AT390318B - Verfahren und vorrichtung zum entlueften von geschlossenen fluessigkeitsumlaufsystemen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlüften von geschlossenen Flüssigkeitsumlaufsystemen, insbesondere für Heizungsanlagen mit einem Wasserkessel, mittels Druckentgasung, d. h. periodischem Entspannen der Flüssigkeit, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Wasser hat die natürliche, in Heizungsanlagen besonders nachteilige Eigenschaft, Luft/Gas in sich aufzunehmen. Das führt vor allem in Heizungsanlagen hoher Gebäude mit einem im Keller aufgestellten Wasserkessel häufig zu großen Luftansammlungen in den höher gelegenen Heizkörpern mit der allzu häufigen Folge unerwünscht kalter Radiatoren. Der Grund hierfür liegt in einem durch die Luft unterbrochenen Wasserstrom.

Bedingt durch den hohen Druck unten am Kessel, wo das relativ geringe Aufheizen des Wassers nicht genügt, um schon an dieser Stelle gelöste Gase freizusetzen, die in einem aus der DE-PS 2 200 904 bekannten Mikroblasenentlüfter abgeschieden werden könnten, wodurch im sich abkühlenden Wasser eine ungesättigte Kondition entsteht, die einen Luftabsortionsprozeß an vorhandenen Lufteinschlüssen ermöglicht, fließt in die hochgelegenen Heizkörper ein Wasser-/Mikrobläschengemisch. Die Mikrobläschen bilden sich erst im hochsteigenden Wasser allmählich auf der Basis einer fortschreitenden Druckminderung aus und haben, da sie nur langsam durch den/die Heizkörper fließen, ausreichend Zeit und Gelegenheit zum Aufsteigen. Dabei bilden sie in den Heizkörpern die den Wasserstrom blockierenden Luftansammlungen. Es ist deshalb in der Praxis bekannt, die Luft immer wieder aufs Neue von Hand über Entlüftungsventile zu entfernen, was jedoch kostspielig und zeitraubend ist. Für ein Verfahren der eingangs genannten Art ist durch die EP-Offenlegungsschrift 0 108 266 ein der Entgasung von geschlossenen Rohrsystemen für die Heiz-, Kühl- und Verfahrenstechnik dienendes Gerät bekanntgeworden, mit dem der Gehalt der Heiz- bzw. Kühlflüssigkeit an gelösten Gasen durch periodisches Entspannen kleiner Flüssigkeits-Teilmengen auf Umgebungsdruck und ihre anschließende Rückführung in das System unter den jeweiligen Sättigungswert abgesenkt werden kann. Es wird dort von dem bekannten physikalischen Grundsatz Gebrauch gemacht, daß ein auf Desorption durch Entspannung basierendes Verfahren den Gasgehalt im Flüssigkeitskreislauf einer Heiz- oder Kühlanlage reduziert. Bei dieser bekannten Entgasungsvorrichtung steht der Entgasungsbehälter zumindest zeitweise mit der Rohrleitung in Strömungsverbindung und mindestens zeitweise unter einem Druck unterhalb des Druckes in der Rohrleitung am Einbauort. Zur Druckentgasung wird somit ein separater Entgasungsbehälter verwendet und kleine Teilmengen werden in diesem Behälter periodisch entspannt.

Zum Entgasen einer Kesselflüssigkeit ist es schließlich aus der FR-Patentschrift 1 591 992 bekannt, eine spiralförmig im Kessel von unten nach oben aufsteigende Strömung zu erzeugen, in deren Zentrum Luftblasen freigesetzt und nach dem Aufsteigen an die Oberfläche freigegeben werden. Weiterhin ist es durch die US-Patentschrift 3 371 865 bekanntgeworden, mittels Unterdrück die Flüssigkeit eines Umlaufsystems in einem separaten Kessel von Luft- bzw. Gaseinschlüssen zu befreien und die auf diese Weise vorentgaste Flüssigkeit einem Beuler zuzuleiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das einem Heizsystem, insbesondere hochliegenden Verbrauchern unter Überdruck zugeführte Wasser mit einfachen mechanischen Mitteln sowie beschleunigt soweit zu entgasen, daß es auch im höchsten Punkt der Anlage eine ungesättigte, luftabsorbierende Kondition besitzt und die bleibende Anwesenheit freier Luft/Gas in einer Anlage physikalisch nicht mehr möglich ist. Wenn nachfolgend lediglich von Luft gebrochen wird, so sind damit auch andere mit dem Betriebswasser umlaufende Gase gemeint

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Kesselflüssigkeit intermittierend unter Hochdruck und zumindest unter Atmosphärendruck gesetzt sowie während der Phase des Atmosphärendrucks entlüftet wird, wobei keine Kesselflüssigkeit in das Umlaufsystem eintritt, und dann nach der Entlüftungsphase zunächst auf den Hochdruck des Systems gebracht wird, bevor die Kesselflüssigkeit dem Umlaufsystem zugeschaltet wird. Auf der Basis des Henry-Gesetzes, wonach die Verringerung der Gaskonzentration in der Flüssigkeit durch Gleichgewichtseinstellung mit der Gasphase von entsprechend niedrigem Partialdruck möglich ist, nutzt die Erfindung die Tatsache, daß ein Wasservolumen bei einer bestimmten Temperatur keiner volumetrischen Änderung ansgesetzt ist, ungeachtet der im Wasser gelösten Luftmenge. Es wird erfindungsgemäß die gesamte Flüssigkeit im Heizkessel intermittierend unter Hochdruck und zumindest unter Atmosphärendruck, d. h. gegebenenfalls einem geringen Unterdrück gesetzt. Die Erfindung geht dabei jedoch über die in der Anwendung der - physikalisch ohnehin gesetzmäßigen · Druckentgasung hinaus, denn es wird weiterhin angegeben, daß 1. während der Phase des Atmosphärendrucks mitlüftet wird, wobei Imine Kesselflüssigkeit in das Umlaufsystem eintritt, und 2. dann nach der Entlüftungsphase zunächst dm Hochdruck des Systems eingestellt wird, bevor 3. die Kesselflüssigkeit dem Umlaufsystem zugeschaltet wird.

