(12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 2233844 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. F24D 3/ (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert 14.12.1 (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet 14.09.17 (86) Europeisk søknadsnr 0900371.1 (86) Europeisk innleveringsdag 09.03.14 (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato.09.29 (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver Winkelmann Sp. z o.o., Ul. Jaworzynska 277, 92 Legnica, PL-Polen (72) Oppfinner (74) Fullmektig Bryn Aarflot AS, Postboks 449 Sentrum, 04 OSLO, Norge (4) Benevnelse Trykkekspansjonsbeholder med membran (6) Anførte publikasjoner DE-U1-29 11 961 DE-U1-06 01 642 US-A- 2 371 632 US-A- 4 31 27
1 Trykkekspansjonsbeholder med membran 1 2 3 Oppfinnelsen vedrører en trykkekspansjonsbeholder med membran for tilkobling til et ledningsnett med to beholderdeler som i et perifert forbindelsesområde er forbundet trykk- og fluidtett med hverandre, idet det lukkede beholderinnerrommet dannet av de to beholderdelene er delt inn av en flat hhv. halvskålformet membran i ett vannrom og ett gassrom, idet vannrommet er forbindbart med ledningsnettet over en tilkoblingsstuss. Slike ekspansjonsbeholdere med membraner tjener for opptak av volumendringer, eksempelvis ved trykkavhengig på- og avslåing av pumper, ved trykkstøtdempere eller også temperaturbetinget i lukkede væskekretsløp, (volumendringer) som forekommer i vannforsyningssystemer eller oppvarmingskretsløp. Det skjelnes i det vesentlige mellom to forskjellige typer ekspansjonsbeholdere, nemlig beholdere med to beholderdeler og en flat hhv. halvskålformet membran, og beholdere med en bobleformet membran som med sin åpningsrand er satt inn i ekspansjonsbeholderens vanntilkoblingsstuss, og som danner vannrommet. Alternativt kan også membranen danne gassrommet. Ved ekspansjonsbeholdere med flat hhv. halvskålformet membran finnes det forskjellige beholderformer, idet det primært skjelnes mellom flatbeholdere, som f.eks. brukes i veggmonterte varmtvannsberedere, og sylindriske hhv. kuleaktige beholdere. Begge disse beholdertyper har til felles at beholderinnerrommet deles inn, av en flat hhv. halvskålformet membran av et elastisk materiale, i ett vann- og ett gassrom, idet membranen samtidig kan tjene som tetningselement mellom de to beholderdelene. En slik løsning er f.eks. vist i DE 28 14 162 B2. En vesentlig ulempe ved disse ekspansjonsbeholderne som lenge har bestått sin prøve, er først og fremst at ved membraner av et elastomert materiale, i sær over et langt tidsspenn, en viss permeasjonseffekt ikke lar seg unngå, slik at gass fra gassrommet kan trenge inn i vannrommet og dermed inn i ledningsnettet, noe som i sær ved oppvarmingskretsløp er uønsket. Dermed forminskes også gassvolumet i gassrommet, noe som nødvendiggjør et vedlikehold, ettersom en påfylling er nødvendig. Dette er forbundet med tilsvarende tiltak. Fra DE 3 44 74 A1 kjenner man til en ekspansjonsbeholder der membranens materiale og gassen i kammeret avsluttet av membranen er utvalgt i samsvar med hverandre på en slik måte at gassens diffusjonskoeffisient i forhold til membranmaterialet er så liten som mulig. I motsetning til anvendelse av nitrogen for slike ekspansjonsbeholdere, som i sær tok i betraktning nitrogenets inerte opptreden overfor membranen, og som overhodet ikke tok hensyn til nitrogenets diffusjonsopptreden i forhold til membranen, står ved denne løsningen gassens
2 1 2 3 diffusjonsopptreden i forhold til membranen i forgrunnen, dvs. det velges en kombinasjon av en spesiell gass og membranmateriale. Denne løsningen har i praksis riktignok ikke fått gjennomslag, ettersom det i overveiende grad på uendret vis anvendes nitrogen som gass. Fra US-A-4,31,27 kjenner man til en ekspansjonsbeholder for tilkobling til et ledningsnett med to beholderdeler som i et perifert forbindelsesområde er trykk- og fluidtett forbundet med hverandre, idet det lukkede beholderinnerrommet dannet av de to beholderdelene er delt inn av en flat hhv. halvskålformet membran i ett vannrom og ett gassrom, idet vannrommet er forbindbart med ledningsnettet over en tilkoblingsstuss. Membranen består av et elastisk materiale, fortrinnsvis gummi, og innehar for tetning av de to beholderdelene en spesielt utformet ytterrand som er utført integralt med membranen, nemlig et fortykket, søyleformet omfangsområde med flensaktige