Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung einer Flüssigkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung einer Flüssigkeit, die unter einem den Atmosphärendruck übersteigenden Druck steht, sowie eine Anwendung des Verfahrens.
In der Technik und Industrie stellt sich häufig das Problem, die in einer Flüssigkeit enthaltenen, ungelösten Gase aus der Flüssigkeit zu entfernen, bevor diese weiter verwendet wird. Zur Entgasung der Flüssigkeit wurde bisher so verfahren, dass die Flüssigkeit in ein Beruhigungs- und Entgasungsbecken eingeleitet wurde, das oben entweder gegen die Atmosphäre offen ist, sofern die Gase in die Atmosphäre entweichen dürfen, oder mit einer Gasabsaugeinrichtung in Verbindung steht, die über dem Flüssigkeitsspiegel im Beruhigungsund Entgasungsbecken eventuell einen Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck erzeugt. In beiden Fällen ist ein verhältnismässig grosses Beruhigungs- und Entgasungsbecken erforderlich, aus dem die entgaste Flüssigkeit meistens mit Hilfe einer Pumpe weggefördert werden muss.
Eine weitere Pumpe ist in der Regel nötig, um die zu entgasende Flüssigkeit dem Beruhi gungs-und Entgasungsbecken zuzuführen. Es ist bei der beschriebenen Verfahrensweise nicht möglich, den von der Zuführpumpe entwickelten Druck für das Wegführen der Flüssigkeit aus dem Beruhigungs- und Entgasungsbecken zu benützen, da die Flüssigkeit im genannten Becken auf den Atmosphärendruck bzw. den von der Gasabsaugeinrichtung hervorgerufenen Unterdruck entspannt wird und nachher erneut unter Druck gesetzt werden muss.
Für das verhältnismässig grosse Beruhigungs- und Entgasungsbecken, die beiden Pumpen und die zugehörigen Nebengeräte, wie Rückschlagventile, Niveauregler, elektrische Überwachungs- und Steuerorgane, sind erhebliche Investitionen erforderlich, ganz abgesehen von dem Raumbedarf des Beruhigungsund Entgasungsbeckens.
Die Erfindung bezweckt, den geschilderten Aufwand zu vermindern und eine Einbusse der an die zu entgasende Flüssigkeit abgegebenen Druckenergie beim Entgasungsvorgang zu vermeiden.
Dies wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren zur Entgasung einer Flüssigkeit, die unter einem den Atmosphärendruck übersteigenden Druck steht, dadurch erreicht, dass die Flüssigkeit durch eine erste Rohrleitung in einen gegenüber dem Rohrleitungsquerschnitt erweiterten, geschlossenen Entgasungsbehälter eingeleitet und mittels einer zweiten Rohrleitung aus dem Entgasungsbehälter weggeführt wird und dass im Entgasungsbehälter durch das der Flüssigkeit entweichende Gas über dem Flüssigkeitsspiegel ein Gaspolster gebildet wird, von dem man nur so viel Gas abziehen lässt, dass das Gaspolster unter annähernd konstantem Druck aufrechterhalten bleibt und die Flüssigkeit unter dem erwähnten Druck des Gaspolsters durch die zweite Rohrleitung weggeführt wird.
Mit diesem Verfahren ist ermöglicht, die Flüssigkeit im Entgasungsbehälter unter Druck zu behalten und durch diesen Druck die entgaste Flüssigkeit aus dem Behälter wegzuführen, ohne dass hierfür eine Pumpe erforderlich wäre. Auch kann der Entgasungsbehälter viel kleiner ausgebildet sein als die bisher gebräuchlichen Beruhigungs- und Entgasungsbecken. Der Entgasungsvorgang ist besonders wirkungsvoll, wenn die Flüssigkeit gezwungen wird, im Entgasungsbehälter von der ersten Rohrleitung aufwärts gegen den Flüssigkeitsspiegel und von dort abwärts gegen die zweite Rohrleitung zu strömen.
