DE2810583A1 - Verfahren und vorrichtung zum entgasen von umlaufsystemen fuer fluessigkeiten - Google Patents

Description

Dr.-lng. Reimar König · Dipl.-lng. Klaus Bergen Cecilienallee 76 4 Düsseldorf 3O Telefon 452OOB Patentanwälte

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9. März 1978 32 177 W

N.V. Spiro Research, Helmond / Holland, Indumaweg 6

"Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von Umlaufsystemen

für Flüssigkeiten"

Die Erfindung befaßt sich mit der Lösung des Problems, daß sich beim Betrieb von Umlaufsystemen für eine jeweils gleichbleibende Flüssigkeitsmenge, z.B. von Zentralheizungssystemen nach längerer Betriebsdauer an von der zirkulierenden Flüssigkeiten berührten Metallflächen wie an den Wänden von Rohrleitungen, Wärmeaustauschern, Heizkesseln sowie an den Rotoren und Gehäusen von Umwälzpumpen Korrosionserscheinungen in ständig zunehmendem Maße bemerkbar machen.

Diese Korrosionserscheinungen werden allgemein auf den Sauerstoffgehalt der vom zirkulierenden Wasser mitgeführten Luft zurückgeführt, die als Reste bei der ersten Füllung im System verblieben oder infolge von Undichtigkeiten an den Verbindungsstellen zwischen Rohrleitungsteilen, Anschlußstellen von Armaturen sowie beim Nachfüllen von Betriebswasser in das System gelangt sind.

Insbesondere immer wieder in das System gelangte Frischluft wird als Ursache dafür angesehen, daß es trotz der üblichen

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Verwendung von In zahlreichen Ausführungsformen bekannten Entlüftungsvorrichtungen nicht gelingt, Korrosionen wirksam zu begegnen.

Als - gewissermaßen letzter - Ausweg werden deshalb zunehmend chemische Zusätze zum Betriebswasser angeboten, die auf den Leitungswänden Überzugsschichten bilden und sie dadurch vor der Einwirkung von vom Betriebswasser mitgeführter Luft schützen sollen, sofern man sich nicht überhaupt entschließt, für alle Teile des Umlaufsystems korrosionsbeständige Werkstoffe zu verwenden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zunächst die wirkliche Ursache für auch bei gut entlüfteten Umlaufsystemen auftretende unerwünschte Korrosionserscheinungen zu ermitteln und diese Ursachen selbst zu beseitigen.

Dabei wurde in zahlreichen und über längere Zeiträume ausgedehnten Untersuchungen zunächst gefunden, daß im vermeintlich luftfreien Umlaufsystem von Heizungsanlagen Korrosionen vornehmlich an den Kesselwänden und in besonderem Maße an den Rotoren von Umwälzpumpen auftreten. Diese Feststellungen führten ihrerseits zu dem Schluß, daß für die Korrosionserscheinungen nicht, jedenfalls nicht allein aus der Atmosphäre in das System gelangte Luft, sondern im zirkulierenden Wasser gelöste und erst während des Betriebs vorübergehend freigesetzte Luft und etwaige sonstige Gase vaantwortlich sind. Dieser Schluß findet eine offenbare Bestätigung dadurch, daß als Stellen stärkster Korrosionen die Stellen größter Erwärmung und größten Unterdrucks ermittelt werden konnten, nämlich die der Wärmequelle ausgesetzten Kesselwände und die Rotoren der Umwälzpumpen.

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Da es sich hierbei um Stellen handelt, an denen der Gehalt des zirkulierenden Wassers an gelösten Gasen erheblich stärker unter den Sättigungswert von Wasser normaler Temperatur abgesenkt worden ist, sei es durch Erwärmen, durch Unterdruck oder beides, konnte aus Erfahrungen, Versuchen und Überlegungen die allgemeine Lehre gezogen werden, daß eine wirksame Entlüftung von Umlaufsystemen gelingt, wenn in Nähe der Einwirkungsstelle der den Umlauf erzeugenden Kraft (Wärme und/oder Unterdruck) aus der zirkulierenden Flüssigkeit darin gelöste Gase soweit freigesetzt und entfernt werden, daß die auf ihrem weiteren Umlaufweg wieder abgekühlte und auf Normal- oder Überdruck gebrachte Flüssigkeit imstande ist, aus mit ihr in Berührung kommenden Gasansammlungen in ihr lösbare Gase zu absorbieren.

Dabei schien es erlaubt, die aus der Untersuchung von Warmwasser-Heizungssystemen gewonnenen Erfahrungen auch auf andere Umlaufsysteme für Flüssigkeiten, z.B. hydraulische Anlagen auszudehnen, denn auch dort wird die zur Kraftübertragung benutzte Flüssigkeit stellenweise erwärmt und abgekühlt sowie in ständigem Wechsel durch Unter- und Überdruck belastet. Soweit darin als Druckmittel Öl statt Wasser Verwendung findet, wirkt freigesetzte gelöste Luft zwar nicht korrodierend aber nicht minder nachteilig, als elastisches, die Kraftübertragung hemmendes Polster.

