DE112021003102T5 - Molar-übertragungsvorrichtung - Google Patents

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DE112021003102T5
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Peter M. Willis
Bradley R. Rush
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Leco Corp
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Verwendung in analytischen Instrumenten bereitgestellt, die eine kontinuierliche Übertragung einer bekannten molaren Gasmenge von einer Quelle mit einem unbekannten Gasgemisch und variierendem Druck bereitstellt. Zusätzlich zu den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Pfaden typischer Strömungssteuervorrichtungen hat die Vorrichtung einen Mittelstrompfad, um ein Trägergas mit einem bekannten erhöhten Druck einzuführen. Die Vorrichtung hat mindestens drei Ballastbehälter mit gleichem Volumen und eine Ventilanordnung, um die Ballaste zyklisch durch mindestens drei Zustände zu leiten: füllen, ausbalancieren und leeren. Die Ballaste füllen sich mit dem stromaufwärtigen Gas, werden unter Druck gesetzt und auf den Mittelstromdruck ausbalanciert und entleeren sich zum stromabwärtigen Pfad. Der Zyklus jedes Ballasts ist zeitlich in Phasenbeziehung zu den anderen Ballasten getaktet, um den Strom relativ ununterbrochen zu halten; während einer füllt, gleicht sich ein anderer aus und ein anderer entleert sich.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Molar-Übertragungsvorrichtungen und insbesondere auf eine Molar-Übertragungsvorrichtung für einen Elementaranalysator.
  • Die Bestimmung von Elementen wie Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff in einem organischen Material ist aus zahlreichen Gründen wünschenswert. In den letzten Jahren interessierte sich der Lebensmittelmarkt für die Bestimmung der Proteinmenge in einer Probe, die durch den Stickstoffgehalt bestimmt werden kann. Daher ist die Bestimmung von Stickstoff wichtig, um nützliche Informationen für den Ernährungsmarkt bereitzustellen. Das Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis ist bei der Charakterisierung von Kohle- und Koksproben wünschenswert, ebenso wie die Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffverhältnisse in einer Vielzahl anderer organischer Materialien. Elementaranalysatoren werden daher seit einiger Zeit für diese und andere Anwendungen eingesetzt.
  • Bei derzeitigen Elementaranalysatoren kann ein Verbrennungs- oder Reduktionsofen zum Verbrennen oder Reduzieren eines Probenmaterials vorgesehen sein, so dass die dadurch erzeugten Verbrennungsgase analysiert werden können. Ein solches Analysesystem ist im US-Patent Nr. 7,070,738 beschrieben, das auf den vorliegenden Rechtsnachfolger übertragen wurde. US-Patent Nr. 7,497,991; 4.622.009; 6,291,802; und 6,270,727 offenbaren ebenfalls Komponenten eines Verbrennungssystems.
  • Einige Elementaranalysatoren haben ein Trägergas, das durch ihren Verbrennungs- oder Reduktionsofen strömt und die Gase mit sich führt, die sich mit unbekannten Raten aus dem Probenmaterial entwickeln. An anderen Stellen entlang des Strömungswegs werden ausgewählte Gase entfernt oder umgewandelt. Es ist oft notwendig oder wünschenswert, die Strömungsraten in Bereichen stromabwärts von solchen Ereignissen zu steuern, wo die relativen Konzentrationen der Gasbestandteile unbekannt sind und variieren. Schwankungen in der Gaszusammensetzung verursachen Probleme bei herkömmlichen Durchflussreglern, die darauf angewiesen sind, dass mindestens eine Gaseigenschaft wie Viskosität oder Wärmeleitfähigkeit konstant ist. Diese Eigenschaften ändern sich, wenn sich das Gasgemisch ändert, wodurch die Durchflussrate beeinflusst wird.
  • Das US-Patent Nr. 4,525,328 beschreibt einen Analysator, der auf einen Versuch verzichtet, die Strömungsrate zu steuern, sondern stattdessen die Verbrennungsgase von einer Probenverbrennung in einem großen Ballastbehälter sammelt. Die minimale Sauerstoffdurchflussrate, die zur Unterstützung der Verbrennung erforderlich ist, und die längste Probenverbrennungszeit bestimmen die erforderliche Größe des Ballasts. Bei Proben, die eine kürzere Verbrennungszeit erfordern, ist die Verbrennung abgeschlossen, lange bevor der Ballast eingefüllt ist. Der Rest des Ballasts ist mit teurem hochreinem Sauerstoffträgergas gefüllt, das die Analysegase verdünnt und die Nachweisgrenzen verschlechtert. Nach dem Füllen wird das Gefäß ausbalanciert und ein Aliquot wird von seinem Inhalt zur weiteren Analyse stromabwärts entnommen. Der Ballast wird dann entleert und gespült. Die Analysezeit kann bei einigen Proben zwei- bis viermal länger sein als die Brennzeit. Dieses Verfahren liefert ein wiederholbares Ergebnis, leidet jedoch unter Empfindlichkeit, Kosten und Geschwindigkeit.
  • Das US-Patent Nr. 9,435,758 offenbart ein bidirektionales Ballastsystem, das die Ballastidee erweitert, indem eine Seite eines kleineren Ballastvolumens zyklisch gefüllt wird, während die andere Seite geleert wird. Dieser Ansatz reduziert den Gasverbrauch, die Verdünnung und die Analysezeit, erlaubt jedoch nicht, dass sich die Gase vor dem Entleeren gründlich mischen, und der Ballastdruck variiert aufgrund des vorgeschalteten Verbrennungsereignisses, was zu einer geringen Genauigkeit führt.
  • Bei dem Versuch, Verbrennungsgase mit konstanten Raten zu übertragen, wurden verschiedene Pumpen verwendet. Schwankungen im Gasgemisch und daraus resultierende Änderungen der Gasviskosität führen jedoch zu Schwankungen des Druckabfalls im Pumpeneinlass. Aus diesem Grund und aufgrund von Druckschwankungen übertragen die Pumpen während der Analyse Gas mit unterschiedlichen Raten.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die offenbarte Erfindung überwindet die obigen Beschränkungen des Übertragens einer bekannten molaren Gasmenge, wenn die stromaufwärtige Quelle ein unbekanntes Gasgemisch mit variierendem Druck aufweist. Das Gerät hat drei Gasöffnungen: stromaufwärts, stromabwärts und Mittelstrom. Der Mittelstrompfad führt ein Trägergas mit einem erhöhten Druck im Vergleich zum stromaufwärtigen Druck ein. Die Vorrichtung weist mindestens drei befüllbare Ballaste und eine Ventilanordnung auf, um die drei Gasströme zyklisch zu den Ballasten zu leiten. Es ist auch ein Mittel vorgesehen, um die Vorrichtungstemperatur entweder zu messen oder zu steuern.
  • Jeder Ballast durchläuft mindestens drei Zustände: gefüllt, ausbalanciert und leer. Die Ballaste werden in Phasenbeziehung zueinander zirkuliert, so dass die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ströme relativ ununterbrochen sind. Im Füllzustand füllt Gas aus dem stromaufwärtigen Pfad den Ballast. Im ausbalancierten Zustand setzt das Trägergas den Ballast auf ein reproduzierbares Niveau unter Druck, während sich Gase im Ballast mischen. Im Endzustand wird der Ballastinhalt in den nachgeschalteten Pfad entleert.
  • Das ideale Gasgesetz gibt an, dass die Anzahl der pro Zyklus der Vorrichtung übertragenen Mole unabhängig von der Gasmischung bekannt ist, wenn Druck, Temperatur und Volumen bekannt sind.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Molar-Übertragungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend: einen Ballastmechanismus, umfassend: einen ersten Ballastzylinder, einen im ersten Ballastzylinder vorgesehenen passiven Kolben, der den ersten Ballastzylinder in einen ersten Ballast und einen zweiten Ballast unterteilt, eine erste Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem ersten Ballast strömt und eine zweite Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt. Die Molar-Übertragungsvorrichtung umfasst ferner: eine Ventilvorrichtung, umfassend: einen Ventilkörper mit einer stromaufwärtigen Gasöffnung, einer Mittelstrom-Gasöffnung und einer stromabwärtigen Gasöffnung und ein in dem Ventilkörper enthaltenes Ventil, das mit der ersten Ballastöffnung und der zweiten Ballastöffnung gekoppelt ist, um sequenziell: (a) Gas von der stromaufwärtigen Ballastöffnung in den ersten Ballast zu leiten, während der zweite Ballast in die stromabwärtige Ballastöffnung entleert wird, (b) die erste Ballastöffnung mit der Mittelstrom-Gasöffnung zu koppeln, um das Gas im ersten Ballast auszubalancieren, (c) Gas von der stromaufwärtigen Gasöffnung in den zweiten Ballast zu leiten, während der erste Ballast in die stromabwärtige Gasöffnung entleert wird, und (d) die zweite Ballastöffnung mit der Mittelstrom-Gasöffnung zu koppeln, um das Gas in dem zweiten Ballast auszubalancieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Molar-Übertragungsvorrichtung bereitgestellt, die einen Ballastmechanismus und ein Drehventil umfasst. Der Ballastmechanismus umfasst: einen ersten Ballastzylinder, einen im ersten Ballastzylinder vorgesehenen passiven Kolben, der den ersten Ballastzylinder in einen ersten Ballast und einen zweiten Ballast unterteilt, eine erste Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem ersten Ballast strömt, und eine zweite Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt. Das Drehventil umfasst: einen Ventilkörper mit einer zylindrischen Bohrung in Verbindung mit einer stromaufwärtigen Gasöffnung, eine Mittelstrom-Gasöffnung und eine stromabwärtige Gasöffnung, eine rotierende zylindrische Kammer, die in der zylindrischen Bohrung positioniert ist, um sich darin zu drehen, wobei die rotierende zylindrische Kammer eine erste axiale Öffnung, eine zweite axiale Öffnung, eine dritte axiale Öffnung, eine erste radiale Öffnung in Verbindung mit der ersten axialen Öffnung, eine zweite radiale Öffnung in Verbindung mit der zweiten axialen Öffnung und eine dritte radiale Öffnung in Verbindung mit der dritten axialen Öffnung aufweist, wobei eine äußere zylindrische Wand der rotierenden Kammer von der Innenwand der zylindrischen Bohrung beabstandet ist, um zu ermöglichen, dass die erste radiale Öffnung, die zweite radiale Öffnung und die dritte radiale Öffnung mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung bzw. der stromabwärtigen Gasöffnung in Verbindung stehen, unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer, wobei eine erste Ventilendkappe eine erste Kappenöffnung, die mit der ersten Ballastöffnung verbunden ist und sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine zweite Kappenöffnung beinhaltet, die mit der zweiten Ballastöffnung verbunden ist und sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer anderen von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung ausgerichtet zu sein, und einen Motor zum Drehen der rotierenden zylindrischen Kammer in verschiedene Rotationspositionen, um zu ändern, welche von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung mit der ersten Kappenöffnung und der zweiten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl der erste als auch der zweite Ballast sequenziell mit Gas aus dem stromaufwärtigen Gasstrom gefüllt, mit dem Mittelstrom-Gasstrom ausbalanciert und in den stromabwärtigen Gasstrom entleert werden, wobei, wenn der erste Ballast gefüllt wird, der zweite Ballast geleert wird und wenn der zweite Ballast gefüllt wird, der erste Ballast geleert wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Molar-Übertragungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend einen Ballastmechanismus, umfassend: einen ersten Ballastzylinder, einen