DE2453512A1 - Dosiergeraet fuer fluessigkeiten und gase - Google Patents

Description

• Dosiergerät für Flüssigkeiten und Gase Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Dosieren von Flüssigkeiten oder Gasen in ein strömendes Fluid, insbesondere von gelösten Chemikalien in Brauch- oder Trinkwasser, bestehend aus einem in der Fluid-Leitung gegen Federkraft verschiezbaren, ein (+), (-) -Druckgef«lle in dieser erzeugenden Stauorgan, einer von der Fluidleitung abgezweigten Teilstromleitung und einem an diese über eine Dosierstromleitung angeschlossenen Gefäß, aus dem das Dosiermedium unter Wirkung des Druckgefälles in die Teilstromleitung gefördert wird.
• Dosiergeräte für die vorgenannten Anwendungszwecke sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt, Sie nutzen stets das durch die Stauscheibe gegebene Druckgefälle aus, um das in dem Gemäß vorhandene Dosiermedium dem Fluid zuzugeben. Sofern die Dosierstoffe In fester 'orm vorliegen wird das perforierte Gefäß in Richtung des Druckgefälles von einem Te:il des Fluids durchströmt, wobei der Dosierstoff in Lösung geht. Handelt es sich um flüssice oder gasförmige Dosiermedien, so ist das Gefäß als elastischer Beutel ausgebildet, der unter viirkung des (+)-Drucks komprimiert wird und das Dosiermedium auf der (-)-Druckseite der Fluidleitung abgibt.
• Die bekannten Dosiergeräte lassen sich im wesentlichen in zwei Systeme einteilen. Bei dem ersten System (DT-PS 641 986, DT-AS 1 013 438, DT-Gbm 1 784 934) mündet die vom Gefäß kommende Dosierstromleitung direkt in die Fluidleitung ein. Zur Regelung dient ein mit dem Stauorgan verbundenes Regelorgan in Form einer Düsennadel, die den Austrittsquerschnitt der Dosierleitung steuert. Mit diesem System lassen sich nur verhältnismäßig große Nengen dosieren, da die Düsennadel bei kleinen Dosiermengen von wen gen mg/l außerordentlich lang sein müßte und eine nur sehr geringe Steigung aufweisen dürfte Abgesehen von dem notwendigerweise sehr großen Hub solcher Regelorgane, der in Dosiergeräten schon aus Platzgründen nicht zu beherrschen ist, lassen sich solche Nadeln mit so geringe Steigung und zudern balliger Kontur fertigungstechnisch nicht er realisieren.
• Bei dem zweiten System (Dt-OS 1 52 294), das eingangs angeaeutet ist, mündet die vom Gefäß kommende Dosierstromleitung nicht unmittelbar in die Fluidleitung, sondern in eine von dieser abgezweigten Teilstromleitung, in der lediglich ein Drosselorgan in Form einer Blende angeordnet ist. Dabei wird davon ausgegangen, daß das aufgrund der Stauscheibe in der Fluid-Leitung gegebene Druckgeflle proportional in der Teilstromleitung vorliegt, so daß theoretisch eine stetige Proportionalregelung gegeben wäre.
• In der Praxis kann hiervon jedoch keine Rede sein. Liegt die Stauscheibe in der Ruhelage der Leitungswandung an, so findet bei sehr geringer Durchflußmenge bereits im Teilstrom eine Dosierung statt, ohne aaß in der Hauptleitung eine Strömung vorhanden ist. Die Folge ist also gerade im kritischen Bereich kleiner Durchflußmengen eine starke Uberkonzentrierung. Im übrigen ergibt sich über den gesamten Bewegungsbereich der Stauscheibe eine nicht lineare Abhängigkeit, da in der Hauptleitung ein veranderlicher Querschnitt, in der Teilstromleitung hingegen ein konstanter Querschnitt vorliegt. Insgesamt ergibt sich also für die Dosierung eine unstetige und nicht lineare Kurve.
• Während also die erstgenannten Geräte eine möglicherweise stetige und lineare Dosierung ermöglichen, jedoch bei kleinen Dosiermengen nicht mehr funktionieren, ist bei den letztgenannten Geräten die funktionelle Abhängigkeit der Dosiermenge von der Durchflußmenge weder stetig noch linear Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosiergert zu schaffen, bei dem auch bei kleinen und kleinsten Dosiermengen eine stetige Abhängigkeit der Dosiermenge von der Durchflußmenge gegeben ist. Nach einer weiteren aufgabe soll diese Abhängigkeit verhältnisgleich, die Dosiermenge also der Durchflußmenge direkt proportional und eine gute Reproduzierbarkeit gegeben sein Die erste Teilaufgabe wird bei dem eingangs geschilderten Gerät, das also nach dem letztgenannten System arbeitet, dadurch yelöst, daß das Stauorgan, wie an sich bekannt, mit einem nadelförmigen Regelorgan verbunden ist und das Regelorgan den freien Querschnitt der Teilstromleitung steuert Die Verbindung eines Regelorgans mit dem Stauorgan ist an sich von dem erstgenannten System von Geräten bekannt.
• Durch die Erfindung, gemäß der dieses Regelorgan nicht den Dosierstrom, sondern einen diesen aufnehmenden und vom Hauptstrom abgezweigten Teilstrom steuert, ist eine stetige Abhängigkeit auch bei kleinsten Durchflußmengen bzw. Dosiermengen gegeben. Fließt nämlich in der Fluidleitung nur eine geringe Menge, so kann diese nur dann die Teilstromleitung durchströmen, wenn das Regelorgan geöffnet ist. Aufgrund der Verbindung desselben mit der Stauscheibe ist dies jedoch nur möglich, wenn auch diese sich bewegt hat, d.h.
• nur dann, wenn auch im Hauptstrom eine Strömung vorhanden ist. Es können also auch bei kleinsten Mengen keine Un-Steti gkei ten auftreten.
• Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Teilstromleitung in der Strömungsachse der Fluidleitung angeordnet und mit einer Düse versehen, an der die Dosierstromleitung ausmündet. Ferner ragt das Regelorgan, das exakt kegelförmig ausgebildet ist, in die als Diffusor wirkende Austrittsöffnung der Teilstromleitung hinein. Das exakt kegelförmige Regelorgan läßt sich ohne weiteres herstellen, zumal es wegen der im Teilstrom rela-tiv großen Durchflußmenge eine übliche Steigung aufweisen kann.
• ur Lösung der zweiten Teilaufgabe, nämlich der Verwirklichung einer direkten Proportionalität zwischen Dosiermenge und Durchflußmenge, schlägt die Erfindung vor, daß das Stauorgan als axial verschiebbare, mit ihrer Öffnung den Diffusor außenseitig umgebende Blende ausgebildet ist und daß der Diffusor eine sich in Strömungsrichtung derart verjüngende Außenkontur aufweist, daß in Verbindung mit der Kegelkontur des Regelorgar,s die Dosiermenge der Durchflußmenge in der Fluidleitung direkt proportional ist.
• Praktische Versuche haben gezeigt, daß mit einem derart aufgebauten Dosiergerät eine stetige und praktisch lineare Abhngigkeit zwischen Haupt und Dosierstrom gewährleistet ist. Die in etwa parobolische Außenkontur an dem Diffusor läßt sich aufgrund der gegenüber einer Nadel erheblich kürzeren Länge ohne weiteres herstellen. Statt einer Stauscheibe verwendet die Erfindung eine/in Richtung der Strömungsachse verschiebbare Blende, die eine ihrem freien Querschnitt verhGltnisgleiche Änderung des ii;jndungsquerschnittes bewirkt. Das heißt, der freie Querschnitt der Blende setzt bei einem gegebenen Differenzdruck vor und hinter der Blende die Teilstrommenge so fest, daß an der Diise in der Teilstromleitung eine stetige und lineare Funktion gegeben ist. Die bewegliche Blende bringt gegenüber der herkömmlichen Stauscheibe den Vorteil, daß weit weniger Turbulenzen auftreten, die bei der Formgebung des Diffusors zu berücksichtigen wären Vor und hinter der Staubende herrscht praktisch ein statischer Druck, was bei den bekannten Geräten nicht der Fall ist Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in der zwischen dem Gefäß und der Düse der 'l'eilstromleitung angeordneten Dosierstromleitung eine regelbare Drosselstelle angeordnet. Dabei ist die Außenkontur des Diffusors zusätzlich an den im Dosierbereich auftretenden Druckverlust der Drosselstelle angepaßt.
• An dieser Drosselstelle kann einerseits die absolute Dosiermenye, z.B. in mg/l, einyestellt, andererseits aber auch das Gerät an unterschiedliche Viskositäten des Dosiermediums, beispielsweise an unterschiedliche Konzentrationen, angepaßt werden Der Druckverlust der Strömung an der Drosselstelle wird durch die Außenkontur des Diffusors exakt kompensiert und zwar iiber den gesamten Dosierbereich. Die über die Drosselstelle zu dosierende Flüssigkeit steht also immer im gleichen Verhaltnis zum Hauptstrom.
• Die axiale Beweglichkeit der Blende wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform dadurch erreicht, daß sie umfangsseitig von einer an der Fluid-Leitung festgelegten Rinsmembran geführt ist.
• Die aus dem Stand der Technik bekannten Beutel für flüssige Dosiermedien haben den Nachteil, daß sie sich nach Entnahme einer gewissen Menge einschnüren und dadurch bestimmte Volumina von der Zuleitung zur Teilstromleitung abgeschlossen werden. Ein weiterer nachteiliqer Effekt ist der, daß dadurch die Saughöhe sich ändert. Um dies zu vermeiden und die Linearitut zu erhalten, zeichnet sich das Gerät erfindungsgemäß durch ein in den Beutel hineinragendes Tauchrohr aus, das von einem weiteren über seine gesamte Länge perforierten Rohr umgeben ist. Damit ist sichergestellt, daß auch durch Einschnürungen abgeschlossene Volumina durch das perforierte Rohr in das Tauchrohr einströmen können und die Saughöhe unabhangig von der Füllhöhe des Gesses konstant bleibt. Mit Vorteil weist das Tauchrohr nur an seinem unteren Ende einen Zulauf auf und kann das perforierte Rohr an seinem Ende verschlossen sein.
• Bei den bekannten Dosiergeräten müssen die Beutel gegen neue ausgetauscht werden. Gemäß einem weiteren Mer3tmal der Erfindung kann das Gefäß dadurch nachgefüllt werden, daß es an eine Fülleitung angeschlossen und die zu ihm führende Abzweigleitung mit einem Dreiwegventil versehen ist, dessen dritter Weg mit einer Druclcentlastungsleitung verbindbar ist.
• Nach Umschalten des Dreiwegventils kann das Dosiermedium in den Beutel von außen her eingefüllt werden, wobei der Druck auf der Außenseite abgebaut bzw. der Behälter entlüftet wird. Dieses Nachfüllen kann also bei strömendem Fluid erfolgen. Lediglich die Dosierung ist in aiesem Fall stillgesetzt.
• Nachstehend ist die Erfindung anhand einer in der Zeichnung im Querschnitt dargestellten Ausführungsform beschrieben Das Gerät weist eine Leitung 1 auf, die von dem Fluid in Richtung der Pfeile 2 durchströmt wird. Die Leitung 1 weist einen Zulaufstutzen 3 und einen Ablaufstutzen d auf, mittels der das Gerät an ein Rohr- odex Schlauchnetz angeschlossen wird. Mit der Leitung 1 ist ein Behälter 5 verbunden, indem ein das Dosiermedlum enthaltendes Gefäß, z.B. ein elastischer Beutel 6 eingehängt ist, der beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel über einen Flansch 7 an die Leitung 1 angeschraubt ist. In der Fluid-Leitung 1, und zwar in der Strömungsachse ist eine Teilstromleitung 8 angeordnet, an deren Einlauf 9 ein Sieb 10 befestigt ist und deren Auslauf als Diffusor 11 ausgebildet ist. Der in der Teilstromleitung 8 vorhandene Kanal ist im mittleren Bereich zu einer D-se 12 verengt, in welche die Dosierstromleitung 13 aus dem Dosiergefäß 6 einmündet. In der Dosierleitung 13 ist eine Drosselstelle 14 vorgesehen, deren Querschnitt vorzugsweise regelbar ist. Die zur Anderung des Querschnitts dienende Vorrichtung kann herkömmlicher Art sein, so daß aus übersichtlichlteitsgründen auf ihre Darstellung verzichtet worden ist. Ferner sitzt in der Dosierstromleitung 13 ein Rückschlagventil 15.
• In der Fluidleitung 1 ist im Bereich des Diffusors 11 ein Stauorgan in Form einer Blende 16 angeordnet, die umfangsseitig von einer Ringmembran 17 geführt ist, so daß sie axial verstellbar ist. Die Blende 16 ist stromabwarts von einer Feder 18 belastet. Ferner weist sie einen Bügel 19 auf, an dem ein nadelförmiges Regelorgan 20 angeordnet und mittels einer Feder 21 gegen Verdrehen gesichert ist. Das Regelorgan ragt in den Diffusor 11 der Teilstromleitung hinein. Eine Bewegung der Blende 16 überträgt sich über den Bügel 19 auf das exakt kegelförmige Regelorgan 20, wodurch der Mündungsquerschnitt 22 des Diffusors variiert wird.
• Die Öffnung 23 der Blende 16 umgibt den Diffusor 11 auf seiner Außenseite. Die Außenseite 24 des Diffusors 11 weist eine etwa parabolische Außenkontur auf, die dem Druckverlust, insbesondere in der Drossel 1 Rechnung trägt.
• Das Gerät weist ferner einen Füllstützen 25 auf, der über einen Kanal 26 und eine Bohrung 27 im Flansch 7 mit dem Innenraum des Beutels 6 in Verbindung steht. Auf diesem Weg kann Dosiermediurn nachgefüllt werden. Da der Raum zwischen dem Behälter 5 und dem Gefäß 6 über eine Abzweigleitung 26 unter dem Druck des anströmenden Fluids steht muß beim Füllen dieser Raum entlüftet bzw. druckentlastet werden können. Zu diesem Zweck ist in der Abzweigleitung 28 ein Dreiwegeventil 29 angeordnet, Qas in der Druckentlastungsstellung den Behälterraum mit einer Entlastungsleitung 30 verbindet.
• In das Gefäß 6, z.B. den Beutel, ragt ein am Flansch 7 befestigtes Tauchrolir 31 bis nahe zum Grund des Beutels hinein.
• Das Tauchrohr 31 weist an seinem unteren Ende Zulaufbohrungen 32 auf. Dieses Tauchrohr ist von einem Rohr 33 umgeben, das über seine gesamte Länge perforiert ist, wie dies mit uen Löchern 3: angedeutet ist. Das perforierte Rohr kann an seinem unteren Ende mit einem Stopfen 35 verschlo@@er s@in.
• Bei Betrieb des Gerätes stellt sich auf grund der als Stauorgan wirkenden Blende 16 stromaufwärts derselben ein (+)-Druck ein7 während stromabwärts der Blende ein (-)-Druck herrscht. Der (+)-Druck herrscht weiterhin auf der Außenseite des Beutels 6. Dieses Druckgefälle liegt ferner vor und hinter der Dse 12 in der Teilstromleitung 8 vor bei Anderung der Durchflußmenge in der Fluid-Leitung 1 nimmt die Blende 16 eine andere Stellung ein. Mit der Blende 16 bewegt sich auch das Regelorgan O, so daß einer Änderung des freien Querschnittes 23 eie proportionale Änderung des Querschnitts 22 entspricht. Diese Proportionalität bleibt über den gesamten Verstellbereich der Blende 16 erhalten.
• Durch die Anordnung der Teilstromleitung 8 in der Strömungsachse des Hauptstroms wird das vorgemischte Dosiermedium auch in der Achse eingegeben, wodurch eine schnelle und ciute Durchmischung gewährleistet ist, was bei den bekannten Geräten, bei denen der Teilstrom als By-pass ausgeführt so ist, nicht gegeben ist.
• Dies ist insbesondere in der Wasseraufbereitung beim Impfen mit Polyphosphaten von Bedeutung, da sich diese nur sehr schlecht in Wasser lösen. Durch die Zugabe in der Strömungsachse findet ein sehr schnelles Durchmischen statt, so daß die gemischte Konzentration schon unmittelbar hinter der Impfstelle gleichmäßig vorliegt.

Claims (13)

Patentansprüche

1. Gerät zum Dosieren von Flüssigkeiten oder Gasen in ein strömendes Fluid, insbesondere von gelösten Chernikalien in Brauch- oder Trinkwasser, bestehend aus einem in der Fluidleitung gegen Federkraft verschiebbaren, ein (+), (-)-Drucicgeflle in dieser erzeugenden Stauorgan, einer von der Fluidleitung abgezweiyten Teilstromleitung und einem an diese über eine Dosierstromleitung angeschlossenen Gemäß, aus dem das Dosiermedium unter Wirkung däs Druckgefälles in die Teilstromleitung gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauorgan (16), wie an sich bekannt, mit einem nadelförmigen Regelorgan (20) verbunden ist und das Regelorgan den freien Querschnitt der Teilstromleitung (8) steuert.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstromleitung (8) in der Strömungsachse der Fluidleitung (1) angeordnet und mit einer Düse (12) an der die Dosierstromleitung (14) ausmündet, versehen ist und daß das nadelförmige Regelorgan (20), das exakt kegelförmig ausgebildet ist, in die als Diffusor (11) wirkende Austrittsöffnung (22) der Teilstromleitung (8) hineinragt.

3. Gerät, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauorgan als axial verschiebbare mit ihrer Öffnung (23) den Diffusor (11) außenseitig umgebende Blende (16) ausgebildet ist und daß der Diffusor (11) eine sich in Strömungsrichtung derart verjüngende Außenkontur (24) aufweist, daß in Verbindung mit der Kegelkontur des Regelorgans (20) die Dosiermenge der Durchflußmenge in der Fluidleitung (1) direkt proportional ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dosierstromleitung (13) eine regelbare Drosselstelle (19) angeordnet ist.

5. Gerät nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (24) des Diffusors (11) zusätzlich an den im Dosierbereich auftretenden Druckverlust der Drosselstelle (19) angepaßt ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (24) des Diffusors etwa parabolisch ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (16) umfangsseitig von einer an der Fluid-Leitung (1) festgelegten Ringmembran (17) geführt ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (16) stromabwärts einen das Regelorgan (20) tragenden Bügel (19) aufweist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dosierstromleitung (13) vor der Düse (12) ein Rckschlagventil (15) angeordnet ist.

10. Gerät nach einem der An sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstromleitung (8) vor ihrem Einlauf (9) ein Sieb (10) aufweist.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für flüssige Dosiermedien bei dem das Gefäß als elastischer Beutel ausgebildet und von einem Behalter umgeben ist, In den das anströmende, unter (+)-Druck stehende Fluid über eine Abzweigleitung gelangt, gekennzeichnet durch ein in den Beutel (6) hineinragendes Tauchrohr (31), das von einem weiteren über seine gesamte Lunge perforlerten Rohr (37) umgeben und mit der Dosierstromleitung (13) verbunden ist.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (31) an seinem unteren Ende einen Zulauf (32) aufweist und das perforierte Rohr (33) an seinem Ende (35) verschlossen ist.

13. Gerbt nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Beutel (6) an eine Fülleitung (26) angeschlossen und die Abzweigleitung (28) mit einem Dreiwegeventil (29) versehen ist, dessen dritter Weg mit einer Druckentlastungsleitung (30) verbindbar ist.

L e e r s e i t e