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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten.
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Unter dem Begriff Entgasung versteht man die Entfernung von in Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, gelösten Gasen wie Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2), Kohlendioxyd (CO2) und den Edelgasen der Atmosphäre. Je nach dem verfahrenstechnischen Prozess können diese Gase gemeinsam oder einzelne störend wirken.
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Als Flüssigkeiten kommen alle Arten von Flüssigkeiten in Betracht, also nicht nur Wasser, sondern beispielsweise auch mineralische und synthetische Öle, wie z. B. Fomblinöl und Gylcol.
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So fordert z. B. die DIN EN 285 (Dampfsterilisation von Medizinprodukten) eine Grenze für (alle) kondensierbaren Gase im Speisewasser von ≤ 3,5% Nichtkondensierbare Gase können im Prozess der Dampfsterilisation zur Senkung der Sterilisationstemperatur führen und somit die prozesstechnische Wirksamkeit beeinträchtigen.
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Auch zur Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb von Heizungsanlagen wird angestrebt, vor der Befüllung die im Trinkwasser befindlichen Gase, insbesondere den korrosiven Sauerstoff, zu entfernen.
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Im Heizungswasser vorhandene Gase können zu vielen Problemen wie z. B. Korrosion, schnellere Pumpenabnutzung durch Kavitation, Minderung des Wärmetransportes und störenden Geräusche führen.
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Spezielle lebensmitteltechnische Prozesse wie in Brauereien haben das bevorzugte Ziel, den vorhandenen Sauerstoff zu entfernen, u. a. um Geschmacksbeeinflussungen zu vermeiden. Der Sauerstoffanteil in Trinkwasser ist abhängig von der Temperatur und beträgt zwischen 10–15°C und Umgebungsdruck ca. 10 ppm.
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Entgasungsanlagen basieren primär auf physikalischen Verfahren, auf Grund der Tatsache, dass nicht kondensierbare Gase bei Temperaturen über dem Siedezustand wasserunlöslich sind und die Siedetemperatur des Wassers dabei abhängig vom Druck ist. Folglich versteht man unter dem Begriff „thermische Druckentgasung” Verfahren, bei denen die Entfernung gelöster Gase aus Wasser mit Niederdruckdampf aus einer Dampfkesselanlage erfolgt (z. B. 106°C und 1,3 bar). Dies beruht auf der Tatsache, dass Wasser bei Drücken über dem Atmosphärendruck erst bei Temperaturen über von 100°C siedet.
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Bei einer „Vakuumentgasung” erfolgt die Entfernung von in Flüssigkeiten gelösten Gasen, bei Drücken unter Atmosphärendruck und einer Temperatur von unter 100°C, da Wasser so unter dem Atmosphärendruck zum Sieden gebracht wird.
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Bei der Aufbereitung von Trinkwasser werden speziell zur Entfernung überschüssigen, nicht löslichem Kohlenstoffdioxid CO2-Rieseler (Rieselentgaser) verwendet. Dabei wird der Entgasungsprozess durch Versprühen des Wassers beschleunigt, bevor es über einen Füllkörper zur Oberflächenvergrößerung nach unten abfließt. Dabei wird das freigesetzte CO2 durch Luft ausgetrieben, die im Gegenstrom von unten nach oben geführte wird.
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Ein weiteres Verfahren zur Entfernung aller, speziell im Wasser befindlicher kondensierbaren Gase ist die Membranentgasung. Dabei wird das zu entgasende Wasser entlang von Hohlfaser-Membranbündeln geführt, durch die Gas leicht diffundieren aber kein Wasser permeieren kann. Auf der anderen Membranseite im Inneren der Hohlfaser wird durch den Einsatz von CO2 und Anlegen von Vakuum ein starkes treibendes Konzentrationsgefälle des Sauerstoffs zur Strippgasseite und damit eine effiziente Entgasung erreicht. Durch die Gegenstromführung bleibt das ausgeprägte Konzentrationsgefälle auch bei nur noch geringem Sauerstoffgehalt im Wasser erhalten. Dadurch können bei entsprechender Dimensionierung, d. h. Reihenschaltung von Membranmodulen, Restsauerstoffwerte unter 0,02 ppm erreicht werden.
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Weiterhin werden auch chemische Verfahren zur Bindung/Abreaktion speziell von Sauerstoff in sauerstofffreier Atmosphäre, auch katalytische Entgasung, eingesetzt.
