NL9400106A - Apparaat t.b.v. C.V.-installatie met expansievat, drukregeling, waterverliessuppletie, ontluchting, registratie en controle. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Apparaat t.b.v. C.V.-installatie met expansievat, drukregeling, waterverliessuppletie, ontluchting, registratie en controle.

Beschrijving.

De uitvinding betreft een expansievat voor C.V.-installaties met de functies van: expansievat, drukregelaar, vulinrichting bij waterver-lies en ontluchter. Het bijna drukloos uitgevoerde expansievat (atmosferische druk) is enerzijds via een verbindingsleiding met een pomp en kleppen verbonden met het water in de C.V.-installatie, en anderzijds via een verbindingsleiding met klep aangesloten op de drinkwaterleidingnet .

Voorts wordt het water in-'het expansievat van lucht gescheiden door een op de vloeistof drijvende lucht/vloeistof scheidende drijver.

Door regelapparatuur worden druk en waterniveau's in stand gehouden.

De werking en noodzaak van een expansie-voorziening voor de C.V.-installatie is met het oog op de huidige technische stand van zaken zo algemeen bekend, dat de aanvrager hier niet verder op in zal gaan.

Br zijn hiervoor verschillende technieken te onderscheiden: 1. Het open reservoir op het hoogste punt van de C.V.-installatie.

2. Als 1, echter op een lager niveau met pomp en kleppen.

3. Het gesloten expansievat met gaskussen.

4. Als 3, maar nu scheidt een rubber membraan gas en water.

5. Varianten op 3 en 4 met geregelde gasdruk .

Bij de hierboven genoemde systemen zijn verschillende nadelen te noemen. De expansievaten bij 1, 2 en 3 hebben als nadeel dat luchttoetreding plaats vindt in het water, en door de opname van zuurstof uit die lucht corrosie in de C.V. installatie optreedt.

Bij 3 is een optie mogelijk van een stikstofvulling, hoewel nu o.a. geen zuurstofopname plaatsvindt, veroorzaakt de opname van stikstof stromingstoringen en extra geluidshinder in de C.V.-installaties. Bovendien beweegt de druk zich tussen tamelijk wijde grenzen, en dient het expansievat te zijn ontworpen naar de maximale druk die in de C.V.-installaties kan optreden.

De situatie bij 4 geeft verbetering t.o.v. de bezwaren van gasopname in water, echter de overige bezwaren onder 3 blijven.

Een groter rendement is slechts te behalen bij een groot verschil tussen minimale en maximale druk.

Voor de varianten onder 5 geldt in het algemeen, dat verbetering slechts kan worden geboekt onder toevoeging van complexe randvoorwaarden voor de vereffenings-inrichting van gashoudende componenten, terwijl het onderhoud complexer en intensiever wordt.

Voor alle genoemde expansievaten onder 3 t/m 5 geldt, dat doordat de expansievaten in meer of mindere mate drukhoudend zijn, geen vaste aansluiting mag worden gerealiseerd op de drinkwaterleidingnet, met het oóg op een automatisch geregelde waterverliessuppletie.

In vele C.V.installaties komen problemen voor, waarvan men in eerste instantie de oorzaak niet zou zoeken bij het in de meeste gevallen toegepaste expansievat.

We denken hierbij aan problemen als: 1. Regelmatig ontluchten (geluid, lucht slot).

2. Regelmatig wate'r bijvüllén (lekverliezen) .

3. Grotere pomp slijtage (deelcavitatie-geluid).

4. Bij kook-verschijnselen (trillingen-geluid), 5. Corrosie (na verloop van tijd merkbaar).

6. Te hoge druk (op radiatoren).

7. Lekkende afsluiters.

8. Breuk risico t.g.v. heersende drukken.

9. Lekke membranen t.g.v. onjuiste selectie en materiaalkeuze.

10. Onderdruk c.q. te lage druk.

Met het oog op de vele mogelijkheden van klimaat-beheersing en storingsanalyses op afstand, blijken veel voorkomende problemen zonder handeling ter plekke niet op te lossen. In de huidige tijd van automatisering in feite een gebrek in de C.V.-installaties.

Een aantal gebouwbeheerders maakt ter voorkoming van veel tijdverlies als gevolg van het bijvullen van de C.V.-installaties, gebruik van (illegale) va3te aansluitingen op het drinkwaterleidingnet.

