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Pumpe zum Abscheiden von Gasen aus einer umlaufenden Flüssigkeit-Die
Prioritäten der Anmeldungen Nr. 470 800 vom 9. Juli 1965 und Nr.478 578 vom 10.
August 1965 in den Vereinigten Staaten von amerika sind in Anspruch genommen Oie
Erfindung bezieht-sich auf Pumpen zum Abscheiden von Gasen aus einer in einer geschlossenen
Anlage umlaufenden Flüssigkeit.
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Bei den bekannten geschlossenen, unter Druck befindlichen Warmasserheizungsanlagen
gibt es Vorrichtungen zum Auffangen von aus dem umlaufenden Ylasser austretenden
Gasen. Diese Gase werden in einem Gefäß aufgefangen, das gleichzeitig auch das Ausdehnungsgefäß
für die sich ausdeWnende oder zusammenziehende Flüssigkeit sein kann. Beispielsweise
sind bei den bekannten Anlagen am Boiler oder anderen Teilen Vorrichtungen zum Abscheiden
solcher Gase notwendig, die auch die Gase in das Ausdehnungsgefäß leiten, in dem
eine ähnliche Vorrichtung die Gase aus der Flüssigkeit vollständig abscheidet.
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Gemäß der Erfindung ist eine solche Vorrichtung nicht mehr notwendig.
bas Abscheiden erfolgt vielmehr durch eine Umlaufpumpe besonderer und tinfacher
Konstruktion, die in die Anlage geschaltet ist.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Umlaufpumpe, die durch eine Vorrichtung
zum Abscheiden der in das Wasser eingelagerten Gase und zum Leiten dieser Gase an
die Vorrichtung gekennzeichnet ist, in der die Abscheidung durchgeführt-wird. Die
Vorrichtung an der Umlaufpumpe zum Abscheiden eingelagerter Gase befindet sich an
der Eingangaawite der Pumpe. Die abscheidenden Gaae werden in eine Kammer gefuhrt,
die sich ebce an der Eingangsseite der Pumpe befindet, bevor ai* in dan Ausdehnungsgefäß
gelanCen.
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Die Abscheidung der Çase aus der gepumnten Flüssigkeit kann in der
Eingaskammer der Pumpe erfolgen, in der der sich drehende Pumpentreiber eine Wirbelbewegung
der ankommenden FlUssigkeit bewirkt.
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Solche Vorrichtungen arbeiten mit einer feststehenden Vorrichtung
zusammen, die die eingelegerten Gase in eine unterteilte Kammer führt, die von der
Eingangskammer abgeteilt und mit dem Ausdehnungsgefäß der Anlage verbunden ist.
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Die Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen anhand eines Ausfuhr
« nasbeispieles beschrieben. Es sind auch andere Ausführungen mit den Merkmalen
der Erfindung möglich.
