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Vorrichtung zur geregelten Volumenmessung verflüssigter Gase Die Erfindung
bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen zur Abgabe von verflüssigten Gasen und
insbesondere auf Vorrichtungen zur Abgabe von volumetrisch gemessenen Mengen eines
Gases in flüssigem Zustand. Im speziellen Falle befaßt sich die Erfindung mit einer
Vorrichtung zur Abgabe eines normalerweise gasförmigen Stoffes aus einem Behälter
für das verflüssigte Gas, welches unter einem Druck gehalten wird, der mindestens
gleich seinem kritischen Druck ist, wobei die Vorrichtung eine durch eine bewegliche
Trennwand in zwei Teilkammern geteilte Pumpenkammer und einen Ventilmechanismus
zur abwechselnden Füllung einer Teilkammer mit dem Stoff unter gleichzeitigem Ablassen
des Stoffes aus der anderen zuvor gefüllten Teilkammer aufweist.
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Das Problem der Abgabe genau abgemessener Mengen eines normalerweise
gasförmigen Stoffes war bisher sehr schwierig zu lösen. Um eine ausreichende Genauigkeit
zu erzielen, muß dieser Stoff volumetrisch in flüssigem Zustand gemessen werden.
Hierbei ist es sehr leicht möglich, daß ein Teil des zu messenden Stoffes in den
gasförmigen Zustand übergeht und dadurch Fehler in der Messung auftreten.
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Es sind Vorrichtungen zur Erzielung einer positiven Abgabe mit Hilfe
einer Meßpumpe zur Steuerung des Durchflusses flüssigen Chlors und zur Abgabe desselben
in Gasform bekannt. Hierzu ist es erforderlich, den Druck von Chlor zu erhöhen,
wenn es durch die Pumpe geleitet wird, so daß auf der Abgabeseite der Pumpe ein
höherer Druck vorhanden ist als auf der Einlaßseite. Bei derartigen Ausführungsbeispielen
ist es auch erforderlich, einen getrennten Pumpenantrieb vorzusehen, der von einer
getrennten Energiequelle betätigt wird, um das flüssige Chlor zu messen.
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Weiter ist es bekannt, bei einer Einrichtung zur Messung von Flüssigkeiten
im Wechselbetrieb jeweils eine bestimmte Menge an Flüssigkeit abzunehmen.
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Eine derartige Einrichtung besteht beispielsweise aus einer Kammer
mit zwei Membranen, wie sie auch bei der Vorrichtung nach der Erfindung verwendet
werden. Eine derartige Einrichtung mit einer Druckkammer reicht jedoch in vielen
Anwendungsfällen nicht aus, um eine wirksam arbeitende Abgabevorrichtung zu erhalten.
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Gemäß der Erfindung ist der Behälter in einer Höhe über der Pumpenkammer
angeordnet, die ausreicht, um einen statischen Druck hervorzurufen, der den Druckunterschied
zwischen Behälter und Pumpenkammer überwindet und dazu beiträgt, den Stoff
während
des Füllens jeder Kammer in flüssigem Zustand zu halten.
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Die Erfindung stellt ein System zur genauen Messung von im flüssigen
Zustand befindlichen Gasen dar, wobei der Druck der Flüssigkeit die Energie für
den Meßvorgang liefert und wobei bewegliche Teile, die Buchsen, wasserdichte Verschlüsse
u. dgl. erfordern und die Apparatur zur Abgabe des verflüssigten Gases komplizieren
und verteuern würden, gänzlich fehlen. Durch einfache Handgriffe oder eine automatische
Steuerung kann das Volumen der pro Hub gemessenen Flüssigkeit, die Frequenz der
Hübe und die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit bei jedem Hub gemessen wird,
eingestellt werden.
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Die Abgabe eines normalerweise gasförmigen Materials mit Hilfe einer
genauen volumetrischen Messung im flüssigen Zustand erlaubt eine sehr genaue Kontrolle
der dem Verfahren zugeführten Gasmenge.
