DE19803980A1

DE19803980A1 - Vorrichtung zum Entgasen von flüssigen Medien

Info

Publication number: DE19803980A1
Application number: DE1998103980
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl Ing Uhlmann
Original assignee: OTTO HEAT HEIZUNGS
Current assignee: REFLEX WINKELMANN + PANNHOFF GMBH & CO., 59227 AHL
Priority date: 1997-09-06
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 1999-07-29
Also published as: DE19739142B4; DE19739142A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfah ren zum Entgasen von in einem flüssigen Medium, insbe sondere in Wasser, gelösten Gasen, mit einem Unter druckbehälter, der mindestens einen Zulauf und einen Ablauf aufweist, insbesondere nach dem Patent (der Pa tentanmeldung) 197 39 142.7.

Im praktischen Betrieb von Anlagen mit Medienkreisläu fen, insbesondere in Heizungs-, Kälte- und Klimaanla gen, gelangen häufig gelöste und freie Gase über die Mechanismen der Unterdruckbildung, Diffusion durch per meable Bauteile, über die Nachspeisung flüssigen Medi ums und über biologische Prozesse infolge von Verunrei nigungen in den Medienkreislauf.

Treten diese Gase in allen Punkten des Medienkreislaufs 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.

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 Zirku lationsproblemen führen.

Aus der GB A 984 307 ist eine Entgasungsvorrichtung für Medienströme, insbesondere zum Entlüften von Wärmetau scherkreisläufen bekannt. Diese Vorrichtung enthält ei ne Rohrleitung zur Führung des flüssigen Medienstromes 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 Druckpum pe, welche die flüssigen Medien, die unter einem Druck unterhalb des Druckes in der Rohrleitung steht, minde stens auf den Druck in der Rohrleitung bringt.

Aus der 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 be stimmten Menge des flüssigen Mediums geöffnet werden kann. Die entnommene flüssige Medium steht während ei ner von der Steuerung bestimmten Zeitspanne nach dem Schließen des Zulaufventils unter atmosphärischem Druck.

Durch diese Druckverminderung, wird die in dem flüssi gen Medium gelöste Gasmenge reduziert. Die Druckpumpe wird durch die elektronische Steuerung eingeschaltet, um die unter atmosphärischem Druck entgaste Medium so lange in den Kreislauf und in die Rohrleitung zurück zu pumpen, bis ein Druckfühler das Erreichen eines vorpro grammierten Systemdrucks im Medienstrom signalisiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor richtung zur Entgasung von flüssigen Medien, insbeson dere von Wasser, zu schaffen, die kostengünstig und einfach zu steuern ist, leicht hergestellt werden kann und einen gegenüber dem Hauptpatent weiter verbesserten Wirkungsgrad aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das flüssige Me dium durch eine Düse in einen Unterdruckbehälter strömt, in dem entgasungsfördernde Einbauten angeordnet sind. Das flüssige Medium wird dabei durch die Düse fein verteilt und versprüht. Die entgasungsfördernden Einbauten, nämlich beispielsweise Prallbleche, nutzen Sperreffekte, Blasenkeimbildung und die Verlängerung des Strömungsweges.

Vorteilhafterweise ist die Düse gegen die Unterdruckbe hälterinnenwand gerichtet, wodurch das flüssige Medium einen Film an der Unterdruckbehälterinnenwand bildet. Durch die Düse wird die Oberfläche des flüssigen Medi ums vergrößert, was die Desorption der Gase erleich tert.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann zusätzlich durch eine Pumpe, die am Ablauf angeordnet ist, mehr flüssiges Medium aus dem Unterdruckbehälter abgepumpt werden kann, als durch die Düse nachströmt, woraus ein Unterdruck im Verhältnis zum Druck im Zulauf im Unter druckbehälter resultiert, wobei Durchmesser und Höhe in Abhängigkeit des Mediumsdurchsatzes optimal aufeinander nach einem vorgegebenen Verhältnis H/d abgestimmt sind.

Dies ermöglicht eine Druckentspannung des flüssigen Me diums im Unterdruckbehälter. Die Auswahl der Düse und der Pumpe sollte so gewählt werden, daß eine Druckent spannung auf nahe des Siedepunktdruckes erreicht wird, vorzugsweise kleiner als 0,1 Mpa bei Kaltwasser. Hier durch werden zusätzlich Gase aus dem flüssigen Medium gelöst. Bei Warmwasser wird der Druck in dem Unter druckbehälter bis nahe des Siedepunktdruckes abgesenkt.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprü chen beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher be schrieben.

