DE1815805C2 - Dosier- und Mischeinrichtung für Gase - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Dosier- und Mischein- Bei dem Gegenstand der angeführten deutschen

richtung für Gase, bei der Gaszuleitungen an eine Patentschrift 425 169 ließe sich ein lineares Verhal-

gemeinsame Abströmleitung angeschlossen sind. tee nur durch eine geeignete Formgebung der erfor-

Sie ist anwendbar auf Arbeitsgebieten, in denen derlichen Führungsstücke erzielen, wenn die physizwei oder mehr Gase miteinander gemischt werden, 5 kaiischen Daten der einzelnen Gaskomponenten zur

insbesondere aber auf dem Gebiet der Gaschromato- Verfügung stehen. Die Form der Führungsstücke

graphic wäre wegen der geforderten Proportionalität zwischen

Zum Prüfen und Eichen von Gaschromaiographen Druck und Durchsatz rechnerisch sehr schwierig zu

oder Reversionsgaschromatographen werden Gas- erfassen; geeignete Führungsstücke wären daher gemische mit einem großen Mischungsverhältnis der 10 praktisch kaum herstellbar. Zudem müßten zumin-

beteiligten Gaskomponenten benötigt, und zwar Gas- dest die Führungsstücke ausgewechselt werden, wenn

gemische mit einer hohen Verdünnung einer gasför- zu einem anderen Mischungsbereich übergegangen

irrigen Probe in einem Trägergas. Dazu sind Einrich- werden soll. Mischungsverhältnisse in der Größen-

tungen erforderlich, mit denen bei relativ geringem Ordnung 1:10* lassen sich mit dieser Vorrichtung Arbeitsaufwand Gasgemische in jedem gewünschten 15 nicht herstellen.

Mischungsverhältnis herstellbar sind. In der deutschen Patentschrift 458 125 wird ein

Eine derartige Einrichtung ist aus dem Hochschul- Mischungsverfahren beschrieben, bei dem das Mitaschenbuch »Chromatographie in der Gasphase«, schungsverhältnis der gemischten Gaskomponente Band 2, 2. Auflage, S. 208, bekannt. Hierbei handelt stets konstant bleibt. Dazu werden Stahlflaschen, «s sich um eine Mischeinrichtung, bei der zwei ver- 20 welche mit den einzelnen zu mischenden Gasen bei •chiedene Gase aus Gasflaschen über Zuführungslei- gleichem Druck gefüllt sind, an ein oder mehrere lungen zu einer gemeinsamen Abströmleitung geführt gemeinsame Reduzierventile angeschlossen, wobei die werden. Die Zusammenführung erfolgt in einem die Gesamtvolumina der anzuschließenden Flaschen mit beiden Zuführungsleitungen und die Abströmleitung jeder Gasart in gleichem Verhältnis zueinander steverbindenden T-Stück. 35 hen wie in dem herzustellenden Gasgemisch.

Diese Mischeinrichtung hat einen wesentlichen Eine Änderung des einmal eingestellten Mischungs-Nachteil, der darin zu sehen ist, daß die Vermischung Verhältnisses läßt sich nach diesem Verfahren nur der beiden Gase nicht vollständig erfolgt. Die Gase durch den umständlichen Anschluß weiterer oder verlaufen in der Abströmleitung im wesentlichen neben- grcßerter Stahlflaschen an die gemeinsame Leitung einander her, wobei eine Vermischung z. B. auf unter- 30 vor dem Reduzierventil erreichen. Ein genaues, konschiedliche Geschwindigkeiten der beiden Gasströme tinuierliches Zudosieren einer Gaskomponente läßt und auf gegenseitige Diffusion zurückzuführen ist. sich mit diesem Verfahren nicht durchführen. Zudem Soll aus einem derart entstandenen Gasgemisch ein wild der Mischungsbereich durch die Größe und An-Teilstrom abgezweigt werden, um z.B. den Druck _zahl der verfügbaren Stahlflaschen desselben Drukin der Abströmleitung konstant tu halten oder um 35 kes begrenzt. Er dürfte zwischen 1 : 1 und 1 :10 diesen Teilstrom mit einem weiteren Gas zu ver- liegen.

mischen, so gibt es keine Gewähr dafür, daß es sich Aus der deutschen Patentschrift 569 916 ist eine

bei dem abgezweigten Gasgemisch um ein homo- Vorrichtung zum Regeln des Mischungsverhältnisses

genes Gemisch handelt. Außerdem ist das mit einem von Gasen in fließendem Zustande bekannt, bei wel-

