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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermindern des
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Gasgehaltes einer Flüssigkeit, bei der die Flüssigkeit von einer Kreiselpumpe
gefördert, und dabei ein mit Mikrobläschen angereicherter Teilstrom der Flüssigkeit
der Unterdruckseite der Pumpenflügel entnommen und einem Entlüfter gehäuse zugeführt
wird, nach Patentanmeldung P 34 19 305.7.
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In vielen technischen Prozessen, vor allem bei Systemen mit einem
geschlossenen Flüssigkeitskreislauf sind Gasansammlungen in nach oben weisenden
Rohrleitungsknien und vergleichbaren Hohlräumen unerwünscht, vielfach aber unvermeidbar,
so daß an solchen Stellen des Kreislaufsystems Entlüftungsventile eingebaut werden,
wie z.B. bei Zentralheizungsanlagen und/oder im Kraftstoffzuführsystem von Dieselmotoren.
In der Regel reicht es aber nicht, das die Flüssigkeit führende Leitungssystem beim
erstmaligen Befüllen gründlich zu entlüften, da während des Normalbetriebes eines
solchen Systems durch Leckagen eingeschleppte Gasbläschen in langsam durchströmten
Leitungsbereichen nach oben steigen und sich in den erwähnten, nach oben geschlossenen
sackförmigen Hohlräumen ansammeln, so daß eine solche Anlage auch während des Betriebes
von Zeit zu Zeit entlüftet werden muß. In Kreislaufsystemen mit sich ändernder Flüssigkeitstemperatur
bilden sich an den wärmeren Stellen vermehrt Mikrobläschen; weitere Mikrobläschen
werden durch frisch eingespeiste Flüssigkeit in das Kreislaufsystem eingebracht.
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Mit der deutschen Patentanmeldung P 34 19 305.7 wird ein Entgasungsverfahren
vorgeschlagen, bei dem die Flüssigkeit von einer Kreiselpumpe gefördert, und dabei
ein Teilstrom der Flüssigkeit der Unterdruckseite der Pumpenflügel entnommen
und
unter Abtrennen feiner Gasbläschen durch eine Flüssigkeitsberuhigungszone geführt
wird. Das Entnehmen umfaßt hierbei jede Art und Weise, die es ermöglicht, einen
Gesamt-Flüssigkeitsstrom in einen Haupt- und einen Teilstrom aufzuteilen, wobei
der Flüssigkeits-Teilstrom dabei entweder in die Beruhigungszone abgesaugt oder
in diese injiziert werden kann.
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Es wird von dem Grundgedanken ausgegangen, in einem Flüssigkeitsstrom
eine Vielzahl von feinen Gasbläschen - etwa in der Größe der erwähnten Mikrobläschen
- zu erzeugen, einen mit solchen Mikrobläschen angereicherten Teilstrom der Flüssigkeit
der Saugseite der Kreiselpumpenflügel zu entnehmen und nachfolgend den Teilstrom
mittels einer an sich bekannten Flüssigkeitsberuhigungszone von den Mikrobläschen
zu befreien, wobei der normalerweise unerwünschte Kavitationseffekt auf der Unterdruckseite
von Strömungsprofilen ausgenutzt wird. Insbesondere sogenannte Kavitationskerne,
z.B. in Form von in der Flüssigkeit suspendierten Verunreinigungen, bilden dabei
sich rasch vergrößernde Mikrobläschen. Diese Mikrobläschen haben sich als außerordentlich
bewegungsträge gegenüber der Flüssigkeit erwiesen. Sie können z.B. nicht - wie größere
Bläschen - schnell aus der Flüssigkeit verdrängt werden, sondern werden vom Flüssigkeitsstrom
mitgeschleppt.
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Aus wissenschaftlichen Untersuchungen ist es bekannt, daß Kavitationsbläschen
beim Verlassen der Unterdruckseite des angeströmten Profils aufgrund des zwangsläufigen
Druckanstieges unter Kondensation des Flüssigkeitsdampfes wieder zusammenstürzen
und dabei das bekannte rasselnde Kavitationsgeräusch erzeugen. Umso überraschender
war es herauszufinden, daß die Kavitationsbläschen unter Ausnutzung ihrer
Bewegungsträgheit
in einem Teilstrom der Flüssigkeit konzentriert, der Gesamtflüssigkeitsmenge entnommen
und in einer nachgeschalteten Flüssigkeitsberuhigungszone aus dem Teilstrom entfernt
werden können, ohne vorher zu kollabieren.
