DE2610109A1 - Artificial vortex to remove gas bubbles from a flowing liq. - which is formed behind a curved plate as the main flow turns aside - Google Patents

Abstract

Gas bubbles are to be removed from a flowing liq. by means of a vortex on which the bubbles will be transported to an area of quieter flow. The axis of the vortex is perpendicular to the direction of the main liq. flow (e.g. horizontal and at right angles above a horizontal flow), and the vortex is pref. formed at a point where the main flow turns: the sense of rotation of the vortex accords with the direction of the main flow. Used for the radiators of internal combustion engines: the vortex is formed behind a curved plate submerged in the water at the top of the radiator, and the air bubbles are led away to the air space over the reservoir.

Description

Verfahren zum Ausscheiden von Gasblasen Method for eliminating gas bubbles

aus strömenden Flüssigkeiten Es läßt sich im allgemeinen nicht vermeiden, daß in strömenden Flüssigkeiten sich Gasblasen ausbilden. Diese Gasblasen können eine erhebliche Gefährdung für die Strömungsanlage bedeuten, weshalb ihre möglichst vollständige Beseitigung aus der Flüssigkeitsströmung angestrebt werden muß. Zur Erreichung dieses Zieles liegen bereits zahlreiche Vorschläge vor, die jedoch alle mit einem relativ erheblichen Aufwand verbunden sind. Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Beseitigung von Gasblasen aus strömenden Flüssigkeiten mit einem Mindestmaß an'zusätzlichem Aufwand zu bewirken. from flowing liquids It can generally not be avoided that gas bubbles form in flowing liquids. These gas bubbles can mean a significant risk to the flow system, which is why its possible complete elimination from the liquid flow must be sought. To the Numerous proposals have already been made to achieve this goal, but all of them are associated with a relatively considerable effort. The present invention has set itself the goal of eliminating gas bubbles from flowing liquids to effect with a minimum of additional effort.

Bei der Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von der grundsatzlichen Überlegung aus, daß man sich im allgemeinen darum bemüht, eine strömende Flüssigkeit möglichst wirbelfrei auszubilden. Durch eine weitgehende Vermeidung von scharfen Umlenkungen und Kanten wird die Ausbildung von Wirbeln vermindert.In solving the problem, the invention is based on the fundamental one Consideration from the fact that one generally strives to create a flowing liquid to train as free of eddies as possible. By largely avoiding sharp Diversions and edges, the formation of eddies is reduced.

Für den vorliegenden Fall geht man jedoch genau den umgekehrten :ie-,, indem man anstrebt, das durch gezielten Einsatz eines Wirbels dieser Wirbel. geeignet ist, Gasblasen aus stromenden Flüssigkeiten in eine bestimmte Zone relativ beruhigter Flüssigkeit zu transportieren, von wo aus dann die Gasblasen mehr oder weniger zwangsläufig ohne zusätzlichen Aufwand ausgeschieden werden können.In the present case, however, one goes exactly the opposite: ie- ,, by striving to achieve this through the targeted use of a vortex of this vortex. suitable is, gas bubbles from flowing liquids in a certain zone are relatively calmer To transport liquid, from where the gas bubbles more or less inevitably can be eliminated without additional effort.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, unerwünschte Gasblasen aus strömenden Flüssigkeiten beseitigen zu können, und zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß sich der Wirbel zwischen der zu entlüftenden Flüssigkeit und einem Fenster befindet, durch das die im Wirbel befindlichen, von der zu entlüftenden Strömung aufgenommen Gasblasen in einem Bereich mit nicht strömender Flüssigkeit gelangen, -über dem sich ein Gas aufnehmender Raum befindet In einem solchen Strömungsfeld werden die Gasblasen, die es zu beseitigen gilt, aus dem zu entlüftenden Flüssigkeitsstrom mit Hilfe des bewußt eingesetzten Wirbels gleichsam abgeschöpft, um durch das Fenster in einen Bereich einer beruhigten Flüssigkeit zu kommen, wo sie dann mit Hilfe ihres Strebens, nach oben zu gelangen, in den zur Gasaufnahme geeigneten Raum ausgeschieden werden können.The invention is therefore based on the object of eliminating unwanted gas bubbles to be able to remove from flowing liquids, and to solve this problem it is suggested that the vortex between the fluid to be vented and a window through which those in the vortex are to be vented Flow absorbed gas bubbles in an area with non-flowing liquid reach, -above which there is a gas-absorbing space In such a flow field the gas bubbles that need to be eliminated are removed from the flow of liquid to be vented with the help of the consciously used vortex, as it were skimmed off, to go through the window to come to an area of a calm liquid, where she can then use her Striving to get to the top, excreted into the space suitable for gas absorption can be.

