DE4030546A1 - Dosing system for cryogenic fluids - has piezoelectric dosing tap whose dia. is varied by applied voltage and gravity feed - Google Patents

Abstract

The cryogenic fluid is held in an insulated vessel (1), open to the top for pressure equalisation. The tap is operated by the piezo-electric element (9, 8) to vary the rate of outflow. No mechanical moving parts are required. The reservoir has a constant level top-up if long periods of dosage are required. The dosing is via current pulses or via a set current level applied to the pole pieces. A simple adjustable power supply drives the tap. ADVANTAGE - Precision dosing control, minimum risk of tap freezing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren eines tiefsiedenden verflüssigten Gases mit einem Behälter zur Aufnahme des verflüssigten Gases und einer Auslauföffnung, aus der das tiefsiedende verflüssigte Gas fließen kann.The invention relates to a device for dosing a low boiling liquefied gas with a container for Absorption of the liquefied gas and an outlet opening, from which the low-boiling liquefied gas can flow.

Tiefsiedende verflüssigte Gase werden gewöhnlich in kälte­ isolierten Behältern gespeichert und können über eine Auslauföffnung entnommen werden. Die Dosierung sehr kleiner Mengen tiefkalter Flüssigkeiten ist mit großem regeltechnischem und apparativem Aufwand verbunden, wenn eine hohe Wiederholgenauigkeit verlangt wird. Bei hohen Taktzahlen geht durch die Stellzeit der Regelglieder die Genauigkeit zurück bzw. ist nur eine Höchsttaktzahl moglich.Low-boiling liquefied gases are usually refrigerated insulated containers and can be used via a Outlet opening can be removed. The dosage very much Small amounts of cryogenic liquids are great related technical and technical effort, if high repeatability is required. At high The number of cycles goes through the actuating time of the control elements Accuracy back or is only a maximum number of cycles possible.

Es wurden aufwendige Vorrichtungen entwickelt, um auch sehr kleine Mengen tiefkalter Flüssigkeiten dosieren zu können. So ist aus der DE-PS 34 02 292 eine Vorrichtung zum Dosieren kleiner Mengen eines tiefsiedenden verflüs­ sigten Gases bekannt, bei der sich das Flüssiggas in einem Behälter befindet, der von einem zweiten Behälter so umgeben ist, daß ein Zwischenraum zwischen den Behältern besteht. Das Flüssiggas kann über eine Auslauföffnung dem Behälter entnommen werden. Kaltes Gas tritt aus dem inneren in den äußeren Behälter über und kühlt die gesamte Vorrichtung so tief ab, daß dem im inneren Behälter befindlichen Flüssiggas möglichst wenig Wärme von außen zugeführt wird. Das kalte Gas verläßt den Behälter über eine Gasaustrittsöffnung in der Nähe der Auslauföffnung für das Flüssiggas so, daß es das ausströmende Flüssiggas umgibt. Zum Absperren des ausfließenden Flüssiggases wird ein unter erhöhtem Druck stehendes Gaspolster aufgebaut, wobei der erhöhte Druck des Gaspolsters mindestens dem in der Umgebung der Auslauföffnung herrschenden Gesamtdruck entspricht.Elaborate devices have been developed to add very small amounts of cryogenic liquids can. So is a device from DE-PS 34 02 292  for dosing small amounts of a low-boiling liquefier sigtes known gas, in which the liquid gas in one Container located by a second container like this is surrounded by a space between the containers consists. The liquid gas can the through an outlet Containers are removed. Cold gas emerges from the inner into the outer container and cools the whole Device so deep that in the inner container liquid gas from the outside as little heat as possible is fed. The cold gas leaves the container a gas outlet opening near the outlet opening for the LPG so that it is the outflowing LPG surrounds. To shut off the outflowing liquid gas built up a gas cushion under increased pressure, the increased pressure of the gas cushion at least that in total pressure prevailing around the outlet opening corresponds.

Aus der DE-OS 34 19 855 ist ferner eine Vorrichtung zur Abgabe eines ununterbrochenen Strahles einer kryogenen Flüssigkeit bekannt, die über eine die kryogene Flüssig­ keit enthaltende Druckreguliereinrichtung mit einer Ausgangsleitung und einer stromabwärts angeordneten Entgasungseinrichtung verfügt. Die Entgasungseinrichtung bewirkt, daß freie Flüssigkeit die Vorrichtung verläßt, während kaltes Gas an anderer Stelle über die Entgasungs­ einrichtung abgeführt wird. Dadurch entsteht ein ununter­ brochener Strahl der kryogenen Flüssigkeit.From DE-OS 34 19 855 is also a device for Delivery of a continuous stream of a cryogenic Known liquid that has a cryogenic liquid speed containing pressure regulator with a Output line and a downstream Degassing device has. The degassing device causes free liquid to leave the device, while cold gas elsewhere on the degassing device is discharged. This creates a subtle broken ray of cryogenic liquid.

Insgesamt sind die bekannten Vorrichtungen zum Dosieren von verflüssigten Gasen, insbesondere von kleinen Mengen, apparativ sehr aufwendig.Overall, the known devices for dosing of liquefied gases, especially small quantities, very expensive in terms of equipment.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß ohne erheb­ lichen apparativen Aufwand eine exakte Dosierung auch sehr kleiner Mengen tiefsiedenden verflüssigten Gases bei hoher Wiederholgenauigkeit möglich ist.The object of the invention is therefore a device of type mentioned in such a way that without significant exact apparatus dosage also very much small amounts of low-boiling liquefied gas with high Repeatability is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auslauföffnung als piezo-keramische Düse ausgebildet ist, deren Durchmesser durch Anlegen einer elektrischen Spannung variierbar ist. Vorzugsweise ist der Behälter als Druckbehälter ausgebildet, so daß das verflüssigte Gas un­ ter Druck gesetzt werden kann, um auch höhere Kapillarkräf­ te in der Düse überwinden zu können.This object is achieved in that the outlet opening is designed as a piezo-ceramic nozzle is whose diameter by applying an electrical Voltage is variable. Preferably the container is as Pressure vessel formed so that the liquefied gas un ter pressure can be put to higher capillary forces to overcome in the nozzle.

