Vorrichtung zur Entgasung einer Flüssigkeit
Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung einer Flüssigkeit, die unter einem den Atmosphärendruck übersteigenden Druck steht. Die vorliegende Zusatzerfindung hat eine zweckmässige Weiterbildung der erwähnten Vorrichtung zum Gegenstand.
Gemäss dem Patentanspruch II des Hauptpatents ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, 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 Rohrleitungsquerschnift erweitert und oben mit einem Gasauslassventil versehen ist, und dass das Gasauslassventil in Abhängigkeit vom Niveau des Flüssigkeitsspiegels im Entgasungsbehälter automatisch derart be tätigbar 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.
Bei dem im Hauptpatent beschriebenen Ausführungsbeispiel der Entgasungsvorrichtung wird das Gasauslassventil unmittelbar durch einen Schwimmer betätigt, so dass es durch den hydrostatischen Auftrieb des Schwimmers geschlossen wird. Dabei befindet sich der Schwimmer in einem oberhalb des vorbestimmten Niveaus angeordneten Hilfsbehälter, von dem ein Steigrohr nach unten in den Entgasungsbehälter bis etwa zu dem vorbestimmten Niveau reicht. Das Gasauslassventil ist oberhalb des Schwimmers am Hilfsbehälter angeordnet.
Diese im Hauptpatent feschriebene Ausführungsform der Entasungsvorrichtung eignet sich vorzüglich zur Entgasung von wässerigen Lösungen, deren Gesamthärte (d. h. die Menge der im Wasser gelösten Ionen der Calzium- und Magnesiumsalze) die für Trink-, Brauch- und Badewasser üblichen Grenzen nicht überschreitet, also besonders für weiches bis mittelhar tests Wasser, dessen Härte zwischen 1 und 20 franz.
Härtegraden liegt. Schwierigkeiten können jedoch bei der Entgasung von harten und sehr harten Wässern (hohe Gehalte an Calzium- und Magnesiumsalzen) sowie bei Wassertypen mit besonders starker Mineralisation (Mineral- und Thermalwässer mit stark erhöhtem Sole-, Gips- oder Schwefelgehalt usw.) auftreten.
Die Gründe liegen darin, dass einerseits das unmittelbar durch einen Schwimmer betätigte Gasauslassventil in den meisten Fällen nicht ganz dicht abschliesst, und dass anderseits das abgeführte Gas einen sehr hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, weshalb es in dem verhältnismässig engen Gasabzugrohr leicht zu Kondenswasserbildung kommen kann. Bei weichem Wasser werden diese Kondenswassertröpfehen mit Leichtigkeit durch den Gasstrom mitgerissen. Bei sehr hartem Wasser und solchem mit besonderer Mineralisation besteht jedoch die Gefahr, dass çich in dem engen Gasabzugrohr und am Gas auslassventil, bedingt durch das Auskristallisieren der Mineralsalze, Krusten bilden, die sich störend bemerkbar machen und mit der Zeit das ganze Rohrvolumen ausfüllen und die Funktionsfähigkeit des Gasauslassventils beeinträchtigen können.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, den gerchil- derten Zustand zu vermeiden und eine solche Ausbildung der Entgasungsvorrichtung zu schaffen, dass mit ihr auch die Entgasung von Flüssigkeit mit einem besonders hohen Mineralgehalt einwandfrei möglich ist.
Dieses Ziel wird bei der Entgasungsvorrichtung gemäss vorliegender Erfindung dadurch erreicht, dass das Gaàuslassventil durch mindestens eine fremde Energiequelle betätigbar ist in Steuerabhängigkeit vom Niveau des Flüssigkeitsspiegels im Entgasungsbehälter. Für die Steuerung der Energiequelle kann vorzugsweise mindiestens eine Niveau-Schaltvorrichtung in einem Standrohr angeordnet sein, das unten und oben kommunizierend mit dem Entgasungsbehälter verbunden ist. Die Steuerung zwischen der Niveau-Schaltvorrichtung und dem Gasauslassventil kann z. B. elektrisch-pneumatisch, elektro-magnetisch oder auch rein pneumatisch oder hydraulisch ein.
Weitere Einzelheiten und deren Vorteile ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Aus führungsbeispieles und aus der zugehörigen Zeichnung, in welcher die erfindungsgemässe Vorrichtung rein beispielsweise und schematisch veranschaulicht ist.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Entgasungsvorrichtung, teils im vertikalen Schnitt und
Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Vorrichtung nach Fig. 1 in grösserem Massstab und im Vertikalschnitt.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Entgasungsbehälter 1 auf, der die Form eines aufrechten Zylinders hat und oben gasdicht geschlossen ist.