Die Erfindung ist nachfolger.d anhand einiger AusfUhrungsbeispiele beschrieben. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche.The invention is based on a few exemplary embodiments described. The essential features of the invention are the subject of the claims.

Bei der ersten Lösung gemaß Fig. 1 ist ein Wasserkasten 1 vorgesehen, der übereinanderliegend zwei Anschlußstutzen 2 und 3 aufweist. Bei der gewählten Ausführungsform ist der obere Anschlußstutzen 2 der Flüssigkeitszulauf, währenddem der untere Anschlußstutzen 3 den Flüssigkeitsablauf darstellt.In the first solution according to Fig. 1, a water tank 1 is provided, which has two connecting pieces 2 and 3 lying one above the other. At the chosen Embodiment is the upper connection piece 2 of the liquid inlet, while the lower connection piece 3 represents the liquid drain.

Flüssigkeitszulauf und Flüssigkeitsablauf können, wie dargestellt, in einer gemeinsamen Vertikalebene liegen, sie können jedoch, ohne daß dies von Bedeutung für die Funktion gemäß der Erfindung wäre, auch in verschiedenen Vertikalebenen angeordnet sein. Wesentlich ist, da sie in verschiedenen horizontalen Ebenen liegen, um ein Strömungsfeld, wie es durch die Vektoren v dargestellt ist, zu erzeugen. Die Ausbildung dieses Strömungsfeldes wird durch eine horizontale Wand 4 begünstigt, die im oberen Bereich der Strömung liegt, aber noch stets von der Flüssigkeit der Strömung bedeckt bleiben muß. Zweckmäßigerweise setzt sie sich unmittelbar in der oberen Wand des Zuführungsanschlusses 2 fort. Wesentlich ist ferner, daß sie um ein bestimmtes rZTaS der TJ«and des Flüssigkeitsebehälters endet, die dem Flüssigkeitszulauf 2 gegenüberliegt und ort ein Fenster bildet, Durch die Umlenkung der Strömung bildet sich im Bereich C des Fensters zwischen dem freien Fnde der nd und der dem Flüssigkeitszulauf 2 gegenüberliegenden vertikalen Behälterwand ein Wirbel w aus. Durch die Zuordnung der Komponenten des Behälters liegt dieser Flüssigkeitswirbel w bezüglich des Strömungsfeldes v so, daß die Stromfäden vom Wirbel und vom Strömungsfeld, die einander am nächsten liegen, so nah beeinander liegen, daß die in den äußeren Stromfäden des Strömungsfeldes v liegenden Gasblasen vom Wirbel erfaßt, durch das Fenster C hindurch in den Bereich der Flüssigkeit über der Wand D gelangen.Liquid inlet and liquid outlet can, as shown, lie in a common vertical plane, but they can without this from Would be important for the function according to the invention, also in different vertical planes be arranged. It is essential that they are in different horizontal planes, to generate a flow field as represented by the vectors v. The formation of this flow field is promoted by a horizontal wall 4, which is in the upper part of the flow, but still from the liquid of the Current must remain covered. Appropriately, it sits directly in the upper wall of the supply port 2 continues. It is also essential that they are around A certain rZTaS of the TJ «and of the liquid container ends, that of the liquid inlet 2 is opposite and forms a window by deflecting the flow in area C of the window between the free end of the nd and that of the liquid inlet 2 opposite vertical container wall a vortex w from. By the assignment of the components of the container is related to this fluid vortex w of the flow field v so that the stream filaments from the vortex and from the flow field, the are closest to each other, so close to each other that those in the outer streamlines of the flow field v lying gas bubbles captured by the vortex, through the window C pass through into the area of the liquid above wall D.

Dieser Bereich über der Wand 4 ist ein Flüssigkeitsbereich, der gegenüber der Flüssigkeitsströmung abgeschirmt, also berui3t ist. Auf diese Weise ist es ermöglicht, daß die Gasblasen in den oberen Luftraum des Flüssigkeitsbehälters abgeschieden werden. Wesentlich für die Erfindung ist, daß in dem Strömungsfeld mit der Hauptströmung v und dem Wirbel w die Drehachse des Wirbels w waagrecht oder doch zumindest der waagrechten Richtung sehr angenähert ist und daß sich außerdem die Achse des Flüssigkeitswirbels zumindest angenähert senkrecht zur Richtung der Hauptströmung erstreckt.This area above the wall 4 is a liquid area, the opposite is shielded from the flow of liquid, i.e. it is covered. In this way it is possible that the gas bubbles are deposited in the upper air space of the liquid container will. It is essential for the invention that in the flow field with the main flow v and the vortex w the axis of rotation of the vortex w horizontal or at least the the horizontal direction is very close and that also the axis of the fluid vortex extends at least approximately perpendicular to the direction of the main flow.

