DE20200822U1

DE20200822U1 - Strömungsfilter für Flüssigkeitskreisläufe

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Publication number: DE20200822U1
Application number: DE20200822U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2012-01-22

Description

Strömungsfilter für Flüssigkeitskreisläufe

Die Erfindung betrifft einen Strömungsfilter für Flüssigkeitskreisläufe in Heizungs-, Kälte-und Klimaanlagen, insbesondere einen Strömungsfilter für einen geschlossenen Wasserkreislauf in Heizungsanlagen.
Es ist bekannt, daß in modernen Heizungsanlagen die empfindlichen Steuer und Regelelemente ein möglichst vollständiges und effektives Zurückhalten der im Wasser vorhandenen festen Verunreinigungen sowie gasförmigen Bestandteile erfordern.

Um Schmutzstoffe und Gase in Heizungsanlagen möglichst zurückzuhalten und aufzufangen und damit energiesparender arbeiten zu können, sind bereits verschiedene Anlagen und Methoden bekannt.

Sowohl das periodische Spülen von Heizungsanlagen, der Einsatz von Chemikalien als auch der Einbau bisher bekannter Siebe oder Filter und ihr Reinigungsaustausch sind mit hohem Zeit-und Kostenaufwand verbunden. Darüberhinaus sind der hohe Wartungsaufwand sowie der oftmals erzielte geringe Reinigungseffekt uneffektiv.

Nach der DE 19717 883 ist ein Reinigungsgerät für eine Flüssigkeit in geschlossenen Kreisläufen , vorzugsweise in Heizungsanlagen bekannt, das aus einem Durchflußbereich mit in Fließrichtung angeordneter Sammelvorrichtung, aus einem zweiten Durchflußbereich mit entgegengesetzter Fließrichtung und einem Entspannungs - und Sammelraum besteht. Aufgrund unterschiedlicher Fließrichtungen und unterschiedlicher Durchmesser und Querschnittsflächen der einzelnen vom Wasser durchströmten Bereiche wechseln laminare und turbulente Strömung des Wassers und damit seine Fließgeschwindigkeit, so dass sich die Verunreinigungen abscheiden und in einem Entspannungs - und Sammelraum sammeln.

Das Reinigungsgerät ist vorzugsweise als Anschlußstück für Heizungsanlagen ausgeführt und dem empfindlichen Teil des Heizungskreislaufes vorgeschaltet.

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Der Vorteil dieses Reinigungsgerätes besteht darin, daß durch den zweifachen Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung mit einer zweimaligen Verringerung der Fließgeschwindigkeit des Heizungswassers ein doppeltes Abscheiden und Sammeln unterschiedlicher Verunreinigungspartikel und damit ein erhöhter Reinigungseffekt erfolgen.

Die Nachteile des Reinigungsgerätes bestehen jedoch darin, daß die gasförmigen Bestandteile wie Luft, Sauerstoff oder CO₂, die sich im Heizungswasser befinden oder durch chemische Reaktion bestimmter Verunreinigungen entstehen, weiterhin den Heizungskreislauf störend und energiemindernd beeinflussen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Strömungsfilter für Flüssigkeitskreisläufe, insbesondere für einen Wasserkreislauf in Heizungsanlagen, zu schaffen, durch den sowohl feste Schmutz-und
Verunreinigungspartikel unterschiedlicher Größe, Zusammensetzung und Konsistenz als auch gasförmige Bestandteile des Wassers im Heizungskreislauf gezielt abgesondert, gesammelt und ausgeschieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Strömungsfilter für Flüssigkeitskreisläufe, der aus je einem Durchflußbereich vor und nach einer Sammelvorrichtung sowie einem Hauptsammei - und - entspannungsraum besteht, einen weiteren Durchflußbereich mit einer als Umkehrkammer ausgebildeten zweiten Sammelvorrichtung, weitere Durchflußelemente sowie einen über dem Hauptsammei - und - entspannungsraum angeordneten Gassammeiraum besitzt.

