DE102005029506A1

DE102005029506A1 - Verfahren und Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen, sowie Verwendung

Info

Publication number: DE102005029506A1
Application number: DE200510029506
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Gast
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-21
Also published as: WO2006133965A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Einrichtungen zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid, sowie die Verwendung. DOLLAR A In Heizungsanlagen mit Fluid werden energetische Wellen, wie Druckstöße, Schallwellen, übertragen durch Wärmeträger- oder Wärmespeicherflüssigkeiten und die Bauteile mittels einer innerhalb oder an einer Grenze eines strukturierten Materials befindlichen Gasflüssigkeitsgrenzfläche oder eines Fluids in der Heizungsanlage absorbiert. DOLLAR A Weiterhin wird das Fluid zum Betreiben einer Heizungsanlage durch druckabhängige Gasentfernung auf mindestens einen Druckwert begrenzt. DOLLAR A Auch durch die Verwendung für Austauscheinrichtungen, Entleerungseinrichtung, in Speichereinrichtung und/oder Leitungen integrierte Gasräume wird die Aufgabe zum störsicheren Betrieb einer Heizungsanlage bei hohen Temperaturen und mit einer hohen Verfügbarkeit erfüllt.

Description

Verfahren und Einrichtungen zum Betreiben von Heizungsanlagen, sowie Verwendung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Einrichtungen zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid.

Beim Stand der Technik werden bei Heizungsanlagen mit Fluiden meist Membrangefäße zur Aufnahme und Rückgabe von Wärmeausdehnungsflüssigkeit und zur Dämpfung von Druckstößen verwendet. Diese haben den Vorteil, dass durch die elastische Membran eine gute Dämpfung bei Druckstößen und gute Rückgabeeigenschaften erreicht werden. Allerdings sind elastische Materialen einer Ermüdung besonders bei hoher Erwärmung ausgesetzt, so dass diese Eigenschaften mit der Zeit nachlassen, was zu Störungen führen kann.

Weiterhin werden für Ausdehnungszwecke Gaspolster in Speichern bekannt. Hierbei sind die Dämpfungseigenschaften und die Rückgabeeigenschaften vom Anlagendruck abhängig, so dass die Eigenschaften begrenzt sind. Dies kann beispielsweise bei Ventilgesteuerten Anlagen zu Schall- und Störungsproblemen führen, wenn beispielsweise Druckstöße erzeugt werden.

Ausgehend von einer Heizungsanlage mit Fluid, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Ausdehnungs und Dämpfungseinrichtungen ein Verfahren so auszubilden, dass Ausdehnungsräume und Dämpfung, benötigt wegen Wärmeänderungen, Druckstößen, Schallwellen und Störungen, auch bei hohen Temperaturen über lange Zeit stabil und definiert zur Verfügung stehen.

Weiterhin soll das Problem gelöst werden, dass bei direkt von Fluiden zugänglichen Gasräumen in den Gasräumen Gas aus der Umwälzung beispielsweise aus Undichtheiten oder Korrosionsprozessen gesammelt wird und sich hierbei eine Druckerhöhung bzw, eine Gasraumvergrößerung ergibt. Dadurch soll die Anwendung von überdrucklosen oder -reduzierten Heizungsanlagen erleichtert werden. Dies soll insgesamt einem störsicheren Betrieb einer Heizungsanlage bei hohen Temperaturen und über eine hohe Verfügbarkeit dienen, was besonders bei regenerativer Wärmegewinnung die Wirtschaftlichkeit steigern könnte. Auch der Komfort einer Heizungsansage durch einen Schallreduzierten Betrieb soll erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensmerkmale gelöst, nämlich dadurch, dass energetische Wellen, wie Druckstöße, Schallwellen, übertragen durch Wärmeträger- oder Wärmespeicherflüssigkeiten und die Bauteile, mittels innerhalb oder an einer Grenze eines strukturierten Materials befindlichen Gasflüssigkeitsgrenzfläche oder eines Fluids in der Heizungsanlage absorbiert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid vorwiegend nach einem oder mehreren der Ansprüchen 1 bis 8, welchem sinngemäß die gleiche Aufgabe zu Grunde liegt wie dem Verfahren, nämlich dadurch, dass das Fluid durch Gasentfernung, wie mittels Druckgesteuertem Gasauslassventil, Flüssigkeitssäulen, auf mindestens einen Druckwert begrenzt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Einrichtung sind in den Ansprüchen 10 bis 17 angegeben. Die zu Grunde liegende Aufgabe ist auch bei Einrichtung und Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 erfüllt wenn diese für Austauscheinrichtungen, Entleerungseinrichtungen, in Speichereinrichtungen und/oder Leitungen integrierte Gasräume verwendet werden.