Die in der einzigen Figur dargestellte Entgasungsvor richtung 10 besteht im wesentlichen aus einem Unter druckbehälter 11, der eine Behälterinnenwand 18 auf weist. Der Unterdruckbehälter 11 ist über einen Zulauf 35 und einen Ablauf 36 mit einem Kreislauf 23 für ein flüssiges Medium 37, vorzugsweise Wasser, verbunden. Der Kreislauf 23, z. B. ein Heizwasserkreislauf, weist mindestens einen Verbraucher 24, beispielsweise Heiz körper auf. In den Medienkreislauf 23 ist ein bekanntes Druckausgleichsgefäß 22 integriert.

Der Durchmesser d und die Höhe H des Unterdruckbehäl ters 11 werden in Abhängigkeit des Durchsatzes an flüs sigem Medium optimal aufeinander nach einem zu ermit telndem Verhältnis H/d abgestimmt.

Der Unterdruckbehälter 11 weist in seinem oberen Be reich 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 flüssiges Medium 37 in Form eines Mediumstrahls 33 in den Unter druckbehälter 11 gelangt. Hierbei strahlt die Düse 14 das flüssige Medium vorzugsweise gegen die Behälterin nenwand 18, auf der dadurch ein Film 32 entsteht. Durch spezielle entgasungsfördernde Einbauten 11.1, wie z. B. Gitter, Umlenk- oder Prallbleche usw., werden weitere Effekte, wie z. B. Sperreffekte, Blasenkeimbildung, Ver längerung des Strömungsweges erzeugt. Durch diese Maß nahmen wird die Oberfläche des flüssigen Mediums 37 vergrößert, was die Desorption der Gase 38 beschleu nigt.

Zusätzlich wird mit einer Pumpe 12, die in einem Ablauf 36 angeordnet ist, ein Unterdruck p3 im Unterdruckbe hälter 11 erzeugt. Der Unterdruck p3 bemißt sich am Druck p2 im Zulauf 35 bzw. am Druck p5 im Medienkreis lauf 23 sowie an der Durchflußleistung der Düse 14 und der Förderleistung der Pumpe 12.

Eine Steuerung 31 schaltet die Pumpe 12 dann ab, wenn das flüssige Medium 37 aus dem Unterdruckbehälter 11 gesaugt wurde. Die Steuerung 31 überwacht hierbei ent weder einen - nicht dargestellten - Sensor oder das Trockenlaufen der Pumpe 12. Sobald das Medium 37 abge saugt wurde, schaltet die Steuerung 31 die Pumpe 12 ab.

Der Unterdruck p3 im Unterdruckbehälter sorgt für einen Nachfluß von flüssigem Medium 37 durch den Zulauf 35. Ein Rückschlagventil 27, das im Ablauf 36 angeordnet ist, verhindert den Rückfluß der entgasten Medium 37.

Der Unterdruckbehälter 11 weist im Deckelbereich eine Peilrohrentgasung 17 auf, die in Abhängigkeit vom Druck p4 in der Umgebung das Gas 38 aus dem Unterdruckbehäl ter 11 entweichen läßt. Sobald der Druck p4 in der Um gebung kleiner als der Druck p3 im Unterdruckbehälter ist, öffnet sich die Peilrohrentgasung 17 und entläßt das Gas 38 in die Umgebung.

Nach dem Stoppen der Pumpe 11 drückt das in den Unter druckbehälter fließende Medium 37, vorzugsweise Wasser, das Gas 38 aus der Peilrohrentgasung 17 in die Umge bung. Der Druck p2 bzw. p5 ist vorteilhafterweise grö ßer als der Druck p4, was aber in nahezu allen Kreis laufsystemen der Fall ist.

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 Ab hängigkeit von der Anfangshöhe des flüssigen Mediums 37 in dem Sprühraum 43 variabel eingestellt werden. Der erzielbare Unterdruck ist dadurch ebenfalls variabel.

Zur Vermeidung des Austritts von Medium 37 aus der Peilrohrentgasung 17 schließt sich diese bei einem vor bestimmten Mediumsstand im Unterdruckbehälter 11.

Nach dem Vollaufen des Unterdruckbehälters 11 startet die Steuerung 31 die Pumpe 12 erneut, um das flüssige Medium 37 aus dem Unterdruckbehälter 11 zu pumpen. Das erneute Starten der Pumpe 12 kann durch einen - nicht dargestellten Sensor - oder durch eine Zeitsteuerung erfolgen.