im ersten Ballastzylinder vorgesehenen passiven Kolben, der den ersten Ballastzylinder in einen ersten Ballast und einen zweiten Ballast unterteilt, eine erste Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem ersten Ballast strömt, und eine zweite Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt. Die Molar-Übertragungsvorrichtung umfasst ferner ein Drehventil, umfassend: einen Ventilkörper mit einer zylindrischen Bohrung; eine rotierende zylindrische Kammer, die in der zylindrischen Bohrung positioniert ist, um sich darin zu drehen, wobei die rotierende zylindrische Kammer eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung, eine dritte Öffnung, eine vierte Öffnung in Verbindung mit der ersten Öffnung, eine fünfte Öffnung in Verbindung mit der zweiten Öffnung und eine sechste Öffnung in Verbindung mit der dritten Öffnung aufweist, wobei die rotierende zylindrische Kammer ein erstes Ende und ein zweites Ende am gegenüberliegenden Ende des Zylinders aufweist, wobei sich die ersten, zweiten und dritten Öffnungen am ersten Ende öffnen und die vierten, fünften und sich sechsten Öffnungen am zweiten Ende öffnen, das zweite Ende eine erste ringförmige Nut in Verbindung mit der vierten Öffnung und einer von einer stromaufwärtigen Gasöffnung, einer Mittelstrom-Gasöffnung und einer stromabwärtigen Gasöffnung unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer aufweist, das zweite Ende ferner eine zweite ringförmige Nut in Verbindung mit der fünften Öffnung und einer anderen von der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung umfasst, unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer, sich die sechste Öffnung in einer Mitte des zweiten Endes öffnet und in Verbindung mit noch einer anderen der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung steht; eine erste Ventilendkappe eine erste Kappenöffnung, die sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine zweite Kappenöffnung beinhaltet, die sich nach innen erstreckt, um mit einer anderen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung in Abhängigkeit von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer ausgerichtet zu sein; und einen Motor zum Drehen der rotierenden zylindrischen Kammer in verschiedene Rotationspositionen, um zu ändern, welche von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung mit der ersten Kappenöffnung und der zweiten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl die erste Kappenöffnung als auch die zweite Kappenöffnung sequenziell mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung verbunden sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ballastmechanismus: einen ersten Ballastzylinder; einen im ersten Ballastzylinder vorgesehenen passiven Kolben, der den ersten Ballastzylinder in einen ersten Ballast und einen zweiten Ballast unterteilt; eine erste Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem ersten Ballast strömt; eine zweite Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt; einen zweiten Ballastzylinder; einen zweiten passiven Kolben, der in dem zweiten Ballastzylinder vorgesehen ist, der den zweiten Ballastzylinder in einen dritten Ballast und einen vierten Ballast unterteilt; eine dritte Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt; und eine vierte Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem vierten Ballast strömt.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Drehventil bereitgestellt, umfassend: einen Ventilkörper mit einer zylindrischen Bohrung in Verbindung mit einer stromaufwärtigen Gasöffnung, einer Mittelstrom-Gasöffnung und einer stromabwärtigen Gasöffnung; eine rotierende zylindrische Kammer, die in der zylindrischen Bohrung positioniert ist, um sich darin zu drehen, wobei die rotierende zylindrische Kammer eine erste axiale Öffnung, eine zweite axiale Öffnung, eine dritte axiale Öffnung, eine erste radiale Öffnung in Verbindung mit der ersten axialen Öffnung, eine zweite radiale Öffnung in Verbindung mit der zweiten axialen Öffnung und eine dritte radiale Öffnung in Verbindung mit der dritten axialen Öffnung darin aufweist, eine äußere zylindrische Wand der rotierenden Kammer, die von der Innenwand der zylindrischen Bohrung beabstandet ist, um zu ermöglichen, dass die erste radiale Öffnung, die zweite radiale Öffnung und die dritte radiale Öffnung mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung bzw. der stromabwärtigen Gasöffnung in Verbindung stehen, unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer; eine erste Ventilendkappe eine erste Kappenöffnung, der sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine zweite Kappenöffnung beinhaltet, die sich nach innen erstreckt, um mit einer anderen der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung in Abhängigkeit von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer auszurichten; und einen Motor zum Drehen der rotierenden zylindrischen Kammer in verschiedene Rotationspositionen, um zu ändern, welche von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung mit der ersten Kappenöffnung und der zweiten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl die erste Kappenöffnung als auch die zweite Kappenöffnung sequenziell mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung verbunden sind.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Drehventil bereitgestellt, umfassend: einen Ventilkörper mit einer zylindrischen Bohrung; eine rotierende zylindrische Kammer, die in der zylindrischen Bohrung positioniert ist, um sich darin zu drehen, wobei die rotierende zylindrische Kammer eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung, eine dritte Öffnung, eine vierte Öffnung in Verbindung mit der ersten Öffnung, eine fünfte Öffnung in Verbindung mit der zweiten Öffnung und eine sechste Öffnung in Verbindung mit der dritten Öffnung aufweist, wobei die rotierende zylindrische Kammer ein erstes Ende und ein zweites Ende am gegenüberliegenden Ende des Zylinders aufweist, sich die ersten, zweiten und dritten Öffnungen am ersten Ende öffnen und sich die vierten, fünften und sechsten Öffnungen am zweiten Ende öffnen, das zweite Ende eine erste ringförmige Nut in Verbindung mit der vierten Öffnung und einer von einer stromaufwärtigen Gasöffnung, einer Mittelstrom-Gasöffnung und einer stromabwärtigen Gasöffnung unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer aufweist, das zweite Ende ferner eine zweite ringförmige Nut in Verbindung mit der fünften Öffnung und einer anderen von der stromaufwärtigen Gasöffnung, der mittleren Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung umfasst, unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer, sich die sechste Öffnung in einer Mitte des zweiten Endes öffnet und in Verbindung mit noch einer anderen der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung steht; eine erste Ventilendkappe eine erste Kappenöffnung, der sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine zweite Kappenöffnung beinhaltet, die sich nach innen erstreckt, um mit einer anderen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung in Abhängigkeit von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer ausgerichtet zu sein; und einen Motor zum Drehen der rotierenden zylindrischen Kammer in verschiedene Rotationspositionen, um zu ändern, welche von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung mit der ersten Kappenöffnung und der zweiten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl die erste Kappenöffnung als auch die zweite Kappenöffnung sequenziell mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung verbunden sind.
  • Diese und andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung davon zusammen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen:
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Molar-Übertragungsvorrichtung;
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Ballastmechanismus, der in der in 1 gezeigten Molar-Übertragungsvorrichtung verwendet wird;
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Drehventils, das in der in 1 gezeigten Molar-Übertragungsvorrichtung verwendet wird;
    • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer rotierenden zylindrischen Kammer, die in dem in 3 gezeigten Drehventil verwendet wird;
    • 5 ist eine perspektivische Teilquerschnittsansicht des in 3 gezeigten Drehventils;
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Ventilkörpers, der in dem in 3 gezeigten Drehventil verwendet wird;
    • 7A bis 7H sind schematische Ansichten der in 1 gezeigten Molar-Übertragungsvorrichtung in einer Folge von Betriebszyklen;
    • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen Drehventils, das in der in 1 gezeigten Molar-Übertragungsvorrichtung verwendet werden kann;
    • 9 ist eine perspektivische Teilquerschnittsansicht des in 8 gezeigten Drehventils;
    • 10 ist eine perspektivische Teilquerschnittsansicht des in 8 gezeigten Drehventils;
    • 11 ist eine perspektivische Ansicht einer rotierenden zylindrischen Kammer, die in dem in 8 gezeigten Drehventil verwendet wird;
    • 12 ist eine perspektivische Ansicht der in 11 gezeigten rotierenden zylindrischen Kammer;
    • 13 ist eine Unteransicht der in 11 gezeigten rotierenden zylindrischen Kammer;
    • 14 ist eine Querschnittsansicht der in 11 gezeigten rotierenden zylindrischen Kammer entlang der Linie XIV-XIV;
    • 15 ist eine Querschnittsansicht der in 11 gezeigten rotierenden zylindrischen Kammer entlang der Linie XV-XV;
    • 16 ist eine perspektivische Explosionsansicht des in 8 gezeigten Drehventils;
    • 17 ist ein Blockdiagramm eines Elementaranalysators, der die in 1 gezeigte Molar-Übertragungsvorrichtung verwendet; und
    • 18 ist ein Diagramm, das eine Probenanalyse über die Zeit für eine Vorrichtung, die einen großen 4,5-Liter-Ballast verwendet, und eine Vorrichtung zeigt, die 200-ml-Ballast aufweist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter anfänglicher Bezugnahme auf 1 ist dort eine Molar-Übertragungsvorrichtung 10 gezeigt. In einer Ausführungsform wird die Molar-Übertragungsvorrichtung 10 in einem Elementarverbrennungsanalysator 200 (8) mit einem Sauerstoffträgergas verwendet. Die Molar-Übertragungsvorrichtung 10 weist einen Ballastmechanismus 20 mit mindestens einem ersten Ballastzylinder 21 mit einem beweglichen Kolben 23 auf. Der Kolben 23 teilt den ersten Ballastzylinder 21 in einzelne Ballaste, wodurch ein erster Ballast 25 und ein zweiter Ballast 26 bereitgestellt werden. Ein zweiter Ballastzylinder 22 kann mit einem beweglichen Kolben 24 vorgesehen sein, der den zweiten Ballastzylinder 22 in einen dritten Ballast 27 und einen vierten Ballast 28 unterteilt. Der erste und der zweite Ballastzylinder 21 und 22 können gleiche Volumina aufweisen.
  • Die Molar-Übertragungsvorrichtung 10 ist mit drei Gasströmen verbunden: einem stromaufwärtigen Gasstrom A, einem Mittelstrom-Gasstrom B und einem stromabwärtigen Gasstrom C. Ein Drehventil 50 wird verwendet, um die drei Ströme A, B und C zyklisch mit den vier Ballasten 25, 26, 27 und 28 zu verbinden. Die Molar-Übertragungsvorrichtung 10 kann in einem Ofen mit konstanter Temperatur angeordnet sein, so dass die molare Gasmenge, die pro Zyklus der Vorrichtung übertragen wird, konstant ist.