elementer som er koblet til dette, og som i monteringsposisjon griper om beholderdelenes begge perifere rander på utsiden. Dokument US-A-4,31,27 viser dermed karakteristikkene fra overbegrepet i krav 1. Formålet med oppfinnelsen er å videreutvikle en trykkekspansjonsbeholder med membran slik at en permeasjon av gass fra gassrommet inn i vannrommet på pålitelig vis unngås, uten at det dermed fører til nevneverdig større tiltak for produksjon og montering. Denne oppgaven løses med en trykkekspansjonsbeholder med membran i henhold til patentkrav 1. Det står dermed en trykkekspansjonsbeholder med membran til rådighet, hvis minst ene, ett-lagede kunststoffmembran er gass-ugjennomtrengelig, hvorved en permeasjon av gass, i sær av luft eller nitrogen, unngås. Som kunststoffmateriale kan man eksempelvis anvende en etylen-vinyl-alkohol-kopolymer (EVOH) som basis. For samtidig å sikre tetningsfunksjonen av membranen mellom de to beholderdelene uten ekstra monteringstiltak, er membranens ytterrand i henhold til oppfinnelsen forbundet med et tetningselement. Dette rundtgående tetningselementet er på egnet vis anbragt på membranens ytterrand. Herved er det fortrinnsvis planlagt at membranens ytterrand er forbundet på både over- og undersiden med et tetningselement, hvorved det oppnås en spesielt pålitelig tetning. Alternativt kan det være planlagt at tetningselementet er utformet i C-form, og griper om membranens ytterrand på over- og undersiden. Et slikt C-formet tetningselement kan f.eks. forbindes med membranens ytterrand ved hjelp av omsprøyting. I en særlig foretrukket utførelse er det planlagt at tetningselementet består av et tetningsskum anbragt på membranens ytterrand. Et slikt tetningsskum, f.eks. 2K-
3 1 2 3 polyuretan-basert, lar seg produksjonsteknisk særlig lett påføre på membranens ytterrand. Tetningselementet følger dermed konturen til membranens ytterrand som er avhengig av den respektive beholderform (f.eks. rund, flerkantet, flerkantet med avrundede kanter). Den trykk- og fluidtette forbindelsen til de to beholderdelene sikres fortrinnsvis på det i seg selv kjente vis ved at begge beholderdeler er forbundet formlåst med hverandre i forbindelsesområdet ved innklemming av membranens ytterrand. Et eksempel for en slik formlåst forbindelse er fremstilt på figur 1 fra DE 28 14 162 B2. Selve membranen er ifølge en første foretrukken utforming fortrinnsvis dannet av en kunststoffblanding. En slik kunststoffblanding, i sær en polymerblanding, er en molekylært fordelt eller mikroskopisk dispergert kunststofflegering, altså en blanding av minst to basiskunststoffer hhv. basispolymere. Ett basismateriale innehar da fortrinnsvis de påkrevde, elastiske egenskaper som muliggjør deformeringen av membranen ved trykkendringer, og det andre innehar gassbarriereegenskapene. I tillegg eller alternativt er det i en ytterligere foretrukken utforming planlagt at membranen består av et i det minste to-laget komposittmateriale med et første lag av et elastisk kunststoff, og et andre lag, forbundet med det første laget, av et elastisk gass-ugjennomtrengelig kunststoff. Ved denne utførelsesformen tjener det ene laget som bærerlag, på hvilket f.eks. ved koekstrusjon det andre laget anbringes. I en ytterligere fordelaktig utforming er det planlagt at membranen innehar en minst tre-laget oppbygning, idet det tredje laget består av et elastisk kunststoff. Det andre laget av et elastisk gass-ugjennomtrengelig kunststoff er så innføyd på begge sider. Mellom lagene kan det være planlagt heftformidlere. Utførelsesformer av oppfinnelsen blir nedenfor nærmere forklart eksemplarisk ved hjelp av tegningen. Denne viser på fig. 1 et snitt gjennom en trykkekspansjonsbeholder med membran, fig. 2 i forstørret fremstilling et tverrsnitt av membranens oppbygning ifølge en foretrukken utførelsesform, fig. 3 delriss ovenfra av membranen ifølge fig. 2, fig. 4 i forstørret fremstilling et tverrsnitt av membranens oppbygning ifølge en ytterligere foretrukken utførelsesform og på fig. et delriss ovenfra av membranen ifølge fig. 4. En trykkekspansjonsbeholder med membran er på fig. 1 generelt betegnet med 1. Denne trykkekspansjonsbeholderen med membran 1 er ved utførelseseksemplet utformet som flatbeholder og er f.eks. egnet til å settes inn i en veggmontert varmtvannsbereder. Men den kan også inneha en annen geometrisk utforming når den f.eks. tas i bruk i forbindelse med en boiler.