Hierbij wordt een leiding, voorzien van één of meer afsluiters, en met enige verantwoordelijkheidsbesef een keerklep, gekoppeld tussen het drinkwaterleidingnet en de C.V.--installatie, terwijl de afsluiters open blijven staan, en de werkdruk in de C.V.-installatie gelijk wordt aan de in het drinkwaterleidingnet, heersende druk.

Dat dit tegen de voorschriften van het drinkwaterleidingbedrijf is, behoeft geen betoog, gelet op de risico's die aan dit handelen zijn verbonden. Door het geringe drukverschil in beide systemen is het zeer wel mogelijk, dat C.V.-water in het drinkwater geraakt.

Er zijn zelfs gevallen bekend van soortgelijke bijvulpunten in systemen voor stadsverwarming, waarbij de veiligheid voor de volksgezondheid afhangt enkel van het functioneren van een keerklep. Als regel is een vaste aansluiting van een C.V.-installatie met het drinkwaterleidingnet nadrukkelijk door het drinkwaterleidingbedrijf Verboden. Om dezelfde redenen zijn de eisen voor indirect gestookte boilers aangepast.

Met de uitvinding behoren de meest voorkomende storingen als gevolg van bovengenoemde problemen tot het verleden, waardoor de inzet van een storingsdiensten voor de meest eenvoudige kwesties voorkomen kan worden.

De uitvinding betreft een combinatie van een expansievat, met een voor buitenlucht afgesloten bijna drukloze ruimte (atmosferische druk) met veranderbaar volume voor opname van expansiewater uit de C.V-installatie, waarbij het water in het expansievat van lucht gescheiden is door een op de vloeistof drijvende, lucht/vloeistof scheidende drijver.

Het expansievat staat via een verbindingsleiding met een pomp en kleppen, een zgn. sluis, met het water van de C.V.-installatie in verbinding. Binnen het expansievat is geen contact met de buitenlucht, en dus geen opname hiervan in de vloeistof.

Door de eigen regelapparatuur wordt de druk van het water in de C.V.-installatie constant gehouden met ca. 0,2 bar, en het waterniveau binnen in het expansievat bewaakt. Watersuppletie via het drinkwaterleidingnet vindt automatisch plaats.

Met de uitvinding is de koppeling met het drinkwaterleidingnet op een legitieme en uiterst veilige wijze realiseerbaar (o.m. door atmosferische onderbrekingen).

De C.V.-installatie wordt voortdurend ontlucht; zodra er gasbellen in de C.V.-installatie ontstaan, kunnen deze gemakkelijk langs de drijver ontsnappen.

De meest toegepaste varianten van een gesloten expansievat zijn zodanig uitgevoerd, dat inspectie van de werking en staat van onderhoud, met name in het expansievat, vrijwel onmogelijk is (wegwerp -produkten).

De uitvinding is zodanig ontworpen, dat inspectie op 'eenvoudige wijze mogelijk is. Alle componenten zijn eenvoudig te testen op de goede werking en vervangbaar. Vervanging van het expansievat in zijn totaliteit is nimmer noodzakelijk. Bij de huidige expansiesystemen een is algehele vervanging veelal de enige mogelijkheid.

Enige te noemen voordelen: 1. De druk wordt vrijwel constant gehouden (met ca. 0,2 bar).

2. D.e druk in de C.V.-installatie wordt in feite slechts bepaald door de hoogte van de C.V.-installatie.

3. De nagenoeg constante druk is min of meer vergelijkbaar met de druk in een open C.V.-installatie.

4. Gezien de minimale en constante druk kunnen ketel, radiatoren etc. vaak voor een lagere werkdruk (goedkoper) worden geselecteerd in vergelijking met gesloten C.V.-installaties met een variabele einddruk.

5. Door de opname van expansiewater in een met een drijver afgesloten expansievat is vrijwel geen contact mogelijk met de buitenlucht.

6. Er vindt continu ontluchting van de C.V.-installatie plaats, telkens bij de transport van uitzettend water naar het expansievat (onder voorwaarde dat' de koppeling met de C.V.-installatie op een zo hoog mogelijk punt is gerealiseerd).

Problemen ten gevolge van gasvorming door initiële lekkages, (bacteriologische) ontleding van water worden continu voorkomen.

7. Door de minimale (regelbare) ingestelde waarde van de werkdruk is de uitvinding zeer geschikt voor C.V.-installaties met een zgn. dakopstelling, waar optimaal gebruik kan worden gemaakt van de mogelijkheden bij 6.

