DE19717883C2 - Reinigungsgerät für eine Flüssigkeit, insbesondere in geschlossenen Kreisläufen und Verfahren zum Reinigen einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reinigungsgerät für eine Flüssigkeit, insbesondere in geschlossenen Kreisläufen, sowie ein Verfahren zum Reinigen einer Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Reinigungsgerät für Wasser in Heizungsanlagen.

Moderne Heizungsanlagen erzeugen und verteilen Wärme sehr fein dosiert. Dies stellt hohe Anforderungen an hydraulische Steuerelemente, die sehr genau arbeiten müssen. Um Energieverluste und Schadstoffemissionen zu vermeiden, sind Brenner und Wärmetauscher in ihren Oberflächen genau bemessen und in ihrer Leistung an die jeweiligen Erfordernisse genau angepaßt. Insbesondere in Umlaufwasserheizern, wie sie beispielsweise bei der dezentralen Wärmeerzeugung eingesetzt werden, befinden sich eine Vielzahl von Steuer- und Regelelementen, die sehr empfindlich sind. Verunreinigungen, die in dem Heizmedium vorhanden sind, lagern sich im Laufe der Zeit an den Steuer- bzw. Regelelementen ab und führen so zu einer Störung ihrer Funktion.

Als Heizmedium wird in erster Linie Wasser eingesetzt, das zumeist den örtlichen Trinkwassernetzen entnommen wird. Das Wasser enthält jedoch unerwünschte Stoffe, die in die Heizungsanlage transportiert werden und insbesondere während eines langandauernden Betriebs die o. g. Störungen hervorrufen. Die vom Wasser eingebrachten Stoffe sind vor allen Dingen feste Bestandteile wie Calcium, Magnesium und deren Oxide, Karbonate und Verbindungen dieser Stoffe, sowie gasförmige Bestandteile wie Sauerstoff und Kohlensäure, die in der Regel an Calcium gebunden sind. Ein besonderes Problem stellt Kalk dar, der insbesondere in Gebieten mit hartem Wasser in großen Mengen in den Kreislauf eingebracht wird.

Auch das System von Rohren und Heizkörpern ist produktions- und montagebedingt nicht frei von Schmutzstoffen. Bei der Heizkörperproduktion entsteht insbesondere Zunder, zum Beispiel Zunder von Schweiß- und Lötarbeiten an den Leitungen, sowie Rückstände von Lot, Flußmittel und anderen Hilfswerkstoffen. Darüberhinaus gelangen oftmals Metallspäne und Bauschmutz in die Leitungen, was trotz aufwendiger Vorsichtsmaßnahmen oftmals nicht vollständig vermieden werden kann. Durch die Druck- und Temperaturverhältnisse während des Betriebes reagieren diese Stoffe weiter. Es bilden sich Partikel, die sich an den Oberflächen der Wärmetauscher absetzen. Wärmespannungen in den Metallen lösen größere Partikel, die ihrerseits zu Störungen in Armaturen und hydraulischen Steuerungen führen. Wird die Temperatur im Heizungswasser erhöht, so kommt es zu Ausfällungen und Ablagerungen in diesen Bereichen.

Die oben beschriebenen Probleme stellen sich jedoch nicht nur im Zusammenhang mit Heizungsanlagen. So tritt zum Beispiel auch bei Klimaanlagen das Problem auf, daß sich Verunreinigungen im Medium des Kreislaufs der Klimaanlage an Steuer- und Regelelementen, sowie sonstigen empfindlichen Einheiten absetzen und dort Störungen hervorrufen. Insbesondere stellt sich das oben beschriebene Problem auch bei Schwimmbadeinrichtungen, zum Beispiel bei der Heizanlage einer Schwimmbadeinrichtung.

Auch bei Kühlkreisläufen tritt das Problem der Ablagerungen in empfindlichen Bereichen auf. Insbesondere Kühlkreisläufe für Motoren, Turbinen, u. s. w. weisen eine Vielzahl von empfindlichen Steuer- und Regelelementen, sowie sonstige empfindliche Bereiche auf. Insbesondere an Engstellen in den Durchflußwegen entstehen Ablagerungen, was z. B. bei einem Autokühler zu einer Störung des Kühlbetriebs führen kann.

Bisher wurde versucht, die unerwünschten Stoffe durch das Spülen der Anlage vor der Inbetriebnahme zu entfernen. Dabei können jedoch die Stoffe nur unzureichend entfernt werden. Eine weitere bekannte Technik besteht darin, das Wasser von Heizanlagen chemisch zu behandeln. Dadurch entsteht jedoch eine Belastung der Umwelt, zum Beispiel bei der Entsorgung, und bei jeder Nach- oder Neubefüllung muß ein erheblicher Aufwand betrieben werden. Dieser Aufwand und der Einsatz von Chemikalien ist darüberhinaus kostspielig.

