DE9414661U1 - Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Vorrichtung sum Entgasen, von Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen gelangen in den verschiedensten Bereichen zur Anwendung: so z. B. in Zentralheizungsanlagen, in Kühlsystemen für Motoren, in Abfüllanlagen der Getränkeindustrie und der Milchwirtschaft, bei der Abfüllung von flüssigen Treibstoffen und. Chemikalien aus Tankanlagen, in der chemischen Industrie, bei der Versorgung von Motoren mit Flüssigbrennstoffen usw,

Der Zweck einer derartigen Vorrichtung kann je nach Anwendungsgebiet verschieden sein: Bei Zentralheizungsanlagen dient die Vorrichtung zum Entgasen des Heizungswassers insbesondere dazu, die Förderleistung einer Umwälzpumpe nicht zu beeinträchtigen und eine Behinderung der ¥asserzirkulation durch Gasblasen zu vermeiden; in Systemen mit Kühlflüssigkeit soll durch eine einwandfreie Flüssigkeitszirkulation eine optimale Kühlung gewährleistet sein; in Abfüllanlagen geht es um eine einwandfreie Förderung der jeweiligen Flüssigkeit und um genau reproduzierbare Abfüllmengen. Ähnliches gilt bei der Abfüllung von flüssigen Treibstoffen und Chemikalien,

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insbesondere aus Tankanlagen. In der chemischen Industrie ist es erforderlich, exakte Mischungsverhältnisse von flüssigen Ausgangsstoffen zu gewährleisten, Bei der Versorgung von Motoren mit flüssigen Brennstoffen gilt es, Aussetzer zu vermeiden usw.. Alle Anwendungen von Vorrichtungen zur Entgasung von Flüssigkeiten dienen dem gemeinsamen Zweck, störende Einflüsse von Gaseinschlüssen in Flüssigkeitskreisläufen bzw. bei der Förderung von Flüssigkeiten zu vermeiden,

Ausgehend von der Tatsache, daS Flüssigkeiten nicht nur spezifisch schwerer sondern auch träger als Gase sind, wendet ein GroSteil der Gas/Flüssigkeits-Trennverfahren zusätzlich zur Schwerkraft die Zentrifugalkraft an. So z.

B. in der DE-AS 16 19 887, DE-AS 16 19 899, DE-PS 23 35 238, DE-AS 26 04 003, DE-PS 26 06 673, DE-PS 30 33 450, DE-PS 37 15 157, DE-PS 40 29 025 und US-PS 22 58 497.

Durch die hierin zusätzlich zur Schwerkraft zur Anwendung gelangten Zentrifugalkraft werden zwar in erhöhtem Ma8e die gasförmigen von den flüssigen Substanzen getrennt. Durch . die Zentrifugalkraft erhöht sich aber in beträchtlichem Ausmaß der Druck in der Trennvorrichtung. Hierdurch wird in erhöhtem Maße Gas aus der Gasphase in den gelösten Zustand übergeführt. Da die Flüssigkeit bei der weiteren Förderung bzw, im weiteren Kreislauf wieder normalem, d, h. geringerem Druck unterwarfen ist, gibt sie die in der Zentrifuge zusätzlich gelöste Gasmenge wieder frei, so daS die Gas/Flüssigkeits—Trennverfahren nach dem Zentrxfugierverfahren insgesamt höchst unbefriedigend sind.

Eine gewisse Verbesserung auf dem Sektor der Zentrifugierverfahren ist mit der DE-PS 27 53 873 gegeben. Hierbei wird die Flüssigkeit in das Innere eines

Schneckenhauses eingegeben. Durch die kontinuierliche Erweiterung der Schneckenhauswindungen soll eine Beruhigung der strömenden Flüssigkeit nach der Gasabscheidung erzielt werden. Auch hier ist durch die aufgrund der im Innern des Schneckenhauses gegebene Zentrifugalkraft eine Druckerhöhung entstanden, wodurch eine zusätzliche Umwandlung von der Gasphase in die gelöste Phase erfolgt, was vermieden werden sollte, da es letztendlich kontraproduktiv ist.