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In den Zeichnungen iat Figur 1 eine schematische Ansicht einer Warmwasserheizanlage
mit einer Gasabscheidungspumpe nach der Erfindung; Figur 2 eine ahnliche Ansicht
wie Figue 1, die aber eine andere Möglichkeit zum Einschalten der Gasabscheidungspumpe
in die Anlage zeigt; Figur 3 ein Vertikalschnitt durch die Pumpe nach den Figuren
1 und 2 ; rigr, 4 ein Schnitt entlang der Linien 4-4 der Figur 3, in Richtung der
Pfeile gesehen ; Figur 5 eine Vorderansicht des Treibers der Pumpe nach Figur 3,
gesehen in Richtung der Pfeile 5-5 in Figur 3 ; Figur 6 eine Seitenansicht des Treibers
nach Fleur 3 und Figur 7 eine Rückahsicht des Treibers, gesehen in Richtung der
Pfeile 7-7 von Figur 6. figur 8 zeigt eine andere Ausführung der Pumpe im Schnitt
; Figur 9 ist eine Seitenansicht der Pumpe, gesehen an der Linie 4-4 der Figur 8
in Richtung der Pfeile und Figur 10 eine Seitenansicht des Pumpentreibers, gesehen
in Ri@@tung der Pfeile 5-5 in Figur 8. jie e Gasabscheidungspumpe@ für Anlagen mit
zirkuliarender Flüssigkeit werden in Figur 1 @m besten in Bezug auf eine Anlage
für eine rwasserheizung 10 gezeigt, die einen Boiler @@ mit einer an eine (nicht
t dargestellte) Radiatoranlage und einer Rücklaufleitung 13 gus dem
Radiator
besitzt. Zum Erzeugen des Umlaufs in den Vorlauf-und Rücklaufrohren 12 und 13 dient
eine Pumne 15, die mit der Vorlaufleitung 12 verbunden ist. Eines der Merkmale der
Erfindung ist es, in der Pumne 15 die Vorrichtung zum Abscheiden von Gasen, gewohnlich
Luft, aus dem Flüssigkeitssystem vorzusehen. Diese Gase werben durch die Pumne 15
abgeschieden und von dort durch eine Leitung 16 in das Ausdehnungsgefäß 14 geführt.
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C-as, s Ausdehnungsgefäß 14 besitzt eine Speiseleitung für. Vasser
L, dessen Menge entsnrechend der Ausdehnung oder dem Zusammenziehen des Wassers
im der Anlage schwankt. Eine Menge aufgefangenen Gases wird über dem SpiegeL des
Wassers L im Gefäß 14 unter Druck gehalten.
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Die Leitung 16 kann ein Ventis 17 besitzen, das wirksam wird, venn
alle Flüssigkeit aus dem Gefäß 14 in die Anlage zurt ? ckgeführt ist.
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Das Ventil 17 läßt Luft austreten und die Flüssigkeit kann bei Ausdehnung
in das Gefoß gelangen.
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Figur 2 zeigt eine ähnliche Anlage wie Figur 1, jedoch mit dem Unterschied,
da. die Pumpe 15 in die Rücklaufleitung 15 zum Boiler 11 gelegt ist, anstatt in
die Vorlaufleitung 12. Ohne Rucksicht auf die Art di. eser Einschaltung der Pumpe
15 ist.eineVorrichtungvorgesehen,durchdie Gas aus der umlaufenden Flssigkeit abgeschieden
wird un zum Gefäß 14 geleitet wird. Dieses Gefäß besitzt über dem Wasserspiegel
im Gefäß 14 eme unter Druck gehaltene Menge Gas. Auch die Leitung 16, die die Pumpe
1 mit dem Gefäß 14 verbindet, ist mit einem Ventil 17 zum Austreten von Gas aus
dem GefäS 14 versehen, damit dieses Gefäß eine Menge des ausgedehnten Y/asser L
speichern kann.
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Die Pumpe 15 nach Figur 1 ist in den Figuren 3 bis 7 als Zentrifug
pu.-ipe, dargestellt, die einen Pumpenkörper l8 enthält, der mit der Pumpenausgangskammer
19 ein Ganzes bildet (Figur 4). Die Pumpenausgangskammer 19 kann als aus einer Entladekammer
20 und einer dynamischen Abscheidekammer 21 zusammengesetzt angesehen werden. Die
Entladekammer @ arbeitet mit einem Durchgang 20a zusammen, der sich in Pumpenkörper
befindet. Der Pumnenlcorner 18 besitzt ferner eine Eingangsieltung 22, die zu einer
Pumpeneingangskammer 23 führt, die durch eine Endglocke 24 abgeschlossen ist, die
in üblicher Weise am Pumpenlcorner befestigt ist.
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Eine Achsdichtungshalterung 26 trait an ihrem Rand eine ringförmige
Dichtung 27, un den Pumpenkörper 18 gegen die Endglocke 24 abzudichten.
