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Die Erfindung betrifft eine Zentralheizung und
im besonderen eine verbesserte Zentralheizungsanlage.
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Die Effizienz derartiger Heizungsanlagen wird
durch die Grösse
begrenzt, für
die sie ausgeglichen sind, d. h., der Grad, zu dem sich die von
dem Heizungselement zurückgekehrten
Flüssigkeit
in der Temperatur von der von dem Heizungselement oder -kessel abgegebenen
Flüssigkeit
unterscheidet. Der Betrieb der Anlage erfordert, dass einige Wärme beim
Heizen eines bestimmten Gebietes verloren geht, jedoch erfordert
ein optimaler Betrieb mit minimalem Kraftstoffverbrauch die Eliminierung
oder Minimierung der gelegentlichen und Trägheitsverluste.
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Eine große Vielfalt von Anlagen, und
Installationsobjekten sind sowohl für häusliche als auch für industrielle
Anwendungen vorgeschlagen worden, um diese Verluste zu beseitigen.
Die Effektivität
der bekannten Lösungen
sind sowohl durch die gesamte Grösse
der Anlage als auch durch die Betriebsgeschwindigkeiten der Pumpen,
die die Heizungsflüssigkeit
um die Anlage herum bewegen, begrenzt. Offensichtlich haben die
wachsende Anzahl der Elemente in der Anlage, wie z. B. strahlende
Heizgeräte, und
die Grösse
des zu erwärmenden
Gebietes einen negativen Einfluss auf die Temperatur der zurückgekehrten
Heizungsflüssigkeit.
Diese Verluste sind im besonderen beim anfänglichen Betrieb der Anlage akut
und werden als Trägheitsverluste
bezeichnet, wenn Anlagenelemente und die Umgebungsluft am kältesten
sind. Um diese Verluste zu beseitigen, ist es wünschenswert, die Umwälzpumpe
mit einer höherer
Geschwindigkeit zu betreiben. Leider resultiert eine Erhöhung der
Geschwindigkeit des Umlaufes des Heizungsfluids im Eintritt von
Luft in die Anlage durch Notententlastungsventile als ein Ergebnis
einer Venturiverengung. Ventile, die auf flüssigkeitsfördernde Rohre montiert sind,
haben eine wirksame Verengung stromabwärts des Ventils, und eine Erhöhung des
Durchflusses reduziert den Druck in dem Rohr soweit, dass Luft in
die Anlage eingezogen wird. Der Eintritt von Luft reduziert nicht
nur die Wirksamkeit der Anlage im Ganzen, sondern kann ebenfalls Korrosion
beschleunigen. Eine große
Vielfalt von Geräten
sind entwickelt worden, die versuchen, Luft zu beseitigen, die in
die Anlage eintritt, jedoch ist nur ein bisschen getan worden, den
Eintritt von Luft im ersten Beispiel zu vermeiden. Da ein Betrieb
der Anlagen ohne Sicherheitsventile unvorstellbar ist, wird unter
einer gut betriebenen Anlage diejenige verstanden, die die Umwälzgeschwindigkeitsanforderung mit
dem unerwünschten
Eintritt von Luft ausgleicht.
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Bestehende Lösungen haben eine Anzahl von
anderen Problemen. Zum Beispiel ist bei häuslichen Heizungsanlagen, wo
erwärmtes
Wasser von dem Zentralheizungskreis durch eine Spirale in einem
Heisswasserzylinder gepumpt wird, oft ein örtlich begrenzter Druckanstieg
vorhanden. Dieser Druckanstieg verursacht unnötiges Entlüften der Heizungsanlage, was
im allgemeinen in der Industrie als "Stampfen" bzw. "Pitching" bezeichnet wird und Luft in die Anlage
zieht. Eine unnötige
Entlüftung,
die Luft in die Anlage ziehen kann, kann ebenfalls mit den gleichen
Ergebnissen aufgrund von örtlich
begrenzten, fehlerhaften über
Temperaturbestimmungen auftreten.
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Eine andere Begrenzung wird offensichtlich, wenn
es gewünscht
ist, die ursprüngliche
Anlagenkonfiguration zu ändern.
Zum Beispiel ist, wenn ein Gebäudeanbau
konstruiert wird, die Rekonfiguration der bestehenden Heizungskreise
oder das Vorsehen weiterer Heizungskreise schon an sich problematisch.
