DE19940814A1

DE19940814A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE19940814A1
Application number: DE19940814A
Authority: DE
Inventors: Karin Ruehling; Dietrich Uhlmann; Hartmut Weise; Gotthard Will
Original assignee: Otto Heat Heizungs- Energie- und Anlagentechnik & Co KG GmbH
Current assignee: Reflex Winkelmann and Pannhoff & Co 59227 Ahl GmbH
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2000-11-16

Abstract

Verfahren und Vorrichtung (10) zum Entgasen von Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit radial nach außen und das leichtere Gas radial nach innen in Richtung auf den Rotor (12) einer Zentrifugiervorrichtung gefördert wird. Der Rotor (12) ist mit einer durchbrochenen Tragscheibe (13) und einer durchbrochenen Deckscheibe (14) versehen. Das radial nach innen geförderte Gas gelangt durch einen Gasaustritt (19) in die umgebende Atmosphäre.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Entgasen von Gas enthaltenden Flüssigkeiten.

In der Praxis kommt es in Flüssigkeitskreisläufen unter bestimmten Betriebsführungsbedingungen häufig zur Bil dung freier Gasblasen. Exponierte Stellen sind, ent sprechend des bekannten Lösungsverhaltens von Gasen in Flüssigkeiten, die Orte niedrigsten Drucks und höchster Temperatur.

Folgen sind beispielsweise die Unterbrechung der Zirku lation für einzelne Abnehmer oder der Ausfall von Pum pen. Hohe Anteile an freien Gasen sind meist mit Ge räuschbelästigungen verbunden. Auch sinkt die Lebens dauer der Anlage.

Als störende Gase kommen nicht nur die Hauptbestandtei le der Luft, wie Sauerstoff (O₂), Stickstoff (N₂) und Kohlendioxid (CO₂) in Frage. Aus chemischen Reaktionen im Netzwasser können auch Methan (CH₄) Wasserstoff (H₂) und Schwefelwasserstoff (H₂S) entstehen.

Von den im System befindlichen Gasen werden je nach Werkstoffkombination bestimmte Anteile durch korrosive Vorgänge in den Korrosionsprodukten gebunden. Die ver bleibenden freien Gasanteile müssen mittels geeigneter Anlagenkomponenten abgeführt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor richtung zu schaffen, mit der gezielt Gase aus Flüssig keiten, wie beispielsweise aus Heizwasserkreisläufen, ausgeschieden werden können, so daß sich bei einem vor gegebenen Anlagendruck und einer definierten Anlagen temperatur keine freien Gase mehr im Kreislauf bilden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Maßnahmen gemäß An spruch 1, insbesondere dadurch, daß die Gas enthaltende Flüssigkeit in einer Zentrifugiervorrichtung in Rotati on versetzt wird, die Zentrifugiervorrichtung die Flüs sigkeit gasfrei radial nach außen und das freigesetzte Gas radial nach innen fördert, und das freigesetzte Gas radial innen aus der Zentrifugiervorrichtung geleitet wird.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah rens ist ein Gehäuse, in dem ein um eine Rotorachse drehbarer Rotor gelagert ist und dem Rotor eine durch brochene Tragscheibe und eine durchbrochene Deckscheibe zugeordnet sind, vorgesehen. Zur Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß das Gehäuse über einen Flüssigkeitsein tritt für eine zu entgasende Flüssigkeit und über einen Flüssigkeitsaustritt für die entgaste Flüssigkeit mit einem zu entgasenden Flüssigkeitssystem verbunden ist.

Durch diese Maßnahmen wird eine Vorrichtung geschaffen, die nach dem Prinzip der Turbomaschinen arbeitet. Sie weist ein Gehäuse auf, in dem ein Rotor drehbar gela gert ist. Der Rotor besteht aus Schaufeln, die zwischen einer durchbrochenen Tragscheibe für den Flüssigkeits eintritt und einer durchbrochenen Deckscheibe für den Flüssigkeitsaustritt angeordnet sind. Außerhalb der Ro torachse sind ein Flüssigkeitseintrittsstutzen, am äu ßeren. Radius ein Flüssigkeitsaustrittsstutzen ung ein in der Rotorachse gelegener Gasaustrittsstutzen vorge sehen.