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Der aktuelle wissenschaftliche Kenntnisstand bezüglich der Entgasung von Flüssigkeiten beinhaltet alle vorgenannten Techniken:
Bereits im Markt der Aufbereitung von Heizungswasser erhältlich sind Vorrichtungen zur Entgasung von Heizungswasser mittels Druckabsenkung in einem Druckbehälter („Luftabscheider Spirovent® Super”, Fa. Spirotech B. V., Helmon/NL). Hierbei wird dem Druckbehälter warmes Heizungswasser aus der Heizungsanlage zugeführt, der Druckbehälter abgesperrt und zur Freisetzung von im Heizungswasser vorhandenem Gas wird der Druck im Druckbehälter mittels einer Vakuumpumpe abgesenkt.
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In der gattungsbildenden
DE19801501A1 ist ein Verfahren zur Entgasung von Heizungswasser für eine Heizungsanlage beschrieben. Dabei erfolgt die Entgasung des warmen Heizungswassers in einem starren Druckbehälter, der nach Befüllung abgesperrt und dann zur Freisetzung von Gasen abgekühlt wird. Durch die Abkühlung entsteht im Druckbehälter ein Unterdruck, welcher die vorhandenen Gase als Blasen aufsteigen lässt, welche über eine Entgasungsleitung abgeführt werden. Als Varianten sind verschiedenen Verfahren der Abkühlung des Heizungswassers beschrieben, wie Verwendung der Wärme zur Aufheizung von noch kaltem Heizungswasser außerhalb des Druckbehälters und durch Abkühlung mittels zirkulierender Luft.
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Die
DE 102007006650 schlägt vor, Wasser zur Entgasung durch Mikrowellen zu erhitzen und die Erhitzung mit oder ohne geringem Überdruck zu erreichen. Dort ist die Anwendung von „Haushaltsmikrowellen” mit bekannten 2,45 GHz Frequenzen bis zu industrieüblichen höheren Frequenzen von z. B. 5,8 GHz in einem starren Gefäß beschrieben. Dabei handelt es sich um eine reine Wassererwärmung, die zu einer Erhitzung mit gleichmäßiger Ausgasung, weniger Destillat, reduzierter Wiederlösung und geringem Siedeverzug führt.
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Weiterhin beschreibt die
EP0588345B1 eine Vorrichtung zur Entgasung des Speisewassers bei einer Dampferzeugungsvorrichtung, wobei die Funktionen der Speisewasserentgasung und die der Kesselnachspeisung in einer Einheit kombiniert sind: Wenn das Nachspeisewasser im Nachspeisebehälter aufgeheizt wird, findet gleichzeitig eine thermische Entgasung statt, wobei die Inertgase und die Dampfschwaden über eine Entlüftungsleitung abgezogen werden können.
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Die
EP0322473 beschreibt eine Vorrichtung zur Wasserentgasung eines hydraulischen Funken-Stoßwellen-Erzeugers.
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Weiterhin ist bekannt, dass mittels Ultraschall in Flüssigkeiten ein hochfrequentes Wechseldruckfeld aufgebaut werden kann und lokale Druckunterschiede entstehen können. Dabei kommt es zur Bildung von Kavitationsblasen im Unterdruckbereich, als deren Ursprung die gelösten Gase gelten. Auf dieser Grundlage können beschallte Flüssigkeiten von Mikrobläschen befreit werden, so dass gelöste Gase aufsteigen und deren Konzentration in der Flüssigkeit unter das natürliche Gleichgewichtsniveau gesenkt wird. Dabei unterstützen die Ultraschallwellen sowohl die Annäherung als auch das Zusammenwachsen nahegelegener Blasen und führen so zu einer beschleunigten Aggregation von zunächst kleinen Gasblasen. Außerdem können Ultraschallwellen Bläschen von der Gefäßwand ablösen und solche, die sich unter der Flüssigkeitsoberfläche befinden, aus der Oberfläche aufsteigen lassen. So können die Blasen das enthaltene Gas aus der Flüssigkeit an die Umgebungsluft abgeben [1–3].