Diese Probleme können
von Zugangsbeschränkungen,
Anlagenkapazitätsbegrenzungen oder
der Unfähigkeit,
zusätzliche
Kreise zu steuern, herrühren,
wodurch die Anlagenwirksamkeit begrenzt ist.
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FR-A-2739177 gibt die Merkmale des
Oberbegriffs der Ansprüche
1 oder 5 wieder.
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Daher ist dafür ein Bedarf für eine Zentralheizungsanlage,
die die vorgenannten Probleme beseitigt.
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Dieses Ziel wird durch die Merkmale
des kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 oder 7 erreicht.
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Idealerweise hat der Vorratsbehälter einen angeschlossenen
Notluftdurchlass.
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Durch den relativ einfachen Behelf,
den Flüssigkeitszulauf
von dem Flüssigkeitsablauf
zu versetzen, ist der Flüssigkeitsfluss
zwischen diesen zertrennt. Als ein Ergebnis besteht dort kein Druckabfall um
den Notluftdurchlass herum, wenn der Durchfluss erhöht wird,
da es dort keine Venturiverengung gibt. Somit können die Umwälzgeschwindigkeiten
zu jedem zweckmäßigen gewünschten
Niveau ohne das Einziehen von zusätzlicher Luft in die Anlage
erhöht werden,
wodurch Trägheitsverluste,
die mit dem Anlagenbetrieb im Zusammenhang stehen, reduziert werden.
Zusätzlich
können
weniger qualitative Luftdurchlässe
verwendet werden, wodurch die Anlageninstallationskosten reduziert
werden.
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Vorzugsweise hat der Vorratsbehälter einen oder
mehrere Zuläufe
für erwärmte Flüssigkeiten
und einen oder mehrere Abläufe
für abgekühlte Flüssigkeiten.
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Idealerweise hat der Behälter einen
Heizkörpervorlaufanschluss
und einen Heizkörperrücklaufanschluss.
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Idealerweise ist der Vorratsbehälter geeignet,
in Verbindung mit einem oder mehreren Kesseln verwendet zu werden.
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Bevorzugterweise enthält der Vorratsbehälter Einrichtungen
zum Verbinden mit einer Vielzahl von unabhängigen oder gekoppelten Heizkörperkreisen.
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In einer Anordnung beinhaltet der
Vorratsbehälter
einen Notluftdurchlass.
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Das Vorsehen eines Zentralheizungsanlagenvorratsbehälters garantiert,
dass ein größeres Volumen
von Wasser in dem gesamten System verfügbar ist, dass somit die Temperatur überall ausgeglichen
ist, und dass das Risiko, dass Luft in die Anlage während einer
unnötigen
Entlüftung,
die durch fehlerhafte Temperaturbestimmungen verursacht wird, gezogen
wird, eliminiert wird. Die Anlage reduziert den Wassersauerstoffgehalt überall in
der Anlage, da keine Luft eingezogen wird und das Rühren des
Wassers in der Anlage eliminiert wird. Der Vorratsbehälter reduziert
ebenso den Druck in der Anlage und eliminiert das Risiko des Stampfens,
das mit dem Druck auf das Wasser im Zusammenhang steht, wenn es
durch die Spirale strömt.
Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, dass der Vorratsbehälter mit einer
Anzahl von unabhängigen
oder gekoppelten Heizkörperkreisen
durch die einfache Hinzufügung oder
Blockierung von Zulauf- oder Ablaufanschlusskombinationen verbunden
werden kann. Somit beseitigt die Anlage Rekonfigurations- oder Vergrös serungsprobleme
durch den relativ einfachen Behelf, die Hinzufügung zusätzlicher Kreise zu erlauben.
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Entsprechend eines noch weiteren
Aspekts der Erfindung ist ein Notluftdurchlass vorgesehen, der unter
ungünstigen
Druckbedingungen betreibbar ist, um die Flüssigkeit zu entlüften, dadurch
gekennzeichnet, dass der Luftdurchlass ein Ventil hat, dass von
einem In-Reihe-Luftdurchlassgehäuse mit
einem Fluidzulauf, einem Fluidablauf und einem Strömungsumlenker,
der zwischen dem Flüssigkeitszulauf
und dem Fluidablauf montiert ist, getragen wird.
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In einer Anordnung sind der Fluidzulauf
und der Fluidablauf versetzt zueinander.