4 1 2 3 Trykkekspansjonsbeholderen med membran 1 innehar to halvskålformede beholderdeler 2, 3 av metall. Begge beholderdelene 2, 3 kan grunnleggende sett inneha enhver geometrisk form, f.eks. også oval eller kantet. Beholderdelene 2, 3 er trykk- og fluidtett forbundet med hverandre i et perifert forbindelsesområde generelt betegnet med 4, hvilket i det følgende forklares nærmere. I beholderdel 2 er det planlagt en tilkoblingsstuss for tilkobling av trykkekspansjonsbeholderen med membran 1 til et ikke-vist ledningsnett. Innerrommet til trykkekspansjonsbeholderen med membran 1 er av en membran 6 delt inn i ett vannrom 7 som står i forbindelse med tilkoblingsstussen 7, og ett gassrom 8, dette gassrommet 8 er fylt med en gass som står under et forhåndsgitt overtrykk, f.eks. luft eller nitrogen. For dette er det planlagt en gasspåfyllingsåpning som er lukket f.eks. ved hjelp av en enkel plugg eller en gassfyllingsventil 9 Når volumet av vannet i ledningsnettet øker, trenger vann gjennom tilkoblingsstussen inn i vannrommet 7, dvs. i det indre av beholderen 1, hvorved membranen 6 trykkes sammen mot gassputen. Utformingen av membranen 6 er vesentlig for trykkekspansjonsbeholderen med membran 1. Denne innehar fortrinnsvis en kontur som i høy grad er tilpasset den halvskålformede konturen beholderdelen 2. Membranen 6 består av et i det minste ett-laget gass-ugjennomtrengelig kunststoff, f.eks. av en kunststoffblanding, dvs. en kunststofflegering av minst to bestanddeler, idet den ene bestanddelen innehar elastiske egenskaper og den andre innehar gassugjennomtrengelige egenskaper. Den gass-ugjennomtrengelige bestanddelen kan eksempelvis være EVOH, og er selvfølgelig også så elastisk at membranen 6 ved trykkendringer kan forandre sin form og kan trykke sammen gassrommet 8. For dette formål kan membranen 6 være utrustet med ytterligere profileringer, sikker eller lignende, hvilket ikke er nærmere fremstilt. Ved utførelsesformen av membranen 6 fremstilt på fig. 2 består denne av et minst tolaget komposittmateriale, på fig. 2 er det fremstilt en tre-laget oppbygning. Denne membranen 6 består av et første lag 6a av et elastisk kunststoff, eksempelvis propylen, et andre lag 6b av et elastisk, gass-ugjennomtrengelig kunststoff, eksempelvis EVOH, og et tredje lag 6c, igjen av et elastisk materiale, f.eks. propylen (PP) eller polyetylen (PE). Mellom lagene kan det i hvert tilfelle være planlagt en heftformidler. En slik flerlaget membran 6 kan f.eks. fremstilles ved koekstrusjon. Membranens 6 ytterrand er fortrinnsvis både på over- og undersiden forbundet med et tetningselement. Dette tetningselementet 11 er helst et tetningsskum, f.eks. 2K-polyuretan-basert, påført på membranens 6 ytterrand.