Die intermittierende Betriebsweise führt in der ersten Phase gemäß Ziff. 1. zu einem Entlüften bzw. Entgasen des Wassers. Das Wasser kann hierbei nicht aus dem Kessel in das System austreten, und der Kessel gibt während dieser Betriebsphase die aus dem Wasser abgeschiedene Luft an die Atmosphäre ab. Der Anlagendruck beträgt in dieser Phase 1 bar absolut und kann sogar kurzzeitig bis zu einem Unterdrück abfallen; durch den erheblichen Druckunterschied bzw. -abfall bilden sich sehr schnell Mikrobläschen, die im Kessel hochsteigen und in die -2-

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Atmosphäre überführt werden.

An das Entlüften schließt sich die zweite Betriebsphase an, in der das entgaste Wasser in den Heizungskreislauf eingebracht wird, beispielsweise unter Hochdruck von bis zu 8 bar absolut. Da erfindungsgemäß die gesamte Kesselflüssigkeit periodisch entspannt wird, kommt der Maßnahme gemäß Ziff. 2. die Bedeutung zu, die Kesselflüssigkeit vor dem Zuschalten an das Umlaufsystem nach der Entlüftungsphase zunächst auf den Hochdruck des Systems zu bringen; es liegt nämlich die Erkenntnis zugrunde, daß am Ende jeder Entlüftungsphase mit dem Verbleib einer gewissen Anzahl von Mikrobläschen gerechnet werden muß, die an der Kesselwand haften und sich nicht entfernen lassen. Diese Gasvolumina haben während des Entlüftens einen Druck von 1 bar absolut und würden beim Übergang auf den Hochdruck des Systems zusammengepreßt werden, mit der Folge, daß das unter Druck in den Kessel aus der Anlage fließende Wasservolumen größer wäre als das während des Chargenwechsels unter Normaldruck aus dem Kessel in die Anlage/Umlaufsystem zugeführte Wasservolumen. Das würde bedeuten, daß sich mit Beginn jeder Entlüftungsphase zunehmend mehr Wasser im Kessel befindet. Um dies zu vermeiden, wird die Kesselflüssigkeit erfindungsgemäß zunächst auf den Überdruck des Systems gebracht, wobei sich die zurückbleibenden Mikrobläschen auflösen oder ein dem Systemdruck entsprechendes Volumen annehmen. Auf diese Weise wird das Wasser schon in eine stark absorbierende Kondition versetzt, bevor es wieder in den Umlauf gelangt Die Menge des ausfließenden Wassers stimmt beim Chargenwechsel dann mit der Menge des aus dem Umlaufsystem in den Kessel einströmenden Wassers überein.

Mit jeder Entgasungsphase wird der Gesamtprozentsatz der im Wasser enthaltenen Luft etwas herabgesetzt bis der mittlere Luftgehalt des umlaufenden Wassers einen Sättigungsgrad erreicht hat bei dem sich im Kessel keine oder kaum noch Mikrobläschen bilden. Das bedeutet daß unter den dort herrschenden Bedingungen von Druck und Temperatur eine ausgeglichene Bilanzsituation eingetreten ist Wasser dieser Qualität das in die hochgelegenen Teile einer Heizungsanlage fließt wird wegen des dort herrschenden Druckes und der niedrigeren Temperatur in einen ungesättigten Zustand gelangen. Hierdurch wird in den höchsten Stellen der Anlage ein Absorptionsprozeß an den dort vorhandenen Luftblasen eingeleitet. Dazu ist kein zusätzlicher Energieaufwand erforderlich, so daß sich der Entlüftungsprozeß im Dauerbetrieb durchführen läßt. Die Phasenwechselzeit hängt von der -Anlagengröße, dem Inhalt des Kessels und der gewählten, effektivsten Entlüftungszeit ab, z. B. alle zehn Minuten ein kompletter Zyklus.

Beispielsweise kann Wasser mit einer Vorlauftemperatur von 80 °C und 5 bar absolut unter bestimmten Bedingungen pro nr* ca. 52 Liter Luft aufhehmen, während dieser Wert nach dem Absenken des Druckes auf 1 bar absolut nur noch ca. 6 Liter Luft pro m^ beträgt. Der Unterschied von 46 Liter läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Kessel aus dem Wasser entfernen und in die Atmosphäre überführen. Wenn in der Anlage keine freie Luftblase zum Absorbieren mehr vorhanden ist, entsteht unter den vorgenannten Bedingungen eine Wasserqualität, die bei 80 °C und 5 bar absolut nur noch 6 Liter Luft pro nr* enthält. Solches Wasser, das mit einem angenommenen Druck von 2 bar absolut und einer angenommenen Wassertemperatur von 70 °C in die hochgelegenen Radiatoren fließt, kann jedoch ca. 20 Liter Luft pro m^ enthalten. Das Wasser ist somit bis im Höchstpunkt der Anlage sehr absorptiv, weil es weitere 14 Liter Luft pro m^ aus den eventuell dort vorhandenen Luftansammlungen aufhehmen kann, nämlich die Differenz der 20 Liter pro m^, die es enthalten kann und den 6 Litern pro nA die es nur noch enthält

