EP1621768B1 - Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung - Google Patents

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EP1621768B1
EP1621768B1 EP04018193A EP04018193A EP1621768B1 EP 1621768 B1 EP1621768 B1 EP 1621768B1 EP 04018193 A EP04018193 A EP 04018193A EP 04018193 A EP04018193 A EP 04018193A EP 1621768 B1 EP1621768 B1 EP 1621768B1
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EP
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supply
pulse
delivery
pump
liquid samples
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Klaus Bittner
Michael Kussmann
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Hach Lange GmbH
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Hach Lange GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00—Pump parameters
    • F04B2201/02—Piston parameters
    • F04B2201/0203—Acceleration of the piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/50—Presence of foreign matter in the fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/25—Chemistry: analytical and immunological testing including sample preparation
    • Y10T436/2575—Volumetric liquid transfer

Definitions

  • the invention relates to a liquid sample conveying device with a feed pump and a delivery line.
  • Liquid sample conveyors consist of a feed pump and a delivery line and are used, for example, in on-line analysis, sampling, sample collection and sample transfer of a liquid sample from wastewater to an analyzer located away from the sampling location.
  • Such arrangements are used for example in sewage treatment plants for monitoring the sewage and the clarification process.
  • the fluid samples in sewage treatment plants are usually almost completely free of solids, they still contain nutrients. The nutrients allow bacterial growth.
  • the delivery line in which the liquid sample is continuously conveyed, form a bacterial coating in which also more dissolved components, eg. As iron chloride and fats, store and solidify, which can lead to a complete blockage of the feed line.
  • the bacterial coating may alter the sample flowing through the delivery line, for example, by ammonium degradation by nitrification, such that the determinations of wastewater parameters subsequently made in the analyzer will be erroneous. To avoid this, frequent cleaning and maintenance of the delivery line is required.
  • the object of the invention is to provide a liquid sample delivery device in which the delivery line requires less maintenance and cleaning.
  • the feed pump promotes pulsed and the delivery line and the feed pump are designed such that the expansion volume of the delivery line during the delivery pulse is a maximum of 50% of the pulse volume.
  • the feed pump promotes the Liquid sample so no longer continuous, but essentially impulsive. As a result, the liquid sample is accelerated to a relatively high flow rate during the pulse, so that the liquid peels and entrains deposits from the conveyor inner wall.
  • An appropriate design of the feed pump and the delivery line ensures that the liquid in the delivery line reaches speeds of 0.5 m / s to 4 m / s during the delivery pulse.
  • the kinetic energy introduced in this way is largely converted into turbulence and friction in the boundary of the conveyor line adjacent boundary, whereby the coating in the state of its formation already is reliably removed. A cleaning and maintenance of the delivery line and possibly the feed pump is no longer required.
  • the expansion volume of the delivery line during the delivery pulse is a maximum of 50% of the pulse volume, d. that is, the volume by which the delivery line increases during the delivery pulse is at most 50% of the total volume of the fluid volume delivered with the pulse.
  • d. H. the volume by which the delivery line increases during the delivery pulse is at most 50% of the total volume of the fluid volume delivered with the pulse.
  • the feed pump is designed such that the ratio of pulse pressure and delivery line length is at least 0.5 bar / m, wherein the pulse pressure is the maximum pressure during the delivery pulse.
  • the pulse pressure is the maximum pressure during the delivery pulse.
  • At a ratio of at least 0.5 bar / m it is ensured that there is a high velocity of the liquid in the liquid line during the delivery pulse over the entire length of the delivery line, ie also at the end facing away from the pump.
  • the feed pump is arranged in a wastewater immersion tank, which serves for sampling and, if necessary, sample preparation, and from which liquid samples are pumped through the feed line to an analyzer, which stands, for example, at the edge of a waste water basin.
  • the feed pump can be designed as a diaphragm pump which operates in relation to the delivery line as a pressure pump. The diaphragm pump sucks in a fluid sample and then presses it in a pulse-like manner into the delivery line.
  • the feed pump and the delivery line are designed such that the expansion volume of the delivery line during the delivery pulse is a maximum of 30%, and in particular a maximum of 10% of the pulse volume. This ensures that only a relatively small part of the delivery pulse is flattened by the expansion of the delivery line during the delivery pulse. This in turn allows the use of a relatively small feed pump and ensures a relatively low energy requirement for the promotion.
  • the pulse duration of the delivery pulse is shorter than 100 ms.
  • the pulse duration is meant the duration of the entire delivery pulse, d. H. from the onset of the conveying movement to the end of the conveying movement of the pump.
