DE1573074A1

DE1573074A1 - Verfahren und Anordnung zur fortlaufenden Mischung von Gas-Teilstroemen in einem bestimmten Verhaeltnis

Info

Publication number: DE1573074A1
Application number: DE1966R0044896
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Nielsen Boerg Aagaard
Original assignee: Radiometer AS
Current assignee: Radiometer AS
Priority date: 1965-12-30
Filing date: 1966-12-23
Publication date: 1971-05-27
Also published as: US3464434A; DE1573074B2

Description

Patentanwalt Düsseldorf, den \ \ OEZ

4 Düsseldorf Nord ₆₆₃₁ _M/_B | ^!· ^uze-

Freillgrathsfr. 13-Tel. 482656 ^ '

RADIOIiBTER A/S

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Kopenhagen NV, Dänemark

Verfahren und Anordnung zur fortlaufenden Mischung von Gas-Teilßtröraen in einem bestimmten Verhältnis

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur fortlaufenden Mischung von G-as-Teilntrömen in einem "bestimmten Verhältnis bekannter Größe sowie eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wobei es sich hinsichtlich der Gas-Teilströme selbst ebenfalls um Mischungen, beispielsweise atmosphärische Luft., handeln kann.

Es bestoht in der Praxis häufig das Bedürfnis, verhältnismäßig geringe Gasmengon zur Mischung zu bringen, deren zeitliche Durchflussmenge insgesamt nur etwa 5-10 ml/soc beträgt. Joioh'j Mischungen v/erden beispielsv/einu für die Eichung von Meßinstrumenten für für Partial- bzv/. Teildrücke oder für Volumenprozente, desgleichen aber auch dafür verwendet,

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Flüssigkeiten, beispielsweise biologische Flüssigkeiten, mit Hilfe von Gasen bekannten Teildruckes in den Gleichgewichtszustand zu bringen. Die fortlaufende Mischung solcher geringer Gasmengen in einem bestimmten gewünschten Verhältnis bereitet grundsätzlich größere Schwierigkeiten als das für die Mischung von Gasströmen größerer zeitlicher Durchflußmenge der Pail ist.

für die Mischung von Gasen sind verschiedene Verfahren bekannt. Gemäß einem solchen Verfahren ist für jede Gaskomponente eine Kolbenpumpe vorgesehen. Die Zusammensetzung der Mischung ist durch das Hubvolumen der Pumpen sowie die Anzahl der Hübe pro Minute bestimmt. Dabei erfordert die Anordnung eine große Mischkammer für die Gase, wenn ein Gas konstanter Zusammensetzung geliefert werden soll. Außerdem besitzen diese Pumpen den Nachteil, daß sie bewegliche mechanische Teile aufweisen, die einer bestimmten Abnützung unterliegen, die dann - insbesondere bei kleinen Hubvolumina - die Genauigkeit beeinträchtigt.

Bei einem anderen bekannten Verfahren für die Mischung von Gasen wird jede einzelne Gaskomponente dadurch, dosiert, daß sie unter der Einwirkung einer Druckdifferenz durch eine Öffnung in einer Platte oder durch eine kurze Düse geleitet wird. Die auf diese Weiye durch die Öffnung oder Düse tretende

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Gasmenge ist in erster Näherung dem Durchtrittsquerschnitt sowie der Quadratwurzel aus dem Verhältnis zwischen Druckdifferenz und spezifischem Gewicht der jeweiligen Gaskomponente proportional. Jedoch eignet sich dieses Verfahren nicht für die Herstellung von Gasmischungen in kleinen Mengen, weil die kleinsten, praktisch herstellbaren Öffnungen und auch die geringsten noch kontrollierbaren und meßbaren Druckdifferenzen zu ziemlich großen Gasvolumina führen.

Anordnungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens eignen sich im übrigen in erster linie für die Erzeugung von Gasmischungen einer bestimmten Menge sowie einer bestimmten Zusammensetzung, so daß beiderseits der Öffnungen eine bestimmte Druckdifferenz wirksam sein kann. Das ist deshalb so, weil die nicht lineare und nicht genau bekannte Beziehung zwischen der zeitlichen Durchflußmenge und der Druckdifferenz es schwierig machen, sowohl die Zusammensetzung der Mischung als auch die Gesamtdurchflußmenge in vorherbestimmbarer Weise durch Änderung der Druckdifferenzen einzustellen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren für die fortlaufende Mischung von Gasen zu schaffen, das es ermöglicht, auf eine besondere Mischkammer sowie auf bewegte mechanische und damit einer vergleichsweise starken

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Abnützung unterliegende Teile verzichten zu können, das es aber gleich-zeitig ermöglicht, Gas-Teilströme von nur geringer Größe in einem genau bestimmten Verhältnis fortlaufend zu mischen und so auch keinen Gasverlust in Kauf nehmen zu müssen, wenn größere Gasmengen an sich nicht benötigt werden, sondern nur für die Bestimmung des Mischungsverhältnisses "bereit-gestellt werden müssen. Darüber hinaus soll erreicht werden, daß die Gaskomponenten sich in einem einstellbaren Verhältnis mischen lassen oder aber, daß Gasgemische mit einem oder mehreren bekannten Mischverhältnissen unabhängig von der Gesamtdurchflußmenge erhalten werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Anordnung zu schaffen.

Zur Lösung der genannten Aufgabe kennzeichnet sich ein Verfahren zur fortlaufenden Mischung von Gas-Teilströmen in einem bestimmten Verhältnis erfindungsgemäß dadurch, daß die einzelnen Teilströme jeweils mindestens längs eines bestimmten Abschnittes in lOrm von Bahnen von im Verhältnis zum Querschnitt vergleichsweise großer Länge geführt und dabei längs dieser bestimmten Abschnitte jeweils Druckabfälle erzeugt werden, die den die bestimmten Abschnitte durchströmenden zeitlichen Gas-Durchflußmengen jeweils propoi'tional sind, daß hierauf

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das Mischungsverhältnis für die einzelnen Teilströme in Abhängigkeit von den für die einzelnen Teilströme ermittelten Druckabfallwerten bestimmt wird und daß anschließend die einzelnen Teilströme naoh Durchlauf der "bestimmten Abschnitte unmittelbar zu einem Gesamtstrom von bekanntem Mischungsverhältnis vereinigt werden.

Zur weiteren Lösung der erwähnten Aufgabe kennzeichnet sich eine insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anordnung erfindungsgemäß durch mindestens ein erstes und ein zweites zur Erzeugung eines Druckabfalles, der der zeitlichen Durchflußmenge proportional ist, geeignetes Widerstandsrohr mit je einem Eintrittsstutzen für die einzelnen Gas-Teilströme sowie miteinander zu einem gemeinsamen Auslaß verbundenen Austrittsstutzen für den Gesamtstrom bekannten Mischungsverhältnisses sowie durch eine Druckmeßeinrichtung zur fortlaufenden Überwachung des zwischen den Druckabfallwerten der einzelnen Teilströme bestehenden Verhältnisses.

ü3 wird also für jede einzelne Gaskomponente eine bestimmte zeitliche Durchflußmenge mit Hilfe des Druckabfalles bestimmt, der sich beim Durchlauf dieser zeitlichen Durchflußmenge durch ein Rohr ergibt. Die Abmessungen dieses Rohres sind so, daß die zeitliche Durchflußmenge (bezogen auf den im Rohr herrschenden mittleren Druck) dem Druckabfall proportional ist, wan sich unter Einhaltung eines

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hohen Genauigkeitsgrades erreichen läßt. Nachdem die

in
Gas-TeilstrÖme/dieser form dosiert worden sind, lassen sie sich ohne weitere Zwischenmaßnahmen zusammenführen und in einem gemeinsamen Auslaßrohr mischen.