Handelt es sich um einen geschlossenen Kreislauf1 so gelangt nach den Regeln der Wahrscheinlichkeit im Laufe der Betriebszeit jeder Teil der Strömung einmal in den Bereich des Wirbeins und kann in der geschilderten Weise entlüftet werden, so daß nach angemessener Betriebszeit die gesamte Flüssigkeit entlüftet ist und das gesamte, ursprünglich in der Flüssigkeit vorhandene Gas in den Gasaufnehmekasten abgeschieden ist.If it is a closed circuit1, after the rules of probability in the course of operating each part of the flow once in the area of the vertebra and can be vented in the manner described so that, after a reasonable operating time, all of the fluid is vented is and all of the gas originally present in the liquid in the gas receiving box is deposited.

Während man also bei bekannten Lösungen den am freien Ende der Wand D sich ausbildenden Wirbel als unerwünscht betrachten und deswegen tunlichst vermeiden würde, ist bei der vorgeschlagenen Lösung der am freien Ende der Wand D sich ausbildende Wirbel geradezu erwünscht und gegebenenfalls provoziert. Diese Lösung kann sowohl bei offenen als auch bevorzugt bei geschlossenen Strömungskreisläufen angewendet werden.So while with known solutions the one at the free end of the wall D consider the vortex that forms as undesirable and therefore avoid it whenever possible would, is the one at the free end of the wall D in the proposed solution Vertebrae downright desired and possibly provoked. This solution can do both used in open and preferably in closed flow circuits will.

Die Lösungngemäß Fig. 2 bis 6 beziehen sich auf den oberen Wasserkasten des Kühlers von Brennkraftmaschinen.The solution according to FIGS. 2 to 6 relate to the upper water tank the cooler of internal combustion engines.

Die Lösung gemäß Fig. 2 ist dabei sehr der mehr prinzipiellen Anordnung von Fig. 1 angenähert. Die Kühlflüssigkeit gelangt über den Wassereinlaß 5 in den oberen Wasserkasten und von dort aus in die Rohre 6, um den Kühler über dieses Rohrbündel wieder zu verlassen. Oberhalb des Wassereinlasses 5 befindet sich wieder eine ebene Platte 7 im oberen Wasserkasten, die an dem dem Einlaß 5 gegenüberliegenden Ende ohne die Wand des Wasserkastens zu berühren, endet, um ein Fenster zu bilden, durch das die aus dem Strömungsfeld zwischen dem Einsatz 5 und dem Rohr 6 von dem Wirbel w aufgenommenen Gasblasen in der gleichen Weise abgeschieden werden wie es im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist, unter der Voraussetzung, daß die Wand 7 und ihr freies Ende sich innerhalb des Flüssigkeitsspiegels befinden. Bis auf das zur Erzeugung des Fensters notwendige freie Ende ist die Platte 7 dicht im oberen Wasserkasten eingesetzt, d. h. an allen Seiten mit den Wänden des Wasserkastens verbunden.The solution according to FIG. 2 is very much the more basic arrangement of Fig. 1 approximated. The cooling liquid passes through the water inlet 5 into the upper water tank and from there into the tubes 6 to the cooler via this tube bundle to leave again. Above the water inlet 5 there is again a level one Plate 7 in the upper water tank, which is at the end opposite the inlet 5 without touching the wall of the water box, ends through to form a window that of the flow field between the insert 5 and the tube 6 from the vortex w absorbed gas bubbles are deposited in the same way as it is related with Fig. 1 is described, provided that the wall 7 and its free Ends are within the liquid level. Except for the generation The free end required of the window is the plate 7 tightly in the upper water tank used, d. H. on all sides with the walls of the water tank tied together.

Die Lösungen. gemäß Figw 3 bis 6 zeigen, daß Konstruktion und Lage des Wasserkastens für die Anwendbarkeit der Erfindung nicht ausschlaggebend sind.The solutions. according to Figw 3 to 6 show that construction and location of the water tank are not decisive for the applicability of the invention.

