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Gasdosierapparat
Gasdosierapparate, deren Gasabgabe einem bestimmten Wert entsprechend einstellbar ist, weisen gewöhnlich ein oder mehrere Reduzier- ventile auf, die derart angeordnet sind, dass der Druck des Gases, dessen Ausströmmenge sodann mittels eines Hahnes oder eines kali- brierten Durchlasses geregelt wird, konstant ge- halten wird. Um die Menge des ausströmenden
Gases zu verändern, kann man entweder die
Abmessungen des Durchlasses ändern, oder aber das Reduzierventil im Sinne einer Änderung des auf der Zuströmseite des Durchlasses herr- schenden Druckes einregulieren, wobei in einem solchen Fall der Druck auf der Abströmseite gleich dem atmosphärischen ist.
Eine andere Art der Erzielung einer Gas- dosierung besteht darin, mittels eines oder mehrerer geeigneter Reduzierventile sowohl die auf der Zuströmseite als auch die auf der Ab- strömseite eines Durchlasses oder eines Regulier- hahnes herrschenden Drücke konstant zu halten.
Dies ermöglicht das Zustandekommen einer gleichbleibenden Ausströmmenge auch dann, wenn letztere unter einem Druck verteilt wird, der vom atmosphärischen verschieden ist.
Der Nachteil derartiger Apparate ist insbesondere im Mangel einer präzisen Wirkungsweise der Reduzierventile gelegen, die in zweckentsprechender Art namentlich dann nur schwer herstellbar sind, wenn korrosionsfeste Materialien verwendet werden müssen, wie dies bei der Dosierung ätzender Gase, beispielsweise Chlor, der Fall ist.
Es sind auch Gasdosierapparate bekannt, die einen in Form einer Glocke ausgebildeten, im Innern eines mit einer Flüssigkeitszuleitung versehenen Gehäuses angeordneten Schwimmer aufweisen, mittels welchem die Abströmmenge des Gases steuerbar ist. Bei diesen Apparaten dient aber der glockenförmige Schwimmer zur Steuerung eines komplizierten Relais-Systems, mittels welchem die Differenz der Drucke, die einerseits im Innenraum eines mit dem Gehäuse und dem Schwimmerinnern über Leitungen in Verbindung stehenden Regulierventils und anderseits im Innenraum des den Schwimmer aufnehmenden Gehäuses herrschen, konstant gehalten werden soll, wobei die Regelung der Gasmenge durch entsprechendes Einstellen eines mit spitzkegeligem Küken versehenen
Regulierhahnes bewerkstelligt werden muss.
Abgesehen von ihrem komplizierten Aufbau und ihrer umständlichen Funktionsweise sind diese bekannten Ausführungen insbesondere auch deshalb nachteilig, weil bei ihnen also ebenfalls ein nach Art eines Hahnes oder eines Ventils ausgebildetes Regulierorgan verwendet werden muss, das namentlich dann, wenn es sich um ätzende Gase handelt, alsbald verschmutzt und angefressen wird, wodurch sich die eingestellte
Gasdosierung in unkontrollierbarer Weise ändert, d. h. vom beabsichtigten Soll-Wert abweicht.
Sehr oft soll das Gas in einer Flüssigkeit aufgelöst werden, wobei aber die eben erwähnten Apparate nicht die Möglichkeit bieten, die
Gasmenge in einfacher Weise entsprechend der Flüssigkeitsmenge zu proportionieren.
Dies gilt besonders für die Sterilisierung von Wasser mittels Chlor. Letzteres wird immer in einer geringen Wassermenge aufgelöst, die dann ihrerseits mit dem zu entkeimenden Wasser vermengt wird.
Ein neueres Verfahren besteht darin, chlorhältigem Wasser Natriumchlorit (unterchlorigsaures Natrium) beizugeben, wobei die beiden Reagenzien Chlordioxyd bilden, das, ohne den üblen Chlorgeruch zu besitzen, keimtötend und in hohem Grade oxydierend wirkt, wobei es - im Unterschied zum Chlor-mit Phenolen in keinerlei Zusammensetzungen von unangenehmem Geschmack eingeht.
Um jedoch die betreffende Reaktion in günstigster Art zustandezubringen, bedarf es der Herstellung von chloriertem Wasser, das einen konstanten und genügend hohen Chlorgehalt (etwa 1 g/l) aufweist, was mit den bekannten Gasdosierapparaten unmittelbar und auf einfache Weise nicht erzielbar ist.