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Auf diese Art und Weise kann eine
Heizungsanlage mit einer Zylinder- und einer Heizkörperreihe wirksamer
erwärmt
werden. Der Umwälzpfad
ist zum Anfang von dem Kessel durch die Pumpe und den Zylinder und
zurück
zum Kessel gesetzt. Wenn die zurückgekehrte
Flüssigkeit
ausreichend nahe zur erwärmten
Flüssigkeit,
die von dem Kessel gepumpt wird, ist, kann die Heizkörperreihe
in die Umwälzschlaufe
eingefügt
werden. Dies steigert wesentlich die Geschwindigkeit, mit der die
Anlage in einen ausgeglichenen Zustand gebracht werden kann, da
der Trägheitseffekt
einzelner Komponenten geringer ist als der der gesamten Anlage mit
allen Komponenten.
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Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher
beschrieben werden mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, die
als ein Beispiel eine Ausführungsform
des Zentralheizungsvorratsbehälters entsprechend
der Erfindung zeigen.
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In den Zeichnungen ist:
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1 eine
schematische Darstellung einer Zentralheizungsanlage entsprechend
der Erfindung;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines Zentralheizungsanlagenvorratsbehälters, der
einen Teil der Erfindung bildet;
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3 eine
illustrative Schnittdarstellung eines bekannten Notluftdurchlasses;
und
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4 eine
illustrative Schnittdarstellung ähnlich
zu der in 3 eines Notluftdurchlasses,
der einen Teil der gegenwärtigen
Erfindung bildet.
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Bezugnehmend auf die Darstellungen
und zu Beginn auf 1 ist
eine Zentralheizungsanlage entsprechend der Erfindung gezeigt, die
im allgemeinen durch das Bezugszeichen 1 angezeigt ist.
Die Anlage 1 hat einen Kessel 2, der mit einem
Spiralzulauf 3 eines indirekten Zylinders 4 an
einem äusseren Kreis,
der im allgemeinen durch 5 angezeigt ist, verbunden ist.
Der äussere
Kreis 5 hat ebenso einen Ausgleichsbehälter 6. Ein Rücklauf kreis,
der im allgemeinen durch 7 angezeigt ist, verbindet einen
Spiralablauf 8 mit dem Kessel 2 durch eine Pumpe 9 und einen
Zentralheizungsanlagenvorratsbehälter 10.
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Detaillierter und nun bezugnehmend
zur 2 hat der Vorratsbehälter 10 einen
Zulauf 11 zur Aufnahme von Wasser von dem Zylinder 4 und
einen Ablauf 12 zur Lieferung von Wasser vom Vorratsbehälter 10 zur
Pumpe 9. Der Vorratsbehälter 10 hat zwei
Heizkörpervorlaufanschlüsse 14, 15 und
zwei Heizkörperrücklaufanschlüsse 16, 17.
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Im Betrieb wird Wasser, das von dem
Kessel 2 erwärmt
wird, unter Druck von der Pumpe 9 an den äusseren
Kreis 5 zum Zulauf 3 und durch den Zylinder 4 gepumpt.
Dies verwendet Wasser, das durch die Zentralheizungsanlage 1 erwärmt wird,
um häusliches
Wasser auf die gleiche Art und Weise zu erwärmen wie bekannte Anlagen arbeiten.
Das Wasser strömt
dann durch die Spirale zum Ablauf 8 und zum Vorratsbehälterzulauf 11.
Das Wasser in dem Vorratsbehälter 10 wird
somit erwärmt,
und abgekühltes Wasser
wird von dem Ablauf 12 zurück durch die Pumpe 9 zum
Kessel 2 gezogen.
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Das Vorsehen eines Zentralheizungsanlägenvorratsbehälters 10 auf
diese Art und Weise hat eine Anzahl von ausgeprägten Vorteilen und technischen
Verbesserungen gegenüber
bekannten Anlagen. Durch Bereitstellung eines größeren Volumens von Wasser in
dem gesamten System ist die Temperatur überall ausgeglichen, so dass
das Risiko, dass Luft in die Anlage während einer unnötigen Entlüftung, die
durch fehlerhafte Temperaturbestimmungen veranlasst wird, gezogen
wird, eliminiert wird. Im Betrieb reduziert die Anlage den Sauerstoffgehalt
des Wassers in der Anlage, da keine Luft eingezogen wird und das
Rühren
des Wassers in der Anlage eliminiert wird. Das Vorsehen des Zentralheizungsanlagenvorratsbehälters 10 reduziert
ebenso den Druck in der Anlage und eliminiert das Risiko des Stampfens,
das mit dem Druck auf das Wasser im Zusammenhang steht, wenn es
durch die Spirale des Zylinders 4 zwischen dem Zulauf 3 und
dem Ablauf 8 strömt.