Bei einer Vorrichtung zum Durchfuhren des Verfahrens wird an den Kessel eine mit der Saugseite und eine mit der Druckseite einer Umwälzpumpe verbundene Leitung mit einem in jeder Leitung angeordneten schaltbaren Ventil sowie im höchsten Punkt, oben am Kessel ein einem Entlüftungsgefäß vorgeordnetes, schaltbares Entlüftungsventil angeschlossen und in Strömungsrichtung der Flüssigkeit hinter dm Ventil der druckseitigen Leitung ein Druckerzeuger vorgesehen, wobei beim Entlüften die schaltbaren Ventile geschlossen sind und das Entlüftungsventil geöffnet ist und nach der Entlüftungsphase das Entlüftungsventil geschlossen ist und die schaltbarcn Ventile geöffnet sind. Aufgrund der Reihenfolge, in der die Ventile geschlossen bzw. geöffnet sind, läßt sich die intermittierende Betriebsweise des Kessels erreichen.

Der Druckerzeuger kann als Kolben/Membran ausgebildet und in einer/einem an die driickseitige Leitung angeschlossenen Leitung/Gehäuse geführt werden.

Bei einem Druckerzeuger mit einer größeren volumetrischen Kapazität gegenüber einem dem Kessel zugeordneten schwimmergeregelten Entlüfter mit einem Luftkopf oberhalb des Schwimmers im Entlüftergehäuse kann insbesondere ein elektrisch schaltbares Entlüftungsventil fortfallen. Vorteilhaft ist weiterhin, daß das Entlüften mit einem derartigen, aus der DE-Patentschrift 2 200 904 an sich bekannten mechanischen Entlüfter nunmehr völlig selbsttätig äblaufen kann. Die geringe volumetrische Überkapazität des Druckerzeugers ist nötig, um dar Luftkopf des Entlüfters vor dem Chargenwechsel ebenfalls auf den Systemdruck bringen zu können.

Da es sich bei dem Druckerzeuger bzw. dem/der Kolben/Membran um ein bewegliches, dem Verschleiß unterliegendes Teil handelt, lassen sich bei einem zwischen dem Kessel und dem Kolben in der Anschlußleitung angeordneten schaltbaren Absperrventil im Störfall Einflüsse auf den Betriebsablauf der Heizanlage vermeiden; der Druckerzeuger läßt sich bei gesperrtem Ventil während des Betriebs gegebenenfalls auswechseln.

Das Ruderwerk läßt sich auch mit einer aus dem Kessel herausragenden Antriebswelle ausstatten, die den Anschluß eines Motors erlaubt. -3-

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Um ohne teure und empfindliche elektrisch gesteuerte Ventile bzw. Absperrhähne sowie dem einen großen Verschleiß unterliegenden Druckerzeuger die intermittierende Druckentgasung betriebssicher durchführen zu können, lassen sich zwei bewegungsabhängig gekoppelte Verdrängungskolben mit unterschiedlichem Verdrängungsvolumen vorsehen, deren Zylinderräume mit Leitungen des Flüssigkeits-Umlaufsystems verbindbar 5 sind. Der schlagartige Druckabfall läßt sich hierbei durch einfaches Absenken der unterschiedlich großen Verdrängungskolben sogleich in dem Moment erreichen, in dem die Kolben beim Verstellen nach Art einer Kantensteuerung die Verbindung mit den Systemleitungen unterbrochen haben und damit den Kessel vom Hochdruck des Heizungssystems abschließen.

Vorteilhaft weisen die Verdrängungskolben unterschiedliche Durchmesser sowie eine Ausnehmung in ihren 10 dem Inneren des Kessels zugewandten Kolbenflächen auf und sind in einem am Boden und einem am Deckel des Kessels angeordneten Zylindergehäuse gemeinsam auf und ab bewegbar und münden die Systemleitungen in die Zylindergehäuse. Während des Anschlusses des Kessels an das Heizsystem liegt somit ein geschlossener Kreislauf vor, bei dem die Flüssigkeit von unten in den Kessel einströmt und oben wieder austritt; die Kesselflüssigkeit füllt während dieser Spülphase auch die konzentrischen Ausnehmungen beider Verdrängungskolben völlig aus. 15 Vorzugsweise kann hierbei eine mit einem Ende aus dem unteren Zylindergehäuse herausragende, intermittierend auf und ab bewegliche Stange die Verdrängungskolben miteinander koppeln. Hierzu läßt sich beispielsweise die aus dem Kessel herausragende Welle des Ruderwerks verwenden. Die entweder programmgesteuerte oder sich kontinuierlich wiederholende Auf- und Abbewegung läßt sich dabei beispielsweise über einen mit dem aus dem Kessel herausragenden freien Ende der Stange korrespondierenden Nocken oder über 20 einen auf das Stangenende einwirkenden Kurbelwellenantrieb mittels einem Kleinmotor mit geringem Energieverbrauch erreichen. Beim Absenken der Kolben über die Mündungen der Systemleitungen hinaus sinkt der Wasserstand im Kessel und es bildet sich unterhalb des Deckels eine relativ große freie Wasseroberfläche, d. h. zwischen Deckel und Wasser entsteht ein Luftraum; dies deshalb, weil ein Teil des Kesselinhalts in den gegenüber dem Zylinderraum des oberen Verdrängungskolbens größeren Zylinderraum des unteren 25 Verdrängungskolbens strömt und sich der Wasserstand des Kessels somit senkt. Es kann hierbei sogar davon ausgegangen werden, daß sich während der Abwärtsbewegung der Verdrängungskolben und des Absenkens des Wasserstandes durch die Vergrößerung des die Kesselflüssigkeit aufnehmenden Raumes zumindest kurzfristig ein Unterdrück einstellt, der ebenfalls dazu beitragen kann, das Entgasungsverhalten zu verbessern.