[1] http://www.hydrogroup.de/fileadmin/redakteur/pdf/Produkthandbuch/entgasung-grundlagen-r4i1-de.pdf
[2] Freund, Andreas; Experimentelle Untersuchung und Auslegung von ministrukturierten Verdampfern unterschiedlicher Bauweise; Dissertation; Universität Stuttgart; Logos Verlag Berlin, 2010
[3] www.hielscher.com/ultraschall/degassing_01.htm
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An den am häufigsten mit Batch-Verfahren eingesetzten Vorrichtungen für Heizungswasser ist speziell problematisch, dass die Entgasung in festen Druckbehältern erfolgt und die entgaste Flüssigkeit bzw. das entgaste Wasser mit weiterem Wasser ausgetrieben werden muss. Dabei kommt es zwischen dem entgasten Wasser und dem noch nicht entgasten Nachspülwasser zu einer Vermischung, welche zu einem Teileintrag von nicht entgaster Flüssigkeit in den Prozess führt. Unter Batch-Verfahren versteht man allgemein ein diskontinuierliches Verfahren, bei dem unterschiedliche Teilschritte nacheinander im selben Reaktionsbehälter durchgeführt werden. Man nennt dies auch ”Chargenbetrieb”.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass bei einfachem Aufbau und geringem Energieverbrauch eine einwandfreie Entgasung von Flüssigkeiten erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Grundidee der Erfindung ist ein flexibel expandierbarer und komprimierbarer Behälter, der die zu entgasende Flüssigkeit aufnimmt und der in einem starren Gehäuse angeordnet ist. Der flexible Behälter ist dabei so dimensioniert, dass bei Atmosphärendruck zwischen ihm und dem Gehäuse ein Hohlraum vorhanden ist. Dieser Hohlraum ist an eine Pumpe oder eine Unterdruckquelle angeschlossen, die einen Unterdruck erzeugt. Die Expansion des flexiblen Behälters ist begrenzt.
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In einem ersten Schritt wird durch Anlegen eines Unterdruckes an den Hohlraum und damit an den Behälter eine Entgasung der Flüssigkeit erreicht. In einem zweiten Schritt wird ein Überdruck auf den flexiblen Behälter aufgebracht, so dass das Gas und die entgaste Flüssigkeit ausgetrieben werden. Zum Austreiben der entgasten Flüssigkeit wird also keine weitere, nicht entgaste Flüssigkeit benötigt. Somit erlaubt die Erfindung, vollständig entgaste Flüssigkeit zu erzeugen.
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Der Behälter ist vorzugsweise ein dehnbares, schlauchähnliches Raumvolumen in einer festen Ummantelung und vorzugsweise ein zylinderförmiger Butylkautschukschlauch.
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Am oberen Ende des Behälters ist ein Entgasungsanschluss angebracht, der beispielsweise ein konischer Ansatz ist, der in den Behälter mündet und zur Sammlung und Ableitung der freigesetzten, nicht kondensierbaren Gase dient.
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Vorzugsweise ist der Behälter an seiner Unterseite über eine Bodenplatte an dem Gehäuse befestigt, das vorzugsweise ein vakuumfestes Metallgehäuse ist.
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Der Unterdruck wird über eine Vakuumpumpe oder aus einem Unterdruckgefäß mittels eines Ventils in den Hohlraum des Gehäuses geleitet, der den Unterdruck auf den flexiblen Behälter überträgt und so zu einer Entgasung der Flüssigkeit führt.
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Vorzugsweise kann zur Beschleunigung des Entgasungsvorganges anstatt der Bodenplatte auch ein Schwingungserzeuger befestigt sein, der insbesondere eine Ultraschallquelle ist, die die Blasenbildung anregt, ohne jedoch eine relevante Temperaturerhöhung zu bewirken. Die Anregungsfrequenz richtet sich nach Art der Flüssigkeit und die erforderliche Leistung des an die Ultraschallquelle angeschlossenen Ultraschallgenerators ist abhängig von der Geometrie, insbesondere der Länge des Raumvolumens des Behälters. Speziell für die Entgasung von Wasser zeigt es sich in Versuchen des Erfinders, dass eine Anregungsfrequenz von circa 25 kHz mit einem Sweep von circa 500 Hz zu einer wesentlichen Beschleunigung der Entgasung führt. Bei einer Geometrie des Behälters mit Kreisdurchmesser von 65 mm und einer Länge von 400 mm zeigt sich eine optimale Leistung des Ultraschallgenerators bei 45 Watt.