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Die Antriebswelle 28 für den Pumpentreiber 29 erstreckt sich in die
Eingangskanimer 23 und die Dichtungshalterung 26 tragt eine Pumnendichtung 31, die
den richtisen Druck aufweint, der durch die Vorspannung der Feder 32 zwischen der
Eingangsseite des Ante es 29 und der Dichtung 31 gehalten wird, die germen die Halteruns
26 anliegt. Die Welle 28 trägt einen Schlingerring 30 für das durch die Dichtung
austretende Wasser.
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Der Pumpentreiber 29 besitzt eine Nabe 35, die mit einem Irnengewinde
auf das Gewindeteil der Pumpenwelle 28 aufgeschraubt ist. Die Nabe 35 bildet mit
einem Teil 37 von sechseckigem Querschnitt ein Ganzes, das zum Ansetsen fines üblichen
Mutterschlüssels für den Zusammenbau dient.
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Des Teil 37 besitzt eine hohle rohrahnliche Verlängerung 38 mit einen
Kittelloch 39t das mit der Gegenbohrung 41 im Sechskantteil 37 ver-@unden ist. Die
lcleinen Locher 42 verbinden die Eingangsöffnung 34 mit dem Loch 39.
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Mach den Figuren 5 bis 7 besitzt der Treiber 29 in einer Eiickwand
43 eine Eingangsöffnung 34. Die Ruckwand 43 ist von der Vordervar. d 44 entfernt
angeordnet, die mit dem Sechskantteil 37 ein Ganzes bildet.
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Die Ruckwand 43 und die Vorderwand 44 sind durch die Pumpenflii6el
46 verbunden, die von der Nabe 35 aus radial verlaufen. Wie Figur 6 zeigt, besitzt
die Vorderwand 44 des Treibers 29 kleine Pumpenrippen 4 ?, die vom Rand der Vorderwand
44 radial nach innen verlaufen und der gepumpten FlUssigkeit einen zusätzlichen
Rotations-oder Wirbeleffekt erteilen.
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Die Vorrichtun,-zum Abscheiden des in der gepumpten Flüssigkeit eingelagerten
Gases und zum Führen des abgeschiedenen Gases von der Pumpe in das Ausdehnungsgefäß
14 wurde bereits in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschrieben. Der Pumpenkorper
18 besteht mit der Getzuse 50 aus einem Stück, das eine statische Sammelkammer 51
für die Flüssig- gkeit und das Gas bildet. Die Kammer 51 ist von der Entladekammer
20 und der dynamischen Abscheidekammer 21 durch eine Wand 52 mit einer runder Öffnung
55 teilweise getrennt, die durch eine Zerstreuvorrichtung 53 aus runden, in Abstand
angeordneten und durch radiale Rippen miteinander verbundene Scheiben 54 und 56
geschlossen ist. Die Scheibe 56 und die Rippen 57 befinden sich inr. erhalb der
Trennmer und die Scheibe 54 ist in die runde Öffnung 52 passend eingedrückt.
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Die Scheibe 54 besitzt ferner eine Mlttelöffnung 58 großeren Durchmessern
als der der Verlängerung 38 und das Ende der Verlängerung verluft zwischen den runden
Scheiben 54 und 56 in die Kammer 51.
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Bei Betrieb der Pumpe 15 entsteht ein Druckabfall, der von einem
Maximum am Rand der dynamischen Abscheidekammer 21 an der Vorderseite des Treiber@
29 auf ein Minimum am Drehmittelpunkt des Treibers ver-Luft, der sich in der Kammer
dreht. Die Pumpenwirkung des Treiterg komprimiert die im Flüssigkeitsstrom eingelagerten
Gase, die sich zu den Teilen des Schneckengehäuses mit niedrigem Druck hin zu bewegen
Versuchen.
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Ferner besteht eine normale zentripetale Beschleunigungskraft an
den leichteren gasförmigen Elementen, die sich zum Drehmittelpunkt der rotierenden
Flüssigkeit in der dynamischen Abscheidekammer 21 drangen.