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Auf diese Weise läßt sich eine erheblich effektivere Verminderung
des Gasgehaltes von Flüssigkeiten erreichen, als dies nach dem Stand der Technik
bekannt war, weil die Zahl und Größe der in der Flüssigkeitsberuhigungszone abtrennbaren
Mikrobläschen durch Erzeugen, Zusammenballen und Aufkonzentrieren - d.h. insbesondere
Sammeln in der Mitte des Förderstroms - solcher Mikrobläschen erheblich vergrößert
wird. Hierzu trägt auch die völlig neue, durch wissenschaftliche Untersuchungen
belegte Erkenntnis bei, daß bedingt durch die hohen Umlaufgeschwindigkeiten der
Kreiselpumpe, beispielsweise 2800 Umdrehungen/min., im Bereich von Mikrosekunden
llegende, kurzzeitige Druckschocks bzw. -stöße entstehen, wobei es zu einem schlagartigen
Druckabfall kommt, der an der Schattenseite, d.h. unmittelbar hinter den Flügeln
der Pumpe ein nahezu absolutes Vakuum bewirkt und zu kurzzeitigen Kocherscheinungen
des Wassers führt.
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Der schlagartige, aus dem Motorvermögen der Pumpe resultierende Druckabfall
erhöht den Mikroblasengehalt des Teilstromes beim Eintritt in die Abzweigleitung
um ein Vielfaches, was außer von der Motor- bzw. Pumpenleistung weiterhin z.B. auch
noch von der Form der Flügel bzw. Hilfsflügel der Pumpe sowie deren Anzahl, Abmessungen
und Anordnung beeinflußt werden kann. Die im Teilstrom hinter der Pumpe somit vermehrt
freigesetzten Mikrobläschen, die in dem sich am Ende der Abzweigleitung anschließenden
Entlüftergehäuse
dem Teilstrom entzogen werden, setzen den Luftgehalt
im Teilstrom, und - da dieser im geschlossenen System in den Hauptstrom zurückgeführt
wird - die Konzentration im gesamten Umlaufsystem sehr schnell immer weiter herab,
bis ein Mindestwert erreicht wird. Im Hauptstrom befindet sich dann keine freie
Luft mehr, womit eine ungesättigte Flüssigkeit vorliegt, die Gase oder Gaspolster
absorbieren kann.
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Der zum Steigern des Entgasungsvermögens gemäß der deutschen Patentanmeldung
P 34 19 305.7 nach Passieren der Flüssigkeitsberuhigungszone im Entlüftergehäuse
stromauf der Kreiselpumpe der übrigen Flüssigkeit wieder zugeführte Teilstrom trägt
dann dazu bei, daß im Entlüftergehäuse nicht abgetrennte Mikrobläschen die in der
Flüssigkeit stromauf der Kreiselpumpe bereits vorhandenen Mikrobläschen vergrößern,
so daß diese nachfolgend leichter abgetrennt werden können. Es ist auch möglich,
den die Flüssigkeitsberuhigungszone bzw. das Entlüftergehäuse verlassenden Flüssigkeitsteilstrom
unmittelbar in Prozessen zu verwenden, die zumindest weitestgehend ungesättigte
Flüssigkeiten erfordern.
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Das Trennen des von der Kreiselpumpe geförderten Flüssigkeitsstromes
in einen an Mikrobläschen armen Hauptstrom und einen an Mikrobläschen reichen Nebenstrom
(Teilstrom) wird dadurch verbessert, daß die Flüssigkeit vor der Kreiselpumpe in
eine spiralige Rotation versetzt wird. Hierdurch sammeln sich die Mikroblasen in
der Mitte des Förderstromes und verbleiben dort sogar dann, wenn der Flüssigkeitsstrom
stärkere Biegungen passiert. Da auch in der Mitte des Laufrades einer Kreiselpumpe
eine solche Konzentration von
Mikrobläschen festgestellt wurde,
wird der der Kreiselpumpe zu entnehmende Flüssigkeitsteilstrom bevorzugt aus der
Mitte des Laufrades abgesaugt.
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Der Flüssigkeitsteilstrom läßt sich auch von einem vom äußeren Umfang
des Laufrades der Kreiselpumpe über eine Nebenleitung zur Mitte der Laufradachse
beförderten Injektorstrom erzeugen. Der mit großer Geschwindigkeit in die Laufradachse
eintretende Injektorstrom reißt aus der zur Laufradachse koaxialen Ansaug- bzw.
Zuführleitung ein Wasser-/Luftgemisch mit und injiziert das vermischte Wasser in
die Flüssigkeitsberuhigungszone.