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Bei Versuchen, das gasförmige Material in gasförmigem Zustand volumetrisch
zu messen, stellt die Kompressibilität eine Veränderliche dar, die schwer zu erfassen
ist und die Genauigkeit der Messung herabsetzt. Bei Messung des Gases in flüssigem
Zustand jedoch umgeht man das Problem der Kompressibilität weitgehend, da Flüssigkeiten
zwar in einem bestimmten Maße kompressibel sind, jedoch für die
meisten
Zwecke als imkompressibel angesehen werden können. In allen Fällen unterscheidet
sich ihre Kompressibilität so sehr von der des Stoffes im gasförmigen Zustand, daß
die Genauigkeit einer volumetrischen Messung dadurch nicht beeinträchtigt wird.
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Beispiele von für die Erfindung besonders geeigneten Gasen sind flüssiges
Ammoniak, flüssiges Schwefeldioxyd, flüssiges Chlor usw. Flüssiges Ammoniak z. B.
kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung volumetrisch in flüssigem Zustand
gemessen werden, wenn man das Ammoniak Verteilungssystemen, wie z. B. Berieselungsanlagen
oder an einem Traktor montierten Düsen, zuführt. Dabei wird das Ammoniak in den
Verteilungsrohren oder an den Düsen mit Wasser gemischt. Die hohe Löslichkeit des
Ammoniaks begünstigt die Anwendung dieses Verfahrens zur Düngung.
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Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte Methode zur Behandlung
von Kesselwasser. Bisher war es üblich, Natriumsulfit in Wasser zu lösen und das
Wasser mit einer Volumenmeßpumpe in den Kessel zu pumpen. Das Natriumsulfit wurde
zur chemischen Beseitigung von restlichem gelöstem Sauerstoff, der von der mechanischen
Entlüftung herrührte, verwendet. Das Natriumsulfit reagiert mit dem gelösten Sauerstoff
unter Bildung von Natriumsulfat. Das hat den Nachteil, daß eine Lösung in einem
chemischen Mischtank vorhanden sein muß, daß man außerdem genügende Vorkehrungen
treffen muß, um eine vorzeitige Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft zu verhindern,
bevor man die Lösung dem Kesselwassersystem zuführt.
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Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung kann man flüssiges Schwefeldioxyd
direkt von einem Vorratsb eh älter volumetrisch abgemessen entnehmen und dem Kesselwasser
an dem Speicherraum einer entlüfteten Heizung oder an der Saugseite der Kesselpumpe
zuführen. Das dann gasförmige Schwefeldioxyd löst sich sofort im Wasser an der Stelle,
wo es gebraucht wird, und macht die Verwendung von Lösungstanks und eine zusätzliche
Handhabung des Schwefeldioxyds überflüssig. Außerdem hat dieses System den Vorteil,
daß weniger gelöste feste Stoffe dem Kesselwasser zugefügt zu werden brauchen als
bei Zufügung von Natriumsulfit, da das Schwefeldioxyd mit dem Wasser unter Bildung
von schwefliger Säure reagiert. Oft ist es erwünscht, die Alkalinität des Kesselwassers
zu vermindern. Die Bildung von schwefliger Säure hat zusätzlich den Vorteil, daß
sie nicht nur den restlichen Sauerstoff beseitigt, sondern auch diesen Zweck erfüllt.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
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In der Figur ist ein System dargestellt, in dem ein Gas in flüssigem
Zustand in einem Behälter 10 vorgesehen ist. Der Gasdruck in der Behälter 10 ist
normalerweise höher als der kritische Druck des Stoffes, damit der Stoff seinen
flüssigen Zustand beibehält.
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Der Behälter 10 ist oberhalb des Abgabesystems angeordnet. Er erzeugt
einen statischen Druck, der von der Höhe der Flüssigkeitssäule über der Zone abhängig
ist, in welcher der Stoff in flüssigem Zustand in volumetrisch gemessenen Einheiten
abgegeben werden soll. Auf diese Weise steht die Flüssigkeit in einem Ablaßrohr
22 unter einem Einlaßdruck Pi, der gleich der Summe der beiden obengenannten Drücke
ist.
