DE4407936A1 - Druckhaltevorrichtung für geschlossene Heizungs- oder Kühlkreisläufe - Google Patents
Druckhaltevorrichtung für geschlossene Heizungs- oder KühlkreisläufeInfo
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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.
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Legal Events
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8130 | Withdrawal |