Die DE-AS 16 19 926 verzichtet auf die Anwendung von Zentrifugalkräften. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Gassamme1gefa£ mit einem durchgeführten Rohr, wobei das durchgeführte Rohr an seiner Oberseite ein Loch zur Abgabe von Gasen enthält. Um den Volumenverlust durch die Gasabgabe wieder auszugleichen, befindet sich an der Unterseite des Rohres ebenfalls ein Loch, durch das Flüssigkeit eintreten kann. Ein Vorteil gegenüber einfachen Gassammelbehältern ist nicht ersichtlich.

In dem in der DE-PS 29 17 389 beschriebenen Vorschlag soll eine Gas/Flüssigkeits-Trennung mittels einer Schirmwand erzielt werden. Es erfolgt hier zwar eine mehr oder weniger vollständige Trennung der hier vorhandenen Gasblasen von der Flüssigkeit. Eine Abscheidung der in der Flüssigkeit gelösten Gase ist hier weder vorgesehen noch realisiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, die mit der Vorrichtung nach dem Stand der Technik gegebenen Unzuläglichkeiten zu vermeiden und eine Vorrichtung zu beschreiben, mit welchem nicht nur das in der Gasphase befindliche Gas abgeschieden, sondern darüber hinaus auch das in der Flüssigkeit gelöste Gas weitgehend ausgetrieben wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch, die Merkmale des kennzeichnenden. Teils des Schutzanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsfarmen und Ausgestaltungen sind mit den Unteransprüchen gegeben.

Die Erfindung geht von der Idee aus, daß die Menge des gelösten Gases vom jeweiligen Druck abhängt, d. h. je geringer der Druck umso geringer ist die Aufnahmefähigkeit der Flüssigkeit für zu lösende Gase. Da der statische Druck in dein Kreislauf bzw. in der Förderanlage mehr oder weniger fest vorgegeben ist, soll der <dynamische) Staudruck bzw. der Gesamtdruck reduziert werden.

Dies geschieht erfindungsgemäß durch eine beträchtliche Vergrößerung des Strömungsquerschnitts. Die strömende Flüssigkeit hat nämlich aufgrund der Trägheitswirkung das Bestreben, die einmal angenommene Geschwindigkeit beizubehalten.

Bei der Erweiterung des Querschnitts ergibt sich eine Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit und ein Druckabfall <Fig. 9>. Diese Erscheinung, die auch als hydrodynamisches Paradoxon bekannt ist <Fig. 10>, gelangt in der ersten Stufe der erfindungsgemäSen Vorrichtung zur Anwendung; Durch eine plötzliche Erweiterung des Strömungsquerschnitts im EinlaSbereich wird die Flüssigkeit entspannt und kommt gewissermaSen zum Sieden, wodurch, die gelösten Gase weitgehend in die Gasphase übergeführt werden. Entgegen der Schwerkraft steigen die Gasblasen mit der Strömung auf und gelangen in eine Beruhigungszone.

Durch die Beruhigungszone soll vermieden werden, daß die Gasblasen aufgrund starker Wirbelbildung von dem Flüssigkeitsstrom mitgerissen werden.

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Die Ruhe in der Beruhigungszone wird einesteils durch die geringe Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Erweiterung erreicht» andererseits durch die "Vorbereitung" auf den sich anschließenden Laminarbereich.

Flüssigkeiten, die keine extrem große Viskosität aufweisen, wie z, B. Wasser, neigen zu Turbulenzen. Diese Turbulenzen werden in dem dritten Bereich erfindungsgemäS mittels eines wabenförmigen Rohrsystems unterdrückt. Die Dimensianierung der zu einer Wabe zusammengefügten Röhrchen ergibt sich aus der Tatsache, daß unter R = 2.200 keine Turbulenzen möglich sind. Dabei ist R die Reynoldsche Zahl,

R a 2 &rgr; a &ngr; /rj

&rgr; Dichte, &ngr; Geschwindigkeit, &eegr; Viskosität der Flüssigkeit, a Radius der Röhrchen.

Angenommen &rgr; = 1.000 kg/m³, &eegr; = 5 . 10^s Pascal <für Wasser bei 50 ⁰C), &ngr; = 1 m/s, dann folgt; a &iacgr; 5,5 . &Igr;&Ogr;"³ m = 5,5 mm.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gasabscheidung in ovaler Ausführungsform,

Fig. 2 eine entsprechende Vorrichtung in kubischer Ausführung, wobei jeweils der Eintritt von unten und der Austritt nach oben erfolgt.

