EP0070483B1 - Vorrichtung zum Abscheiden von Gasen aus wasserführenden Systemen - Google Patents
Vorrichtung zum Abscheiden von Gasen aus wasserführenden Systemen Download PDFInfo
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- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D19/00—Details
- F24D19/08—Arrangements for drainage, venting or aerating
- F24D19/082—Arrangements for drainage, venting or aerating for water heating systems
- F24D19/083—Venting arrangements
Definitions
- the invention relates to a device 2 for separating gases from water-carrying systems, which is designed as a chamber, which has a vertical spatial axis and is provided with vertical inlet and outlet connections and flows through from bottom to top, in the interior of which an axially incident gas separation body is arranged, the walls of the chamber forming different flow cross-sections, which are initially expanded starting from the inlet connection and, after a relatively short transition in the area of the largest cross-section to outlet connection, run back into an approximately funnel-shaped taper.
- the formation of gas cushions is often observed after some time, which can impair and even interrupt the water circuit, especially in higher radiators, as well as in places with slowed flow.
- the gas cushioning reduces the circulation in the higher floors compared to the lower ones, which in many cases leads to higher flow temperatures being set in ignorance of the context in order to provide sufficient heating output in the higher floors make sure. This further promotes the formation of gas cushions.
- the thermal efficiency of the entire system continues to decrease.
- the new device is said to be largely insensitive to contamination by dirt particles, such as rust particles, which are inevitably carried in a heating water circuit, and to be easy to produce in a cast design.
- the gas trapping device in the expanded area of the chamber has a collecting bell with an opening opposite to the flow, which opens at the upper end into a venting duct leading to the outside, which has a gas outlet valve outside the chamber.
- a separator that has no moving parts, can be installed in risers and uses the inertia of the air bubbles and dirt particles to achieve a high separation efficiency.
- the gas bubbles carried in the water flow or excreted in the device are caught with certainty, the possibility of them flowing past the collecting bell is excluded.
- the volume flow, which enters the chamber axially and centrally through the inlet connection is directed directly against the opening of the collecting bell, which thus exerts a maximum degree of catching effect for the air bubbles.
- the catch effect is further supported by the fact that the chamber performs a directional function and furthermore has a zone of flow calming which favors the passage of gas bubbles from the liquid flow into the catch bell.
- the walls of the chamber form different flow cross-sections, which are initially expanded starting from the inlet nozzle and, preferably after a relatively short transition, in the area of the largest cross-section towards the outlet nozzle, again flow into a preferably funnel-shaped taper and that a catch bell is arranged in the area of the chamber which is expanded in this way and has an opening which is directed against the flow and which opens at its upper end into a venting duct leading to the outside, which has a gas outlet valve outside the chamber.
- the flow cross section for the liquid in the lower region of the chamber is at least partially smaller than the cross section of the inlet connection. This advantageously results in the formation of expansion air bubbles. The deposition efficiency can be further improved in this way.
- the chamber is a body formed by at least partially rotationally symmetrical walls with inlet and outlet connections arranged approximately in the axis of symmetry.
- the advantage of this configuration is that a low-resistance flow system is created in this way, which does not significantly impede or adversely affect the circulation of the water. It is also advantageous that the chamber can be produced at low cost.
- the ventilation duct is led out obliquely upwards out of the chamber and carries the catch bell at its lower end.
- the catch bell has a plate designed as a gas separation body, which is preferably flat and horizontal.
- the plate is a porous metal part, such as a fine-mesh screen fabric, metal cloth, sintered metal, metal wool or the like. is.
- Such metal parts and materials, including brass, are commercially available and can be processed without difficulty.
- the plate can also be a porous plastic part, which has the advantage that such material is completely immune to corrosion.
- the catch bell is at least partially filled with gas-permeable material such as glass wool, glass wool, rock wool, stainless steel wool, granular free-flowing ceramic bodies, coarsely classified sand etc. and closed with a sieve or the like.
- gas-permeable material such as glass wool, glass wool, rock wool, stainless steel wool, granular free-flowing ceramic bodies, coarsely classified sand etc. and closed with a sieve or the like.