Es empfiehlt sich, daß die Wandöffnungen in der oberen Endlage der Verdiängungskolben über Ringleitungen 30 mit den Systemleitungen verbunden sind. Über die als Verteiler wirkenden, radial in den Zylindergehäusen angeordneten Ringleitungen tritt das Wasser durch die radialen Wandöffnungen der Verdrängungskolben in den Kessel ein bzw. strömt am oberen Ende des Kessels über die Wandöffnungen des deckelseitigen Verdrängungskolbens und den Ringkanal wieder in das System ein.

Die Leitungen bzw. Öffnungen können so zu einander angeordnet sein, daß die Systemleitungen in der unteren 35 Endlage der Verdrängungskolben zum Kessel gesperrt sind. Die Wandöffnungen des im Durchmesser kleineren deckelseitigen Verdrängungskolbens korrespondieren in dieser Lage mit einem Ringkanal des Zylindergehäuses, der zumindest eine Luftbohrung aufweist. Die untere Endlage der Verdrängungskolben kennzeichnet die Entlüftungsphase, in welcher sich unterhalb des oberen Verdrängungskolbens durch das Absenken des Wasserspiegels ein Luftraum gebildet hat; dieser Luftraum ist abhängig vom Unterschied der Kolbendurchmesser 40 sowie der Ausnehmungen und den damit für die Flüssigkeit zur Verfügung stehenden unterschiedlich großen Räumen. Das Verhältnis der Abmessungen kann beispielsweise so gewählt werden, daß bei einer Abwärtsbewegung der Kolben um einen Weg von 10 cm ein zusätzlicher Raum für ca. 11 Flüssigkeit zur Verfügung steht Die durch den Druckabfall während der Entlüftungsphase freigesetzten Mikrobläschen gelangen über den Luftraum und den Ringkanal mit der/den daran angeschlossenen Luftbohrungen nach außen und werden 45 in die Atmosphäre überführt

Vorteilhaft läßt sich am oberen Zylindergehäuse ein Entlüfter anordnen. Als Entlüfter könnte auch hier der beispielsweise aus der DE-PS 22 00 904 bekannte Mikroblasenentlüfter verwendet werden, bei dessen Einsatz insbesondere verhindert werden könnte, daß Luft von außen über die Luftbohrungen und den Ringkanal in den Kessel eindringt 50 Bei einer auf und ab beweglichen Stange, die vorteilhaft als Rohrstange ausgebildet ist und mit einem ein Rückschlagventil aufweisenden Endabschnitt in einen Luftraum des Entlüfters ragt sowie im Bereich der Ausnehmung des unteren Verdrängungskolbens Wanddurchbrüche aufweist, wobei das Rohrstangen-Rückschlagventil mit einem das Kesselinnere und die in das untere Zylindergehäuse mündende Systemleitung verbindendes, in Richtung der Systemleitung öffnendes Rückschlagventil zusammenwirkt, können vorteilhaft 55 von Temperaturschwankungen beeinflußte Veränderungen des Wasservolumens im Gefäß ohne Schaden für das

Gerät ausgeglichen werden. Sobald nämlich Wasser in den bekannten schwimmergeregelten Entlüfter eintritt, hebt sich der Schwimmer und bewirkt das Schließen eines Ausblasventils, während sich gleichzeitig druckbedingt die Rückschlagventile öffnen. Die Flüssigkeit fließt bis zum Erreichen des normalen Druckes einerseits über die Rohrstange aus dem Entlüfter in den Kessel und andererseits über das bodenseitige Ventil aus dem Kessel in das 60 System zurück.

Die Bohrungen zum Entlüfter lassen sich von vomeherein so anbringen, daß sich der Entlüfter auch während des Druckaufbaus mit Wasser füllt. Auch in diesem Fall ergibt sich der Vorteil, daß das Ausblasventil bei -4-

Nr. 390 318 ansteigendem Wasserspiegel über den sich hebenden Schwimmer automatisch geschlossen wird und alle temperatuibezogenen Volumeneinflüsse automatisch durch die Rückschlagventile limitiert werden, d. h., jede übermäßige Druckerhöhung wird durch Einspeisen von Kesselflüssigkeit über die Rückschlagventile in das System bis auf den maximalen Druck begrenzt Damit liegt ein völliger Schutz der Gesamtanlage gegen etwaige von einem Überdruck hervorgerufene Schäden vor.

Mittels einer die Kesselflüssigkeit umwälzenden, vorzugsweise in einer Nebenleitung des Kessels angeordneten Kreiselpumpe läßt sich der Entgasungsprozeß durch die kombinierten Auswirkungen der Druckentgasung und des beschleunigten Freisetzens von Mikrobläschen durch die Flügel der Kreiselpumpe verbessern und beschleunigen. Aufgrund neuer, durch wissenschaftliche Untersuchungen belegte Erkenntnisse hat sich nämlich herausgestellt, daß bedingt durch die hohen Umlaufgeschwindigkeiten der Kreiselpumpe, beispielsweise 2800 U/min., im Bereich von Mikrosekunden liegende kurzzeitige Druckschocks bzw. -Stöße entstehen. Dabei kommt es zu einem schlagartigen Druckabfall, der an der Schattenseite, d. h. unmittelbar hinter den Bügeln der Pumpe ein nahezu absolutes Vakuum bewirkt und zu kurzzeitigen Kocherscheinungen des Wassers führt. Der schlagartige, im wesentlichen aus dem Motorvermögen der Pumpe resultierende Druckabfall kombiniert mit der intermittierenden Druckentgasung erhöht den Mikroblasengehalt in der Flüssigkeit um ein Vielfaches; denn die sich beim Verstellen der Kolben nach dem Unterbrechen der Verbindung mit den Systemleitungen bildenden feinen Mikrobläschen werden durch die Pumpe zu relativ großen Mikrobläschen zusammengeballt, die ein gutes Aufsteigvermögen haben.

