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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen
von in einer Flüssigkeit gelösten Gasen.
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Im
praktischen Betrieb von Anlagen mit Flüssigkeitskreisläufen, insbesondere
in Heizungs-, Kälte-
und Klimaanlagen, gelangen häufig
gelöste
und freie Gase über
die Mechanismen der Unterdruckbildung, Diffusion durch permeable
Bauteile, über
die Nachspeiseflüssigkeit
und über
biologische Prozesse in Folge von Verunreinigungen in den Flüssigkeitskreislauf.
Treten diese Gase in allen Punkten des Flüssigkeitskreislaufes in gelöster Form
auf, bereiten sie nur dann Probleme, wenn sie chemische oder elektrochemische
Reaktionen mit den Werkstoffen der betreffenden Anlage eingehen
und dadurch Reaktionsprodukte entstehen, die deren Funktion beeinträchtigen.
Dies gilt primär
für Sauerstoff
und die sekundären
Reaktionsprodukte Wasserstoff, Ammoniak und Methan.
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Treten
in den Anlagen Bereiche auf, an denen partiell die Löslichkeitsgrenze
mindestens einer Gaskomponente unterschritten wird, so bilden sich freie
Gase, die zu Strömungsgeräuschen,
erhöhter Erosion
bis hin zu Zirkulationsproblemen führen. Aus
GB 984 307 A ist eine Entgasungsvorrichtung
für Flüssigkeitsströme, insbesondere
zum Entlüften
von Wärmetauscherkreisläufen, bekannt.
Diese Vorrichtung enthält
eine Rohrleitung zur Führung
des Flüssigkeitsstromes
und einen Entgasungsbehälter,
der über
einen Gasablass zumindest zeitweise mit der Atmosphäre in Verbindung
steht. Der Entgasungsbehälter
steht dabei zumindest zeitweise über
eine Zulaufleitung mit der Rohrleitung in Strömungsverbindung. Der Entgasungsbehälter enthält ferner
eine Ablaufleitung mit eingeschalteter Druckpumpe, welche die Flüssigkeit,
die unter einem Druck unterhalb des Druckes in der Rohrleitung steht,
mindestens auf den Druck in der Rohrleitung bringt.
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Aus
EP 0 187 683 B1 ist
eine Entgasungsvorrichtung mit einem Entgasungsbehälter bekannt, der über einen
Gasablass mindestens zeitweise mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Der
Entgasungsbehälter
verfügt
dabei über
eine Zulaufleitung und eine Ablaufleitung, die mit einer Druckpumpe verbunden
sind. Die Zulaufleitung weist ein ferneinstellbares Zulaufventil
auf, das von einer elektronischen Steuerung zur Entnahme einer bestimmten Flüssigkeitsmenge
geöffnet
werden kann. Die entnommene Flüssigkeit
steht während
einer von der Steuerung bestimmten Zeitspanne nach dem Schließen des
Zulaufventils unter atmosphärischem
Druck.
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Durch
diese Druckverminderung wird die in der Flüssigkeit gelöste Gasmenge
reduziert. Die Druckpumpe wird durch die elektronische Steuerung eingeschaltet,
um die unter atmosphärischem
Druck entgaste Flüssigkeit
solange in den Kreislauf und in die Rohrleitung zurückzupumpen,
bis ein Druckfühler das
Erreichen eines vorprogrammierten Systemdrucks im Flüssigkeitsstrom
signalisiert.
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Aus
DE 34 14 770 C2 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeit
bekannt, bei dem die Flüssigkeit
in zwei Stufen entgast und zwischen den Entgasungsstufen erwärmt wird, wobei
der Entspanner aus drei Kammern besteht. Die erste Kammer ist eine
Entspannungsstufe, die zweite eine Aufheizerstufe, in der die Flüssigkeit
um 1 bis 2°C
erwärmt
wird, und die dritte Kammer ist eine weitere Entspannungsstufe.
Zum Zuführen
der Flüssigkeit
in den Behälter
ist ebenso eine Pumpe vorgesehen wie zum Absaugen der Gase.
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Aus
DE 30 38 940 A1 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entlüftung von Flüssigkeit
bekannt, bei der die Flüssigkeit
gegen mindestens eine Aufprallfläche
aus porösem
Material gespritzt wird. Hierdurch wird dem Schäumen der Flüssigkeit entgegengewirkt und
die Oberfläche
wird vergrößert. Zum Ableiten
des Gases und zum Zuführen
der Flüssigkeit
sind jeweils eine Pumpe vorgesehen.
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Aus
DE 20 20 871 B2 sind
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur mindestens zweistufigen Vakuumentgasung
von Flüssigkeiten
bekannt, bei der die Flüssigkeit
in einer ersten Entgasungsstufe vorentgast wird, die so vorentgaste
Flüssigkeit
anschließend
aufgeheizt und in die zweite Entgasungsstufe übergeleitet wird, wobei in
der zweiten Entgasungsstufe aus der Flüssigkeit austretende gas- und dampfförmige Anteile
in die erste Entgasungsstufe zurückgeführt werden,
so dass beide Entgasungsstufen über
eine gemeinsame Vakuumpumpe evakuiert werden können. Die Flüssigkeit
wird über
eine zweite Pumpe in den Behälter
geführt.
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Aus
DE-G 182 838 ist eine Vorrichtung zur Vakuumentgasung von leichten
Flüssigkeiten
nach dem Umlaufentgasungsverfahren bekannt, bei der der Behälter der
zu entgasenden Flüssigkeit
durch einen Deckel abgeschlossen ist und über eine Rohrleitung mit einer
Vakuumpumpe in Verbindung steht. Zur Evakuierung des Behälters und
des Entgasungsgefäßes ist
eine zweite Vakuumpumpe vorgesehen.
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Aus
DE-G 13 488 ist eine Vorrichtung zur Entgasung von Flüssigkeiten
bekannt, bei der die Flüssigkeit
in Tröpfchenform
an den Begrenzungswänden
des Gefäßes zerstäubt wird.
Zum Ableiten des Gases und zum Zuführen der Flüssigkeit sind zwei Pumpen vorgesehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung
von Flüssigkeiten
zu schaffen, die kostengünstiger
und einfacher zu steuern sind, leicht hergestellt werden können und
einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Entgasen von in einer Flüssigkeit
gelösten
Gasen gelöst,
bei dem in einem Unterdruckbehälter
von einer Pumpe ein Unterdruck in Relation zum Umgebungsdruck des
Unterdruckbehälters
erzeugt wird, die Pumpe und/oder ein im Zulauf des Unterdruckbehälters angeordnetes
Magnetventil von einer Steuerung so angesteuert wird/werden, dass
bedingt durch die Leistungsabstimmung zwischen der Pumpe und dem Zulauf
eine größere Menge
an Flüssigkeit
aus dem Unterdruckbehälter
durch einen Ablauf abgepumpt wird als durch den Zulauf hinzufließt, die
Pumpe nach dem Absaugen der Flüssigkeit
von der Steuerung solange abgeschaltet wird bis genügend Flüssigkeit
in den Unterdruckbehälter
nachgeflossen ist, wobei die nachfließende Flüssigkeit die Gase in ein Entgasungsmittel
aus dem Unterdruckbehälter
drückt.
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Zur
kontinuierlichen Entgasung wiederholt die Steuerung den Vorgang
des Absaugens und Auffüllens
kontinuierlich.
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Vorzugsweise
steuert die Steuerung die Pumpe so, dass im Unterdruckbehälter beim
Absaugen ein Druck nahe des Siedepunktdruckes herrscht. Es kann
auch vorgesehen sein, dass die Steuerung die Pumpe so steuert, dass
im Unterdruckbehälter beim
Absaugen ein Druck im Druckbereich kleiner als 0,1 MPa bei Kaltwasser
herrscht.
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Bevorzugt
wird die Flüssigkeit
durch mindestens eine Düse
in den Unterdruckbehälter
geleitet, die mit dem Zulauf verbunden ist, dabei wird die Flüssigkeit
von der Düse
unter Bildung eines Flüssigkeitsfilmes
an die Innenwand des Unterdruckbehälters gesprüht. Hierdurch werden zusätzlich Gase
aus der Flüssigkeit
gelöst.
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Weitere
Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 7 bis
9.
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Die
eingangs gestellte Aufgabe wird auch mit einer Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens mit einem Unterdruckbehälter gelöst, der wenigstens einen Zulauf
und einen Ablauf sowie ein Entgasungsmittel aufweist, wobei im Ablauf
eine Pumpe und im Zulauf ein Magnetventil angeordnet sind, wobei
eine Steuerung vorgesehen ist, die die Pumpe und/oder das Magnetventil
ansteuert.
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Dabei
ist vorzugsweise der Zulauf mit wenigstens einer im Unterdruckbehälter angeordneten Düse verbunden.
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Das
Entgasungsmittel ist bevorzugt als eine Peilrohrentgasung ausgebildet,
welche die Gase aus dem Unterdruckbehälter entlässt, wenn der Umgebungsdruck
kleiner als der Druck im Unterdruckbehälter ist. Die Peilrohrentgasung
verfügt
bevorzugt über
ein gegenüber
dem Unterdruckbehälter
verschiebbares Tauchrohr.