Mittels des erfindungsgemässen Apparates wird nun eine regelmässige Ausströmmenge und eine genaue Dosierung des Gases erreicht.
Der neue Apparat, der von den angeführten bekannten Ausführungen mit in Form einer Glocke ausgebildetem, im Innern eines mit einer Flüssigkeitszuleitung versehenen Gehäuses angeordentem Schwimmer ausgeht, mittels welchem die Gasabströmmenge regelbar ist, arbeitet hiebei in der Weise, dass die Differenz der auf
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der einen und der andern Seite eines kalibrierten
Durchlasses herrschenden Drücke immer kon- stant gehalten wird, welches Prinzip zwar an sich bekannt, jedoch vorliegend ohne mechanische Hilfsgerät und ohne Verwendung schmiegsamer
Membranen od. dgl. auswertbar ist.
Erfindungsgemäss weist also der Dosier- apparat einen kalibrierten Durchlass auf, durch den das in das Gehäuse eingeführte Gas von dort aus unter den glockenförmigen Schwimmer geleitet wird, so dass die Differenz der im Gehäuse und unter dem Schwimmer herrschenden Drücke immer gleich ist der Differenz des
Tauchvolumens des Schwimmers und des Gewichtes desselben.
Dabei kann die den Schwimmer tragende Flüssigkeit jene sein, in welcher man das Gas aufzulösen beabsichtigt.
Die Regelung der Gasmenge wird durch Regelung der Menge oder des Niveaus der Flüssigkeit bewirkt, wodurch die Differenz der auf der einen und der andern Seite des kalibrierten Durchlasses herrschenden Drücke derart ver- änderbar ist, dass diese Druckdifferenz jeweils gleich ist der Differenz des Tauchvolumens des Schwimmers und des Gewichtes desselben.
Im folgenden sind an Hand der Zeichnung einige Ausführungsformen des erfindungsgemässen Apparates beschrieben. Es sei hervorgehoben, dass es sich lediglich um beispielsweise Ausführungen handelt und dass andere Formen, Massverhältnisse und Anordnungen möglich sind, ohne hiebei den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des er- findungsgemässen Apparates, gemäss welcher das Gas vom ausserhalb der Schwimmerglocke befindlichen Raum in den Innenraum der Glocke geleitet wird, doch kann bei in gleicher Weise wirksamen Apparaten der Gasfluss auch von innen nach aussen erfolgen.
Das Gas wird durch das Rohr 1 zugeführt, dessen abgebogenes Ende mittels einer am Schwimmer 3 befestigten Klappe 2 abschliessbar ist. Der Schwimmer 3 ist in einem Gehäuse 4 untergebracht, das für die Schwimmerbewegungen genügend Raum bietet. Die Grundform des Schwimmers ist diejenige einer Glocke, so dass bei auf einer Flüssigkeit ruhendem Schwimmer zwei Räume gebildet werden, von denen sich der eine oberhalb und seitlich des Schwimmers, der andere unterhalb desselben befindet. Diese beiden Räume stehen miteinander über den kalibrierten Durchlass 5 in Verbindung.
Eine mit einem Absperrorgan 7 versehene Leitung 6 dient zum Einführen der Flüssigkeit in das Gehäuse 4.
Eine mit einem Absperrorgan 9 versehene Leitung 8 ermöglicht anderseits das Entleeren des Gehäuses 4 von der in ihm enthaltenen Flüssigkeit.
Schliesslich ist mittels eines Syphonform aufweisenden Anzeigerohres 10 das Flüssigkeitsniveau im Innern der Glocke erkennbar. Wenn das
Gehäuse 4 keine Flüssigkeit enthält, dann drückt der Schwimmer 3 die Klappe 2 nieder, die dann den Gaszufluss absperrt.
Wird durch betätigen des Hahnes 7 in das
Gehäuse 4 bis zu einem gewissen Niveau (beispielsweise N) Flüssigkeit eingeleitet, dann wird hiedurch auf den Schwimmer eine von unten nach oben gerichtete Kraft ausgeübt, die gleich ist dem unterhalb des Niveaus N gelegenen
Schwimmervolumen, das dem Eigengewicht des
Schwimmers das Gleichgewicht hält. Die Klappe 2 öffnet sich und lässt damit in das Gehäuse 4 Gas einströmen.