Außerdem ist der erfindungsgemäße Strömungsfilter dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des weiteren Durchflußbereiches geringer ist
als diejenige des Hauptsammel-und-entspannungsraumes und die Querschnittsfläche der weiteren Durchflußelemente geringer ist als diejenige der zweiten Sammelvorrichtung, so daß jeweils beim Eintritt der Flüssigkeit in

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den weiteren Durchflußbereich und in die Durchflußelemente ein Übergang von turbulenter Strömung zu laminarer Strömung und damit eine Abscheidung von gasförmigen Bestandteilen erfolgt. Über den Gassammeiraum des Strömungsfilters und das Entlüftungsventil erfolgt das Abscheiden und Entfernen der gasförmigen Verunreinigungen und Bestandteile.

Die weiteren Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dargestellt.
Die vorteilhaften Merkmale des erfindungsgemäßen Strömungsfilters bestehen darin, daß aufgrund seiner konstruktiven erfindungsgemäßen Ausführung sowohl ein mehrfacher Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung mit einer Verringerung der Fließgeschwindigkeit als auch ein mehrfacher Übergang von turbulenter zu laminarer Strömung mit einer Vergrößerung der Fließgeschwindigkeit erfolgen. Dadurch ist sowohl ein Abscheiden und Sammeln der festen Schmutz - und Verunreinigungspartikel als auch der gasförmigen Bestandteile sicher und erfolgreich für den gesamten Flüssigkeitskreislauf gegeben.

Der erfindungsgemäße Strömungsfilter ist geeignet für
alle Warmwasser - Heizungsanlagen,
alle geschlossenen und offenen Kreisläufe,
alle nicht korrodierenden Medien,

Solaranlagen,
Fußbodenheizungen,
Wärmepumpen.

Die Abscheideleistung erstreckt auf alle Partikel, die um mindestens 20% schwerer als das Trägermedium Wasser sind. D.h. selbst Partikel aus PVC, die mit Ihrer Dichte von 1,19 weit unter der der üblichen Fremdstoffe liegen, werden noch vom Filter erfaßt. Die Strömungsfilter sind ausgelegt für einen Spitzenbetriebsdruck von 8 bar und eine Dauertemperatur von 120⁰C. Damit eignen sie sich insbesondere für:

Radiator- und Fußbodenheizungen,

Wärmepumpen,

&igr;· · · · · &iacgr; it

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Solaranlagen,

für jeden geschlossen Kreislauf unter den beschriebenen
Einsatzbedingungen.

Bei mit Sauerstoff oder anderen Gasen belasteten Anlagen wird mit einem nachgeschalteten Entlüftungsventil auch eine sichere Abscheidung von Gasen erzielt. Auch für große abzuscheidende Mengen an Luft, Sauerstoff, Kohlensäure und anderen Gasen ist der erfindungsgemäße Strömungsfilter geeignet.
Desweiteren besitzt der erfindungsgemäße Strömungsfilter folgende Vorteile:
Der Filter trägt den Besonderheiten des geschlossenen Kreislaufs Rechnung.

Die Abscheidung der Partikel muss nicht auf einmal erfolgen. Wie Versuche gezeigt haben, wachsen diese Partikel während des Betriebes. Lange bevor eine kritische Größe erreicht wird, werden die Partikel abgeschieden.
Wird zum Beispiel in einer Anlage mit 200 1 Wasserinhalt das Wasser in 10 Betriebsstunden über 50 mal umgewälzt, sind nach wenigen Wochen die Fremdstoffe entfernt.

Das bedeutet, daß bei nur 5 Betriebsstunden täglich und einer Filterwirksamkeit von nur 1% die Fremdstoffen in 2 Wochen um 95% vermindert sind.
Auch bei Problemanlagen mit Sauerstoff- Eintrag, wo die Reaktionen nie zum Stillstand kommen, werden die schädlichen Folgen weitgehend verhindert.

