DE10016154C2 - Method and arrangement for introducing substances or substance mixtures into gases or liquids - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Eintrag von Substanzen oder Substanzgemischen in gasförmige oder flüssige Transport- oder Prozessmedien nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 13.The invention relates to a method and an arrangement for the introduction of substances or mixtures of substances in gaseous or liquid transport or process media according to the preamble of claims 1 and 13, respectively.
Für technische Prozesse, sowie zur gezielten Stimulation biologischer Rezeptoren, ist es erforderlich, Substanzen in ein gasförmiges oder flüssige Transport- oder Prozessmedium einzutragen, wobei eine homogene Verteilung der in das Transport- resp. Prozessmedium einzubringenden Substanzen und eine Regelmöglichkeit für die eingetragenen Quantitäten erforderlich sind. Als Nebenbedingung, vor allem bei der Stimulation biologischer Rezeptoren, ist zudem ein Regelbereich der Quantität, der in ein Transport- oder Prozessmedium einzutragenden Substanzen über mehrere Größenordnungen, sowie die Möglichkeit zur Generierung auch kurzer Impulse der Substanz im Transport- resp. Prozessmedium erforderlich.For technical processes as well as for the targeted stimulation of biological receptors it is necessary to transport substances into a gaseous or liquid Enter process medium, with a homogeneous distribution of the in the transport or. Process medium to be introduced and a control option for the registered quantities are required. As a secondary condition, especially with the Stimulation of biological receptors is also a control range of quantity, which in one transport or process medium substances to be entered over several Orders of magnitude, as well as the possibility of generating even short impulses Substance in the transport resp. Process medium required.
Das Problem des Stoffeintrages in ein Transport- resp. Prozessmedium wird derzeit durch einfache Vermischung, Vernebelung über Düsensysteme oder Ultraschallver nebelung aus der flüssigen Phase oder, für den Fall des Eintrages von Flüssigkeiten mit bei Arbeitstemperatur hinreichendem Dampfdruck in Gase, über Verdunstungs systeme gelöst. Die Dosierung der Substanz und der Eintrag in das Transport- resp. Prozessmedium erfolgen hierbei in einem Schritt durch Ausnutzung eines einzigen physikalischen Effektes. Hierbei ist die Möglichkeit zum impulsartigen Eintrag von Substanzen in das Transport- oder Prozessmedium nicht oder nur mit erheblichem nachfolgenden Steuer- und Regelaufwand gegeben.The problem of material input into a transport or. Process medium is currently through simple mixing, atomization via nozzle systems or ultrasonic ver Fog from the liquid phase or, in the event of the entry of liquids with sufficient vapor pressure in gases at working temperature, via evaporation systems solved. The dosage of the substance and the entry in the transport resp. Process media are carried out in one step by using a single one physical effect. Here is the possibility of impulsive entry of Substances in the transport or process medium not or only with considerable subsequent tax and regulatory expenses.
Der Nachteil bekannter Methoden zum Stoffeintrag in Medien besteht somit darin, daß eine instantane, quantifizierbare und reproduzierbare Vermengung über einen weiten Bereich von Mischungsverhältnissen 'per se' nicht, oder nur mit größerem meßtechnischen bzw. regeltechnischem Aufwand realisiert werden kann, da physikalische Wechselwirkungen zwischen der einzutragenden Substanz und dem Transport- resp. Prozessmedium (z. B. bei verschiedenen Temperaturen der Stoffe) sowie Veränderungen der Umgebungsbedingungen (bei Gasen z. B. Feuchte und Druck) einen störenden Einfluß auf das Mischungsverhalten ausüben können. Für eine näherungsweise quantitative Mischung müssen in der Regel die physiko chemischen Parameter der einzutragenden Substanz und des Transport- resp. Prozessmediums während der Substanzeinbringung erfasst werden, resp. eine entsprechende Vorrichtung muß vor dem Betrieb mit diesen Daten über den gewünschten Arbeitsbereich und für alle zu erwartenden Umgebungsbedingungen kalibriert werden.The disadvantage of known methods for introducing substances into the media is therefore that an instantaneous, quantifiable and reproducible mixture over a wide range Range of mixing ratios 'per se' not, or only with a larger one Metrological or control engineering effort can be realized because physical interactions between the substance to be entered and the Transport resp. Process medium (e.g. at different temperatures of the substances) as well as changes in the ambient conditions (with gases e.g. moisture and Pressure) can have a disruptive influence on the mixing behavior. For An approximate quantitative mix usually needs the physico chemical parameters of the substance to be entered and the transport resp. Process medium are recorded during the substance application, respectively. a the corresponding device must be operated with this data before desired work area and for all expected environmental conditions be calibrated.