Dieses in das Gehäuse eingeführte Gas kann nur über den Durchlass 5 und weiterhin über das Austrittsrohr 11 entweichen. Der Durchfluss des Gases durch den Durchlass 5 bedingt einen gewissen Druckverlust, der die Tendenz hat, den Schwimmer niederzusenken und damit die Klappe 2 in ihre Schliesslage überzuführen, sobald dieser Druckverlust, multipliziert mit der Fläche des Horizontalschnittes des Schwimmers, bis zu welchem dieser eintaucht, die Auftriebskraft des Schwimmers übersteigt. Die Ausströmmenge des Gases wird auf diese Art immer auf einen solchen Wert begrenzt, dass der beim Passieren des Durchlasses 5 auftretende Druckabfall immer genau proportional der Auftriebskraft des Schwimmers ist, d. h. der Differenz des unterhalb des Niveaus N gelegenen Schwimmervolumens und des Eigengewichtes des Schwimmers.
Es ergibt sich daraus, dass jedem Niveau der im Gehäuse 4 und unterhalb des Schwimmers
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Gasausströmmenge entspricht.
Um den Gasabfluss abzustellen, braucht man nur mittels des Hahnes 9 aus dem Gehäuse 4 die in diesem enthaltene Flüssigkeit abzulassen.
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Apparates wieder, die zur Verwendung für den Fall bestimmt ist, dass das zu dosierende Gas, z. B. das zur Entkeimung von Wasser dienende Chlor, in der Flüssigkeit gelöst werden soll.
An Stelle des Hahnes 9 ist eine Anzahl von Öffnungen 12 vorgesehen, die sich in der unteren Begrenzungswand des Gehäuses 4 befinden und letzteres mit einer mit Kontaktkörpern, beispielsweise mit Glas- oder Porzellanringen, versehenen Kammer 13 verbinden. Das Wasser, dessen Zufluss mittels des Hahnes 7 geregelt wird, strömt durch die Öffnungen 12 und löst beim Bespülen der Kontaktkörper das Gas auf. Die Lösung fliesst durch die Rohrleitung 14 ab.
Die Anordnung der Öffnungen 12 und die Abmessungen derselben sind so zu wählen, dass die gesamte, die Öffnungen 12 durchströmende Menge stets proportional ist der Quadratwurzel der Differenz des unterhalb des Niveaus N befindlichen Schwimmervolumens und des
Schwimmergewichtes. Da die den Durchlass 5 durchströmende Gasmenge proportional ist der Quadratwurzel der Differenz der beiderseits des Durchlasses 5 herrschenden Drücke und infolgedessen auch proportional ist der Quadratwurzel der Differenz des unterhalb des Niveaus N befindlichen Schwimmervolumens und des Eigengewichtes des Schwimmers, so ergibt sich, dass bei der angeführten Anordnung und Bemessung der Öffnungen 12 die den Durchlass 5 durchströmende Gasmenge direkt proportional ist der die Öffnungen 12 durchströmenden Wassermenge, da ja diese beiden Mengen auch proportional dem Tauchvolumen des Schwimmers sind.
Der Apparat liefert auf diese Weise eine Lösung von konstanter Konzentration. Handelt es sich hiebei um die Dosierung von Chlor, dann braucht dieser Lösung nur eine konzentrierte Natriumchloritlösung beigegeben zu werden, um eine zur Entkeimung von Wasser geeignete Chlordioxydlösung zu erhalten.
Die Chlormenge wird durch Betätigen des Hahnes 7 eingeregelt und das Ausmass derselben durch das Niveau N angezeigt.
Die in der Zeichnung wiedergegebenen Schwimmerformen sind nur als beispielsweise Ausgestaltungen zu betrachten.
Dem Schwimmer 3 können verschiedene Formen gegeben werden. Seine äussere Begrenzungsfläche ist vorzugsweise zylindrisch oder prismatisch. Seine innere Begrenzungsfläche kann gleicherweise zylindrisch oder prismatisch sein.