Voraussetzung für die Wirksamkeit dieses Verfahrens ist allerdings, daß aus der zirkulierenden Flüssigkeit freigesetztes Gas möglichst restlos aus dem Umlaufsystem entfernt wird. Je vollkommener diese Forderung erfüllt wird, umso schneller wird ein Zustand geschaffen, bei dem alles im System vorhandene Gas absorbiert ist und auch kein absorbiertes Gas mehr freigesetzt werden kann.

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Während das Entfernen relativ großen Blasen von mitgeführter Fremdluft verhältnismäßig leicht mit Hilfe von bekannten, an beliebiger Stelle angeordneten Entlüftern gelingt, die im wesentlichen aus einem vom Leitungssystem aufwärts gerichteten Rohrabzweig bestehen, der zu einem mit der Außenluft unmittelbar oder über ein schwimmergesteuertes Ventil in Verbindung stehenden Sammelraum für aus der Flüssigkeit aufgestiegenes Gas führt, bereitet das Abscheiden der durch Erwärmen oder durch Unterdruck freigesetzten mikrofeinen - mit bloßem Auge nicht wahrnehmbaren - Bläschen wegen ihres minimalen Auftriebs und der Turbulenz des im System mit häufigem Richtungswechsel umgeführten Flüssigkeit gewisse Schwierigkeiten. Diese konnten jedoch mit Hilfe eines für diesen Zweck entwickelten - jedoch nicht zur Erfindung gehörenden - Luftabscheiders überwunden werden, bei dem die mit frei gewordenem Gas durchseihte zirkulierende Flüssigkeit, mit vorübergehend verzögerter Strömungsgeschwindigkeit unterhalb einer stehenden Flüssigkeitssäule im vom Abscheidergehäuse gebildeten aufwärts gerichteten Leitungsafca/eig entlanggeführt und erst danach wieder abgekühlt und gegebenenfalls auf Normal- oder Überdruck gebracht wird.

Bei diesem Luftabscheider vermischt sich im Grenzbereich zwischen zirkulierender und ruhender Flüssigkeit mit freiem Gas durchsetzte Flüssigkeit mit gasfreier Flüssigkeit, aus der auch feinste Bläschen in die ruhende Flüssigkeitssäule und in dieser weiter bis in den Sammelraum aufsteigen können.

Es versteht sich, das ein solcher Luftabscheider am besten funktioniert, je näher er an der Stelle des Umlaufsystems angeordnet ist, an der die größte Menge freigesetzten Gases vorhanden ist. Für Heizungsanlagen ergibt sich daraus die Empfehlung,

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den Luftabscheider unmittelbar hinter dem Heizkessel und vor der Ansaugseite einer etwa vorhandenen Umwälzpumpe anzuordnen.

Bei Umlaufsystemen, die keine Wärmequelle enthalten, ist es jedoch notwendig, nahe vor dem Luftabscheider eine besondere Heizvorrichtung und erforderlichenfalls hinter dem Luftabscheider eine Kühlvorrichtung vorzusehen.

Ein Ausführungsbeispiel für eine zur Durchführung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Diese Vorrichtung besteht in ihrer einfachsten Form aus einer in sich geschlossenen Umlaufleitung 1, einem in sie eingesetzten Luftabscheider 2, einer Heizvorrichtung 4 und einer Kühlvorrichtung 5. Das oben offene Gehäuse des Luftabscheiders 2 bildet einen aufwärts gerichteten Abzweig der Umlaufleitung 1. Sein lichter Querschnitt ist viermal so groß wie der der Umlaufleitung, Die Umlaufleitung 1·ist völlig, das Luftabscheidergehäuse 2 ist bis auf einen oberen, mit der Außenluft in Verbindung stehenden Raum mit Wasser gefüllt. Damit bildet dieser Raum einen Sammelraum für aus der Umlaufleitung in das Abscheidergehäuse gelangte und darin aufgestiegene Luft, während der übrige Teil des Abscheidergehäuses dem bei Heizungsanlagen mit offenem Umlauf üblichen Ausgleichgefäß entspricht. Die auf einer Seite des Luftabscheiders 2 angeordnete Heizvorrichtung 4 sowie die auf der anderen Seite vorgesehene Kühlvorrichtung 5 sorgen dafür, daß in der Umlaufleitung 1 eine ständige Strömung in Richtung des Pfeils 3 entsteht und das den Luftabscheider durchströmende Wasser von sonst 35 C auf 70 C erwärmt wird. Gegenüber dem Luftabscheider 2 ist in die Umlaufleitung 1 ein durchsichtiges völlig

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geschlossenes Kontrollgefäß 6 eingebaut, das ebenfalls einen aufwärts gerichteten Abzweig von der Umlaufleitung 1 bildet. An das Kontrollgefäß ist über ein Rückschlagventil 7 eine Leitung 8 angeschlossen, über die die Vorrichtung mit Wasser gefüllt, aber auch eine geringe Menge Luft in das Gefäß 6 eingeblasen werden kann, die darin eine sichtbare Blase 9 bildet.