Die Kreiselpumpe läßt sich an einer beliebigen Stelle des Kessels so anordnen, daß ihre Flügel bis in das Innere des Kessels ragen. Es stellen sich jedoch besondere Vorteile ein, wenn die Kreiselpumpe in einer vom tiefsten bis zum höchsten Punkt des Kessels geführten Nebenleitung angeordnet wird. Die unabhängig von der eigentlichen Systempumpe arbeitende Kreiselpumpe saugt dann nämlich im Nebenstrom die Büssigkeit unten aus dem Kessel ab und drückt die durch den vorgeschilderten Effekt stark mit Mikrobläschen angereicherte Flüssigkeit in den Luftraum des Kessels, so daß die freigesetzte Luft · worunter in diesem Zusammenhang auch andere mit der Betriebsflüssigkeit umlaufende Gase gemeint sind - ungehindert aufsteigen kann; die gegenüber der Luft schwereren Flüssigkeitsanteile fallen nach unten in den Kessel und nehmen erneut am Prozeß teil.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung eines mit unterschiedlichem Druck zu beaufschlagenden Kessels einer Heizungsanlage;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Kessel gemäß Fig. 1 mit einem zusätzlichen Ruderwerk;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Kessel gemäß Fig. 2 entlang der Linie (Π - II);

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen am Kessel angeoidneten bekannten Entlüfter;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung eines mit unterschiedlichem Druck zu beaufschlagenden Kessels einer Heizungsanlage, in der Phase mit Anschluß an das Heizungssystem dargestellt;

Fig. 6 den Kessel gemäß Fig. 5 in einer vom System abgeschlossenen Entlüftungsphase dargestellt; sowie

Fig. 7 als Einzelheit in vergrößerter Darstellung sowohl einen Deckel als auch einen Bodenbereich des Kessels gemäß Fig. 6 mit dort angeordneten Zylindergehäusen für Verdrängungskolben.

Der in Fig. 1 dargestellte Kessel (1) weist eine saugseitige sowie eine druckseitige Leitung (2) bzw. (3) auf, die an der höchsten bzw. an der tiefsten Stelle tangential an den Kessel (I) angeschlossen sind und mit einer eine Umwälzpumpe (4) aufnehmenden Systemleitung (5) einer nicht näher dargestellten Heizungsanlage in Verbindung stehen. Sowohl in der saugseitigen als auch in der druckseitigen Leitung (2) bzw. (3) befindet sich jeweils ein elektrisch geschaltetes Ventil (6), die während der Entlüftungsphase geschlossen sind, so daß kein Wasser aus dem Kessel in den Heizungskreislauf gelangen kann. Hingegen ist ein oben am Kessel angeordnetes Entlüftungsventil (7) geöffnet, so daß aufsteigende Mikrobläschen über das Entlüftungsventil (7) und einem sich daran anschließenden offenen Entlüftungsgefäß (8) mit einem Wasservorrat in die Atmosphäre eintreten können.

Anstelle des elektrischen Entlüftungsventils (7) läßt sich der in Fig. 4 dargestellte selbsttätig arbeitende, mechanische Entlüfter (9) einsetzen. Das im wesentlichen zylindrische Gehäuse (12) des Entlüfters (9) weist am unteren Ende ein Anschlußteil (13) auf, mit dem es sich beispielsweise an eine nicht dargestellte Umlaufleitung des Kessels anschließen läßt. In den Anschlußteil (13) eintretendes, stark turbulentes Wasser erreicht einen Drahteinsatz (14) der die Wasserbewegung bis zur völligen Beruhigung abbremst. Im Wasser enthaltene Luftbläschen steigen auf und gelangen in einen Luftkopf (15) oberhalb eines Wasserpegels (16) im Entlüfter (9). In dieser Situation hält ein Schwimmer (17) über eine Betätigungsstange (18) ein Ventil (19) gerade noch geschlossen. Weitere Luftzufuhr läßt den Schwimmer (17) absinken, wobei das Ventil (19) geöffnet und so viel Luft abgeblasen wird, bis der Schwimmer (17) seine Ausgangslage wieder erreicht hat.

Mit der druckseitigen Leitung (3) ist weiterhin ein in einer Leitung oder einem Gehäuse (22) angeordneter Druckerzeuger (23) verbunden, der als verschiebbarer Kolben (24) ausgebildet ist und aus einer gestrichelt dargestellten Normaldrucklage bis in eine durchgezogen dargestellte Hochdrucklage bewegt werden kann, in der der Kesselinhalt einem maximalen Druck unterliegt. Ein vor dem Druckerzeuger (23) vorgesehenes Absperrventil (25) ermöglicht ohne störenden Einfluß auf das Heizungssystem notwendige Wartungsarbeiten am Druckerzeuger -5-

Nr. 390 318 (23). Bei einem Kessel (1) mit mechanischem Entlüfter (9) ist das Verdrängungsvolumen (V) des Druckerzeugers (23) geringfügig größer als das Volumen (Vj) des Luftkopfes (15).