T-Stück erzielbare Mischungsverhältnis begrenzt, weil 40 eher die einzelnen Gase durch eine größere Anzahl

nicht fehlerlos beliebig kleine Mengen Gas zudosiert von Bohrungen, die einzeln geöffnet oder geschlossen

werden können. werden, einer Mischkammer zufließen. Bei dieser

Aus der deutschen Patentschrift 425 169 ist eine Vorrichtung sind die Bohrungen entsprechend dem

Vorrichtung zum Mischen von Gasen bekannt, bei spezifischen Gewicht des durchfließedden Gases der-

der mehrere Gaszuleitungen an einen Ofen ange- 45 art bemessen, daß durch jede einzelne Bohrung volu-

schlossen sind. Die Regelung der in den Ofen ein- metrisch jeweils die gleiche Menge Gas hindurchfließt,

strömenden Gasmengen wird durch Druckregler be- Diese Vorrichtung erlaubt also nur eine stufen-

wirkt, wobei die Einstellung der Regeldrücke der weise Änderung des Mischungsverhältnisses durch

einzelnen Druckregler und damit der Gasmengen in Öffnen oder Schließen von Bohrungen. Da durch jede

Abhängigkeit voneinander mittels gemeinsam betä- 50 Bohrung stets volumetrisch jeweils die gleiche Menge

tigter Führungsstüoke erfolgt. Gas hindurchfließt, muß, sofern das Mischungsver-

Bekanntlich ist bei einer derartigen Vorrichtung hältnis stets definiert sein soll, der Druck in den Zudie ausströmende Gasmenge pro Zeit (Durchsatz) leitungen konstant bleiben, d. h. am Druck darf grundproportional zur Wurzel aus dem die Ausströmung sätzlich nicht geregelt werden. Bei dieser Vorrichbewirkenden Druck, sofern es sich um ideale Gase 55 tung ist der Mischungsbereich gleichfalls stark behandelt. Bei realen Gasen ist der Zusammenhang grenzt, und zwar durch die Anzahl der verfügbaren wesentlich komplizierter. Ferner hängt die Menge des Bohrungen. Er dürfte in der Größenordnung von 1:1 ausströmenden Gases vom Druck im Ofen ab. Die bis 1: iO liegen.

bekannte Mischvorrichtung weist daher einen nicht- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

linearen Regelbereich auf, der durch die Dimensio- 60 Dosier- und Mischeinrichtung für Gase, bei der Gas-

nierung der Führungsstücke eng begrenzt ist. Die Zuleitungen an eine gemeinsame Abströmleitung an-

erfindungsgemäße Dosier- und Mischeinrichtung für geschlossen sind, zu schaffen, welche es gestattet,

Gase zeigt demgegenüber in weiten Grenzen Propor- mindestens zwei Gase in jedem gewünschten Verhält-

tionalität zwischen dem Durchsatz der einzelnen Gas- nis innig miteinander zu mischen. Weiterhin soll die

komponente und dem treibenden Druck, so daß sich 65 Einrichtung so ausgestattet werden, daß das

bei einer linearen Vergrößerung des Einzeldruckes Mischungsverhältnis kontinuierlich verändert werden

eine lineare Vergrößerung des Durchsatzes der Gas- kann. Schließlich soll es möglich sein, den Druck des

komponente erzielen läßt. Gasgemischen einzustellen.

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Eine Dosier-und Mischeinrichtung für Gase, bei der Gaszuleitungen Al...A3 von der Abströmder Zuleitungen an eine gemeinsanre Abströmleitung leitung R mittels einer Lochblende L abgeteilt. Auch angeschlossen sind, ist erfindungsgemäß dadurch ge- in den Gaszuleitungen R1, R2 und A3 sind vcr ihren kennzeichnet, daß in zwei Gaszr.ieitungen in der Nähe Einmündungen in die Abströmleitung R Lochblenihrer Anschlußstellen an die Abströraleitung jeweils S denLl...L3 angeordnet. Die GaszuleitungenR1 eine Lochblende mit vorgegebenem öffnungsquer- ...A3 können, wie im vorliegenden Falle dargestellt, schnitt angeordnet ist und daß Drücke der Gaskon:- senkrecht, aber auch unter einem beliebigen Winkel ponenten in den Gaszuleitungen vor den Lochblenden an die Abströmleitung R angeschlossen sein. An den zumindest doppelt so hoch gehalten sind wie ein Mischstellen M1, M 2 und M 3 in der Abströmlei-Druck in der Abströmleitung. xs tung R werden die Nebenkomponenten JVl, JV 2 bzw.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, mit JV 3 mit der Hauptkomponente H gemischt,
der mehr als zwei Gaskomponenten miteinander ge- Die Abströmleitung R kann zu einem Vermischt werden können, sieht vor, daß mehr als zwei braucher V führen. An sie ist eine Überströmlei-Gaszuleitungen, die jeweils eine Lochblende mit vor- tung Ü angeschlossen, in welche ein Druckregler D gegebenem Öffnungsquerschnitt in der Nähe ihrer 15 geschaltet ist, der den Druck in der Abströmleitung R Anschlußstelle enthalten, an die Abströmleitung an- auf einem einstellbaren konstanten Wert festhält. Ein geschlossen sind. Manometer M, das zusätzlich vorzugsweise an die