Die Schrift DE 43 38 585 A1 betrifft eine Injektordüse zur Erzeugung luftgefüllter Flüssigkeitstropfen, mit einem Dosier-Düsenelement, einer darauf folgenden, mit einer Luftansaugöffnung versehenen Mischkammer zur Erzeugung eines Flüssigkeit-Luft- Gemisches sowie mit einem Austrittselement.The document DE 43 38 585 A1 relates to an injector nozzle for generating air-filled Drops of liquid, with a dosing nozzle element, one following, with one Mixing chamber provided for air intake to generate a liquid-air Mixture as well as with an outlet element.
Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Durchmischung von Substanzen in einem Gas sind in der Schrift WO 86/04 263 A1 beschrieben.Method and device for increasing the mixing of substances in a gas are described in the document WO 86/04 263 A1.
Die Schrift DE 19 17 926 A offenbart ein Verfahren zur Feinverteilung fließfähiger Medien ineinander, bei dem eine Schalldruckpumpe eingesetzt wird.The document DE 19 17 926 A discloses a method for the fine distribution of flowable media into each other, in which a sound pressure pump is used.
Die Schrift DE 197 05 364 C2 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sprühverteilen bzw. dispersen Einbringen einer kleinen Menge Dosierflüssigkeit in eine im Verhältnis hierzu große Menge Hauptflüssigkeit.The document DE 197 05 364 C2 relates to a method and a device for spray distribution or disperse introduction of a small amount of dosing liquid in relation to this large amount of main fluid.
In den genannten Fällen soll die Durchmischung der Medien optimal gestaltet werden; eine quantitativ reproduzierbare Vermengung der Eintragsubstanzen über einen weiten Bereich des Mischungsverhältnisses lässt sich jedoch offensichtlich nicht erreichen.In the cases mentioned, the mixing of the media should be optimally designed; a quantitatively reproducible mixing of the input substances over a wide range the mixing ratio obviously cannot be achieved.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur instanten, quantifizier- und reproduzierbaren Vermengung der Eintragsubstanzen und Transportmedien über einen weiten Bereich von Mischungsverhältnissen zu schaffen.The invention was based on the object of a method and an arrangement for instantaneous, quantifiable and reproducible mixing of the input substances and transport media over a wide range of mixing ratios create.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Ausgestaltungen der Merkmale der Ansprüche 1 und 13 wieder.This object is achieved by the method having the features of claim 1 and Arrangement for performing the method with the features of claim 13 solved. The subclaims give useful features of the features Claims 1 and 13 again.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, daß der quantitative Eintrag und die Vermengung (mindestens) bimodal erfolgen. Es wird mittels mindestens einem Feindosiersystem (Injektor), in der Art wie es bei Piezo-Druckköpfen, Heizelement- Druckköpfen oder Düsensystemen mit vorangeschaltetem Pumpsystem oder anderen Mikrodosierpumpen verwandt wird, die Menge der einzubringenden Substanz in definierten und reproduzierbaren Einheiten der kleinsten vorteilhaften Dosierschritte auf eine Vorrichtung (Homogenisator) geleitet, welche die einzutragende Substanz homogen in dem Transport- resp. Prozessmedium verteilt.The method according to the invention is based on the quantitative entry and the Mixing (at least) is bimodal. It is done using at least one Fine dosing system (injector), in the way it is with piezo printheads, heating element Printheads or nozzle systems with an upstream pump system or others Microdosing pumps are used, the amount of the substance to be introduced defined and reproducible units of the smallest advantageous dosing steps passed to a device (homogenizer) containing the substance to be entered homogeneous in the transport resp. Process medium distributed.