Fig. 3 zeigt eine Äusführungsform mit seitlichem Eintritt; Austritt nach unten.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der gleichen Ausführungsfarm, aber mit Austritt nach oben,

Fig. 5 zeigt ebenfalls eine Abwandlung der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform, hier mit seitlichem Austritt (gerade oder 90°).
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Fig. 6 zeigt einen Schmutzabscheider.

Fig. 7 zeigt einen abgewandelten Schmutzabscheider, der einem Gasabscheider vorgeschaltet ist, 15

Fig. 8 stellt einen Gasabscheider mit integriertem Schmutzabscheider dar.

Fig. 9 zeigt die Strömungs- und DruckverMltnisse bei einer Querschnittserweiterung.

Fig. 10a und Fig. 10b sollen der Erläuterung des hydrodynamischen Paradoxons dienen.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Gasabscheidung besteht im wesentlichen aus einer ovalen Gasabscheidekammer 2 mit einem Eintrittsstutzen 4 für den Eintritt und mit einem Austrittsstutzen 6 für den Austritt. Bei Anlagen mit einem Kreislauf, wie z. B. Heizungsanlagen oder Motorkühler, sind Eintritt und Austritt in dem Kreislauf integriert. Bei Förderanlagen, wie z, B. Abfüllanlagen, ist die Abscheidevorrichtung mit Eintritt und Austritt an einer geeigneten Stelle in dem Förderweg integriert. Eine geeignete Stelle in dem Förderweg ist dort gegeben, wo die

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in der Leitung vorhandenen Gase weder an eine Förderpumpe noch an eine KeSuhr gelangen und sie beeinträchtigen können.

über den Eintrittsstutzen 4 gelangt der Flüssigkeitsstrom in das geschlossene Gehäuse der Gasabscheidekammer 2 und erfährt dort eine beträchtliche Querschnittserweiterung &bgr;. Durch die Querschnittserweiterung 8 reduziert sich in diesem Bereich der Staudruck und damit auch der Gesamtdruck. In diesem Bereich reduzierten Drucks 8 verdampfen die in der Flüssigkeit gelösten Gase und können zusammen mit den vorhandenen Gasbläschen mit der Strömung und entgegen der Schwerkraft nach oben aufsteigen.

Im oberen Teil des Gehäuses befindet sich eine Beruhigungszone 10 mit einem Gassammelbereich 12 und einem Entlüfterventil 14. An diese Beruhigungszone 10 schließt sich ein Laminarisierungsbereich 16 an, Dieser Laminarisierungsbereich 16 besteht im wesentlichen aus einem wabenförmigen Bündel dünner Rörchen 18. Diese Röhrchen 18, die sich längs in der Flüssigkeitsströmung befinden, sind so dimensioniert, daß in ihrem Innern Turbulenzen weder entstehen noch unterhalten werden können. Vegen der Wandungen der Eöhrchen 18 ist auch keine Querströmung möglich. Die so in dem wabenförmigen Gebilde erzeugte Laminarität wirkt auf den vor der Wabe befindlichen und als Beruhigungssone 10 ausgebildeten Vorraum zurück, so daß diese Beruhigungszone 10 auch praktisch wirbelfrei ist und deshalb dort befindliche Gasbläschen nicht wieder untergemischt werden sondern sich an der Oberfläche abscheiden können.

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Die durch, die Wabe gelangte und weitgehend entgaste Flüssigkeit wird über den Austrittsstutzen 6 wieder in den Kreislauf gegeben.

Die in Fig. 2 gezeigte kubische (oder zylindrische) Ausführungsfarm der Gasabscheidekammer 2 zeigt die Querschnittserweiterung 8 nach dem Eintrittssstutzen 4 besonders deutlich, wenn man diese Vorrichtung mit dem in Fig. 10 gezeigten Versuchsaufbau zum hydrodynamischen Paradoxon vergleicht. Obwohl durch den Eintrittsstutzen 4 Flüssigkeit eintritt und man annehmen könnte, daß sich dadurch der Druck in der Anordnung erhöht, geschieht tatsächlich das Gegenteil: Die bewegliche Platte 20 wird durch die strömende Flüssigkeit nicht abgedrängt sondern angesogen. Dies beruht auf der Druckreduzierung durch die Querschnittserweiterung, wie in der Fig. 9 skizziert.

