DE10002982A1 - Verfahren zur Filtration unter Vakuum in druckausgeglichenen Strömungssystemen - Google Patents

Abstract

Verfahren und Apparatur zum Entgasen und Filtern sowie Abstreifen der gebildeten Dampf- und Gasblasen vor dem Eintritt in das Filter von Flüssigkeiten, namentlich Wasser.

Description

Stand der Technik

Bekannt ist das Entgasen von Wasser nach DE 197 04 298.8 als eine überaus wirkungsvolle Methode. Nachteilig daran ist die mangelnde Möglichkeit zur gleichzeitigen bzw. abschließenden Filtration des Mediums während bzw. nach Abschluß des Vakuumpro­ zesses. Auch können mangels einer Filtermatrix erstens Dampf- und Gasblasen sowie sonstige Feststoffe nicht abgeschieden wer­ den, und zweitens kann wegen einer für den Zweck geeigneten Fil­ termatrix das sonstige Ausgasungsverhalten verändert werden. Bei der Behandlung von Wasser in hermetischen Kreisen, wie z. B. Heizungen oder geschlossenen Kühlwassersystemen, oder auch bei der Dampfkesselkonservierung, wäre es ein großer Vorteil, wenn gleichzeitig mit der Entgasung das Wasser auch klar filtriert würde und daß von dem Wasser, das während der Vakuumzeit in einen Zwischenspeicher transportiert wird, beim Durchtritt durch die Filtermatrix die Gas- und Dampfblasen sozusagen "abge­ filtert" werden, so daß sie in den Auspuffraum aufsteigen kön­ nen.

Lösung

Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Apparatur dadurch gelöst, daß in die Kammer, in der das Vakuum erzeugt wird, ein Filtermedium eingebracht wird, durch das das Wasser fließen muß, bevor es wieder austritt.

Gleichzeitig kann oberhalb des Filtermediums oder gar anstelle davon ein oder mehrere Siebe oder Filtermatten etc. positio­ niert werden, um die Dampf- und Gasblasen oberhalb der Filter­ schicht abzutrennen.

Beschreibung

Fig. 1a, 1b und 1c zeigen eine mögliche Ausführung einer solchen Filtrations-Entgasungsapparatur. Fig. 1a zeigt den Apparat im Zustand "Wasser umwälzen und filtrieren", und Fig. 1b zeigt den Apparat im Zustand "Vakuum ziehen, Entgasen".

Fig. 1c zeigt einen Detailausschnitt im Bereich Wasser: Über­ gang in die Filterschicht und stellt dar, wie die Filter­ schicht Dampf- und Gasblasen aus dem nach unten durch die Schicht strömenden Wassers abtrennt.

Darstellung Fig. 1a

Eine zur Erzeugung von sowohl Überdruck als auch Unterdruck geeignete Pumpe bzw. Pumpenapparatur 1 entnimmt einem Kreislauf 2 über den Anschlußpunkt 3 und Ven­ til 4 Wasser und drückt dieses, durchfließend Ventil 5, in den Behälter 6 und weiter durch die Filterschicht 7, an deren Ende das Wasser sich in einer Düse 8 am Boden sammelt, das Rohr 9 hochsteigt, den Strömungswächter 10 und das Rück­ schlagventil 11 durchfließt und am Anschlußpunkt 12 klar gefiltert wieder in den Kreislauf 2 zurückfließt.

In dem Steuerkasten 13 befindet sich eine Zeituhr, auf der die Länge der Umwälzzeit eingestellt wird. Zu Beginn der Umwälzzeit konnte das vorher in dem Membranspeicher 14 zwi­ schengelagerte Wasser in den Behälter 7 zurückfließen und die angesammelten Gase über den Auspuff 15 und das Rück­ schlagventil 16 an die Atmosphäre drücken. Die dick gezeich­ neten Linien zeigen in dieser und den folgenden Figuren den jeweiligen Fließweg des Wassers während der dargestellten Funktion. Die dünn gezeichneten Linien zeigen den jeweils inaktiven Strang.

Darstellung Fig. 1b

Nach Ablauf der Umwälzzeit = Filtrations­ zeit = Austauschzeit für das vorher entgaste Wasser schaltet die Apparatur auf die Funktion "Vakuum ziehen". Jetzt saugt die Pumpe 1 das Wasser durch die Filterschicht 7, die Boden­ düse 8, das Rohr 9, den Strömungswächter 10, das Ventil 17 und drückt es durch das Ventil 18 über den Anschlußpunkt 12 in den Kreislauf 2 und weiter in den Membranspeicher 14. Anmerkung: der Membranspeicher 14 ist nicht Teil dieser erfindungsgemäßen Apparatur, sondern muß in jedem hermeti­ schen Wassersystem vorhanden sein, damit Volumensschwankun­ gen aufgefangen werden können. Die Speicherblase kann mit einem bestimmten Gaspolster versehen sein, oder, am höchsten Punkt der Anlage montiert, mit einer flexiblen, zur Atmo­ sphäre offenen Membrane ausgestattet sein.