Dann wird die Ausscheidung des überschüssigen Gases aus der Flüssigkeit nicht nur durch die plötzliche Verlangsamung der Fliessgeschwindigkeit beim Eintritt in den gegenüber dem Rohrleitungsquerschnitt erweiterten Entgasungsbehälter, sondern zusätzlich auch durch die Strömungsumlenkung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels begünstigt. Zweckmässig kann der Abzug von Gas aus dem Gaspolster über dem Flüssigkeitsspiegel automatisch in Abhängigkeit vom Niveau des Flüssigkeitsspiegels im Entgasungsbehälter gesteuert werden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann zum Ausscheiden von ungelöstem Ozon aus Wasser angewandt werden, das durch Einleiten eines Ozon-Luft oder Ozon-Sauerstoff-Gemisches entkeimt worden ist, sei es Trinkwasser, Brauchwasser oder Badewasser.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen eine erste Rohrleitung zum Zuführen der zu entgasenden Flüssigkeit und eine zweite Rohrleitung zum Wegführen der entgasten Flüssigkeit ein geschlossener Entgasungsbehälter eingeschaltet ist, der gegenüber dem Rohrleitungsquerschnitt erweitert und oben mit einem Gasauslassventil versehen ist, und dass das Gasauslassventil in Abhängigkeit vom Niveau des Flüssigkeitsspiegels im Entgasungsbehälter automatisch derart betätigbar ist, dass das Gasauslassventil geschlossen ist, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Entgasungsbehälter ein vorbestimmtes Niveau übersteigt, und sich öffnet, wenn der Flüssigkeitsspiegel unterhalb dem vorbestimmten Niveau liegt.
Das Gasauslassventil kann zweckmässig mit einem Schwimmer in Steuerverbindung stehen, wobei letzterer bei einer bevorzugten Ausführungsform sich in einem oberhalb des vorbestimmten Niveaus angeordneten Hilfsbehälter befindet, von dem ein Steigrohr nach unten in den Entgasungsbehälter bis etwa zu dem vorbestimmten Niveau reicht. Bei dieser Ausführung ist das Gasauslassventil zweckmässig am Hilfsbehälter oberhalb des Schwimmers angeordnet. Damit ein plötzlicher Abschluss des unteren Endes des Steigrohres durch den steigenden Flüssigkeitsspiegel vermieden wird, weist mit Vorteil das Steigrohr an seinem unteren Ende eine sich in vertikaler Richtung über eine bestimmte Distanz erstreckende Öffnung auf, deren horizontal gemessene Weite gegen den oberen Rand der Öffnung hin abnimmt.
Im einfachsten Fall kann das untere Ende des Steigrohres eine unter einem von 900 abweichenden Winkel zur Rohrachse verlaufende Endfläche aufweisen, z. B. schräg abgeschnitten sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der zugehörigen Zeichnung, in welcher die erfindungsgemässe Vorrichtung rein beispielsweise und schematisch veranschaulicht ist.
Die einzige Figur zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, an Hand welcher nachstehend auch das Verfahren gemäss der Erfindung beispielsweise erläutert ist.
Der Entgasungsbehälter 1 hat die Form eines aufrechten Zylinders und ist oben gasdicht geschlossen.
Eine erste Rohrleitung 2 zum Zuführen der zu entgasenden Flüssigkeit ist nahe beim Boden des Behälters 1 in diesen eingeführt und im Innern des Behälters fortgesetzt, wobei ein Endteil 3 der Rohrleitung 2 sich etwa der Zylinderachse des Behälters 1 entlang vertikal nach oben erstreckt. Die Mündung 4 des Endteiles 3 befindet sich zwischen dem Boden des Behälters 1 und einem vorbestimmten Niveau 5, auf welchem sich der Flüssigkeitsspiegel im Behälter einstellen soll. Der Innendurchmesser des Behälters 1 ist mehrfach grösser als jcner der Rohrleitung 2. Eine zweite Rohrleitung 6 zum Wegführen der entgasten Flüssigkeit ist nahe dem Behälterboden an den Behälter 1 angeschlossen. Vorzugsweise haben die beiden Rohrleitungen 2 und 6 die gleiche Querschnittsfläche.
Oberhalb des Entgasungsbehälters 1 befindet sich ein kleinerer Hilfsbehälter 7, von dem ein Steigrohr 8 nach unten bis in den Innenraum des Behälters 1 führt.