8. Het installeren beperkt zich nagenoeg tot het monteren van de uitvinding, waarbij de functie van eventueel aanwezige expan- sievaten volledig wordt overgenomen. Ruimteproblemen zijn eenvoudig op te lossen. Er kunnen ook een aantal kleinere expan- sievaten bij een C.V.-installatie worden aangesloten.

9. Er vindt nagenoeg geen verdamping plaats van water uit het expansievat, evenmin kunnen gassen toetreden.

10. Watertemperaturen tot 100 graden Celcius vormen geen probleem, mits een tussenreservoir wordt geplaatst, waardoor de vloeistof-temperatuur in het expansievat niet boven de kookgrens komt.

11. Waterverlies wordt automatisch gesuppleerd vanuit het drinkwaterleidingnet. Via een vaste aansluiting vanuit het drinkwaterleidingnet met het expansievat vindt op veilige wijze, door druk- en niveau regeling, bijvulling plaats.

12. Er is op eenvoudige wijze registratie/oontrole mogelijk over de inhoud van het expansievat, installatiedruk, hoeveelheid toegevoegde water (uit het expansievat en drinkwaterleidingnet). Dit is van groot belang voor de controle en regeling (ook op afstand).

13. Op eenvoudige wijze kan men, door de vrije keuze van de (regelbare) werkdruk, problemen ondervangen veroorzaakt door heersende onderdrukken (welke zich in de praktijk ondanks een zorgvuldig ontwerp en montage kunnen voordoen), en schade op termijn voorkomen.

14. Calamiteiten als leidingbreuk, maar ook interne lekkage tussen de indirect-gestookte boiler (drinkwater!) en de . C.V.-installatie (warmtewisselaar) worden direct gesignaleerd.

Volgens figuur 1 (en 3) vindt regelmatig een uitwisseling plaats van water tussen de C.V.-installatie (10) en het expansievat (1), via de sluis, gevormd door de pomp (3), kleppen (4 en 5) en leidingen.

Zodra de druk in de opwarmtijd van C.V.-installatie (10) boven de voor drukschakelaar (11) ingestelde waarde komt, wordt klep (4) geopend, waardoor expansiewater via aansluiting (13) de drukloze ruimte van het expansievat binnenstroomty- 'tot de druk is gedaald tot de ingestelde waarde van de drukschakelaar (11), waarna de klep (4) wordt gesloten.

Bij het afkoelen van de C.V.-installatie neemt de inhoud hiervan af.

Op het moment dat de druk beneden de ingestelde waarde van drukschakelaar (12) is gedaald, 0,2 bar lager dan drukschakelaar (11), wordt de pomp (3) in bedrijf gesteld en de klep (5) geopend.

De pomp (3) transporteert het ontbrekende water uit het expansievat (1) via aansluiting (13) naar de C.V.-installatie, totdat de druk de ingestelde waarde van drukschakelaar (12) heeft bereikt, waarna de pomp (3) wordt uitgeschakeld en de klep (5) wordt gesloten.

Onder normale bedrijfsomstandigheden pendelt het expansiewater in het expansievat tussen niveau B en niveau C; het variabele-werkgebied van het drukloze expansievat. In geval het waterniveau in het expansievat op niveau A geraakt,op de ingestelde waarde A' van niveau schakelaar (7), wordt de klep (2) geopend waarmee suppletiewater uit het drinkwaterleidingnet (16) het expansievat (1) vult tot de ingestelde waarde B' van niveau schakelaar (7) is bereikt.

Tijdens deze vul-sessie blijft de pomp (3) uitgeschakeld.

Vanaf dat moment kan een reset- en alarmschakeling, eventueel op afstand 15 worden ingelast, ter voorkoming van waterschade als gevolg van o.a. leidingbreuk.

Immers, de rekenwaarde voor de maximale volumewijzing in de C.V.-installatie werd niet zonder reden overschreden.

Ook is reset- en alarmschakeling mogelijk in geval het hoogste niveau D (boven ontwerpniveau C) in het expansievat wordt bereikt. Op het moment dat niveau D is bereikt op de inregelwaarde D' van niveauscha-kelaar (7), kan de regeling eveneens worden voorzien van een afschakeling van de C.V.-installatie (stoom- kookverschijnselen), en reset- en alarmschakeling (evt. op afstand).

Hoewel overstortwater uit het expansievat eerst wordt opgevangen in de vulbuis (6), is de uitvinding bij voorkeur aangesloten op het rioleringssysteem (22), ter voorkoming van waterschade-.

Ook hier geldt dat sprake is van bijzondere omstandigheden waarbij de waarden van de ontwerpcondities werden overschreden.

Bij voorkeur wordt de leiding voor expansiewater uit de C.V.-installatie naar het expansievat, op een zo hoog mogelijk punt of luchtverzamelaar aangesloten, zodat eventueel aanwezige gassen uit de C.V.-installatie worden meegevoerd naar het expansievat.

Wanneer het water uit de C.V.installatie onder bedrijfsomstandigheden naar het expansievat stroomt, waar een lagere temperatuur en druk heersen, neemt de luchtoplosbaarheid toe.

Voordat de gassen gelegenheid krijgen om in het (onderverzadigde) water toe te treden (langzaam proces), zullen zij eenvoudig langs de afdichting van de drijver,e.a .het expansievat ontsnappen.

De drijver voorkomt gastoetreding in het onderverzadigde water.

Het gevolg is dat in de plaats van een (mogelijk) gering transport van lucht naar de C.V.-installatie, in veel grotere mate een omgekeerd proces van continu transport van. gassen uit de C.V.-installatie via het expansievat kan plaatsvinden.

In het geval van een juist opgestarte C.V.-installatie in maximale stook omstandigheden, neemt het opnamevermogen van gassen in het water af, waardoor met het transport van expansiewater naar het expansievat het ontgassingsproces wordt versterkt.

Ook steeds voortdurende proces van gasvorming in de C.V.-installatie - 7 - als gevolg van bacteriologische ontbinding van water, wordt op genoemde wijze ondervangen. Agressieve chemische en milieu-belastende toevoegingen aan het water in de C.V. -installatie (om het bacteriologische proces te beperken) kunnen achterwege blijven!

Het expansievat (1) en de vulbuis (6) zijn aan de bovenzijde d.m.v. een kap (8) afgesloten voor stof en ongedierte (niet voor lucht).

In figuur 2 is de dwarsdoorsnede van de drijver (17) in het expansievat weergegeven. Vanaf de onderzijde gezien zullen eventuele gasbelletjes naar het hoogste gelegen midden worden geleid, waarbij de verzamelde gassen door de bal-afdichting (20) kunnen ontsnappen (de bal wordt opgelicht van de zitting).

De afdichting en soepele geleiding tussen de drijver (17) en wand van het expansievat (1) wordt gegarandeerd door een afdichtingsprofiel van zachte rubber (21), bijvoorbeeld van siliconen-schuim.

Kenmerkend voor de drijver (17) is dat het drijvende vermogen t.o.v. water wordt verkregen door het volume van de luchtdichte ruimte (18), verminderd met de eigen massa, terwijl de massa van dezelfde drijver t.o.v. lucht kan worden vergroot met de massa van het water dat maximaal kan worden vastgehouden in ruimte (19) onder de drijver, verhoogd met de eigen massa van de drijver.

Deze progressief variabele massa van de drijver (17) is nodig om voldoende kracht uit te kunnen oefenen voor de bediening van de niveaiischakelaar (7), zonder dat de drijver blijft steken (in de lucht of onder water).

Hoewel in feite details voor de uitvoering, is gebleken bij de proefopstellingen, dat de met de uitvinding beoogde werking en res-lutaat ook konden worden verkregen met onderstaande vereenvoudigingen. In het geval dat de waterniveau's in het expansievat, als weergegeven in figuur 3, worden afgelezen d.m.v. een drukschakelaar (23), kan de drijver (24) eenvoudiger borden uitgevoerd (weergegeven in figuur 4). Ook deze drijver is lichter dan water en zwaarder dan lucht. De aanwezigheid van ga3 onder de drijver is uitgesloten, doordat de afdichting tussen de wand van het expansievat en de drijver onder druk van de 4 eigen massa gas (onder de drijver) door kan laten.

Bij deze opstelling is echter van belang, dat de afsluiting van de drijver op de wand van het expansievat, niet ten koste mag gaan van een soepel bewegen in op- en neergaande richting van de drijver.

Dit om reden dat de uit te oefenen krachten op de drijver, noodzakelijk voor de verplaatsing, door de drukschakelaar (23) zullen worden geregistreerd en het proces van niveau-aflezing kan worden verstoord.

In de plaats van de gestuurde klep (5) in figuur 1 kan eveneens gebruik gemaakt worden van een terugslagklep (26) in figuur 3.

De in figuur 1 gebruikte (klep (9) kan worden vervangen door een veer-belaste klep (25) in figuur 3.