Eine weitere bekannte Technik besteht darin, Filter einzusetzen, um die unerwünschten Stoffe zurückzuhalten. Kalk im gelösten Zustand läßt sich jedoch nicht durch Siebe oder Schlammfänge zurückhalten. Filter, die fein genug sind, um Feinstoffe mit einer Korngröße von bis zu 0,3 mm zurückzuhalten, sind für den Einbau in den oben beschriebenen Anlagen oftmals ungeeignet. Bei langen Wartungsperioden von einem Jahr und mehr müßten sie eine so große Oberfläche haben, daß der Einbau beispielsweise in Etagenheizungen praktisch unmöglich ist. Diese Filter sind zudem kostenaufwendig und die Reinigung bzw. der Austausch der Filter erfordert zudem einen hohen Arbeits- und Kostenaufwand.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Reinigungsgerät für Flüssigkeiten und ein Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten, insbesondere in geschlossenen Kreisläufen zu schaffen, mit dem die oben beschriebenen Probleme überwunden werden, das preiswert ist und ohne großen Aufwand betrieben werden kann, und empfindliche Bereiche in Kühl- oder Heizanlagen vor Verunreinigungen und Ablagerungen schützt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Reinigungsgerät für eine Flüssigkeit gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, das Verfahren zum Reinigen einer Flüssigkeit gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 40 sowie das Reinigungsgerät für Wasser in einer Heizungsanlage gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 43. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Reinigungsgerät für eine Flüssigkeit, insbesondere in geschlossenen Kreisläufen, zur Verfügung gestellt, mit einem Durchflußelement, das einen ersten Durchflußbereich bildet, einer Sammelvorrichtung, die in Fließrichtung nach dem ersten Durchflußbereich angeordnet ist zur Verwirbelung der Flüssigkeit und zur Aufnahme von Verunreinigungen, einem zweiten Durchflußbereich, der in Fließrichtung nach der Sammelvorrichtung liegt, und einem Entspannungs- und Sammelraum, der in Fließrichtung nach dem zweiten Durchflußbereich angeordnet ist, wobei die Querschnittsfläche des ersten Durchflußbereichs geringer ist als diejenige der Sammelvorrichtung und die Querschnittsfläche des zweiten Durchflußbereichs geringer ist als diejenige des Entspannungs- und Sammelraums, so daß jeweils beim Eintritt der Flüssigkeit in die Sammelvorrichtung und in den Entspannungs- und Sammelraum ein Übergang von laminarer Strömung zu turbulenter Strömung und eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit erfolgt, zur Abscheidung von Verunreinigungen.

Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Reinigungsgerät für Wasser in einer Heizungsanlage, wie z. B. einem Umlaufwasserheizer geschaffen, mit einem Anschlußstück, das in seinem Innenraum einen ersten Durchflußweg in einer Fließrichtung bildet; einer am Ende des Anschlußstücks gelegenen Sammelvorrichtung mit einem Innenraum zur Aufnahme von Schmutzpartikeln, wobei die Sammelvorrichtung vorzugsweise so ausgebildet ist, daß eine Umkehr der Fließrichtung erfolgt; einem mit dem Innenraum der Sammelvorrichtung kommunizierenden Spalt, vorzugsweise einem Ringspalt, der einen zweiten Durchflußweg bildet, der in entgegengesetzter Richtung zum ersten Durchflußweg verläuft; und einem Entspannungsraum, der am Ausgang des Spalts ausgebildet ist, so daß eine Entspannung und Verwirbelung des Wassers verursacht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Reinigen einer Flüssigkeit wird die Flüssigkeit zunächst über eine erste Fließstrecke mit einer ersten Fließgeschwindigkeit und im wesentlichen laminarer Strömung geleitet, dann wird die Fließgeschwindigkeit in einer nachfolgenden Sammelvorrichtung verringert, wobei auch eine Turbulenz erzeugt wird, so daß Verunreinigungen ausgefällt und/oder abgeschieden werden und sich in der Sammelvorrichtung ablagern, und anschließend wird die Flüssigkeit über eine zweite Fließstrecke mit laminarer Strömung und mit relativ hoher Geschwindigkeit geleitet, und im Anschluß daran in einen Entspannungsraum geleitet, in dem eine Turbulenz der Flüssigkeit bei relativ geringer Fließgeschwindigkeit erzeugt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein mehrfacher Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung mit einer Verringerung der Fließgeschwindigkeit erfolgt. Die Strömumgsrichtung kann in der Sammelvorrichtung umgekehrt werden und über einen Ringspalt dem Entspannungsraum zugeführt werden.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die insbesondere zum Einsatz in Heizungsanlagen geeignet ist, jedoch nicht darauf beschränkt ist.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Reinigungsgerätes;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht von der linken Seite des in Fig. 1 dargestellten Reinigungsgerätes; und

Fig. 3 zeigt eine Ansicht von unten des in Fig. 1 dargestellten Reinigungsgerätes.

Das in Fig. 1 dargestellte Reinigungsgerät der vorliegenden Erfindung umfaßt ein rohrförmiges Durchflußelement 1, das in der bevorzugten Ausführungsform als Anschlußstück ausgebildet ist. Das Reinigungsgerät mit dem Durchflußelement 1 als Anschlußstück wird vorzugsweise dem empfindlichsten Teil eines Kreislaufes vorgeschaltet. Bei Heizungsanlagen ist dies zumeist der Wärmeerzeuger, und das Durchflußelement 1 ist in diesem Fall als Rücklaufanschluß ausgebildet.