  • Beschreibung der Ballaste
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst der Ballastmechanismus 20 eine erste Ballastendkappe 30 und eine zweite Ballastendkappe 32 mit internen Düsen, um das in das Volumen eintretende Gas zu verteilen. Eine erste Ballastöffnung 33a ermöglicht, dass Gas in den und aus dem ersten Ballast 25 strömt, eine zweite Ballastöffnung 34a ermöglicht, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast 26 strömt, eine dritte Ballastöffnung 35a ermöglicht, dass Gas in den und aus dem dritten Ballast 27 strömt und eine vierte Ballastöffnung 36a ermöglicht, dass Gas in den und aus dem vierten Ballast 28 strömt. Die erste und dritte Ballastöffnung 33a und 35a verbinden die Düsen mit dem Äußeren der ersten Ballastendkappe 30, wo Verbinder 33 und 35 bereitgestellt sein können, um eine Verbindung mit dem Drehventil 50 herzustellen. Ähnlich verbinden die zweite und vierte Ballastöffnung 34a und 36a die Düsen mit dem Äußeren der zweiten Ballastendkappe 30, wo Verbinder 34 und 36 bereitgestellt sein können, um eine Verbindung mit dem Drehventil 50 herzustellen.
  • Die Kolbengeschwindigkeit wird durch die Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Pfad gesteuert. Wenn sich ein Kolben 23, 24 in einem Zylinder 21, 22 bewegt, füllt sich der Ballast 25, 27 auf einer Seite, während sich der Ballast 26, 28 auf der anderen Seite entleert. Der stromaufwärtige Druck wird relativ konstant gehalten, aber es wird erwartet, dass dieser Druck aufgrund des Verbrennungsereignisses etwas schwankt. Der Mittelstromträgerdruck wird genau auf einem Niveau über dem maximal erwarteten Stromaufwärtsdruck gehalten, so dass sein Druck immer den ausbalancierten Druck des Ballasts bestimmt. Es gibt eine einstellbare Begrenzung, wie etwa ein Proportionalventil, im stromabwärts gelegenen Weg, um die Kolbengeschwindigkeit und dadurch die gewünschte Füllrate der Molar-Übertragungsvorrichtung 10 zu steuern. Die Ventilsteuerung wird so bestimmt, dass die gewünschte molare Gasmenge pro Zeiteinheit übertragen wird. Der Drehventil 50 soll kurz nachdem ein Kolben 23, 24 sein Bewegungsende erreicht hat, umlaufen. Da der stromaufwärtige Druck während der Verbrennung schwankt, erreicht der Kolben 23, 24 möglicherweise nicht das Ende des Hubs, bevor das Ventil 50 getaktet ist. In der Ventilanordnung ist eine Einrichtung vorgesehen, die es dem Kolben 23, 24 ermöglicht, seine Bewegung während des ausbalancierten Zustands abzuschließen, ohne die molare Übertragungsrate der Vorrichtung 10 zu beeinträchtigen.
  • Die Ballaste 25, 26, 27 und 28 durchlaufen vier Zustände: Füllen, Ausbalancieren, Leeren und Warten. Der Drehventil 50 ordnet die Ballaste 25, 26, 27 und 28 in phasenweiser Beziehung zueinander an, so dass es immer eine Füllung, eine Ausbalancierung, eine Entleerung und eine Wartezeit gibt.
  • Die Ballastgröße wird durch die Sauerstoffströmungsrate bestimmt, die erforderlich ist, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten, und die Zeit, um die Gase gründlich zu mischen. Ein Analysator benötigt eine Sauerstoffflussrate von 5 l/min, und die Gase gelten nach 5 Sekunden als gemischt. Die kürzeste Verbrennung für diesen Analysator beträgt etwa 10 Sekunden, sodass das Volumen am Höhepunkt der Verbrennung mit etwa der Hälfte seiner Verbrennungsgase gefüllt ist, wodurch eine Überverdünnung vermieden wird. Das resultierende Ballastvolumen beträgt ca. 0,4 Liter. 5  lpm * 5   sec / 60 = 0,417  liter
    Figure DE112021003102T5_0001
  • Wenn ein großer Ballast (z.B. 4,5 Liter) verwendet wird, um alle Produkte eines länger andauernden Verbrennungsereignisses zu sammeln, kann der Ballast größer als nötig sein, wenn ein Verbrennungsereignis kürzer ist, was dann zu einer Verdünnung der gesammelten Gase durch das Trägergas (typischerweise hochreiner Sauerstoff) führt. Durch Ersetzen des einzelnen großen Ballasts durch kleinere Ballaste (z.B. 200 bis 400 ml) kann eine Verdünnung verhindert und die Menge an teurem Sauerstoff reduziert werden.
  • Die Kolben 23 und 24 können aus einem reibungsarmen Material hergestellt sein, so dass keine Dichtungen oder Fett an den Kolben benötigt werden. Dies reduziert die Wartungskosten.
  • Beschreibung des Drehventils
  • Das Drehventil 50 wird verwendet, um Gas zyklisch zwischen den drei Strömen A, B und C und den vier Ballasten 25, 26, 27 und 28 zu leiten. Wie in den 1, 3 und 5 gezeigt, besteht das Drehventil 50 aus einer rotierenden zylindrischen Kammer 60, einem Ventilkörper 70, einer ersten Ventilendkappe 80, einer zweiten Ventilendkappe 90, einer ersten Enddichtung 85, einer zweiten Enddichtung 95, Rotationsdichtungen 71, 72, 73, 74 und einem Motor 98.
  • Wie in 4 gezeigt, hat die rotierende zylindrische Kammer 60 flache Endflächen 61 und 62 mit drei inneren axialen Öffnungen 63, 64 und 65, die sich axial über die Länge der Kammer 60 erstrecken, um sich an beiden Kammerflächen 61 und 62 zu öffnen. Die axialen Öffnungen 63, 64 und 65 befinden sich in einem festen Radius von der Mitte der Flächen 61 und 62 und sind in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Ein Kanal 66, 67 auf jeder Zylinderfläche 61 und 62 verlängert die dritte axiale Öffnung 65 zu der vierten 90°-Position 68. Dieses Merkmal ermöglicht es einem Kolben 23 und 24, seine Bewegung während des Ausbalancierungszustands, falls erforderlich, abzuschließen. In der Mitte einer Zylinderfläche 61 befindet sich ein nicht kreisförmiges Merkmal 69, das dazu ausgelegt ist, mit einer ähnlich geformten passenden Kupplung auf einer Welle des Motors 98 in Eingriff zu treten.
  • Wie in den 4 und 5 gezeigt, schneiden drei radiale Öffnungen 63a, 64a und 65a in der Seitenwand der Kammer die drei axialen Öffnungen 63, 64 bzw. 65. Die radialen Öffnungen 63a, 64a und 65a sind in beabstandeter Beziehung entlang der Länge der zylindrischen Kammer 60 angeordnet und fluchten mit ähnlich beabstandeten Öffnungen 75, 76 und 77 auf dem Ventilkörper 70, die mit den drei Gaspfaden A, B bzw. C verbunden sind. Die Anordnung ermöglicht, dass Gas, das in die radiale Öffnung 63a oder 64a eintritt, zu jeder Kammerendfläche 61, 62 strömt, und dass Gas, das die radiale Öffnung 65a verlässt, von jeder Kammerendfläche 61, 62 strömt.
  • Der Ventilkörper 70 weist eine große zylindrische Bohrung 78 auf, um die rotierende Kammer 60 aufzunehmen. Drei radiale Öffnungen 75, 76 und 77 in dem Ventilkörper 70 fluchten mit den drei radialen Öffnungen 63a, 64a und 65a an der Kammer 60 und haben ein Mittel zum Verbinden mit den drei Gasströmen A, B, C. Es gibt vier Rotationsdichtungen 71, 72, 73, 74, die entlang der Länge der Bohrung 78 angeordnet sind, um die drei radialen Öffnungen 63a, 64a und 65a gegeneinander und gegen die äußere Umgebung abzudichten. Diese Rotationsdichtungen 71, 72, 73, 74 zentrieren auch die Kammer 60 innerhalb der Bohrung 78. Die Bohrung 78 ist so ausgelegt, dass sie es den drei Gasströmen ermöglicht, leicht zwischen dem Inneren des Ventilkörpers 70 und der rotierenden Kammer 60 zu strömen. Auf diese Weise kann stromaufwärtiges Gas unabhängig von der Rotationsposition der Kammer 60 von der ersten radialen Öffnung 75 des Ventilkörpers 70 zur ersten radialen Öffnung 63a und somit zur ersten axialen Öffnung 63 der Kammer 60 strömen, Mittelstrom-Gas kann von der zweiten radialen Öffnung 76 des Ventilkörpers 70 zur zweiten radialen Öffnung 64a und somit zur zweiten axialen Öffnung 64 der Kammer 60 strömen, und stromabwärtiges Gas kann von der dritten axialen Öffnung 65 zu der dritten radialen Öffnung 65a und zu der dritten radialen Öffnung 77 des Ventilkörpers 70 strömen.
  • Die rotierende zylindrische Kammer 60 wird axial durch die erste Ventilendkappe 80 und die zweite Ventilendkappe 90 gehalten, die beide an dem Ventilkörper 70 befestigt sind. Wie in den 1 und 3 gezeigt, weist die erste Ventilendkappe 80 eine erste Kappenöffnung 81 und eine zweite Kappenöffnung 82 an Stellen auf, die mit einer der axialen Öffnungen 63, 64 und 65 der rotierenden Kammer60 verbunden sind. In ähnlicher Weise weist die zweite Ventilendkappe 90 eine dritte Kappenöffnung 91 und eine vierte Kappenöffnung 92 an Stellen auf, die mit einer der axialen Öffnungen 63, 64 und 65 der rotierenden Kammer 60 verbunden sind. Die Kappenöffnungen 81, 82, 91, 92 sind 90° voneinander entfernt angeordnet, und die Kappenöffnungen 81 und 82 an der ersten Ventilendkappe 80 nehmen Positionen ein, die 180° von den Kappenöffnungen 91 und 92 an der zweiten Ventilendkappe sind 90. Auf diese Weise können die axialen Öffnungen 63 und 64 jeweils nur mit einer Kappenöffnung 81, 82, 91, 92 ausgerichtet werden. Die Kappenöffnungen 81, 82, 91, 92 erstrecken sich zu einer Außenseite der Kappen 80 und 90, wo Verbinder 33, 34, 35 und 36 bereitgestellt sind, um die vier Kappenöffnungen 81, 82, 91, 92 mit den vier Ballasten 25, 26, 27 und 28 zu verbinden. Insbesondere ist, wie in 1 gezeigt, die erste Kappenöffnung 81 durch einen ersten Verbinder 33 mit der ersten Ballastöffnung 33a und somit dem ersten Ballast 25 verbunden. Die dritte Kappenöffnung 91 ist durch einen zweiten Verbinder 34 mit der zweiten Ballastöffnung 34a und somit dem zweiten Ballast 26 verbunden. Die zweite Kappenöffnung 82 ist durch einen dritten Verbinder 35 mit der dritten Ballastöffnung 35a und somit dem dritten Ballast 27 verbunden. Die vierte Kappenöffnung 92 ist durch einen vierten Verbinder 36 mit der vierten Ballastöffnung 36a und somit dem vierten Ballast 28 verbunden.