Zum Mischen der Gaskomponenten werden vor- Überströmleitung Ü angeschlossen ist, zeigt den zugsweise dünne Lochblenden benutzt. Es wird je Druck in der Abströmleitung R an. Das vom Druckeine Lochblende in jede der Gaszuleitungen für die ao regler D abgelassene Gasgemisch G strömt über ein einzelnen Gaskomponenten eingespannt. Die Dosie- Ablaßrohr A in die atmosphärische Umgebung oder rung ist deshalb besonders einfach zu handhaben und in einen Gassammelbehälter.

das Mischungsverhältnis deshalb meßtechnisch bzw. Im Gegensatz zu einer in einer Gasleitung angerechnerisch leicht zu erfassen, weil die Drücke vor brachten Drossel, die die Aufgabe hat, die Geden Lochblenden mindestens zweimal so groß sind as schwindigkeit vor strömenden Gasen zu verringern, wie der Druck hinter den Lochblenden. Dann werden bewirken die in der erfindungsgemäßen Mischeindie Durchtrittsöffnungen der Lochblenden von den richtung benutzten LochblendenL, Ll...L3 konbetreffenden Gaskomponenten mit Schallgeschwin- staute Volumendurchflüsse und Strömungsgeschwindigkeit durchströmt, und die durch jede Lochblende digkeiten, sofern sie wie Lavaldüsen mit überkriströmende Gasmenge ist sowohl dem Querschnitt der 30 tischen Druckgefällen betrieben werden. Diese Be-Durchtrittsöffnung als auch dem Eingangsdruck pro- dingung ist dann erfüllt, wenn die Drücke in den portional und im wesentlichen vom Ausgangsdruck Gaszuleitungen RO, R1 ... R3 mindestens zweimal unabhängig. so groß sind wie die Drücke hinter den Lochschei-

Eine Weiterführung der Erfindung, die eine stufen- ben L, Ll... L 3. Dann sind die strömenden Gasweise oder stufenlose Änderung des Mischungsver- 35 mengen den Öffnungsquerschnitten in den Lochblenhältnisses des Oasgemisches ermöglicht, ist dadurch denL, Ll...L3 und den Eingangsdrücken vor den gegeben, daß die Eingangsdrücke der Gaskompo- LochblendenL, Ll...L3 proportional und im wenenten vor den Lochblenden einstellbar sind. sentlichen vom Ausgangsdruck, d. h. dem Druck in

Für den Fall, daß verschiedene Mischungsbereiche der Abströmleitung R, unabhängig,

erzielt werden sollen, sieht eine weitere Ausführungs- 40 Zum Mischen der Gaskomponenten wird die Stelle

form der Erfindung vor, mehrere Gaszuleitungen mit unmittelbar hinter den Lochblenden L1... L 3 der

Lochblenden zu verwenden, wobei die öffnungs- Gaszuleitungen R1... R 3, durch die die Gaskom-

querschnitte der Lochblenden in den verschiedenen ponenten mit dem geringeren Durchsatz fließen, be-

Gaszuleitungen aufeinander abgestimmt sind. nutzt. Dort wird die Hauptkomponente H vorbeige-

Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich 45 leitet, und der mit sehr hoher Geschwindigkeit aus dadurch aus, daß in einer von der Abströmleitung jeder der Lochblenden L1... L 3 austretende Gasabführenden Überströmleitung ein Nadelventil, mit strom der Nebenkomponenten JVl.. .JV 3 verwirbelt dem der Druck in der Abströmleitung von Hand ein- und vermischt sich innig mit der vorbeiströmenden stellbar ist, oder ein Druckregler, der diesen Druck Hauptkomponente H.