Das untere Ende des Steigrohres 8 ist schräg abgeschnit- ten und besitzt somit eine Endfläche 9, die unter einem von 900 abweichenden Winkel in bezug auf die Längsachse des Steigrohres verläuft. Die Öffnung am unteren Ende des Steigrohres 8 erstreckt sich daher in vertikaler Richtung über eine bestimmte Distanz und weist die Form einer Ellipse auf, deren kürzere Achse waagrecht verläuft. Der obere Rand der Öffnung befindet sich auf dem bereits erwähnten, vorbestimmten Niveau 5, und die horizontal gemessene Weite der Öffnung nimmt gegen den oberen Rand hin stetig ab. Im Hilfsbehälter 7 befindet sich ein Schwimmer 10, der mit einem im oberen Teil des Hilfsbehälters 7 angeordneten Gas auslassventil 11 in Steuerverbindung steht.
Ein Gasabzugsrohr 12 ist an eine vom Ventil 11 beeinflusste Öffnung des Hilfsbehälters 7 angeschlossen.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung und das mit ihr durchzuführende Verfahren zur Entgasung einer gashaltigen Flüssigkeit sind kurz wie folgt:
Die zu entgasende Flüssigkeit wird unter einem den Atmosphärendruck übersteigenden Druck, z. B. mittels einer nicht dargestellten Pumpe, durch die erste Rohrleitung 2 in den Entgasungsbehälter 1 eingeleitet. Solange der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 1 unterhalb des vorbestimmten Niveaus 5 liegt, befindet sich im Hilfsbehälter 7 keine Flüssigkeit und ist das Gasauslassventil 11 geöffnet. Die durch die Flüssigkeit verdrängte Luft kann daher durch das Steigrohr 9, den Hilfsbehälter 7, das geöffnete Ventil 11 und die Leitung 12 entweichen. Sobald der Flüssigkeitsspiegel das Niveau 5 übersteigt, befindet sich die Öffnung am unteren Ende des Steigrohres 8 vollständig in der Flüssigkeit.
Daher steigt in der Folge Flüssigkeit im Steigrohr 8 hoch in den Hilfsbehälter 7, wobei mittels des Schwimmers 10 das Gasauslassventil 11 automatisch geschlossen wird.
Dadurch wird der Austritt von Flüssigkeit durch die Leitung 12 verhütet. Über die zweite Rohrleitung 6 wird nun jedoch praktisch die gleiche Menge Flüssigkeit je Zeiteinheit aus dem Behälter 1 weggeführt, wie durch die Rohrleitung 2 zugeführt wird.
Die durch die Rohrleitung 2 zugeführte Flüssigkeit wird mittels des Endteiles 3 der Rohrleitung von unten nach oben in den Behälter 1 geleitet und tritt nun unterhalb des Flüssigkeitsspiegels aus der Mündung 4 aus.
Die dabei plötzlich auftretende Querschnittserweiterung des Flüssigkeitsstromes bewirkt eine entsprechende Ver langsamung der Fliessgeschwindigkeit, was ein Entwei chen der mit der Flüssigkeit zugeführten, ungelösten Gase zur Folge hat. Auch die zwischen der Mündung 4 und dem Flüssigkeitsspiegel im Behälter 1 erfolgende Richtungsänderung der Strömung gegen die Anschlussstelle der Rohrleitung 6 hin begünstigt das Ausscheiden der ungelösten Gase. Die Gasblasen sammeln sich über dem Flüssigkeitsspiegel und bilden zusammen mit der im Behälter 1 noch eingeschlossenen Luft ein Gaspolster im oberen Teil des Behälters, wobei sich zwi- schen dem Druck im Gaspolster und jenem der Flüssigkeit ein Gleichgewichtszustand einstellt.
Je mehr Gas der in den Behälter 1 einströmenden Flüssigkeit entwichen ist, umso weiter wird der Flüssigkeitsspiegel nach unten gedrückt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel den obersten Rand der Öffnung des Steigrohres 8 ein wenig unterschreitet, kann Gas aus dem erwähnten Gaskissen durch das Steigrohr 8 in den Hilfsbehälter 7 aufsteigen, wodurch der Flüssigkeitsspiegel im Hilfsbehälter 7 nach unten gedrückt wird. Dabei senkt sich der Schwimmer 10 mit dem Ergebnis, dass das Ventil 11 geöffnet wird und Gas aus dem Hilfsbehälter 7 in die Leitung 12 abziehen kann. Als Folge davon vermindcrt sich das Gaspolster im Entgasungsbehälter 1, so dass der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 1 wieder steigt und schliesslich die Öffnung am unteren Ende des Steigrohres 8 sich wieder zur Gänze in der Flüssigkeit befindet.