Nach Abschluß des in Fig. 1b dargestellten Zyklus startet wieder der Zyklus "Umwälzen, Filtrieren" wie in Fig. 1a dar­ gestellt. Der Behälter 6 wird wieder mit Wasser aus dem Kreislauf 2 befüllt, und der Druck steigt von Vakuum auf Betriebs-Überdruck, wobei alle Dampfblasen spontan konden­ sieren. Die an der Behälterdecke angesammelten Gase werden durch das aufsteigende Wasser in die Auspuffkammer 15 und weiter durch das Rückschlagventil 16 an die freie Atmosphäre gedrückt. Der Gasausstoß erfolgt demnach mit Überdruck und nicht lediglich bei Normaldruck.

Fig. 2a, 2b und 2c zeigen eine zweite Ausführung einer solchen Filtrations-Entgasungsapparatur, in der das Wasser auch beim Vakuum ziehen kontinuierlich durch die Filterschicht gesogen und das Vakuum nur zum Zweck des Gasaustoßes kurz­ zeitig unterbrochen wird. Dargestellt wird auch der mögliche Einbau eines Siebes sowohl zur Blasenabtrennung, als auch zur mechanischen Verstärkung des Gasaustriebes im Vakuum.

Fig. 2a zeigt den Apparat im Zustand "Wasser umwälzen, Vakuum ziehen und filtrieren."

Fig. 2b zeigt den Apparat im Zustand "Rückkehr zum Betriebs­ überdruck und Gasaustoß".

Fig. 2c zeigt einen Detailauschnitt im Bereich Wasser: Über­ gang in die Filterschicht und stellt dar, wie das oberhalb der Filterschicht plazierte Schwingsieb 24 die Blasenbildung 19 und deren Abtrennung fördert und wie das blasenfreie Was­ ser durch die Filterschicht 7 nach unten zur Sammeldüse strömt.

Anstelle des mechanischen Schwingsiebes 24 können auch andere Kraftquellen zum forcierten Austrieb der Dampf- und Gasblasen verwendet werden, wie z. B. solche, die mit hoch­ frequenten Schwingungen arbeiten und/oder elektrochemische Effekte oder katalytische Effekte ausnutzen.

Darstellung Fig. 2a

Eine Pumpe 21 mit sehr starker Saugkraft oder die Kombination aus einer förderstarken Pumpe + Strahl­ pumpe saugt über die Strecke 22, aut. Ventil 23, Sammeldüse 8, Filterschicht 7, Schwingsieb 24, Strecke 25, Blende 26 und Anschlußpunkt 27 Wasser aus dem Kreislauf 2. Die Blende 26 reduziert den Volumenstrom auf der Saugseite der Pumpe 21 so weit, daß dort ein starker Unterdruck entsteht, in dessen Folge im Behälter 6 der Druck fällt und die Gase wegen Unterschreiten des Löslichkeitsgleichgewichts aus der Flüs­ sigkeit austreten können. Um den Gasautritt zu beschleunigen und um die erwünschte Dampfblasenbildung (Schleppdampf zum Gasaustrieb) zum frühest möglichen Zeitpunkt stattfinden zu lassen, befindet sich oberhalb der Filterschicht 7 ein Schwingsieb 24, das über die Stange 28 mit dem Schwingantrieb 29 verbunden ist.

Das von der Pumpe 21 angesaugte Wasser wird über den Strö­ mungswächter 10 und den Anschlußpunkt 30 zurück in den Kreislauf 2 befördert. Ventil 32 ist dabei verschlossen. Das Membran-Ausdehnungsgefäß 14 puffert Druck- und Volumens­ schwankungen ab und liefert den Volumensersatz für ausge­ triebene Gase. Das Manometer 20 zeigt den jeweiligen Druck.

Darstellung Fig. 2b

Ventil 23 ist geschlossen und hat die Strecke 22 abgesperrt. Ventil 32 hat geöffnet und hat die Strecke 31 zur Zwangsumwälzung des Kreislaufsystems 2 von Anschlußpunkt 33 über die Pumpe 21, Strömungswächter 10 und Anschlußpunkt 30 freigegeben. Die Rückschlagklappe 34 verhindert ein Rückströmen von Anschlußpunkt 30 nach Anschlußpunkt 33, so daß im System 2 auch dann eine Umwäl­ zung stattfindet, wenn dort die Zirkulationspumpe (ohne Abbildung) abgeschaltet ist. Die Pumpe 21 hat jetzt keine Wirkung auf die Entgasungs- und Filtrationsapparatur, so daß über den Anschlußpunkt 27, die Blende 26, die Strecke 25 Wasser in das Gefäß 6 strömen kann und dort den Druck wieder auf die Höhe des Systemdrucks aufbaut. Alle Dampfblasen kon­ densieren, und die ausgetriebenen Gase werden über den Aus­ puffsammler 15 und das Rückschlagventil 16 hinaus an die freie Atmosphäre gedrückt.