Es erscheint vorteilhaft, ihm eine solche Form zu geben, dass sein unterhalb eines Niveaus N befindliches Volumen sich beim Ansteigen des Niveaus weit mehr vergrössert als dieses. Dadurch ermöglicht sich eine weitgehende Abstufung der mittels eines gegebenen Apparates erzielbaren Ausströmmengen und darüber hinaus auch der Erhalt einer der Höhe H fast proportionalen Ausströmmenge. Diese Proportionalität würde dann genau gegeben sein, wenn der Schwimmer eine solche Form hätte, dass bei jeder Höhe H des Niveaus N das unterhalb dieses Niveaus befindliche Tauchvolumen, vermindert um das Schwimmergewicht, proportional dem Quadrat der Höhe H ist.
Für die praktischen Bedürfnisse kann man sich aber mit andern und einfacheren Formen zufriedengeben, unter der Voraussetzung, dass der Apparat entsprechend dem durch die verschiedenen Niveaulagen N bedingten Ausmass der Gasabgabe geeicht ist.
Es ist klar, dass auch andere Ausführungsformen möglich sind. So kann durch entsprechend andersartige Anordnung und Ausbildung der Klappe 2 bewirkt werden, dass das Gas vom Innenraum des Schwimmers nach aussen strömt, und nicht, wie dargestellt, von aussen nach innen.
Der kalibrierte Durchlass 5 kann auch in einem, die beiden durch den Schwimmer getrennten Räume miteinander verbindenden Hilfskanal vorgesehen sein.
Der Apparat kann auch automatisiert werden, um beispielsweise irgendwelchen Flüssigkeitsmengen proportionale Gasausströmmengen zu erhalten, wozu es lediglich einer entsprechenden Regelung der durch die Rohrleitung 6 zugeführten Flüssigkeitsmenge mittels bekannter Vorrichtungen und Apparate bedarf.
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Apparates, mit welchem die Gasausströmmenge nicht durch Veränderung des Niveaus der den Schwimmer tragenden Flüssigkeit, sondern durch Veränderung des Schwimmergewichtes geregelt wird. Eine solche Ausführung kommt insbesondere dann in Betracht, wenn es sich beispielsweise um die Verteilung von Chlor zwecks Sterilisierung des Wassers in einem Aquädukt handelt, wenn also nicht unter Druck stehendes Wasser zur Verfügung steht, sondern eine der Durchflussmenge des Aquäduktes proportionale Chlorabgabe erwünscht ist.
Der Apparat wird ein für allemal über eine mit einem Pfropfen 15 verschliessbare Öffnung mit einer nur wenig oder überhaupt nicht flüchtigen Flüssigkeit bis zu irgendeinem Niveau A gefüllt. Der Apparat kann durch Entfernen eines Pfropfen 16 entleert werden.
Wenn man hiebei an den Schwimmer ein Gewicht von der Grösse P anhängt, das, dem Schwimmergewicht hinzugefügt, eine Belastung ergibt, die gleich ist dem unter das Niveau N versenkten Schwimmervolumen, dann wird der Schwimmer durch die Flüssigkeit nicht getragen und die Klappe 2 befindet sich in Schliessstellung.
Ist jedoch das hinzugefügte Gewicht kleiner als P, dann hat der Schwimmer die Tendenz, sich so weit zu heben, bis der im Innern der Glocke durch das Abfliessen des Gases durch den Durchlass 5 zustandekommende Druckabfall, multipliziert mit der Fläche des Horizontalschnittes des Schwimmers 3, die Auftriebskraft sowohl des Schwimmers als auch des Gewichtes kompensiert.
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Jeder Grösse des Gewichtes entspricht somit eine ganz bestimmte Gasausströmmenge.
Dem jeweiligen Zweck entsprechend, kann das Gewicht durch eine einheitliche Masse, durch einen mehr oder weniger mit Flüssig- keit gefüllten Behälter oder durch einen Schwim- mer gebildet sein.
Handelt es sich um die mittels Chlor durch- zuführende Entkeimung des Wassers eines
Aquäduktes, dann kommt das in Fig. 3 darge- stellte Ausführungsbeispiel in Betracht. Man ordnet am Boden des Aquäduktes ein Wehr 17 an, und hängt am Schwimmer 3 ein Gewicht 18 derart auf, dass sein unteres Ende in gleicher Höhe wie das Niveau B des Wehres 17 zu liegen kommt.
Wenn über das Wehr 17 kein Wasser fliesst, dann wirkt das Gewicht 18 in vollem Ausmass auf den Schwimmer 3 ein. Die Grösse des Gewichtes ist derart gewählt, dass sie gleich ist dem unter dem Niveau N gelegenen Tauchvolumen des Schwimmers, vermindert um das Gewicht des letzteren. Die Klappe 2 befindet sich in
Schliessstellung.