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@emgemäß pumpt gleichzeitig die durch den Treiber 29 in die dynamische
Abscheidekammer 21 gepumpte Flüssigkeit auch die eingelagerten Gase, und weil diese
Gase sich zum Mittelpunkt des Treibers im Verglei@h mit der Bewegung der Flüssigkei
zu dem Teil der Kammer 21 zu bewegen versuchen, in dem der Druck ein Minimum beträgt,
werden sich diene Gase ausdehnen, , venn der Druck nachlaßt.
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Demgemäß bewegt sich die Mischung von Wasser und eingelagerten Gasens
die den Rand des Treibers 29 verlassen, zuerst zur dynamischen Abscheidekammer 21,
wo die Trennung der Gase von der Fliissigkeit ber gepumpte gashaltige Flüssigkeit
verläßt das Pumpengehäuse durch den Durchgang 20a. Die Gase bewegen sich in ihrem
Abscheideprozaß in Fors kleiner Blasen radial nach innen und entlang der Außenfläche
der Verlängerung 38. Die Gase dehnen sich aus, wenn rie sich radial nach innen bewegen.
Die Gase, die sich entlang der AuBenfläche 38 bewegen, gelangen in die statische
Gassammelkammer 51 liber die Öffnung 58, die um die Verlängerung 38 herum und an
der Trennwand angeordnet ist. Die Mischun g expandierter Gace und Flüssigkeit, die
sich in der Sammelkammer 51 angesammelt hat, kann von dort liber die Leitung 16
abgeführt werden, di* mit dem Ausdehnungsgefäß 14 verbunden ist.
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Die gasfreie Flüssigkeit in der Kammer 51 gelangt an der Öffnung
34 des Treibers 29 auf einen Punkt niedrigen Druckes und bewegt sich entlang der
Innenseite der Verlengerung 38 in Loch 39. Dort entsteht eiMW Pumpenwirkung, die
durch den Druckabfall zwischen der Kammer 51 und der Sffnung 34 des Treibers 29
hervorgerufen lut.
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Bei dem in den Figuren 8 bis 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist
die Pumpe ebenfalls eine Zentrifugalpunpe. Sie enthalt einen Pumpeneingangsknrper
18 und einen Pumpenausgangskörper 19, deren Flansche durch mehrere Schrauben 122
miteinander verbunden sind. Der Pumnenkorper 18 besitzt einen Durchgang 123, der
mit einer Eingangsschnecke 124 zusammen endet, die der eintretenden Flüssigkeit
eine vertikale Bewegung erteilt, so daß these Bewegung durch eine Eingangskammer
20 im Pumpenkorper 18 praktisch gleichmäßig ist.
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Der Pumpenkörper 19 besitzt eine schneckenförmige Entladekommer 126
die mit einem Durchgang 127 verbunden ist. Die Kammer 126 ende-t 2Pich zeitig mit
eineM praktisch kegelstumpfförmigen konischen Treiberhohlraum 128. Eine ringförmige
Wand 129 trennt die Eingangskammer 20 vom Pumpentreiberhohlraum 128.
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Der Pumpentreiber 131 dreht sich im Hohlraum 128 und ist an der Artriebswelle
132 verbunden. Ein Endverschluß 133 für den Pumpenkörper 19 ist an seinem Rand in
bekannter Weise mit diese verbunden und die Antriebswelle 132 geht durch eine Wellenöffnung
134 im VerachluB133 Hindurch. Die Welle 132 und der Verschluß 133 können ein Tail
einer geeigneten Antriebsmaschine fiir die Pumpe @ sein. Die Welle 132 ist geeignet
gelagert, wobei die Lager Teile der Antriebamaschine sind.