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Mit der deutschen Patentanmeldung P 34 19 305.7 werden verschiedene
konstruktive Maßnahmen zum Entfernen von Gasen in Flüssigkeiten vorgeschlagen. Eine
erste Vorrichtung weist eine aus einem mit Pumpenflügeln besetzten Laufrad, einem
Einlaß- sowie einem Auslaßstutzen bestehende Kreiselpumpe, eine im Bereich der Laufradachse
mündende Saugleitung für einen Flüssigkeitsteilstrom sowie eine der Saugleitung
in einem Entlüftergehäuse nachgeordnete Flüssigkeitsberuhigungszone mit einer Auslaßleitung
für entgaste Flüssigkeit auf. Die Mündung der Saugleitung befindet sich also in
dem Bereich des Pumpengehäuses, in dem das Förderfluid der geringsten Fliehkraft
ausgesetzt ist. Bevorzugt ist die Kreiselpumpe mit einem im Bereich der Laufradachse
mündenden Einlaßstutzen ausgestattet, weil der dann in der Saugleitung erforderliche
Saugdruck unter dem Saugdruck der Kreiselpumpe liegt und deshalb niedrig genug ist,
um beträchtliche Flüssigkeitsmengen aus dem Unterdruckbereich der Pumpenflügel mit
möglichst vielen der dort entstehenden und sich beim Eintritt in die Saugleitung
bedingt durch den Druckabfall vermehrenden Mikrobläschen abzusaugen.
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Wenn der entgaste Flüssigkeitsteilstrom stromauf der Kreiselpumpe
in deren Zulaufleitung mündet, sollte der Mündungsbereich des Flüssigkeitsteilstromes
innerhalb eines eingeschnürten Rohrbereiches der Zulaufleitung liegen, da dies eine
Saugwirkung auf den entgasten Flüssigkeitsteilstrom bewirkt. Die Saugwirkung reicht
in günstigen Fällen zum Ansaugen des Flüssigkeitsteilstromes aus der Kreiselpumpe
aus.
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Als besonders wirkungsvoll hinsichtlich der Aufkonzentrierung einer
an Mikrobläschen reichen Flüssigkeitsteilmenge in der Kreiselpumpe hat sich ein
Laufrad mit einem axialen Ansaugrohr und darin angeordneten, bevorzugt radial nach
innen gerichteten Flügeln erwiesen, die bei rotierender Antriebswelle erhebliche
Druckstöße bewirken und das Wasser sogar kurzzeitig zum Kochen bringen.
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Am besten erfolgt das Absaugen des Flüssigkeitsteilstromes aus der
Kreiselpumpe durch eine im Bereich des Laufrades mündende hohle Antriebswelle des
Laufrades. Hierbei wird einerseits die die meisten Mikrobläschen führende Flüssigkeit
abgesaugt und andererseits eine günstige Verbindung zu einer Hilfskreiselpumpe geschaffen,
welche den nötigen Saugdruck für den Flüssigkeitsteilstrom erzeugt und vorteilhafterweise
von der Antriebswelle der Hauptkreiselpumpe betätigt wird. Hierfür wird die rückseitige
Verschlußhaube eines üblichen Antriebsmotors durch ein zweites Pumpengehäuse ersetzt.
Der Flüssigkeitsteilstrom steht dann über die hohle Antriebswelle mit dem zentralen
Ansaugbereich der Hilfskreiselpumpe in direkter Verbindung.
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Der gesamte Flüssigkeitsteilstrom, dessen Konzentration an Mikrobläschen
durch die Hilfskreiselpumpe noch weiter erhöht
wird, verläßt die
Hilfskreiselpumpe durch eine radiale Verbindungsöffnung zum Einlaßbereich der Flüssigkeitsberuhigungszone.
Dadurch ist die Verteilung der Mikrobläschen in dem die Hilfskreiselpumpe verlassenden
Flüssigkeitsteilstrom vergleichsweise homogen. Sollten jedoch - vor allem beim Inbetriebsetzen
der Hauptkreiselpumpe - größere Gasblasen als Mikrobläschen in die Hilfskreiselpumpe
gelangen, wird das im oberen Bereich des Pumpengehäuses sich zwangsläufig bildende
Gaspolster durch eine obere Verbindungsöffnung der Hilfskreiselpumpe zu einem Gasraum
der Flüssigkeitsberuhigungszone - gegebenenfalls mit einer einstellbaren Drossel
mit vorgegebener Mindestleckrate - aus dem Pumpengehäuse ausgetrieben. Hierbei schützt
ein Tropfenabweiser unterhalb der Verbindungsöffnung empfindliche mechanische Teile
in der Flüssigkeitsberuhigungszone.
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Die günstigsten Saugdruckverhältnisse werden dann erreicht, wenn der
Laufraddurchmesser der Hilfskreiselpumpe größer als der Laufraddurchmesser der Hauptkreiselpumpe
ist.