Mit den vorgenannten Einrichtungen, Verfahren werden nachfolgend beschriebenen Vorteile erzielt. Solche ausgerüsteten Gasräume können für höhere Temperaturen eingesetzt werden, was besonders vorteilhaft für die regenerative Energiegewinnung und -Speicherung ist. Außerdem wird eine höhere Temperaturbelastung hinsichtlich der Dauer erreicht. Der Gasraum ist wärmeisolierbar, ohne dass Einschränkungen hinsichtlich der Lebensdauer der Einrichtungen hingenommen werden müssen. Dies bringt besonders bei regenerativen Wärmequellen Vorteile, da Wärmebrücken vermieden werden und hierdurch auch Langzeitspeicherung besser realisiert werden kann.

Im Folgenden wird das Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt zum Teil in schematischer Darstellung:
1: Gasraum mit Absorptionskörper in einer Heizungsanlage
Eine der Aufgabenstellung gemäßes Beispiel einer Einrichtung für den Betrieb einer Heizungsanlage mit Fluid zeigt 1. Durch die Leitung (4) kann Fluid in den Behälter (1) mit einem Gasbereich (2) zu und abgeleitet werden. Die Fluidgasgrenze (11) befindet sich in einem Körper, welcher aus Schaummaterial (7) besteht. Schaummaterialien sind im Allgemeinen nicht besonders Temperaturfest. Mit solchen Schaummaterialien kann die Aufgabenstellung der Nutzung zur Hochtemperaturgewinnung nicht erreicht werden. Geeignet hierzu sind Schaummaterialien aus Glas oder Metall, welche auch eine hohe Standfestigkeit gegen Temperaturen besitzen.
Bei Körpern mit normalen Körperflächen aus Glas und Metall besteht das Problem, dass auftreffende Energiewellen in die Heizungsanlage reflektiert würden und bei Resonanz sogar verstärkt würden, so dass hierdurch Beschädigungen der Heizungsanlage eintreten würden. Im Fluid geleitete Druckstöße oder Schallwellen treffen auf diesen strukturierten Körper (7) auf und werden durch die Poren geleitet, wobei sie durch Reibung und Reflektionen, sowie den Gasdruck gedämpft und vernichtet werden, ohne dass das Material elastisch sein muss. Aber durch elastische Schaummaterialien kann der Effekt noch verbessert werden, da die Elastizität zusätzlich dämpft. Hierzu ist beispielsweise ein Natur schwamm geeignet, weicher auch für höhere Temperaturen anwendbar ist. Außerdem wird die Elastizität durch eine nachgiebige Lagerung (6) des Körpers (7) erreicht. Durch Austarierung des Körpers und Wahl der Nachgiebigkeit z. B. der Federkraftstärke kann die Elastizität genau definiert werden, sowie über eine Verstellung (8, 9) beispielsweise des Federweges (6) an die Anlage angepasst werden. Hierdurch können Anlagenspezifisch Probleme hinsichtlich Druckstößen und Schallwellen besser gelöst werden.
Außerdem können solche Probleme zusätzlich durch aufgebrachte Strukturen (10) wie Pyramiden gelöst werden, da an den Flanken auftreffende Wellen auf die Gegenflanken und nicht in die Heizungsanlage reflektiert werden und dadurch vernichtet werden, ohne dass Schäden in der Heizungsanlage eintreten.
Mit Hilfe eines im Behälter (1) angebrachten Gaseinlassventils (12) kann aus einer Kartusche ein vom Gasdruck genau definiertes Druckpolster in der Anlage hergestellt werden. Vorteilhaft hierbei ist wenn das Gaseinlassventil nur in Einlassrichtung wirkt. Außerdem sind ein angebrachter Dorn und eine Dichtung zwischen Kartusche und Einlassventit sinnvoll, so dass durch eine Kartuschenbewegung in Ventilrichtung beispielsweise durch ein Gewinde und Drehung der Kartusche der Dorn die Kartusche öffnet und das Gas in den Behälter einströmen kann.