  • Der Motor 98 ist an einer der Ventilendkappen 80, 90 gesichert. Wie in den 3 bis 5 gezeigt, gibt es ein Loch 69b (3) in der ersten Ventilendkappe 80, das mit einem Loch 69a in der ersten Enddichtung 85 (5) ausgerichtet ist, damit die Motorwelle durch die nicht kreisförmige Öffnung 69 in der Mitte der rotierenden Kammer 60 (4 und 5) hindurchgeht und in diese eingreift.
  • Wie in 5 gezeigt, bestehen die ersten und zweiten Enddichtungen 85 und 95 zwischen den ersten und zweiten Ventilendkappen 80 und 90 und den Endflächen 61 und 62 der rotierenden Kammer vorzugsweise aus zwei Materialien: einem Elastomermaterial 87 und 97, das heißt in Kontakt mit der Ventilendkappe 80 und 90; und einem reibungsarmen Material 86 und 96 wie etwa PTFE, das in Kontakt mit der Endfläche 61 und 62 der rotierenden Kammer ist. Das Elastomermaterial 87 und 97 stellt eine Federkraft bereit, um das reibungsarme Material 86 und 96 gegen die Kammerendfläche 61 und 62 dichtend zu halten. Die Enddichtungen 85 und 95 werden zwischen der Ventilendkappe 80 und 90 und dem Ventilkörper 70 gehalten, sodass sie sich nicht mit der Kammer 60 drehen. Öffnungen 81a, 82a, 91a, 92a (6) in den Enddichtungen 85 und 95 passen jeweils zu jeder Kappenöffnung 81, 82, 91, 92.
  • Obwohl die vier Kappenöffnungen 81, 82, 91 und 92 oben als zwischen den ersten und zweiten Ventilendkappen 80 und 90 aufgeteilt offenbart sind, können die Kappenöffnungen alle an derselben Ventilendkappe 80 oder 90 angeordnet sein. Obwohl die vier Kappenöffnungen 81, 82, 91 und 92 als an unterschiedlichen Seiten der Ventilendkappen 80 und 90 austretend beschrieben und gezeigt sind, können die Kappenöffnungen alle auf einer Seite austreten. Solche Modifikationen können die Verwendung von Verteilern ermöglichen, um die verschiedenen Komponenten zu verbinden. Einige oder alle Verbinder 33, 34, 35 und 36 können als Öffnungen durch ein gemeinsames Substrat bereitgestellt werden, das verwendet wird, um die Endkappen von Ballast und Drehventil zu bilden, um mögliche Leckstellen zu eliminieren.
  • Obwohl die drei radialen Öffnungen 75, 76 und 77 auf derselben Seite gezeigt sind, können sie sich außerdem auf unterschiedlichen Seiten des Ventilkörpers 70 befinden.
  • Obwohl das Drehventil 50 in Kombination mit dem speziellen Ballastmechanismus 20 beschrieben und gezeigt ist, ist das Drehventil 50 von neuartiger Konstruktion und kann mit jedem anderen Ballastmechanismus verwendet werden.
  • Um die hier beschriebenen Funktionen des Drehventils 50 zu erfüllen, wären entweder 12 Zweiwegeventile, 4 Dreiwegeventile oder ein komplexes Schaftventil erforderlich, was zu einem unerwünschten Totvolumen führen kann (Übernahme vom letzten Sample, Skalierung des aktuellen Samples). Das Drehventil 50 liefert kein Totvolumen und somit keine Verschleppung von der letzten analysierten Probe. Das Drehventil 50 bietet mehrere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, da es Quetschrohre und Schaftventile eliminiert, die gewartet werden müssen.
  • Obwohl das Drehventil 50 so gezeigt ist, dass es eine Strömung zu oder von drei Gasströmen zu vier Ballasten umleitet, kann ein Drehventil konstruiert werden, um eine Verbindung zu einer beliebigen Anzahl N von Gasströmen herzustellen, indem N axiale Öffnungen verwendet werden, und kann mit einer beliebigen Anzahl M von Ballasten oder anderen Geräten verbunden werden, indem M Kappenöffnungen eingeschlossen werden.
  • Betrieb
  • Die 7A bis 7H zeigen eine schematische Ansicht der Molar-Übertragungsvorrichtung 10 in ihren verschiedenen Betriebszuständen. In der schematischen Darstellung ist das Drehventil 50 auf seiner Seite gezeigt, wobei alle vier Kappenöffnungen 81, 82, 91 und 92 an einem Ende gezeigt sind, um die Beschreibung des Betriebs zu erleichtern.
  • 7A zeigt einen ersten Zustand, in dem die erste axiale Öffnung 63 mit der ersten Kappenöffnung 81 ausgerichtet ist, so dass der stromaufwärtige Gasstrom A aus dem Ofen über die erste radiale Öffnung 75 des Ventilkörpers, die erste axiale Öffnung 63, die erste Kappenöffnung 81 und die erste Ballastöffnung 33a in den ersten Ballast 25 geleitet wird. Die zweite axiale Öffnung 64 ist mit der vierten Kappenöffnung 92 ausgerichtet, so dass das Mittelstrom-Gas B (wie etwa Sauerstoff) über die zweite radiale Öffnung 76 des Ventilkörpers 70, die zweite axiale Öffnung 64, die vierte Kappenöffnung 92 und die vierte Ballastöffnung 36a in den vierten Ballast 28 geleitet wird. Die dritte axiale Öffnung 65 ist mit der dritten Kappenöffnung 91 ausgerichtet, so dass Gas aus dem zweiten Ballast 26 in den stromabwärts gelegenen Gasstrom (oder Abgas) über die zweite Ballastöffnung 34a, die dritte Kappenöffnung 91, die dritte axialen Öffnung 65 und die dritte radiale Öffnung 77 des Ventilkörpers 70 geleert wird. Der Druck von dem stromaufwärtigen Gas, das den ersten Ballast 25 füllt, drückt auf den Kolben 23, der wiederum das Gas von dem zweiten Ballast 26 drückt. Die zweite Kappenöffnung 82 ist mit dem Kanal 66 ausgerichtet, so dass Gas aus dem dritten Ballast 27 über die dritte Ballastöffnung 35a, die zweite Kappenöffnung 82, den Kanal 66, die dritte axiale Öffnung 65 und die dritte radiale Öffnung 77 des Ventilkörpers 70 in den stromabwärtigen Gasstrom (oder Abgas) geleert wird. Der Druck von dem Mittelstrom-Gas, das den vierten Ballast 25 füllt, drückt auf den Kolben 24, der wiederum das Gas von dem dritten Ballast 27 drückt. Somit wird in diesem ersten Zustand der erste Ballast 25 mit stromaufwärtigem Gas A gefüllt, während der zweite und dritte Ballast 26 und 27 auf das stromabwärtige Gas C geleert werden und der vierte Ballast 27 mit dem Mittelstrom-Gas B ausbalanciert wird.
  • 7B zeigt die Molar-Übertragungsvorrichtung 10, wenn der erste Ballast 25 vollständig mit dem stromaufwärtigen Gas A gefüllt ist, das zweite und dritte Ballast 26 und 27 vollständig in das nachgeschaltete Gas C entleert sind und der vierte Ballast 27 vollständig mit dem Mittelstrom-Gas B ausbalanciert ist.
  • Während des Füllzyklus erleichtern die Düsen in den Ballasten das Mischen, wenn der Ballast gefüllt wird, die Kolbengeschwindigkeit kann durch Drosselung des Auslasses, beispielsweise durch Verwendung eines Proportionalventils, eingestellt werden.
  • Während des Ausbalancierungszyklus werden die Temperatur und der Druck innerhalb des Ballasts ausbalanciert. Wie oben erwähnt, kann der Fülldruck des Analyten aufgrund von Störungen variieren. Der Mittelstrom-Trägergasdruck kann von diesen Störungen isoliert werden und somit einen konstanten Druckausgleich liefern, der innerhalb von 0,002 psi, 0,1 Torr wiederholbar ist. Der Mittelstrom-Trägergasdruck beendet bei Bedarf die Kolbenbewegung und begrenzt die Verdünnung des Analyten. Der Ausbalancierungszyklus verbessert auch die Gashomogenität.
  • Der Abgaskreislauf entleert den Ballast in den stromabwärtigen Gasweg, wo der Abgaspfad eingeschränkt werden kann, um die Kolbengeschwindigkeit einzustellen. Wie unten beschrieben, kann das Abgas durch einen Dosierer für Stickstoffmessungen entnommen werden. Ein Endzyklus beendet bei Bedarf den Pumphub des Kolbens und hält den Ballast mit dem stromabwärts gelegenen Pfad verbunden, um sicherzustellen, dass der Ballast vollständig geleert wird.
  • Der Motor 98 wird aktiviert, um die Drehkammer 50 um eine Vierteldrehung (oder 90 Grad) zu drehen, wie in 7C gezeigt. Der Motor wird in voreingestellten Intervallen von beispielsweise 3 Sekunden aktiviert. Das Intervall sollte so gewählt werden, dass ausreichend Zeit für die Ausbalancierung bleibt. In diesem Zustand ist die erste axiale Öffnung 63 mit der zweiten Kappenöffnung 82 ausgerichtet, so dass der stromaufwärtige Gasstrom A aus dem Ofen in den dritten Ballast 27 über die erste radiale Öffnung 75 des Ventilkörpers, die erste axiale Öffnung 63, die zweite Kappenöffnung 82 und die dritte Ballastöffnung 35a geleitet wird. Die zweite axiale Öffnung 64 ist mit der ersten Kappenöffnung 81 ausgerichtet, so dass das Mittelstrom-Gas B (wie etwa Sauerstoff) über die zweite radiale Öffnung 76 des Ventilkörpers 70, die zweite axiale Öffnung 64, die erste Kappenöffnung 81 und die erste Ballastöffnung 33a in den ersten Ballast 25 geleitet wird. Die dritte axiale Öffnung 65 ist mit der vierten Kappenöffnung 92 ausgerichtet, so dass Gas aus dem vierten Ballast 28 in den stromabwärts gelegenen Gasstrom (oder Abgas) über die vierte Ballastöffnung 36a, die vierte Kappenöffnung 92, die dritte axiale Öffnung 65 und die dritte radiale Öffnung 77 des Ventilkörpers 70 geleert wird. Der Druck von dem stromaufwärtigen Gas, das den dritten Ballast 27 füllt, drückt auf den Kolben 24, der wiederum das Gas von dem vierten Ballast 28 drückt. Die dritte Kappenöffnung 91 ist mit dem Kanal 66 ausgerichtet, so dass Gas aus dem zweiten Ballast 26 in den stromabwärts gelegenen Gasstrom (oder Abgas) über die zweite Ballastöffnung 34a, die dritte Kappenöffnung 91, den Kanal 66, die dritte axiale Öffnung 65 und die dritte radiale Öffnung 77 des Ventilkörpers 70 geleert wird. Der Druck von dem Mittelstrom-Gas, das den ersten Ballast 25 füllt, drückt auf den Kolben 23, der wiederum jegliches restliche Gas von dem zweiten Ballast 26 drückt. Somit wird in diesem zweiten Zustand der dritte Ballast 27 mit stromaufwärtigem Gas A gefüllt, während der zweite und der vierte Ballast 26 und 28 auf das stromabwärtige Gas C geleert werden und der erste Ballast 25 mit dem Mittelstrom-Gas B ausbalanciert wird.