Um die gewünschte Proportionalität herzustellen, muß der Durchmesser des Rohres so groß sein, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gases bei der geforderten maximalen zeitlichen Durchflußmenge so niedrig ist, daß das Gas ohne Turbulenz strömt. Ferner muß das Rohr lang genug sein, so daß der durch die Viskosität des Gases erzeugte Druckabfall, der der ersten Potenz der zeitlichen Durchflußmenge proportional ist, viel größer ist als die dynamischen Druckabfälle, die infolge der Änderungen der Gasgeschwindigkeit beim Eintritt in das und beim Austritt aus dem Rohr auftreten und der zweiten Potenz der zeitlichen Durchflußmenge proportional sind. Ebenso soll das Rohr einen Krümmungsradius ausreichender Größe haben, so daß die Proportionalität zwischen zeitlicher Durchflußmenge und davon erzeugtem Druckabfall erhaltenbleibt. Derartige Rohre, die also so dimensioniert sind, daß der Druckabfall längs ihnen der zeitlichen Durchflußmenge proportional ist, sollen nachstehend als Widerstandsrohre bezeichnet werden.

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Sofern es sich um hohe Werte für die zeitlichen Durchflußmengen handelt, kann es durchaus schwierig sein, der Forderung, daß der dynamische Druckabfall an den Enden des Rohres vernachlässigbar sein soll, genügen zu können. In der Praxis würde das etwa "bedeuten, daß die Widerstandsrohre sehr lang sein müßten. In solchen Fällen ist es daher vorteilhaft, die Anschlüsse für die Messung des Druckabfalles innerhalb des Rohres durch Löcher in dem Widerstandsrohr vorzunehmen, die sich in einigem Abstand von den Enden und scharfen Krümmungen des Rohres befinden. Bei einer solchen Anordnung übt der nicht lineare Druckabfall an den Eintritts- und Austrittsstellen des Rohres keinen Einfluß auf den gemessenen Druckabfall längs des Rohres aus.

Die zeitliche volumetrische Durchflußmenge in einem Widerstandsrohr hängt von dem Druckabfall, den Abmessungen des Rohres sowie der Viskosität des Gases ab. So ist es möglich, für ein spezielles Gas eine die Eigenschaften eines bestimmten Widerstandsrohres kennzeichnende Widerstandszahl anzugeben. Wird der Druckabfall längs des Widerstandsrohres durch diese Widerstandszahl dividiert, so erhält man als Ergebnis die zeitliche Durchflußmenge.

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Bei einer Ausführungsform von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Werte für die die Widerstandsrohre zeitlich durchströmende Durchflußmenge einstellbar, so daß sich G-asmischungen mit einer veränderlichen Zusammensetzung herstellen lassen, die nach Messung der Druckabfälle errechnet werden kann. Dabei ist es auch möglich, beispielsweise als Manometer ausgebildete Druckmeßeinrichtungen für die Messung der Druckabfälle in den Widerstandsrohren so zu eichen, daß die Ablesung unmittelbar anzeigt, wieviele Anteile der jeweiligen G-askomponente in der Mischung enthalten sind.

Bei einer anderen Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herrscht längs aller Widerstandsrohre derselbe Druckabfall, so daß man ein Gasgemisch erhält, das ein festes und von der Größe des Druckabfalles unabhängiges Mischungsverhältnis besitzt. Da es möglich ist, mit Hilfe automatischer Einrichtungen oder empfindlicher Nulldifferenz-Druckanzeiger längs der Widerstandsrohre identische Druckabfälle sehr genau einzustellen, vermag diese letztgenannte Ausführungsform Gasgemische zu liefern, die sich durch ein äußerst konstantes Mischungsverhältnis auszeichnen.

Die Viskosität der Gase hängt in ziemlich starkem Maße von der Temperatur ab, jedoch weichen die Temperaturkoeffizienten

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der einzelnen Gase nur geringfügig voneinander ab. Mach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Widerstandsrohre daher auf gleicher Temperatur gehalten, was zu einer weiteren Verbesserung der Genauigkeit führt. Das Mischungsverhältnis wird dann lediglich durch den Unterschied in den Temperaturkoeffizienten der einzelnen Gaskomponenten beeinträchtigt. Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit läßt sich dadurch einreichen, daß die Widerstandsrohre nicht nur jeweils auf gleicher Temperatur, sondern in Verbindung mit thermostatischen Hilfsmitteln auf einem konstanten Temperaturniveau gehalten werden.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand, von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung beschrieben. In der Z .dehnung zeigen:

Mg. 1 schematisch eine Anordnung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine gegenüber fig. 1 etwas abgewandelte, aber auf dem gleichen Prinzip beruhende weitere Anordnung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

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Mg. 3 schematise]! eine Anordnung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die sich insbesondere für die Lieferung eines Gasgemisches konstanten Mischungsverhältnisses eignet;

Fig. 4 eine weitere Anordnung ähnlich Mg. 3 für die Herstellung zweier verschiedener Gasgemische zweier "bekannter Mischungsverhältnisse;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Differentialdruckregler, wie er in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann;

Mg. 6 perspektivisch eine Ausführungsform eines Widerstandsrohres, wie es sich im Eahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise einsetzen läßt;

Mg. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines für den Einsatz in einer der erfindungsgemäßen Anordnungen für die Mischung von Gasen geeigneten Widerstandsrohres.

Die in Mg. 1 gezeigte Anordnung dient dazu, zwei Gas-Teilströme in einem einstellbaren und bekannten Verhältnis miteinander zu mischen. Dabei wird die eine Gaskomponente

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durch eine Leitung 5 und einen Druckregler 11 zu einem Widerstandsrohr 1 geführt, dessen Widerstandszahl für das zugeführte Gas bekannt ist. Parallel zu dem Widerstandsrohr 1 ist das Manometer 8 geschaltet. Die weitere Gaskomponente wird durch ein Rohr 6 und einen Druckregler 12 zu einem Widerstandsrohr 2 geführt. Die Widerstandszahl dieses zweiten Rohres für die weitere Gaskomponente ist ebenfalls bekannt. Parallel zu dem Widerstandsrohr 2 ist ebenfalls ein Manometer 9 geschaltet. Beide Gas-Teilströme werden in einem Auslaßrohr 14 zusammengeführt. Die volumetrische Durchflußmenge jeder Gaskomponente kann aus dem Druckabfall längs dem entsprechenden Widerstandsrohr geteilt durch die Widerstandszahl des Widerstandsrohres für das betreffende Gas errechnet werden. So ist es möglich, für das in dem Rohr 14 befindliche Gasgemisch den prozentualen Volumenanteil für jede der Gaskomponenten zu errechnen. Außerdem können die zwei Manometer 8 und 9 so geeicht werden, daß sich das Mischungsverhältnis unmittelbar auf den Skalen ablesen läßt.

Bei dem in JPig. 1 gezeigten Aufbau ändert sich das Mischungsverhältnis, wenn sich der von der Gasströmung durch das Auslaßrohr 14 her rückwirkende Druck ändert, sofern nicht die beiden Druckregler 11 und 12 auf denselben Druck eingestellt sind. Wenn das durch das Rohr 14 strömende Gas einen Widerstand überwinden muß, so ändert eine Verstellung beispiels-

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weise des Druckreglers 11 nicht nur die Ablesung auf dem Manometer 8, sondern in gewissem Maße auch die Anzeige des Manometers 9. Diese gegenseitige Beeinflussung bereitet gewisse Unannehmlichkeiten, da es oft notwendig sein kann, Einstellungen vorzunehmen, um feste, gewünschte Mischungsverhältnisse zu erhalten.

Diese Nachteile können dadurch vermieden werden, daß mit den Widerstandsrohren Yorwiderstände in Reihe geschaltet werden, die einen großen Druckabfall verursachen, so daß die Durchflußmengen von der Rückwirkung des in dem Rohr herrschenden Druckes unabhängig werden. Solche Vorwiderstände müssen einen Strömungswiderstand haben, der im Vergleich zu dem Strömungswiderstand, auf den das austretende Gasgemisch auftrifft, groß ist, so daß die gegenseitige Beeinflussung der Druckmesser vernachlässigbar wird. Der genaue Widerstand der Vorwiderstandsrohre braucht nicht bekannt zu sein; ebensowenig muß ihr Widerstand linear sein, noch ist dafür eine irgendwie nennenswerte Stabilität über einen längeren Zeitraum erforderlich. Als solche Vorwiderstandsröhre können enge Röhren, ebenso poröser Werkstoff wie gesinterter Bauteile verwendet werden, so daß ein geeigneter Strömungswiderstand erhalten wird. Vorteilhafterweise werden die Vorwiderstandsrohre an ihren Eintrittsenden mit Staubfiltern ausgerüstet.