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In der beschriebenen Ausführungsform
zieht der Zentralheizungsanlagenvorratsbehälter 10 erwärmtes Wasser
von jedem der Heizkörpervorlaufanschlüsse 14 und 15 ein.
Dieses erwärmte
Wasser strömt
durch eine Serie von Heizkörperkreisläufen (nicht
dargestellt), bevor es zu den entsprechenden Heizkörperrücklaufanschlüssen 16 bzw. 17 zurückgeführt wird.
Es ist ein wichtiges Merkmal der gegenwärtigen Erfindung, dass der
Vorratsbehälter
geeignet ist, in Verbindung mit einem oder mehreren Kesseln verwendet
zu werden. Dies kann durch die Verbindung zusätzlicher Anschlüsse an den
Vorratsbehälter
erreicht werden. Es ist ebenso ein wichtiges Merkmal der Erfindung,
dass der Vorratsbehälter
Einrichtungen zur Verbindung mit einer Vielzahl von unabhängigen oder
gekoppelten Heizkörperkreisläufen mittels
Zulauf- und Ablaufanschlusskombinationen enthält. Die Anlage beseitigt die
beschriebenen Rekonfigurations- oder Zusatzprobleme durch den relativ
einfachen Behelf, die Hinzufügung
zusätzlicher Kreise
durch die Hinzunahme von Heizkörpervorlauf- und
Heizkörperrücklaufanschlusskombinationen
zu erlauben.
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Entsprechend einem Aspekt der Erfindung enthält die Anlage
ein Pumpensteuergerät
(nicht dargestellt). Das Steuergerät arbeitet, um die Pumpe allmählich bis
zur Betriebsgeschwindigkeit hochzufahren, statt den Impulsen, die
mit der vollen Leistung im Zusammenhang stehen, zu erlauben, die
Anlage in Instabilität
zu bringen. Das Steuergerät
arbeitet ebenso, um die Geschwindigkeit auf die gleiche Art und
Weise zu reduzieren, wodurch die Stabilität des gesamten Systems verbessert
wird. Das Steuergerät kann
optional ein großes
Proportionalsteuerungsglied oder eine Inverteranordnung verwenden,
um die Betriebsfrequenz zu steuern.
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Entsprechend einem anderen Aspekt
der Erfindung enthält
die Anlage ein Durchlasssteuergerät zum Öffnen und Schliessen des Zulaufs 3 und
des Ablaufs 8. Dies erhöht
weiter die Stabilität
der Anlage und verhindert das Stampfen, das mit dem Druck in der
Spirale im Zusammenhang steht.
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Zur Veranschaulichung der Fähigkeit
der Anlage, den Sauerstoffgehalt im Wasser in der Anlage zu reduzieren,
wurde ein Beispiel ausgeführt,
was nun beschrieben wird.
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Vorrichtung
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Die in 1 dargestellt
Anlage wurde mit 140.8 Litern Wasser befüllt.
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Der Arbeitskopf des Ausgleichstank
war 2.44 Meter hoch.
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Der Abstand zwischen dem Kessel und
dem Zylinder betrug 0.915 Meter.
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Ein Test des gelösten Sauerstoffs an einer Wasserprobe
aus dem Vorratsbehälter
bei Initialisierung gab 5.7 mg/l an.
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Der Kessel wurde dann auf eine Temperatur von
65 Grad Celsius gebracht und die Geschwindigkeit der Pumpe wurde
auf die geringste Einstellung reduziert.
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Die Anlage wurde 27 Stunden lang über 5 Tage
betrieben.
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| Tag
1 |
3
Stunden |
| Tag |
5
Stunden |
| Tag |
9
1/2 Stunden |
| Tag |
5
Stunden |
| Tag |
4
1/2 Stunden |
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Am sechsten Tag wurde der Test des
gelösten
Sauerstoffs wiederholt und gab 1.1 mg/l an.
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Nun mit Bezug zur 3 ist dort ein bekannter Notluftdurchlass,
der im allgemeinen durch das Bezugszeichen 30 angezeigt
ist, illustriert. In der bekannten Anordnung strömt die Heizungsflüssigkeit durch
ein Rohr 31 unter einem Notventil 32. Die Art und
Weise des Montierens des Ventils 32 an dem Rohr 31 bedeutet,
dass sich dort eine wirksame Verengung der Flüssigkeit befindet, die durch
das Rohr 31 strömt,
die im allgemeinen durch 33 angezeigt ist. Wenn der Durchfluss,
der durch die Verengung 33 strömt, gesteigert wird, gibt es
dort eine resultierende Reduktion des Druckes unter dem Ventil 32.