Durch den Wegfall mechanischer Stellglieder weist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr kurze Ansprechzeiten auf. Da sich die Kristallstruktur des piezo-keramischen Materials exakt in Abhängigkeit der angelegten elektri­ schen Spannung verformt, kann eine sehr hohe Wiederhol­ genauigkeit erreicht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur ein Bauteil für die Verstellung der Auslauföffnung erforderlich ist. Insgesamt wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine elegante, apparative wenig aufwendige Dosiereinrichtung für tiefsiedende verflüssigte Gase zur Verfügung gestellt, die eine exakte Feindosierung mit hoher Wiederholgenauigkeit erlaubt.By eliminating mechanical actuators, the Device according to the invention very short response times on. Because the crystal structure of the piezo-ceramic Material exactly depending on the applied electri deformed tension, a very high repetition accuracy can be achieved. Another advantage is there in that only one component for the adjustment of the Outlet opening is required. Overall, with the device according to the invention an elegant, apparatus less complex metering device for low-boiling liquefied gases are provided which are exact Fine dosing with high repeatability allowed.

Durch Anlegen einer Spannungsfrequenz kann eine periodische Veränderung des Düsendurchmessers erreicht werden. Auf diese Weise sind Dosiervorgänge mit hohen Taktzahlen möglich. By applying a voltage frequency a periodic change in nozzle diameter achieved will. In this way, dosing processes are high Clock numbers possible.  

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum Dosieren aller denkbaren tiefsiedenden verflüssigten Gase. Eine interessante Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ist z. B. das Dosieren von flüssigem Stickstoff in Lebensmittel­ packungen.The device according to the invention is suitable for dosing all conceivable low-boiling liquefied gases. A interesting application of the invention is such. B. dosing liquid nitrogen in food packs.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.In the following the invention with reference to one in the figure schematically illustrated embodiment are explained.

Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen Flüssiggas­ behälter mit einer Auslauföffnung aus piezo-keramischem Material.The figure shows a longitudinal section through a liquid gas container with a discharge opening made of piezo-ceramic Material.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung besteht aus einem vakuumisolierten Behälter 1 zur Aufnahme des tiefsiedenden verflüssigten Gases 2. Der Behälter 1 ist oben offen, sodaß frisches Flüssiggas 3 oben zugeführt werden kann und Abgas 4 entweichen kann. Durch eine übliche Regelautomatik kann der Flüssiggaspegel 5 durch Steuerung der Flüssiggaszufuhr konstant gehalten werden. Am unteren Ende des Behälters 1 ist eine Auslauföffnung 8 für das verflüssigte Gas ange­ bracht. Die Auslauföffnung 8 ist als piezo-keramische Düse ausgebildet, deren Durchmesser durch Anlegen einer elektri­ schen Spannung verändert werden kann. Das piezo-keramische Material deformiert sich bei Anlegen der elektrischen Span­ nung so, daß sich die Düsenöffnung erweitert, während sie sich beim Abschalten der elektrischen Spannung schließt. Die Düse 8 weist Polanschlüsse 9 auf, die mit einer Strom­ versorgungseinheit 10 in Verbindung stehen. Über die Stromversorgungseinheit 10 können Spannungsimpulse mit vorgewählter Frequenz an die piezo-keramische Düse 8 abgegeben werden. Auf diese Weise ist eine periodische Veränderung des Düsendurchmessers erreichbar. Es ist so eine Feindosierung von Flüssiggas mit hoher Taktzahl und Wiederholgenauigkeit möglich.The device shown in the figure consists of a vacuum-insulated container 1 for holding the low-boiling liquefied gas 2 . The container 1 is open at the top, so that fresh liquid gas 3 can be supplied at the top and exhaust gas 4 can escape. By means of a conventional automatic control system, the liquid gas level 5 can be kept constant by controlling the liquid gas supply. At the lower end of the container 1 , an outlet opening 8 for the liquefied gas is introduced. The outlet opening 8 is designed as a piezo-ceramic nozzle, the diameter of which can be changed by applying an electrical voltage. The piezo-ceramic material deforms when the electrical voltage is applied so that the nozzle opening widens while it closes when the electrical voltage is switched off. The nozzle 8 has pole connections 9 , which are connected to a power supply unit 10 . Voltage pulses with a preselected frequency can be delivered to the piezo-ceramic nozzle 8 via the power supply unit 10 . In this way, a periodic change in the nozzle diameter can be achieved. This enables fine dosing of liquid gas with a high number of cycles and repeatability.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Dosieren eines tiefsiedenden ver­ flüssigten Gases mit einem Behälter zur Aufnahme des verflüssigten Gases und einer Auslauföffnung, aus der das tiefsiedende verflüssigte Gas fließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslauföffnung (8) als piezo- keramische Düse ausgebildet ist, deren Durchmesser durch Anlegen einer elektrischen Spannung variierbar ist.1. Device for metering a low-boiling ver liquid gas with a container for receiving the liquefied gas and an outlet opening from which the low-boiling liquefied gas can flow, characterized in that the outlet opening ( 8 ) is designed as a piezo-ceramic nozzle, the diameter of which can be varied by applying an electrical voltage. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) als Druckbehälter zum Unterdruck­ setzen des verflüssigten Gases ausgebildet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the container ( 1 ) is designed as a pressure vessel for pressurizing the liquefied gas.