De sluis kan eenvoudiger worden uitgevoerd met slecht één klep en een pomp, op voorwaarde dat de pomp in uitgeschakelde toestand water kan doorlaten in tegengestelde richting (niet weergegeven).

Van groot belang voor de veiligheid, te zien in figuur 1 (en 3), is dat tussen de vulbuis (6), de afvoer (22) naar het rioleringsysteem, en de leiding, komende vanaf de drinkwateraansluiting (16), via klep (2), sprake is van een atmosferische onderbreking. Hierdoor is het niet mogelijk dat water uit de C.V.-installatie of rioleringssysteem in contact komt met het drinkwater!

Claims (5)

1 Werkwijze voor het in een expansievat opvangen van water uit de C.V.-installatie als gevolg van volumeveranderingen door temperatuur-fluctuaties,' voorzien van een vulinrichting voor waterverlies, schematisch weergegeven in de figuren 1 $n 3, met het kenmerk, dat het water onder atmosferische druk wordt opgeslagen, afgesloten van de buitenlucht door een dri'jVer, waarbij de inhoud van het afgesloten deel van het expansievat zich aanpast aan het veranderende volume van water uit de C.V.-installatie, en de druk in de C.V.-installatie op variabel in te stellen waarden wordt geregeld, terwijl continu ontluchting van de C.V.-installatie plaatsvindt en waterverlies automatisch wordt gesuppleerd vanuit het drinkwaterleidingnet, waarbij het bovengenoemde proces door een eigen regeling automatisch wordt geregeld en bewaakt.

2 De drijver voor het toepassen van de werkwijze volgens 1, als weergegeven - in figuur 2, met het kenmerk, dat de drijver is vervaardigd uit een waterdicht en voor heersende temperaturen bestendig materiaal, met een variabele massa, waarbij enerzijds drijvend vermogen t.o.v. water gelijk is aan het eigen volume aan water-verplaatsing verminderd met de eigen massa, en anderzijds het gewicht t.o.v. lucht gelijk is aan de eigen massa vermeerderd met de watermassa, welke maximaal wordt vastgehouden (vacuüm) onder de drijver, voorzien van een afdichting van zacht rubber (b.v. siliconen-schuim) op de wand van het expansievat, en zodanig is uitgebalanceerd dat de rubberafdichting grenst op de waterspiegel, terwijl gassen uit het water onder de drijver eenvoudig via een afsluiter kunnen ontsnappen, en de lucht boven de drijver gescheiden blijft van het water onder de drijver.

3 ‘De drijver voor het toepassen van de werkwijze volgens 1, als weergegeven in figuur 4, met het kenmerk, dat de drijver is vervaardigd uit een waterdicht en voor heersende temperaturen bestendig materiaal, voorzien van een afdichting van zacht rubber (b.v. siliconen-schuim) op de wand van het expansievat, en zodanig is uitgebalanceerd dat de rubberafdichting grenst op de waterspiegel, terwijl gassen uit het water onder de drijver eenvoudig langs de afdichting kunnen ontsnappen, en de lucht boven de drijver gescheiden blijft van het water onder de drijver.

4 De vaste aansluiting van het expansievat voor de C.V.-installatie met het drinkwaterleidingnet voor het toepassen van de werkwijze volgens 1 met het kenmerk, dat door het opslaan van water onder atmosferische druk in het expansievat, met gebruikmaking van een vulbuis met atmosferische onderbrekingen tussen het drinkwaterleidingnet en de riolering nimmer kans bestaat op contact van drinkwater met water uit de C.V.-installatie of de riolering.

5 Het expansievat en werkwijze met toebehoren volgens 1, 2, 3 en 4 met het kenmerk, dat het installeren van het expansievat zich nagenoeg beperkt tot het monteren van de uitvinding, en de functie van eventueel aanwezige expansievaten volledig wordt overgenomen, met de toepassing van eigen regelapparatuur met zelfstandige registratie/controle, ook mogelijk op afstand, t.b.v. de waterniveau's in het expansievat, de heersende druk in de C.V.-installatie en de hoeveelheid te verplaatsen water tussen het expansievat en de C.V.-installatie, alsmede de opname van water uit het drinkwaterleidingnet, waardoor calamiteiten als bijvoorbeeld leidingbreuk worden gesignaleerd, de veiligheid (ook voor de gezondheid) wordt bevorderd en waterschade kan worden beperkt. Koudum, 22 januari 1994 J.H. Cnossen