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Vorzugsweise
ist im Unterdruckbehälter
zusätzlich
ein Eisenspanfilter vorgesehen.
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Weitere
vorteilhafte Maßnahmen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt
und wird nachfolgend näher
beschrieben.
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Die
in der einzigen Figur dargestellte Entgasungsvorrichtung 10 besteht
im wesentlichen aus einem Unterdruckbehälter 11, der eine
Behälterinnenwand 18 aufweist.
Der Unterdruckbehälter 11 ist über einen
Zulauf 35 und einen Ablauf 36 mit einem Flüssigkeitskreislauf 23 verbunden,
der einen Verbraucher 24, beispielsweise in Form von Heizkörpern, aufweist.
Am Flüssigkeitskreislauf 23 ist
ein bekanntes Druckausgleichsgefäß 22 angeschlossen.
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Der
Unterdruckbehälter 11 weist
in seinem oberen Bereich eine oder mehrere Düsen 14 auf. Die dargestellte
Düse 14 ist
an einem Düsenstock 13 befestigt.
Die Düse 14 ist
mit einem Zulauf 35 verbunden, wodurch Flüssigkeit 37 in
Form eines Flüssigkeitsstrahls 33 in
den Unterdruckbehälter 11 gelangt. Hierbei
strahlt die Düse 14 die
Flüssigkeit
vorzugsweise gegen die Behälterinnenwand 18,
auf der dadurch ein Flüssigkeitsfilm 32 entsteht.
Durch diese Maßrahmen
wird die Oberfläche
der Flüssigkeit 37 vergrößert, was
die Desorption der Gase 38 beschleunigt.
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Zusätzlich wird
mit einer Pumpe 12, die in einem Ablauf 36 angeordnet
ist, ein Unterdruck p3 im Unterdruckbehälter 11 erzeugt. Der
Unterdruck p3 bemißt
sich am Druck p2 im Zulauf 35 bzw. am Druck p5 im Flüssigkeitskreislauf 23 sowie
an der Durchflußleistung
der Düse 14 und
der Förderleistung
der Pumpe 12.
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Eine
Steuerung 31 schaltet die Pumpe 12 dann ab, wenn
die Flüssigkeit 37 aus
dem Unterdruckbehälter 11 gesaugt
wurde. Die Steuerung 31 überwacht hierbei entweder einen – nicht
dargestellten – Sensor
oder das Trokkenlaufen der Pumpe 12. Sobald die Flüssigkeit 37 abgesaugt
wurde, schaltet die Steuerung 31 die Pumpe 12 ab.
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Der
Unterdruck p3 im Unterdruckbehälter sorgt
für einen
Nachfluß von
Flüssigkeit 37 durch
den Zulauf 35. Ein Rückschlagventil 27,
das im Ablauf 36 angeordnet ist, verhindert den Rückfluß der entgasten
Flüssigkeit 37.
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Der
Unterdruckbehälter 11 weist
im Deckelbereich eine Peilrohrentgasung 17 auf, die in
Abhängigkeit
vom Druck p4 in der Umgebung das Gas 38 aus dem Unterdruckbehälter 11 entweichen
läßt. Sobald
der Druck p4 in der Umgebung kleiner als der Druck p3 im Unterdruckbehälter ist, öffnet sich
die Peilrohrentgasung 17 und entläßt das Gas 38 in die Umgebung.
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Nach
dem Stoppen der Pumpe 11 drückt die in den Unterdruckbehälter fließende Flüssigkeit 37, vorzugsweise
Wasser, das Gas 38 aus der Peilrohrentgasung 17 in
die Umgebung. Der Druck p2 bzw. p5 ist vorteilhafterweise größer als
der Druck p4, was aber in nahezu allen Kreislaufsystemen der Fall
ist.
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Die
Peilrohrentgasung 17 verfügt über ein gegenüber dem
Unterdruckbehälter 11 verschiebbares
Tauchrohr 42. Das Tauchrohr 42 ist mit einer lösbaren Überwurfmutter 41 in
dem Unterdruckbehälter 11 gehalten
und kann in Abhängigkeit
von der Anfangshöhe
der Flüssigkeit 37 in dem
Sprühraum 43 variabel
eingestellt werden. Der erzielbare Unterdruck ist dadurch ebenfalls
variabel.
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Zur
Vermeidung des Austritts von Flüssigkeit 37 aus
der Peilrohrentgasung 17 schließt sich diese bei einem vorbestimmten
Flüssigkeitsstand
im Unterdruckbehälter 11.