Dieser Effekt wird als Venturieffekt bezeichnet und resultiert in
einer Einführung
von Luft in die Anlage durch das Ventil 32, was mit negativen
Einflüssen
sowohl auf die Wirksamkeit als auch auf die Lebensdauer der Anlage
angezeigt wird.
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4 stellt
einen In-Reihe-Notluftdurchlass dar, der einen Teil der gegenwärtigen Erfindung
bildet und im allgemeinen durch das Bezugszeichen 40 angezeigt
ist. Der Notluftdurchlass 40 ist, wie das Ventil 32 in 3, unter ungünstigen
Druckbedingungen betriebsfähig,
um die Betriebsflüssigkeit
von der Anlage zu entlüften.
Der Luftdurchlass 40 hat ein Ventil 41, das an
einem In-Reihe-Luftdurchlassgehäuse 42 montiert
ist. Zusätzlich
definiert das Gehäuse 42 einen
Fluidzulauf 43 und einen versetzten oder nicht koaxialen
Fluidablauf 44.
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Im Betrieb bedeutet der Versatz zwischen dem
Zulauf 43 und dem Ablauf 44, dass das Gehäuse 42 einen
Strömungsumlenker
für die
Flüssigkeit definiert,
die durch das Gehäuse 42 strömt. Dieser Strömungsumlenker
bedeutet, dass eine Steigerung der Umwälzraten der Anlage nicht in
einem Eintritt von Luft resultieren wird, da dort keine wirksame
Reduktion von Druck stattfindet, die mit dem Ventil 41 im Zusammenhang
steht. Beim Versetzen des Flüssigkeitszulaufes 43 von
dem Flüssigkeitsablauf 44 wird der
Flüssigkeitsfluss
zwischen diesen zertrennt und es gibt dort keine Venturiverengung.
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Es wird natürlich verstanden werden, dass die
Gestalt des Gehäuses
geändert
werden kann, um jegliche gelegentlichen Druckreduktionen, die mit
einem angestiegenen Fluss im Zusammenhang stehen, zu minimieren,
und das Gehäuse
kann ein oder mehrere Strömungsumlenker
oder ähnliche
Geräte zur
weiteren Zertrennung des Flusses und zu weiteren getrennten Reduktionen
des Druckes von dem Ventil 41 enthalten.
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Die gegenwärtige Erfindung kann ebenso
die Verwendung eines Steuergerätes
(nicht dargestellt) zur Steuerung der Umwälzung der Flüssigkeit
in der Heizungsanlage beinhalten. Das Steuergerät ist aufgebaut, um den Umwälzpfad der
Flüssigkeit
in Schritten zu steigern. Der Pfad der umwälzenden Flüssigkeit erscheint nur, wenn
ausgewählte
Elemente oder Umwälzpfade
die gewünschte
Temperatur erreicht haben, und das System wirksam mit dem gegenwärtigen Kreispfad
ausgeglichen ist. Auf diese Art und Weise ist die Bewegungsenergie
der gestuften Erwärmung
verbessert und eine Heizungsanlage mit einer Zylinder- und Heizkörperreihe
kann wirksamer erwärmt
werden. Der Umwälzpfad
wird zu Beginn von dem Kessel durch die Pumpe und den Zylinder und zurück zum Kessel
gesetzt. Wenn die zurückgekehrte
Flüssigkeit
ausreichend nahe zur erwärmten
Flüssigkeit,
die von dem Kessel gepumpt wird, ist, kann die Heizkörperreihe
in die Umwälzschlaufe
eingeschlossen werden. Dies erhöht
wesentlich die Geschwindigkeit, auf die die Anlage in einem ausgeglichenen
Zustand gebracht werden kann, da der Trägheitseffekt einzelner Komponenten
kleiner ist als der der gesamten Anlage mit allen Komponenten.
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Es wird verstanden werden, dass die
Erfindung nicht auf spezielle, hier beschriebene Details begrenzt
ist, die nur als ein Beispiel gegeben sind, und dass verschiedene
Modifikationen und Änderungen
im Rahmen der anliegenden Ansprüche
möglich sind,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.