Bei geschlossenen Heizungsanlagen mit Gasbereich ergibt sich das Problem, dass Gase, welche in der Heizungsanlage durch Undichtheiten beispielsweise durch Unterdrücke oder Fäulnisprozesse entstehen können, durch die Umwälzung des Fluids und durch Mitnahme des Gases im Fluid im Gasbereich sammeln, Mit der Zeit können sich hierdurch eine Druckerhöhung und eine Verdrängung des Fluidpegels ergeben, besonders bei Anlagen mit Defekten. Um trotzdem einen flachen Absorptionskörper im Gasbereich installieren zu können, wo die Fluidgasgrenzfläche im Körper bleibt, ist im Behälter (1) ein Gasauslassventil (5) angebracht. Im Gegensatz zu üblichen Entgasungsventilen mit Schwimmersteuerung sollte dieses Ventil rein Druck gesteuert. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass Fluidverluste nicht auf das Auslassventil wirken, wodurch die Gefahr von Luftzutritt durch das Gasauslassventil minimiert wird.
Das Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid gekennzeichnet dadurch, dass Energie wie Druckstöße, Schallwellen, in der Heizungsanlage, übertragen durch das Fluid (3) und die Bauteile, mittels innerhalb oder an einer Grenze eines strukturierten Materials (7) befindlichen Gasflüssigkeitsgrenzfläche (11) oder eines Fluids absorbiert wird, ermöglicht neben der Energieabsorption mit Gasbereichen auch die Absorption direkt an der Entstehungsquelle von Bauteilen einer Heizungsanlage, wie Ventile, Pumpen, beispielsweise durch solche strukturierten Materialien in den Leitungen zu und von den Bauteilen. Dadurch können beispielsweise Kavitationsgeräusche minimiert werden.
Vorteilhaft ist das Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid, dass mittels eines Gasbereichs (2) die Energieabsorption unterstützt wird. Dies ist besonders der Fall, wenn Gasbereiche als Ausdehnungsbereiche genutzt werden
Wirtschaftlich ist das Verfahren, dass die Energieabsorption mit Materialstruktur (7) aus geschäumtem oder porösem Material erfolgt, wie Schaumglas, Metallschaum. Besonders hierdurch kann die Energieabsorption bei hohen Temperaturen und mitlanger Lebensdauer erfolgen.
Auch das Verfahren, dass mindestens ein sich erweiterndes oder verengendes Strukturelement (10), wie pyramidenförmig, trapezförmig, in die Gasflüssigkeitsgrenzfläche hineinragt, verbessert die Dämpfungseigenschaften bzw. ermöglicht die Anpassung an definierte Störenergien mit einem entsprechenden Frequenzbereich.
Weiterhin vorteilhaft ist die Aufbringung einer zähflüssigen Schicht, wie Gel, auf den Wärmeträger- oder Speicherflüssigkeit. Hierdurch ist ebenfalls die Einstellung definierter Dämpfungseigenschaften möglich.
Ebenfalls nutzbringend ist, dass die Dämpfungseigenschaften und/oder die Reflexionseigenschaften durch Dämpfungsglieder am Körper (6), Eintauchtiefen von Körpern, Körpergrößen hergestellt werden. Dies ist besonders für eine nachträgliche Einstellung oder Anpassung an der Anlage von Vorteil.
Dadurch, dass die Dämpfungseigenschaften und/oder die Reflexionseigenschaften einstellbar sind, wie durch einstellbaren Federweg (8, 9), einstellbare Eintauchtiefe, erfolgt eine Anpassung an Störungen an einer Heizungsanlage
