DE102020101850A1

DE102020101850A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Mikrodosieren von Prüfmedien

Info

Publication number: DE102020101850A1
Application number: DE102020101850.9A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2020-01-27
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2021-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dosiervorrichtung zum Microdosieren von Medien.

Description

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Mikrodosierung, insbesondere für die Prüfung der Degradation eines Adsorptionsmittels durch unerwünschte Substanzen. In einem Prüfstand wird unter realistischen Betriebsbedingungen das Adsorptionsmittel mit definierten Stoffkonzentrationen beaufschlagt. Hierzu ist es notwendig, dass diese Konzentrationen, die sehr gering sind, möglichst genau und reproduzierbar einstellbar sind.
Die herkömmlichen Mikro-Dosiereinrichtungen arbeiten entweder mit einem oder mehreren Kolben/Membranen (1, links), oder mit einer Druck-zeit-Dosierung (1, erechts) mit einem Absperrventil. Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, dass es ein oder mehrere Totvolumina vorhanden sind. In der geforderten Anwendung ist besonders die Auslassstelle kritisch, weil diese Stelle technisch bedingt nicht beliebig klein sein kann und thermisch beaufschlagt wird. Somit wird die Reproduzierbarkeit und die Dosiergenauigkeit negativ beeinflusst. Es kann sogar zu ungewollten Austritt der zu fördernden Substanz kommen, was im Sinne des nachgeschalteten Prozesses, in den eindosiert wird, strickt zu vermeiden ist. Zusätzlich sind marktverfügbare Systeme relativ kostenintensiv, komplex und meistens nicht kompakt genug, um in diese Applikation integriert zu werden.
Halbwegs genaue Dosierpumpen sind aktuell kaum marktverfügbar und entsprechend teuer.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Mikroliter genauen Dosierung.
Erfindungsgemäß erfolgt dies durch eine medium-freie Zuleitung (6) außerhalb des Dosiermittels in das Dosierziel (7).
Die Injektion der Stoffkonzentrationen geschieht erfindungsgemäß mit 4 hintereinander geschalteten 3/2 Wege-Ventilen, einem definierten Volumen, sowie einer Spülgasversorgung (z.B. Luft oder Stickstoff). Die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung ist sehr genau und kann zudem sehr kompakt und kostengünstig realisieren werden.
Dadurch ergibt sich folgendes VerfagrenProzessreihenfolge. Die Orientierung und Integration der Ventile darf dabei keine Totvolumina in der Strecke mit definiertem Volumen (5) aufweisen.
Die Erfindung wird anhand der 2 bis 5 beschrieben.
Schritt 1 (Figur 2):
Die Umwälzpumpe (2) läuft kontinuierlich. Das Ventil V1 ist so geschaltet, dass das Medium vom Vorratsbehälter (1) nur über das Bypassventil (8) zurück zum Vorratsbehälter (1) gefördert wird. Durch die Ansaugung im unteren Bereich des Vorratsbehälters (1) ist sichergestellt das nur die flüssige Phase gefördert wird. Der Vorratsbehälter (1) muss zum Spülen der Ventile und Leitungen zur Umgebung offen sein. Die Ventile V1 bis V4 werden so geschaltet, dass das Spülgas (4) durch alle Ventile (V1 bis V4) und Leitungen strömt, um mögliche Restanteile an Medium in den Vorratsbehälter (1) zurück zu führen.
Schritt 2 (Figur 3):
Die Ventile (V1 bis V4) werden so geschaltet, dass die Spülgasversorgung (4) geschlossen ist. Dadurch kann das Medium aus dem Vorratsbehälter (1) durch die Ventile (V1 bis V4) und alle korrespondierenden Verbindungsleitungen mit Ausnahme der Bypassstrecke (8) gefördert werden und das definierte Volumen zwischen Ventil 2 und 3 wird gefüllt. Um sicherzustellen, dass sich in diesem Volumen kein Spülgas befindet, wird dieser Prozessschritt über einen entsprechend langen Zeitraum ausgeführt.
Schritt 3 (Figur 4):
Die Ventile (V1) und (V2) werden so geschaltet, dass das Spülgas durch die Ventile (V2), (V3) und (V4) in den Vorratsbehälter (1) strömen kann, um diese Strecke von Medienrückständen zu befreien. Hierbei wird die Strecke mit dem definierten Volumen (5) und die Zuleitung zum Dosierziel (6) ausgespart und nicht gespült.
Dieser Prozessschritt wird solange ausgeführt, bis sichergestellt ist, dass sich keine Medienrückstände mehr in den Ventilabschnitten und den korrespondierenden Verbindungsleitungen befindet.
Schritt 4 (Figur 5):
Die Ventile (V1 bis V4) werden so geschaltet, dass das Medium in der Strecke mit definiertem Volumen (5) mittels des Spülgases (4) zum Dosierziel (7) transportiert und dem nachgeschalteten Prozess der Funktionseinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Bei Bedarf kann der Prozessablauf erneut starten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist wie folgt aufgebaut. Die Ventile (V1-V4) werden mit entsprechenden Flanschflächen auf einer Platte verschraubt, die mit entsprechenden Bohrungen und Kanälen versehen ist, um die zu fördernden Medienströme (5,6,9) innerhalb der Dosiereinrichtung zu erlauben. Speziell das zwischen den zwei Ventilen eingeschlossene definierte Dosiervolumen (5) muss sehr genau im Zusammenspiel mit den Verbindungen zu den Ventilen abgestimmt werden. Alle anderen Volumina von Kanälen, Verbindungselementen und Kanülen (6,9), in denen der Medienstrom gefördert wird sind bezogen auf Ihr Volumen unkritisch, es sollten aber nur geringste Reste des geförderten Mediums an den Wandungen verbleiben. Das gesamte Setup sollte möglichst frei von Totvolumina sein.
Die Dosiereinrichtung kann durch Ihren Aufbau auf einer Verteilplatte mit integrierten Strukturen für die Medienströme einfach temperiert werden (Heizen und Kühlen). Die Platte kann z.B. durch Ankopplung eines Peltierelementes einfach mit einer Temperierung versehen werden, eine Integration von Temperatursensoren ist ebenfalls einfach möglich.
In diesem Applikationsbeispiel wird die Mikrodosiereinheit bestehend aus den vier Ventile (V1-V4) durch ein Umlaufkreis (1,2,8, anteilig 9) realisiert. Der Umlaufvolumenstrom ist dabei um Größenordnungen (10... 1000) höher als der Beladungsstrom / Spülstrom, um einen blasenfreien Medienstrom in die und keine Beeinflussung der Mikrodosiereinheit zu ermöglichen.
Der am Ventil V1 anliegende Druck zum Austreiben des Mediums aus dem definierten Volumen (5) kann während des Austreibens konstant geregelt werden oder durch ein entsprechendes Profil beaufschlagt werden.