Beim Betrieb dieser Vorrichtung mit den angegebenen Temperaturen ist deutlich erkennbar, daß eine im Kontrollgefäß vorhandene Luftblase zunächst schnell und dann zunehmend langsamer immer kleiner und flacher wird, bis sie schließlich völlig verschwunden ist. Dieser Vorgang spielt sich wesentlich schneller ab, wenn der Wasserumlauf durch eine in Strömungsrichtung nahe hinter dem Luftabscheider angeordnete - durch unterbrochene Linien - angedeutete Pumpe 10 beschleunigt und außerdem durch den von ihr im Wasser erzeugten Unterdruck das Freisetzen gelöster Luft begünstigt wird.

Bei der zu Kontrollzwecken geschaffenen Vorrichtung ist die Kühlvorrichtung nur vorgesehen, weil die nur wenige Meter betragende Länge der Umlaufleitung keine ausreichende Abkühlung des erwärmten Wassers während eines Umlaufs erwarten läßt.

Im übrigen haben Untersuchungen wissenschaftlicher Institute bestätigt, daß es mit den Mitteln der Erfindung gelingt, sowohl in offenen wie in geschlossenen, mit Überdruck betriebenen Umlaufsystemen von Heizungsanlagen den Sättigungswert des Betriebswassers soweit abzusenken, bis es nicht nur an Stellen höchster Betriebstemperatur und geringsten Betriebsdrucks keine schädlichen Mengen gelöster Luft mehr abgibt, sondern auf seinem Umlaufweg etwa vorhandene Luft völlig absorbiert.

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Beim Betrieb der gezeichneten Vorrichtung ging der Luftgehalt von 4 1 Wasser innerhalb von etwa 5 Stunden von 15 auf 5 ml/1 und wenig später auf 4 ml/1 zurück. Das entspricht einem
Sauerstoffgehalt von etwa 0,8 °/oo, also einer Konzentration, die keine Korrosionsschäden verursachen kann.

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Leerseit

Claims (5)

2 8 IO 5 8 3 N.V. Spiro Research, Heimond / Holland, Indumaweg 6 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entlüften von Umlaufsystemen für eine jeweils gleichbleibende Flüssigkeitsmenge mit Hilfe einer Vorrichtung, die aus einem von der Umlaufleitung aufwärts gerichteten, in einen mit der Außenluft verbundenen Sammelraum für aus der umlaufenden Flüssigkeit aufgestiegene Luft mündenden Leitungsabzweig besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in Nähe der Einwirkungsstelle der den Umlauf erzeugencen Kraft aus der Flüssigkeit darin gelöste Gase durch Erwärmen und/oder Erzeugen von Unterdruck soweit freigesetzt und aus dem Umlaufsystem entfernt werden, daß die auf ihrem weiteren Umlaufweg wieder abgekühlte und auf Normal- oder Überdruck gebrachte Flüssigkeit imstande ist, Luft aus mit ihr in Kontakt kommenden Luftansammlungen zu absorbieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i c h η e t, daß die nahe vor dem Abzweig erwärmte und/oder einem Unterdruck ausgesetzte Flüssigkeit mit vorübergehend verzögerter Strömungsgeschwindigkeit unterhalb einer stehenden Flüssigkeitssäule im Abzweig entlang geführt und hinter dem Abzweig wieder abgekühlt und gegebenenfalls auf Normal- oder Überdruck gebracht wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 mit einem von der Umlaufleitung aufwärts gerichteten, in einen mit der Außenluft verbundenen Sammelraum für aus der umlaufenden Flüssigkeit aufgestiegene Luft mündenden Leitungsabzweig, gekennzeichnet durch eine in Strömungsrichtung (3) vor dem Leitungsabzweig (2) angeordnete Heizeinrichtung (4).

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine dem Leitungsabzweig (2) nachgeschaltete Umwälzpumpe (10).

5. Für die Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 eingerichtete Heizungsanlage mit in geschlossenem Kreislauf durch eine Pumpe umgeführtem flüssigem Wärmeträger dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftabscheider mit geschlossenem, über ein schwimmergesteuertes Ventil mit der Außenluft verbundenem Luftsammeiraum nahe hinter dem Kessel und nahe vor der Saugseite der Pumpe angeordnet ist·

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