Ziel dieser Entgasungsvorrichtung, die ähnlich der be kannten Kreiselpumpe arbeitet, ist nicht primär die Er höhung des Druckes vom Eingangsdruck p₁ auf den Aus gangsdruck p₂, sondern zur Rotorachse hin ein Druzkge fälle zu erzielen. Gleichwohl sind auch Konstruktionen möglich mit zusätzlicher Pumpenfunktion (p₁ < p₂) oder Drosselfunktion (p₁ < p₂).

In Kreiselpumpen sind Gasausscheidungen und Dampfbil dung (Kavitation) unerwünscht, da sie zu Leistungs- und Lebensdauerminderung führen. Aufgrund von partiellen Lösungsdruckunterschreitungen werden gelöste Gase an den Pumpenschaufeln ausgetrieben.

In der Entgasungsvorrichtung wird die Flüssigkeit dabei aufgrund ihrer größeren Masse durch die Zentrifugal kraft radial nach außen gefördert. Das leichtere Gas wird aufgrund der Dichteunterschiede gegenüber, der Flüssigkeit radial nach innen in Richtung Rotorachse gefördert. Es wird somit der physikalisch bedingte Se parationseffekt, der bei Kreiselpumpen vermieden werden soll, bewußt ausgenutzt, um Gase aus dem flüssigen För dergut auszutragen.

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

Fig. 1 den Einbau einer erfindungsgemäßen Entga sungsvorrichtung in möglicher Betriebs weise;

Fig. 2 die Seitenansicht der Entgasungsvorrich tung nach der Fig. 1, ohne Antrieb;

Fig. 3 den Druckverlauf über die Entgasungsvor richtung;

Fig. 4 die Seitenansicht der Entgasungsvorrich tung nach Fig. 1, mit Antrieb durch eine Statorwicklung.

Die in den Fig. 1, 2, 3 und 4 schematisch darge stellte Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten dient beispielsweise zur Beseitigung von im Heizungs wasser von Heizungswasserkreislaufsystemen gelöster Luft und anderen Gasen. Sie ist als eine Zentrifuge 10 ausgebildet, in der die Flüssigkeit in Rotation ver setzt werden kann. Die Zentrifuge 10 besteht im wesent lichen aus einem Gehäuse 11, in dem ein Schaufelrad oder Rotor 12 drehbar angeordnet ist.

Wie die Fig. 1 zeigt, sind die Betriebsweisen der er findungsgemäßen Entgasungszentrifuge 10 wie folgt mög lich:
Einbau im Bypass: _EG <
Einbau im Hauptstrom: _EG =
Entgasung ohne Differenzdruck: p₁ = p₂
Entgasung mit Pumpbetrieb: p₁ < p₂
Entgasung mit Drosselbetrieb: p₁ < p₂
Entgasung bei Überdruck: p₀ < p_b, p_b = Atmosphärendruck zur Atmosphäre
Entgasung bei Atmosphärendruck: p₀ = p_b
Entgasung bei Unterdruck: p₀ < p_b
Bedingung für p₀: p₀ < p_s, p_s = geringster Gassät tigungsdruck der Flüssigkeiten 24 bzw. 25.

Wie die Fig. 2 zeigt, besteht der Rotor 12 im wesent lichen aus einer durchbrochenen Tragscheibe 13 für den Flüssigkeitseintritt 26 und einer durchbrochenen Deck scheibe 14 für den Flüssigkeitsaustritt 20. Der Rotor 12 ist mit Schaufeln 15 versehen und in einem Lager 16 drehbar.