Erzielbare Vorteile

Mit den erfindungsgemäßen Apparaturen können hermetische Strö­ mungssysteme, wie z. B. Heizungs- oder Kühlkreisläufe an Maschinen und Motoren nicht nur wirksam entgast, sondern gleichzeitig auch mit beliebiger Feinheit klar gefiltert werden. Letzteres ist eine unabdingbare Voraussetzung für jede wirksame Wasserbehand­ lung, deren Ziel es ist, Korrosionsprozesse zu stoppen und Schlämme während des Betriebs zu entfernen, ohne daß das Kreis­ laufwasser ausgetauscht werden muß. Durch das kontinuierliche Rückgeben von vollständig entgastem Wasser in das Kreislaufsy­ stem können Gasdepots, wie sie z. B. in Fußbodenheizungen häufig anzutreffen sind und die dort z. B. ein noch nicht kurierbares Übel sind, vollständig entfernt werden, so daß solche Kreisläufe hydraulisch wieder beherrschbar werden. Gleiches gilt z. B. für Kühlkreise in komplizierten Fertigungswerkzeugen, z. B. in der Herstellung von technischen Kunststoffteilen.

Anwendungen

Inbetriebnahme und Sanierung von Heizungsanlagen, Kühlwasser- und Klimakreisläufen. Entgasung von Speisewasser in Dampferzeugern, insbesondere Schnelldampferzeugern, zur Stillstandskonservierung von Dampfkesseln. Entgasung von Feuerschutz-Rohrsystemen (Sprinkleranlagen) und andere Anwendungen.

Liste der in Fig. 1a-c und 2a-c verwendeten Bezugszahlen

1

c (Detail) =

Fig.

1c

1

Pumpe

2

Kreislaufsystem

3

Anschlußpunkt ansaugen

4

aut. Ventil

5

aut. Ventil

6

Filter- und Vakuumbehälter

7

Filterschicht

8

Sammeldüse

9

Steigrohr

10

Strömungswächter

11

Rückschlagventil

12

Anschlußpunkt Rückgabe

13

Steuerung

14

Membranspeicher

15

Auspuff-Sammler

16

Rückschlagventil

17

aut. Ventil

18

aut. Ventil

19

Dampf und Gasblasen

2

c(Detail) =

Fig.

2c

20

Manometer

21

Saugpumpe

22

Strecke

23

aut. Ventil

24

Sieb

25

Strecke

26

Blende

27

Anschlußpunkt saugen

28

Stange

29

Schwingantrieb

30

Anschlußpunkt Rückgabe

31

Strecke

32

aut. Ventil

33

Anschl. Punkt Leerlauf-Zirkulation

Claims (5)

1. Verfahren zum Filtern von Wasser beim Durchströmen einer mit einer Filterschicht ausgerüsteten Vakuumkammer, gekennzeich­ net dadurch, daß das durchgeströmte Wasser bei auf der Zulaufseite geschlossenem Gefäß in einem externen Aus­ gleichsgefäß zwischengespeichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durchströmende Wasser mittels einer saugenden Pumpe durch die Filterschicht transportiert wird, wobei zur Herstellung des Vakuums in der Zulaufseite eine manuell oder automatisch einstellbare, den Durchfluß verändernde Drossel eingebaut ist.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Filterschicht alle Gas- und Dampfblasen größer als die Durchlässigkeit der Schicht diese nicht passieren können und sich darüber sammeln.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Vakuumzeit der Druckausgleich zum Betriebsüberdruck wiederhergestellt wird, und das in Folge dessen die ausgetriebenen Gase mit Überdruck über den Aus­ puff ausgestoßen werden.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels auf die Filterschicht einwirkender besonderer physikalischer Kräfte, wie mechanisches Schwingen oder elek­ trostatischer Impulse oder besonderer Schicht-Eigenschaften mittels elektrochemischer und/oder katalytischer und/oder tribochemischer Effekte das durch den Druckabfall bereits gestörte Lösungsgleichgewicht für Gase (und auch für einfa­ che und gering gruppierte Wassermoleküle) noch weiter gestört werden kann, so daß der Gas- und Dampfaustrieb spon­ tan verstärkt wird.