Das Durchflußelement 1 verläuft quer durch ein Hauptrohr 10, dessen Innendurchmesser D3 größer ist als der Außendurchmesser D1' des Durchflußelements 1. Die Längsachse L1 des rohrförmigen Durchflußelements 1 steht senkrecht zur Längsachse L2 des Hauptrohrs 10. An der Eingangsseite des Reinigungsgerätes ist die Außenwandung des Durchflußelements 1 mit der Wandung des Hauptrohres 10 entlang der Verbindungslinie 11 verbunden. An der Seite des Hauptrohres 10, die der Eingangsseite gegenüberliegt, tritt das Durchflußelement 1 aus dem Hauptrohr 10 aus, wobei an der Austrittsstelle die Wandung des Durchflußelements 1 nicht mit der Wandung des Hauptrohrs 10 verbunden ist, d. h. es verbleibt ein Zwischenraum. An dieser Stelle ist das Hauptrohr 10 mit einer rohrförmigen Sammelvorrichtung 2, die ein Grobsammler ist, verbunden.

Der Grobsammler bzw. die Sammelvorrichtung 2 hat einen Innendurchmesser D2, der größer ist als der Außendurchmesser D1' des Durchflußelements 1. Dadurch wird zwischen der Außenwand des Durchflußelements 1 und der inneren Wandung der rohrförmigen Sammelvorrichtung 2 ein Spalt gebildet, der ringförmig ist und einen Durchflußbereich 3 darstellt. Die Ausgestaltung des Durchflußelements 3 als Ringspalt optimiert insbesondere die Anforderungen einer großen Oberfläche, eines kleinen Querschnitts und eines geringen Widerstands.

Der Durchflußbereich 3 mündet in den Innenraum des Hauptrohres 10. An dieser Stelle bildet ein Teil des Innenraums des Hauptrohres 10 einen Entspannungsraum 5. Ein unter dem Entspannungsraum 5 gelegener Teil des Hauptrohres 10 bildet einen Hauptsammler 4. Das untere Ende des Hauptsammlers 4 ist mit einem Verschluß 41 versehen, der auf das Hauptrohr 10 bzw. den Hauptsammler 4 aufgeschraubt ist.

Der Grobsammler bzw. die rohrförmige Sammelvorrichtung 2 hat eine Längserstreckung, die größer ist als die Längserstreckung des Teilstücks des Durchflußelements 1, das aus dem Hauptrohr 10 an der Anschlußseite der Sammelvorrichtung 2 herausragt. Daher endet das Durchflußelement 1 innerhalb der Sammelvorrichtung 2, d. h. der Innenraum des Durchflußelements 1 mündet in den Innenraum der Sammelvorrichtung 2. Gegenüber dem innerhalb der Sammelvorrichtung 2 gelegenen Ende des Durchflußelements 1 befindet sich ein Verschluß 21, der mit einem Innengewinde versehen ist und auf die Sammelvorrichtung 2 aufgeschraubt ist.

Die Wandung des Hauptrohres 10 ist an der Eingangseite des Reinigungsgerätes mit der Wandung des Rücklaufanschlusses bzw. Durchflußelements 1 entlang der Linie 11 verbunden, so daß auf dieser Seite des Hauptrohres 10 der Entspannungsraum 5 nach außen hin abgedichtet ist. Die Wandung der rohrförmigen Sammelvorrichtung 2 ist mit der Wandung des Hauptrohres 10 entlang der Linie 12 verbunden, so daß der Innenraum der Sammelvorrichtung 2 über den Durchflußbereich 3 in den Entspannungsraum 5 mündet, wobei die Verbindung entlang der Linie 12 dicht ist, so dass der Durchflußbereich 3 und der Entspannungsraum 5 miteinander kommunizieren und beide nach außen hin abgeschlossen sind.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Reinigungsgrätes von der Seite aus gesehen, an der sich die Sammelvorrichtung befindet. In dieser Darstellung ist der Verschluß 21 abgeschraubt, d. h. das Reinigungsgerät ist ohne den Verschluß 21 gezeigt. Der Ringspalt 3 zwischen der Wandung des Durchflußelements 1 und der Wandung der Sammelvorrichtung 2 hat eine Querschnittsfläche, die kleiner ist als die Querschnittsfläche des Innenraums bzw. Durchflußbereichs des Durchflußelements 1. Diese beiden Querschnittsflächen sind so bemessen, daß die Fließgeschwindigkeit im Ringspalt bzw. zweiten Durchflußbereich 3 das ca. 3,4-fache der Durchflußgeschwindigkeit im Durchflußelement 1 ist.

In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Reinigungsgerät in einer Ansicht von unten dargestellt. Dabei ist, das Reinigungsgerät ohne den abnehmbaren Verschluß 41 des Hauptsammlers 4 gezeigt. Der Entspannungsraum 5 hat eine Querschnittsfläche, die so bemessen ist, daß die Fließgeschwindigkeit im Entspannungsraum 5 kleiner ist als die Fließgeschwindigkeit im Durchflußelement 1 und im Grobsammler 2. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Reinigungsgerät so gestaltet, daß die Fließgeschwindigkeit im Entspannungsraum 5 das 0,4-fache der Fließgeschwindigkeit im Durchflußelement 1 beträgt. Die Sammelvorrichtung 2 ist so ausgelegt, daß die Fließgesahwindigkeit in ihr das 0,8-fache der Fließgeschwindigkeit im Durchflußelement 1 beträgt. Insgesamt weisen das Durchflußelement 1, die Sammelvorrichtung 2, der zweite Durchflußbereich 3 und der Entspannungsraum 5 zusammen mit dem Hauptsammler 4 Fließgeschwindigkeiten mit einem Verhältnis von 1 : 0,8 : 3,4 : 0,4 auf.