Fliesst nun über das Wehr 17 Wasser, dann hebt sich das Niveau, und das Wasser umgibt das Gewicht 18 in einem Ausmass, das dem Wasseranstieg entsprechend immer grösser wird. Die Wirkung des Gewichtes wird somit durch dessen Eintauchvolumen vermindert, und der Schwimmer 3 einer Vertikalkraft unterworfen, die gleich ist diesem Tauchvolumen, wodurch sich die Klappe 2 öffnet, bis der im Schwimmer zufolge des Abströmens des Gases durch den Durchlass 5 zustandekommende Druckabfall, multipliziert mit der Fläche des Horizontalschnittes des Schwimmers, wieder gleich ist dem Tauchvolumen des Schwimmers 3 und des Gewichtes 18, vermindert um die Gewichtsgrösse dieser Teile.
Der im Durchlass 5 auftretende Druckverlust ergibt hiebei eine Verschiedenheit des Flüssigkeitsstandes ausserhalb und innerhalb des Schwimmers 3, was zur Folge hat, dass die auf den Schwimmer 3 von der im Gehäuse 4 enthaltenen Flüssigkeit ausgeübte Kraft sich noch vergrössert, dass also die Auftriebskraft des Schwimmers 3 nicht konstant ist.
Diese Auftriebskraft kann man nun dadurch praktisch konstant halten, dass man den der Flüssigkeit unter dem Schwimmer 3 zur Verfügung stehenden Raum wesentlich grösser bemisst als den ihr ausserhalb gebotenen Raum, wodurch eine ausserhalb der Glocke stattfindende Niveauänderung im Innern eine vernachlässigbare Niveauverlagerung zur Folge hat.
Es ist indessen möglich, die in Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Schwimmerformen beizubehalten, allerdings unter der Voraussetzung, dass dies bei der Formgebung des Gewichtes entsprechend berücksichtigt wird.
Die über das Wehr 17 abfliessende Wassermenge ist proportional der Wasserhöhe über der Wehrkrone, unter Mitberücksichtigung eines der jeweiligen Wehrfbrm Rechnung tragenden
Exponenten a".
Anderseits ist die über den Durchlass 5 ab- strömende Gasmenge proportional der Quadrat- wurzel der Differenz, die durch Verminderung der Summe der Tauchvolumen des Schwimmers 3 und des Gewichtes 18 um die Summe der Eigen- gewichte dieser Teile erhalten wird. Daraus folgt, dass zwischen Gasmenge und Flüssigkeitsmenge dann Proportionalität bestehen wird, wenn man dem Gewicht 18 eine solche Form gibt, dass die Quadratwurzel der Differenz, die durch Verminderung der Summe der Tauchvolumen des Schwimmers 3 und des Gewichtes. M um die Summe der Eigengewichte dieser Teile erhalten wird, immer proportional ist dem Exponenten "a" der über dem Wehr 17 befindlichen Flüssigkeitshöhe.
Das Gehänge 19 des Schwimmers 18 ist in einer Hülse 20 untergebracht, die einem Entweichen des Gases in den Aussenraum vorbeugt und deren unteres Ende in das unter dem Niveau B des Wehres 17 befindliche Wasser eintaucht, um solcherart einen hydraulischen Abschluss zu bilden. Das Gas kann in das zu entkeimende Wasser mittels eines perforierten Tauchrohres oder einfacher mittels einer auf der Abflussseite des Wehres 17 unterhalb der Flutwelle mündenden Rohrleitung 21 eingeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gasdosierapparat mit in Form einer Glocke ausgebildetem, im Innern eines mit einer Flüssigkeitszuleitung versehenen Gehäuses angeordnetem Schwimmer, mittels welchem die Gas- abströmmenge steuerbar ist, gekennzeichnet durch einen kalibrierten Durchlass (5), durch den das in das Gehäuse (4) eingeführte Gas von dort aus unter den glockenförmigen Schwimmer (3) geleitet wird, so dass die Differenz der im Gehäuse (4) und unter dem Schwimmer (3) herrschenden Drücke immer gleich ist der Differenz des Tauchvolumens des Schwimmers und des Gewichtes desselben.