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Der Pumpentreiber 131 ist aus zwei gestanzten Teilen 136 und 137
hergestellt, Der Stanzteil 136 besitzt mehrere bogenförmige Rippen 138, die zwischen
sich die Treiberdurchgänge 139 ergeben. Die Rippen 138 der Stanzteile 136 sind an
ihren BerührungsliniendurhPunktschweißen mit dem Stanzteil 137 verbunden. Die genaue
Anordnung des Treibers 137 ist kein Teil der Erfindung. Der Treiber 131 kann auf
einer Nabe 141 yassend aufgepreßt werden, die an einem Teil 142 verringerten Durchmeeeera
der Antriebswolle 132 und gegen eine Schulter 143 an der'. e Xi2 anliegt. Ein Keil
144 hält die Nabe 141 in Verbindung mit der telle 132.
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Eine Dichtung 146 für die Welle 132 befindet sich zwischen der Nabe
141 und der Verschlußscheibe 133 und besteht aus einer Feder 148, dessen eines Ende
gegen ein Dichtungsglied 149 in einem Ausschnitt 151 an der Innenfläche des Verschlusses
133 gehalten wird und dessen anderes End an der Nabe gelegert ist.
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Zum Halten des Treibers 131 an der Welle 132 und für Ausbildung von
Wegen fiir die Bewegung der abzuscheidenden Gase an der Eing ? ngskammer 30, sowie
zum Einführen der gasfreien Flüssigkeit an die Öffnung des Pumpentreibers 131 dient
eine besondere Vorrichtung. Di. ese enthilt eine Sperrvorrichtung 155 für den Treiber
131. Die Sperrvorrichtung 55 enthelt zwei becherförmige Ringe 156 und 15 ? mit entaprechenden
Scheibenflanschen 158 und 159, die aneinander anstoßen. Die beiden Flanche 158 und
159 sind zusammengeschweißt und der Flansch 158 ist mit einer Mutter 61 verschweißt,
die bei 62 auf. das kleinere Gewindeteil 63 der Pumpenvelle aufgebracht ist. Der
Flansch 159 besitzt zum dichten Befestigen der Mutter 6l an der Welle 132 und zum
festen Eingriff an der Nabe 141 des Treibers 131 einen Randflansch 64 mit mehreren
FLächen 66, die mit einem üblichen (nicht dargestellten) Schrauhenaehliissel umfaßt
werden können.
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Die Sperrvorrichtung 155 enthalt ferner eine Vorrichtung für einen
Weg finir die gasfreie Flüssigkeit zur Rotationsachse des Treibers 131. An diesem
Ende der Mutter 61 und koaxial zu ihr befindet sich eine Flüssigkeitsleitungsröhre
67, die einen Durchgang 68 fUr die Flüssigkeit besitzt. Die Mutter 61 besitzt mehrere
radial verlaufende Durchgänge 69, so daß die Rohre 67 mit dem Pumpendurohgang 71
irt Treiber 131 in Verbindung steht.
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Eine besondere Vorrichtung beftndet sich in der Pumpeneingangskammer
20 zum Abscheiden der eingelagerten Gase aus der Fliissigkeit, die in die Pumpe
15 am Eingangsdurchgang 123 eintritt und die abgeschiedenem Caee in eine statische
Gassammelkammer 70 führt, die durch die Leitung 16 mit dem Ausdehnungsgefäß 14 nach
den Figuren 1 und 2 verbunden ist. Die statische Gassammelkammer 70 liegt neben
der Pumpeneingangskammer 20 und wird von ihr durch eine kegelstumpfförmige konische
Trennwand 72 mit einem Randflansch 73 getrennt, der passend in einen runden Auszehnltt
74 in einer Wand 76 eingedrückt istt die bzw. das die Pumneneingangskammer 20 von
der statischen Gassammelkammer 70 trennt.
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Eine ronde Öffnung 77 in der Wand 76 ergibt eine Verbindung des Inneren
der Trennwand 72 mit der Kanmer 70 und die Trennwand 72 besitzt mehrere @adiale
Rippen 78, wie Figur 8 zei6t. Eine zylindrische Verlangerung 79 der Trennwand 72
verlauft koaxial mit der Führungsröhre 67 und zu einem
wenig von
der Wand 159 des Flansches 157 entfernten Punkt, um einen Pumpenweg zu ergeben,
der in Figur 8 durch Pfeile angezeigt ist und das Gas von der @ gepumpten Flüssigkeit
abscheidet.