Bei der Lösung gemäß Fig. 3 ist auf eine besondere Wand, wie sie der Platte 7 der Lösung gemäß Fig. 2 vergleichbar wäre, verzichtet. Die gewünschte Tdirkung wird jedoch dadurch erreicht, daß der obere Deckel des Wasserkastens in einen Dom 8 übergeht, der teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist. Am Übergang zwischen dem Deckel des oberen Wasserkastens und der diesem Deckel zugekehrten Seite des Domes 8 bildet sich anschließend an die Kante 9 ein Fenster, das in Verbindung mit dem Wirbel w wiederum in entsprechender Weise wirkt, so daß sich die Luftblasen in den beruhigten Flüssigkeitsbereich innerhalb des Domes bewegen können, um dort in den darüberliegenden, von Flüssigkeiten unberührten und über einen Stutzen 10 entlüfteten Bereich des Domes 8 abzuscheiden. Die Lösung gemäß Fig. 4 zeigt, daß das Prinzip der Erfindung sogar dann anwendbar ist, wenn das Rohrbündel des Wasserkühlers waagrecht liegt. Wesentlich ist nur, daß eine Maßnahme getroffen ist, die im Bereich des Strömungsfeldes v den Wirbel-w nützt, indem sich aus ihm die der Strömung entnommenen Gasblasen in den Bereich beruhigter Strömung und anschließend in einen oben liegenden Entlüftungsbereich absetzen können. Bei dieser Lösung befindet sich der Wassereinlaß 5 vertikal unter dem Absetzbereich 8, so daß das Strömungsfeld v zwischen Wassereinlaß und Rohrbündel im wesentlichen vertikal nach oben gerichtet ist.In the solution according to FIG. 3 is on a special wall, as it is Plate 7 would be comparable to the solution according to FIG. 2, dispensed with. The desired effect is achieved, however, that the upper lid of the water tank in a dome 8 passes, which is partially filled with liquid. At the transition between the Lid of the upper water tank and the side of the dome facing this lid 8 then forms a window on the edge 9, which in connection with the Vortex w in turn acts in a corresponding manner, so that the air bubbles in the calmed fluid area within the dome can move to there in the overlying, untouched by liquids and vented via a nozzle 10 Area of the cathedral 8 to be deposited. The solution according to FIG. 4 shows that the principle the invention is even applicable when the tube bundle of the water cooler is horizontal lies. It is only essential that a measure is taken in the area of the flow field v uses the vortex-w by extracting the gas bubbles taken from the flow from it in the area of calm flow and then in an overhead ventilation area can settle. In this solution, the water inlet 5 is vertical under the settling area 8, so that the flow field v between the water inlet and the tube bundle is directed substantially vertically upwards.

Umgekehrt liegen die Verhaltnisse bei der Lösung gemäß Fig. 5.The situation is reversed in the case of the solution according to FIG. 5.

Hier ist der Wassereinlaß 5 oben angeordnet, so daß das Strömungsfeld v im wesentllchen vertikal nach unten gerichtet ist.Here the water inlet 5 is arranged above, so that the flow field v is directed essentially vertically downwards.

Um bei dieser Lösung das Abscheiden ermöglichen zu können, ist wiederum eine eingezogene Wand 11 erforderlich, so daß der Kühler insoweit wieder mehr der Lösung gemäß-Fig. 2 entspricht, allerdings in vertikaler Anordnung des Strömungsfeldes vß d.h. horizontaler Anordnung der vom Kühlwasser durchströmten Rohre 6. Am unteren Ende der Wand 11 bildet sich wieder der Wirbel w aus, der die Gasblasen durch das seitliche, an die Wand 11 anschließende Fenster in die seitlich von der Wand 11 angeordnete Flüssigkeit fördert, an die sich im oberen Bereich wieder als Luftaufnahmekasten anschließt, der zur Entlüftung einen entsprechenden Verschluß. 12 aufweist.In order to be able to enable the deposition with this solution, is again a retracted wall 11 required, so that the cooler so far again more of the Solution according to-Fig. 2, but in a vertical arrangement of the flow field vß i.e. horizontal arrangement of the pipes 6 through which the cooling water flows At the end of the wall 11, the vortex w forms again, which transports the gas bubbles through the side windows adjoining the wall 11 into the side windows of the wall 11 arranged liquid promotes, to which in the upper area again as an air intake box connects, which has a corresponding closure for venting. 12 has.