1 2 Under monteringen av trykkekspansjonsbeholderen med membran 1 bringes membranen 6 med sin ytterrand forsynt med tetningselementene 11 inn i forbindelsesområdet 4 mellom de to beholderdelene 2, 3, deretter fastklemmes beholderhalvpartene 2, 3 med hverandre i forbindelsesområdet 4, fortrinnsvis formlåst, f.eks. ved hjelp av en rundtgående klemring 12. Membranen 6 tjener så i tillegg til dens egentlige membranfunksjon samtidig som tetningselement i forbindelsesområdet 4. Tetningsfunksjonen er pålitelig sikret av det rundtgående tetningselementet 11 på membranens 6 ytterrand, også når membranens 6 materiale selv ikke er egnet som tetningsmiddel. På fig. 4 og er det fremstilt en alternativ utførelsesform av membranen 6, der de samme referansetallene anvendes som i de foregående figurer, såfremt de samme delene er berørt. Til forskjell fra utførelsesformen ifølge fig. 2 og 3 er ett eneste, i tverrsnitt C-formet tetningselement 11 planlagt, hvilket griper om membranens 6 ytterrand på overog undersiden, og avslutter ytterranden radialt utover. Et slikt éndelt tetningselement 11 kan f.eks. forbindes med membranen 6 gjennom omsprøyting av membranen 6. Naturligvis er oppfinnelsen ikke begrenset til de fremstilte utførelseseksemplene. Ytterligere utforminger av oppfinnelsen som beskrevet i patentkravene er mulige. Slik kan begge beholderdeler 2, 3 også, som tidligere nevnt, inneha en annen geometrisk form. Selve membranen 6 kan også inneha en kun én- eller to-laget oppbygning. Når membranen 6, som fremstilt i utførelseseksemplene, innehar en tre-laget oppbygning, kan med passende materialvalg tetningselementet også selv være dannet av det elastiske laget 6a hhv. 6c, gjennom tilsvarende materialfortykning. Et slikt utførelseseksempel faller riktignok ikke under kravenes beskyttelsesområde.
6 Patentkrav 1 2 3 1. Trykkekspansjonsbeholder med membran for tilkobling til et ledningsnett med to beholderdeler (2,3) som er trykk- og fluidtett forbundet med hverandre i et perifert forbindelsesområde, idet det lukkede beholderinnerrommet dannet av de to beholderdelene (2,3) er delt inn av en flat hhv. halvskålformet membran (6) i ett vannrom (7) og ett gassrom (8), idet vannrommet (7) er forbindbart med ledningsnettet over en tilkoblingsstuss (), idet membranen (6) er dannet av et i det minste ett-laget kunststoff, og rundtgående på dens ytterrand () er forbundet med et tetningselement (11), idet membranens (6) ytterrand () er fluidtett innbundet med tetningselementet (11,11 ) i forbindelsesområdet (4) mellom de to beholderdelene (2,3), k a r a k t e r i s e r t v e d at tetningselementet (11) er påført på ytterranden () og at membranen er dannet av et gass-ugjennomtrengelig kunststoff. 2. Trykkekspansjonsbeholder med membran ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at membranens (6) ytterrand () både på over- og undersiden er forbundet med et tetningselement (11). 3. Trykkekspansjonsbeholder med membran ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at tetningselementet (11 ) er laget C-formet, og griper om membranens (6) ytterrand på over- og undersiden. 4. Trykkekspansjonsbeholder med membran ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at tetningselementet (11,11 ) består av et tetningsskum påført på membranens (6) ytterrand ().. Trykkekspansjonsbeholder med membran ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, k a r a k t e r i s e r t v e d at begge beholderdeler (2,3) er forbundet formlåst med hverandre i forbindelsesområdet (4) ved innklemming av membranens (6) ytterrand (). 6. Trykkekspansjonsbeholder med membran ifølge ett eller flere av krav 1 til, k a r a k t e r i s e r t v e d at membranen (6) er dannet av en kunststoffblanding. 7. Trykkekspansjonsbeholder med membran ifølge ett eller flere av krav 1 til 6, k a r a k t e r i s e r t v e d at membranen (6) består av et i det minste to-laget komposittmateriale med et første lag av et elastisk kunststoff, og et med det første laget forbundene andre lag av et elastisk, gass-ugjennomtrengelig kunststoff. 8. Trykkekspansjonsbeholder med membran ifølge krav 7, k a r a k t e r i s e r t v e d at membranen (6) innehar en i det minste tre-laget oppbygning, idet det tredje laget består av et elastisk kunststoff.
7