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Die nicht kondensierbaren Gase werden nach Abschluss des Entgasungsvorganges mittels eines im Vergleich zum Druck im Hohlraum des Gehäuses noch geringerem Druck aus dem Entgasungsanschluss über einen Schlauch oder einer Rohrleitung abgesaugt.
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Die im Batch-Verfahren arbeitende Vorrichtung kann durch zwei oder mehrere Systeme gleicher Bauart gestaltet sein, wobei der nicht mehr benötigte Unterdruck in einer Teilvorrichtung zur anderen Teilvorrichtung geleitet werden kann und so den Energieverbrauch der Pumpe reduziert.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:
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1 Eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Entgasung von Flüssigkeiten nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 Eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Entgasung von Flüssigkeiten nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 Eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Entgasung von Flüssigkeiten nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 Eine Teilansicht einer Vorrichtung zur Entgasung von Flüssigkeiten nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 Ein Messdiagramm des zeitlichen Verlaufes der Entgasung bei verschiedenen Temperaturen;
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6 Ein Messdiagramm des zeitlichen Verlaufes der Entgasung mit und ohne Ultraschalleinwirkung; und
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7 Ein Ausführungsbeispiel mit zwei antiparallel arbeitenden Vorrichtungen nach der Erfindung.
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Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Die Vorrichtung hat ein druck- und vakuumfestes Gehäuse 1, in dessen Innerem ein flexibler Behälter 2 angeordnet ist, der mit der zu entgasenden Flüssigkeit befüllt werden kann. Das Gehäuse 1 ist vorzugsweise ein Metallgehäuse. Der Behälter 2 bildet ein expandierbares und komprimierbares Raumvolumen. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dieser Behälter 2 ein schlauchähnliches Gebilde aus Butylkautschuk. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Behälter auch andere Formen haben kann, wie z. B. eine ballonartige Form.
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Eine obere Wand 3 und eine untere Wand 4 des Behälters 2 sind jeweils an einer Innenwand des Gehäuses 1 befestigt. Diese Wände 3 und 4 können auch als Deck- und Bodenplatte ausgebildet und starr sein.
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Der Behälter 2 hat beim Ausführungsbeispiel der 1 mindestens einen Anschluss 5 für die Zu- und Abfuhr von zu behandelndem Wasser und einen zweiten Anschluss 6 für die Abfuhr von Gas. Der Anschluss 6 für die Abfuhr von Gas befindet sich vorzugsweise an der oberen Deckwand 3. Der Anschluss 5 für die Zu- und Abfuhr von Wasser kann an der unteren Bodenwand 4 angeschlossen sein, aber auch an beliebiger sonstiger Stelle des Behälters 2 und insbesondere auch an dessen Deckwand 3.
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Auch können zwei oder mehr getrennte Anschlüsse für die Zu- und Abfuhr von zu behandelndem Wasser vorgesehen sein. (vgl. Leitungen 15 und 17 der 2) Im Ausführungsbeispiel der 1 ist zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und der Außenwand des Behälters 2 ein Stützrohr 7 angeordnet, das, wie weiter unten erläutert wird, eine Ausdehnung des flexiblen Behälters 2 begrenzt. Dieses Stützrohr 7 hat mindestens ein und vorzugsweise mehrere Löcher 8, die einen ersten Hohlraum 9 zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und der Außenwand des Behälters 2 mit einem zweiten Hohlraum 10 zwischen der Innenwand des Stützrohres 7 und der Außenwand des Behälters 2 verbinden.
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Der erste Hohlraum 9 ist über ein Absperrventil 11 mit einer Pumpe 12 verbunden, deren zweiter Anschluss mit Atmosphäre verbunden ist. Diese Pumpe 12 ist in ihrer Förderrichtung umsteuerbar und kann in einer Betriebsart den Hohlraum 9 und damit auch den Hohlraum 10 mit Unterdruck beaufschlagen. In ihrer anderen Betriebsart kann die Pumpe 12 die Hohlräume 9 und 10 mit Überdruck beaufschlagen. Die Begriffe Über- und Unterdruck beziehen sich dabei auf Umgebungsdruck, der normalerweise Atmosphärendruck ist. Unterdruck wird häufig auch als ”negativer Druck” bezeichnet.