Hierbei kann der Injektor von dem Homogenisator getrennt sein, oder kann mit diesem eine Einheit bilden. Der Homogenisator kann in Anpassung an die physikochemischen Erfordernisse der einzubringen Substanz bzw. des Transport- resp. Prozessmedium als (Ultra-)Schallschwinger, elektromagnetischer Strahler (z. B. Wärme, Mikrowellen, Licht), als Teilchenquelle oder als Kombination dieser mechanischen, elektromagnetischen und korpuskularen Anregung ausgelegt sein. Der physikalische Effekt des Energieeintrages des Homogenisators kann auch durch eine chemische Reaktion mit dem Homogenisator erfolgen. Hierbei "titriert" der Injektor das Reagenz in den Homogenisator, wo erst das Produkt entsteht, welches in die Gasphase übergeht; das führt zu einem Verbrauch des reaktiven Homogenisators. In Abhängigkeit der physikochemischen Parameter der einzutragenden Substanz, sowie des Transport- resp. Prozessmediums kann eine Beheizung der Wandungen des Gefäßes oder Raumes, in dem der Eintrag erfolgt, vorgesehen sein, um einen Niederschlag an den Wandungen der Vorrichtung zu minimieren.In this case, the injector can be separated from the homogenizer, or can be with form a unit. The homogenizer can be adapted to the physicochemical requirements of the substance to be introduced or the transport resp. Process medium as (ultra) sound transducer, electromagnetic radiator (e.g. Heat, microwaves, light), as a particle source or as a combination of these mechanical, electromagnetic and corpuscular excitation. The physical effect of the energy input from the homogenizer can also be caused by there is a chemical reaction with the homogenizer. Here the "titrates" Injector the reagent into the homogenizer, where the product that is in the gas phase passes; this leads to a consumption of the reactive homogenizer. Depending on the physicochemical parameters of the substance to be entered, as well as the transport resp. Process medium can heat the walls of the vessel or space in which the entry is made to be provided To minimize precipitation on the walls of the device.
Erfindungsgemäß wird die Konzentration der impulsartig einzutragenden Substanz im Transport- resp. Prozessmedium durch die Taktfrequenz des Injektors und/oder durch Rekrutierung weiter Injektoren gesteuert. Durch den gequantelten, digitalen Charakter dieser Steuerung ergibt sich eine besonders einfache Möglichkeit zur Anbindung dieses Verfahrens zum Eintrag von Substanzen in Gase oder Flüssigkeiten an digitale Steuersysteme.According to the invention, the concentration of the substance to be entered in pulses Transport resp. Process medium through the clock frequency of the injector and / or through Further injectors controlled. Due to the quantized, digital character this control provides a particularly simple option for connection this procedure for the entry of substances in gases or liquids to digital Control systems.
Der diskontinuierliche, gequantelte Substanzeintrag ermöglicht zudem in Abhängigkeit von der Grenzfrequenz des/der Injektoren die Generierung definierter, kurzer Substanzpulse im Trägermedium.The discontinuous, quantized substance entry also allows depending the generation of defined, short, from the limit frequency of the injectors Substance pulses in the carrier medium.
