DE102012000221A1 - Method and apparatus for separating gas from a medium stored in a reservoir - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Gas aus einem in einem Reservoir bevorrateten Medium.
Ein Verfahren zur Abtrennung von Gas (22) aus einem in einem Reservoir (12, 12a–12d) bevorrateten Medium (20), wobei gasangereichertes Medium (20) aus dem Reservoir (12, 12a–12d) in eine medienführend mit dem Reservoir (12, 12a–12d) verbundene Separiereinrichtung (10, 10b–10d) geführt wird, wobei in der Separiereinrichtung (10, 10b–10d) ein Unterdruck gegenüber dem Reservoir (12) herrscht, und wobei das in der Separiereinrichtung (10, 10b–10d) aus dem Medium (20) entwichene Gas (22) aus der Separiereinrichtung (10, 10b–10d) führbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck in der Separiereinrichtung (10, 10b–10d) dadurch erzeugt wird, dass gasreduziertes Medium (20') von der Separiereinrichtung (10, 10b–10d) zum Reservoir (12, 12a–12d) und entsprechend einem einstellbaren Differenzdruck zwischen dem Reservoir (12, 12a–12d) und der Separiereinrichtung (10, 10b–10d) gasangereichertes Medium (20) vom Reservoir (12, 12a–12d) zur Separiereinrichtung (10, 10b–10d) geführt wird.Method and apparatus for separating gas from a medium stored in a reservoir.
A method for separating gas (22) from a medium (20) stored in a reservoir (12, 12a-12d), wherein gas-enriched medium (20) from the reservoir (12, 12a-12d) into a media carrying with the reservoir ( 12, 12a-12d), wherein a negative pressure prevails in the separating device (10, 10b-10d) relative to the reservoir (12), and in which the separating device (10, 10b-10d) 10d) from the medium (20) escaped gas (22) from the separating device (10, 10b-10d) is feasible, characterized in that the negative pressure in the separating device (10, 10b-10d) is generated by the fact that gas-reduced medium (20 ') from the separating means (10, 10b-10d) to the reservoir (12, 12a-12d) and according to an adjustable differential pressure between the reservoir (12, 12a-12d) and the separating means (10, 10b-10d) gas-enriched medium (20) from the reservoir (12, 12a-12d) to the separating device (10, 10b-10d) is performed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Gas aus einem in einem Reservoir bevorrateten Medium, wobei gasangereichertes Medium aus dem Reservoir in eine medienführend mit dem Reservoir verbundene Separiereinrichtung geführt wird, wobei in der Separiereinrichtung ein Unterdruck gegenüber dem Reservoir herrscht, und wobei das in der Separiereinrichtung aus dem Medium entwichene Gas aus der Separiereinrichtung führbar ist.The invention relates to a method for separating gas from a stored in a reservoir medium, said gas enriched medium from the reservoir is guided in a media leading connected to the reservoir separating means, wherein in the separating a negative pressure relative to the reservoir prevails, and wherein in the Separating device from the medium escaped gas from the separating device is feasible.
Eine Anreicherung von Gas in einem Medium, wie von Luft in Hydrauliköl, kann beispielsweise in einem Hydraulikkreislauf mitunter zu einer Beeinträchtigung von sicherheitsrelevanten Komponenten und deren Funktionen führen. Luft kann die Steifigkeit hydraulischer Antriebe und unter Umständen auch die Funktionsfähigkeit von Ventilen verringern. Bislang ist Luft aus Hydrauliköl hauptsächlich dadurch abgetrennt bzw. abgeschieden worden, dass das Hydrauliköl mit einer längeren Verweilzeit im Tank belassen worden ist, so dass Luft aus dem Hydrauliköl entweichen kann. Mit zunehmend kürzeren Verweilzeiten im Vorratstank und reduzierten Tankvolumina bis hin zum vollständigen Entfall eines Vorratstanks wird nunmehr eine Teilmenge des Mediums zur Abtrennung von Gas in eine typischerweise mit Vakuumdruck beaufschlagte Separiereinrichtung geführt. Nach Entweichen des Gases aus dem Medium wird das abgetrennte Gas aus der Separiereinrichtung und in der Regel vollständig aus dem Hydraulikkreislauf geführt.An enrichment of gas in a medium, such as air in hydraulic oil, for example, in a hydraulic circuit can sometimes lead to an impairment of safety-related components and their functions. Air can reduce the rigidity of hydraulic actuators and, under certain circumstances, the functionality of valves. So far, air has been separated from hydraulic oil mainly by the fact that the hydraulic oil has been left with a longer residence time in the tank, so that air can escape from the hydraulic oil. With increasingly shorter residence times in the storage tank and reduced tank volumes up to complete elimination of a storage tank, a subset of the medium for separating gas is now fed into a separating device which is typically subjected to vacuum pressure. After escaping the gas from the medium, the separated gas from the separating and usually completely out of the hydraulic circuit.