  • 7D zeigt die Molar-Übertragungsvorrichtung 10, wenn der erste Ballast 25 vollständig mit dem Mittelstrom-Gas B ausbalanciert ist, der zweite und der vierte Ballast 26 und 28 vollständig in das stromabwärtige Gas C entleert sind, und der dritte Ballast 27 vollständig mit dem stromaufwärtigen Gas A gefüllt ist.
  • Der Motor 98 wird dann aktiviert, um die rotierende Kammer 50 um 90 Grad zu drehen, wie in 7E gezeigt. In diesem Zustand ist die erste axiale Öffnung 63 mit der dritten Kappenöffnung 91 ausgerichtet, so dass der stromaufwärtige Gasstrom A aus dem Ofen in den zweiten Ballast 26 über die erste radiale Öffnung 75 des Ventilkörpers, die erste axiale Öffnung 63, die dritte Kappenöffnung 91 und die zweite Ballastöffnung 34a geleitet wird. Die zweite axiale Öffnung 64 ist mit der zweiten Kappenöffnung 82 ausgerichtet, so dass das Mittelstrom-Gas B über die zweite radiale Öffnung 76 des Ventilkörpers 70, die zweite axiale Öffnung 64, die zweite Kappenöffnung 82 und die dritte Ballastöffnung 35a in den dritten Ballast 27 geleitet wird. Die dritte axiale Öffnung 65 ist mit der ersten Kappenöffnung 81 ausgerichtet, so dass Gas aus dem ersten Ballast 25 in den stromabwärtigen Gasstrom (oder Abgas) über die erste Ballastöffnung 33a, die erste Kappenöffnung 81, die dritte axiale Öffnung 65 und die dritte radiale Öffnung 77 des Ventilkörpers 70 geleert wird. Der Druck von dem stromaufwärtigen Gas, das den zweiten Ballast 26 füllt, drückt auf den Kolben 23, der wiederum das Gas von dem ersten Ballast 25 drückt. Die vierte Kappenöffnung 92 ist mit dem Kanal 66 ausgerichtet, so dass Gas aus dem vierten Ballast 28 über die vierte Ballastöffnung 36a, die vierte Kappenöffnung 92, den Kanal 66, die dritte axiale Öffnung 65 und die dritte radiale Öffnung 77 des Ventilkörpers 70 in den stromabwärtigen Gasstrom entleert wird. Der Druck von dem Mittelstrom-Gas, das den dritten Ballast 27 füllt, drückt auf den Kolben 24, der wiederum jegliches restliche Gas von dem vierten Ballast 28 drückt. Somit wird in diesem dritten Zustand der zweite Ballast 26 mit stromaufwärtigem Gas A gefüllt, während der erste und der vierte Ballast 25 und 28 auf das stromabwärtige Gas C geleert werden und der dritte Ballast 27 mit dem Mittelstrom-Gas B ausbalanciert wird.
  • 7F zeigt die Molar-Übertragungsvorrichtung 10, wenn der dritte Ballast 27 vollständig mit dem Mittelstrom-Gas B ausbalanciert ist, das erste und das vierte Ballast 25 und 28 vollständig in das nachgeschaltete Gas C entleert sind, und der zweite Ballast 27 vollständig mit dem stromaufwärtigen Gas A gefüllt ist.
  • Der Motor 98 wird erneut aktiviert, um die rotierende Kammer 50 um 90 Grad zu drehen, wie in 7G gezeigt. In diesem Zustand ist die erste axiale Öffnung 63 mit der vierten Kappenöffnung 92 ausgerichtet, so dass der stromaufwärtige Gasstrom A aus dem Ofen in den vierten Ballast 28 über die erste radiale Öffnung 75 des Ventilkörpers, die erste axiale Öffnung 63, die vierte Kappenöffnung 92 und die vierte Ballastöffnung 36a geleitet wird. Die zweite axiale Öffnung 64 ist mit der dritten Kappenöffnung 91 ausgerichtet, so dass das Mittelstrom-Gas B über die zweite radiale Öffnung 76 des Ventilkörpers 70, die zweite axiale Öffnung 64, die dritte Kappenöffnung 91 und die zweite Ballastöffnung 34a in den zweiten Ballast 26 geleitet wird. Die dritte axiale Öffnung 65 ist mit der zweiten Kappenöffnung 82 ausgerichtet, so dass Gas aus dem dritten Ballast 27 über die dritte Ballastöffnung 35a, die zweite Kappenöffnung 82, die dritte axiale Öffnung 65 und die dritte radiale Öffnung 77 des Ventilkörpers 70 in den stromabwärtigen Gasstrom (oder Abgas) geleert wird. Der Druck von dem stromaufwärtigen Gas, das den vierten Ballast 28 füllt, drückt auf den Kolben 24, der wiederum das Gas von dem dritten Ballast 27 drückt. Die erste Kappenöffnung 81 ist mit dem Kanal 66 ausgerichtet, so dass Gas aus dem ersten Ballast 25 über die erste Ballastöffnung 33a, die erste Kappenöffnung 81, den Kanal 66, die dritte axiale Öffnung 65 und die dritte radiale Öffnung 77 des Ventilkörpers 70 in den stromabwärtigen Gasstrom entleert wird. Der Druck von dem Mittelstrom-Gas, das den zweiten Ballast 26 füllt, drückt auf den Kolben 23, der wiederum jegliches restliche Gas von dem ersten Ballast 25 drückt. Somit wird in diesem vierten Zustand der vierte Ballast 28 mit stromaufwärtigem Gas A gefüllt, während der erste und der dritte Ballast 25 und 27 auf das stromabwärtige Gas C geleert werden und der zweite Ballast 26 mit dem Mittelstrom-Gas B ausbalanciert wird.
  • 7H zeigt die Molar-Übertragungsvorrichtung 10, wenn der zweite Ballast 26 vollständig mit dem Mittelstrom-Gas B ausbalanciert ist, das erste und das dritte Ballast 25 und 27 vollständig in das nachgeschaltete Gas C entleert sind, und der vierte Ballast 28 vollständig mit dem stromaufwärtigen Gas A gefüllt ist.
  • Der obige Vorgang kann dann beliebig oft wiederholt werden, um das vollständige Verbrennungsgas aus dem Ofen zu übertragen. Das Folgende ist eine Zustandstabelle der vier oben beschriebenen Zustände.
    Erster Ballast Zweiter Ballast Dritter Ballast Vierter Ballast
    Zustand 1 Füllen Fertig Leer Ausbalanciert
    Zustand 2 Ausbalanciert Füllen Fertig Leer
    Zustand 3 Leer Ausbalanciert Füllen Fertig
    Zustand 4 Fertig Leer Ausbalanciert Füllen
    Zustand 5 Füllen Fertig Leeren Ausbalanciert
    Zustand 6 Ausbalanciert Füllen Fertig Leer
  • Es ist zu beachten, dass die Zustände 1 und 5 die gleichen sind wie die Zustände 2 und 6. Die sechs Zustände werden gezeigt, da sie einen vollständigen Zyklus zeigen, wobei alle vier Ballaste gefüllt, ausbalanciert und dann geleert und fertig sind.
  • Da frühere Vorrichtungen größere Ballaste in der Größenordnung von 4,5 Litern verwendeten, um alle Produkte des Verbrennungsereignisses zu sammeln, kann die Analyse eines Proteins zwischen 2 Minuten und 40 Sekunden und 3 Minuten dauern, je nach Ausmaß der Überlappung bei der Analyse verschiedener Proben. Unter Verwendung der hierin beschriebenen Molar-Übertragungsvorrichtung 10 mit ihren kleineren Ballasten nähert sich die Analysezeit etwa 1 Minute. Durch die Entnahme kleinerer Proben unter Verwendung der Ballaste 25, 26, 27 und 28 wird eine Überverdünnung vermieden und eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses von etwa 3:1 bis 5:1 erreicht. Ferner kann die Aliquotgröße verringert werden, wodurch Reagenzien eingespart werden und entweder bessere Nachweisgrenzen bei den gleichen Kosten pro Analyse wie beim Stand der Technik oder die gleichen Nachweisgrenzen bei geringeren Kosten pro Analyse bereitgestellt werden können.
  • Der Verbrennungsdruck kann verschiedene Produkte erzeugen. Beispielsweise kann bei niedrigem Druck CO anstelle von CO2 erzeugt werden oder bei hohem Druck kann mehr SO3 als SO2 erzeugt werden. Dies ist nicht wünschenswert, da SO3 nicht gemessen werden kann, während SO2 dies tun kann, was dazu führt, dass SO3 umgewandelt werden muss. Somit hat die Molar-Übertragungsvorrichtung 10 den Vorteil, dass sie einen konstanten Verbrennungsdruck von etwa 2 psi anstelle eines nicht konstanten Drucks von 0 bis 8 psi bereitstellt, wie er bei einigen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zu finden ist.