In der hier beschriebenen besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Reinigungsgerät so bemessen, daß sich bei einem Durchsatz von ca. 0,25 l/s im Rücklaufanschluß eine Fließgeschwindigkeit von 1,3 m/s, im Grobsammler bzw. der Sammelvorrichtung 2 eine Fließgeschwindigkeit von 1 m/s, im Ringspalt bzw. Durchflußbereich 3 eine Fließgeschwindigkeit von 4,2 m/s und im Entspannungsraum 5 und Hauptsammler 4 eine Fließgeschwindigkeit von 0,5 m/s ergibt. Dies ist jedoch von der jeweiligen Anlage und dem angenommenen Betriebszustand abhängig, und es können daher, je nach Einsatzart, auch andere Fließgeschwindigkeiten auftreten.

Der Durchmesser des Rücklaufanschlusses beträgt 18 mm, der des Grobsammlers 22 mm und der Durchmeser des Hauptrohrs 10 beträgt 28 mm.

Je nach Einsatz des Reinigungsgerätes kann die Anschlußstelle innerhalb des Kreislaufs frei gewählt werden. Während das Reinigungsgerät der vorliegenden Erfindung bei Heizungsanlagen vorzugsweise dem Wärmeerzeuger vorgeschaltet wird, wird das Reinigungsgerät z. B. bei einem Einsatz in Klimaanlagen vorzugsweise zwischen Kondensator und Nadelventil eingebaut. In derartigen Anlagen liegt das Wärmeträgermedium oft in den beiden Aggregatszuständen flüssig und dampfförmig vor.

Im folgenden wird ein möglicher Betriebszustand beschrieben, der ein Verfahren zum Reinigen der hindurchströmenden Flüssigkeit darstellt.

In der hier beschriebenen Anordnung läuft ein Umlaufwasserheizer im Heizbetrieb. Bei einer Temperaturerhöhung von 15 bis 20 K transportiert eine im Leitungssystem befindliche Umwälzpumpe ca. 0,25 l/s. Das Durchflußelement 1 ist an der Ausgangsseite eines Heizkörpers angeschlossen, d. h. es bildet einen Rücklaufanschluß. Das Heizungswasser durchströmt das Durchflußelement 1 in Richtung von der Eingangsseite her zur Sammelvorrichtung 2 hin, mit einer Fließgeschwindigkeit von ca. 1,3 m/s. Dabei ist die Strömung im Durchflußelement 1 im wesentlichen laminar. Nachdem es das Durchflußelement 1 durchströmt hat, gelangt das Heizungswasser in die Sammelvorrichtung 2, die so angeordnet ist, daß eine Strömungsumkehr erfolgt, d. h. die Fließrichtung wechselt um 180°. Dazu weist die Sammelvorrichtung 2 eine Prallwand auf, die der Austrittsöffnung des Durchflußelements 1 gegenüberliegt. In der Sammelvorrichtung 2 entsteht hierdurch eine Verwirbelung bzw. Turbulenz. Dadurch werden im Heizungswasser gelöste Stoffe, wie zum Beispiel Kalk, ausgefällt. Durch die Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit in der Sammelvorrichtung gegenüber der Fließgeschwindigkeit im Durchflußelement 1 setzen sich Partikel in der Sammelvorrichtung 2 ab. Die Fließgeschwindigkeit in der Sammelvorrichtung 2 beträgt ca. 1,0 m/s, wodurch sich größere Partikel in der Sammelvorrichtung 2 absetzen.

Durch die in der Sammelvorrichtung vorliegende Geschwindigkeit von 1,0 m/s bzw. die Verringerung der Fließgeschwindigkeit auf das 0,8-fache der Fließgeschwindigkeit im Durchflußelement werden in der Sammelvorrichtung 2 alle Partikel mit einer Größe von mehr als 1 mm zurückgehalten. Dadurch arbeitet die Sammelvorrichtung 2 als Grobsammler.

Nachdem die Strömumgsrichtung im Grobsammler um 180° gewechselt hat, durchströmt das Heizungswasser den als Ringspalt ausgebildeten Durchflußbereich 3. In diesem Ringspalt wird die Strömung bei hoher Geschwindigkeit gerichtet. Dadurch wird die Strömung zu einer laminaren Strömung ausgerichtet, wobei eine Fließgeschwindigkeit von ca. 4,2 m/s im Ringspalt vorliegt. Die Verweildauer des Heizungswassers im Ringspalt beträgt nur ca. 0,005 s. Bedingt durch die kurze Verweildauer werden Stoffe, die im Grobsammler ausgefällt wurden ohne sich dort abzusetzen, nicht erneut im Wasser gelöst, während sie den Ringspalt durchlaufen.