  • the delivery pulses can be superposed on a continuous delivery of the liquid.
  • the feed pump between the delivery pulses does not promote, d. H. the promotion of the liquid samples takes place exclusively during the delivery pulses. In this way, a maximum pressure difference and thus speed difference between pulse and non-pulse is realized. This in turn ensures the greatest possible cleaning effect.
  • the delivery line in any case on the inside of a material of low surface energy.
  • a material of low surface energy In such a material, the adhesive forces of bacteria and other deposits are relatively low, so that it is ensured that deposits are dissolved and entrained during and through the delivery pulse.
  • the delivery line may consist of a surface-smooth fluoropolymer, such as FEP.
  • the figure shows a liquid sample conveying device according to the invention.
  • a liquid sample conveyor 10 which serves to remove a liquid sample from wastewater tank 14 containing wastewater 12.
  • the delivery device 10 is essentially formed by a delivery pump 16 and a delivery line 18.
  • the delivery pump 16 is a membrane pump operated with respect to the delivery line 18 as a pressure pump and is arranged in a liquid-tight dip tank 20.
  • the feed pump 16 are associated with an inlet valve 22 and an outlet valve 24 in the flow direction in front of and behind the feed pump 16.
  • the feed pump 16 sucks through a filter membrane 26 filtered liquid from the wastewater 12 and then pumps this through the feed line 18 to an outside of the waste water basin 14 arranged analyzer 28th
  • the delivery line 18 has a length of 10 m and an inner diameter of about 1.0 mm.
  • the wall of the delivery line 18 consists of FEP, the surface of which is smooth on the inside.
  • FEP is a low surface energy fluoropolymer that adheres to relatively low adhesion coatings.
  • the feed pump 16 promotes the liquid only impulsively.
  • the pressure of a delivery pulse is at least 5.0 bar.
  • the pulse duration is less than 100 ms.
  • the delivery frequency is 1.0 Hz. There is no liquid delivery between the delivery pulses.
  • the delivery line 18 is so pressure-resistant that its expansion volume during a delivery pulse is at most 15%.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung mit einer Förderpumpe und einer Förderleitung.
  • Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtungen bestehen aus einer Förderpumpe und einer Förderleitung, und werden beispielsweise in der Online-Analytik, der Probennahme, der Probensammlung und zur Probenförderung einer Flüssigkeitsprobe aus Abwasser zu einem entfernt vom Probenentnahmeort angeordneten Analysegerät eingesetzt. Derartige Anordnungen werden beispielsweise in Kläranlagen zur Überwachung des Abwassers bzw. des Klärungsprozesses verwendet. Obwohl die Flüssigkeitsproben in Kläranlagen in der Regel bereits nahezu vollständig von Feststoffen befreit sind, enthalten Sie noch Nährstoffe. Die Nährstoffe ermöglichen Bakterienwachstum. Hierdurch kann sich in der Förderleitung, in der die Flüssigkeitsprobe kontinuierlich gefördert wird, ein bakterieller Belag bilden, in dem sich auch noch weitere gelöste Bestandteile, z. B. Eisendreichlorid und Fette, einlagern und verfestigen können, was zu einer vollständigen Verstopfung der Förderleitung führen kann. Ferner kann die bakterielle Beschichtung die durch die Förderleitung fließende Probe verändern, beispielsweise durch Ammoniumabbau durch Nitrifikation, so dass die anschließend in dem Analysengerät vorgenommenen Bestimmungen von Abwasserparametern fehlerhaft ausfallen. Um dies zu vermeiden, ist eine häufige Reinigung und Wartung der Förderleitung erforderlich.
  • In U.S. 4,616,982 wird eine Volumen-Förderpumpen zur Versorgung einer FarbSpritzpistole mit Lack, Farbe oder einer ähnlichen dickflüssigen Flüssigkeit offenbart.
  • In U.S. 3,851,342 wird ein Wartungsgerät zur Reinigung einer verstopften Warmwasser-Leitung offenbart. Das in dieser Druckschrift beschriebene Reinigungsverfahren bedient sich einer Wasserpumpe, die in dem verstopften Leitungsabschnitt periodisch positive und negative Impulse generiert während die Leitung nicht fördert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung zu schaffen, bei der die Förderleitung weniger Wartung und Reinigung erfordert.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung fördert die Förderpumpe impulsartig und sind die Förderleitung und die Förderpumpe derart ausgelegt, dass das Ausdehnungsvolumen der Förderleitung während des Förderpulses maximal 50 % des Pulsvolumens beträgt. Die Förderpumpe fördert die Flüssigkeitsprobe also nicht mehr kontinuierlich, sondern im wesentlichen impulsartig. Hierdurch wird die Flüssigkeitsprobe während des Impulses auf eine relativ hohe Fließgeschwindigkeit beschleunigt, so dass die Flüssigkeit Beläge von der Förderleitungs-Innenwand ablöst und mitreißt. Durch eine entsprechende Auslegung der Förderpumpe und der Förderleitung wird sichergestellt, dass während des Förderpulses die Flüssigkeit in der Förderleitung Geschwindigkeiten von 0,5 m/s bis 4 m/s erreicht. Die auf diese Weise eingebrachte kinetische Energie wird zu großen Teilen in Verwirbelungen und Reibung in der der Förderleitungsinnenseite angrenzenden Grenzschicht umgesetzt, wodurch der Belag im Zustand seiner Entstehung bereits zuverlässig entfernt wird. Eine Reinigung und Wartung der Förderleitung und ggf. der Förderpumpe ist nicht mehr erforderlich.
  • Das Ausdehnungsvolumen der Förderleitung beträgt während des Förderpulses maximal 50 % des Pulsvolumens, d. h., das Volumen, um das sich die Förderleitung während des Förderpulses vergrößert, beträgt maximal 50 % des gesamten Volumens des mit dem Impuls beförderten Flüssigkeits-Volumens. Je weniger sich die Förderleitung während des Förderpulses erweitert, d. h. vergrößert, um so weniger wird der Förderpuls abgeflacht, bzw., um so höher bleibt die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Förderleitung während des Förderpulses über die gesamte Länge der Förderleitung erhalten. Je höher die Geschwindigkeit der Flüssigkeit während des Förderpulses ist, desto größer ist daher die Reinigungswirkung.
  • Vorzugsweise ist die Förderpumpe derart ausgelegt, dass das Verhältnis von Pulsdruck und Förderleitungslänge mindestens 0,5 bar/m beträgt, wobei der Pulsdruck der Maximaldruck während des Förderpulses ist. Je länger die Förderleitung ist, desto größer muss der Druck sein, mit dem der Förderpuls in die Förderleitung eingeleitet wird. Bei einem Verhältnis von mindestens 0,5 bar/m ist sichergestellt, dass über die gesamte Länge der Förderleitung, also auch an Ihrem pumpenabgewandten Ende, eine hohe Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung während des Förderpulses vorliegt.
  • Vorzugsweise ist die Förderpumpe in einem Abwasser-Tauchbehälter angeordnet, der der Probenentnahme und ggf. der Probenvorbereitung dient, und von dem aus Flüssigkeitsproben durch die Förderleitung zu einem Analysegerät gepumpt werden, das beispielsweise am Beckenrand eines Abwasserbeckens steht. Die Förderpumpe kann als Membranpumpe ausgebildet sein, die in Bezug auf die Förderleitung als Druckpumpe arbeitet. Die Membranpumpe saugt eine Flüssigkeitsprobe an und drückt diese anschließend impulsartig in die Förderleitung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Förderpumpe und die Förderleitung derart ausgelegt, dass das Ausdehnungsvolumen der Förderleitung während des Förderpulses maximal 30 %, und insbesondere maximal 10 % des Pulsvolumens beträgt. Hierdurch wird gewährleistet, dass nur ein relativ kleiner Teil des Förderpulses durch die Ausdehnung der Förderleitung während des Förderpulses abgeflacht wird. Dies wiederum ermöglicht den Einsatz einer relativ kleinen Förderpumpe und stellt einen relativ niedrigen Energiebedarf für die Förderung sicher.
  • Vorzugsweise ist die Pulsdauer des Förderpulses kürzer als 100 ms. Mit der Pulsdauer ist die Dauer des gesamten Förderpulses gemeint, d. h. vom Einsetzen der Förderbewegung bis zum Ende der Förderbewegung der Pumpe.
  • Grundsätzlich können die Förderpulse einer kontinuierlichen Förderung der Flüssigkeit überlagert sein. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Förderpumpe zwischen den Förderpulsen nicht fördert, d. h. die Förderung der Flüssigkeitsproben ausschließlich während der Förderpulse erfolgt. Auf diese Weise wird eine größtmögliche Druckdifferenz und damit Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Impuls und Nicht-Impuls realisiert. Hierdurch wiederum wird eine größtmögliche Reinigungswirkung sichergestellt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Förderleitung jedenfalls innenseitig aus einem Material niedriger Oberflächenenergie. Bei einem derartigen Material sind die Haftkräfte von Bakterien und anderen Anlagerungen relativ gering, so dass sichergestellt ist, dass Anlagerungen während und durch den Förderpuls gelöst und mitgerissen werden.
  • Die Förderleitung kann aus einem oberflächenglatten Fluorpolymer bestehen, beispielsweise aus FEP.
  • Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung.
  • In der Figur ist eine Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung 10 dargestellt, die der Entnahme einer Flüssigkeitsprobe aus einem Abwasser 12 enthaltenden Abwasserbecken 14 dient. Die Fördervorrichtung 10 wird im wesentlichen gebildet von einer Förderpumpe 16 und einer Förderleitung 18. Die Förderpumpe 16 ist eine in Bezug auf die Förderleitung 18 als Druckpumpe betriebene Membranpumpe und ist in einem flüssigkeitsdichten Tauchbehälter 20 angeordnet. Der Förderpumpe 16 sind ein Einlassventil 22 und ein Auslassventil 24 in Fließrichtung vor bzw. hinter der Förderpumpe 16 zugeordnet. Die Förderpumpe 16 saugt durch eine Filtermembran 26 Flüssigkeit gefiltert aus dem Abwasser 12 ab und pumpt dieses anschließend durch die Förderleitung 18 zu einem außerhalb des Abwasserbeckens 14 angeordneten Analysegerät 28.
  • Die Förderleitung 18 hat eine Länge von 10 m und einen Innendurchmesser von ca. 1,0 mm. Die Wand der Förderleitung 18 besteht aus FEP, dessen Oberfläche innenseitig glatt ausgebildet ist. FEP ist ein Fluorpolymer niedriger Oberflächenenergie, so dass Beläge mit relativ geringer Haftkraft anhaften.
  • Die Förderpumpe 16 fördert die Flüssigkeit ausschließlich impulsartig. Der Druck eines Förderpulses beträgt mindestens 5,0 bar. Die Pulsdauer beträgt weniger als 100 ms. Die Förderfrequenz beträgt 1,0 Hz. Zwischen den Förderpulsen wird keine Flüssigkeitsförderung vollzogen.
  • Die Förderleitung 18 ist so druckstarr, dass ihr Ausdehnungsvolumen während eines Förderpulses bei maximal 15 % liegt.
  • Mit der beschriebenen Abstimmung ergeben sich während eines Förderpulses Geschwindigkeiten der Flüssigkeit in der Förderleitung 18 von ca. 1,0 m/s. Die hierdurch eingebrachte kinetische Energie wird zu einem großen Teil in Verwirbelungen und Reibung an der Grenzschicht zwischen der Flüssigkeit und der Innenseite der Förderleitung 18 umgesetzt. Hierdurch werden Beläge und Anlagerungen zuverlässig entfernt.
  • Durch die in relativ kurzen zeitlichen Abständen eingeleiteten Förderpulse, haben Beläge praktisch keine Zeit, sich festzusetzen. Sobald eine Anlagerung größer wird, bietet sie so viel Angriffsfläche, dass sie zuverlässig durch einen Förderpuls von der Förderleitungs-Innenwand abgebrochen und von der Flüssigkeit weg getragen wird.

Claims (9)

  1. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) mit einem Abwasser-Tauchbehälter (20), einer Förderpumpe (16) und einer Förderleitung (18) zwischen dem Tauchbehälter (20) und einem landseitigen Analysegerät (28),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Förderpumpe (16) impulsartig fördert, und
    dass die Förderpumpe (16) und die Förderleitung (18) derart ausgelegt sind, dass das Ausdehnungsvolumen der Förderleitung (18) während des Förderpulses maximal 50 % des Pulsvolumens beträgt.
  2. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (16) derart ausgelegt ist, dass das Verhältnis von Pulsdruck und Förderleitungslänge mindestens 0,5 bar/m beträgt.
  3. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (16) in dem Abwasser-Tauchbehälter (20) angeordnet ist.
  4. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (16) und die Förderleitung (18) derart ausgelegt sind, dass das Ausdehnungsvolumen der Förderleitung (18) während des Förderpulses maximal 30 % und insbesondere maximal 10 % des Pulsvolumens beträgt.
  5. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsdauer des Förderpulses weniger als 100 ms beträgt.
  6. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (16) zwischen den Förderpulsen nicht fördert.
  7. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (16) eine als Druckpumpe betriebene Membranpumpe ist.
  8. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleitung (18) innenseitig aus einem Material niedriger Oberflächenenergie besteht.
  9. Flüssigkeitsproben-Fördervorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleitung (18) aus einem oberflächenglatten Fluorpolymer besteht.
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