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Der an der Deckwand 3 angebrachte Anschluss 6 ist über ein weiteres Absperrventil 13 mit einer zweiten Pumpe 14 verbunden, deren zweiter Anschluss ebenfalls mit Atmosphäre verbunden ist. Der Anschluss 6 kann konisch ausgebildet sein und ein bestimmtes Volumen für die Ansammlung von Gas haben.
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Der Anschluss 5 kann in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über ein T-Stück 15 zu zwei Rohrleitungen 16 und 17 verzweigen, wobei die Rohrleitung 16 über ein Absperrventil 18 mit einer nicht dargestellten Frischwasserzufuhr verbunden ist, während die Rohrleitung 17 über ein Absperrventil 19 mit einem Sammelbehälter 20 für entgastes Wasser verbunden ist.
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Alle Absperrventile 11, 13, 18 und 19 und die beiden Pumpen 12 und 14 sind mit einer elektronischen Steuerung 21 verbunden, die den gesamten Entgasungsprozess steuert und überwacht. Weiter können Messfühler vorgesehen sein, die ebenfalls mit der elektronischen Steuerung 21 verbunden sind und bestimmte Prozessparameter überwachen. Insbesondere wird der Druck in dem Hohlraum 9 von einem Drucksensor 22 überwacht. Auch kann die Temperatur im Inneren des Behälters 2 oder am Anschluss 5 durch einen Temperatursensor 23 überwacht werden. Auch wird der zeitliche Ablauf des gesamten Entgasungsprozesses von einem Zeitgeber in der elektronischen Steuerung 21 überwacht.
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Der Entgasungsprozess läuft wie folgt ab: Bei geöffnetem Ventil 18 und geschlossenem Ventil 19 wird der Behälter 2 mit zu entgasender Flüssigkeit befüllt. Dabei können die Ventile 11 und 13 geöffnet sein. Die Befüllung erfolgt soweit, dass der Behälter 2 befüllt, aber noch nicht gedehnt ist, also insbesondere der Hohlraum 10 noch mit Luft befüllt ist. So dann werden die Ventile 13, 18 und 19 geschlossen und das Ventil 11 geöffnet und gleichzeitig die Pumpe 12 in Saugrichtung aktiviert, so dass die Hohlräume 9 und 10 evakuiert werden, bis ein vorgegebener Unterdruck von beispielsweise minus 800 mbar von dem Drucksensor 22 gemessen wird. Die Seitenwände des flexiblen Behälters 2 weitgehend expandieren dabei. Diese Expansion ist dadurch begrenzt, dass sich die Seitenwände des Behälters 2 an die Innenwand des Stützrohres 7 anlegen. Damit herrscht auch im Inneren des Behälters 2 der entsprechende Unterdruck, der zur Entgasung führt. Das Absperrventil 11 kann dann geschlossen und die Pumpe 12 abgeschaltet werden.
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Nach einer von der elektronischen Steuerung 21 in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck des Drucksensors 22 und der gemessenen Temperatur des Temperatursensors 23 abhängigen Zeitdauer kann man davon ausgehen, dass der gewünschte Grad der Entgasung erreicht ist, was im Zusammenhang mit den 5 und 6 noch ausführlicher beschrieben wird. Die bei der Entgasung aufsteigenden Gasblasen sammeln sich bei dem Anschluss 6 und können durch Öffnen des Absperrventils 13 und Betreiben der Pumpe 14 abgesaugt und zur Atmosphäre geleitet werden. Der Absolutwert des von der Pumpe 14 erzeugten Unterdrucks sollte dabei größer sein als der in den Hohlräumen 9 und 10 und im Inneren des Behälters 2 herrschende Druck.
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Nach dem Absaugen des Gases wird das Absperrventil 13 geschlossen, die Absperrventile 11 und 19 geöffnet und die Pumpe 12 im Druckbetrieb gestartet. Die Hohlräume 9 und 10 werden dadurch mit Überdruck beaufschlagt und pressen den flexiblen Behälter 2 zusammen, so dass die entgaste Flüssigkeit über die Rohrleitung 17 und das geöffnete Absperrventil 19 zu dem Sammelbehälter 20 gedrückt wird. Dort kann der Druck durch einen weiteren Drucksensor 24 überwacht werden. Die dort gesammelte Flüssigkeit kann über einen Absperrhahn entnommen werden.