Ein über eine zentrale Antriebswelle (28) leicht drehend gelagertes, aus einer Vielzahl von Schaufeln (26) gebildetes Ruderwerk (27) des Kessels (1) unterstützt das Abführen der Luft-Mikrobläschen. An die in Fig. 2 dargestellte, aus dem Kessel (1) herausragende Antriebswelle (28) läßt sich gegebenenfalls ein Motor anschließen. Aufgrund der durch die Schaufeln (26) hervorgerufenen Rotation gelangen die während der Entlüftungsphase freigesetzten Mikrobläschen beim Rotieren in die Mitte des Kessels (1), so daß sie schnell über das Ventil (7) bzw. den Entlüfter (9) abgeführt werden können. Mit jedem Entlüften sinkt der Luftgehalt des Wassers allmählich ab, so daß es sich empfiehlt, die Zykluszeit entsprechend zu verlängern. Das Steueiprogramm der Heizungsanlage läßt sich je nach Anlagengröße erfahrungsgemäß so einstellen, daß eine Hochdruck- und eine Entlüftungsphase dann nur noch stichprobenartig und in großen Zeitabständen abwechseln, wenn sich keine Freiluft mehr im Wasser befindet und dieses seine konstante maximale Absorptionsfähigkeit erreicht hat Beim Betrieb der Heizungsanlage über das Wasser in den Kessel (1) gelangende Schmutzanteile lassen sich von am Kesselboden angeordnete, beliebige und daher in Fig. 2 lediglich schematisch als Black-box (29) dargestellte Schmutzfänger sammeln, beispielsweise einem Bündel bedrahteter Rohre. Die Reinigung der Drahtbündel kann periodisch über ein nicht dargestelltes Ventil oder eine Klappe vorgenommen werden. Der Schmutz kann auch in einem Sumpf des Kessels (1) aufgefangen werden.

Das Verfahren zum Entgasen von Wasser läßt sich grundsätzlich auch bei kaltem Wasser anwenden, wobei die intermittierende Betriebsweise dann über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden müßte, da der beschleunigende Effekt durch erwärmtes Wasser in diesem Falle fehlt. Das gilt auch für ältere Anlagen mit häufig offenen Expansionsgefäßen, bei denen allerdings das fortlaufende Aufnehmen von Luft über den offenen Wasserspiegel verhindert werden müßte, beispielsweise durch eine Ölschicht oder eine schwimmende Kunststoffplatte.

Bei der Ausführung gemäß den Fig. 5 und 6 münden die Systemleitungen (2), (3) bis in Zylinderräume (30) von Zylindergehäusen (32), (34), von denen das Zylindergehäuse (32) an einem Deckel (31) und das Zylindergehäuse (34) an einem Boden (33) des Kessels angeordnet ist In den Zylindergehäusen (32), (34) sind durch eine Rohrstange (35) voneinander bewegungsabhängig gekoppelte Verdrängungskolben (36), (37) gleitbeweglich geführt. Der deckelseitige Verdrängungskolben (36) ist im Durchmesser geringer als der bodenseitige Verdrängungskolben (37). Die Rohrstange (35) durchdringt mit einem freien Ende (39) den unteren Verdrängungskolben (37) und wird von einer an dem freien Rohrstangenende angreifenden, in Pfeilrichtung (40) umlaufenden Nockenscheibe oder einem Exzenter (38) auf und ab bewegt

In der in Fig. 5 dargestellten sogenannten Spülphase ist der Kessel (1) an das System angeschlossen und die Kesselflüssigkeit tritt im geschlossenen Kreislauf über die obere Systemleitung (2) in das System ein und gelangt über die untere Systemleitung (3) in den Kessel zurück.

Die Verdrängungskolben (36), (37) weisen in Richtung auf das Innere des Wasserkessels offene, konzentrisch in den Kolben angeordnete, als Sackbohrungen ausgeführte zylindrische Ausnehmungen (41) sowie radiale Wandöffnungen (42) am Fuße der Ausnehmungen (41) auf. Die Wandöffnungen (42) korrespondieren in der oberen Endlage der Verdrängungskolben (36), (37) mit in den Zylindergehäusen (32) bzw. (34) eingearbeiteten Ringleitungen (43) bzw. (44); die Ringleitungen sind an die Systemleitungen (2), (3) angeschlossen und stellen somit die Verbindung zum System der Heizungsanlage her.

Im oberen Zylindergehäuse (32) befindet sich weiterhin ein Ringkanal (45), der in der unteren Endlage des oberen Verdrängungskolbens (36) den Wandöffnungen (42) gegenüberliegt. Der Ringkanal (45) geht in Luftbohrungen (46) über, die sich parallel zum Kolben im Zylindergehäuse (32) erstrecken und nach außen führen. Auf das freie Ende des oberen Zylindergehäuses (32) ist der mittels des Schwimmers (17) geregelte Entlüfter (9) (Fig. 4) gesetzt. Die im Wasser enthaltenen und freigesetzten Luftbläschen können somit nach dem Aufsteigen über die Wandöffnung (42) in den Ringkanal (45) und anschließend in die Luftbohrungen (46) eintreten und über ein Ventil (19) des Entlüfters (9) abgeblasen werden.