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 Rohrleitungg 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, auf welchem sich der Flüssigkeitsspiegel 5 im Behälter einstellen soll. Der Innendurchmesser des Behälters 1 ist mehrfach grösser als jener der Rohrleitung 2. Eine zweite Rohrleitung 6 zum Wegführen der entgasten Flüssigkeit ist nahe des Behälterbodens an den Behälter 1 angeschlossen. Vorzugsweise haben die beiden Rohrleitungen 2 und 6 die gleiche Querschnittsfläche.
Ein Gasabzugrohr 12 ist über ein Gasauslassventil 20 und ein Rohrstück 21 mit dem Oberteil des Entgasungsbehälters 1 verbunden. Die Steuerung des Gasauslassventils 20 geschieht auf elektrisch-pneumatischem Wege. Hierfür sind die folgenden Mittel und Massnahmen vorgesehen:
Das Gasauslassventil 20 ist durch eine längsbewegliche Stange 22 betätigbar, die gemäss Fig. 1 mit einem Kolben 23 oder einer entsprechenden flexiblen Membran in Verbindung steht. Eine Feder 24 ist derart angeordnet, dass sie durch ihre Federwirkung das Gasauslassventil 20 mittels der Stange 22 zu schliessen vermag.
Der Kolben 23 (oder die entsprechende Membran) begrenzt zusammen mit einem Gehäuse 25 eine Kammer 26, in welche Druckluft eingelassen werden kann, um den Kolben 23 (oder die Membran) entgegen dem Einfluss der Feder 24 zu bewegen, damit das Gasauslassventil 20 geöffnet wird. Die hierfür erforderliche Druckluft wird durch einen Kompressor 27 zubereitet.
dessen Ausgangsseite über eine Rohrleitung 28 mit einem Dreiwegventil 29 verbunden ist. Von diesem führen eine Rohrleitung 30 zur Kammer 26 im Gehäuse 25 und eine weitere Rohrleitung 31 in die Atmosphäre. Zur Betätigung des Dreiwegventils 29 ist ein Elektromagnet 32 vorhanden, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass im stromlosen Zustand des Elektromagneten 32 das Dreiwegventil 29 die Rohrleitung 28 absperrt und die beiden Rohrleitungen 30 und 31 miteinander verbindet, um die Kammer 26 zu entlüften, wogegen bei erregtem Elektromagneten 32 das Dreiwegventil 29 die Rohrleitung 31 absperrt und die beiden Rohrleitungen 28 und 30 miteinander verbindet, um Druckluft vom Kompressor 27 in die Kammer 26 einzulassen.
Parallel zum Entgasungsbehälter 1 verläuft ein Standrohr 33 aus Metall oder Glas, das unten durch ein Rohr 34 mit der Flüssigkeit des Entgasungsgefässes 1 und oben durch ein Rohr 35 mit dem Gaspolster im obersten Teil des Entgasungsbehälters 1 kommunizierend verbunden ist. In der Längsaxe des Standrohres 33 ist ein Stab 36 fest angeordnet, der drei in verschiedenen Höhenlagen angebrachte elektrische Niveau-Schaltvor- richtungen 37, 38 und 39 trägt, die auf verschiedene Niveaux der Flüssigkeit ansprechen.
Die beiden oberen Schaltvorrichtungen 37 und 38 steuern das Niveau des Flüssigkeitsspiegels 5 beim normalen Entgasungsprozess, indem die mittlere Schaltvorrichtung 38 jeweils eine elektrische Stromquelle 40 mit dem Elektromagneten 32 verbindet, wenn der Flüssigkeitsspiegel 5 bis auf das Niveau der Schaltvorrichiung 38 absinkt, wogegen die oberste Schaltvorrichtung 37 jeweils die Stromquelle 40 vom Elektromagneten 32 abschaltet, wenn der Flüssigkeitsspiegel 5 bis zum Niveau der Schaltvorrichtung 37 steigt. Die beiden Schaltvorrichtungen 37 und 38 haben einen Abstand von z. B. 15 cm, so dass das Flüssigkeitsniveau im Entgasungsbehälter 1 maximal um etwa 15 cm differieren kann. Die unterste Schaltvorrichtung 39, die z.
B. etwa 30 cm unterhalb der mittleren Schaltvorrichtung 38 angebracht ist, steht mit einem Schaltschützen 41 zur Sicherung der ganzen Anlage in Verbindung.
Die elektrischen Niveau-Schaltvorrichtungen 37, 38 und 39 können verschiedene konstruktive Ausbildung haben. Eine zweckmässige Ausführungsform ist in Fig. 2 veranschaulicht, die beispielsweise die oberste Schaltvorrichtung 37 im einzelnen zeigt. Die übrigen beiden Schaltvorrichtungen 38 und 39 können genau gleich ausgebildet sein.