auf einem einstellbaren Wert selbsttätig festhält, an- 50 Um das Mischverhältnis der Hauptkomponente H

geordnet ist. und einer der Nebenkomponenten, z. B. JV1, zu vari-

Zur Erzielung größter Mischungsverhältnisse kön- ieren bzw. einzustellen, können die öffnungsquer-

nen mehrere Mischeinheiten hintereinandergeschaltet schnitte (einige μΐη) in den Lochblenden L1 und L

werden. aufeinander abgestimmt werden. So ist es möglich,

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungs- 55 die Öffnungsquerschnitte im Verhältnis 1:10, 1:100

beispiels mittels der Figur im folgenden näher erläu- und 1:1000 zu wählen und den Gasdruck vor den

tert. Lochblenden Ll und L einzustellen, um somit

In der Figur ist eine Mischeinrichtung für Gase Mischungsverhältnisse bis etwa 1: 10³ oder 1:10⁴ zu dargestellt. Mehrere Gaszuleitungen RO, Al, R2 und erzielen. An Stelle einer einzigen Mischstelle, im R 3 sind an eine gemeinsame rohrförmige Abström- 60 Beispiel war es die Mischstelle Ml, an der die leitung/? angeschlossen. Durch den Eingang £ der Hauptkomponente H mit der Nebenkomponente JV1 Gaszuleitung RO strömt eine gasförmige Haupt- gemischt wurde, können auch mehrere Mischstellen komponente H, welche mit einem oder mehreren Ml, Ml und M 3 gleichzeitig oder abwechselnd beweiteren Gasen, den Nebenkomponenten JVl, N 2 nutzt werden.

und/V 3, zu vermischen ist. Der Eingang E kann direkt 65 Von dem Gasgemische in der Abströmleitung R:

an eine die Hauptkomponente H enthaltende Gas- hinter der Lochblende L, das in der Regel in einer

quelle mit einstellbarem Druck angeschlossen wer- wesentlich größeren Menge erzeugt wird, als es im

den. Die Gaszuleitung R 0 ist vor den Einmündungen gleichen Zeitraum vom Verbraucher V aufgenommen

Claims (6)

werden kann, kann der überschüssige Teil durch ein Ventil (nicht näher dargestellt) über das Ablaßrohr A entweichen. Das Ventil kann ein von Hand einstellbares Nadelventil sein. Es kann aber auch von einem Druckregler D so gesteuert werden, daß es durch mehr oder weniger weites öffnen den Druck des Gasgemisches G in der Abströmleitung R nach der Lochblende L auf einem bestimmten am Druckregler D einstellbaren Wert festhält. Reicht ein Mischungsverhältnis von 1:103 oder 1:104 nicht aus, so kann das Gasgemisch G statt dem Verbraucher V einer zweiten Mischeinheit der beschriebenen Art als Nebenkomponente oder direkt einer der Zuleitungsrohre R 2... R 3 als Nebenkomponente N2 oder N3 zugeführt werden. Im Falle einer weiteren Mischeinheit würde als Hauptkomponente H das Gas zugeführt werden, das auch in der ersten Mischanordnung Hauptkomponente ist. Mit den beiden hintereinandergeschalteten Mischeinheiten läßt sich dann bereits ein Mischungsverhältnis bis ao zu 1:108 herstellen, und mit drei oder mehr Mischeinheiten entsprechend größere Mischungsverhältnisse. Die erfindungsgemäße Misch- und Dosiereinrichtung kann somit dazu dienen, zwei oder mehr Gase miteinander zu mischen. as Patentanprüche:

1. Dosier- und Mischeinrichtung für Gase, bei der Gaszuleitungen an eine gemeinsame Abströmleitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichne t, daß in zwei Gaszuleitungen (R 0, Rl) in der Nähe ihrer Anschlußstellen an die Abströmleitung (R) jeweils eine Lochblende (L, Ll) mit vorgegebenem Öffnungsquerschnitt angeordnet ist und daß Drücke der Gaskomponenten (H, Nl) in den Gaszuleitungen (RO, R I) vor den Lochblenden (L, L1) mindestens doppelt so groß gehalten sind wie ein Druck in der Abströmleitung (R).

2. Dosier- und Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Gaszuleitungen (RO, Ri ... R 3), die jeweils eine Lochblende (L, L1... L 3) mit vorgegebenem Öffnungsquerschnitt in der Nähe ihrer Anschlußstelle enthalten, an die Abströmleitung (R) angeschlossen sind.

3. Dosier- und Mischeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation des Mischungsverhältnisses der Gase die Eingangsdrücke vor den Lochblenden (L, H ... L3) einstellbar sind.

4. Dosier- und Mischeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung verschiedener Mischungsbereiche die Öffnungsquerschnitte der Lochblenden (L, L1... L 3) in den verschiedenen Gaszuleitungen (R 0, R1... R 3) aufeinander abgestimmt sind.

5. Dosier- und Mischeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer von der Abströmleitung (R) abführenden Überströmleitung (U) ein Nadelventil, mit dem der Druck in der Abströmleitung (R) von Hand einstellbar ist, oder ein Druckregler (D), der diesen Druck auf einem einstellbaren Wert selbsttätig festhält, angeordnet ist.

6. Dosier- und Mischeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung größter Mischungsverhältnisse mehrere Mischeinheiten hintereinandergeschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen