. In der Region jeder Zone
wird eine Abzweigung 218 von der Hauptschleife abgegriffen
und speist eine Pumpe 220, die gemäß dem Fluidmomentanbedarf an
den verschiedenen Abzügen 224,
die in dieser Zone zu jeder beliebigen Zeit benötigt oder benutzt werden, an 222 dynamisch
gesteuert werden kann. Die Pumpe 220 fördert Druckfluid zu einem Abzweigungsverteiler 226,
der durch Schläuche 228 mit
den genannten Abzügen 224 verbunden
ist, die wiederum durch weitere Schläuche 228 mit einem
Rücklaufverteiler 230 verbunden
sind. Zwischen dem Rücklaufverteiler und
der ersten Schleife 204 sind Rücklaufabschnitte 232, 234 bereitgestellt,
um einerseits Fluid wieder aus dem genannten Rücklaufabschnitt in die erste Schleife
einströmen
zu lassen in dem Fall, dass in einer betreffenden Zone keine Abzüge geöffnet sind, und
um andererseits in dem Fall, dass ein Abzug oder mehrere Abzüge in dieser
betreffenden Zone geöffnet
werden, Fluid zu dem und durch den Rücklaufverteiler strömen zu lassen.
Man wird erkennen, dass in einem der Rücklaufabschnitte 232, 234 eventuell
eine zweite Pumpe erforderlich ist, um einen Fluidstrom von der
ersten Schleife 204 in den genannten Rücklaufverteiler und entlang
dem anderen Abschnitt zu der ersten Schleife zurück sicherzustellen, es wird aber
gleichermaßen
vorgesehen, dass die Anlage so gestaltet sein kann, dass eventuell
keine solche Pumpe erforderlich ist.
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Die
in der Figur gezeigte Darstellung demonstriert, dass es nicht notwendig
ist, dass sich der Speicherbehälter,
die erste Pumpe, die erste Rohrleitungsschleife, die Rohrleitungsabzweigung
und Abzweigungs- und Rücklaufverteiler
alle im gleichen Raum befinden.
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Zusammenfassend
wird daher eine Fluidverteilungsanlage beschrieben, mit der sterile
Flüssigkeit
effizient einer Anzahl abgesetzter Stellen zugeführt werden kann, während trotzdem
ein kontinuierlicher Fluidstrom durch die Anlage aufrecht erhalten wird,
um Bakterienbefall zu verhindern. Die Anlage weist einen Speicherbehälter auf,
der eine erste Rohrleitungsschleife speist, die eine erste Pumpe aufweist,
die Fluid mit einem ersten Druck durch die genannte erste Schleife
drängt,
und zu dem Behälter zurückläuft, und
weist auch wenigstens eine Rohrleitungsabzweigung auf, die aus dem
Behälter
gespeist wird und eine zweite Pumpe hat, die Fluid stromabwärts von
der zweiten Pumpe mit einem zweiten Druck durch die Abzweigung drängt. Die
Anlage funktioniert insofern effektiv, als ein Abzweigungsverteiler
jede Abzweigung abschließt
und in der ersten Rohrleitungsschleife ein Rücklaufverteiler bereitgestellt
ist. Zwischen diesen zwei Verteilern ist wenigstens ein Versorgungsschlauch
angeschlossen, der von einem Abzugsbauteil unterbrochen wird, das eine
einfache Ventilöffnung
ist, durch die Fluid an der gewünschten
Stelle selektiv zugeführt
werden kann. Wenn ein Abzug oder mehrere Abzüge geöffnet wird/werden, wird der
konventionelle Fluidstrom in dem Schlauch, der diesen Abzug mit
dem Rücklaufverteiler
verbindet, auf Grund der Drücke
umgekehrt, bei denen die zwei Pumpen in der ersten Rohrleitungsschleife
und den Rohrleitungsabzweigungen arbeiten. Dieser Betriebstyp lässt praktisch
100-prozentige Diversität
zu, d.h. den Zustand, bei dem so viele oder so wenige Abzüge in der
Anlage gleichzeitig geöffnet
werden können
ohne eine praktische Verringerung der Fluidverfügbarkeit.