Die Entlüftungsphase, in der sich die Verdrängungskolben (36), (37) in der unteren Endlage .befinden, ist in Fig. 6 dargestellt. Aufgrund des gegenüber dem oberen Kolben größeren unteren Verdrängungskolben (37) und des damit für die Kesselflüssigkeit beim Absenken der Kolben zusätzlich zur Verfügung stehenden Raumes, wird der Wasserstand im Kessel (1) abgesenkt, wobei sich zwischen dem Kesseldeckel (31) und dem Wasserspiegel (47) ein Luftraum (48) ausbildet. Das Wasser kann bei abgesenkten Kolben nicht aus dem Kessel (1) in das System strömen, der während der Betriebsphase des Entlüftens die aus dem Wasser abgeschiedene Luft an die Atmosphäre äbgibL Die durch den Übergang vom Hochdruck des Systems auf den Normaldruck bzw. Unterdrück in der Flüssigkeit ffeigesetzten und im Kessel (1) hochsteigenden Mikrobläschen finden somit einen freien Durchgang bis in den Entlüfter. Das Abblas-Ventil (19) weist abweichend von dem in Fig. 4 dargestellten Entlüfter ein als Pipettenring ausgebildetes Rückschlagventil (49) auf, das ein Eintreten von Luft in den Entlüfter (9) und damit in den Kessel (1) verhindert. Für den Fall, daß bedingt durch mögliche Temperaturschwankungen Leckwasser über den Ringkanal (45) und die Luftbohrungen (46) in den Entlüfter (9) gelangt, bewirken - aufgrund der baulichen Abmessungen des Entlüfters (9) - bereits geringe Flüssigkeitsmengen ein Anheben des Schwimmers (17) und damit das Verschließen des Ventils (19).

Im Kessel (1) auftretende Überdrücke werden von zwei Rückschlagventilen (50), (51) auf einen dem -6-

Claims (17)