Durch den mechanisch angetriebenen Rotor 12 wird in der Entgasungszentrifuge 10 ein Druckfeld erzeugt, dessen zentrales Druckminimum zur Entgasung der Flüssigkeit ausreicht. Dabei ist die Druckdifferenz zwischer Ein tritt und Austritt Δp_EG (_EG) = (p₁ - p₂) (_EG).

Die Fig. 4 zeigt eine Entgasungszentrifuge 10a, in der der Rotor 12 auch als ein Käfigläufer eines elektri schen Antriebmotors mit einer Statorwicklung 17 dient. Das Gehäuse 11 erfüllt dabei die Funktion eines Spalt topfes. Dadurch wird eine hermetische Bauweise möglich. Aber auch andere Antriebsvarianten sind denkbar. Der Motor wird über eine Steuerung 18 gesteuert.

Das Gehäuse 11 weist eine Rotorachse 28 auf. In Bereich der Rotorachse 28 ist der durchbrochenen Deckscheibe 14 ein Gasaustritt 19 zugeordnet, über den das ausgeschie dene Gas in ein Gassammelgefäß 27 gelangt. Der Gasaus tritt 19 braucht dabei nicht mit der durchbrochenen Deckscheibe 14 verbunden sein.

Aus dem Gassammelgefäß 27 kann das Gas über ein Entga sungsventil 23 an die freie Atmosphäre abgegeben wer den. Dabei öffnet das Entgasungsventil 23 nur in Rich tung der Atmosphäre.

Durch die Rotation des Rotors 12 wird die schwerere Flüssigkeit in Förderrichtung 21 radial nach außen ge schleudert und dabei entgast. Die entgaste Flüssigkeit 25 gelangt durch den Flüssigkeitsaustritt 20 zurück in das Flüssigkeitssystem 29. Das leichtere Gas wird in Förderrichtung 22 radial nach innen und über den Gasaus tritt 19 und das Entgasungsventil 23 aus dem Gehäuse 11 abgeleitet.

Das Gehäuse 11 ist über den Anschluß 20 für die zu ent gasende Flüssigkeit 24 und über den Anschluß 26 für die entgaste Flüssigkeit 25 mit dem zu entgasenden Flüssig keitssystem 29 verbunden.

Die Flüssigkeit, bzw. das Wasser aus dem zu entgasenden Flüssigkeitssystem 29 weist einen Eingangsdruck p₁ auf, der gleich, kleiner oder größer dem Austrittsdruck p₂ der entgasten Flüssigkeit 25 ist - je nachdem, ob die Entgasungszentrifuge 10/10a differenzdrucklos, als Pum pe oder Drossel betrieben wird.

In der Rotorachse 28 herrscht ein reduzierter Druck p₀, der kleiner p₁ und p₂ ist. Der reduzierte Druck p₀ muß unterhalb des geringsten Gassättigungsdruckes p_s des angeschlossenen Flüssigkeitssystems 29 liegen. Der Druck p₀ kann größer, kleiner oder gleich dem Atmösphä rendruck p_b sein.

Ist der Druck p₀ größer als der Druck der umgebenden Atmosphäre p_b, so kann die Gasausschleusung durch das Entgasungsventil 23 bei laufender Entgasungszentrifuge 10/10a erfolgen. Ist der Druck p₀ gleich oder kleiner dem Atmosphärendruck p_b, so ist zum Gasausschleusen durch das Entgasungsventil 23 ein Stop des Rotors 12 bzw. der Entgasungszentrifuge 10/10a erforderlich.

Die Gasausschleusung wird von der Steuerung 18 über wacht und kann zeitabhängig, beispielsweise als Dauer entgasung, Entgasung in festgelegten Zeitintervallen oder in Abhängigkeit von dem gemessenen Gasgehalt er folgen. Die Entgasungsleistung selber kann durch die Veränderung der Drehzahlen oder durch Drosselung des Durchflusses der Entgasungszentrifuge, bzw. Entgasungs vorrichtung 10/10a variiert werden.