Fig. Q zeigt einen Schmutzabscheider 22 für die Ablagerung fester Partikel 24, wie z, B. Rost- und Schmutzteilchen, die spezifisch schwerer sind als die Flüssigkeit. Der Schmutzabscheider 22 besteht aus einem geschlossenen Gehäuse mit einem Eintritt 26 und einem Austritt 28. Die durch den Schmutzabscheider 22 geführte Flüssigkeitsströmung soll möglichst langsam und laminar erfolgen, damit sich die im Kreislauf mitgeführten Schmutzteilchen möglichst ruhig absetzen können. Zu diesem Zweck wird die Strömung von oben her abwärts geleitet und anschließend durch ein senkrechtstehendes, wabenförmiges Umlenksieb 30 mit schräg aufwärts gerichteten Durchlaßöffnungen 30a, ... geleitet. Vegen der geringen Mitnahmewirkung der in dem relativ breiten Schmutzabscheider 22 nur langsam fließenden Strömung kann sich der Schmutz 24 in einem am Boden des GefäSes befindlichen Schmutzsammelbereich 32 absetzen, so daß die

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über das Umlenksieb 30 in den Austritt 28 und in den weiteren Kreislauf gelangende Flüssigkeit weitgehend schmutzfrei ist. Der am Boden gesammelte Schmutz 24 kann über eine AblaSschraube 34 entsorgt werden. 5

Fig. 7 zeigt einen vor eine Gasabscheidevorrichtung 2 vorgeschalteten Schmutzabscheider 22.

Fig.8 zeigt eine Gasabscheidevorrichtung 2 mit einem integrierten Schmutzabscheider 22. Dabei ergibt sich je nach Dimensionierung der Ausführungsform entweder vor oder hinter dem Umlenksieb 30 eine drastische Querschnittserweiterung mit entsprechender Staudruckreduktion für die Entgasung der Flüssigkeit. Die Schmutzabscheidung 24 entspricht der in Fig. 6 gezeigten.

Die Entgasung erfolgt hier entsprechend der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform.

Claims (5)

Schu-tzansprüche

1. Vorrichtung zum Entgasen einer Flüssigkeit, insbesondere in Varmwasserkreisläufen, unter Verwendung einer zwischen Ein- <4> und Austrittsstutzen (6) befindlichen Gasabscheidekammer (2), gekennzeichnet durch folgende Merkiaale:

- ein Druckreduziermittel im Eintrittsbereich der Flüssigkeitsströmung in die Gasabscheidekammer <2>,

- ein Laminarisierungsmittel im Austrittsbereich der Gasabscheidekammer (2),

- eine zwischen Druckreduziei&mdash; und Laminarisierungsmittel im oberen Teil der Gasabscheidekammer (2) befindliche Beruhigungszone <10) mit Gassammelbereich <12).

2. Vorrichtung nach Schutzanspruch 1, d a d u r ch gekennzeichnet, daß der Bereich der Druckreduktion durch eine Querschnittserweiterung <8> am Eintritt der Gasabscheidekammer <2) gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Schutzanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Oberseite der Gasabscheidekammer <2> ein Entlüfterventil <14> befindet.

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4. Vorrichtung nach einem der Schutzansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminarisierungsmittel ein wabenförmiges Röhrchenbündel <18) ist,
welches sich quer zur Strömungsrichtung befindet, und wobei die Röhrchen <1&thgr;) in Strömungsrichtung ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche,

gekennzeichnet durch einen Schmutzabscheider <22),

der der Gasabscheidekammer <2> vorgeschaltet ist und folgende Merkmale aufweist: einen Eintritt <26> zum Einlag der schmutzbefrachteten Flüssigkeit,

ein senkrecht in dem Schmutzabscheider <22) befindliches Umlenksieb <30> zur Zurückhaltung von Schmutzpartikeln <24) und zur Strömungsumlenkung,
einen am Boden des Schmutzabscheiders <22> befindlichen Schmutzsammelbereich <32> nebst einer am tiefsten Punkt befindlichen AblaSschraube <34> und einen Austritt <28) zur Weiterleitung der Flüssigkeit zur Gasabscheidekammer <2>.