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Durch die Vorwiderstände entsteht ein zusätzlicher Vorteil, da die eingestellte Durchflußmenge unabhängig von Änderungen des von den Druckreglern abgegebenen Druckes in stärkerem Maße konstant gehalten werden kann. Wenn die absolute Änderung des Druckes unabhängig von dem abgegebenen Druck ist, wie das in den meisten Fällen für ein gewöhnliches Reduzierventil zutrifft, so reduziert ein Vorwiderstand solcher Größe, daß der von dem Druckregler gelieferte Druck zehnmal so groß ist wie der Druckabfall längs des Widerstandsrohres, die Schwankungen der zeitlichen Durchflußmenge infolge der Unstetigkeit des Druckes um einen Faktor Zehn.

In Pig. 2 ist veranschaulicht, wie solche Vorwiderstände beispielsweise eingesetzt sein können. Dabei dient die Anordnung der Pig. 2 dazu,eine Mischung von drei Gasen mit einstellbarem und bekanntem Mischungsverhältnis herzustellen. Die drei Gase werden durch die Rohre 55» 56 und 57 zugeführt. Die Drücke für die einzelnen Gaskomponenten können mit Hilfe der Druckregler 111, 112 und 113

die

eingestellt werden. Die/Druckregler 111, 1.12 und 113 verlassenden Gase gelangen über die Vorwiderstände 116, 117 und 118 zu den Widerstandsrohren 121, 122 und 123, wie sie weiter im einzelnen in der noch zu erläuternden Fig. dargestellt sind. An den Ausgängen der Widerstandsrohre 121, 122 und 123 werden die einzelnen Gas-Tuilströme in das gemeinsame Auslaßrohr 114 eingeleitet. Parallel zu den

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Widerstandsrohren sind die Druckmeßeinrichtuneen 108, 109 und 110 geschaltet, mit deren Hilfe die zwischen Eintrittsund Austrittsenden der verschiedenen Widerstandsrohre herrschenden Druckdifferenzen erfaßt werden können. Die von den Druckmeßeinrichtungen 108, 109 und 110 abgelesenen Druckdifferenzen geteilt durch die Widerstandszahlen der Widerstandsrohre liefern die zeitlichen Durchflußmengen für die drei Gas-Teilströme und dementsprechend die Zusammensetzung des Gasgemisches. Vorzugsweise können die Widerstandsrohre 121 - 123 in einem gemeinsamen Gefäß 190 angeordnet sein, das Wasser oder eine andere Flüssigkeit enthält, um so die Widerstandsrohre auf einem gemeinsamen Temperaturwert zu halten. Eventuelle Temperaturdifferenzen innerhalb des Gefäßes 190 können durch Rühren der Flüssigkeit weitgehend ausgeglichen werden.

Fig. 3 gibt schematisch eine Anordnung für die Mischung zweier Gas-Teilströme in einem festen, bekannten Verhältnis wieder. Die Druckregler 211 und 212 sind so eingestellt, daß eine zwischen die Eintrittsstellen der Widerstandsrohre 1 und 2 geschaltete Druckmeßeinrichtung 220 eine Druckdifferenz Null tmzeigt. Da an den miteinander verbundenen Austrittsstellen der Rohre 1 und 2 jeweils derselbe Druck herrscht, ist die Durchflußmenge durch die Rohre der Widerstandszahl der Widerstandsrohre für ein bestimmtes Gas umgekehrt proportional, und das Mischungs-

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verhältnis ist konstant, unabhängig von dem gemeinsamen Druckabfall, oder mit anderen V/orten, unabhängig von der gesamten Durchflußmenge des Gasgemisches.