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet den weiteren Vorteil, daß durch den bimodalen Charakter eine Veränderung der Parameter des Injektors oder des Homogenisators möglich ist, ohne zwangsläufig auch die Parameter des Homogenisators oder des Injektors verändern zu müssen. Hierdurch sind z. B. Anpassungen an wechselnde Umgebungsbedingungen (Temperatur, Druck, Viskosität) bei Beibehaltung der Quantitäten möglich.The inventive method has the further advantage that bimodal character a change in the parameters of the injector or the Homogenizer is possible without necessarily the parameters of the To have to change the homogenizer or the injector. This z. B. Adaptation to changing environmental conditions (temperature, pressure, Viscosity) possible while maintaining the quantities.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens ist es möglich, durch den Homogenisator oder in einem dem Homogenisator nachgeschalteten Schritt die einzutragende Substanz in einer für die weitere Prozessierung vorteilhaften Weise zu aktivieren (z. B. Aktivierung durch ultraviolete Strahlung) oder z. B. durch Kühlung die ggf. durch den Homogenisator aktivierte einzutragende Substanz wieder zu deaktivieren.In an advantageous embodiment of this method, it is possible to use the Homogenizer or in a step downstream of the homogenizer substance to be entered in a manner advantageous for further processing activate (e.g. activation by ultraviolet radiation) or e.g. B. by cooling the any substance to be introduced activated by the homogenizer deactivate.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens ist es möglich, die Menge der eingetragenen Substanz mittels eines Sensors (z. B. für den Eintrag von Substanzen in Gase) zu quantifizieren und über eine geeignete, auf den/die Injektor(en) rückwirkende Schaltung, einen präzisen Substanzeintrag zu verifizieren. Hierfür würde sich beispielsweise der in DE 44 23 289 C1 beschriebene Gassensor eignen.In a further advantageous embodiment of this method, it is possible to Amount of substance entered using a sensor (e.g. for the entry of Substances in gases) and quantify them using a suitable method Injector (s) retroactive circuit to verify a precise substance entry. This would be the gas sensor described in DE 44 23 289 C1, for example suitable.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist es zudem möglich mit mehreren substanzspezifischen einzelnen Injektoren resp. Gruppen von derartigen Injektoren sowie einem für alle Injektoren resp. Gruppen von Injektoren wirksamen Homogenisator oder mit unterschiedlichen, injektorspezfischen resp. für Gruppen von Injektoren spezifischen Homogenisatoren definierte Gemische unterschiedlicher Substanzen in ein Transport- oder Prozessmedium einzubringen, wobei auch in diesem Fall eine subsequente Aktivierung der Substanzen in einer für die weitere Prozessierung vorteilhaften Weise erfolgen kann.In a further advantageous embodiment of the method, it is also possible with several substance-specific individual injectors resp. Groups of such Injectors and one for all injectors resp. Effective groups of injectors Homogenizer or with different, injector-specific fish resp. for groups of Injectors specific homogenizers defined mixtures of different Introducing substances into a transport or process medium, also in in this case a subsequent activation of the substances in one for the further Processing can be done advantageously.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind ein oder mehrere Injektorsystem(e) und ein oder mehrere Homogenisator(en) in dem betreffenden Gefäß oder Raum angeordnet, wobei dem/den Injektorsystem(en) die einzutragende(n) Sustanz(en) und dem Gefäß oder Raum das Transport- bzw. Prozeßmedium zugeführt wird/werden. In den Unteransprüchen sind verschiedene Ausführungsformen für den Injektor und für den Homogenisator angegeben.In the arrangement according to the invention, one or more injector system (s) and one or more homogenizer (s) in the relevant vessel or room Arranged, the injector system (s) to be entered the sustanz (s) and the transport or process medium is / are supplied to the vessel or space. In the subclaims are different embodiments for the injector and specified for the homogenizer.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum quantitativen Eintrag von Substanzen in gasförmige oder flüssige Transport- oder Prozessmedien über einen weiten Bereich der Mischungsverhältnisse sowie mit der Möglichkeit den Substanzeintrag ohne großen gerätemäßigen Aufwand auch impulsförmig gestatten zu können, ist für technische Prozesse sowie zur gezielten Stimulation biologischer Rezeptoren von großem Vorteil.The inventive method for the quantitative entry of substances in Gaseous or liquid transport or process media over a wide range the mixing ratios as well as with the possibility of substance entry without To be able to allow large expenditure in terms of equipment also on a pulse basis is for technical processes as well as for the targeted stimulation of biological receptors of great advantage.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Anordnung näher beschrieben.The method according to the invention is shown schematically in the drawing shown arrangement described in more detail.