Mathematisch wird der Einlaßdruck durch die folgende Gleichung wiedergegeben: Pi=Pc+Ph
(1) wo Pc nicht niedriger ist als der kritische Druck des Gases und P der statische
Druck des flüssigen Gases ist.
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Das Gas im flüssigen Zustand strömt vom Behälter 10 durch die Röhre
22 und ein Steuerventil 13 zu einer Pumpenkammer 12, die durch eine bewegliche Trennwand
16, 17, 18 in bekannter Weise zur volumetrischen Messung der gewünschten Mengen
des flüssigen Materials in zwei Teilkammern 12 a und 12 b geteilt ist. Man erreicht
die Abgabe von volumetrisch gemessenen Mengen des flüssigen Materials, indem man
die Summe der obengenannten Drücke zum Hin- und Herschieben der beweglichen Trennwand
16, 17, 18 benutzt. Wenn das Steuerventil 13 die gezeichnete Stellung einnimmt,
bewirkt die Summe der Drücke, daß die Flüssigkeit aus dem Behälter 10, der Röhre
22 und dem Durchgang 13 a so lange in ein Rohr 25 fließt, bis die Teilkammer 12a
gefüllt ist. Wenn die bewegliche Trennwand 16, 17, 18 ihre Endstellung erreicht,
ist die Teilkammer 12 a vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Diese Teilkammer, deren
Volumen für eine bestimmte Einstellung der Vorrichtung konstant und bekannt ist,
bestimmt die volumetrisch gemessene Menge des Materials in flüssigem Zustand, die
an die Auslaßleitung 15 abgegeben wird. Wenn die Teilkammer 12 b, die dasselbe Volumen
wie die Teilkammer 12 a hat, zuvor mit Gas in flüssigem Zustand gefüllt war, wird
durch die Bewegung der Seite 16 der Trennwand 16, 17, 18 gegen die Wand der Kammer
12 eine Gasvolumen, das einem dem Rauminhalt der Teilkammer 12 b gleichen Flüssigkeitsvolumen
entspricht, der Auslaßleitung 15 über das Rohr 28, die Verbindung 13 b des Ventils
13, das Rohr 29 und das Druckverminderungsventil 11 zugeführt. Wenn die Bewegung
der Trennwand 16, 17, 18 abgeschlossen ist, hat sich das Steuerventil 13 um 900
gedreht und dadurch die Verbindungen 13 a und 13 b zwischen dem BehälterlO und den
Rohren25 und 28 ausgewechselt. Auf diese Weise wird von da an die Summe der Drücke
dazu verwendet, durch das Rohr 28 die Teilkammer 12 b zu füllen und gleichzeitig
eine Gasmenge, welche im flüssigen Zustand das gleiche Volumen hat wie die Teilkammer
12 a, aus der Teilkammer 12 a in die Auslaßleitung 15 zu drängen.
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Der Auslaßdrnck P0 in der Röhre 29 wird durch die folgende Gleichung
wiedergegeben: Po Pi Pg (2) wobei Pd das Druckgefälle im System bedeutet.
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Durch die an sich bekannte, geteilte Kammer 12 und ein Steuerventil
13 wird das Gas während der Messung in flüssigem Zustand gehalten und fließt in
einem gemessenen Strom bei vermindertem Druck aus dem Rohr 29 in die Auslaßleitung
15. Das Rohr 29 kann direkt ins Freie münden. Es ist jedoch vorteilhaft, ein Druckreduzierventil
11 an der Auslaßseite der Kammer 12 zwischen Rohr 29 und Auslaßleitung 15 anzuordnen,
um die Druckdifferenz zwischen Pi und PO zu regeln. Durch das Konstanthalten dieser
Druckdifferenz wird eine zwangläufige Betätigung der beweglichen Trennwand 16, 17,
18 erreicht.
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Die Kammer 12 kann z. B. in bekannter Weise durch eine einzige Membran
in zwei Teilkammern 12 a und 12 b zerlegt werden, und die bewegliche Trennwand,
die von der Summe der beiden Drücke betätigt wird, kann beliebig ausgebildet werden.