Bezugszeichen

10

/

10

a Entgasungszentrifuge

11

Gehäuse

12

Rotor

13

durchbrochene Tragscheibe

14

durchbrochene Deckscheibe

15

Schaufeln

16

Rotorlager

17

Statorwicklung

18

Steuerung

19

Gasaustritt

20

Flüssigkeitsaustritt

21

Flüssigkeitsförderrichtung

22

Gasförderrichtung

23

Entgasungsventil

24

zu entgasende Flüssigkeit

25

entgaste Flüssigkeit

26

Flüssigkeitseintritt

27

Sammelgefäß

28

Rotorachse

29

zu entgasendes Flüssigkeitssystem

Claims

1. Verfahren zum Entgasen von Gas enthaltenden Flüs sigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas enthal tende Flüssigkeit in einer Zentrifugiervorrichtung in Rotation versetzt wird, die Zentrifugiervorrichtung die Flüssigkeit gasfrei radial nach außen und das freigesetzte Gas radial nach innen fördert, und das freigesetzte Gas radial innen aus der Zentrifugiervor richtung geleitet wird.

2. Verfahren zum Entgasen von Gas enthaltenden Flüs sigkeitssystemen, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Gas enthaltenden Flüssigkeitssystem Flüssigkeit in ei ne um eine Rotorachse drehbare Zentrifugiervorrichtung geleitet und dort in Rotation versetzt wird, die Flüs sigkeit gasfrei radial nach außen und das freigesetzte Gas radial nach innen in Richtung der Rotorachse ge fördert und durch Entgasungsöffnungen in die umgebende Atmosphäre abgeleitet wird, während die gasfreie Flüs sigkeit zurück in das Flüssigkeitssystem gelangt.

3. Vorrichtung zum Entgasen von Gas enthaltenden Flüssigkeiten, gekennzeichnet, durch ein Gehäuse (11) in dem ein um eine Rotorachse (28) drehbarer Rotor (12) gelagert ist und dem Rotor (12) eine durchbroche ne Tragscheibe (13) und eine durchbrochene Deckscheibe (14) zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (11) über einen Flüssigkeitsein tritt (26) für eine zu entgasende Flüssigkeit (24) und über einen Flüssigkeitsaustritt (20) für die entgaste Flüssigkeit (25) mit einem zu entgasenden Flüssig keitssystem (29) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rotorachse (28) des Rotors (12) das Gehäuse (11) mit einem Gasaustritt (19) ver sehen ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem aus dem Gehäuse (11) führenden Gasaustritt (19) ein Gassammelgefäß (27) mit einem Entgasungsventil (23) zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entgasungsventil (23) nur in Richtung der Atmosphäre öffnet.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasaustritt (19) gegenüber der durchbrochenen Deckscheibe (14) frei liegt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasausschleusung aus dem Gas sammelgefäß (27) von einer Steuerung (18) überwacht wird und zeitabhängig, als Dauerentgasung, Entgasung in festgelegten Zeitintervallen oder in Abhängigkeit von dem gemessenen Gasgehalt erfolgt.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Rotors (12) in Abhängigkeit von dem Eintrittsdruck (p₁) der zu entga senden Flüssigkeit (24) und dem Druck (p₂) am Flüssig keitsaustritt (20) steuerbar ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsdruck (p₂) der entga sten Flüssigkeit (25) gleich oder größer dem Ein trittsdruck (p₁) der gashaltigen Flüssigkeit (24) ist.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsleistung durch die Veränderung der Drehzahlen oder durch Drosselung des Durchflusses variierbar ist.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (12) elektromotorisch antreibbar ist.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (12) als ein Käfigläufer eines elektrischen Antriebmotors mit einer Statorwick lung (17) und das Gehäuse (11) als ein Spalttopf aus gebildet sind.