Nachdem das Medium den Ringspalt durchlaufen hat, gelangt es in den Entspannungsraum 5, in dem die Fließgeschwindigkeit gering ist und eine Entspannung und Verwirbelung des Mediums bzw. des Wassers stattfindet. Die Verwirbelung entsteht beim Übergang vom Bereich relativ hoher Geschwindigkeit im Ringspalt zu einem Bereich relativ geringer Fließgeschwindigkeit im Entspannungsraum. Bei der Verwirbelung werden im Heizungswasser gelöste Stoffe ausgefällt, d. h. im Entspannungsraum 5 findet eine zweite Verwirbelung statt, wobei durch die turbulente Strömung eine zweite Fällungsreaktion stattfindet. Die Fließgeschwindigkeit im Entspannungsraum 5 und im Hauptsammler 4 beträgt ca. 0,5 m/s. Die im Entspannungsraum ausgefällten Stoffe sowie andere zum Teil sehr feine Verunreinigungen setzen sich im Hauptsammler ab. Das Wasser tritt anschließend aus dem Entspannungsraum 5 aus und wird einem Wärmeerzeuger zugeführt. Die generelle Flußrichtung vom Eingang des Reinigungsgeräts zum Ausgang des Reinigungsgeräts am Ende des Entspannungsraums ist schematisch durch den Pfeil A gekennzeichnet.

Dadurch, dass die Fließgescheindigkeit im Ringspalt ca. 8,5 mal so groß ist wie im Entspannungsraum, wird eine besonders wirksame Fällungsreaktion und Abscheidung erzielt. Im allgemeinen ist eine 5-10-fache Fließgeschwindigkeit im Ringspalt gegenüber derjenigen im Entspannungsraum vorteilhaft.

Insgesamt durchströmt das Rücklaufwasser der Heizung die Teile Rücklaufanschluß-Grobsammler-Ringspalt- Entspannungsraum-/Hauptsammler. Dabei wechseln die Fließgeschwindigkeiten beim Wechsel der Flußrichtung so, daß es zu Fällungsreaktionen kommt. Grober Schmutz mit einer Korngröße von mehr als 1 mm wird im Grobsammler zurückgehalten. Im Entspannungsraum fällt die Fließgeschwindigkeit derart, daß die meisten festen Produkte der Fällungsreaktionen und Schmutz mit einer Korngröße von weniger als 1 mm vom strömenden Wasser nicht in den Wärmeerzeuger getragen werden kann.

Somit stellt das Reinigungsgerät einen Filter bzw. Strömungsfilter in der Art einer Ausfäll- und Abscheidevorrichtung dar.

Die Fließgeschwindigkeit im Rücklaufanschlueß sollte allgemein im Bereich zwischen 0,5 m/s und 2 m/s liegen, um besonders gute Ergebnisse zu erzielen, während die Fließgeschwindigkeit im Grobsammler zwischen 0,4 und 1,5 m/s liegen sollte. Die Fließgesschwindigkeit im Ringspalt ist relativ groß, d. h. sie liegt vorteilhafterweise zwischen 2,5 m/s und 10 m/s, während die Fließgeschwindigkeit im Entspannungsraum 5 relativ gering ist, d. h. im Bereich von 0,2 bis 0,8 m/s liegen sollte.

Die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Reinigungsgerät für einen handelsüblichen Umlaufwasserheizer. Bei größerer Pumpenleistung wird das Reinigungsgerät entsprechend dimensioniert, damit die Wirkung gemäß dem Funktionsprinzip erhalten bleibt. Der oben beschriebene Betriebszustand ist nur einer von vielen möglichen Betriebszuständen. Die umgewälzte Wassermenge und damit die Fließgeschwindigkeit ändert sich mit dem Regelverhalten der Anlage. Jedoch bleibt das Verhältnis im Wechsel der Fließgeschwindigkeiten bezogen auf die Eingangsgeschwindigkeit konstant. Die relativen Fließgeschwindigkeiten beim Durchströmen des Reinigungsgeräts betragen in der bevorzugten Ausführungsform 1 : 0,8 : 3,4 : 0,4 in dieser Reihenfolge.

Ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben, kann das Wirkungsprinzip schematisch anhand von im Wasser gelösten Kalk wie folgt beschrieben werden: Lösliches Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO₃)₂) befindet sich zunächst mit Calciumcarbonat (CaCO₃) in folgendem Gleichgewicht:

Ca(HCO₃)₂ ⇄ CaCO₃ + H₂O + CO₂↑

Durch Austreiben von CO₂ wird das Gleichgewicht der Kalklöslichkeit zu Lasten des löslichen Calciumhydrogencarbonats auf die Seite des unlöslichen und sich abscheidenden Calciumcarbonats verschoben. Dadurch wird das Calciumcarbonat ausgefällt und lagert sich bei geringen Fließgeschwindigkeiten ab.

Die oben beschriebene Ausführungsform bezieht sich auf ein Reinigungsgerät, das z. B. leicht und ohne größeren Aufwand in ein handelsübliches Umlaufwasserheizsystem eingebaut werden kann. Der Rücklaufanschluß ist aus handelsüblichem Rohrmaterial hergestellt und kann einfach an jeden beliebigen Werkstoff angeschlossen werden.