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Eine zweite Vorrichtung besteht dort aus einem mit Pumpenflügeln und
Hilfsflügeln besetzten Laufrad, einem Einlaßstutzen sowie einem Auslaßstutzen einer
Kreiselpumpe, deren Hilfsflügel im Bereich des Einlaßstutzens auf dem Laufrad radial
nach außen angeordnet und einer Nebenleitung im Pumpengehäuse zugeordnet sind, die
über ein Zuführrohr mit Einspritzdüse einen Injektorstrom in eine als Venturidüse
ausgebildete Kammer der Laufradachse führt, sowie einer der Saugleitung nachgeordneten
Flüssigkeitsberuhigungszone mit einer Auslaßleitung für entgaste Flüssigkeit. Damit
läßt sich eine zusätzliche Hilfskreiselpumpe mit Laufrad vermeiden und gleichzeitig
das Freisetzen von Gasen sehr viel schneller erreichen. Es stellt sich nämlich auf
diese Weise
auch im Teilstrom zwischen der Venturidüse und der
Einspritzdüse des Zuführrohres ein schlagartiger, das Gas freisetzender Druckabfall
ein. Eine weitere Luft- bzw. Gasmenge der Lösung wird sodann im Unterdruckbereich
der Venturidüse freigesetzt. In der rotierenden Venturikammer bewirkt die Zentrifugalkraft
ein weiteres Zentrieren der Gasbläschen, die der Bohrung der Antriebswelle mittig
zugeführt werden.
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Das Freisetzen von Mikrobläschen läßt sich bei schräg angeordneten
Hilfsflügeln des Laufrades noch verstärken. Hierdurch wird nicht nur die Umlaufgeschwindigkeit
im Teilstrom erhöht sondern außerdem die Austrittsgeschwindigkeit des Injektorstroms
an der Einspritzdüse des Zuführrohres, wodurch eine höhere Massenbeschleunigung
erreicht wird, die den Unterdruck in der nachgeordneten Venturidüse verstärkt.
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Eine größere Austrittsgeschwindigkeit verbessert weiterhin den Mitreißeffekt
von gashaltigem Wasser aus dem Ansaugrohr des Laufrades. Je nach Anzahl der Hilfsflügel
lassen sich abhängig von der Motordrehzahl hochfrequente, pulsierende Wassergeschwindigkeiten
erzeugen, die die Venturiwirkung optimieren und ein Verschmutzen der Zuführleitungen
nahezu ausschließen. Der Injektorstrom wird von der Druckkammer im Bereich des Auslaßstutzens
der Kreiselpumpe in die Nebenleitung abgezogen, so daß der in der Druckkammer herrschende
Überdruck die Intensität der von den Hilfsflügeln erzeugten Impulse unterstützt.
Die Hilfsflügel optimieren das Beschleunigen des Injektorstroms; grundsätzlich reicht
allerdings schon der zwischen dem Druck des Auslaßstutzens und dem Unterdruck des
Einlaßstutzens herrschende Druckunterschied aus, um einen Wasserstrom aus dem Druckraum
in die Nebenleitung zu drücken.
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Ausgehend von den vorgenannten Gesichtspunkten und Zusammenhängen
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der
sich die mit dem Teilstrom in großer Anhäufung zugeführten Mikrobläschen schon gleich
beim Eintritt in das Entlüftergehäuse aus der Flüssigkeit entfernen lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine in einem Luftraum bzw.
einer Entgasungszone des Entlüftergehäuses angeordnete Vernebelungseinrichtung gelöst,
die auf einer in den Luftraum hineinragenden hohlen Antriebswelle der Kreiselpumpe
einen Flüssigkeitsverteiler mit in einer Radialebene um diesen herum positionierten
Prallblechen aufweist. Der Flüssigkeitsverteiler steht hierbei vorzugsweise über
Durchbrüche mit dem Hohlraum bzw. dem Kernloch der Antriebswelle in Verbindung;
die hohle Antriebswelle wird hierbei stirnseitig geschlossen, wenn die Durchbrüche
im Wellenmantel angeordnet werden. Beim Rotieren der Antriebswelle strömt die Flüssigkeit
fliehkraftbedingt und durch den Verteiler gezielt geführt nach außen und gerät beim
Austritt in den Luftraum des Entlüftergehäuses in schneller Folge in Kontakt mit
den Prallblechen, die in großer Anzahl mit geringstmöglichem Abstand vom Verteiler
um diesen herum angeordnet sind. Die aus dem Verteiler austretende Flüssigkeit wird
dabei von den stationären Prallblechen verkleinert und in einen Flüssigkeitsnebel
verwandelt, der keinen Raum mehr für Mikrobläschen läßt.
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Gegenüber bekannten Entlüftergehäusen mit einer großvolumigen, von
Wasser ausgefüllten Beruhigungszone, läßt sich erfindungsgemäß ein Entlüftergehäuse
mit einer gegenüber einer mit Wasser gefüllten, schwimmergeregelten Wasserzone um
ein Mehrfaches größeren Entgasungszone ausbilden. Die
Wasseroberfläche
verläuft in einer Ebene unterhalb des Umlaufweges des Flüssigkeitsverteilers, so
daß einerseits die aus der Lösung freigesetzten Gasanteile des Flüssigkeitsnebels
aufsteigen sowie über ein von dem Schwimmer geregeltes Ventil oben am Entlüftergehäuse
austreten können, und andererseits die flüssigen Bestandteile nach unten fallen
und sich zum erneuten Einbringen in das Umlaufsystem im Bodenbereich des Entlüfters
sammeln können.
