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Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizungssystem mit einem umlaufenden, inkompressiblen Fluid, einer den Umlauf bewirkenden, einen Ein- und einen Auslaß aufweisenden Pumpe, einem Venturirohr, und einem unter Atmosphärendruck stehenden Ausgleichsbehälter für das im System befindliche Fluid.
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Bei Heizungszirkulationssystemen müssen Vorkehrungen getroffen werden, um die Expansion und Kontraktion des Fluids im System aufzunehmen. In der Regel geschieht dies mittels eines unter Druck stehenden Akkumulatortanks, der mit dem System so verbunden ist, daß bei einer Expansion des Fluids oder Strömungsmittels ein Teil desselben in den Akkumulator eintritt, um einen übermäßigen Druckaufbau im System zu verhindern. Dieser Akkumulatortank stellt jedoch eine kleine Menge des Fluids dann zur Verfügung, wenn das Fluid im System abkühlt, um auf diese Weise zu vermeiden, daß Luft in das System eintritt, um auf diese Weise eine gute Wärmeübertragung sicherzustellen. Bisher war es erforderlich, daß bei solchen Systemen der Akkumulatortank unter Druck stehen muß, da das Fluid im System selbst ebenfalls unter Druck steht. Das Erfordernis eines Druckgefäßes steigert die Kosten sowie die Komplexität derartiger Heizungssysteme. Außerdem werden auf Grund des Druckgefäßes und der ihm zugeordneten Bauteile aufwendigere Inspektions- und Unterhaltungsarbeiten notwendig.
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Die Verwendung eines Venturirohres ist in Wasserheizungssystemen nach der US-PS 22 65 108 bekannt. Hierbei wird das Venturirohr jedoch derart zwischen einem Behälter, einer Heizeinrichtung und dem zuströmenden Wasser verwendet, daß das zuströmende und durch das Venturirohr hindurchtretende Wasser einen Bereich niedrigen Druckes in der Verengung des Venturirohres erzeugt, wodurch die Zirkulation des Wassers vom Behälter her stimuliert wird.
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Weiterhin wird hierbei das Venturirohr als Einspritzpumpe verwendet, um die Zirkulation des Wassers im Fluidsystem zu unterstützen.
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Weiterhin ist nach der US-PS 35 54 441 bekannt, einen gegenüber dem Atmosphärendruck offenen Wasserbehälter in einem Fluidheizungssystem zu verwenden. Der Speicherbehälter ist hierbei mit dem System derart verbunden, daß das Wasser in das System ein- und austreten kann, und zwar in Abhängigkeit von der Relativdifferenz zwischen dem Systemdruck und dem Druck im Behälter. Ein Überströmen dieses Behälters wird durch dessen Verbindung mit einem zweiten Speicherbehälter verhindert, der auf einem niedrigeren Niveau angeordnet ist.
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Nach der DE-OS 27 05 721 ist ein hydraulisches Hochdrucksystem bekannt, das zum Antrieb eines automatischen Getriebes und der zugehörigen Kupplung dient, wobei ebenfalls ein Venturirohr mit einer an der Engstelle angeordneten separaten Auslaßdüse vorgesehen ist, das über ein Rückschlagventil mit dem Ölsammelbehälter verbunden ist. Über eine Ladepumpe wird aus dem Sammelbehälter direkt Druckmedium angesaugt, das einerseits auf eine Hauptpumpe und andererseits auf den Diffusor des Venturirohres wirkt. Dadurch wird das Rückschlagventil gleichzeitig mit einem Sperrventil geschlossen, das seinerseits die Verbindung zur Auslaßleitung der Hauptpumpe unterbricht, und die Flüssigkeitsmotoren in einem Extrakreis antreibt. Tritt in dem System Leckverluft auf, dann werden Sperrventil und Rückschlagventil geöffnet, wodurch aus dem drucklosen Sammelbehälter über das Rückschlagventil Druckmedium nachströmen kann und der Leckverlust ausgeglichen wird. Der Rücklauf des Hochdrucksystems erfolgt direkt in den Sammelbehälter.
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Schließlich ist nach der GB-PS 2 11 287 ein Warmwasserheizungssystem bekannt, bei dem eine Venturidüse im direkten Heizkreislauf vorgesehen ist, die als Mischventil dient, um dem aus dem Heizkessel austretenden erhitzten Wärmeträgermedium abgekühlen Wärmeträgermedium aus dem Rücklauf der Anlage zuzusetzen. Der Ausgleichsbehälter steht nachteiligerweise direkt mit dem Heizkreislauf in Verbindung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizungssystem zu schaffen, bei dem in einfacher und kostengünstiger Weise ein Ausgleich der Expansion und Kontaktion des Heizungsmediums im System erzielt wird.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Teil des aus dem Pumpenauslaß austretenden Fluids aufeinanderfolgend der Düse, der Verengung und dem Diffusor des Venturirohres zu- und schließlich stromaufwärts des Pumpenauslasses in das System zurückführbar ist, wobei das Venturirohr an seiner Verengung mit dem Ausgleichsbehälter verbunden ist.