  • Beschreibung eines alternativen Drehventils
  • Die 8 bis 16 zeigen eine alternative Konstruktion für einen Drehventil 50'. Das Drehventil 50' hat eine ähnliche Funktion wie das Drehventil 50. Die zur Beschreibung des Drehventils 50' verwendeten Bezugsziffern sind die gleichen wie für das Drehventil 50 mit Ausnahme des Strichs ('), der bei jeder Zahl verwendet wird. Strukturell unterscheidet sich das Drehventil 50' darin, dass alle vier Kappenöffnungen 81', 82', 91' und 92' in der ersten Ventilendkappe 80' vorgesehen sind und die stromaufwärtige Gasöffnung 75', die mittlere Gasöffnung 76' und die stromabwärtige Gasöffnung 77' alle in der zweiten Ventilendkappe 90' anstatt in einer Seite des Ventilkörpers 70' vorgesehen sind. Zusätzliche Unterschiede werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
  • Das Drehventil 50' umfasst einen Ventilkörper 70' mit einer zylindrischen Bohrung 78' und einer rotierenden zylindrischen Kammer 60', die in der zylindrischen Bohrung 78' positioniert ist, um sich darin zu drehen. Die rotierende zylindrische Kammer 60' hat eine erste Öffnung 63', eine zweite Öffnung 64', eine dritte Öffnung 65', eine vierte Öffnung 63a', in Verbindung mit der ersten Öffnung 63', eine fünfte Öffnung 64a' in Verbindung mit der zweiten Öffnung 64' und eine sechste Öffnung 65a' in Verbindung mit der dritten Öffnung 65'. Die rotierende zylindrische Kammer 60' hat ein erstes Ende 61' und ein zweites Ende 62' an gegenüberliegenden Enden des Zylinders. Die erste, zweite und dritte Öffnung 63', 64', 65' öffnen sich am ersten Ende 61' und die vierten, fünften und sechsten Öffnungen 63a', 64a', 65a' öffnen sich am zweiten Ende 62'. Das zweite Ende 62' weist eine erste Ringnut 101 in Verbindung mit der sechsten Öffnung 65a' und einer von einer stromaufwärtigen Gasöffnung 75', einer Mittelstrom-Gasöffnung 76' und einer stromabwärtigen Gasöffnung 77' ungeachtet der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer 60' auf. In dem gezeigten Beispiel steht die erste ringförmige Nut 101 mit der sechsten Öffnung 65a' und der stromabwärtigen Gasöffnung 77' in Verbindung. Das zweite Ende 62' umfasst ferner eine zweite Ringnut 102 in Verbindung mit der fünften Öffnung 64a' und einer anderen der stromaufwärtigen Gasöffnung 75', der mittleren Gasöffnung 76' und der stromabwärtigen Gasöffnung 77' ungeachtet der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer 60'. In dem gezeigten Beispiel steht die zweite ringförmige Nut 102 mit der fünften Öffnung 64a' und der Mittelstrom-Gasöffnung 76' in Verbindung. Die vierte Öffnung 63a' öffnet sich in einer Mitte des zweiten Endes 62' und steht in Verbindung mit noch einer der stromaufwärtigen Gasöffnung 75', der mittleren Gasöffnung 76' und der stromabwärtigen Gasöffnung 77'. In dem gezeigten Beispiel steht die zweite ringförmige Nut 102 mit der vierten Öffnung 63a' und der stromaufwärtigen Gasöffnung 75' in Verbindung.
  • Das Drehventil 50' umfasst ferner eine erste Ventilendkappe 80' mit einer ersten Kappenöffnung 81', die sich nach innen erstreckt, um mit einer von der ersten Öffnung 63', der zweiten Öffnung 64' und der dritten Öffnung 65' abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer 60' ausgerichtet zu sein und eine zweite Kappenöffnung 82', die sich nach innen erstreckt, um mit einer anderen von der ersten Öffnung 63', der zweiten Öffnung 64' und der dritten Öffnung 65' abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer 60' ausgerichtet zu sein. Optional kann die erste Ventilendkappe 80' ferner eine dritte Kappenöffnung 91' enthalten, die sich nach innen erstreckt, um mit einer von der ersten Öffnung 63', der zweiten Öffnung 64' und der dritten Öffnung 65' abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer 60' ausgerichtet zu sein und eine vierte Kappenöffnung 92', die sich nach innen erstreckt, um mit einer anderen der ersten Öffnung 63', der zweiten Öffnung 64' und der dritten Öffnung 65' abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer 60' ausgerichtet zu sein.
  • Anders als das Drehventil 50 enthält das Drehventil 50' keine Kanäle 66 und 67, die bereitgestellt wurden, um den Kolben 23 und 24 zu ermöglichen, ihre Bewegung während des Ausbalancierungszustands bei Bedarf abzuschließen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Kolben 23 und 24 ihre Bewegung während des Ausbalancierungszustands abschließen, wodurch sie diesen vierten („End“)-Zustand nicht benötigen, wodurch der Ballast gegenüber dem Ballast, der einer Ausbalancierung unterzogen wird, mit der stromabwärtigen Öffnung 77' verbunden wird.
  • Das Drehventil 50' umfasst ferner einen Motor (nicht gezeigt, aber ähnlich dem Motor 98) zum Drehen der rotierenden zylindrischen Kammer 60' in verschiedene Rotationspositionen, um zu ändern, welche von der ersten Öffnung 63', der zweiten Öffnung 64' und der dritten Öffnung 65' mit der ersten Kappenöffnung 81' und der zweiten Kappenöffnung 82' ausgerichtet ist (und optional die zweite Kappenöffnung 91' und die vierte Kappenöffnung 92'), so dass jeder der Kappenöffnungen sequenziell mit der stromaufwärtigen Gasöffnung 75', der Mittelstrom-Gasöffnung 76' und der stromabwärtigen Gasöffnung 77' verbunden ist.
  • Der Motor 98 ist an einer der Ventilendkappen 80', 90' befestigt. Wie in dem Beispiel in den 8 bis 16 gezeigt, gibt es ein Loch 69b' (16) in der ersten Ventilendkappe 80', das mit einem Loch 69a' in der ersten Enddichtung 85' ausgerichtet ist, damit die Motorwelle durch die nicht kreisförmige Öffnung 69' in der Mitte der rotierenden Kammer 60' hindurchgeht und in diese eingreift.
  • Wie auch in 16 gezeigt, bestehen die erste und zweite Enddichtung 85' und 95' zwischen den ersten und zweiten Ventilendkappen 80' und 90' und den Endflächen 61' und 62' der rotierenden Kammer vorzugsweise aus zwei Materialien: einem Elastomermaterial 87' und 97', das mit der Ventilendkappe 80' und 90' in Kontakt steht; und einem reibungsarmes Material 86' und 96' wie etwa PTFE, das in Kontakt mit der Endfläche 61' und 62' der rotierenden Kammer ist. Das Elastomermaterial 87' und 97' stellt eine Federkraft bereit, um das reibungsarme Material 86' und 96' gegen die Kammerendfläche 61' und 62' dichtend zu halten. Die Enddichtungen 85' und 95' werden zwischen der Ventilendkappe 80' und 90' und dem Ventilkörper 70' gehalten, sodass sie sich nicht mit der Kammer 60' drehen. Die Öffnungen 81a', 82a', 91a', 92a' (16) in der Enddichtung 85' passen jeweils zu jeder Kappenöffnung 81', 82', 91', 92'. Die Öffnungen 75a', 76a', 77a' (16) in der Enddichtung 95' passen zu jeder der stromaufwärtigen Gasöffnung 75', der mittleren Gasöffnung 76' bzw. der stromabwärtigen Gasöffnung 77'.
  • Beschreibung der Erstanwendung
  • Die erste Anwendung der Molar-Übertragungsvorrichtung 10 ist in einem Verbrennungsanalysator 200, wie in 17 gezeigt. Die Molar-Übertragungsvorrichtung ist mit einem Verbrennungsofen 202 verbunden, um das stromaufwärtige Gas A davon zu erhalten, und ist mit einem unter Druck stehenden Sauerstoffträgergas verbunden, um das mittlere Stromgas B zu erhalten. Der stromaufwärtige Verbrennungsdruck kann eingestellt werden, um die gewünschten Gasbestandteile während der Verbrennung zu erzeugen, was für einige Analysatoren etwa 2 psi beträgt. Der Mittelstromdruck kann auf 3 psi eingestellt werden; ausreichend höher als der erwartete maximale stromaufwärtige Druck während der Probenverbrennung. Der stromabwärtige Pfad C entlüftet durch ein (nicht gezeigtes) Proportionalventil und einen Dosierer 210 auf atmosphärischen Druck. Das Timing des Proportionalventils und des Motors 98 kann eingestellt werden, um die gewünschte Strömungsrate zu erreichen.
  • Der Dosierer 210 ist vorzugsweise ein Rotationsdosierer, wie der in der US-Patentanmeldung Nr. 17/335,540 offenbarte (Anwaltsaktenzeichen LEC001 P507A), eingereicht am 1. Juni 2021, von Peter Willis et al. und betitelt „ROTARY DOSING DEVICE“. Der Rotationsdosierer 210 ist dahingehend vorteilhaft, dass er es einem Benutzer ermöglicht, die Aliquotgröße in kleinen Schritten ohne Genauigkeitsverlust auszuwählen. Frühere Dosierer verwendeten 3- und 10-cc-Aliquotschleifen, sodass der Benutzer nur eine dieser beiden Dosierungen auswählen konnte. Der Rotationsdosierer 210 erhält ein Trägergas wie He von einer He-Quelle 220 über einen Massendurchflussregler 222 und liefert das Aliquot an Wäscher/Detektoren wie etwa IR-Zellen 224, Cu+-Wäscher 226 und eine Wärmeleitfähigkeits(TC)-Zelle 232, die He durch einen Durchflussregler 230 erhalten kann. Die Wäscher/Detektoren sind allgemein im Stand der Technik bekannt.
  • Wenn das Drehventil 50 verwendet wird, richtet der Motor 98 im Betrieb die Öffnungen 63, 64 und 65 und den Kanal 66 mit den Kappenöffnungen 81, 82, 91 und 92 aus und wird die Kammer 60 wiederholt in die vier 90°-Positionen drehen, um die Ballaste 25, 26 , 27 und 28 zyklisch durch ihre vier Zustände zu bringen, wie oben beschrieben. Wenn das alternative Drehventil 50' verwendet wird, richtet der Motor 98 die Öffnungen 63', 64' und 65' mit den Kappenöffnungen 81', 82', 91' und 92' aus und wird die Kammer 60' wiederholt in die vier 90°-Positionen drehen, um die Ballaste 25, 26, 27 und 28 wie oben beschrieben zyklisch durch ihre vier Zustände zu bringen.
  • Durch Bereitstellen der Molar-Übertragungsvorrichtung 10 im Verbrennungsanalysator 200 kann der Benutzer die Empfindlichkeit des Analysators auswählen. 18 zeigt Vergleichsgraphen der Analyse einer Probe, die unter Verwendung eines einzelnen 4,5-Liter-Ballasts entnommen wurde, im Vergleich zu der Probe, die unter Verwendung der Molar-Übertragungsvorrichtung 10 mit 200-ml-Ballasten 25 , 26 , 27 und 28 entnommen wurde. Wie leicht ersichtlich, mittelt der größere Ballast den Analyten effektiv über die Zeit, die zum Füllen und Ausbalancieren des Ballastvolumens erforderlich ist, wohingegen die kleineren Ballaste über diese Zeit viele getrennte Proben nehmen, um zu zeigen, in welchem Ausmaß sich die Analytzusammensetzungen über diese Zeit ändern.
