EP0070483B2 - Vorrichtung zum Abscheiden von Gasen aus wasserführenden Systemen - Google Patents

Vorrichtung zum Abscheiden von Gasen aus wasserführenden Systemen Download PDF

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EP0070483B2
EP0070483B2 EP82106194A EP82106194A EP0070483B2 EP 0070483 B2 EP0070483 B2 EP 0070483B2 EP 82106194 A EP82106194 A EP 82106194A EP 82106194 A EP82106194 A EP 82106194A EP 0070483 B2 EP0070483 B2 EP 0070483B2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • 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 for separating gases from water-carrying systems according to the preamble of claim 1.
  • 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 interrelationships, in order to ensure sufficient temperatures in the higher floors To ensure heating output. This further promotes the formation of gas cushions.
  • the thermal efficiency of the entire system continues to decrease.
  • a device known from DE-A-22 15 755 according to the preamble of claim 1 consists of an approximately annular outer chamber which is provided in its outwardly curved bottom and top walls with flush with each other, forming the flow-through chamber inlet and outlet , which expand conically in the interior of the chamber and whose edges delimit an annular passage gap in the region of the transverse central plane of the chamber.
  • rotational system metric gas separation bodies in the form of inverted cones are arranged coaxially to the vertical spatial axis at a distance from one another, so that rising gas bubbles can enter the annular chamber through the annular gap, the upper part of which forms the gas collecting space.
  • the gases emerge from this through a float-operated valve arranged in the upper wall of the chamber.
  • This known device has a large diameter and is inadequate in its function, since gas bubbles can also get into the further upward flowing liquid stream without being separated.
  • the object of the invention is therefore to create an uncomplicated device for separating gases from water-carrying systems, in which all air bubbles circulating in the system are detected and eliminated with certainty.
  • the new device is said to be largely insensitive to fouling due to dirt particles, such as rust particles, etc., which are inevitably carried in a heating water circuit, and to be easy to produce in a cast design.
  • the gas bubbles entrained in the water flow or discharged in the device are caught with certainty, the possibility that they flow past the catch bell is largely 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, moreover, has a zone of flow calming which favors the passage of gas bubbles from the liquid flow into the catch bell.
  • a device for gas separation which consists of a chamber with mutually parallel side walls and is pear-shaped in plan view.
  • the chamber is provided in its lower, wider part with an inlet connection and at right angles to this in the central region of a side wall with a drain pipe, so that the flow in the chamber is deflected by 90 degrees.
  • the chamber is provided in its upper tapered part with a threaded connector for a vent.
  • Flow dividers and deflectors are provided in the chamber, so that vortices rotating radially to the drain pipe are formed, from which gas fractions emerge and collect in the upper, tapering part of the chamber.
  • the upper part of the chamber is of flared configuration in plan view, but it does not form a catch bell inserted into a flow-through chamber in the sense of the invention.
  • 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 embodiment 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 an inexpensive manufacture of the chamber is possible.
  • the ventilation duct is led out obliquely upwards out of the chamber and carries the catch bell at its lower end. In this way, a very uncomplicated configuration is achieved, which facilitates the manufacture of the device and thus influences the manufacturing costs very favorably.
  • 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 with a sieve cloth or the like. is closed.
  • gas-permeable material such as glass wool, glass wool, rock wool, stainless steel wool, granular free-flowing ceramic bodies, coarsely classified sand etc. and with a sieve cloth or the like. is closed.
  • gas-permeable material such as glass wool, glass wool, rock wool, stainless steel wool, granular free-flowing ceramic bodies, coarsely classified sand etc. and with a sieve cloth or the like.
  • 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 region 4 has an inlet connection 2 for connection to the pipeline of the heating circuit, as well as in its upper region an outlet connection 3 for the further pipeline of the heating circuit .
  • 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, which has a ventilation 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 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 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 zum Abscheiden von Gasen aus wasserführenden Systemen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • 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 der höher gelegenen Etagen gegenüber den tiefer gelegenen 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 Entlüftungsventile, 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.
  • Eine aus der DE-A-22 15 755 bekannte Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 besteht aus einer etwa ringförmigen außeren Kammer, die in ihren nach außen gewölbten Boden- und Deckwänden mit miteinander fluchtenden, die durchströmte Kammer bildenden Zu- und Ablaufstutzen versehen ist, die sich im Innern der Kammer konusförmig erweitern und deren Ränder im Bereich der quer verlaufenden Mittelebene der Kammer einen ringförmigen Druchtrittsspalt begrenzen. In dem konusförmig erweiterten Teil des unteren Zulaufstutzens sind rotationssystemmetrische Gasabscheidungskörper in Form von umgekehrten Kegeln koaxial zu der vertikalen Raumachse im Abstand voneinander angeordnet, so daß aufsteigende Gasblasen durch den Ringspalt in die ringförmige Kammer eintreten können, deren oberer Teil den Gassammelraum bildet. Aus diesem treten die Gase durch ein in der oberen Wandung der Kammer angeordnetes schwimmerbetätigtes Ventil aus. Diese bekannte Vorrichtung weist einen großen Durchmesser auf und ist in ihrer Funktion unzureichend, da auch Gasblasen in den weiterführenden, nach oben austretenden Flüssigkeitsstrom gelangen können, ohne abgeschieden zu werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine unkomplizierte Vorrichtung zum Abscheiden von Gasen aus wasserführenden Systemen zu schaffen, bei der sämtliche im System umlaufende Luftblasen mit Sicherheit erfaßt und ausgeschieden werden. Darüber hinaus soll die neue Vorrichtung weitgehend unempfindlich gegen Verschmitzung durch in einem Heizungswasserkreislauf unvermeidlich mitgeführte Schmutzteilchen, wie Rostpartikel etc., sein und sich einfach in Gußausführung herstellen lassen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die im Wasserstrom mitgeführten oder im Gerät ausgeschliedenen Gasbläschen mit Sicherheit gefangen, wobei die Möglichkeit, daß diese an der Fangglocke vorbeistromen, weitgehend 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 darüber hginaus eine Zone der Strömungsberuhigung aufweist, die das Übertreten von Gasbläschen aus dem Flüssigkeitsstrom in die Fangglocke begünstigt.