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Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich von dem der 1 im wesentlichen dadurch, dass das Stützrohr 7 der 1 fortgelassen ist. Damit dient die Innenwand des Gehäuses 1 auch als Begrenzung für die Ausdehnung des flexiblen Behälters 2. Damit der zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und der Außenwand des Behälters 2 vorhandene Hohlraum 9' vollständig evakuiert werden kann, ist vorgesehen, dass die Innenwand des Gehäuses 1 Rippen 25 und dazwischenliegend Furchen hat, damit sich eventuell im Bereich des Anschlusses der Pumpe 12 anliegende Bereiche der Wandung des Behälters 2 diesen Anschluss nicht vorzeitig verschließen. Die Rippen 25 können dabei längsverlaufend sein und die Furchen könne untereinander auch quer verbunden sein.
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Als Untervariante, die auch beim Ausführungsbeispiel der 1 anwendbar ist, ist bei 2 auch das T-Stück 15 der 1 fortgelassen. Damit sind die Rohrleitungen 16 und 17 direkt an den Behälter 2 angeschlossen. Umgekehrt kann selbstverständlich auch die in 2 dargestellte Variante mit den getrennten Rohrleitungen 16 und 17 beim Ausführungsbeispiel der 1 angewandt werden.
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Schließlich ist es als weitere Variante auch möglich, wie in 2 gezeigt, das Stützrohr 7 der 1 mit seiner Außenwand unmittelbar an der Innenwand des Gehäuses 1 anliegen zu lassen und der Innenwand des Stützrohres 7 die Rippen und Furchen zu geben, um den entsprechenden Effekt zu erreichen. Ist nämlich das Gehäuse 1 aus Metall, so wäre es fertigungstechnisch aufwendig, der Innenwand des Gehäuses 1 die entsprechenden Rippen und Furchen zu geben, was dagegen bei einem Stützrohr aus Kunststoff fertigungstechnisch kein Problem darstellt.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass sämtliche Anschlüsse für Frischwasserzufuhr, Wasserabfuhr und Gasabfuhr an dem Anschluss 6 vereinigt sind und dass die Pumpe 14 und das Absperrventil 13 fortgelassen sind. Der Sammelbehälter 20 der 1 ist durch einen Wasserabscheider 20' ersetzt. Das Entgasen der im Behälter 2 vorhandenen Flüssigkeit erfolgt in gleicher Weise wie bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 durch den Unterdruck, der von der Pumpe 12 erzeugt wird. Die Absperrventile 18 und 19 sind dabei geschlossen. Aufgestiegene Gasblasen sammeln sich im Volumen des Anschlusses 6. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer für die Entgasung wird das Absperrventil 19 geöffnet und die Pumpe 12 im Druckbetrieb gestartet. Damit gelangen zunächst Gasblasen über die Leitung 17 und das Absperrventil 19 zu einem Wasserabscheider 20' und können von dort zur Atmosphäre entweichen. Bei weiterer Druckerhöhung durch die Pumpe 12 wird der Behälter 2 komprimiert und das entgaste Wasser über die Rohrleitung 17 und das geöffnete Absperrventil 19 zum Wasserabscheider 20' gefördert.
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Ist das im Inneren des Behälters 2 vorhandene Wasservolumen weitestgehend ausgepresst und zum Wasserabscheider 20' gefördert, kann das Absperrventil 19 geschlossen und das Absperrventil 18 geöffnet werden, so dass in einem nächsten Zyklus Frischwasser in das Innere des Behälters 2 gelangt. Damit der Hohlraum 9' bei diesem Befüllvorgang Atmosphärendruck hat, ist das Absperrventil 11 geöffnet. Sobald der Behälter 2 wieder ausreichend befüllt ist, beginnt ein neuer Zyklus, bei dem die Ventile 18 und 19 gesperrt, das Ventil 11 geöffnet ist und die Pumpe 12 wieder im Unterdruckbetrieb als Saugpumpe arbeitet, um im Behälter 2 den gewünschten Unterdruck zu erzeugen.
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Nach der in 4 dargestellten Weiterbildung der Erfindung kann eine weitere Verbesserung der Entgasung dadurch erreicht werden, dass der Behälter 2 und insbesondere dessen Bodenwand 4 mit einem Ultraschallerzeuger 26 gekoppelt sind, der mit einem Hochfrequenzgenerator 27 verbunden ist. Dadurch wird die Flüssigkeit im Inneren des Behälters 2 mit Ultraschwingung beaufschlagt, was den Entgasungsprozess zusätzlich zu dem Unterdruck begünstigt.