In der Figur besitzt sie nach einer ebenfalls bekannten Ausführungsform zwei biegsame
Membranen 16 und 17, die voneinander durch eine nicht kompressible Flüssigkeit 18
getrennt werden, deren Volumen zwischen den Membranen 16 und 17 so einstellbar ist,
daß die Teilkammern 12a und 12 b bestimmte Volumina haben. Wenn z. B. eine Einstellvorrichtung
mit einem mit Gewinde versehenen Teil 21 nach rechts bewegt wird, wird das Volumen
einer Justierkammer 20 vermindert und die darin befindliche Flüssigkeit 18 in den
Zwischenraum zwischen die Trennwände 16 und 17 gedrückt. Wenn das Volumen zwischen
den Trennwänden 16 und 17 anwächst, verringert sich das maximale Volumen der Teilkammern
12 a und 12 b um einen entsprechenden Betrag. Wird das mit Gewinde versehene Teil
21 nach links bewegt, vergrößert sich das Volumen der Justierkammer und damit das
maximale Volumen jeder zur Volumenmessung vorgesehenen Teilkammer 12 a und 12 b.
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Eine Zwischenwand 23 wird vorzugsweise bei der Volumen-Einstellvorrichtung
vorgesehen, um ein Undichtwerden an dem mit Gewinde versehenen Teil 21 zu verhindern.
Die oben beschriebene Einstellung des Teiles 21 kann von Hand oder automatisch geschehen.
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Das Druckverminderungsventil 11 ist ebenfalls verstellbar. Es hält
den Druck zwischen sich und der biegsamen Trennwand in der Pumpenkammer 12 konstant
auf einem eingestellten Wert, der unter dem Druck des verflüssigten Gasvorrates
im Zylinder 10 liegt. Das bewirkt, daß eine entsprechende Druckdifferenz zwischen
Eintritts- und Austrittsstelle der Membranpumpenkammer 12 herrscht, so daß der Druck
am Eingang die Energie für die Pumptätigkeit liefert und so daß die große Genauigkeit
bei der Abgabe des verflüssigten Gases erhalten bleibt. Das Druckverminderungsmittel
11 regelt den Druck, mit welchem das verflüssigte Gas in das Ablaßrohr 15 eintritt,
und regelt außerdem die Geschwindigkeit der Membran 16, 17, 18 bei ihrer Bewegung
von einer Seite der Pumpenkammer zur anderen. Ist eine schnelle Bewegung der Membran
erforderlich, wird das Ventil 11 so eingestellt, daß eine hohe Druckdifferenz zwischen
den beiden Teilkammern der Pumpenkammer 12 herrscht. Spielt hingegen die Bewegungsgeschwindigkeit
der Membran keine Rolle, kann man mit Hilfe des Ventils 11 eine niedrigere Druckdifferenz
einstellen, was außerdem die Lebensdauer der beweglichen Trennwand erhöht. Das Druckvemlin-
derungsventil
11 wird je nach Bedarf von Hand oder automatisch eingestellt.
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Das Steuerventill3 weist in der Darstellung getrennte Durchflüsse
13 a und 13 b auf und ist ein Vierwegventil. Es ist hier in einer vereinfachten
Form dargestellt, kann aber auch z. B. hin- und hergehend oder rotierend ausgebildet
sein. Der bewegliche Teil des Ventils 13 läßt sich von Hand betätigen, um den Pumpenzyklus
zu wiederholen. Vorzugsweise wird es aber automatisch betrieben und von einem Signal
gesteuert, das von der Stelle geliefert wird, der das verflüssigte Gas zugeführt
wird. Die Anordnung zur Betätigung des Steuerventils 13 ist schematisch durch die
Einrichtung 30 dargestellt, die als Zeitschalter das Steuerventil 13 in bestimmten
Zeitabständen betätigt oder als Meßinstrument od. dgl. ausgebildet sein kann.
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Der von dem Behälter 10 herrührende Druck wird somit nicht nur der
Trennwand 16, 17, 18 zugeführt, sondern hält auch das Gas bei seinem Durchgang durch
die Pumpenkammer 12 in flüssigem Zustand.
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Danach kann es je nach Bedarf als Flüssigkeit oder als Gas weitergeleitet
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