Die Steuerung 31 regelt zusätzlichen den Zufluß von Nachspeisemedium über eine Nachspeisung 30, die über eine Einmündung 39 mit dem Zulauf 35 verbunden ist. Hierdurch wird das nachgespeiste flüssige Medium, bevor es in den Medienkreislauf 23 geleitet wird, entgast. Zur Vermeidung des direkten Einlaufens von nachgespei stem Medium in den Medienkreislauf 23, weist der Zulauf 35 ein Rückschlagventil 29 auf.

Die Steuerung regelt vorzugsweise bei Anlagen mit Mem brandruckausdehnungsgefäßen in Abhängigkeit vom Druck p5 im Kreislauf des flüssigen Mediums oder vom Füll stand L im Ausdehnungsgefäß, vorzugsweise bei Druckhal testationen, den Nachfluß des nachgespeisten Wasser durch die Wassernachspeisung 30 über ein Magnetventil 20. Fällt der Druck p5 bzw. der Füllstand L unter einen vorgegebenen Sollwert, so wird das Magnetventil 20 ge öffnet.

Der Zulauf 35, der Ablauf 36 und die Nachspeisung 30 weisen Absperrarmaturen 21, 28 und 25 auf, mit denen der Flüssigkeitsstrom unterbrochen werden kann. Zusätz lich sind ist ein Druckminderventil 19.1 und ein Über strömventil 26.1 vorgesehen, die ein Veränderung des Drucks erlauben.

Insbesondere bei Heizungsanlagen wird durch Vorwärmung des Mediums 30 durch den Zulauf 35 der Entgasungseffekt im Unterdruckbehälter 11 verstärkt. Dazu ist in den Zu lauf 35 für neues flüssiges Medium 37 eine Mediumsnach speisung 30 vorgesehen, die über Druckminderventile 19.1 und/oder 40.1 das Mischungsverhältnis des neuen und alten Mediums 37 regelt. Das Druckminderventil 19.1 wird dabei auf einen Druck unterhalb des Druckes PS wird so vermieden.

In seinen unteren Bereich weist der Unterdruckbehälter 11 einen Eisenspanfilter 15 auf, der den Entgasungsef fekt verstärkt. Der Eisenspanfilter 15 ist mit Eisen spänen gefüllt und verbessert die Oxidation über der freien Oberfläche.

Der Unterdruckbehälter 11 ist zusätzlich am Boden mit einem Schlammbereich 16 versehen, in dem Ablagerungen aufgefangen werden, die durch ein Ablaßventil 34 abge führt werden.

Zur Verbesserung des Entgasungseffekts wird beim Nach speisen von flüssigem Medium 30, gezielt Wasser aus dem Wasserkreislauf 35 an der Einmündung 39 beigemischt. Insbesondere bei Heizungsanlagen wird durch die damit verbundene Aufheizung des Heizungswassers 30 der Entga sungseffekt verstärkt. Das Verhältnis der Flüssigkeits ströme 30 und 35 wird hierbei über Druckminderventile 19.1 und 40.1 eingestellt. Durch die Einregulierung der Druckminderventile 19.1 und 40.1 auf einen vorgegebenen Druck p2 ist eine optimale Einstellung der Leistung der Düsen 14 gegeben. Das Druckminderventil 19.1 wird un terhalb des Druckes p5 eingestellt. Damit wird das Nachspeisen von unentgasten. Wasser 30 über den Unter druckbehälter 11 in den Kreislauf 23 vermieden. Durch Einbau eines Überströmventils 26.1 kann die Fördermenge der Pumpe 12 auf einen annähernd konstanten Wert einge stellt werden. Ein Einheit mit den Druckminderventilen 40.1 und 19.1 sind somit stabile Zu- und Abströmver hältnisse erreichbar.

In einer weiteren Ausführungsform kann auf der Saugsei te der Pumpe 12 ein Rückschlagventil 27 eingebaut sein. Durch dieses Rückschlagventil 27 wird der Gefahr von Falschlufteinbrüchen über die Gleitringdichtung der Pumpe 11 wirksam vermieden.

In noch einer weiteren Ausführungsform kann bei Verwen dung einer geeigneten Pumpe 12 auf das Rückschlagventil 27 verzichtet werden. Der Gasausschub bei abgeschalte ter Pumpe erfolgt dann nicht nur durch Nachfluß über die Düse 14, sondern auch durch Rücklauf von flüssigem Medium 36, beispielsweise Wasser.