Gemäss Fig. 2 ist der Stab 36 hohl; er enthält ein sogenanntes Reed-Relais 45 mit in einem Glaskolben angeordneten elektrischen Kontaktzungen, von denen die eine durch magnetische Kraft von aussen her betätigbar ist. Solche Reed-Relais sind dem Fachmann gut bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert zu werdien. Die Kontaktzungen des Reed-Relais 45 sind an ein Kabel 46 angeschlossen, das am einen Ende des hohlen Stabes 36 herausgeführt ist. Der Stab 36 durchdringt einen Schwimmer 47 aus leichtem Kunststoff, z. B.
Schaumstoff, der einen ringförmigen Permanentmagneten 48 trägt. Der Schwimmer 47 ist zusammen mit dem Magneten 48 mühelos längs des Stabes 36 aufwärts und abwärts bewegbar. Zur Begrenzung der Bewegbarkeit des Schwimmers 47 sind aussen am Stab 36 zwei ringförmige Anschläge 49 und 50 befestigt. Wenn der Schwimmer 47 am einen dieser Anschläge anliegt, nimmt die bewegliche Kontaktzunge des Reed-Relais 45 seine eine Schaltstellung ein, wogegen die andere Schaltstellung auftritt, wenn der Schwimmer sich gegen den andern Anschlag bewegt. Die Umschaltung wird durch die magnetische Kraftwirkung des Permanentmagneten 48 herbeigeführt.
Die Gebrauchs- und Wfrktmgsweise der beschriebenen Ausführungsform der Entgasungsvorrichtung ist kurz wie folgt:
Die durch die Rohrleitung 2 zugeführte Flüssigkeit wird mittels des Endteile 3 der Rohrleitung von unten nach oben in den Behälter 1 geleitet und tritt nun unterhalb des Flüssigkeisspiegels aus der Mündung 4 aus.
Die dabei plötzlich auftretende Querschnittserweiterung des Flüssigkeitsstromes bewirkt eine entsprechende Ver langs amung der Fliessgeschwindigkeit, was ein Entweichen d!er 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 Anschluss-stelle der Rohrleitung 6 hin begünstigt das Ausscheiden der ungelösten Gase.
Da das Gasauslassventil 20 zu nächst noch geschlossen ist, sammeln sich die Gasblasen über dem Flüssigkeitsspiegel 5 und bilden zusammen mit der im Behälter 1 noch eingeschlossenen Luft ein Gaspolster im oberen Teil des Behälters, wobei sich zwischen dem Druck im Gaspolster und jenem der Flüssigkeit ein Gleichgewichtszustand einstellt. Je mehr Gas der in den Behälter 1 einströmenden Flüssigkeit entwichen ist, um so weiter wird der Flüssigkeitsspiegel nach unten gedrückt. Im Standrohr 33 befindet sich der Flüssigkeitsspiegel stets auf der gleichen Höhe wie im Behälter 1.
Wenn das Niveau des Flüssigkeitsspiegels 5 so weit absinkt, dass der Schwimmer 47 der mittleren Niveau Schaltvorrichtung 38 sich nach unten bewegt, wird durch das Re ed-Relais 45 dieser Schaltvorrichtung 38 die Stromquelle 40 mit dem Elektromagneten 32 verbunden. Durch seine Erregung betätigt der Elektromagnet 32 dias Dreiwegventil 29 derart, dass die Rohrleitung 31 verschlossen und die Rohrleitung 28 mit der Rohrleitung 30 verbunden wird. Dadurch strömt Druckluft vom Kompressor 27 in die Kammer 26, was zur Folge hat, dass der Kolben 23 (oder die entsprechende Membran) sich entgegen dem Einfluss der Feder 24 bewegt und das Gasauslassventil 20 geöffnet wird.
Nun entweicht aus dem Behälter 1 Gas durch das Rohrstück 21 und das Gasabzugrohr 12, wobei der Flüssigkeitsspiegel 5 entsprechend ansteigt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel 5 das Niveau der obersten Niveau-Schaltvorrichtung 37 erreicht, wird der Schwimmer 47 dieser Schaltvorrichtung aufwärts bewegt, so durch das Reed-Relais 45 dieser Schaltvorrichtung betätigt und die Stromquelle 40 vom Elektromagneten 32 abgeschaltet wird. Das Dreiwegventil 29 kehrt nun unter dem Einfluss einer nicht dargestellten Rückführfedler in seine Ausgangslage zurück, bei welcher die Rohrleitung 28 des Kompressors 27 abgesperrt ist und die beiden Rohrleitungen 30 und 31 miteinander verbunden sind. Dadurch kann die Luft aus der Kammer 26 in die Atmosphäre entweichen, was der Feder 24 erlaubt, das Gasauslassventil 20 zu schliessen. Damit ist ein Zyklus beendet.