Das Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid, dass der Gasdruck und ein sauerstofffreies Milieu mittels einer Gaskartusche hergestellt wird, wobei das Gas aus der Kartusche in den Gasbereich gefüllt werden kann, erlaubt die Mitlieferung von Gas mit den Bauteilen und eine einfache Inbetriebnahme.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid welche gekennzeichnet ist, dass das Fluid durch Gasentfernung, wie mittels Druckgesteuertem Gasauslassventil (5), Flüssigkeitssäulen, auf mindestens einen Druckwert begrenzt wird. erlaubt die Beibehaltung von definierten Drücken auch bei einer Gasansammlung im Gasbereich.
Dadurch, dass mittels einer Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid mit einer Flüssigkeitssäule durch mindestens einen Siphon am Gasbereich gehalten wird, kann der Druck auch hydraulisch begrenzt werden. Hierdurch können genaue Druckbegrenzungen erreicht werden, welche besonders bei überdrucklosen Heizungsanlagen von Vorteil sind.
Vorteilhaft ist, dass der Begrenzungswert abhängig von Betriebszuständen der Heizungsanlage einstellbar ist.
Nutzbringend ist auch, dass das Gasauslassventil (5) und/oder Gaseinlassventil elektrisch betätigbar ist, und dies besonders, wenn Drucksensoren in der Heizungsanlage vorhanden sind und dies dann auch für Druckmessungen zur Steuerung des Auslassventils benutzt werden können.
Dienlich für hohe Verfügbarkeit einer Heizungsanlage ist auch die Einrichtung, dass der Rückfluss von Luft aus der Atmosphäre in die Heizungsanlage verhindert wird, wie durch flexiblen Schlauch über der Auslassöffnung und/oder mit Kraft gehaltenes Gasventil für eine Durchlassrichtung nach außen. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Heizungsanlage bei Fluidverlust oder Unterdrücken oder wechselnden Fluidpegeln das Öffnen von Ventilen vermeidet.
Mittels der Einrichtung, dass der Begrenzungswert durch eine einstellbare Kraft wählbar ist, wie mit Federwegeinstellung oder auf Ventil wirkender hydraulischer Druck oder mit auf verstellbare Fläche beaufschlagt von hydraulischen oder atmosphärischem Druck, werden Adaptionen von Drücken und Dämpfungseigenschaften bei Anlagen erleichtert. Dies kann mit elektrisch betätigten Ventilen auch automatisch durch die Steuerung des Gaseinlassventils Ventils erfolgen.
Vorteilhaft für die vorgenannte Funktion ist die Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid, dass der Begrenzungswert durch eine Druckmessung in der Heizungsanlage und eine Öffnungszeit des Gasauslassventils und/oder des Gaseinlassventils hergestellt wird. Dies erlaubt vor allem eine einfach automatische Steuerung der Eigenschaften der Heizungsanlage.
Für eine Montage von solchen Einrichtungen zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid ist eine Ausführung lohnend, wobei sich der Gasbereich mit angrenzender Flüssigkeitsfläche und die Ventile in einem Flachbehälter befinden. Hierdurch ist ein Gasraum beispielsweise über Deckenrohren anbringbar.
Dies trifft auch für die Einrichtung zu, dass das Gasauslassventil und/oder Gaseinlassventil an einer flexiblen Verbindung angebracht ist.
Besonders vorteilhaft ist die Einrichtung und das Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass diese für Austauscheinrichtungen, Ausdehnungsaufnahmeeinrichtungen, in Speichereinrichtungen und/oder in Leitungen integrierte Gasräume verwendet werden. Hierdurch können die Eigenschaften solcher Einrichtungen verbessert werden.