Hierauf steigt wieder die Flüssigkeit im Hilfsbehälter 7, wobei das Ventil 11 geschlossen wird, und nachher senkt sich der Flüssigkeitsspiegel im Entgasungsbehälter 1 bei fortschreitender Gasentweichung aus der Flüssigkeit erneut unter den oberen Rand der Öffnung des Steigrohres 8, wodurch wieder Gas aus dem Behälter 1 in den Hilfsbehälter aufsteigen und dann aus diesem in die Leitung 12 abziehen kann, nachdem das Ventil 11 sich geöffnet hat. Die beschriebenen Vorgänge wiederholen sich periodisch, so dass der Flüssigkeitsspiegel im Entgasungsbehälter 1 in engen Grenzen um das vorbestimmte Niveau 5 auf und ab pendelt, das auf der Höhe des oberen Randes der Öffnung am unteren Ende des Steigrohres 8 liegt.
Dabei wird aus dem Gaspolster oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Behälter 1 je Zeiteinheit die gleiche Gasmenge abgelassen, wie sie durch Entgasung der Flüssigkeit dem Gaspolster zugeführt wird. Der Druck im Gaspolster wird auf einem annähernd konstanten Wert aufrechterhalten, der dem Druck der durch die Rohrleitung 2 zugeführten Flüssigkeit entspricht.
Die entgaste Flüssigkeit wird unter praktisch dem gleichen Druck durch die Rohrleitung 6 weggeführt.
Weil die in horizontaler Richtung gemessene Weite der Öffnung am unteren Ende des Steigrohres 8 gegen den oberen Rand der Öffnung hin stetig abnimmt, wird der freie Durchtrittsquerschnitt für das Gas oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Behälter 1 bei den erwähnten Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels jeweils nicht plötzlich ganz geschlossen oder geöffnet, weshalb die Steuerung des Gasauslassventils 11 nicht schlagartig, sondern eher sanft erfolgt. Bei geeigneter Ausbildung und Dimensionierung des Steigrohres 8, dessen Öffnung und des Hilfsbehälters 7 lässt sich sogar ein annähernd kontinuierlicher Gasabzug durch die Leitung 12 erzielen, wenn der Druck der mittels der Rohrleitung 2 zugeführten Flüssigkeit und der dem Abfliessen der Flüssigkeit durch die Rohrleitung 6 entgegengesetzte Widerstand konstant bleiben.
Für die Erzielung einer besonders sanften Steuerung des Gasauslassventils 11 kann es von Nutzen und Vorteil sein, der Öffnung am unteren Ende des Steigrohres 8 eine spezielle Form zu geben. So ist es z. B. möglich, die untere Endpartie des Steigrohres 8 mit einem Längsschlitz zu versehen, der nach oben konvergierende Randkanten aufweist, die z. B. parabelförmigen Verlauf haben können. Bei einer anderen Ausführungsvariante kann die untere Endpartie des Steigrohres 8 mehrere verschieden hoch angeordnete Querbohrungen aufweisen, deren Durchlassquerschnitt gegen oben hin abnimmt.
Dabei können die übereinander angeordneten Querbohrungen verschiedene Durchmesser haben, oder es können alle Querbohrungen gleichen Durchmesser aufweisen, aber von unten nach oben in abnehmender Anzahl jeweils in einer horizontalen Reihe nebeneinander angebracht sein.
Um das vorbestimmte Niveau 5, um welches der Flüssigkeitsspiegel im Entgasungsbehälter 1 pendeln soll, verändern zu können, ist bei einer zweckmässigen Ausführung der Vorrichtung das Steigrohr 8 in vertikaler Richtung verstellbar am Entgasungsbehälter 1 angeordnet. Dadurch ist es möglich, die Arbeitsweise der Vorrichtung an den gegebenen Druck und den Gasgehalt der in der Rohrleitung 2 zugeführten Flüssigkeit optimal anzupassen.