  • Aus der DE-C-2346 286 ist eine Vorrichtung zur Gasabscheidung bekannt, die aus einer Kammer mit zueinander parallelen Seitenwänden besteht und in Draufsicht birnenförmig ist. Die Kammer ist in ihrem unteren breiteren Teil mit einem Zulaufstutzen und rechwinkelig zu diesem im mittleren Bereich einer Seitenwand mit einem Abflußrohr versehen, so daß die Strömung in der Kammer um 90 Grad umgelenkt wird. Die Kammer ist in ihrem oberen sich verjüngenden Teil mit einem Gewindestutzen für einen Entlüfter versehen. In der Kammer sind Strömmungsteiler und Abweiser vorgesehen, so daß sich radial zu dem Ablaufrohr drehende Wirbel ausbilden, aus denen Gasanteile austreten und sich in dem oberen sich verjüngenden Teil der Kammer sammeln. Der obere Teil der Kammer ist in Draufsicht zwar konusförmig erweitert ausgebildet, er bildet aber keine in eine durchströmte Kammer eingesetzte Fangglocke im Sinne der Erfindung.
  • 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 Zulaufstutzens 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 Kammerr 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 widerstandsarmes Strömungssystem geschaffen wird, das die Zirkulation des Wassers nicht erheblich behindert oder nachteilig beeinflußt. Weiterhin ist vorteilhaft, daß so eine kostengünstige 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 wird 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 ober 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 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 den Zeichnungen in bevorzugten Ausführungsformen gezeigt, wobei aus den Zeichnungen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind.
  • Die Zeichnungen zeigen im einzelnen in:
    • Fig. 1 eine Abscheidevorrichtung in mehrteiliger Ausführung mit frei umströmter Fangglocke und in
    • Fig. 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. In 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-Luft-blasenbildung. In den nachfolgenden beruhigten Zonen werden die neu gebildeten Blasen dann abgeschieden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Gasen aus wasserführenden Systemen, die als eine eine vertikale Raumachse aufweisende und mit vertikalen Zu- (2) und Ablaufstutzen (3) versehene, von unten nach oben durchströmte Kammer (1) ausgebildet ist, in deren Innerem ein axial angeströmter, mit einem der Strömung entgegengerichteten Bauteil versehener Gasabscheidungskörper angeordnet ist, wobei ein abgeteilter Gassammelraum vorgesehen ist, der an seinem oberen Ende in einen ins Freie führenden Entlüftungskanal (11, 12) mündet, der außerhalb der Kammer (1) ein Gasaustrittsventil (15) aufweist, und wobei die Wände der Kammer (1) unterschiedliche Strömungsquerschnitte bilden, die ausgehend vom Zulaufstutzen (2) zunächst erweitert sind und nach relativ kurzem Übergang (5) im Bereich des größten Querschnittes zum Ablaufstutzen (3) hin wieder in eine etwa trichterförmige Verjüngung (6) auslaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabscheidungskörper eine im oberen Bereich der Kammer (1) angeordnete, den Gassammelraum enthaltende Fangglocke (7) mit der Strömung entgegengerichteter Öffnung ist und daß der Öffnungsquerschnitt der Fangglocke (7) ein Mehrfaches des Querschnitts des Zulaufstutzens (2) beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt für die Flüssigkeit im unteren Bereich der Kammer (1) zumindest teilweise kleiner als der Querschnitt des Zulaufstutzens (2) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) ein von zumindest teil-rotationssymmetrischen Wänden gebildeter Körper mit etwa in der Symmetrieachse angeorneten Zu- (2) und Ablaufstutzen (3) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungskanal (11, 12) schräg nach oben aus der Kammer (1) herausgeführt ist und an seinem unteren Ende die Fangglocke (7) trägt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangglocke (7) eine als Gasabscheidungskörper ausgebildete Platte (16) aufweist, die vorzugsweise eben und horizontal angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (16) ein poröses Metallteil, etwa engmaschiges Siebgewebe, Metalltuch, Sintermetall, Metallwolle o. ä. ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (16) ein poröses Kunststoffteil ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangglocke (7) wenigstens teilweise mit gasdurchlässigem Material wie Glaswolle, Glaswatte, Steinwolle, Edelstahlwolle, körnigen rieselfähigen Keramikkörpern, grob klassiertem Sand etc. gefüllt und mit einem Siebgewebe o. ä. verschlossen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wandung der vertikal durchströmten Kammer (1) und der Fangglocke (7) auf der dem Entlüftungskanal (11, 12) gegenüberliegenden Seite ein Ringraum mit parallelen Wänden ausgebildet ist.
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