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Die Verengung des Venturirohres ist mit dem Behälter verbunden und weist im Normalfall den gleichen Druck wie der Behälter auf (zuzüglich eines etwaigen hydrostatischen Druckes auf Grund dessen Höhenanordnung), so daß zwischen dem Tank oder Behälter und dem System keine Strömung stattfindet. Ein kleiner Anteil des Fluids aus dem Pumpenauslaß zirkuliert durch das Venturirohr und zurück in den Pumpeneinlaß. Die Menge des durch das Venturirohr strömenden Strömungsmittels ist verhältnismäßig klein und übt keinen nachteiligen Einfluß auf das Funktionieren der weiteren Teile des Heizungssystems aus.
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Das Druckdifferential des Fluids am Einlaß des Venturirohres sowie an dessen Engstelle ist fest und beruht auf der Auslegung des Venturirohres. Wenn somit der Druck im System und infolgedessen am Einlaß des Venturirohres ansteigt, steigt auch der Druck an der Engstelle des Venturirohres. Auf diese Weise wird ein konstantes Druckdifferential aufrechterhalten. Sobald der Druck an der Engstelle des Venturirohres des Atmosphärendruck übertriftt, strömt ein Teil des Fluids vom System durch die Engstelle des Venturirohres in den Speichertank, der gegenüber dem Atmosphärendruck offen ist. Im entgegengesetzten Fall, bei Abfall des Fluiddruckes im System, fällt der Druck an der Engstelle des Venturirohres ebenfalls unter den umgebenden Atmosphärendruck ab, wodurch eine Flüssigkeitsströmung vom Behälter oder Tank in die Engstelle des Venturirohres und schließlich in das Fluidsystem einsetzt.
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Auf diese Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Steuervorrichtung unter Verwendung eines Venturirohres eine einfache und zuverlässige Einrichtung zur automatischen Steuerung der Fluidströmung zwischen einem Behälter und einem Heizungssystem auf Grund des Systemdrucks. Gemäß der Erfindung wird somit in einem unter Druck stehenden Heizungssystem der herkömmliche, unter Druck stehende Akkumulatortank vermieden. Es wird eine Einrichtung zur automatischen Zufuhr oder Abfuhr von Fluid zu bzw. aus einem Fluidströmungsmittel geschaffen. Gemäß der Erfindung erfolgt die unter Zuhilfenahme eines Venturirohres. Auf diese Weise wird ein zusätzliches Füllungssteuerungsventil und die diesem innenwohnende Komplexität vermieden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigt
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Fig. 1 ein Diagramm des Heizungssystems mit dem Venturirohr-Druckerzeuger gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 eine graphische Darstellung des Druckes über verschiedene Stellen längs der Längsachse des Venturirohres gemäß Fig. 1;
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Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Venturirohr gemäß Fig. 1 und
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Fig. 4 einen Teilschnitt eines Pumpengehäuses mit dem Venturirohr gemäß Fig. 3.
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Das Heizungssystem ist schematisch in Fig. 1 gezeigt und weist eine Pumpe oder eine andere Zirkulationseinrichtung 10 auf, deren Einlaß mit einer Rückführungsleitung 12 und deren Auslaß mit einer Auslaßleitung 14 verbunden ist. Es handelt sich um ein Heizsystem, welches Wasser als Zirkulationsmittel beinhaltet.
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Die Auslaßleitung 14 leitet das Wasser aus der Pumpe 10 zu einem Boiler 16, in dem es erhitzt und worauf es anschließend in den verbleibenden Teil des nicht dargestellten Systems über eine Leitung 18 weitergeleitet wird. Der nicht gezeigte Teil des Fluidsystems kann eine Reihe von Heizradiatoren aufweisen, mit denen die Wärme aus dem Fluid in die Umgebung abgegeben wird. Nach Abgabe der Wärme kehrt das Wasser über die Rückführleitung 12 zur Pumpe zurück.
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Ein Venturirohr 20 mit einem Einlaß 20 a, einer Engstelle 20 b und einem Auslaß 20 c ist über Leitungen 22 und 24 derart mit dem Heizungssystem verbunden, daß ein kleiner Teil des aus dem Pumpenauslaß austretenden Wassers in den Einlaß 20 a strömt, während das aus dem Auslaß 20 c austretende Fluid über die Leitung 24 zur Pumpe 10 zurückkehrt. Die Engstelle oder Verengung 20 b ist über eine Leitung 28 mit einem Wasserbehälter 26 verbunden. Da der Wasserbehälter 26 bezüglich des Umgebungsdruckes offen ist, weist die Verengung des Venturirohres ebenfalls Atmosphärendruck mit der Folge auf, daß unter normalen Betriebsbedingungen kein Fluidtransfer zwischen dem Tank und dem Heizungssystem auftritt. Das Venturirohr ist derart ausgelegt, daß ein konstantes Druckdifferential zwischen dem Fluiddruck am Einlaß 20 a und an der Engstelle 20 b besteht.