Das beschriebene Entgasungsverfahren kann für zahlreiche und verschiedene Zwecke angewandt werden. Eine bevorzugte Anwendung ist jedoch die Entgasung von Trink-, Brauch-oder Badewasser, das durch eine Behandlung mit Ozon keimfrei gemacht worden ist. Die ausserordentlich starke keimtötende Wirkung von Ozon ist bekannt, ebenso die Entkeimung von Wasser mittels Ozon. Hierbei wird ein Ozon-Sauerstoff- oder ein Ozon-Luft-Gemisch in das Wasser eingeleitet, wobei das Ozon im Wasser in Lösung geht. Zweckmässig wird das Ozon im Überschuss zugeführt, während das Wasser durchwirbelt wird.
Das im Wasser nicht mehr lösbare, überschüssige Ozon ist für die meisten Verwendungszwecke des entkeimten Wassers wieder zu entfernen, bevor das Wasser an den oder die Verbraucher gelangt, da sonst das überschüssige Ozon erst an der Verbrauchsstelle des Wassers frei wird und dabei eine schädliche Wirkung auf Menschen und Tiere ausüben könnte. Die somit notwendige Entfernung des überschüssigen Ozons kann mit besonderem Vorteil durch das oben beschriebene Verfahren und mit der beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden, weil dann die in das Wasser investierte Druckenergie, die bei der Ozonbehandlung ohnehin erforderlich ist, um das Wasser durch die Injektordüse zu fördern, während des Entgasungsvorganges nicht verlorengeht, sondern in der abgehenden Rohrleitung 6 des Entgasungsbehälters 1 praktisch vollumfänglich wieder zur Verfügung steht.
Die Erfindung bringt eine Reihe von Vorteilen: Wie bereits erwähnt, besteht der Hauptvorteil der beschriebenen Vorrichtung und des mit ihr durchführbaren Entgasungsverfahrens darin, dass die entgaste Flüssigkeit unter praktisch dem gleichen Druck steht wie die zugeführte, zu entgasende Flüssigkeit, so dass eine Pumpe zum Wegfördern der entgasten Flüssigkeit wie auch zugehörige Steuer- und Sicherheitsgeräte entbehrlich sind. Die Entgasung der Flüssigkeit geschieht also ohne Einbusse der in die zugeförderte Flüssigkeit investierten Druckenergie.
Ein weiterer beträchtlicher Vorteil liegt darin, dass das Volumen des Entgasungsbehälters 1 viel kleiner sein kann als im Falle eines offenen Beruhigungs- und Entgasungsbeckens, wobei der Volumenunterschied im Falle der Entgasung von mit Ozon behandeltem Wasser in der Grössenordnung von 1 : 30 bis 1 : 60 liegt, je nach der vorgesehenen Verwendung des entgasten Wassers. Es leuchtet ein, dass dadurch erhebliche bauliche Einsparungen möglich sind.
Schliesslich kann noch als vorteilhaft erwähnt werden, dass wegen des kleineren Inhaltes des geschlossenen Entgasungsbehälters 1 der beschriebenen Vorrichtung im Vergleich zu einem offenen Beruhigungs- und Entgasungsbecken die Flüssigkeit weniger lange in dem Entgasungsbehälter verweilt, d. h. frühzeitig an den oder die Verbraucher weitergeleitet wird. Das ist deshalb von Bedeutung, weil das Ozon eine verhältnismässig kurze Zerfallzeit aufweist. Bei dem verhältnismässig langen Verweilen des ozonisierten Wassers in den bisher gebräuchlichen offenen Beruhigungs- und Entgasungsbecken hatte der natürliche Zerfall des im Wasser gelösten Ozons zur Folge, dass das aus dem Becken weggeführte Wasser nur noch verhältnismässig wenig gelöstes Ozon enthielt und daher nur eine geringe Resistenz gegen erneute Keimbildung im Wasser zeigte.
Das war ebenfalls ein Grund für die bisher häufig durchgeführte Nachbehandlung des Wassers mittels Chlor. Dieser Nachteil ist bei der beschriebenen Entgasung unter Druck behoben, weil das ozonisierte und entgaste Wasser frühzeitig aus dem Entgasungsbehälter an den oder die Verbraucher geleitet wird, d. h. bevor der natürliche Zerfall des gelösten Ozons erheblich fortgeschritten ist.