Die Lösung gemäß Fig. o entspricht wiederum auch bezüglich der Anordnung des Kühlers der Lösung gemäß Fig. 2. Dem oberen Wasserkasten ist lediglich noch ein zusätzlicher Luftaöscheider 13 zugeordnet. Diese Lösung zeigt, daß die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung für die Blasenabscheidung keineswegs an eine bestimmte relative Höhe gegenüber anderen Komponenten des Kühlmittelkreislaufs angewiesen ist, wie es z.B. die Zylinderköpfe bei der Kühlung von Brennkraftmaschinen darstellen. Überhaupt ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, daß die Gesamthöhe der Kühlanlage unter Einschluß der vorgeschlagenen Lösung nicht gegenüber konventionellen Lösungen verändert werden muß.The solution according to FIG. O again also corresponds with regard to the arrangement the cooler of the solution according to FIG. 2. The upper water tank is only an additional air separator 13 is assigned. This solution shows that the invention proposed solution for the bubble separation by no means to a certain relative Height is dependent on other components of the coolant circuit, such as it represent e.g. the cylinder heads in the cooling of internal combustion engines. At all in this context it should be pointed out that the total height the Cooling system including the proposed solution not compared to conventional ones Solutions must be changed.

Bei den gezogenen Lösungen ist der erfindungsgemäß ausgenutzte Wirbel If eine Sekundärströmung bezüglich der Primärströmung v. Die Erfindung ist jedoch auch dann anwendbar, wenn sich der Wirbel in. der Primärströmung selbst ausbildet, d.h. die Primärströmung ist eine Wirbelströmung.In the drawn solutions, the vortex used according to the invention is If a secondary flow with respect to the primary flow v. However, the invention is also applicable if the vortex forms itself in the primary flow, i.e. the primary flow is a vortex flow.

Claims (7)

Patentansprüche Verfahren zum Ausscheiden von Gasblasen aus strömenden Flüssigkeiten unter Verwendung eines Wirbels vorzugsweise mit zumindest angenähert waagrechter Drehachse, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wirbel zwischen der zu entlüftenden Flüssigkeit und einem Fenster befindet, durch das die im Wirbel befindlichen1 von der zu entlüftenden Strömung aufgenommenen Gasblasen in einem Bereich mit nicht strömender Flüssigkeit gelangen, über dem sich ein Gas aufnehmender Raum befindet, 2. Method for separating gas bubbles from flowing Liquids using a vortex are preferably at least approximated horizontal axis of rotation, characterized in that the vortex between the fluid to be vented and a window through which the vortex is located located1 gas bubbles absorbed by the flow to be vented in one Reach area with non-flowing liquid, above which a gas is being absorbed Room is located, 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Wirbels zumindest angenähert waagrecht und zumindest angenähert senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit liegt.Method according to claim 1, characterized in that the axis of the vertebra at least approximately horizontally and at least approximately perpendicular to the Main direction of flow of the liquid. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbel ein SekundärPrirbel ist.Method according to claims 1 and 2, characterized in that the vortex is a secondary vortex. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit in verschiedenen Horizontalebenen liegenden Flüssigkeitsein- und -ausla8öffnungen, wobei die Zuströmrichtung und die Abströwrichtung um 1800 einander entgegengerichtet liegen und im Bereich der oberen Strömungsumlenlcung eine horizontale, in der Flüssigkeit liegende Wand mit ihrem freien, der Zuström- bzw. Abströmöffnung gegenüberliegenden Ende eln die Gasförderung des Wirbels nützendes Fenster begrenzt.4. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 3, characterized by a housing with in different horizontal planes lying liquid inlet and outlet openings, with the inflow direction and the Downstream direction to 1800 are opposite to each other and in the area of the upper Strömumlenlcung a horizontal wall lying in the liquid with its free end opposite the inflow or outflow opening eln the gas delivery the window that uses the vortex is limited. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere der beiden Öffnungen die Zuströmöffnung ist.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the upper of the two openings is the inflow opening. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der obere Wasserkasten eines Kühlers einer wassergekühlten Brennkraftmaschine ist.6. Device according to claims 4 and 5, characterized in that that the housing of the upper water tank of a radiator of a water-cooled internal combustion engine is. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Wand die Oberseite des oberen Wasserkastens ist, die an dem dem Wasserzulauf abgekehrten Ende in eine Kante in die Wand eines teilweise mit Wasser gefüllten Entlaftungsdomes mündet.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the horizontal Wall is the top of the upper water tank, the one facing away from the water inlet End into an edge in the wall of a partially water-filled ventilation dome flows out.