  • Ein weiterer Vorteil des Verbrennungsanalysators 200 gegenüber Verbrennungsanalysatoren nach dem Stand der Technik besteht darin, dass er O2 mit niedriger Reinheit anstelle von O2 mit hoher Reinheit verwenden kann, das in Analysatoren nach dem Stand der Technik verwendet wird, um Spitzen in Leerwerten zu reduzieren, die sonst bei Verwendung von O2 mit niedrigerer Reinheit verursacht werden. Das O2 mit geringerer Reinheit enthält Verunreinigungen wie Argon, das schwer auszuwaschen ist und größere Peaks in Blindproben erzeugt. Daher wurde O2 mit höherer Reinheit verwendet, um das Vorhandensein von Argon zu reduzieren. Im vorliegenden System verschiebt sich die Grundlinie jedoch nach oben, so dass keine Leerstellen vorhanden sind. Dies ermöglicht die Verwendung von O2 mit geringer Reinheit, was zu Kosteneinsparungen führt. Darüber hinaus ist hochreines O2 in einigen Ländern nicht ohne weiteres verfügbar.
  • Da die molare Transfervorrichtung 10 Proben nicht mit so viel O2 verdünnt wie frühere Vorrichtungen, kann der Cu+-Wäscher eliminiert werden oder anderweitig weniger Cu verwenden, da weniger O2 zu entfernen ist. Wie oben erwähnt, kann die Analysezeit um bis zu 0,5 bis 1,5 Minuten kürzer sein. Die Gerätekosten können ebenso wie die Wartungskosten gesenkt werden.
  • Beschreibung der zweiten Anwendung
  • In einer zweiten Anwendung ist die Vorrichtung 10 stromabwärts in einem Fusionsanalysator oder im sekundären Inertstrom eines Verbrennungsanalysators angeordnet. In dieser Anwendung ist die Molar-Übertragungsvorrichtung 10 so ausgelegt, dass sie Durchflussraten von Helium oder Argon von etwa 350 ml/min handhabt. Die Vorrichtung 10 weist alle Merkmale der ersten Anwendung auf, mit der Ausnahme, dass es bei diesen Anwendungen wünschenswert ist, die Kolbengeschwindigkeit präzise zu steuern, da der stromabwärtige Pfad direkt in einen Gasdetektor mündet. Die Kolben 23 und 24 können durch verschiedene Mittel gesteuert werden, vorzugsweise jedoch durch einen berührungslosen Magnetantrieb. Ein Magnet ist in den Kolben 23 und 24 eingebettet und wird entweder von einem komplementären Magneten, der an einem externen mechanischen Aktuator angebracht ist, oder von externen stationären elektrischen Wicklungen angetrieben, die so erregt werden können, dass sie den Kolbenmagneten mit konstanter Geschwindigkeit in beide Richtungen bewegen.
  • Es wird erwartet, dass das kleinere Ballastvolumen eine Ausbalancierungszeit von weniger als 2 Sekunden hat. Der Ballast ist daher so ausgelegt, dass er sich in ungefähr 2 Sekunden füllt, was ein folgendes Ballastvolumen ergibt 350 ml / min * 2 sek / 60 = 11,7  ml
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  • Diese Anwendungen wurden traditionell von Massendurchflussreglern oder mechanischen Durchflussreglern bedient. Wenn sich jedoch die Gaszusammensetzung ändert, ändern diese herkömmlichen Durchflussregler ihre Durchflussraten und verfälschen die Signale am Detektor. Die bei diesen Anwendungen verwendete Molar-Übertragungsvorrichtung 10 verändert ihre Durchflussrate nicht, so dass die Signale am Detektor nicht verzerrt werden.
  • Fachleuten wird klar sein, dass angesichts der Lehre dieser Beschreibung mehrere bidirektionale oder unidirektionale Ballaste verwendet werden können, um die verbesserte Leistung eines Analysators zu erreichen. Für Fachleute auf dem Gebiet wird es auch offensichtlich sein, dass diese und andere Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims (24)

  1. Molar-Übertragungsvorrichtung, umfassend: einen Ballastmechanismus, umfassend: einen ersten Ballastzylinder, einen im ersten Ballastzylinder vorgesehenen passiven Kolben, der den ersten Ballastzylinder in einen ersten Ballast und einen zweiten Ballast unterteilt, eine erste Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem ersten Ballast strömt, und eine zweite Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt; und eine Ventilvorrichtung, umfassend: einen Ventilkörper, der eine stromaufwärtige Gasöffnung, eine Mittelstrom-Gasöffnung und eine stromabwärtige Gasöffnung enthält, und ein in dem Ventilkörper enthaltenes Ventil, das mit der ersten Ballastöffnung und der zweiten Ballastöffnung sequenziell zum: (a) Leiten von Gas von der stromaufwärtigen Gasöffnung in den ersten Ballast, während der zweite Ballast in die stromabwärtige Gasöffnung entleert wird, (b) Koppeln der ersten Ballastöffnung mit der Mittelstrom-Gasöffnung, um das Gas im ersten Ballast auszugleichen, (c) Leiten von Gas von der stromaufwärtigen Gasöffnung in den zweiten Ballast, während der erste Ballast in die stromabwärtige Gasöffnung entleert wird, und (d) Koppeln der zweiten Ballastöffnung mit der Mittelstrom-Gasöffnung, um das Gas in dem zweiten Ballast auszubalancieren, gekoppelt ist.
  2. Molar-Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ballastmechanismus ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Ballastzylinder; einen zweiten passiven Kolben, der in dem zweiten Ballastzylinder vorgesehen ist, der den zweiten Ballastzylinder in einen dritten Ballast und einen vierten Ballast unterteilt; eine dritte Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt; und eine vierte Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in und aus dem vierten Ballast strömt.
  3. Molar-Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Ventil ferner mit der dritten Ballastöffnung und der vierten Ballastöffnung gekoppelt ist, sequenziell zum: (a) Leiten von Gas von der stromaufwärtigen Gasöffnung in den dritten Ballast, während der vierte Ballast in die stromabwärtige Gasöffnung entleert wird, (b) Koppeln der dritten Ballastöffnung mit der Mittelstrom-Gasöffnung, um das Gas im dritten Ballast auszubalancieren, (c) Leiten von Gas von der stromaufwärtigen Gasöffnung in den vierten Ballast, während der dritte Ballast in die stromabwärtige Gasöffnung entleert wird, und (d) Koppeln der vierten Ballastöffnung mit der Mittelstrom-Gasöffnung, um das Gas im vierten Ballast auszubalancieren.
  4. Molar-Übertragungsvorrichtung, umfassend: einen Ballastmechanismus, umfassend: einen ersten Ballastzylinder, einen im ersten Ballastzylinder vorgesehenen passiven Kolben, der den ersten Ballastzylinder in einen ersten Ballast und einen zweiten Ballast unterteilt, eine erste Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem ersten Ballast strömt, und eine zweite Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt; und ein Drehventil, umfassend: einen Ventilkörper mit einer zylindrischen Bohrung in Verbindung mit einer stromaufwärtigen Gasöffnung, einer Mittelstrom-Gasöffnung und einer stromabwärtigen Gasöffnung, eine rotierende zylindrische Kammer, die in der zylindrischen Bohrung positioniert ist, um sich darin zu drehen, wobei die rotierende zylindrische Kammer eine erste axiale Öffnung, eine zweite axiale Öffnung, eine dritte axiale Öffnung, eine erste radiale Öffnung in Verbindung mit der ersten axialen Öffnung, eine zweite radiale Öffnung in Verbindung mit der zweiten axialen Öffnung und eine dritte radiale Öffnung in Verbindung mit der dritten axialen Öffnung aufweist, wobei eine äußere zylindrische Wand der rotierenden Kammer, die von der inneren Wand der zylindrischen Bohrung beabstandet ist, um zu ermöglichen, dass die erste radiale Öffnung, die zweite radiale Öffnung und die dritte radiale Öffnung mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung bzw. der stromabwärtigen Gasöffnung unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer in Verbindung stehen, eine erste Ventilendkappe, die eine erste Kappenöffnung, die mit der ersten Ballastöffnung verbunden ist und sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine zweite Kappenöffnung beinhaltet, die mit der zweiten Ballastöffnung verbunden ist und sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer anderen von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung ausgerichtet zu sein, und einen Motor zum Drehen der rotierenden zylindrischen Kammer in verschiedene Rotationspositionen, um zu ändern, welche von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung mit der ersten Kappenöffnung und der zweiten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl der erste als auch der zweite Ballast sequenziell mit Gas aus dem stromaufwärtigen Gasstrom gefüllt, mit dem Mittelstrom-Gasstrom ausbalanciert und in den stromabwärtigen Gasstrom entleert werden, wobei, wenn der erste Ballast gefüllt wird, der zweite Ballast geleert wird und wenn der zweite Ballast gefüllt wird, der erste Ballast geleert wird.
  5. Molar-Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Ballastmechanismus ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Ballastzylinder; einen zweiten passiven Kolben, der in dem zweiten Ballastzylinder vorgesehen ist, der den zweiten Ballastzylinder in einen dritten Ballast und einen vierten Ballast unterteilt; eine dritte Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt; und eine vierte Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in und aus dem vierten Ballast strömt.
  6. Molar-Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Drehventil ferner Folgendes umfasst: eine zweite Ventilendkappe, die eine dritte Kappenöffnung, die mit der dritten Ballastöffnung verbunden ist und sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine vierte Kappenöffnung beinhaltet, die mit der vierten Ballastöffnung verbunden ist und sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer anderen von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung ausgerichtet zu sein, wobei der Motor die rotierende zylindrische Kammer in vier verschiedene Rotationspositionen dreht, um zu ändern, welche von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung mit der ersten Kappenöffnung, der zweiten Kappenöffnung, der dritten Kappenöffnung und der vierten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass jeder des ersten, zweiten, dritten und vierten Ballasts sequenziell mit Gas aus dem stromaufwärtigen Gasstrom gefüllt, mit dem Mittelstrom-Gasstrom ausbalanciert und in den stromabwärtigen Gasstrom entleert wird, wobei beim Füllen des dritten Ballasts der vierte Ballast geleert wird und beim Füllen des vierten Ballasts der dritte Ballast geleert wird.
  7. Molar-Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die dritte axiale Öffnung Kanäle an beiden Enden der rotierenden zylindrischen Kammer enthält, um die dritte axiale Öffnung und somit die stromabwärtige Gasöffnung mit einer der ersten, zweiten, dritten und vierten Kappenöffnung an zwei der vier Rotationspositionen der rotierenden zylindrischen Kammer zu verbinden.
  8. Molar-Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, wobei die vier Rotationspositionen der rotierenden zylindrischen Kammer um 90 Grad voneinander beabstandet sind.
  9. Molarentransfervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei ein Druck an der mittleren Gasöffnung auf einem Niveau über einem maximal erwarteten Druck an der stromaufwärtigen Gasöffnung gehalten wird, so dass der Druck an der Mittelstrom-Gasöffnung den ausbalancierten Druck der Ballaste bestimmt.