- the vertically flowed through chamber is at least partially cylindrical and forms a one-piece casting with the collecting bell and the ventilation duct.
- the opening diameter of the catch bell corresponds approximately to the inner thread diameter of the inlet connection. This results in an optimum between the size of the collecting bell and the possibility of manufacture.
- annular space with parallel walls is formed between the wall of the vertically flowed through chamber and the collecting bell on the side opposite the ventilation duct. This results in a particularly favorable routing of the heating water flow with the smallest chamber dimensions.
- the device according to the invention consists of the vertically arranged chamber 1, which in its lower area 4 has an inlet connection 2 for connection to the pipeline of the heating circuit, as well as in its upper area an outlet connection 3 for the further pipeline of the heating circuit owns.
- the chamber 1 has in its lower part 4 a funnel-shaped extension, which is followed by a transition 5 with an almost unchanged cross-sectional area, which merges in the flow direction into a funnel-shaped, conical taper 6, at the end of which the outlet connection 3 is attached.
- the catch bell 7, which here has the shape of a funnel 8, which preferably projects into the region of the transition 5 of the chamber 1 with its downwardly open end 9.
- An outlet channel 11 is attached to the upper end 10 of the collecting bell 7, which has a vent line 12 which is led out laterally obliquely and closely below the outlet nozzle 3 from the chamber 1.
- the line 12 ends in a vertical end piece 13 with a connecting sleeve with an internal thread 14, into which a gas outlet 15, for example a vent valve of any type, is screwed in a gas-tight manner.
- the outlet channel 11 advantageously simply carries the collecting bell 7. This is optionally closed in the region of its opening 9 with a membrane-like, gas-permeable gas collecting plate 16 which is made of a porous material for the passage of gas bubbles.
- the gas trap plate 16 can also be made concave, as is shown by the lines 16 'indicated by dashed lines.
- the concave design of the plate 16 advantageously favors the capture and collection of the gas bubbles 19.
- FIG. 2 shows a further advantageous embodiment of the device.
- the liquid has to pass through zones of different pressures and speeds in succession between the concentric gas collecting rings 16 "', 16" “, 16'” "on the underside of the actual gas collecting device 16". This also advantageously results in considerable relaxation of air bubbles. The newly formed bubbles are then separated in the subsequent calmed zones.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 2um Abscheiden von Gasen aus wasserführenden Systemen, die als eine, eine vertikale Raumachse aufweisende und mit vertikalen Zu- und Ablaufstutzen versehene, von unten nach oben durchströmte Kammer ausgebildet ist, in deren Innerem ein axial angeströmter Gasabscheidungskörper angeordnet ist, wobei die Wände der Kammer unterschiedliche Strömungsquerschnitte bilden, die ausgehend vom Zulaufstutzen zunächst erweitert sind und nach relativ kurzem Übergang im Bereich des größten Querschnittes zu Ablaufstutzen hin wieder in eine in etwa trichterförmige Verjüngung auslaufen.
- In wasserführenden Systemen, insbesondere in Heizungsanlagen, wird nach einiger Zeit vielfach eine Bildung von Gaspolstern beobachtet, die den Wasserkreis, vor allem in höher gelegenen Radiatoren, ebenso wie auch an Stellen mit verlangsamter Strömung, beeinträchtigen und sogar unterbrechen können. Insbesondere bei Heizungsanlagen, die mehrere Etagen versorgen, wird durch die Gaspolsterung die Zirkulation in den höher gelegenen Etagen gegenüber den tiefergelegenen verringert, was dann vielfach dazu führt, daß in Unwissenheit der Zusammenhänge höhere Vorlauftemperaturen eingestellt werden, um in den höher gelegenen Etagen eine genügende Heizleistung sicher zu stellen. Dadurch wird die Bildung von Gaspolstern noch weiter begünstigt. Der thermische Wirkungsgrad der Gesamtanlage sinkt weiter.