Claims

Dosiervorrichtung mit einer Pumpe und Ventilen zum Dosieren eines Mediums aus einem Medien-Vorratsbehälter sowie mit einer Zuleitung zum Zuleiten des Mediums zu einem Dosierziel, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung eine Medien-Rückleitung und eine Spülgasversorgung umfasst und dass ein oder mehrere Umschaltventile vorgesehen sind, die so geschaltet sind, dass zumindest die Zuleitung mit der Spülgasversorgung verbindbar ist.
Verfahren zumBetreiben einer Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte - die Pumpe (2) läuft kontinuierlich, das Ventil V1 ist so geschaltet, dass das Medium vom Vorratsbehälter (1) nur über das Bypassventil (8) zurück zum Vorratsbehälter (1) gefördert wird, - die Ventile V1 bis V4 werden so geschaltet, dass das Spülgas (4) durch alle Ventile (V1 bis V4) und Leitungen strömt, um mögliche Restanteile an Medium in den Vorratsbehälter (1) zurück zu führen; - die Ventile (V1 bis V4) werden so geschaltet, dass die Spülgasversorgung (4) geschlossen ist; - die Ventile (V1) und (V2) werden so geschaltet, dass das Spülgas durch die Ventile (V2), (V3) und (V4) in den Vorratsbehälter (1) strömen kann, um diese Strecke von Medienrückständen zu befreien, solange, bis sichergestellt ist, dass sich keine Medienrückstände mehr in den Ventilabschnitten und den korrespondierenden Verbindungsleitungen befindet; - die Ventile (V1 bis V4) werden so geschaltet, dass das Medium in der Strecke mit definiertem Volumen (5) mittels des Spülgases (4) zum Dosierziel (7) transportiert und dem nachgeschalteten Prozess der Funktionseinrichtung zur Verfügung gestellt wird.