Die beschriebenen Vorgänge wiederholen sich sobald weiteres Gas aus der Flüssigkeit im Behälter 1 ausgeschieden wird. Somit pendelt der Flüssigkeitsspiegel 5 fortwährend zwischen den Niveaux der beiden Niveau Schaltvorrichtungen 37 und 38 hin und her, solange die ganze Entgasungsvorrichtung einwandfrei funktioniert.
Da das Gasauslassventil 20 durch eine von aussen zugeführte, verhältnismässig starke Kraftwirkung betätigt wird, nämlich durch die pneumatische Wirkung der Druckluft auf den Kolben 23 (oder eine entsprechende Membran) bzw. durch die Wirkung der Feder 24, vermögen Mineralsalze, die aus dem Dampf der Flüssigkeit im Behälter 1 ausgeschieden und im Bereich des Gasauslassventils 20 angelagert werden, die Funktionsfähig keit dieses Ventils nicht zu beeinträchtigen.
Wenn aus irgendeinem Grunde der Gasaustritt durch das Rohrstück 21, das Ventil 20 und das Gasabzugrohr
12 einmal verhindert sein sollte und fortwährend weitere gashaltige Flüssigkeit durch die Leitung 2, 3 in den Entgasungsbehälter 1 einströmt, dann nimmt das Gaspolster im oberen Teil des Behälters 1 ständig zu. Sobald in diesem Fall der Flüssigkeitsspiegel 5 bis auf das Niveau der untersten Niveau-Schaltvorrichtung 39 absinkt, betätigt diese Schalivorrichtung dag Sicherheits schaltschütz 41, welches seinerseits die weitere Flüssigkeitszufuhr zu der Leitung 2, 3 sperrt, einen akustischen Alarm auslöst und gegebenenfalls weitere Hilfseinrichtungen der Anlage ausschaltet. Auf diese Weise wird verhütet, dass Gas aus dem Gaspolster im Behälter 1 durch die abgehende Leitung 6 entweichen kann.
Im Fall, dass der Kompressor 27 oder die Stromquelle 40 ausfällt, wird das Gasauslassventil 20 unter dem Einfluss der Feder 24 automatisch geschlossen, wodurch verhütet ist, dass die Flüssigkeit aus dem Behälter 1 durch das Gasabzugrohr 12 entweichen kann. Wenn das Ventil 20 geschlossen bleibt, tritt einige Zeit später der vorstehend beschriebene Fall ein, dass die unterste Niveau-Schaltvorrichtung 39 anspricht und das Schaltschütz 41 betätigt wird.
Grundsätzlich könnten die Niveau-Schaltvorrichtun- gen 37, 38 und 39 auch im Innern des Entgasungsbehälters 1 angeordnet sein, doch ist die in Fig. 1 dargestellte Anordnung in einem Standrohr 33 vorteilhafter, weil der Flüssigkeitsspiegel 5 im Behälter 1 wegen des Entgasungsvorganges unruhig ist, wogegen im Standrohr 33 die Flüssigkeitssäule ruhig ist. Zu dieser Tatsache trägt die Massnahme bei, dass das untere Anschlussrohr 34 des Standfohres nahe bei der Mündung der abgehenden Flüssigkeitsleitung 6 liegt, weshalb bereits entgaste Flüssigkeit in das Standrohr 33 gelangt.
Bei nicht dargestellten Varianten des beschriebenen Ausführungsbeispieles kann anstelle der elektrisch-pneumatischen Steuerung des Gasauslassventils 20 eine solche auf rein elektromagnetischem, auf rein pneumatischem oder auf rein hydrauliçchem Wege vorhanden sein. In allen diesen Fällen erfolgt die Steuerung zweckmässig durch Niveau-Schaltvorrichtungen, die je einen Schwimmer aufweisen. So kann das Gasauslassventil durch die Wirkung einer Feder schliessbar sein, wie das Ventil 20 durch die Feder 24, wogegen zum Öffnen des Gasauslassventils z. B. ein Elektromagnet (nicht gezeigt) vorhanden sein kann, der durch die Niveau-Schaltvorrichtungen 38 bzw. 37 an eine Stromquelle anschliessbar bzw. von dieser abschaltbar ist.
Die beschriebene Entgasungsvorrichtung 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-Sauerstoffoder 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 entkeimtlen 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 aus üben könnte. Die somit notwendige Entfernung des überschüssigen Ozons kann mit besonderem Vorteil 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 lujektordüse zu fördiern, während des Entgasungsvorganges nicht verlorengeht, sondern in der abgehenden Rohrleitung 6 des Entgasungsbehälters 1 prkatisch vollumfänglich wieder zur Verfügung steht.