Eine gemäß dem Verfahren der eingangs genannten Art betreibbare Vorrichtung zum Trennen von Fluidgemischen ist aus
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das Verfahren zur Abtrennung von Gas aus einem in einem Reservoir bevorrateten Medium in einfacher, bauraumsparender, und wenige Komponenten erfordernder Weise durchzuführen.The object of the invention is to carry out the method for separating gas from a reservoir stored in a medium in a simple, space-saving, and requiring few components way.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 in seiner Gesamtheit. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Unterdruck in der Separiereinrichtung dadurch erzeugt wird, dass gasreduziertes Medium von der Separiereinrichtung zum Reservoir und entsprechend einem einstellbaren Differenzdruck zwischen dem Reservoir und der Separiereinrichtung gasangereichertes Medium vom Reservoir zur Separiereinrichtung geführt wird. Auf diese Weise kann eine separate, den Unterdruck in der Separiereinrichtung erzeugende Pumpe entfallen.This object is achieved by a method having the features of claim 1 in its entirety. The method according to the invention is characterized in that the negative pressure in the separating device is produced by passing gas-reduced medium from the separating device to the reservoir and gas-enriched medium from the reservoir to the separating device in accordance with an adjustable differential pressure between the reservoir and the separating device. In this way, a separate, the negative pressure in the separating device generating pump can be omitted.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Medium abwechselnd von der Separiereinrichtung zum Reservoir zur Erzeugung des Unterdruckes in der Separiereinrichtung und vom Reservoir zur Separiereinrichtung zum Austrag von Gas aus der Separiereinrichtung geführt. In einem ersten Abschnitt wird weitestgehend gasfreies Medium von der Separiereinrichtung zum Reservoir geführt. Entsprechend der aus der Separiereinrichtung entnommenen Teilmenge an Medium wird der dort herrschende Druck reduziert und ein Unterdruck erzeugt. In einem zweiten Abschnitt, der sich unmittelbar oder nach einer vorgebbaren Zeit an den ersten Abschnitt anschließt, wird mit Gas angereichertes Medium vom Reservoir zur Separiereinrichtung geführt und der dortige Füllstand an Medium erhöht, so dass das aus dem Medium entwichene Gas, in einem Teilvolumen der Separiereinrichtung oberhalb des Mediums gesammeltes Gas komprimiert und bei einem einen vorgebbaren Gasdifferenzdruck überschreitenden Gasüberdruck aus der Separiereinrichtung geführt wird. An den zweiten Abschnitt schließt sich mit Verzögerung oder unmittelbar wieder der erste Abschnitt an, wodurch der Zyklus geschlossen ist. In dieser Variante kann das erfindungsgemäße Verfahren bei schnellen Wechselzeiten unter Beachtung der Aufstiegszeit quasi-kontinuierlich durchgeführt werden.In a preferred variant of the method according to the invention, medium is conducted alternately from the separating device to the reservoir for generating the negative pressure in the separating device and from the reservoir to the separating device for discharging gas from the separating device. In a first section, largely gas-free medium is conducted from the separating device to the reservoir. According to the subset of medium taken from the separating device, the pressure prevailing there is reduced and a negative pressure is generated. In a second section, which adjoins the first section immediately or after a predeterminable time, medium enriched with gas is conducted from the reservoir to the separating device and the level of medium there is increased, so that the gas escaped from the medium, in a partial volume of the medium Separating device compressed above the medium separating gas and at a predetermined gas differential pressure exceeding gas overpressure from the separating device is performed. The second section is followed by a delay or immediately back to the first section, whereby the cycle is closed. In this variant, the method according to the invention can be carried out quasi-continuously in the case of rapid changeover times taking into account the ascent time.