Werden stillstehende Anlagenteile nach längerer Zeit wieder in Betrieb genommen, kommt der Schmutz in regelrechten &ldquor;Wolken" an. Auch diese Unregelmäßigkeiten werden vom Strömungsfilter sofort ausgeglichen.
Der erfindungsgemäße Strömungsfilter kann in den Vor-oder Rücklauf eines geschlossenen oder offenen Kreislaufes eingesetzt werden. Seine Wirkung erstreckt sich nicht nur auf alle Partikelgrößen, auch die gelösten Stoffe werden ausgefällt und zum größten Teil zurückgehalten.
Der Strömungsfilter ist in vorhandene Anlage einfach einzubauen.
Als kleines, kompaktes Bauteil lässt er sich problemlos vor alle Wärmeerzeuger und gefährdeten Geräte montieren.

Das von den Heizkörpern bzw. von dem Verteilungssystem von Fußboden- und Heizflächen zurückströmende Wasser wird durch das Einspritzrohr in den Verwirbelungsraum gebracht.

Wenn das Wasser durch einen schmalen Ringspalt zurück in den Hauptsammelraum strömt, ändert sich die Fließgeschwindigkeit mehrmals.

Ein Teil der Strömung hält sich längere Zeit im Hauptsammeiraum auf und gibt den Fremdstoffen und Gasen Gelegenheit, sich abzusetzen.
Über die Verschlußteile und das Entlüftungsventil werden die Fremdstoffe und Gase entfernt. Der Wasserverlust dabei ist minimal.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, vorzugsweise für einen geschlossenen Wasserkreislauf einer Heizungsanlage.
In den nachfolgenden Zeichnungen zeigen:

Figur 1: den erfindungsgemäßen Strömungsfilter in

Seitenansicht;

Figur2: die Fließströmungen im Strömungsfilter in schematischer

Darstellung.

Der erfindungsgemäße Strömungsfilter nach Figur 1 ist als Zusatzgerät in den geschlossenen Wasserkreislauf einer Heizungsanlage einbaubar. Das Durchflußelement 1 ist als Einströmrohr für die Flüssigkeit ausgebildet und durchstößt senkrecht ein Hauptrohr größeren Durchmessers, das einen Hauptsammei - und - entspannungsraum 4;5 bildet, und endet im Inneren einer rohrförmigen Sammelvorrichtung 2. Diese ist mit dem Hauptrohr des Hauptsammei - und entspannungsraumes 4,5 fest verbunden. Der Durchmesser dieser Sammelvorrichtung 2 ist größer als der des Durchflußelementes 1, so daß folgende Durchmesserverhältnisse gelten;
Durchmesser /Durchmesser >"Durchmesser

Durchflußelement ^* Sammelvorrichtung 2 ^ Hauptsammel-und-entspannungsraum4,5.

Der ringförmige Spalt zwischen der Sammelvorrichtung 2 und dem Durchflußelement 1 bildet den Durchflußbereich 3, der in den Hauptsammei - und entspannungsraum 4,5 mündet.

Die Sammelvorrichtunge 2 ist als Umkehrkammer für die Fließrichtung der Flüssigkeit ausgebildet, wodurch das Absetzen und Sammeln von Verunreinigungen in der Sammelvorrichtung 2 möglich wird.

Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der miteinander verbundenen Rohre des Strömungsfilters tritt bei der durch das Einströmrohr 1 einströmenden Flüssigkeit beim Übergang in die Sammelvorrichtung 2 und in den Durchflußbereich 3 eine Änderung der Fließgeschwindigkeit auf. Dabei erfolgt zwischen dem Durchflußelement 1 und der Sammelvorrichtung 2 ein Übergang von laminarer Strömung zu turbulenter Strömung, so daß die Verunreinigungen dort abgeschieden werden und in der Sammelvorrichtung 2 aufgenommen werden. Vorzugsweise erfolgt in der Sammelvorrichtung 2 eine Strömungsumkehr in den Durchflußbereich 3.

Dieser mündet in den Hauptsammei - und - entspannungsraum 4,5, in dem wiederrum eine Verwirbelung der Flüssigkeit erfolgt: Dabei beträgt die Fließgeschwindigkeit im Durchflußbereich 3 ein Mehrfaches der Fließgeschwindigkeit im Durchflußelement 1.

Entsprechend der unterschiedlichen Durchmesser der einzelnen Bauteile des Strömungsfilters ergeben sich unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten für die strömende Flüssigkeit im Verhältnis:

FließgeschwindigkeitvFließgeschwindigkeit &ngr; Fließgeschwindigkeit &ngr; Fließgeschwindigkeit

Durchflußbereich3 /Durchflußbereiech 1 / Sammelvorrichtung / Hauptsammel - und- entspannungsraum4,5

Die im Verwirbelungsraum 4 des Hauptsammei - und - entspannungsraumes 4,5 ausgefällten Verunreinigungen und Schmutzpartikel sinken in den Entspannungsraum 5 und sammeln sich.

Über das an der Sammelvorrichtung 2 angebrachte abnehmbare Verschlußteil 9 und über das am Entspannungsraum 5 angeordnete Verschlußteil 8 können

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die abgesetzten Verunreinigungen entnommen und der Strömungsfilter gereinigt werden.

Um ebenfalls ein wirksames Ausscheiden der sich in der Flüssigkeit befindlichen gasförmigen Bestandteile zu erreichen, besitzt der erfindungsgemäße Strömungsfilter parallel über der Sammelvorrichtung 2 eine weitere rohrförmige Sammelvorrichtung 12, die ebenfalls mit dem Hauptrohr des Hauptsammei - und - entspannungsraumes 4,5 rechtwinklig verbunden ist. Im Inneren der Sammelvorrichtung 2 ist ebenfalls parallel zum Durchflußelement 1 ein Durchflußelement 11 so angeordnet, daß es durch das Hauptrohr des Hauptsammel - und - entspannungsraumes 4,5 durchgehend in das Durchflußelement 13 in seiner Funktion als Ausströmrohr übergeht. Da die Durchmesser der einzelnen rohrförmigen Bauteile ebenfalls wie folgt abgestuft sind:

(f) 11,13 < &phgr; 12 < &psgr; 4,5,6
entsteht in der Sammelvorrichtung 12 ein zweiter Durchflußbereich 10

ebenfalls in Form eines Ringspaltes. Die sich im Verwirbelungsraum 4 aus der Flüssigkeit abtrennenden gasförmigen Bestandteile, vorzugsweise Luft, CO2 , oder O2, steigen senkrecht auf und sammeln sich im Gassammeiraum 6 mit dem Entlüftungsventil 7.
Die Sammelvorrichtung 12 ist ebenfalls als Umkehrkammer mit abnehmbarem Verschlußteil 9 ausgeführt.

Die im Verwirbelungsraum 4 aufsteigende Flüssigkeit strömt mit hoher Fließgeschwindigkeit durch den Durchflußbereich 10 in die Sammelvorrichtung 12. In der Umkehrkammer erfolgt durch die Verwirbelung in Kombination mit der Druckentspannung ein nochmaliges Verwirbeln und Entgasen der Flüssigkeit.

Durch den Übergang der Flüssigkeit von der Sammelvorrichtung 12 in das Durchflußelement 11 erfolgt unter Druckerhöhung ein Übergang von turbulenter in laminare Strömung. Luft und Gase folgen dieser Zustandsänderung nur bedingt. Sie werden nicht wieder in der Flüssigkeit gelöst und scheiden sich über den Durchflußbereich 10 im Gassammeiraum 6 ab.

Nach der Beruhigung der Gase im Gassammeiraum 6 werden diese über das Entlüftungsventil 7 aus dem Strömungsfilter entfernt.