Mg. 4 gibt schematisch eine Anordnung wieder, mit deren Hilfe sich gleichzeitig zwei Gasgemische festen und bekannten, aber unterschiedlichen Mischungsverhältnisses herstellen lassen. Die Anordnung weist zwei Gruppen von Widerstandsrohren 401, 402 sowie 403» 404 auf. Das Prinzip für die Mischung entspricht demjenigen, das der Pig. 3' zugrunde liegt, d. h. die Drücke an den Eintrittsenden der Widerstandsrohre werden gleich groß gehalten. Da der Druck an den Austrittsenden für jede Gruppe von Widerstandsrohren identisch ist, liefert jede Gruppe ein Gemisch konstanter Zusammensetzung. Die Anordnung nach Pig. 4 weist ferner gegenüber Fig. 3 einige Verbesserungen insofern auf, als dort noch ein Vorwiderstandsrohr 416 eingesetzt ist, mit dessen Hilfe sich, wie weiter oben erwähnt, die Durchflußmenge leichter auf einem konstanten Wert halten läßt. Außerdem ist ein automatischer Differentialdruckregler angeschlossen.

Der Differentialdruckregler 421 wird durch den an den Eintrittsenden der Widerstandsrohre 401 und 403 herrschenden Druck über ein Verbindungsrohr 422 beeinflußt. Der Regler421

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kann durch Beobachtung der Druckmeßeinrichtung 420 auf die Druckdifferenz Null eingestellt werden. Nach einer solchen Einstellung hält der Regler die Druckdifferenz Null auch unter schwankenden Betriebsbedingungen automatisch aufrecht. Zur Erhöhung der Genauigkeit des Mischungsverhältnisses können die Widerstandsrohre 401 bis 404 wiederum in ein wannenartig ausgebiltes Gefäß 419 eingetaucht sein, das mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, gefüllt ist, um Temperaturunterschiede so klein wie möglich zu halten, oder aber auch zum Zwecke einer thermostatischen Temperaturregelung. Die Gasgemische werden an den Stellen 414 und 415 abgenommen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführung eines sehr empfindlichen Differentialdruckreglers,wie er beispielsweise in Verbindung mit der Anordnung nach Fig. 4 Verwendung finden kann. Der Steuerdruck wird dem Regler über das Verbindungsrohr 422 zugeführt und wirkt auf die eine Seite einer leicht beweglichen, flexiblen Membran 423 ein. Der Gas-Teilstrom, dessen Druck im Verhältnis zu dem in dem Verbindungsrohr 422 herrschenden Druck geregelt werden soll, wird durch eine Kapillarrohre 424 zu der anderen Seite der Membran 423 geleitet. Ein Druckregler 425 hält für die Kapillarrohre 424 einen Fluß aufrecht, der größer ist als der Fluß durch die an das Rohr 422 angeschlossenen

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Widerstandsrohre. Das überschüssige Gas wird durch eine Düse 427 ausgeblasen, deren Abstand von der Membran einstellbar ist. Wenn der Druck auf der Düsenseite der Membran 423 größer wird als der auf der anderen Seite herrschende Steuerdruck, so wird der Abstand der Membran von der Düse 427 vergrößert und dementsprechend ein größeres Gasvolumen durch die Düse ausgeblasen. Mittels einer leicht beweglichen Membran 423 ist es möglich, eine Druckdifferenz lull innerhalb sehr enger Grenzen aufrechtzuerhalten, nachdem die Düse einmal in geeigneter Weise eingestellt worden ist.

Ein Druckregler, wie er soeben beschrieben wurde, bringt es entsprechend seiner Arbeitsweise mit sich, daß ein Teil des Gases verlorengeht. Das stellt in bestimmten Fällen keine Beschränkung dar, insbesondere dann, wenn das betreffende Gas in unbeschränkter Menge, wie beispielsweise Luft, zur Verfügung steht oder aber die gewünschten prozentualen Volumenanteile des betreffenden Gases so klein sein können, daß ein bestimmter Verlust ohne Bedeutung bleibt, wenn man von dem größeren Verbrauch der anderen Gaskomponente ausgeht.