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Der Flüssigkeitsverteiler kann von umfangsverteilt auf der stirnseitig
geschlossenen Antriebswelle angeordneten Röhrchen gebildet werden, die das Wasser
tröpfchenweise abgeben.
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Der Flüssigkeitsverteiler kann auch von umfangsverteilt auf der stirnseitig
geschlossenen Antriebswelle angeordneten, U-förmigen Leitungen mit kopfseitig, d.h.
am Austritt der Flüssigkeit aufgeweiteten bzw. abgeflachten Bereichen gebildet werden.
Hiermit läßt sich erreichen, daß die Flüssigkeit über die Breite des aufgeweiteten
bzw. abgeflachten Bereiches als dünner Film austritt, der das Entfernen der Mikrobläschen
begünstigt, was mit einem umso besseren Wirkungsgrad zu erwarten ist, je dünner
das Wasser als Flüssigkeitsfilm austritt.
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Zu einem dünnen Wasserfilm kann auch ein als Scheibengehäuse mit Querschlitzen
im Gehäusemantel ausgebildeter Flüssigkeitsverteiler beitragen.
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Bei sich vorzugsweise von innen nach außen erweiternden Schlitzen,
die z.B. mit einem Winkel von ca. 150 konisch verlaufen können, läßt sich das aus
dem Gehäuseinneren durch die Schlitze herausgescheuderte Wasser entspannen.
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Damit sich die Beschleunigung des Wassers beim Eintritt in die Schlitze
optimieren läßt, kann das Scheibengehäuse vorteilhaft eine stationäre Wand mit darauf
angeordneten Leitblechen aufweisen.
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Um bei dem aus einer Wasserzone und einem Gasraum bestehenden Entlüftergehäuse,
in dem die freigesetzten Mikrobläschen über den Gasraum in die Atmosphäre geleitet
werden, eine gewünschte Ruhe bzw. Beruhigung des vernebelten Wasser-Mikrobläschengemisches
zu ermöglichen und die Zeit des Aufsteigens der Mikrobläschen zu verlängern, wobei
insbesondere die nicht sichtbaren Bläschen relativ langsam aufsteigen, empfiehlt
es sich, den in der Hauptanmeldung P 34 19 305.7 beschriebenen, an sich bekannten
Entlüfter mit einer gegenüber dem darüberliegenden Gasraum im Volumen größeren Wasserzone
zu verwenden. Unabhängig von der Art des verwendeten Entlüfters wird jedoch vorgeschlagen,
die Vernebelungseinrichtung vorteilhaft in einem durch eine Zwischenwand von dem
Entlüftergehäuse getrennten Prallraum anzuordnen und den Prallraum über einen Durchlaß
der Zwischenwand mit der Wasserzone des Entlüftergehäuses zu verbinden. Auf diese
Weise gefährden mögliche Turbulenzen, die beim schlagartigen Auftreffen der Flüssigkeit
auf die Prallbleche entstehen können, nicht die Beruhigung des Gemisches im Entlüfter;
vielmehr wird der Prallraum von der vernebelten Flüssigkeit ausgefüllt, die eine
große Anzahl freigesetzter Mikrobläschen enthält, so daß das Gemisch ein milchiges
Aussehen annimmt. Nach dem Eintritt des Gemisches in das Entlüftergehäuse wird jegliche
Bewegung bzw. Turbulenz durch die Wasserzone, - gegebenenfalls unterstützt von darin
angeordneten Drähten - gebremst, und die Bläschen können langsam in den Gasraum
aufsteigen.
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Damit das vernebelte Gemisch gezielt in die Wasserzone eintreten kann,
können Leitbleche mit Abstand vom Durchlaß in der Wasserzone angeordnet sein; die
Leitbleche wirken sich zudem vorberuhigend auf das Gemisch aus.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele des näheren erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematisch dargestellte Anlage
eines Wasser-Umlaufsystems zum Vermindern des Gasgehaltes einer Flüssigkeit; Fig.
2 eine Ausführung einer Kreiselpumpe mit in einem Entlüftergehäuse angeordneter
Vernebelungseinrichtung; Fig. 3 als Einzelheit eine zweite Ausführung eines - an
sich bekannten - Entlüftergehäuses mit in einem abgetrennten Prallraum angeordneter
Vernebelungseinrichtung; Fig. 4 eine Vernebelungseinrichtung mit einer Ausführung
eines aus Röhrchen gebildeten Flüssigkeitsverteilers, in der Vorderansicht schematisch
dargestellt; Fig. 5 in der Draufsicht eine U-förmige Leitung für einen Flüssigkeitsverteiler,
die in entsprechender Anzahl die Röhrchen gemäß Fig. 4 ersetzen kann; Fig. 6 als
weitere Ausführung eines Flüssigkeitsverteilers ein Scheibengehäuse mit Querschlitzen
im I6antel, schematisch dargestellt;
Fig. 7 eine erste Ausführung
eines Scheibengehäuses gemäß Fig. 6, in der Vorderansicht und im Teilschnitt dargestellt;
Fig. 8 den Gegenstand gemäß Fig. 7 in der Seitenansicht und im Teilschnitt dargestellt;
Fig. 9 eine zweite Ausführung eines Scheibengehäuses gemäß Fig. 6, in der Vorderansicht
und im Teilschnitt dargestellt; und Fig. 10 den Gegenstand gemäß Fig. 9 in der Seitenansicht
und im Teilschnitt dargestellt.
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Eine Kreiselpumpe 1 wälzt Flüssigkeit in einem geschlossenen Rohrleitungskreislaufsystem
2 um. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Umlaufsystem 2 saugt eine Hilfskreiselpumpe
3 über eine Abzweig-Saugleitung 4 einen im wesentlichen von der Unterdruckseite
von den Pumpenflügeln 5 (Fig. 2) kommenden Flüssigkeitsteilstrom ab und fördert
ihn durch ein nachgeschaltetes Entlüftergehäuse 13, dessen Auslaßleitung 7 stromauf
der Kreiselpumpe 1 in das Rohrleitungssystem zentrisch parallel zur allgemeinen
Strömungsrichtung mündet, wobei der parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtete
Mündungsbereich 8 der Auslaßleitung einen eingeschnürten Rohrbereich 9 des Rohrleitungssystems
2 etwa in Form einer Venturidüse bildet. Ein gewendeltes Blech 10 stromauf der Kreiselpumpe
1 versetzt die strömende Flüssigkeit in eine spiralige Rotation, durch die sich
in der Flüssigkeit enthaltene Gasbläschen in der Mitte des Flüssigkeitsstromes konzentrieren.
Die Hilfskreiselpumpe 3 dient hierbei allein
dazu, einen ausreichend
hohen Unterdruck im Kernbereich des Ansaugrohres der Hauptkreiselpumpe zu erzeugen,
wozu der Durchmesser des Laufrades der Hilfskreiselpumpe 3 grösser ist als der Durchmesser
des Laufrades der Hauptkreiselpumpe 1.
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Wird hingegen eine Kreiselpumpe 1 gemäß Fig. 2 verwendet, kann - wie
nachstehend noch erläutert werden wird - die Hilfskreiselpumpe entfallen. Die Kreiselpumpe
1 gemäß Fig.
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2 besteht aus einem Motorgehäuse 11 mit einem angeflanschten Pumpengehäuse
12 an der einen Seite und einen angeflanschten Entlüftergehäuse 13 an der anderen
Seite.
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Die eine Überdruck- und eine Unterdruckseite aufweisenden Pumpenflügel
5 des Laufrades 14 der Kreiselpumpe 1 erzeugen bei Rotation des Laufrades einen
Unterdruck im Einlaßstutzen 15, aufgrund dessen ein Flüssigkeitsstrom in das Pumpengehäuse
12 gesaugt wird.
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Das Laufrad 14 weist ein axial ausgerichtetes Ansaugrohr 16 mit einer
stirnseitigen Öffnung 17 für den Flüssigkeitseintritt auf und trägt auf der inneren
Rohrwandung radial nach innen gerichtete, ebenfalls eine Über- und eine Unterdruckseite
aufweisende Pumpenflügel 18.
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Das Entnehmen des Teilstromes aus dem Hauptflüssigkeitsstrom erfolgt
hier nicht durch Absaugen der Flüssigkeit mit den sich an den Pumpenflügeln bildenden
und spontan in dem der Laufradachse nahen Kernbereich des Laufrades sammelnden Mikrobläschen,
sondern durch Injizieren eines Flüssigkeits-Teilstromes durch eine zentrische Bohrung
des Laufrades 14 bis in ein Kernloch 20 einer hohlen Antriebswelle 21, die sich
bis in das endseitige Entlüftergehäuse 13 fortsetzt.
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Das im Pumpengehäuse 12 umlaufende Laufrad 14 weist dazu neben den
Haupt-Pumpenflügeln 5 auf dem mit der Laufradachse identischen Absaugrohr 16 des
Laufrades 14 mehrere Hilfsflügel 35 auf. Den Flügeln 35 ist in dem eine Druckkammer
36 des Auslaßstutzens begrenzenden oberen Pumpengehäuse eine Nebenleitung 37 zugeordnet.
Die Leitung 37 setzt sich mittels eines Zuführrohres 38 bis durch die stirnseitige
Öffnung 17 des Ansaugrohres 16 fort und endet vor einer als Venturidüse 39 ausgebildeten
Kammer der Laufradachse mit einer Einspritzdüse 42. Die Nebenleitung 37 läßt sich
alternativ auch als horizontales Kernloch ausbilden und über ein dann rechtwinklig
umgebogenes Zuführrohr bis in die Venturikammer führen.
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Beim Rotieren des Laufrades 14 treiben die Hilfsflügel 35 einen Injektorstrom
der in der Druckkammer 36 unter Überdruck stehenden Flüssigkeit in die Nebenleitung
37. Die Flüssigkeit strömt mit großer Geschwindigkeit durch die Nebenleitung 37
sowie das Zuführrohr 38 und ermöglicht nach dem Austritt aus der Spritzdüse 42 und
beim Eintritt in die Venturidüse bzw. -kammer 39 eine Injektionswirkung. Hierdurch
wird der mit Mikrobläschen stark angereicherte Teilstrom - die Häufung der Mikrobläschen
ist auf den schlagartigen, das Wasser kurzzeitig zum Kochen bringenden Druckabfall
an der Schattenseite der am vorderen Ende der Laufradachse nach innen ragenden Flügel
18 zurückzuführen - aus dem Rohr 16 mitgerissen und in die Venturidüse 39 injiziert.
Von dort gelangt die Flüssigkeit über das Kernloch 20 der hohlen Antriebswelle 21
bis in eine an der Hinterseite des Motorgehäuses 11 auf der bis in das Entlüftergehäuse
13 hineinragenden Antriebswelle 21 angeordnete Vernebelungseinrichtung 44, mit der
sich die im Teilstrom in
großer Anzahl freigesetzten Mikrobläschen
beim Einströmen in das Entlüftergehäuse 13 entfernen lassen.
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Die Vernebelungseinrichtung 44 weist einen Flüssigkeitsverteiler 45
auf, der gemäß Fig. 3 aus einer Vielzahl von umfangsverteilt auf der Antriebswelle
21 angeordneten Röhrchen 46 besteht, an deren Stelle auch die in Fig. 4 dargestellten
U-förmigen Leitungen 47 eingesetzt werden können; alternativ läßt sich ein in Fig.
5 dargestelltes Scheibengehäuse 48 mit Querschlitzen 49 im Gehäusemantel 50 verwenden.
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Der Hohlraum bzw. das Kernloch 20 der Antriebswelle 21 steht über
Durchbrüche 51 mit dem Flüssigkeitsverteiler 45 in Verbindung, so daß beim Rotieren
der Antriebswelle 21 die Flüssigkeit des Kernloches 20 bedingt durch die Zentrifugalkraft
in den Verteiler 45 gelangt. Während die Flüssigkeit bei einem aus Röhrchen 46 gebildeten
Verteiler 45 tröpfchenweise austritt, erzeugen sowohl die Querschlitze 49 des Scheibengehäuses
48, das gegebenenfalls auch ein geschlossenes Laufrad sein kann, als auch die U-förmigen
Leitungen 47 einen dünnen Flüssigkeitsfilm, wozu die Leitungen 47 kopfseitige, d.h.
am Austrittsende der Flüssigkeit, aufgeweitete bzw. abgeflachte Bereiche 52 aufweisen.
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In einer Radialebene um den Flüssigkeitsverteiler 45 herum sind mehrere
mit Abstand voneinander positionierte, an der Rückwand 53 des Motorgehäuses 11 stationär
angebrachte Prallbleche 54 angeordnet. Die aus dem mit großer Geschwindigkeit rotierenden
Flüssigkeitsverteiler 45 herausgeschleuderte Flüssigkeit trifft in schneller Folge
auf die in weitestgehender Nähe mit dem Kopfende des Flüssigkeitsverteilers 45 angebrachten
Prallbleche 54 und wird von diesen
in feinste Bestandteile vernebelt,
wobei die von der Flüssigkeit zuvor eingeschlossenen Mikrobläschen zerschlagen werden.
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Das in den Fig. 6 und 7 dargestellte Scheibengehäuse 48 wird mit einer
Nabe 61 auf das Ende der Antriebswelle gesteckt. Die über die hohle Antriebswelle
gemäß Pfeil 62 in den Hohlraum des Gehäuses 48 eintretende Flüssigkeit verteilt
sich, wie in Fig. 6 mit Pfeilen 63 dargestellt, beim Rotieren des Gehäuses in Pfeilrichtung
64 radial nach außen und gelangt in die im Mantel 50 umfangsverteilt angeordneten
Schlitze 49. Beim Eintritt in die Schlitze kommt es zu einer plötzlichen Beschleunigung
des Wassers, die einen großen Unterdruck hervorruft und kurzzeitige Kocherscheinungen
des Wassers bewirkt, wodurch sich zahlreiche Mikrobläschen bilden. Das Wasser entspannt
sich in den sich 0 von innen nach außen mit einem Winkel 65 von ca. 15 erweiternden
Schlitzen 49; beim Herausschleudern trifft das Wasser dann auf die Prallbleche 54,
die die Flüssigkeit vernebeln und die Mikrobläschen freisetzen.
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Bei dem in den Fig. 8 und 9 dargestellten Gehäuse 48 ist die rückwärtige,
d.h. die der Pumpe zugewandte Wand 66 stationär festgelegt und weist daran angeordnete
Leitbleche 67 auf, während die gegenüberliegende Wand 68 mit der Antriebswelle 21
rotiert. Die Leitbleche 67 führen die Flüssigkeit gemäß den Pfeilen 69 gezielt in
die Schlitze 49, in denen das Wasser unter der Wirkung eines sehr großen Druckabfalls
steht und tangential in Pfeilrichtung 70 beschleunigt wird.
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Das in Fig. 2 dargestellte Entlüftergehäuse 13 weist eine große Entgasungszone
bzw. einen Luftraum 55 und eine demgegenüber
sehr viel kleinere
Wasserzone 56 auf. Die Entgasungszone 55 muß zumindest eine dem Durchmesser des
Flüssigkeitsverteilers 45 einschließlich der um diesen herum angeordneten Prallbleche
54 entsprechende Höhe aufweisen. Die Wasseroberfläche 57 wird von einem Schwimmer
58 in einer konstanten Lage gehalten, der mit einem an sich bekannten Ablaßventil
30 über ein Gestänge 58 zusammenwirkt. Die gasförmigen Bestandteile des erzeugten
Flüssigkeitsnebels werden über das automatisch arbeitende Ablaßventil 30 in die
Atmosphäre überführt.
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Die flüssigen Bestandteile fallen hingegen herab und sammeln sich
in der Wasserzone 56. Das ungesättigte, d.h. von Lufteinschlüssen befreite und damit
zum Absorbleren von im Umlaufsystem noch vorhandenen Leckgasen und Gaspolstern fähige
Wasser strömt über eine bodenseitige Öffnung 60 des Entlüftergehäuses 13 in eine
von dem Entlüftergehäuse durch das Motorgehuse 11 in das Pumpengehäuse 1 führende
Auslaßleitung in Form einer Gehäusedurchbohrung 28. Von dort gelangt der Flüssigkeitsstrom
über eine Bohrungsmündung 29 in den Flüssigkeitshauptstrom stromauf der Kreiselpumpe
1, der im Bereich der Bohrungsmündung 29 durch das gewendelte Blech 10 in schnelle,
spiralige Rotation gesetzt wird. Aus diesem Strom wird dann erneut ein Teilstrom
abgenommen und über die Abzweigleitung geführt.
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Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ist das Entlüftergehäuse 13 durch
eine Zwischenwand 71 von einem Prallraum 72 getrennt, der die Vernebelungseinrichtung
44 aufnimmt. Die Vernebelungseinrichtung 44 besteht aus einer mit der Antriebswelle
21 rotierenden Scheibe 73 mit einem umlaufenden, die Querschlitze 49 aufweisenden
Außenkragen 74. Der Außenkragen 74 erstreckt sich in Richtung auf das T£ntlü.ftcr#ehäuse
13 und
endet vor einer stationären Scheibe 75, wobei von den Scheiben
73, 75 und dem Kragen 74 ein Hohlraum 76 für die über die Bohrung 20 der Antriebswelle
21 zuströmende Flüssigkeit eingeschlossen wird; die Prallbleche 54 sind an der stationären
Scheibe 75 um den Kragen 74 herum angeordnet.
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Der Prallraum 72 wird von dem vernebelten Flüssigkeitsgemisch ausgefüllt,
das über einen Durchlaß 77 beispielsweise eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen,
der Zwischenwand 71 in den Entlüfter 13 eintritt und dabei von Leitblechen 78 des
Entlüfters 13 geführt wird. Der Entlüfter 13 entspricht in diesem Beispiel dem bekannten,
in der Hauptanmeldung P 34 19 305.7 beschriebenen Luftabscheider mit in der Wasser-bzw.
Flüssigkeitsberuhigungszone 6 angeordneter Bedrahtung 26, dem über der Wasserzone
6 liegenden Gasraum 25 und dem schwimmergeregelten Ablaßventil 30. Die entgaste
Flüssigkeit strömt über die Auslaßleitung 28 ab.