Vorteilhafterweise erfolgt die Überführung von Medium zwischen dem Reservoir und der Separiereinrichtung mittels einer Transfereinrichtung, wie einer Pumpe. Die Pumpe kann als Konstantpumpe, insbesondere als Zahnradpumpe, ausgebildet sein. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich bei Verwendung einer einzigen reversierbaren Pumpe zum Medientransport zwischen der Separiereinrichtung und dem Reservoir. Alternativ kann die Umkehrung der Förderrichtung auch durch den Einsatz einer geeigneten Ventilschaltung erfolgen. Es können jedoch auch zwei, einer jeweiligen Transport- bzw. Förderrichtung zugeordnete Pumpen vorgesehen sein. Andere Transfereinrichtungen, wie mit Ventilen verschaltete Arbeitszylinder, sind ebenfalls einsetzbar.Advantageously, the transfer of medium between the reservoir and the separating means by means of a transfer device, such as a pump. The pump can be designed as a fixed displacement pump, in particular as a gear pump. A particularly simple structure results when using a single reversible pump for media transport between the separating and the reservoir. Alternatively, the reversal of the conveying direction can also take place by the use of a suitable valve circuit. However, it is also possible to provide two pumps assigned to a respective transport or conveying direction. Other transfer devices, such as valve-connected working cylinders, can also be used.
Besonders bevorzugt wechselt die Pumpe zeitgesteuert zwischen einer ersten Richtung zur Überführung von Medium von der Separiereinrichtung zum Reservoir und einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung zur Überführung von Medium vom Reservoir zur Separiereinrichtung. Bei einer derartigen zeitgesteuerten Richtungsumkehr kann jegliche Sensorik zur Messung der Füllstandshöhe des Mediums in der Separiereinrichtung und/oder im Reservoir entfallen. Eine zeitgesteuerte Befüllung kann auch durch geeignete Ventilschaltung nebst einer entsprechenden Ansteuerung erfolgen. Eine Füllstandserfassung ist ebenfalls möglich. Eine andere Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Richtungsumkehr über eine Messung der Füllstandshöhe bei Überschreiten eines bestimmten Füll stands in die Wege geleitet wird. Particularly preferably, the pump changes over time between a first direction for transferring medium from the separating device to the reservoir and a second direction opposite to the first direction for transferring medium from the reservoir to the separating device. With such a time-controlled reversal of direction, any sensor system for measuring the level of the medium in the separating device and / or in the reservoir can be dispensed with. A time-controlled filling can also be done by suitable valve switching together with a corresponding control. A level detection is also possible. Another variant is characterized in that the direction reversal is conducted via a measurement of the level height when exceeding a certain fill levels in the way.
Weiter ist es vorteilhaft, dass der bevorzugt 0,5 bar betragende Differenzdruck zwischen der Separiereinrichtung und dem Reservoir über ein Druckbegrenzungsventil oder Druckregelventil eingestellt wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei Erzeugung eines Unterdrucks in der Separiereinrichtung durch Entnahme von Medium eine bestimmte Menge an gasangereichertem Medium vom Reservoir in die Separiereinrichtung geführt wird, wo dann das Gas aus dem Medium entweichen kann. Zweckmäßigerweise sind die Anschlussstelle zur Entnahme von gasreduziertem Medium in einem unteren Bereich der Separiereinrichtung und die Anschlussstelle zur Zuführung von gasangereichertem Medium über das Druckbegrenzungsventil in einem oberen Bereich der Separiereinrichtung angeordnet. Beim Entweichen von Gas aus dem in der Separiereinrichtung enthaltenen, dort weitestgehend ruhenden Medium wandern Gasbläschen im Medium „naturgemäß” von unten nach oben und entweichen an einer oberen Grenzfläche aus dem Medium. In einem sich an die Grenzfläche anschließenden Teilvolumen der Separiereinrichtung wird das aus dem Medium entwichene Gas gesammelt und aus der Separiereinrichtung geführt.Furthermore, it is advantageous that the differential pressure, which is preferably 0.5 bar, is set between the separating device and the reservoir via a pressure limiting valve or pressure regulating valve. In this way it is ensured that when generating a negative pressure in the separating device by removing medium a certain amount of gas-enriched medium from the reservoir in the separating device is performed, where then the gas can escape from the medium. Expediently, the connection point for removing gas-reduced medium in a lower region of the separating device and the connection point for supplying gas-enriched medium are arranged via the pressure limiting valve in an upper region of the separating device. When gas escapes from the medium contained in the separating device, where it is largely stationary, gas bubbles in the medium "naturally" migrate from bottom to top and escape from the medium at an upper boundary surface. In a subsequent to the interface partial volume of the separating device, the gas escaped from the medium is collected and fed from the separating device.