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Alle übrigen Elemente wie Ventile, Pumpen, Anschlüsse und elektronische Steuerung sind der Übersichtlichkeit fortgelassen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Variante mit dem Ultraschallerzeuger 26 bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen anwendbar ist.
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5 zeigt ein Messdiagramm des extrahierten Gasvolumens V in Abhängigkeit von der Prozesszeit t bei zwei verschiedenen Temperaturen. Die Messkurve 28 wurde bei einer Temperatur der im Behälter befindlichen Flüssigkeit von 23°C ermittelt, während die Messkurve 29 bei einer Temperatur von 60°C gemessen wurde. Die fettdurchgezogene Linie 30 entspricht der nach DIN 285 vorgeschriebenen 3,5% Linie. Der auf den Behälter 2 einwirkende Unterdruck liegt bei –800 mbar. Bei 5 wurde kein Ultraschall eingesetzt. Man erkennt, dass die Entgasung anfangs bei der höheren Temperatur von 60°C schneller voran geht, nach etwa 20 Minuten jedoch sich beide Kurven schneiden und danach die Entgasung bei niedrigerer Temperatur sogar besser ist. Der durch die DIN 285 vorgeschriebene Wert wird bei der höheren Temperatur nach circa 11 Minuten erreicht, während er bei der niedrigeren Temperatur nach etwa 14 Minuten erreicht wird.
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6 zeigt ein ähnliches Diagramm für eine Temperatur der Flüssigkeit im Behälter 2 von 23°C und einem Druck von –800 mbar mit und ohne Ultraschall. Die Messkurve 31 zeigt eine signifikante Verbesserung des Entgasungsvorganges, so dass die Soll-Linie nach DIN 285 für 3,5% NKD bereits nach fünf Minuten erreicht ist. Die Vergleichskurve 28 entspricht der Kurve 28 gemäß 5, die ohne Ultraschalleinwirkung gemessen wurde. Der Behälter 2 hatte bei allen Messungen die oben angegebene Zylinderform mit 65 mm Durchmesser und 400 mm Länge.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Vorrichtungen gemäß den 1 bis 4 vorgesehen sind. Die Bezugszeichen der zweiten Vorrichtung sind durch den Buchstaben ”a” gekennzeichnet. Die Hohlräume 9 und 9a der beiden Vorrichtungen sind miteinander verbunden und zwar über ein oder mehrere Ventile 11, 11a, 32 und die Pumpe 12. Ist in einer der beiden Vorrichtungen die Entgasung beendet, so können die beiden Hohlräume 9 und 9a der beiden Vorrichtungen miteinander verbunden werden, so dass der in einem Hohlraum (z. B. 9) vorhandene Unterdruck teilweise in den Hohlraum (z. B. 9a) der anderen Vorrichtung übertragen wird, wodurch Pumpenenergie eingespart wird. Dem Fachmann ist klar, dass bei 7 alle im Zusammenhang mit den 1 bis 4 beschriebene Vorrichtungen eingesetzt werden können. Auch sind in 7 die Sensoren und die Steuerung der Übersichtlichkeit halber fortgelassen.
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Auch ist aus 7 zu erkennen, dass der Anschluss 6 sowohl für die Gasabfuhr als auch das Abführen von entgaster Flüssigkeit verwendet werden kann, da das nicht mehr in Flüssigkeit gelöste Gas und die entgaste Flüssigkeit in dem Wasserabschneider 20 voneinander getrennt werden und das Gas an einem Entlüftungsgasanschluss des Wasserabschneiders 20 abgeführt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19801501 A1 [0014]
- DE 102007006650 [0015]
- EP 0588345 B1 [0016]
- EP 0322473 [0017]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 285 [0004]
- http://www.hydrogroup.de/fileadmin/redakteur/pdf/Produkthandbuch/entgasung-grundlagen-r4i1-de.pdf [0018]
- Freund, Andreas; Experimentelle Untersuchung und Auslegung von ministrukturierten Verdampfern unterschiedlicher Bauweise; Dissertation; Universität Stuttgart; Logos Verlag Berlin, 2010 [0018]
- www.hielscher.com/ultraschall/degassing_01.htm [0018]
- DIN 285 [0057]
- DIN 285 [0058]