Das erfindungsgemäße Reinigungsgerät kann auch zum Reinigen des Heizsystems einer Schwimmbadeinrichtung verwendet werden. Dabei wird das Reinigungsgerät entsprechend größer dimensioniert, da in Schwimmbädern größere Durchflußraten bzw. Pumpenleistungen erforderlich sind. Das Reinigungsgerät ist in geschlossenen Flüssigkeitskreisläufen besonders wirksam, da das Medium das Reinigungsgerät laufend wiederholt durchströmt.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Reinigungsgerät im Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors verwendet. Dabei ist die Dimensionierung des Reinigungsgeräts der Leistung der Wasserpumpe angepaßt. Das Reinigungsgerät ist dabei bevorzugt zwischen dem Kühler des Kraftfahrzeugs und dem Wärmetauschbereich am Motor geschaltet. Es kann aber auch an jeder anderen Stelle im Kühlkreislauf angebracht sein, bevorzugt an Stellen, an denen das Reinigungsgerät zur Entnahme der abgelagerten Schmutzstoffe leicht zugänglich ist.

In der in Fig. 1 bis 3 dargestellten und oben im Detail beschriebenen Ausführungsform ist der Verschluß 41 auf den Hauptsammler 4 aufgeschraubt und wird zur Entnahme der Ablagerungen abgeschraubt. Anstelle des Verschlusses 41 kann jedoch bei allen Ausführungsformen ein Spülhahn bzw. ein Ablaßventil angebracht sein. Durch kurzes Öffnen des Ablaßventils werden die im Hauptsammler 4 befindlichen Ablagerungen herausgespült. Auch kann der am Grobsammler bzw. der an der Sammelvorrichtung 2 befindliche Verschluß 21 durch einen derartigen Spülhahn ersetzt werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Reinigungsgerät im Kühlkreislauf einer Turbine zur Kühlung des darin befindlichen Mediums verwendet. Auch kann das Reinigungsgerät in Klimaanlagen eingesetzt werden, wobei in diesem Fall vorzugsweise das Gerät zwischen Kondensator und Nadelventil einzubauen ist.

Durch das erfindungsgemäße Reinigungsgerät und das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten, vorzugsweise in geschlossenen Kreisläufen, wird der Einsatz von Sieben, die den Nachteil aufweisen, daß sie sich sehr schnell zusetzen, vermieden. Dadurch kann auch die Wartungsperiode verlängert werden. Feine, schlammbildende Teilchen, die an empfindlichen Bereichen im Heiz- oder Kühlsystem Störungen hervorrufen können, werden an einer geeigneten Stelle im Reinigungsgerät abgelagert und können leicht entnommen werden. Darüberhinaus erfolgt im erfindungsgemäßen Reinigungsgerät auch eine Ausfällung von im Medium gelösten Stoffen, die an geeigneter Stelle abgelagert werden und ebenfalls leicht entnommen werden können. Somit schließt der Abscheidevorgang eine Ausfällung ein. Durch die Ausbildung der verschiedenen Ablagerungsbereiche und die unterschiedlichen Geschwindigkeiten werden sowohl grobe Partikel, wie z. B. Abblätterungen aus dem Inneren des Rohrsystems als auch feine Teilchen, wie Schlamm aus Zunder und anderen Schwebstoffen, an einer geeigneten Stelle abgelagert, an der die Verunreinigungen dem Reinigungsgerät leicht entnommen werden können. Dabei bestehen die groben Partikel oftmals aus einer Zusammensetzung feiner Teilchen.

Handelsübliche Anlagen, insbesondere Heizungsanlagen und Autokühlwasserkreisläufe können leicht mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsgerät nachgerüstet werden. Als kleines, kompaktes Bauteil läßt es sich auch bei beengten Einbausituationen problemlos vor einem Wärmeerzeuger montieren. Es läßt sich preiswert einsetzen und warten, wobei in Heizungsanlagen ein Zeitraum von einem Jahr und mehr zwischen den Wartungen kein Problem mehr darstellt.

Darüberhinaus wirkt das erfindungsgemäße Reinigungsgerät genau dort, wo es gebraucht wird, nämlich auf der Eingangsseite des Wärmeerzeugers. Die Wirkung erstreckt sich nicht nur auf alle denkbaren Partikelgrößen, sondern es werden auch die gelösten Stoffe ausgefällt und zum größten Teil zurückgehalten. Gasförmige Bestandteile können dann leicht über die handelsüblichen automatischen Entlüfter abgeschieden werden. Es erfolgt ein Rückhalten von Schmutzstoffen in Heizungsanlagen und eine gleichzeitige Ausfällung von gelösten Stoffen, ohne den Einsatz von Sieben oder Maschinenfiltern. Die einzelnen Durchflußbereiche des erfindungsgemäßen Reinigungsgeräts stellen eine geeignete Anordnung von Widerständen, Beruhigungsstrecken und Strömungsleitern dar, die auf engstem Raum eine Fällungsreaktion verursacht und Verunreinigungen vom Heizungswasser bzw. Kühlmedium trennt und abscheidet.