In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in der Separiereinrichtung aus dem Medium entwichene und gesammelte Gas zurück in das Reservoir geführt. Hierfür kann ein weiteres Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein, mittels dessen der bevorzugt 0,3 bar betragende Gasdifferenzdruck zwischen der Separiereinrichtung und dem Reservoir eingestellt wird. Das weitere Druckbegrenzungsventil ist zweckmäßigerweise an das das gesammelte Gas enthaltende Teilvolumen der Separiereinrichtung angeschlossen, aus welchem bei den Gasdifferenzdruck übersteigendem Gasüberdruck Gas in ein ebenfalls Gas enthaltendes Teilvolumen des Reservoirs überführt wird.In a further preferred variant of the method according to the invention, the gas which has escaped and collected from the medium in the separating device is fed back into the reservoir. For this purpose, a further pressure relief valve may be provided, by means of which the preferred 0.3 bar gas differential pressure between the separating and the reservoir is set. The further pressure limiting valve is expediently connected to the partial volume of the separating device containing the collected gas, from which gas is transferred into a partial volume of the reservoir which also contains gas when the gas overpressure exceeds the gas differential pressure.
Die Erfindung umfasst weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend eine medienführend mit einem Reservoir für Medium verbindbare Separiereinrichtung und Mittel, insbesondere eine Pumpe, zur Überführung von Medium zwischen der Separiereinrichtung und dem Reservoir. Das Reservoir kann ein Tank oder eine fluidführende Leitung sein.The invention further comprises a device for carrying out the method according to the invention, comprising a separating device that can be connected to a reservoir for medium and means, in particular a pump, for transferring medium between the separating device and the reservoir. The reservoir may be a tank or a fluid-carrying conduit.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Reservoir integraler Bestandteil der Vorrichtung. Die Separiereinrichtung und das Reservoir sind vorteilhafterweise einstückig, insbesondere als Kunststoffteil gefertigt. Auf diese Weise wird ein in einfacher Weise herstellbarer, kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht. Zur Einstellung einer definierten Druckdifferenz zwischen dem Reservoir und der Separiereinrichtung ist zweckmäßigerweise ein Druckbegrenzungsventil oder Druckregelventil vorgesehen.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the reservoir is an integral part of the device. The separating device and the reservoir are advantageously made in one piece, in particular as a plastic part. In this way, a simple producible, compact design of the device according to the invention is achieved. To set a defined pressure difference between the reservoir and the separating device, a pressure limiting valve or pressure regulating valve is expediently provided.
Sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als auch die erfindungsgemäße Vorrichtung führen zu einer Reduzierung der zur Abtrennung von Gas aus dem Medium benötigten Zeit sowie zu einer Reduzierung des Konstruktionsaufwandes zur Realisierung der Gasabtrennung. Durch den Einsatz einer zeitgesteuert im Wechselbetrieb betriebenen, in jeweils einer Medientransportrichtung betreibbaren Pumpe werden nur wenige Komponenten benötigt und dadurch insbesondere die Störanfälligkeit reduziert. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit mit einer konventionellen Pumpe nebst Ventilschaltung die erfindungsgemäße Lösung zu verwirklichen.Both the inventive method and the device according to the invention lead to a reduction of the time required for the separation of gas from the medium as well as to a reduction of the design effort to realize the gas separation. By using a time-controlled operated in alternating operation, operable in each case in a media transport direction pump only a few components are needed, thereby reducing the susceptibility in particular. However, it is also possible with a conventional pump together with valve circuit to realize the solution according to the invention.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren der Zeichnung. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die weiter angeführten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwirklicht sein. Es zeigt:Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description and the figures of the drawing. The features shown in the figures are purely schematic and not to scale. According to the invention, the above-mentioned and the further mentioned features can be realized individually or in any desired combinations with one another. It shows:
In der Separiereinrichtung
Die Pumpe
Bei der erfidungsgemäßen Ausgestaltung zur Durchführung des Verfahrens können sowohl Sensoren zur Messung der Füllstandshöhe des Mediums
Eine besondere Form eines im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Reservoirs
Alternative Ausführungsformen des Reservoirs
Die in den
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