1. Nr. 390 318 Anlagendruck entsprechenden Wert begrenzt, wobei das erste Rückschlagventil (50) im Kopfende (52) der Rohrstange (35) und das zweite Rückschlagventil (51) im Boden (33) des Kessels (1) angeordnet ist. Damit das über die Luftbohrungen (46) in den Entlüfter (9) eindringende Wasser abfließen und der Druck geregelt werden kann, steht die Rohrstange (35) einerseits über das Rückschlagventil (50) mit dem Entlüfter (3) in Verbindung, und andererseits weist die Rohrstange (35) im Bereich der Ringleitung (44) des unteren Zylindergehäuses (34) Wanddurchbrüche (53) auf (Fig. 7). Somit strömt die Flüssigkeit über das sich bei über dem Anlagendruck hinausgehenden Drücken öffnende Rückschlagventil (50) innen durch die Rohrstange (35) ab und tritt über die Wanddurchbrüche (53) und der konzentrischen Ausnehmung (41) des unteren Verdrängungskolbens (37) in den Kessel ein. Gleichzeitig öffnet bei über dem Anlagendruck hinausgehenden Drücken das in die untere Systemleitung (3) mündende bodenseitige Rückschlagventil (51), so daß bis zum Druckausgleich die überschüssige Flüssigkeit in das System eingespeist wird. Die den Anlagendruck auf einen festgelegten Wert limitierende Wirkung durch die beiden Rückschlagventile (50), (51) stellt sich auch dann ein, wenn die Ringleitung (45) und die Luftbohrungen (46) des oberen Zylindergehäuses (32) so angeordnet sind, daß der Entlüfter (9) grundsätzlich während des Druckaufbaus mit Wasser gefüllt wird. Auch in diesem Fall schließt der sich anhebende Schwimmer (17) das Ausblasventil (19) und über den Anlagendruck hinausgehende Drücke bewirken ein Öffnen der Rückschlagventile (50), (51), so daß die überschüssige Flüssigkeit in das System zurückgeführt wird. Das Freisetzen von Mikrobläschen während der Entlüftung läßt sich mit einer die Kesselflüssigkeit umwälzenden Kreiselpumpe weiter verbessern. Die gemäß den Fig. 5 und 6 in einer sich vom tiefsten bis zum höchsten Punkt des Kessels erstreckenden Nebenleitung (55) angeordnete Kreiselpumpe (54) saugt die Kesselflüssigkeit oberhalb des Bodens (33) ab und drückt sie unterhalb des Deckels (31) als vernebeltes, d. h. in feinste Anteile von Wasser und Luft zerkleinertes Medium in den Luftraum (48); denn beim Passieren der Drehflügel der Kreiselpumpe (54) entsteht an der Schattenseite der Flügel ein schlagartiger, die Lufteinschlüsse freisetzender Druckabfall. Die Wirkung des Vemebelns und Freisetzens von Luft kann beispielsweise noch durch zusätzliche Prallbleche gefördert werden, gegen die die Flüssigkeit geschleudert wird. • Der Übergang von der in Fig. 5 dargestellten Spülphase, in der der Kessel (1) über die Systemleitungen (2), (3) an das Heizsystem angeschlossen ist und dabei unter dem Hochdruck des Systems steht, bis in die in Fig. 6 dargestellte Betriebsphase des Entlüftens, in der der Kessel (1) vom übrigen System abgesperrt und dabei im wesentlichen unter Normaldruck steht, wird nachfolgend erläutert. Die mit Abschluß der Spülphase durch Umsteuem der Kurvenscheibe (38) bewirkte Abwärtsbewegung der Rohrstange (35) verursacht entsprechend der Kontur der Kurvenscheibe (38) gleichzeitig eine gemeinsame stetige Abwärtsbewegung der Verdrängungskolben (36) bzw. (37). Nachdem die Kolben einen der Breite der Ringleitungen (43), (44) entsprechenden Weg zurückgelegt und die in Fig. 7 dargestellte Position eingenommen haben, sperren die Kolben-Mantelflächen die Ringleitungen (43), (44) und damit die Systemleitungen (2), (3) ab. Im Verlaufe der weiteren Abwärtsbewegung der Verdrüngungskolben (36), (37) bis in die in Fig. 6 dargestellte untere Endlage baut sich der Hochdruck im Kessel (1) zunehmend ab, wobei es im oberen Zylindergehäuse (32) und damit im Kessel kurzzeitig zu einem Unterdrück kommen kann; denn das das obere Zylindergehäuse (32) einschließlich der Ausnehmung (41) ausfüllende Wasser wird schnell in den Zylinderraum und die Ausnehmung (41) des gegenüber dem des oberen Zylindergehäuses (32) größeren unteren Zylindergehäuses (34) verdrängt. Die Abwärtsbewegung der Verdrängungskolben (36), (37) ist beendet, wenn die Wandöffnungen (42) des oberen Kolbens (36) dem Ringkanal (45) mit den sich daran anschließenden Luftbohrungen (46) gegenüber liegen. Nach einer beliebigen Entlüftungszeit, in der die Kolben (36), (37) in der unteren Endlage verharren, wird durch Aufwärtsbewegen der Rohrstange die Spülphase eingeleitet. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Entlüften von geschlossenen Flüssigkeitsumlaufsystemen, insbesondere für Heizungsanlagen mit einem Wasserkessel, mittels Druckentgasung, d. h. periodischem Entspannen der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesselflüssigkeit intermittierend unter Hochdruck und zumindest unter Atmosphärendruck gesetzt sowie während der Phase des Atmosphärendrucks entlüftet wird, wobei keine Kesselflüssigkeit in das Umlaufsystem eintritt, und dann nach der Entlüftungsphase zunächst auf den Hochdruck des Systems gebracht wird, bevor die Kesselflüssigkeit dem Umlaufsystem zugeschaltet wird. -7- Nr. 390 318
2. 2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kessel (1) eine mit der Saugseite und eine mit der Druckseite einer Umwälzpumpe (4) verbundene Leitung (2.3) mit einem in jeder Leitung (2, 3) angeordneten schaltbaren Ventil (6) sowie im höchsten Punkt, oben am Kessel (1) ein einem Entlüftungsgefäß (8) vorgeordnetes schaltbares Entlüftungsventil (7) angeschlossen ist, und daß in Strömungsrichtung der Flüssigkeit hinter dem Ventil (6) der druckseitigen Leitung (3) ein Druckerzeuger (23) vorgesehen ist, und daß beim Entlüften die Ventile (6) geschlossen sind und das Entlüftungsventil (7) geöffnet ist, wogegen nach der Entlüftungsphase das Entlüftungsventil (7) geschlossen ist und die schaltbaren Ventile (6) geöffnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckerzeuger (23) als Kolben/Membran (24) ausgebildet und in einer/einem an die druckseitige Leitung (3) angeschlossenen Leitung/Gehäuse (22) geführt ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Druckerzeuger (23) mit einer größeren volumetrischen Kapazität gegenüber einem dem Kessel (1) zugeordneten schwimmergeregelten Entlüfter (9) mit einem Luftkopf (15) oberhalb des Schwimmers (17) im Entlüftergehäuse (12).
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Kessel (1) und dem Kolben (24) in der Anschlußleitung (22) angeordnetes schaltbares Absperrventil (25).
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die druck- und saugseitige Leitung (2,3) tangential zu einem in dem Kessel (1) rotierenden Ruderwerk (27) mit Schaufeln (26) angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine aus dem Kessel (1) herausragende Antriebswelle (28) des Ruderwerks (27).
8. 8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei bewegungsabhängig gekoppelte Verdrängungskolben (36, 37) mit unterschiedlichem Verdrängungsvolumen, deren Zylinderräume (30) mit Leitungen (2,3) des Flüssigkeits-Umlaufsystems verbindbar sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungskolben (36, 37) unterschiedliche Kolbendurchmesser sowie eine Ausnehmung (41) in ihren dem Inneren des Wasserkessels (1) zugewandten Kolbenflächen aufweisen und in einem am Boden (33) und einem am Deckel (31) des Kessels (1) angeordneten Zylindergehäuse (32 bzw. 34) gemeinsam auf und ab bewegbar sind und die Systemleitungen (2.3) in die Zylindergehäuse (32, 34) münden.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandöffnungen (42) in der oberen Endlage der Verdrängungskolben (36, 37) über Ringleitungen (43, 44) mit den Systemleitungen (2.3) verbunden sind.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemleitungen (2, 3) in der unteren Endlage der Verdrängungskolben (36,37) zum Kessel (1) gesperrt sind und die Wandöffnungen (42) des im Durchmesser kleineren deckelseitigen Verdrängungskolbens (36) mit einem Ringkanal (45) des Zylindergehäuses (32) korrespondieren, der zumindest eine Luftbohrung (46) aufweist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen am oberen Zylindergehäuse (32) angeordneten Entlüfter (9).
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9, gekennzeichnet durch eine die Verdrängungskolben (36, 37) miteinander koppelnde, mit einem Ende (39) aus dem unteren Zylindergehäuse (34) herausragende, intermittierend auf und ab bewegliche Stange.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Rohrstange (35), die mit einem ein Rückschlagventil (50) aufweisenden Kopfende (52) in einen Luftraum des Entlüfters (9) ragt sowie im Bereich der Ausnehmung (41) des unteren Verdrängungskolbens (37) Wanddurchbrüche (53) aufweist, wobei das Rohrstangen-Rückschlagventil (50) mit einem das Kesselinnere und die in das untere Zylindergehäuse (34) mündende Systemleitung (3) verbindenden, in Richtung der Systemleitung (3) öffnenden Rückschlagventil (51) zusammenwirkt.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 8, gekennzeichnet durch eine die Kesselflüssigkeit umwälzende Kreiselpumpe (54). -8- Nr. 390 318
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe (54) in einer Nebenleitung (55) des Kessels (1) angeordnet ist.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine vom tiefsten bis zum höchsten Punkt des 5 Kessels (1) geführte Nebenleitung (55). 10 Hiezu 6 Blatt Zeichnungen -9-