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Ein zusätzlicher Weg für die gepumpte Flüssigkeit befindet sich ferner
um die Sperrvorrichtung 155 herum und führt in die Öffnung des Treibern 131, wie
durch die stark ausgezogenen Pfeile in Figur 3 angezeigt wird.
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Bei Betrieb der Pumpe 15 wird der in die Pumpen eintretenden Flüssigkeit
eine'Wirbelbewegung erteilt. Dies erfolgt durch die Einganßsschnecke 24 zusätzlich
zu der Wirbelbewegung, die durch Drehen des Teils der Sperrvorrichtung hervorgerufen
wird, der sich in die Eingangskammer 20 erstreckt. Bei Betrieb der Pumpe 15 entsteht
in der eintretenden Flüssigkeit ein Druckabfall, der von einem Maximum am Rande
der Eingangskammer 20 zu einem Minimum am Mittelpunkt der Drehachse des Treibers
131 verläuft.
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Die Pumpenwirkung dieses Teiles der Sperrvorrichtung 155 erstreckt
eich in die Eingangskammer und versucht ferner, eingelagertes Gas in der eintretenden
Flünnigkeit zu komprimieren. Das so eingelagerte Gas versucht nun sich zu den Teilen
der Eingangskammer mit niedrigsten Druck zu bewegen, d. h. am Drehmittelpunkt des
Treibers 131.
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Es besteht dort zusätzlich eine normal zentripetale Beschleunigungskraft,
die auf die leichteren Gaselemente wirkt und sie zum Drehmittelpunkt drängt. Der
Weg dieser eingelagerten Gaselemente wird in Figer 8 gezeigt. Diese bewegen sich
von der Außenseite der zylindrischen Verlängerung 79 zu ihrem Inneren entlang g
der Rohre 67. Der Wirbel der Basen verringert sich, wenn sie sich an der Außenfläche
der Röhre 67 bewegen, und wenn sie sich der Ende der Rohre nahern, sind sie frei,
ur entlang dem Inneren der konischen Trennwand 72 und in die Kammer 70 aufzusteigen,
wo sie weiter in das Ausdehnungsgefäß 14 gelangen.
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Die beschriebene Bewegung wird durch das Innere der Röhre 67 ermöglicht,
das mit der Öffnung des Treibers 131 genau an seinem. Drehmittelpunkt in Verbindung
steht, wo die Saugkraft am größten ist. Die Flüssigkeit, die von eingelagerten Gasen
frei ist, bewegt sich dann in die Öffnung des Treibers 131.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist ein Weg oder eine Verzweigung
von Wegen finir die gashaltige Flüssigkeit, in dem. das Gas abgeschieden wird und
nur die praktisch gasfreie Flüssigkeit den Treiber erreicht.
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Hierbei sei bemerkt, dslS die Flüssigkeit, die in den Treiber 131
eintritt,
. auch an der zylindrigchen Öffnung um die Sperrvorrichtung
55 herumgeführt wird. Die gepumpte Flüssigkeit ist dann praktisch irei von Gaseinlagerunaen.
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Es ist zu erkennen, daß hier zweckmäßige Verbesserungen bei Gasabscheidungspumpen
in Flüssigkeitsumlaufanlagen erzielt werden. Bei den beschriebenen Anlagon und bei
den dort verwendeten Pumpen ist es beispielsweise nicht notwendig, ßasabscheidefittints
am Boiler vorzusehen. Die Gasabschwidung kann vielmehr durch die Pumpe allein durchgefHhrt
werden und die hierzu notwendige Vorrichtung bildet ein Ganzes mit der Pumpe.
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@ 6 Patentansprüche 3 Bl. Zeichnungen mit 10 Figuren