NL1010815C2 - Inrichting en werkwijze voor het regelen van de druk van een gasstroom. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het regelen van de druk van een gasstroom.

De onderhavige uitvinding betreft een inrichting voor het regelen van de druken/of de flow van een gasstroom, welke inrichting een behuizing omvat, voorzien van een 5 drukregelkamer, waarvan ten minste een deel van de wand een membraan omvat, welk membraan aan de van de drukregelkamer afgekeerde zijde belast is met een instelbare voorspankracht, waarbij de drukregelkamer een instroomopening voor een gas en een uitstroomopening voor een gas omvat, waarbij ten minste een van de openingen geheel of gedeeltelijk afsluitbaar is met behulp van een verplaatsbaar 10 afsluitorgaan, dat zodanig verbonden is met het membraan, dat de positie van het afsluitorgaan afhankelijk is van de verplaatsing van het membraan. Dat betekent dat de mate van doorbuiging van het membraan afhangt van enerzijds de momentaan in de drukregelkamer en anderzijds van de met behulp van de voorspanmiddelen aangebrachte spanning op het membraan.

15 Een inrichting van het bovengenoemde soort is bekend in de stand van de techniek. De inrichting kan bijvoorbeeld gebruikt worden om een gasstroom met een relatief hoge druk terug te regelen naar een gasstroom met een lagere druk. De inrichting kan bijvoorbeeld gebruikt worden in een gaschromatograaf. Met de bekende inrichting kan de druk van een gasstroom naar een gewenst niveau worden teruggere-20 geld. De druk van de gasstroming die de drukregelkamer bij de uitstroomopening zal verlaten, zal afhangen van de grootte van de instroomopening die wordt opengelaten door het afsluitorgaan. Hoe meer het afsluitorgaan de instroomopening afsluit, des te lager zal de druk zijn die uit de uitstroomopening stroomt van de drukregelkamer.

De stand van het afsluitorgaan is gekoppeld aan de verbuiging van het mem-25 braan. Daardoor zal de druk van de gasstroming die de drukregelkamer via de uitstroomopening verlaat worden bepaald door de stand van het membraan in een uitgangspositie. Deze stand van het membraan wordt doorgaans ingesteld met behulp van spanmiddelen, die worden gevormd door bijvoorbeeld een veer, waarbij de verdruk kan worden gemanipuleerd met een stelschroef.

30 Aan het gebruik van een dergelijke veer in combinatie met een stelschroef kleven een aantal nadelen. In de eerste plaatst is het niet mogelijk de positie van het membraan nauwkeurig in te stellen. Bovendien is het niet eenvoudig om, bijvoorbeeld periodiek, de stand van het membraan op afstand te variëren. Een bijkomend 1010815 2 nadeel is dat door het membraan, afhankelijk van het gebruikte materiaal, diffusie kan optreden van het gas dat in de drukregelkamer binnenstroomt. Door deze diffusie kunnen bestanddelen van het gas verloren gaan. In het geval van een gaschromato-graaf kan dat betekenen dat de betrouwbaarheid van de metingen die worden uitge-5 voerd met de gaschromatograaf niet voldoende is.

Het is doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een inrichting van het in de inleiding genoemde soort, waarbij het mogelijk is om de positie van het membraan nauwkeurig in te stellen. Daarbij wordt er naar gestreefd dat een eenmaal ingestelde stand van het membraan op een relatief eenvoudige wijze kan worden 10 gewijzigd. Een bijkomend doel is het optreden van diffusie tot een minimum te beperken.

Die doelen worden in de onderhavige uitvinding bereikt doordat het membraan werkzaam verbonden is met een drukkamer voor een gas, welke drukkamer voorzien is van middelen voor het instellen van een druk in de drukkamer voor het aanbrengen 15 van de voorspankracht. Daarbij is het voordelig dat de van de drukregelkamer afgekeerde zijde van het membraan aansluit op de drukkamer.

Door gebruik te maken van een drukkamer, waarin een gas onder druk wordt gehouden, kan de stand van het membraan in de uitgangspositie, en daarmee de stand van het afsluitorgaan in de instroomopening van de drukregelkamer, worden geregeld 20 met behulp van een gasdruk. Op de eerste plaats heeft dit als voordeel dat de positie van het membraan relatief nauwkeurig kan worden ingesteld. Door de druk te verhogen of te verlagen in de drukkamer kan de positie van het membraan naar keuze worden bepaald.

Een bijkomend voordeel is dat de stand van het membraan te veranderen is 25 door het veranderen van de druk in de drukregelkamer. Dat betekent dat het op een zeer eenvoudige wijze de stand van het membraan vanuit een uitgangspositie kan worden bijgeregeld, of kan worden gewijzigd.

In de derde plaats heeft het gebruik van een drukregelkamer als voordeel dat het membraan in het gebruik aan beide kanten aansluit op een gas onder druk. Dat 30 betekent dat diffusie tot een minimum beperkt blijft.

Volgens de onderhavige uitvinding is het mogelijk dat de drukkamer een instroomopening heeft voor een gas en een uitstroomopening voor een gas. Daarbij is het voordelig dat de instroomopening en de uitstroomopening van de drukkamer 1010815 3 voorzien zijn van een op afstand bestuurbare afsluiter.

Door deze maatregelen is op een zeer eenvoudige wijze bewerkstelligd dat de druk in de drukkamer kan worden verhoogd of kan worden verlaagd. Door de op afstand bestuurbare afsluiters kan het instellen van de druk in de drukregelkamer 5 bijvoorbeeld worden gekoppeld aan meetmiddelen die elders in de inrichting zijn ondergebracht.

Het is volgens de onderhavige uitvinding mogelijk dat de inrichting voorzien is van meetmiddelen voor de druk van de gasstroming, welke meetmiddelen zijn aangebracht nabij de uitstroomopening van de drukregelkamer. Ook is het mogelijk dat de 10 inrichting voorzien is van meetmiddelen voor de druk van de gasstroming, welke meetmiddelen zijn aangebracht nabij de instroomopening van de drukregelka-mer.Daarbij is het voordelig dat de inrichting voorzien is van regelmiddelen die werkzaam verbonden zijn met enerzijds de meetmiddelen voor de gasdruk en anderzijds met de op afstand bestuurbare afsluiters van de drukkamer.

15 Door deze maatregelen wordt bereikt dat enerzijds de druk of de flow van de gasstroom die de drukregelkamer verlaat/instroomt kan worden gecontroleerd. Door bovendien deze drukmeting te koppelen aan de op afstand bestuurbare afsluiters, kunnen eventuele afwijkingen in de gemeten druk van de gasstroming direct vertaald worden in een wijziging van de positie van het membraan.

20 Volgens de uitvinding is het ook mogelijk dat het membraan via een koppelor- gaan verbonden is met een tweede membraan, waarbij dat tweede membraan aansluit op de drukkamer, en waarbij de van de drukregelkamer afgekeerde zijde van het membraan aansluit op een tweede drukkamer, waarbij de drukregelkamer via een restrictie in verbinding staat met een toevoerleiding voor een gas en de tweede druk-25 regelkamer in open verbinding staat met die toevoerleiding.

Door deze maatregel is het mogelijk dat de onderhavige uitvinding wordt gebruikt voor het instellen van een membraan, waarbij beide zijden van het membraan aansluiten op een toevoerleiding voor een gasstroom. De eerste zijde van het membraan sluit aan o een afgesloten ruimte, die een uitstroomopening bevat, en die 30 via een restrictie verbonden is met de toevoerleiding. De andere zijde van het membraan sluit aan op een afgesloten ruimte die in een vrije verbinding staat met de toevoerleiding. Wanneer er een stroming plaatsvindt vanuit de toevoerleiding via de restrictie naar de uitstroomopening van de afgesloten ruimte aan de eerste zijde van 1010815 4 het membraan, zal er door de aanwezigheid van de restrictie een drukverschil aanwezig zijn dat staat over het membraan. Door dit drukverschil wordt de stand van de membraan bepaald, en daarmee de mate van afsluiten van de uitstroomopening. De evenwichtstand waar om het membraan zal bewegen kan, door de hierboven genoem-5 de maatregelen worden ingesteld met behulp van de genoemde drukkamer, waarbij de druk in de drukkamer kan worden gevarieerd. Ten minste een wand van de drukkamer wordt gevormd door een tweede membraan, dat via en koppelorgaan verbonden is met het membraan dat aan weerszijden verbonden is met de toevoerleiding.

De onderhavige uitvinding betreft in een tweede aspect een werkwijze voor het 10 regelen van de druk of een flow van een gasstroom, waarbij men de te regelen gas-stroom vanuit een inlaatkamer, via een instroomopening, toevoert aan een drukregel-kamer, waarvan ten minste een gedeelte van de wand wordt gevormd door een membraan, waarbij men de druk in de drukregelkamer regelt door de grootte van de instroomopening van de drukregelkamer in te stellen met behulp van een afsluitor-15 gaan, dat zodanig werkzaam verbonden is met het membraan, dat een verandering van de mate van verplaatsing van het membraan een verandering in de mate van afsluiten van de instroomopening door het afsluitorgaan bewerkstelligt, waarbij men het membraan met een voorspankracht belast, met behulp waarvan men het membraan een bepaalde plaatsing opdringt.

20 De werkwijze volgens deze uitvinding wordt gekenmerkt doordat die voor spankracht opgebracht wordt door een gas onder druk in de drukkamer, waarbij men de uitgangspositie van het membraan instelt door het instellen van de druk van het gas in de drukkamer.

Volgens de onderhavige werkwijze is het mogelijk dat men de gasstroming 25 afvoert vanuit een uitstroomopening van de drukregelkamer. Daarbij is het voordelig dat men tenminste periodiek de druk meet van de gasstroom nabij de uitstroomopening van de drukregelkamer, en dat men de gemeten waarde vergelijkt met een gewenste waarde, die samenhangt met de uitgangspositie van het membraan, en dat men op grond van die vergelijking de druk in de drukkamer verhoogt of verlaagt, 30 door het toevoeren of afvoeren van gas aan de drukkamer.

Door deze maatregel is het mogelijk de druk in de gasstroom die de drukregelkamer verlaat zo goed mogelijk in de buurt van de gewenste waarde te houden. In principe is de inrichting zo uitgevoerd dat eventuele afwijkingen van de gewenste 1 Π ’i Π O < Γ 5 ^ \ uo l b 5 druk in de gasstroming die komt uit de drukregelkamer door variaties in de stand van het membraan door de inrichting zelf worden weggeregeld. Eventuele ongewenste, blijvende variaties, kunnen met de werkwijze volgens de uitvinding effectief worden weggeregeld.

5 Volgens de uitvinding is het verder mogelijk dat men aan de drukkamer een hoeveelheid gas toevoert, waarbij of waarna men een daarvan afwijkende hoeveelheid gas uit de drukkamer afvoert.

Deze maatregel heeft als effect dat men bij het gebruik van de inrichting volgens de uitvinding geen last heeft van zogenoemde dode ruimtes. Wanneer een te 10 kleine hoeveelheid gas aan de drukkamer zou worden toegevoerd, kan het membraan op een niet-lineaire wijze reageren op deze toevoeging van het gas. Door er voor te zorgen dat de hoeveelheid gas die wordt toegevoerd altijd groter is dan een bepaalde drempelwaarde, en dat tijdens of direct na het toevoeren van deze hoeveelheid gas een zekere hoeveelheid gas wordt afgevoerd, wordt bereikt dat per saldo kleine hoe-15 veelheden gas aan de drukkamer kunnen worden toegevoerd, met andere woorden dat de druk in de drukkamer zeer nauwkeurig kon worden geregeld, zonder dat problemen met een dode ruimte zullen optreden.

Volgens de onderhavige uitvinding is het voordelig dat men de druk in de drukkamer geleidelijk laat toenemen of afnemen.

20 Voor bepaalde toepassingen kan het gunstig zijn om de druk van de gasstroom die de drukregelkamer verlaat geleidelijk te laten toenemen of afhemen. Bijvoorbeeld in het geval van een gaschromatograaf kan het zo zijn dat bij variaties in de druk andere elementen uit de gasstroom worden uitgescheiden in een kolom die in een leiding geplaatst kan zijn die aansluit op de inrichting volgens de onderhavige uitvin-25 ding. Door nu geleidelijk de druk te variëren in de drukkamer, zal de druk van de gasstroming die de drukregelkamer verlaat ook variëren. Deze variaties kunnen het scheidend vermogen van de kolom ten goede komen.

De onderhavige uitvinding wordt toegelicht aan de hand van een zevental figuren, waarin: 30 figuur 1 een inrichting weergeeft voor het regelen van de druk of de flow van een gasstroom volgens de stand van de techniek; figuur 2 een inrichting weergeeft voor het regelen van de druk in een gasstroming volgens een voorkeur hebbende uitvoering; 1010815 6 figuur 3 een schematisch overzicht geeft van een gaschromatograaf waarin de inrichting volgens de onderhavige uitvinding is aangebracht; figuur 4 schematisch het toevoeren van een gasstroming aan de drukkamer weergeeft; 5 figuur 5 een mogelijke uitvoeringsvorm weergeeft van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding, in een geminiaturiseerde vorm; figuur 6 schematisch de onderhavige uitvinding weergeeft in de vorm van een "backpressure" regelaar; en figuur 7 een mogelijke uitvoeringsvariant weergeeft van de inrichting volgens 10 de onderhavige uitvinding.

In figuur 1 is een inrichting 1 afgebeeld met behulp waarvan de druk van een gasstroom kan worden geregeld. De inrichting volgens figuur 1 is bekend in de stand van de techniek.

De inrichting volgens figuur 1 omvat een gasinlaatkamer 2 die via een in-15 stroomopening 3 aansluit op een drukregelkamer 4. Deze drukregelkamer omvat naast de instroomopening 3 ook een uitstroomopening 5. De inlaatkamer 2 vormt een kanaal dat voorzien is van middelen 6 voor het aansluiten van bijvoorbeeld een gasleiding.De middelen 6 kunnen bijvoorbeeld bestaan uit een moer. De uitstroomopening 5 van de drukregelkamer 4 sluit aan op een kanaal 7 dat voorzien is van 20 middelen 8 bijvoorbeeld voor het aansluiten van een gasleiding.

De drukregelkamer 4 wordt aan de bovenzijde, in de figuur afgebeelde stand, afgesloten door middel van een buigzaam orgaan of membraan 10. Het membraan 10 is aan de bovenzijde daarvan verbonden aan een veer 11. Met behulp van de veer 11 kan een spankracht gezet worden op het membraan 10. De mate van spankracht van 25 de veer 11 op het membraan 10 is afhankelijk van de instelling van de stelschroef 12 die aan de bovenzijde (in de figuur afgebeelde stand) werkzaam verbonden is met de veer 11.

Aan de onderzijde is het membraan 10 verbonden met een afsluitorgaan 15. De koppeling van het afsluitorgaan 15 aan het membraan 10 is zodanig, dat de stand van 30 het afsluitorgaan 15 afhankelijk is van de doorbuiging van het membraan 10.

In figuur 1 is te zien dat het afsluitorgaan 15 aan de onderzijde aansluit op een veer 17. Deze veer 17 zorgt ervoor dat het afsluitorgaan 15 door samenwerken van het membraan 10 en de veer 17 op de juiste wijze gepositioneerd wordt in de uit- 1010815 7 stroomopening 3 van de drukregelkamer.

De werking van de inrichting 1 volgens de stand van de techniek is als volgt: Met behulp van de stelschroef 12 en de veer 11 wordt een bepaalde veerdruk ingesteld op het membraan 10. Door de veerkracht die werkt op het membraan 10 5 wordt de positie van het afsluitorgaan 15 in de toevoeropening 3 ingesteld. Vervolgens sluit men de inlaatkamer 2 aan op een leiding met een relatief hoge druk. De afvoeropening 5 kan via het kanaal 7 worden aangesloten op een leiding waarin men een gasstroom met een constante druk wenst te hebben. Door de gasstroming vanuit de inlaatkamer 2 naar de drukregelkamer 4 zal een druk worden uitgeoefend op de 10 onderzijde van het membraan 10. De druk die wordt opgebouwd in de drukregelkamer 4 enerzijds en de druk die wordt uitgeoefend door de veer 11 anderzijds bepalen gezamenlijk de stand van het membraan 10. Daarbij geldt dat hoe hoger de druk wordt in de drukregelkamer 10, des te groter de afstand zal zijn tussen het membraan 10 en de instroomopening 3 van de drukregelkamer 4. Daardoor zal het afsluitorgaan 15 15 omhoog worden getrokken, waardoor de instroomopening 3 verder wordt afgeslo ten. Omdat het kanaal verder wordt afgesloten, zal de gasstroming vanuit de inlaatkamer 2 naar de drukregelkamer 4 afnemen. Daardoor zal de druk in de drukregelkamer 4 afnemen, waardoor het membraan 10 enigszins omlaag zal bewegen. Hierdoor zal de opening die ontstaat in de toevoeropening 3 weer toenemen, waardoor de druk in 20 de drukregelkamer 4 weer kan toenemen. Het zal duidelijk zijn dat door de koppeling van het membraan 10 aan het afsluitorgaan 15 een zichzelf instellend evenwicht zal optreden in de drukregelkamer 4. De hoogte van deze evenwichtsdruk in de drukregelkamer 4, en daarmee de grootte aan de flow uit de kamer 4, kan worden ingesteld met behulp van de stelschroef en de veer 11. De evenwichtsdruk die zal heersen in de 25 drukregelkamer 4 zal een gasstroming garanderen door de uitstroomopening 5 en het aansluitende kanaal 7 met een in hoofdzaak constante druk.

De inrichting 1 voor het regelen van de druk van een gasstroom volgens de stand van de techniek kan worden ingezet in een gaschromatograaf. Voor de goede werking van een dergelijke chromatograaf is het van belang dat de gasstroom die 30 moet worden onderzocht in een goed instelbare en een constante druk door bijvoorbeeld een kolom kan worden gedwongen, De inrichting 1 volgens de stand van de techniek wordt dan ook ingebouwd in de toevoerleiding van een dergelijke kolom.

Een belangrijk nadeel van de inrichting 1 volgens de stand van de techniek is, 1010815 8 dat continu, met behulp van de veer 11, een druk moet worden uitgeoefend op het membraan 10. Bovendien laat het membraan 10 zich niet nauwkeurig instellen met behulp van de veer 11 en de stelschroef 12. Een ander nadeel is, dat door het membraan 10 diffusie kan optreden. In de drukregelkamer 4 zal gas aanwezig zijn onder 5 druk. Afhankelijk van het materiaal van het membraan 10 is het mogelijk dat bepaalde componenten van het gas in de drukregelkamer 4 diffunderen door het membraan 10. Dat betekent dat deze bestanddelen verdwijnen uit de gasstroom, en niet de drukregelkamer via de uitstroomopening 5 zullen verlaten. Wanneer de inrichting 1 volgens de stand van de techniek wordt gebruikt voor bijvoorbeeld een gaschromato-10 graaf, kan het optreden van diffusie betekenen dat de gedane metingen onbetrouwbaar zijn.

In figuur 2 is een uitvoeringsvoorbeeld weergegeven van de inrichting 20 voor het regelen van de druk van een gasstroom volgens de onderhavige uitvinding. De inrichting 20 omvat een behuizing 9 waarin een inlaatkamer 2 is ondergebracht. Deze 15 inlaatkamer 2 sluit via een inlaatopening 3 aan op de drukregelkamer 4. De drukregelkamer 4 is aan de bovenzijde ervan (in de figuur afgebeelde stand) afgesloten door middel van een buigzaam orgaan 10. De drukregelkamer 4 sluit via een uitstroomopening 5 aan op een kanaal 7. De inlaatkamer 2 kan met behulp van aansluitmiddelen 6 worden aangesloten op een aansluitleiding voor bijvoorbeeld een gas. Kanaal 7 kan 20 met behulp van aansluitmiddelen 8 worden aangesloten op bijvoorbeeld een afvoer-leiding voor gas. Aan de bovenzijde van het membraan 10 omvat de inrichting volgens de onderhavige uitvinding een drukkamer 21. Deze drukkamer 21 omvat een instroomopening 22 en een uitstroomopening 23. De instroomopening 22 en de uitstroomopening 23 kunnen worden aangesloten op respectievelijk een aanvoerleiding 25 24 voor een gas en een afvoerleiding 25 voor een gas. In de leidingen 24 en 25 kunnen op afstand bestuurbare afsluitorganen respectievelijk 26 en 27 worden aangebracht. Nabij de uitstroomopening 5 zijn in de inrichting 20 meetmiddelen 30 aangebracht, met behulp waarvan de druk van het gas nabij de uitstroomopening 5 kan worden gemeten. Deze drukmeetmiddelen 30 zijn werkzaam verbonden met een 30 regelorgaan 31. In dit regelorgaan kunnen bijvoorbeeld voorzieningen zijn aangebracht om de door de middelen 30 gemeten waarden te vergelijken met gewenste of ingestelde waarden. Het regelorgaan 31 is op zijn beurt werkzaam verbonden met de op afstand bestuurbare afsluiters 26 respectievelijk 27.

1010815 9

De werking van de inrichting 20 volgens de onderhavige uitvinding is als volgt:

Met behulp van de bevestigingsmiddelen 6 kan op de inlaatkamer 2 een gasleiding worden aangesloten met daarin een gas dat onder een relatief hoge druk staat.

5 Met elk van de bevestigingsmiddelen 6, 8 kan aan het kanaal 7 een afvoerleiding worden bevestigd voor het afvoeren van een gas. In deze leiding kan een gasstroom worden opgewekt met een relatief constante druk. Het gas stroomt via de inlaatkamer 2 via de inlaatopening 3 naar de drukregelkamer 4. Via de uitstroomopening 5 in het kanaal 7 verlaat de gasstroom vervolgens de drukregelkamer 4. Net als bij de inrich-10 ting volgens de stand van de techniek is de instroomopening 3 af te sluiten met behulp van een afsluitorgaan 15 dat werkzaam is verbonden met het membraan 10. Daarbij geldt dat hoe hoger de druk zal zijn in de drukregelkamer 4, en des te hoger de veplaatsing zal zijn van het membraan 10, des te kleiner de vrije doorstroming zal zijn die het gas heeft vanuit de inlaatkamer 2 in de richting van de drukregelkamer 4, 15 via de instroomopening 3. Net als in de stand van de techniek zal daarom in de drukregelkamer 4 automatisch een evenwichtsdruk worden opgebouwd en daarmee een evenwichtsflow. Dat betekent dat een gasstroming met een in hoofdzaak constante druk de drukregelkamer 4 zal verlaten via de uitstroomopening 5. De evenwichts-stand van de druk die wordt ingesteld in de drukregelkamer 4 is in de inrichting 20 20 volgens de stand van de techniek niet afhankelijk van een veerdruk, maar is afhankelijk van een druk die wordt opgebouwd in een drukkamer 21, aan de tegenoverliggende zijde van het membraan 10. Dat betekend dat de stand van het membraan 10 in hoofdzaak wordt bepaald door enerzijds de druk in de drukregelkamer 4 en anderzijds de druk in de drukkamer 21. Net als de drukregelkamer 4 is de drukkamer 21 25 voorzien van een instroomopening 22 en een uitstroomopening 23. Zoals gezegd, kan ook de instroomopening 22 aan een gasleiding 24 worden aangesloten. In deze gasleiding 24 kan een afsluitorgaan 26 worden bevestigd. Iets dergelijks geldt voor de uitstroomopening 23, waaraan een gasleiding 25 kan worden gekoppeld. In deze gasleiding 25 kan een afsluitorgaan 27 worden aangebracht.

30 Wanneer men de druk wil instellen in de drukkamer 21, kan men de afsluiters 26 en 27 naar keuze openen en sluiten en met behulp van de leidingen 24 en 25 gas toevoeren aan of afvoeren van de drukkamer 21.

In het gebruik zal periodiek of continu de druk van het gas die in de afvoerka- 1010815 10 naai 7 heerst, worden gemeten met behulp van de meetmiddelen 30. Deze meetgegevens zullen worden doorgegeven aan het regelorgaan 31. Het regelorgaan 31 is werkzaam verbonden met de afsluiters 26 en 27 in de leidingen 24 en 25. Wanneer bijvoorbeeld door de meetmiddelen 30 wordt vastgesteld dat de druk van het gas dat 5 stroomt uit de drukregelkamer 4 te hoog is, kan men de druk in de drukkamer 21 verlagen door de afsluiter 27 in de leiding 25 enige tijd te openen. Daardoor zal gas kunnen ontsnappen uit de drukkamer 21, waardoor een nieuwe evenwichtsdruk kan worden ingesteld in de drukregelkamer 4.

Opgemerkt wordt dat de afvoerleiding 25 doorgaans een vrije uitstroming kent 10 naar de omgeving.

Het voordeel van de inrichting 20 volgens de onderhavige uitvinding is, dat de afstelling van de positie van het membraan 10 met een relatief grote nauwkeurigheid kan worden uitgevoerd. Met behulp van de gastoevoer via de instroomopening 22 van de drukkamer 21 kan naar keuze gas worden toegevoerd tot de juiste druk wordt 15 bereikt in de drukregelkamer 4. De periodieke meting van de druk in het afvoerkanaal 7 kan daarbij gebruikt worden als ingangssignaal voor het bij sturen van de druk in de drukkamer 21.

Een bijkomend voordeel is, dat de druk in de drukkamer 21 bijvoorbeeld periodiek of geleidelijk kan worden veranderd. Er zijn toepassingen bekend, bijvoor-20 beeld bij gaschromatografen, waarbij het voordelig is wanneer de druk van de gasstroming die wordt toegevoerd aan een chromatograaf bijvoorbeeld afheemt of toeneemt. Bij een variërende druk zullen andere componenten kunnen worden onderscheiden door middel van de detectiemiddelen die doorgaans gekoppeld zijn aan de kolom die gebruikt wordt in een chromatograaf (niet weergegeven). Door het perio-25 diek variëren van deze druk van het gas dat wordt toegevoerd aan de chromatograaf kunnen tal van verfijnde metingen worden uitgevoerd.

In figuur 3 is schematisch de toepassing weergegeven van een inrichting 20 volgens de stand van de techniek die is ingepast in eën gaschromatograaf. Vanuit een bron (niet weergegeven) wordt een gasstroom toegevoerd in de richting van de inlaat-30 kamer 2. Zoals toegelicht is in figuur 2 is de inlaatkamer 2 met behulp van het af-sluitorgaan 15 af te sluiten van de drukregelkamer 4. De druk die wordt opgebouwd in de drukregelkamer 4 aan de onderzijde van het membraan 10 en de druk die wordt opgebouwd in de drukkamer 21 aan de bovenzijde van het membraan 10 bepalen 1010815 11 samen de stand van het membraan 10, en daarmee de positie van het afsluitorgaan 15 in de instroomopening 3 tussen de inlaatkamer 2 en de drukregelkamer 4. Via de uitstroomopening 5 zal een gasstroming met een in hoofdzaak constante druk door het kanaal 7 stromen. Omdat een constante druk wordt gegarandeerd, zal ook de 5 grootte van de flow constant zijn. Deze stroming met in hoofdzaak een constante druk wordt vanuit het kanaal 7 toegevoerd in de richting van een injecteur 32. Met behulp van deze injecteur wordt de gasstroom toegevoerd aan bijvoorbeeld een kolomchromatograaf die schematisch is weergegeven met 33. Deze kolomchromato-graaf kan bijvoorbeeld bestaan uit een gewikkelde glazen buis waarin een scheidings-10 medium is aangebracht. De uit de kolom tredende gasstroom wordt vervolgens toegevoerd aan detectiemiddelen die schematisch zijn weergegeven met 34. De detectie-middelen kunnen gekoppeld worden aan een verwerkingsorgaan zoals een PC35. Deze PC kan tevens dienen voor bijvoorbeeld de aansturing van de temperatuurregeling van de chromatograaf. Deze is schematisch weergegeven met de leiding T. De 15 PC35 kan ook worden gebruikt voor de besturing van het regelorgaan 31 met behulp waarvan de druk wordt geregeld in de drukkamer 21. De regeling van de druk in de drukregelkamer 20 verloopt zoals beschreven is met verwijzing naar figuur 2.

Wanneer men de druk in de drukregelkamer 4 wil wijzigen, en daarmee de druk van de gasstroom die uit het kanaal 7 van de inrichting 20 zal worden geleid, 20 dient met behulp van de afsluiters 26 en 27 gas worden afgevoerd van of toegevoerd naar de drukkamer 21. Wanneer men een nauwkeurige afstelling wil bereiken van de druk in de drukkamer 21, zal bij voorkeur gewerkt worden met kleine hoeveelheden gas die worden toegevoerd aan of worden afgevoerd van de drukkamer 21. Door het volume van de drukkamer 21 zelf is er onvermijdelijk altijd sprake van een zekere 25 hoeveelheid dode ruimte. Dat betekent dat het toevoeren van of het afvoeren van een kleine hoeveelheid gas uit de drukregelkamer 21 geen effect zal hebben op de stand van het membraan 10, en daarmee op de te bereiken druk in de drukregelkamer 4. Om het optreden van deze "dode ruimte" te vermijden, kan de regelinstelling gebruikt worden die staat afgebeeld in figuur 4. Wanneer de druk moet worden verhoogd in 30 de drukregelkamer 21 wordt via de afsluiter 26 een relatief grote hoeveelheid gas in de drukregelkamer geleid. Dit is weergegeven met de lijn IN. Tegelijkertijd wordt een enigszins kleinere hoeveelheid gas uit de drukkamer 21 gelaten via de afsluiter 27. Dit is weergegeven met de lijn UIT. Als netto resultaat zal een relatief kleine 1010815 12 hoeveelheid gas zijn toegevoerd aan de drukkamer 21. Dit is weergegeven met de lijn IN (resultaat).

Het is natuurlijk ook mogelijk om eerst een hoeveelheid gas in te laten via de afsluiter 26 en niet tegelijkertijd met aansluitend een hoeveelheid gas uit te laten via 5 de afsluiter 27. Op deze manier kan hetzelfde effect bereikt worden als via de schakeling die staat afgebeeld in figuur 4.

In de praktijk kan er bijvoorbeeld voor worden gekozen om bij het instellen van de druk in de drukkamer 21 allereerst in een paar grote stappen gas toe te voeren via de afsluiter 26. Wanneer men in de buurt komt van het gewenste setpoint, kan het 10 instellen van de druk worden verfijnd met behulp van de werkwijze die staat afgebeeld in figuur 4.

In figuur 3 is te zien dat tussen de afsluiter 26 en de instroomopening van de drukkamer 21 een restrictie 41 is aangebracht. Een dergelijke restrictie 42 is ook aangebracht tussen de uitstroomopening van de drukkamer 21 en de afsluiter 27. 15 Deze restricties 41 en 42 gelden als "vertragers" voor de gasstroom. Om op een juiste manier, nauwkeurig de gasstroom toevoer naar de drukkamer 21 en de gasstroom-afvoer uit de drukkamer 21 te kunnen regelen, is het voordelig om in de leiding van de afsluiter 26 en in de leiding naar de afsluiter 27 een filterachtig tegenhoudorgaan te plaatsen. Dit tegenhoudorgaan kan worden vergeleken met een weerstand in een 20 electrische leiding. De restricties 41 en 42 kunnen bijvoorbeeld worden gevormd door sintermateriaal. De gasstroming wordt door een poreuze, sponsachtige structuur van het sintermateriaal wel doorgelaten, maar vertraagd.

De inrichting 20 volgens de onderhavige uitvinding is in het bijzonder geschikt voor zeer kleine toepassingen. Door het ontwerp van de inrichting 20 laat het zich 25 relatief eenvoudig miniaturiseren. Een uitvoeringsvoorbeeld van een met behulp van etstechnieken gemaakte inrichting 20 uit bijvoorbeeld silicium.

In figuur 5 bevindt de inlaatkamer 2 zich aan de bovenzijde van het membraan 10. De in die figuur afgebeelde leidingen zullen in de praktijk een dikte kunnen hebben van enkele p’s. De drukkamer 21 bevindt zich in de inrichting 20 aan de 30 onderzijde van het membraan 10. De afsluiters 26 en 27 worden respectievelijk gevormd door in de figuur afgebeelde linker en rechter buigzame afsluitlippen.

In de onderhavige uitvinding is steeds sprake geweest van het gebruik van de inrichting 20 volgens de onderhavige uitvinding voor het vormen van een stroming 1010815 13 van gas met een in hoofdzaak constante druk uit een aanvoerstroomgas met een relatief hoge druk. De constructie die al besproken is met verwijzing naar de bovenste genoemde figuren kan echter met een kleine toepassing ook met voordeel worden gebruikt als "backpressure" regelaar. Dat betekent dat in dit geval de ingang wordt 5 gevormd door het kanaal 7 dat dienst zal doen als toevoerkanaal. Vanuit het kanaal 7 stroomt de gasstroming de drukregelkamer 4 binnen. Ook in dit geval wordt de positie van het membraan 10 bepaald door de druk die heerst in zowel de drukregelkamer 4 als in de drukkamer 21. Met verwijzing naar de bovengenoemde figuren was er steeds sprake van dat de opening tussen het kanaal 2 en de drukregelkamer 4 10 kleiner naarmate de druk in de drukregelkamer 4 toenam. In figuur 6 is te zien dat in de inrichting 60, die bestemd is voor het regelen van een "backpressure" regelaar de uitstroomopening 29 tussen de drukregelkamer 4 en het kanaal 2 groter naarmate de druk toeneemt in de drukregelkamer 4. In de praktijk zal dat betekenen dat wanneer een gasstroming wordt toegevoerd via het kanaal 7 en de uitstroomopening 28 deze 15 gasstroming in hoofdzaak met een constante druk en constante flow kan toevoeren aan de drukregelkamer 4. De inrichting 60 is net als de hierboven besproken inrichting 20 uitgerust met meetmiddelen 30 met behulp waarvan de druk van de gasstroming in het kanaal 7 kan worden gemeten. Deze meetmiddelen 30 zijn werkzaam verbonden met de regelmiddelen 31 met behulp waarvan de afsluiters 26, 27 20 kunnen worden bediend.

In figuur 7 staat een inrichting 100 afgebeeld die gebruikt kan worden voor het regelen van de flow van een gasstroom.

In de inrichting 100 volgens figuur 7 zijn twee membranen 110, 111 aangebracht. Het eerste membraan 110 is geplaatst tussen een tweede drukkamer 112 en 25 een drukregelkamer of stromingskamer 104. De stromingskamer 104 en de tweede drukkamer 112 zijn beide aangesloten op een toevoerleiding 107 voor een gasstroom. De tweede drukkamer 112 staat in een open verbinding met deze toevoerleiding 107. De stroomopening van de stromingskamer 104 is via een restrictie 108 verbonden met de toevoerleiding 107. De stromingskamer 104 heeft een uitstroomopening 109, 30 die afsluitbaar is met behulp van een orgaan 115 en een instroomopening 128. Wanneer gasstroming plaatsvindt uit de uitstroomopening 109, zal in de tweede drukkamer 112 een hogere druk heersen dan in de stromingskamer 104. De oorzaak hiervan is dat de gasstroming in de restrictie 108 wordt vertraagd. De drukken die heersen in 1010815 14 respectievelijk de tweede drukkamer 112 en de stromingskamer 104 bepalen gezamenlijk de stand van het membraan 110, en daarmee de positie van het afsluitorgaan 115 ten opzichte van de uitstroomopening 102. Net als hierboven besproken is met verwijzing naar de figuren 1 tot 6, zal de stand van het orgaan 115 zich om een 5 evenwichtsstand heen bewegen.

De evenwichtsstand van het orgaan 115, dat via een koppelstuk 116 gekoppeld is aan het membraan 110, is in te stellen met behulp van een tweede membraan 111. Dit tweede membraan is met behulp van een veer 118 verbonden met de buitenwand van de tweede drukkamer 112. Het tweede membraan 111 vormt een wand van een 10 drukkamer 121. De druk in deze drukkamer 121 kan worden geregeld door naar keuze gas toe te laten stromen naar de drukkamer 121 via de afsluiter 126 en de uitstroomopening 122, ofwel gas uit de drukkamer 121 te laten ontsnappen via de uitstroomopening 123 en de afsluiter 127. Afhankelijk van de druk in de drukkamer 121 wordt de evenwichtsstand bepaald van het orgaan 115 dat is bevestigd aan het 15 membraan 110.

Door de in figuur 7 afgebeelde stand kan de positie van het orgaan 115 ten opzichte van de uitstroomopening 102, en daarmee de flow door deze uitstroomopening 102 momentaan worden geregeld. Daartoe is in de toevoerleiding 107 een drukmeter 130 aangebracht. Deze drukmeter 130 is werkzaam verbonden met een regelor-20 gaan 131. Dit regelorgaan 131 bestuurt op zijn beurt de afsluiters 126 en 127.

De hierboven besproken inrichtingen 20, 60, 100 zijn in het bijzonder geschikt voor draagbare chromatografen. De reden daarvoor is dat de inrichtingen weinig energie nodig hebben. Er is alleen energie nodig voor het veranderen van het setpoint van de inrichtingen, in dat geval zal energie nodig zijn voor het kunnen laten toestro-25 men van gas naar of het kunnen laten afvoeren van gas van uit drukkamer 21. Er is dus geen constante stroom energie nodig voor het in positie houden van het membraan 10.

Bovendien kan voor veel toepassingen voor het vullen van de drukkamer 21 hetzelfde gas gebruikt worden dat in de chromatograaf moet worden onderzocht. Dat 30 betekent dat geen additionele gastoevoermiddelen aanwezig hoeven te zijn.

De inrichting 20, 60, 100 volgens de onderhavige uitvinding zal geschikt zijn voor gasstromen van 0,1 ml tot 100 ml per minuut. Injectiegas dat gebruikt wordt zal 20 microliter per minuut kunnen bedragen.

1010815 15

Uit de bovenstaande beschrijving zal blijken dat de inrichtingen 20, 60, 100 volgens de onderhavige uitvinding werken via een cascaderegeling. Door het mechanisme dat de afsluiter 15 mechanisch is verbonden met het membraan 10 zal voor het afstellen van de opening tussen het inlaatkanaal 2 en de drukwervelkamer 4 een 5 analoge regeling plaatsvinden die zichzelf uitregelt rondom een evenwichtswaarde. Deze evenwichtswaarde zelf kan worden ingesteld met behulp van de meetmiddelen 31 die de afsluiters 26 en 27 kan aansturen.

Normaal gesproken is de nauwkeurigheid van een drukregelaar net zo nauwkeurig als de druksensor zelf. De inrichting 20, 60, 100 is veel nauwkeuriger vanwe-10 ge de analoge regeling van de druk in de drukregelkamer 4. De in de stand van de techniek gebruikelijke resolutie bedraagt ± 1 kPa.

Met de inrichting 20, 60, 100 is een resolutie te bereiken van 1/100 kPa. Het instellen van het zetpunt kan bij de inrichting 20, 60, 100 volgens de onderhavige uitvinding met een dergelijke nauwkeurigheid worden bereikt. Vanwege de analoge 15 regeling van de inrichting zelf zal de inrichting zichzelf rondom het zetpunt regelen met een nauwkeurigheid die een waarde van 1/100 kPa kan bereiken.

Vooral voor het gebruik in gaschromatografen is dat een belangrijk pluspunt. In het gebruik is het natuurlijk van belang dat de gewenste gasstroming door de gaschxomatograaf nauwkeurig kan worden ingesteld. Het constant houden van een 20 eenmaal ingestelde gasstroming is echter van een nog groter belang voor de juiste werking van de gaschromatograaf. Die grote nauwkeurigheid is, zoals hierboven is toegelicht, met de inrichting 20, 60, 100 volgens de uitvinding te bereiken.

Een van de bijkomende voordelen van de inrichting 20, 60 volgens de onderhavige uitvinding is, dat door het handhaven van een gasdruk aan beide zijden van 25 het membraan , diffusie van het gas door het membraan tot een minimum kan worden beperkt. In het geval dat aan beide zijden van het membraan hetzelfde gas onder druk wordt gehouden, zal geen diffusie optreden. Als materiaal voor het membraan kan afhankelijk van de toepassing bijvoorbeeld siHconenrubber gebruikt worden. Voor een goede werking van de buigzame eigenschappen van het membraan , kan het 30 membraan enigszins holvormig worden uitgevoerd.

1010815

Claims (12)

1. Inrichting (20, 60, 100) voor het regelen van de druk van een gasstroom, welke inrichting (20, 60, 100) een behuizing (9, 109) omvat, voorzien van een druk- 5 regelkamer (4, 104), waarvan ten minste een deel van de wand een membraan (10, 110) omvat, welk membraan (10, 110) aan de van de drukregelkamer (4, 104) afgekeerde zijde belast is met een instelbare voorspankracht, waarbij de drukregekamer (4, 104) een instroomopening (3, 28, 128) voor een gas en een uitstroomopening (5, 29, 129) voor een gas omvat, waarbij ten minste een van de openingen (3/5, 28/29, 10 128/129) geheel of gedeeltelijk afsluitbaar is met behulp van een verplaatsbaar af- sluitorgaan (15, 115), dat zodanig verbonden is met het membraan (10, 110), dat de positie van het afsluitorgaan (15, 115) afhankelijk is van de verplaatsing van het membraan (10, 110), met het kenmerk, dat het membraan (10,110) werkzaam verbonden is met een drukkamer (21, 121) voor een gas, welke drukkamer (21, 121) 15 voorzien is van middelen voor het instellen van een druk in de drukkamer (21, 121) voor het aanbrengen van de voorspankracht.

2. Inrichting (20, 60) volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de van de drukregelkamer (4) afgekeerde zijde van het membraan (10) aansluit op de drukkamer (21).

3. Inrichting (20, 60, 100) volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de drukkamer (21,121) een instroomopening (22, 122) heeft voor een gas en een uitstroomopening (23, 123) voor een gas.

4. Inrichting (20, 60, 100) volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de instroomopening (22, 122) en de uitstroomopening (23, 123) van de drukkamer 25 (21, 121) voorzien zijn van een op afstand bestuurbare afsluiter (26, 126; 27, 127).

5. Inrichting (20) volgens een van de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat een inrichting (20) voorzien is van meetmiddelen (30) voor de druk van de gasstroming, welke meetmiddelen (30) zijn aangebracht nabij de uitstroomopening (5) van de drukregelkamer (4).

6. Inrichting (60, 100), volgens een van de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de inrichting (60, 100) voorzien is van meetmiddelen (30) voor de druk van de gasstroming, welke meetmiddelen (30) zijn aangebracht nabij de instroomopening (28, 128) van de drukregelkamer (4, 104). 1010815

7. Inrichting (20, 60, 100), volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting (20, 60, 100) voorzien is van regelmiddelen (31) die werkzaam verbonden zijn met enerzijds de meetmiddelen (30) voor de gasdruk en anderzijds met de op afstand bestuurbare afsluiters (26, 126; 27, 127) van de drukka- 5 mer (21, 121).

8. Inrichting (100) volgens een van de conclusies 1, 3, 4, 6 of 7, met het kenmerk, dat het membraan (110) via een koppelorgaan (116) verbonden is met een tweede membraan (111), waarbij dat tweede membraan (111) aansluit op de drukka-mer (121), en waarbij de van de drukregelkamer (104) afgekeerde zijde van het 10 membraan (110) aansluit op een tweede drukkamer (112), waarbij de drukregelkamer (104) via een restrictie (108) in verbinding staat met een toevoerleiding (107) voor een gas en de tweede drukregelkamer (112) in open verbinding staat met die toevoerleiding (107).

9. Werkwijze voor het regelen van de druk van een gasstroom, waarbij men de 15 te regelen gasstroom vanuit een inlaatkamer (2), via een instroomopening (30, toevoert aan een drukregelkamer (4), waarvan ten minste een gedeelte van de wand wordt gevormd door een membraan (10), waarbij men de druk in de drukregelkamer (4) regelt door de grootte van de instroomopening (3) van de drukregelkamer (4) in te stellen met behulp van een afsluitorgaan (15), dat zodanig werkzaam verbonden is 20 met het membraan (10), dat een verandering van de mate van verplaatsing van het membraan 910) een verandering in de mate van afsluiting van de instroomopening door het afsluitorgaan (15) bewerkstelligt, waarbij men het membraan (10) een bepaalde plaatsing opdringt, met het kenmerk, dat die voorspankracht opgebracht wordt door een gas onder druk in de drukkamer (21), waarbij men de uitgangspositie 25 van het membraan (10) instelt door het instellen van de druk van het gas in de drukkamer (21).

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij men de gasstroom vanuit de drukregelkamer (4) afvoert via een uitstroomopening (5) met het kenmerk, dat men tenminste periodiek de druk meet van de gasstroom nabij de uitstroomopening (5) 30 van de drukregelkamer (4), en dat men de gemeten waarde vergelijkt met een gewenste waarde, die samenhangt met de uitgangspositie van het membraan (10, en dat men op de grond van die vergelijking de druk in de drukkamer (21) verhoogt of verlaagt, door het toevoeren of afVoeren van gas aan de drukkamer (21). 1010815

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat men aan de drukkamer (21) een hoeveelheid gas toevoert, waarbij of waarna men een daarvan afwijkende hoeveelheid gas uit de drukkamer (21) afvoert.

12. Werkwijze volgens conclusie 9-11, met het kenmerk, dat men de, druk in 5 de drukkamer (21) geleidelijk laat toenemen of afnemen. 1010815