- Für das Auftreten von Luft in wasserführenden Systemen gibt es verschiedene Ursachen. Durch das « Auf und Ab der Temperatur und des äußeren Luftdrucks, sowie durch Wasserverluste, entstehen zeitweise in den Anlagen Unterdrücke, wobei durch Absperr- und Entlüftungsventil% Pumpen etc. Luft eingesogen wird, auch wenn diese vermeintlich dicht sind. Aus diesem Grund treten derartige Störungen für den Laien scheinbar willkürlich auf, ohne daß es in vielen Fällen eine andere Abhilfe gibt, als eine lästige häufige Entlüftung von Hand. Weiterhin wurde schließlich in letzter Zeit beobachtet, daß in Heizungsanlagen mit Kunststoffrohren eine kontinuierliche Diffusion von Luft durch die Wandungen der Kunststoffrohre in das Heizungswasser stattfindet und damit zur Bildung von Gasblasen führt, die entsprechend kontinuierlich entfernt werden müssen.
- Es ist bekannt, z. B. aus der DE-A-2 215 755, Gase aus wasserführenden Systemen dadurch zu entfernen, daß sie an einem eine vertikale Raumachse aufweisenden und mit vertikalen Zu- und Ablaufstutzen versehenen Führungskörper abgleitend in einem rotationssymmetrischen koaxial außen um den Abweisungskörper angeordneten Fangbehälter gesammelt werden. Von hier aus treten sie durch ein in der Wandung des Fangkörpers angeordnetes schwimmerbetätigtes Ventil aus. Das bekannte Gerät weist einen großen Durchmesser auf und ist in seiner Funktion unzureichend, da auch Gasblasen in der weiterführenden, nach oben austretenden Flüssigkeitstrom gelangen, ohne abgeschieden zu werden.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine unkomplizierte Vorrichtung zum Abscheiden von Gasen aus wasserführenden Systemen anzugeben, bei der sämtliche im System umlaufende Luftblasen mit Sicherheit erfaßt und ausgeschieden werden. Darüberhinaus soll die neue Vorrichtung weitgehend unempfindlich gegen Verschmutzung durch in einem Heizungswasserkreislauf unvermeidlich mitgeführte Schmutzteilchen wie Rostpartikel etc. sein und sich einfach in Gußausführung herstellen lassen.
- Die Lösung der Aufgabe gelingt dadurch, daß die Gasfangvorrichtung in dem erweiterten Bereich der Kammer eine Fangglocke mite einer der Strömung entgegengerichteten Öffnung aufweist, die am oberen Ende in einen ins Freie führenden Entlüftungskanal mündet, der außerhalb der Kammer ein Gasaustrittsventil aufweist. So ergibt sich vorteilhaft ein Abscheider, der keine beweglichen Teile aufweist, in Steigleitungen eingebaut werden kann und die Trägheit der Luftblasen und Schmutzteilchen zu einem hohen Abscheidewirkungsgrad ausnutzt. Die im Wasserstrom mitgeführten oder im Gerät ausgeschiedenen Gasbläschen werden mit Sicherheit gefangen, wobei die Möglichkeit, daß diese an der Fangglocke vorbeiströmen, ausgeschlossen ist. Der Volumenstrom, der durch den Einlaßstutzen axial und zentral in die Kammer eintritt, ist unmittelbar gegen die Öffnung der Fangglocke gerichtet, die damit ein Höchstmaß an Fangwirkung für die Luftbläschen ausübt. Die Fangwirkung wird noch weiter dadurch unterstützt, daß die Kammer eine Richtfunktion ausübt und darüberhinaus eine Zone der Strömungsberuhigung aufweist, die das Übertreten von Gasbläschen aus dem Flüssigkeitsstrom in die Fangglocke begünstigt.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wände der Kammer unterschiedliche Strömungsquerschnitte bilden, die ausgehend vom Zulaufstutzen zunächst erweitert sind und, vorzugsweise nach relativ kurzem Übergang, im Bereich des größten Querschnitts zum Auslaßstutzen hin, wieder in eine vorzugsweise etwa trichterförmige Verjüngung auslaufen und daß in dem so erweiterten Bereich der Kammer eine Fangglocke mit einer der Strömung entgegen gerichteten Öffnung angeordnet ist, die an ihrem oberen Ende in einen ins Freie führenden Entlüftungskanal mündet, der außerhalb der Kammer ein Gasaustrittsventil aufweist.
- Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung zum Abscheiden von Gasen aus wasserführenden Systemen ergeben sich eine Reihe von weiteren Vorteilen. So werden durch die sich in der Kammer ergebende Umlenkung mit hoher Wahrscheinlichkeit die im Wasserstrom mitgeführten oder im Gerät ausgeschiedenen Gasbläschen gefangen, wobei die Möglichkeit, daß diese an der Fangglocke vorbeiströmen, so gut wie ausgeschlossen ist. Denn der Volumenstrom, der durch den Einlaßstutzen axial und zentral in die Kammer eintritt, ist unmittelbar gegen die Öffnung der Fangglocke gerichtet, die damit ein Höchstmaß an Fangwirkung für die Luftbläschen ausübt. Dieser wird dadurch noch weiter unterstützt, daß die Kammer durch die Erweiterung der Strömungsquerschnitte vom Eintrittsstutzen bis zur Fangglocke eine Zone der Strömungsberuhigung schafft, die das Übertreten von Glasbläschen aus dem Flüssigkeitsstrom in die Fangglocke erheblich begünstigt. Einen weiteren Vorteil bietet die Anordnung und Gestaltung der Fangglocke, die durch ihre großflächige, der Strömung entgegengerichtete Fangöffnung Gewähr dafür bietet, daß mit der Strömung in ihren Bereich eingetragene Gasbläschen zurückgehalten werden.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Strömungsquerschnitt für die Flüssigkeit im unteren Bereich der Kammer zumindest teilweise kleiner als der Querschnitt des Zulaufstutztens ist. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft, daß auch eine Entspannungsluftblasenbildung auftritt. So kann der Abscheidungswirkungsgrad weiter verbessert werden.
- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kammer ein von zumindest teil-rotationssymmetrischen Wänden gebildeter Körper mit etwa in der Symmetrieachse angeordneten Zu- und Ablaufstutzen ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß auf diese Weise ein wiederstandsarmes Strömungssystem geschaffen wird, das die Zirkulation des Wassers nicht erheblich behindert oder nachteilig beeinflußt. Weiterhin ist vorteilhaft, daß so eine kostengüngstige Herstellung der Kammer möglich ist.
- Weiter ist vorgesehen, daß der Entlüftungskanal schräg nach oben aus der Kammer herausgeführt ist und an seinem unteren Ende die Fangglocke trägt. Hierdurch wid eine sehr unkomplizierte Ausgestaltung erreicht, die die Herstellung des Gerätes erleichtert und damit die Herstellungskosten sehr günstig beeinflußt.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Fangglocke eine als Gasabscheidungskörper ausgebildete Platte aufweist, die vorzugsweise eben und horizontal ausgebildet ist. Hierdurch kann die Fangwirkung der Fangglocke noch weiter gesteigert werden. Dabei ist weiterhin vorgesehen, daß die Platte ein poröses Metallteil, etwa engmaschiges Siebgewebe, Metalltuch, Sintermetall, Metallwolle o.ä. ist. Derartige Metallteile und Materialien, auch aus Messing, sind handelsüblich und können ohne Schwierigkeit verarbeitet werden. Gegebenenfalls kann die Platte aber auch ein poröses Kunststoffteil sein, was den Vorteil hat, daß solches Material gegenüber Korrosion völlig immun ist.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Fangglocke wenigstens teilweise mit gasdurchlässigem Material wie Glaswolle, Glaswatte, Steinwolle, Edelstahlwolle, körnigen rieselfähigen Keramikkörpern, grobklassiertem Sand etc. gefüllt und mit einem Siebgewebe o.ä verschlossen ist. Eine derartige Füllung der Fangglocke mit porösem Material ist einerseits gasdurchlässig und wirkt andererseits als Filter, so daß jegliche Verschmutzung eines der Vorrichtung nachgeschalteten Ventiles mit Sicherheit verhindert wird.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die vertikal durchströmte Kammer zumindest teilweise zylindrisch ausgebildet ist und mit der Fangglocke und dem Entlüftungskanal ein einstückiges Gußteil bildet. So ergibt sich eine vorteilhaft besonders kostengünstige und korrosionsarme Ausführung, die überraschenderweise trotz ihrer komplizierten Form einstückig herstellbar ist.
- Es ist dabei vorgesehen, daß der Öffnungsdurchmesser der Fangglocke etwa dem Gewindeinnendurchmesser des Zulaufstutzens entspricht. So ergibt sich ein Optimum zwischen Fangglockengröße und Herstellmöglichkeit.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen der Wandung der vertikal durchströmten Kammer und der Fangglocke auf der dem Entlüftungskanal gegenüberliegenden Seite ein Ringraum mit parallelen Wänden ausgebildet ist. So ergibt sich eine besonders günstige Führung des Heizungswasserstromes bei kleinsten Kammerabmessungen.
- Die Erfindung wird in Zeichnungen in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wobei aus den Zeichnungen weitere vorteilhafte einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind.
- Die Zeichnungen zeigen im einzelnen in :
- Figur 1 eine Abscheidevorrichtung in mehrteiliger Ausführung mit frei umströmter Fangglocke und in
- Figur 2 eine Abscheidevorrichtung in mehrteiliger Ausführung mit verengten Durchströmungsquerschnitten im unteren Teil der Kammer.
- Wie die Fig. 1 zeigt, besteht das erfindungsgemäße Gerät aus der vertikal angeordneten Kammer 1, die in ihrem unteren Bereich 4 einen Eintrittsstutzen 2 zum Anschluß an die Rohrleitung des Heizkreislaufes, ebenso.wie in ihrem oberen Bereich einen Austrittsstutzen 3 zur weiterführenden Rohrleitung des Heizkreislaufes besitzt. Die Kammer 1 weist in ihrem unteren Teil 4 eine trichterförmige Erweiterung auf, an die sich ein Übergang 5 mit nahezu unveränderter Querschnittsfläche anschließt, der in Strömungsrichtung in eine trichterförmige, konische Verjüngung 6 übergeht, an deren Ende der Austrittsstutzen 3 angesetzt ist. Im dem so gebildeten Raum der Kammer 1 befindet sich die Fangglocke 7, die hier die Form eines Trichters 8 aufweist, der mit seinem nach unten offenen Ende 9 vorzugsweise in den Bereich des Übergangs 5 der Kammer 1 hineinragt. Am oberen Ende 10 der Fangglocke 7 ist ein Auslaßkanal 11 angesetzt, der eine Entlüftungsleitung 12 aufweist, die seitlich schräg und dicht unterhalb des Austrittsstutzens 3 aus der Kammer 1 herausgeführt ist. Außerhalb der Kammer 1 endet die Leitung 12 in einem vertikalen Endstück 13 mit einer Verbindungsmuffe mit Innengewinde 14, in die ein Gasaustritt 15, etwa ein Entlüftungsventil beliebiger Bauart gasdicht eingeschraubt ist. Der Auslaßkanal 11 trägt vorteilhaft einfach die Fangglocke 7. Diese ist im Bereich ihrer Öffnung 9 gegebenenfalls mit einer membranartigen, gasdurchlässigen Gas-Fang-Platte 16 verschlossen, die zum Durchtritt von Gasbläschen aus einem porösem Material hergestellt ist. Gemäß einem Vorschlag der Erfindung kann die Gas-Fang-Platte 16 auch konkav ausgeführt sein, wie dies durch die mit gestrichelten Linien angedeutete Linienführung 16' dargestellt ist. Die konkave Ausbildung der Platte 16 begünstigt vorteilhaft das Einfangen und Sammeln der Gasbläschen 19 weiter.
- In Fig. 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Geräts dargestellt. Hier muß die Flüssigkeit nacheinander Zonen unterschiedlicher Drücke und Geschwindigkeiten zwischen den konzentrischen Gasfangringen 16"', 16"", 16'"" an der Unterseite der eigentlichen Gasfangvorrichtung 16" durchlaufen. So kommt es vorteilhaft auch zu einer erheblichen Entspannungs-Luftblasenbildung. In den nachfolgenden beruhigten Zonen werden die neu gebildeten Blasen dann abgeschieden.
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