  10. Molar-Übertragungsvorrichtung, umfassend: einen Ballastmechanismus, umfassend: einen ersten Ballastzylinder, einen im ersten Ballastzylinder vorgesehenen passiven Kolben, der den ersten Ballastzylinder in einen ersten Ballast und einen zweiten Ballast unterteilt, eine erste Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem ersten Ballast strömt, und eine zweite Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt; und ein Drehventil, umfassend: einen Ventilkörper mit einer zylindrischen Bohrung; eine rotierende zylindrische Kammer, die in der zylindrischen Bohrung positioniert ist, um sich darin zu drehen, wobei die rotierende zylindrische Kammer eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung, eine dritte Öffnung, eine vierte Öffnung in Verbindung mit der ersten Öffnung, eine fünfte Öffnung in Verbindung mit der zweiten Öffnung und eine sechste Öffnung in Verbindung mit der dritten Öffnung aufweist, wobei die rotierende zylindrische Kammer ein erstes Ende und ein zweites Ende am gegenüberliegenden Ende des Zylinders aufweist, sich die ersten, zweiten und dritten Öffnungen am ersten Ende öffnen und sich die vierten, fünften und sechsten Öffnungen am zweiten Ende öffnen, das zweite Ende eine erste ringförmige Nut in Verbindung mit der vierten Öffnung und einer von einer stromaufwärtigen Gasöffnung, einer Mittelstrom-Gasöffnung und einer stromabwärtigen Gasöffnung unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer aufweist, das zweite Ende ferner eine zweite ringförmige Nut in Verbindung mit der fünften Öffnung und einer anderen von der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer umfasst, sich die sechste Öffnung in einer Mitte des zweiten Endes öffnet und in Verbindung mit noch einer anderen der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung steht; eine erste Ventilendkappe, die eine erste Kappenöffnung, die sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine zweite Kappenöffnung beinhaltet, die sich nach innen erstreckt, um mit einer anderen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung in Abhängigkeit von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer ausgerichtet zu sein; und einen Motor zum Drehen der rotierenden zylindrischen Kammer in verschiedene Rotationspositionen, um zu ändern, welche von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung mit der ersten Kappenöffnung und der zweiten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl die erste Kappenöffnung als auch die zweite Kappenöffnung sequenziell mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung verbunden sind.
  11. Molar-Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Ballastmechanismus ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Ballastzylinder; einen zweiten passiven Kolben, der in dem zweiten Ballastzylinder vorgesehen ist, der den zweiten Ballastzylinder in einen dritten Ballast und einen vierten Ballast unterteilt; eine dritte Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt; und eine vierte Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in und aus dem vierten Ballast strömt.
  12. Molar-Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Drehventil ferner Folgendes umfasst: eine zweite Ventilendkappe, durch die sich die stromaufwärtige Gasöffnung, die Mittelstrom-Gasöffnung und die stromabwärtige Gasöffnung erstrecken, wobei die erste Ventilendkappe ferner eine dritte Kappenöffnung beinhaltet, die sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine vierte Kappenöffnung beinhaltet, die sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer anderen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ausgerichtet zu sein, wobei der Motor die rotierende zylindrische Kammer in verschiedene Rotationspositionen dreht, um zu ändern, welche von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung mit der dritten Kappenöffnung und der vierten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl die dritte Kappenöffnung als auch die vierte Kappenöffnung sequenziell mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung verbunden sind.
  13. Molar-Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die vier Rotationspositionen der rotierenden zylindrischen Kammer um 90 Grad voneinander beabstandet sind.
  14. Molarentransfervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei ein Druck an der mittleren Gasöffnung auf einem Niveau über einem maximal erwarteten Druck an der stromaufwärtigen Gasöffnung gehalten wird, so dass der Druck an der Mittelstrom-Gasöffnung den ausbalancierten Druck der Ballaste bestimmt.
  15. Ballastmechanismus, umfassend: einen ersten Ballastzylinder; einen im ersten Ballastzylinder vorgesehenen passiven Kolben, der den ersten Ballastzylinder in einen ersten Ballast und einen zweiten Ballast unterteilt; eine erste Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem ersten Ballast strömt; eine zweite Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt; einen zweiten Ballastzylinder; einen zweiten passiven Kolben, der in dem zweiten Ballastzylinder vorgesehen ist, der den zweiten Ballastzylinder in einen dritten Ballast und einen vierten Ballast unterteilt; eine dritte Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in den und aus dem zweiten Ballast strömt; und eine vierte Ballastöffnung, um zu ermöglichen, dass Gas in und aus dem vierten Ballast strömt.
  16. Ballastmechanismus nach Anspruch 15, wobei der erste Ballast, der zweite Ballast, der dritte Ballast und der vierte Ballast gleiche Volumina aufweisen.
  17. Ballastmechanismus nach Anspruch 16, wobei der erste Ballast, der zweite Ballast, der dritte Ballast und der vierte Ballast ein Volumen von etwa 200 ml bis 500 ml haben.
  18. Drehventil, umfassend: einen Ventilkörper mit einer zylindrischen Bohrung in Verbindung mit einer stromaufwärtigen Gasöffnung, einer Mittelstrom-Gasöffnung und einer stromabwärtigen Gasöffnung; eine rotierende zylindrische Kammer, die in der zylindrischen Bohrung positioniert ist, um sich darin zu drehen, wobei die rotierende zylindrische Kammer eine erste axiale Öffnung, eine zweite axiale Öffnung, eine dritte axiale Öffnung, eine erste radiale Öffnung in Verbindung mit der ersten axialen Öffnung, eine zweite radiale Öffnung in Verbindung mit der zweiten axialen Öffnung und eine dritte radiale Öffnung in Verbindung mit der dritten axialen Öffnung darin aufweist, wobei eine äußere zylindrische Wand der rotierenden Kammer von der inneren Wand der zylindrischen Bohrung beabstandet ist, um zu ermöglichen, dass die erste radiale Öffnung, die zweite radiale Öffnung und die dritte radiale Öffnung mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung bzw. der stromabwärtigen Gasöffnung unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer in Verbindung stehen; eine erste Ventilendkappe, die eine erste Kappenöffnung, die sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine zweite Kappenöffnung beinhaltet, die sich nach innen erstreckt, um mit einer anderen der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung in Abhängigkeit von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer auszurichten; und einen Motor zum Drehen der rotierenden zylindrischen Kammer in verschiedene Rotationspositionen, um zu ändern, welche von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung mit der ersten Kappenöffnung und der zweiten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl die erste Kappenöffnung als auch die zweite Kappenöffnung sequenziell mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung verbunden sind.
  19. Drehventil nach Anspruch 18, wobei jede von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung sich über eine Länge der rotierenden zylindrischen Kammer erstreckt und sich an gegenüberliegenden Enden davon einschließlich eines ersten Endes und eines zweiten Endes öffnet, wobei sich das erste Ende an der ersten Ventilendkappe öffnet.
  20. Drehventil nach Anspruch 19 und ferner umfassend: eine zweite Ventilendkappe, die eine dritte Kappenöffnung, die sich nach innen erstreckt, um mit dem zweiten Ende von einer der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung in Abhängigkeit von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer auszurichten, und eine vierte Kappenöffnung beinhaltet, die sich nach innen erstreckt, um mit dem zweiten Ende einer anderen der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung in Abhängigkeit von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer auszurichten, wobei der Motor die rotierende zylindrische Kammer in verschiedene Rotationspositionen dreht, um zu ändern, welche von der ersten axialen Öffnung, der zweiten axialen Öffnung und der dritten axialen Öffnung mit der dritten Kappenöffnung und der vierten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl die dritte Kappenöffnung als auch die vierte Kappenöffnung sequenziell mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung verbunden sind.
  21. Drehventil nach einem der Ansprüche 18 bis 20, der ferner vier Drehdichtungen umfasst, die an beabstandeten Stellen entlang der Länge der Bohrung angeordnet sind, um die drei radialen Öffnungen gegeneinander und gegen eine äußere Umgebung abzudichten.
  22. Drehventil nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die dritte axiale Öffnung Kanäle an beiden Enden der rotierenden zylindrischen Kammer beinhaltet, um die dritte axiale Öffnung und somit die stromabwärtige Gasöffnung mit einer der ersten, zweiten, dritten und vierten Kappenöffnung an zwei der vier Rotationspositionen der rotierenden zylindrischen Kammer zu verbinden.
  23. Drehventil, umfassend: einen Ventilkörper mit einer zylindrischen Bohrung; eine rotierende zylindrische Kammer, die in der zylindrischen Bohrung positioniert ist, um sich darin zu drehen, wobei die rotierende zylindrische Kammer eine erste Öffnung, eine zweite Öffnung, eine dritte Öffnung, eine vierte Öffnung in Verbindung mit der ersten Öffnung, eine fünfte Öffnung in Verbindung mit der zweiten Öffnung und eine sechste Öffnung in Verbindung mit der dritten Öffnung aufweist, wobei die rotierende zylindrische Kammer ein erstes Ende und ein zweites Ende am gegenüberliegenden Ende des Zylinders aufweist, sich die ersten, zweiten und dritten Öffnungen am ersten Ende öffnen, und sich die vierten, fünften und sechsten Öffnungen am zweiten Ende öffnen, das zweite Ende eine erste ringförmige Nut in Verbindung mit der vierten Öffnung und einer von einer stromaufwärtigen Gasöffnung, einer Mittelstrom-Gasöffnung und einer stromabwärtigen Gasöffnung unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer aufweist, das zweite Ende ferner eine zweite ringförmige Nut in Verbindung mit der fünften Öffnung und einer anderen von der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung unabhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer umfasst, sich die sechste Öffnung in einer Mitte des zweiten Endes öffnet und in Verbindung mit noch einer anderen der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung steht; eine erste Ventilendkappe, die eine erste Kappenöffnung, die sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine zweite Kappenöffnung beinhaltet, die sich nach innen erstreckt, um mit einer anderen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung in Abhängigkeit von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer ausgerichtet zu sein; und einen Motor zum Drehen der rotierenden zylindrischen Kammer in verschiedene Rotationspositionen, um zu ändern, welche von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung mit der ersten Kappenöffnung und der zweiten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl die erste Kappenöffnung als auch die zweite Kappenöffnung sequenziell mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung verbunden sind.
  24. Drehventil nach Anspruch 23 und ferner umfassend: eine zweite Ventilendkappe, durch die sich die stromaufwärtige Gasöffnung, die Mittelstrom-Gasöffnung und die stromabwärtige Gasöffnung erstrecken, wobei die erste Ventilendkappe ferner eine dritte Kappenöffnung, die sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ausgerichtet zu sein, und eine vierte Kappenöffnung beinhaltet, die sich nach innen erstreckt, um abhängig von der Rotationsposition der rotierenden zylindrischen Kammer mit einer anderen der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ausgerichtet zu sein, wobei der Motor die rotierende zylindrische Kammer in verschiedene Rotationspositionen dreht, um zu ändern, welche von der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung mit der dritten Kappenöffnung und der vierten Kappenöffnung ausgerichtet ist, so dass sowohl die dritte Kappenöffnung als auch die vierte Kappenöffnung nacheinander mit der stromaufwärtigen Gasöffnung, der Mittelstrom-Gasöffnung und der stromabwärtigen Gasöffnung verbunden sind.
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