1: Behälter
2: Gasbereich
3: Fluid
4: Leitung
5: Gasauslassventil
6: Nachgebende Aufhängung
7: Schaummaterial
8: Gewindedurchführung
9: Verstellung
10: Strukturelemente
11: Fluidgasgrenzfläche
12: Gaseinlassventil

Claims

Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid dadurch gekennzeichnet, dass energetische Wellen, wie Druckstöße, Schaltwellen, übertragen durch Wärmeträger- oder Wärmespeicherflüssigkeiten (3) und die Bauteile, mittels innerhalb oder an einer Grenze eines strukturierten Materials (7) befindlichen Gasflüssigkeitsgrenzfläche (11) oder eines Fluids in der Heizungsanlage absorbiert werden.
Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Gasbereichs (2) die Energieabsorption unterstützt wird.
Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorption mit Materialstruktur (7) aus geschäumten oder porösem Material erfolgt, wie Schaumglas, Metallschaum.
Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein sich erweiterndes oder verengendes Strukturelement (10), wie pyramidenförmig, trapezförmig, in die Gasflüssigkeitsgrenzfläche hineinragt.
Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Wärmeträger- oder Speicherflüssigkeit eine zähflüssige Schicht, wie Gel, schwimmt.
Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseigenschaften und/oder die Reflexionseigenschaften durch Dämpfungsglieder am Körper (6), Eintauchtiefen von Körpern, Körpergrößen hergestellt werden.
Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseigenschaften und/oder die Reflexionseigenschaften einstellbar sind, wie durch einstellbaren Federweg (8, 9), einstellbare Eintauchtiefe.
Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck und ein sauerstofffreies Milieu mittels einer Gaskartusche hergestellt wird, wobei das Gas aus der Kartusche in den Gasbereich gefüllt werden kann.
Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid vorwiegend nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid durch Gasentfernung, wie mittels Druckgesteuertem Gasauslassventil (5), Flüssigkeitssäulen, auf mindestens einen Druckwert begrenzt wird.
Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitssäule durch mindestens einen Siphon am Gasbereich gehalten wird.
Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach den Ansprüchen 9 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungswert abhängig von Betriebszuständen der Heizungsanlage einstellbar ist.
Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Gasauslassventil (5) und/oder Gaseinlassventil (12) elektrisch betätigbar ist.
Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Rückfluss von Luft aus der Atmosphäre in die Heizungsanlage verhindert wird, wie durch flexiblen Schlauch über der Auslassöffnung und/oder mit Kraft gehaltenes Gasventil für eine Durchlassrichtung nach außen.
Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungswert durch eine einstellbare Kraft wählbar ist, wie mit Federwegeinstellung oder auf Ventil wirkender hydraulischer Druck oder mit auf verstellbare Fläche beaufschlagt von hydraulischen oder atmosphärischem Druck.
Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungswert durch eine Druckmessung in der Heizungsanlage und eine Öffnungszeit des Gasauslassventils (5) und/oder Gaseinlassventils (12) hergestellt wird.
Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gasbereich mit angrenzender Flüssigkeitsfläche und das Gasauslassventil (5) und/oder Gasauslassventil (12) in einem Flachbehälter befindet.
Einrichtung zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass das Gasauslassventil (5) und/oder Gaseinlassventil (12) an einer flexiblen Verbindung angebracht ist.
Einrichtung und Verfahren zum Betreiben von Heizungsanlagen mit Fluid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass diese für Austauscheinrichtungen, Ausdehnungsaufnahmeeinrichtungen, in Speichereinrichtungen und/oder Leitungen integrierte Gasräume verwendet werden.