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Nach
dem Vollaufen des Unterdruckbehälters 11 startet
die Steuerung 31 die Pumpe 12 erneut, um die Flüssigkeit 37 aus
dem Unterdruckbehälter 11 zu
pumpen. Das erneute Starten der Pumpe 12 kann durch einen – nicht
dargestellten Sensor – oder
durch eine Zeitsteuerung erfolgen.
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Die
Steuerung 31 regelt zusätzlichen
den Zufluß von
Nachspeisflüssigkeit über eine
Flüssigkeitsnachspeisung 30,
die über
eine Einmündung 39 mit dem
Zulauf 35 verbunden ist. Hierdurch wird die nachgespeiste
Flüssigkeit,
bevor sie in den Flüssigkeitskreislauf 23 geleitet
wird, entgast. Zur Vermeidung des direkten Einlaufens von nachgespeister Flüssigkeit
in den Flüssigkeitskreislauf 23,
weist der Zulauf 35 ein Rückschlagventil 29 auf.
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Die
Steuerung regelt in Abhängigkeit
vom Druck p5 im Flüssigkeitskreislauf
den Nachfluß der nachgespeisten
Flüssigkeit
durch die Flüssigkeitsnachspeisung 30 über ein
Magnetventil 20. Fällt
der Druck p5 unter einen vorgegebenen Sollwert, so wird das Magnetventil 20 geöffnet.
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Ist
der Druck p1 in der Flüssigkeitsnachspeisung 30 kleiner
als der Anlagendruck p5, so ist zusätzlich ein zweites Magnetventil 40 vorgesehen, welches
während
der Nachspeisezeit über
die Steuerung 31 geschlossen gehalten wird.
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Der
Zulauf 35, der Ablauf 36 und die Flüssigkeitsnachspeisung 30 weisen
Absperrarmaturen 21, 28 und 25 auf, mit
denen der Flüssigkeitsstrom
unterbrochen werden kann. Zusätzlich
sind Drosselventile 19 und 26 vorgesehen, die
ein Veränderung
des Drucks erlauben. In dem Zulauf 35 ist ein über die Steuerung 31 stellbares
zweites Magnetventil 40 vorgesehen. Das zweite Magnetventil 40 schließt, wenn der
Anlagendruck p5 größer als
der Nachspeisedruck p1 wird. Während
der Nachspeisung ist das zweite Magnetventil 40 geschlossen,
während
das erste Magnetventil 20 geöffnet ist.
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In
seinen unteren Bereich weist der Unterdruckbehälter 11 einen Eisenspanfilter 15 auf,
der den Entgasungseffekt verstärkt.
Der Eisenspanfilter 15 ist mit Eisenspänen gefüllt und verbessert die Oxidation über der
freien Oberfläche.
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Der
Unterdruckbehälter 11 ist
zusätzlich
am Boden mit einem Schlammbereich 16 versehen, in dem Ablagerungen
aufgefangen werden, die durch ein Ablaßventil 34 abgeführt werden.
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- 10
- Entgasungsvorrichtung
- 11
- Unterdruckbehälter
- 12
- Pumpe
- 13
- Düsenstock
- 14
- Düse
- 15
- Eisenspanfilter
- 16
- Schlammbereich
- 17
- Peilrohrentgasung
- 18
- Behälterinnenwand
- 19
- Drosselventil
- 20
- Magnetventil
- 21
- Absperrarmatur
- 22
- Druckausgleichsgefäß
- 23
- Flüssigkeitskreislauf
- 24
- Verbraucher
- 25
- Absperrarmatur
- 26
- Drosselventil
- 27
- Rückschlagventil
- 28
- Absperrarmatur
- 29
- Rückschlagventil
- 30
- Flüssigkeitsnachspeisung
- 31
- Steuerung
- 32
- Flüssigkeitsfilm
- 33
- Flüssigkeitsstrahl
- 34
- Ablaßventil
- 35
- Zulauf
aus dem Flüssigkeitskreislauf
- 36
- Ablauf
in den Flüssigkeitskreislauf
- 37
- Flüssigkeit
- 38
- Gas
- 39
- Einmündung
- 40
- Magnetventil
- 41
- Überwurfmutter
- 42
- Tauchrohr
- 43
- Sprühraum
- p1
- Druck
in der Flüssigkeitsnachspeisung
- p2
- Druck
im Zulauf
- p3
- Druck
im Unterdruckbehälter
- p4
- Druck
in der Umgebung
- p5
- Druck
im Flüssigkeitskreislauf