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Die am Einlaß, an der Engstelle sowie am Auslaß anliegenden Drücke, die mit P 1, P 2 bzw. P 3 bezeichnet sind, sind in Fig. 2 aufgetragen. Die Differenz zwischen Druck P 1 und P 3 beruht auf Reibungsverlusten während des Durchtritts des Fluids durch das Venturirohr. Das Druckdifferential zwischen Druck P 1 und der Druck P 2 bleibt konstant, so daß beim Ansteigen oder Abfallen des Druckes im Heizungssystem (P 1) der Druck in der Engstelle des Venturirohres (P 2) entsprechend ansteigt oder abfällt. Somit steigt der Druck in der Verengung 20 b des Venturirohres entsprechend, wenn der Druck im Heizungssystem auf Grund ansteigender Temperatur oder anderer Faktoren ansteigt. Dieser Anstieg des Druckes P 2 führt zu einem Druckdifferential zwischen der Verengung 20 b und dem Wasserbehälter 26, der nach wie vor mit atmosphärischem Druck beaufschlagt wird. Dieser Druckunterschied führt dazu, daß Wasser über die Leitung 28 aus dem System in den Wasserbehälter 26 gelangt. Dies stellt die erforderliche Druckentlastung des Heizungssystemses dar, mit der ein Druckaufbau verhindert wird, der zu Störungen sowie in extremen Fällen zum Bruch des Heizungssystems führen kann.
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Eine ähnliche Wirkung zeigt sich, wenn der Druck im Heizungssystem (P 1) abfällt, da der entsprechende Abfall des Druckes (P 2) in der Verengung des Venturirohres dazu führt daß der Druck in der Venturirohr-Verengung unter seinen normalen Atmosphärendruck abfällt, wobei eine Druckvorspannung zugunsten des Wasserbehälters 26 erzeugt wird. Wasser strömt aus dem Tank über die Leitung 28, das Venturirohr 20 und die Leitung 24 in das System. Auf diese Weise erfolgt eine automatische Zufuhr von Wasser in das System, um Beschädigungen oder Misfunktionen zu vermeiden.
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Das Venturirohr ist in Fig. 3 in seinen Einzelheiten gezeigt. Es weist ein Gehäuse 30 sowie einen Filter 32 auf, das an seinem Einlaß vorgesehen ist. Im Gehäuse 30 sind eine Düse 34 und ein Diffusor 36 angeordnet, wobei der Bereich zwischen Düse 34 und Diffusor 36 die Engstelle 20 b des Venturirohres bildet. Letztere ist über mehrere Öffnungen 38 im Gehäuse 30 mit der Leitung 28 verbunden. Das Gehäuse 30 weist ebenfalls zwei Auslaßöffnungen 40 auf, die über die Leitung 24 mit dem Heizungssystem verbunden sind, wodurch Strömungsmittel oder Fluid zum Pumpeneinlaß zurückströmen kann. Ein insgesamt mit 42 bezeichnetes Ventil ist im Bereich des Auslaßendes des Venturirohres angeordnet und steuert die Fluidmenge, die durch das Venturirohr strömt. Das Ventil weist wiederum zwei Öffnungen 43 auf, die bei fluchtender Anordnung mit den Auslaßöffnungen 40 im Gehäuse 30 eine maximale Durchströmung des Systems ermöglichen. Eine Änderung dieser Ausrichtung der beiden Öffnungspaare über den Schraubenschlitz 44 führt zu einer Verstellung des Durchsatzes des Venturirohres und infolgedessen zu einer Verstellung des Drucks im System.
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Filter 32, Düse 34, Diffusor 36 sowie Ventil 42 werden mittels einer Federscheibe 45 in Stellung gehalten. O-Ringe 46 aus Gummi dienen als Dichtungen des Ventils 42.
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Das in Fig. 3 gezeigte Venturirohr kann an das System von außen über getrennte Leitungen 22 und 24 angeordnet werden, wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist. Es kann jedoch auch gemäß Fig. 4 in das Pumpengehäuse integriert sein. In diesem Falle wird das Pumpengehäuse 47 mit einem Durchlaß 48 versehen, der an seinem einen Ende mit einem Pumpenauslaß 49 verbunden ist sowie an oder im Bereich seines gegenüberliegenden Endes mit einem Pumpeneinlaß 50. Das Gehäuse 30, das die vorstehend in Verbindung mit der Fig. 3 beschriebenen Elemente enthält, ist in diesem Durchlaß mit der in Fig. 4 gezeigten Orientierung angeordnet. Dieser Aufbau führt zu einer kompakten Pumpen/Steuerungsanordnung ohne äußere Rohre und hierdurch erforderliche Verbindungsarbeiten.
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Obgleich in Fig. 4 eine besondere Orientierung des Venturirohres gezeigt ist, liegt es doch auf der Hand, daß auch jegliche andere praktikable Ausrichtung möglich ist, mit der der Einlaß des Venturirohres mit dem Pumpenauslaß und der Auslaß dieses Venturirohres mit dem Pumpeneinlaß verbunden werden kann.