Eine Anordnung zum Eintrag von Duftstoffen (ätherische Öle) in Luft verfügt über mindestens einen Injektor 1 zur Dosierung der einzutragenden Duftstoffe aus einem Substanzreservoir 2, sowie einen Homogenisator 3 zur homogenen Verteilung der einzutragenden Substanz 4 im Transportmedium Luft 5.An arrangement for the introduction of fragrances (essential oils) into air has at least one injector 1 for metering the fragrances to be introduced from a substance reservoir 2 , and a homogenizer 3 for the homogeneous distribution of the substance 4 to be introduced in the transport medium air 5 .
Eine Steuereinheit 6 erzeugt die mit den gewünschten Substanzkonzentrationen korrelierende Ansteuerfrequenz für den Injektor 1. Bei der Verwendung mehrerer Injektoren (z. B. bei der Komposition mehrerer Duftstoffe resp. komplexer Gerüche) verfügt die Vorrichtung über eine übergeordnete Steuereinheit 7, welche vor Erreichen der Grenzfrequenz eines einzelnen Injektors 1 die erforderliche Frequenz zur Erreichung einer gewünschten Substanzkonzentration auf mehrere Steuereinheiten 6 und deren zugehörige Injektoren, bzw. die zur Generierung komplexer Gerüche erforderlichen Substanz-Mischungsverhältnisse als Steuerbefehl an die Steuereinheit verteilt. Die Steuereinheiten 6, 7 können auch als Steuerprogramm zur Ansteuerung von Treiberstufen für die Injektoren ausgeführt sein. Bei Verwendung mehrerer Injektoren 1 kann auch eine spezielle Steuereinheit resp. ein Steuerprogramm die Rekrutierung der Injektoren gezielt gestalten.A control unit 6 generates the control frequency for the injector 1 which correlates with the desired substance concentrations. When using several injectors (e.g. when composing several fragrances or complex smells), the device has a higher-level control unit 7 which, before reaching the cutoff frequency of an individual injector 1, has the frequency required to achieve a desired substance concentration on several control units 6 and their associated injectors, or the substance / mixture ratios required to generate complex odors, are distributed as a control command to the control unit. The control units 6 , 7 can also be designed as a control program for controlling driver stages for the injectors. When using several injectors 1 , a special control unit or. a control program specifically designed the recruitment of the injectors.
Die Anordnung verfügt optional über einen Detektor 8, der in dem Gemisch 9 von einzutragender Substanz im Transport- resp. Prozessmedium eine Konzentrations bestimmung der einzutragenden Substanz vornimmt und bei Abweichung vom vorgesehenen Wert unmittelbar auf die Ansteuerung 6, 7 des Injektors bzw. der Injektoren einwirkt.The arrangement optionally has a detector 8 , which in the mixture 9 of substance to be introduced in the transport or. Process medium makes a concentration determination of the substance to be entered and acts on the control 6 , 7 of the injector or the injectors in the event of a deviation from the intended value.
Es kann desweiteren eine Aktivierungseinheit 10 vorgesehen sein, die in dem Gemisch 9 von einzutragender Substanz im Transport- resp. Prozessmedium eine weitere Aktivierung der eingetragenen Substanz, z. B. durch Bestrahlung, Kühlung oder Erwärmung, vornimmt.An activation unit 10 can also be provided, which in the mixture 9 of substance to be introduced in the transport or. Process medium a further activation of the registered substance, e.g. B. by radiation, cooling or heating.
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