Bezugszeichenliste

10

Entgasungs vorrichtung

11

Unterdruckbehälter

11.1

Einbauten

12

Pumpe

13

Düsenstock

14

Düse

15

Eisenspanfilter

16

Schlammbereich

17

Peilrohrentgasung

18

Behälterinnenwand

19.1

Druckminderventil

20

Magnetventil

21

Absperrarmatur

22

Druckausgleichsgefäß

23

Mediumskreislauf

24

Verbraucher

25

Absperrarmatur

26.1

Überströmventil

27

Rückschlagventil

28

Absperrarmatur

29

Rückschlagventil

30

Nachspeisung

31

Steuerung

32

Film

33

Mediumstrahl

34

Ablaßventil

35

Zulauf

36

Ablauf

37

flüssiges Medium

38

Gas

39

Einmündung

40.1

Druckminderventil

41

Überwurfmutter

42

Tauchrohr

43

Sprühraum
p1 Druck
p2 Druck im Zulauf
p3 Behälterdruck
p4 Umgebungsdruck
p5 Kreislaufdruck
L Wasserstand
d Durchmesser des Un terdruckbehälters
H Höhe des Unterdruck behälters

Claims

1. Vorrichtung und ein Verfahren zum Entgasen von in einem flüssigen Medium, insbesondere in Wasser, gelö sten Gasen, mit einem Unterdruckbehälter, der minde stens einen Zulauf und einen Ablauf aufweist, insbe sondere nach dem Patent (der Patentanmeldung) 197 39 142.7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Unterdruck behälter (11) entgasungsfördernde Einbauten (11.1) an geordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das flüssige Medium (37) durch eine Düse (14) in den Unterdruckbehälter (11) strömt, in dem entga sungsfördernde Einbauten (11.1) so angeordnet sind, daß sie Sperreffekte, Blasenkeimbildung und/oder Ver längerung des Strömungsweges unterstützen.

3. Vorrichtung zum Entgasen von in flüssigen Medien gelösten Gasen, mit einem Unterdruckbehälter, der min destens einen Zulauf und einen Ablauf aufweist, ge kennzeichnet durch eine einen Unterdruck erzeugende Pumpe (12), die mit einer Steuerung (31) verbunden ist, wobei Durchmesser (d) und Höhe (H) des Unter druckbehälters (11) in Abhängigkeit des Mediendurch satzes optimal aufeinander nach einem vorgegebenen Verhältnis H/d abgestimmt sind und in dem Unterdruck behälters (11) entgasungsfördernde Einbauten (11.1) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (31) die Pumpe (12) so ansteuert, daß bedingt durch die Leistungsabstim mung zwischen Pumpe (12), Düse (14), Druckminderven til (19.1) und Überströmventil (26.1) eine größere Men ge an flüssigem Medium (37) aus dem Unterdruckbehälter (11) durch den Ablauf (36) abgepumpt wird als durch den Zulauf (35) hinzu fließt, die Steuerung (31) die Pumpe (12) nach dem Absaugen des flüssigen Mediums (37) so lange abgeschaltet, bis genügend flüssiges Me dium (37) durch den Zulauf (35) und/oder den Ablauf (36) in den Unterdruckbehälter (11) nachgeflossen ist und die Gase (38) durch das Entgasungsmittel (17) aus dem Unterdruckbehälter (11) gedrückt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Steuerung (31) den Vorgang des Absaugens und Auffüllens kontinuierlich wiederholt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (31) die Pumpe (12) so steuert, daß im Unterdruckbehälter (11) beim Absau gen ein Druck (p3) nahe des Siedepunktdruckes herrscht.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entgasungs mittel eine Peilrohrentgasung (17) ist, die in Abhän gigkeit vom Umgebungsdruck (p4) die Gase (38) aus dem Unterdruckbehälter (11) entläßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die Peilrohrentgasung (17) die Gase (38) aus dem Unterdruckbehälter (11) entläßt, wenn der Umge bungsdruck (p4) kleiner als der Druck (p3) im Unter druckbehälter ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Peilrohrent gasung (17) über ein gegenüber dem Unterdruckbehälter (11) verschiebbares Tauchrohr verfügt.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zulauf (35) für neues flüssiges Medium (37) eine nachspeisen de Mediumsnachspeisung (30) vorgesehen ist, die über Druckminderventile (19.1, 40.1) das Mischungsverhält nis des neuen und alten Mediums (37) regelt.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das neue flüssige Medium (37) durch einen Zulauf (35) vorwärm bar ist.

12. Vorrichtung nach den Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (31) die Medi umsnachspeisung (30) über ein Magnetventil (20) steu ert, das in Abhängigkeit des Drucks (p5) im Mediums kreislauf (23) und/oder in Abhängigkeit des Füllstan des (L) im Druckausgleichsgefäß (22) schaltbar ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprü che 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Saugseite der Pumpe (12) ein Rückschlagventil (27) vorgesehen ist.