Insbesondere in Gebieten mit hartem Wasser ist das erfindungsgemäße Reinigungsgerät außerordentlich wirksam, und z. B. bei der Sanierung von Heizungsanlagen wird ein wirksamer Schutz der Wärmeerzeuger erreicht.

Das Einsatzfeld umfaßt insbesondere sämtliche geschlossenen Flüssigkeitskreisläufe der Haus-, Anlagen-, und Motorentechnik, wie beispielsweise Warmwasserheizungen, Klimaanlagen, Schwimmbadeinrichtungen, Kühlkreisläufe für Motoren, Turbinen, usw. Durch querschnittsbedingte Änderungen der Fließgeschwindigkeit und einen mehrfachen Übergang zwischen laminarer und turbulenter Strömung wird das Absetzen von Feststoffen aus Flüssigkeiten in einem oder in mehreren Sammlern gefördert.

Claims (43)

1. Reinigungsgerät für eine Flüssigkeit, insbesondere in geschlossenen Kreisläufen, gekennzeichnet durch
ein Durchflußelement (1), das einen ersten Durchflußbereich bildet;
eine Sammelvorrichtung (2) zur Verwirbelung der Flüssigkeit und zur Aufnahme von Verunreinigungen, wobei die Sammelvorrichtung (2) in Fließrichtung nach dem ersten Durchflußbereich angeordnet ist;
einen zweiten Durchflußbereich (3), der in Fließrichtung nach der Sammelvorrichtung (2) liegt; und
einen Entspannungs- und Sammelraum (4, 5), der in Fließrichtung nach dem zweiten Durchflußbereich (3) angeordnet ist;
wobei die Querschnittsfläche des ersten Durchflußbereichs geringer ist als diejenige der Sammelvorrichtung (2) und die Querschnittsfläche des zweiten Durchflußbereichs (3) geringer ist als diejenige des Entspannungs- und Sammelraums (4, 5), so daß jeweils beim Eintritt der Flüssigkeit in die Sammelvorrichtung (2) und in den Entspannungs- und Sammelraum (4, 5) ein Übergang von laminarer Strömung zu turbulenter Strömung und eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit erfolgt, zur Abscheidung von Verunreinigungen.

2. Reinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung (2) so gestaltet ist, daß sie eine Umkehr der Fließrichtung bewirkt.

3. Reinigungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchflußbereich (3) und der Entspannungs- und Sammelraum (4, 5) so bemessen sind, daß die Flüssigkeit den zweiten Durchflußbereich (3) mit größerer Fließgeschwindigkeit durchströmt als den Entspannungs- und Sammelraum (4, 5).

4. Reinigungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchflußbereich (3) und der Entspannungs- und Sammelraum (4, 5) so bemessen sind, daß die Flüssigkeit den zweiten Durchflußbereich (3) im Verhältnis zu Entspannungs- und Sammelraum (4, 5) mit 5- bis 10-facher Fließgeschwindigkeit durchströmt.

5. Reinigungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchflußbereich (3) und der Entspannungs- und Sammelraum (4, 5) so bemessen sind, daß die Flüssigkeit den zweiten Durchflußbereich (3) im Verhältnis zu Entspannungs- und Sammelraum (4, 5) mit 8,5-facher Fließgeschwindigkeit durchströmt.

6. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußelement (1) ein Anschlußstück ist.

7. Reinigungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußelement (1) dem empfindlichsten Teil eines Kreislaufes vorschaltbar ist.

8. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dar zweite Durchflußbereich (3) ein Spalt ist.

9. Reinigungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt als Ringspalt ausgebildet ist.

10. Reinigungsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt durch eine Innenwand der Sammelvorrichtung (2) und eine Außenwand des Durchflußelements (1) gebildet wird.

11. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung (2) ein Grobsammler zum Zurückhalten großer Partikel ist.

12. Reinigungsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung (2) ein Grobsammler zum Zurückhalten großer Partikel mit einer Größe von mehr als 1 mm ist.

13. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Entspannungs- und Sammelraum (4, 5) einen Hauptsammler (4) aufweist, der unter dem Entspannungsraum (5) angeordnet ist.

14. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung (2) am Ende des Durchflußelements (1) angeordnet ist und die Fließrichtung im zweiten Durchflußbereich (3) entgegengesetzt zur Fließrichtung im Durchflußelement (1) gerichtet ist, wenn die Flüssigkeit das Reinigungsgerät durchströmt.

15. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es so bemessen ist, daß die Fließgeschwindigkeit beim Übergang vom ersten Durchflußbereich in die Sammelvorrichtung (2) mit einem Faktor von 0,6 bis 0,9 verringert wird.

16. Reinigungsgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit beim Übergang vom ersten Durchflußbereich in die Sammelvorrichtung (2) mit einem Faktor von 0,8 verringert wird.

17. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußelement (1) und die Sammelvorrichtung (2) jeweils rohrförmig ausgebildet sind, wobei ein Teil des Durchflußelements (1) innerhalb der Sammelvorrichtung (2) verläuft.

18. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Entspannungs- und Sammelraum (4, 5) durch ein Rohr (10) gebildet wird, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Durchflußelements (1), wobei das Durchflußelement (1) quer durch das Rohr (10) hindurch im rechten Winkel dazu verläuft.

19. Reinigungsgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung (2) an einer Seite des Entspannungs- und Sammelraums (4, 5) rechtwinklig angeschlossen ist und aus einem Behälter besteht, der das aus dem Rohr (10) austretende Durchflußelement (1) umgibt und zum Innenraum des Rohrs (10) hin offen ist.

20. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußelement (1) und die Sammelvorrichtung (2) so bemessen sind, daß die Fließgeschwindigkeit in der Sammelvorrichtung (2) das 0,8-fache der Fließgeschwindigkeit im Durchflußelement (1) beträgt.

21. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchflußbereich (3) so bemessen ist, daß die Fließgeschwindigkeit im zweiten Durchflußbereich (3) größer ist als im Durchflußelement (1).

22. Reinigungsgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit im zweiten Durchflußbereich (3) im Verhältnis 3,4 : 1 größer ist als im Durchflußelement (1).

23. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Entspannungsraum (5) und/oder der Hauptsammler (4) so bemessen ist, daß die Fließgeschwindigkeit darin kleiner ist als im Durchflußelement (1).

24. Reinigungsgerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit im Verhältnis 0,4 : 1 kleiner ist.

25. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längserstreckung des zweiten Durchflußbereichs (3) so dimensioniert ist, daß die Verweildauer der Flüssigkeit im zweiten Durchflußbereich (3) kurz ist.

26. Reinigungsgerät nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweildauer der Flüssigkeit im zweiten Durchflußbereich (3) weniger als 0,01 Sekunden beträgt.

27. Reinigungsgerät nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweildauer der Flüssigkeit im zweiten Durchflußbereich (3) ca. 0,005 Sekunden beträgt.

28. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es so dimensioniert ist, daß bei einer vorgegebenen Durchflußrate im Durchflußelement (1) eine Fließgeschwindigkeit von ca. 1,3 m/s, in der Sammelvorrichtung (2) eine Fließgeschwindigkeit von ca. 1,0 m/s, im zweiten Durchflußbereich (3) eine Fließgeschwindigkeit von ca. 4,2 m/s und im Entspannungsraum (5) eine Fließgeschwindigkeit von ca. 0,5 m/s auftritt.

29. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußrate ca. 0,25 Liter pro Sekunde beträgt.

30. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch ein Ablaßventil, das unterhalb des Entspannungs- und Sammelraums (4, 5) angeordnet ist, um abgelagerte Verunreinigungen zu entnehmen.

31. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung (2) geöffnet werden kann, um abgelagerte Verunreinigungen zu entnehmen.

32. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch einen Ausgangsanschluß, der in Fließrichtung am Ende des Reinigungsgerätes vorgesehen ist.

33. Reinigungsgerät nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsanschluß am Ende des Entspannungs- und Sammelraums (4, 5) angeordnet ist.

34. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Teil eines geschlossenen Wasserkreislaufs einer Heizungsanlage ausgestaltet ist.

35. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Teil eines Autokühlsystems verwendbar ist.

36. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf verwendbar ist.

37. Reinigungsgerät nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf einer Heizung, und/oder einer Klimaanlage und/oder einer Schwimmbadeinrichtung verwendbar ist.

38. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Kühlkreislauf eines Motors verwendet wird.

39. Reinigungsgerät nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Kühlkreislauf eines Kfz-Motors, und/oder einer Turbine verwendet wird.

40. Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch
Leiten der Flüssigkeit über eine erste Fließstrecke mit einer ersten Fließgeschwindigkeit und im wesentlichen laminarer Strömung;
Verringern der Fließgeschwindigkeit und Erzeugen einer Turbulenz in einer Sammelvorrichtung, so daß Verunreinigungen ausgefällt und/oder abgeschieden werden und sich ablagern;
Leiten der Flüssigkeit über eine zweite Fließstrecke mit laminarer Strömung relativ hoher Geschwindigkeit, und im Anschluß daran in einen Entspannungsraum, in dem eine Turbulenz bei relativ geringer Fließgeschwindigkeit erzeugt wird.

41. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrfacher Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung mit einer Verringerung der Fließgeschwindigkeit erfolgt.

42. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung in der Sammelvorrichtung umgekehrt wird und über einen Ringspalt dem Entspannungsraum zugeführt wird.

43. Reinigungsgerät für Wasser in einer Heizungsanlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 39, gekennzeichnet durch
ein Anschlußstück (1), das in seinem Innenraum einen ersten Durchflußweg in einer Fließrichtung bildet;
eine am Ende des Anschlußstücks (1) gelegene Sammelvorrichtung (2) mit einem Innenraum zur Aufnahme von Schmutzpartikeln, wobei die Sammelvorrichtung so ausgebildet ist, daß eine Umkehr der Fließrichtung erfolgt;
einen mit dem Innenraum der Sammelvorrichtung (2) kommunizierenden Spalt (3), der einen zweiten Durchflußweg bildet, der in entgegengesetzter Richtung zum ersten Durchflußweg verläuft; und,
einen Entspannungsraum (5), der am Ausgang das Spalts (3) ausgebildet ist, so daß eine Entspannung und Verwirbelung des Wassers verursacht wird.