·&idigr;&iacgr;&iacgr;&idigr;&iacgr;

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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

5 1 Durchflußelement

2 Sammelvorrichtung

3 Durchflußbereich

4 Hauptsammel-und-entspannungsraum

5 Hauptsammel-und-entspannungsraum 10 6 Gassammeiraum

7 Entlüftungsventil

8 Verschlußteil

9 Verschlußteil

10 Durchflußbereich 15 11 Durchflußelement

12 Sammelvorrichtung

13 Durchflußelement

Claims

1. Strömungsfilter für Flüssigkeitskreisläufe, insbesondere für einen geschlossenen Wasserkreislauf in Heizungsanlagen, bestehend aus je einem Durchflußbereich vor und nach einer Sammelvorrichtung sowie einem Hauptsammel - und - entspannungsraum, dadurch gekennzeichnet,

- dass dem Hauptsammel - und - entspannungsraum (4; 5) ein weiterer Durchflußbereich (10) mit einer als Umkehrkammer ausgebildeten zweiten Sammelvorrichtung (12) sowie weitere Durchflußelemente (11; 13) nachgeordnet sind und

- dass am Ende des verlängerten Hauptsammel - und - entspannungsraumes (4; 5) ein Gassammelraum (6) mit einem Entlüftungsventil (7) angeordnet ist.

2. Strömungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Querschnittsfläche des weiteren Durchflußbereiches (10) geringer als diejenige des Hauptsammel - und - entspannungsraumes (4; 5) und die Querschnittsfläche der weiteren Durchflußelemente (11; 13) geringer als diejenige der zweiten Sammelvorrichtung (12) ist.

3. Strömungsfilter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

- dass dem Durchflußelement (11) ein als Ausströmrohr ausgebildetes Durchflußelement (13) nachgeschaltet ist.

4. Strömungsfilter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

- dass der weitere Durchflußbereich (10) als mit dem Hauptsammel - und entspannungsraum (4, 5) kommunizierender Ringspalt ausgebildet ist.

5. Strömungsfilter nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Sammelvorrichtungen (2; 12) je ein abnehmbares Verschlußteil (9) für die Entnahme abgelagerter Verunreinigungen besitzen.

6. Strömungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- dass jeweils beim Eintritt der Flüssigkeit vom Hauptsammel - und - entspannungsraum (4; 5) in den weiteren Durchflußbereich (10) und vom zweiten Sammelraum (12) in die Durchflußelemente (11; 13) ein Übergang von turbulenter Strömung mit verringerter Fließgeschwindigkeit zu laminarer Strömung erfolgt.

7. Strömungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

- dass beim Übergang von turbulenter Strömung der Flüssigkeit im Hauptsammel - und - entspannungsrohr (4; 5) zu laminarer Strömung der Flüssigkeit im Durchflußbereich (10) ein Abscheiden der gasförmigen Bestandteile der Flüssigkeit und ihr Aufsteigen in den Gassammelraum (6) erfolgt.

8. Strömungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Sammelvorrichtungen (2; 12) am Ende der Durchflußelemente (1; 11 und 13) als Umkehrkammern angeordnet sind und die Fließrichtung der Flüssigkeit in den nachfolgenden Durchflußelementen (11; 13) entgegengesetzt zur Fließrichtung im ersten Durchflußelement (1) erfolgt.

9. Strömungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

- dass das erste Durchflußelement (1) als Einströmrohr und das letzte Durchflußelement (13) als Ausströmrohr für die Flüssigkeit ausgebildet sind und

- dass die Durchflußelemente (1; 11; 13) senkrecht durch den Hauptsammel - und - entspannungsraum (4; 5) und zum Gassammelraum (6) sowie parallel zueinander angeordnet sind.

10. Strömungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Gassammelraum (6) mit dem Entlüftungsventil (7) am oberen Ende des Hauptsammel - und - entspannungsraumes (4; 5) angeordnet ist.

11. Strömmungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Hauptsammel - und - entspannungsraum (4; 5) als Verwirbelungsraum (4) für das Lösen und Ausfällen der Schmutz - und Gaspartikel und als Entspannungsraum (5) für das Absetzen und Sammeln der Schmutzpartikel ausgebildet ist und ein abnehmbares Verschlußteil (8) für die Entnahme der Verunreinigungen besitzt.

12. Strömungsfilter nach Anspruche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

- dass er als Zusatzgerät in den geschlossenen Wasserkreislauf einer Heizungsanlage, in eine Klimaanlage oder in eine Kühlanlage einsetzbar ist.