Eine günstige Ausführungsform eines Widerstandsrohres ist in Pig. 6 veranschaulicht. Das dort gezeigte Widerstandsrohr 101 ist um einen zylinderförmigen Tragkörper 28 herumgewunden, der auf einer Grundplatte 29 mit löchern 30 befestigt ist.

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Die beiden Enden des Rohres 101 münden in einen Verbindungsblock 31» und zwar auf einer Seite von Staubfilterscheiben Auf der gegenüberliegenden Seite dieser Filterscheiben ist jeweils ein Anschlußstutzen 33 für den Gasstrom sowie ein weiterer Anschlußstutzen 34 für die Druckmeßeinrichtung angeordnet. Die Filterscheiben 32 müssen im Vergleich zu den Widerstandsrohren einen vernachlässigbareri !Strömungswiderstand haben. Die Scheiben dienen dazu, die Widerstandsrohre gegen Verunreinigungen, insbesondere bei dem Zusammenbau der Anordnung, zu schützen, da lediglich staubfreie Gase in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung Verwendung finden sollen. Wenn dies nicht der Pail ist, müssen an einer anderen Stelle des Systems weitere Filter eingesetzt werden. Das Widerstandsrohr 101 kann Mcht mit Hilfe von die Löcher 30 durchsetzenden Bolzen zusammengehalten werden. Ferner kann der gesamte Aufbau zusammen mit einem weiteren, für die Erzeugung des Druckabfalles für den zweiten Gas-Teilstrom dienenden Widerstandsrohr-Aufbau in ein Wasserbad konstanter Temperatur eingetaucht werden. Ebenso läßt sich ein Temperaturausgleich dadurch erzielen, daß beide die einzelnen Gas-Teilströme führende Widerstandsrohre auf einen gemeinsamen Metallkörper guter Wärmeleitfähigkeit gewickelt werden.

Mit Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Widerotandsrohr gezeigt, bei dem für die Druckmeßeinrichtungen besondere Anschlußatutzen 134 vorgesehen sind, die mit dem

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Widerstandsrohr 102 an Stellen in Verbindung stehen, die von den Enden des Rohres 102 einen gewissen Abstand haben. Eine Grundplatte 129 trägt das Widerstandsrohr 102 sowie die Anechlußstutzen 133 für die Gas-Teilströme und die Ansohlußstutzen 134 für die Druckmeßeinrichtung. In die einzelnen Anschlußstutzen 133» 134 sind unmittelbar Staubfilter 132 eingesetzt, die in diesem Fall jedoch keinen besonders niedrigen Strömungswiderstand zu haben brauchen. Die Grundplatte 129 kann mehrere Widerstandörohre tragen, die alle in ein Gefäß 119 eingetaucht sein können, das zur Herstellung eines Temperaturausgleichs zwischen den einzelnen Widerstandsrohren mit Wasser gefüllt ist.

Die in den Pig. 2 und 4 wiedergegebenen Anordnungen können in vieler Hinsicht Abwandlungen erfahren. Es liegt auf der Hand, daß hinsichtlich der Pig. 4 mehrere Gruppen von Widerstandsrohren vorgesehen werden können, so daß dementsprechend mehr als zwei Gasgemische festen Mischungsverhältnisses erhalten werden. Darüber hinaus kann die Anordnung so aufgebaut sein, daß sie Gasgemische festen Mischungsver-

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hältnisses liefert, die aus drei oder mehr/Gasen zusammengesetzt sind. Das erfordert dann eine entsprechende Anzahl von η Widerstandsrohren für jedes Gasgemisch sowie η - 1 Differentialdruckreglern und/oder Einrichtungen für die Anzeige der Druckdifferenz Null.

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Eine wichtige Ausführungsform wird verwendet, um atmosphärische Luft mit Kohlendioxyd in einem oder mehreren festen Verhältnissen zu mischen. In diesem Pail ist es vorteilhaft, eine Anordnung entsprechend Pig. 4 mit einem Differentialdruckregler*), der nach dem Prinzip des in Pig. 5 gezeigten Reglers arbeitet. Das Kohlendioxyd steuert den Druck der atmosphärischen Luft durch Ausblasen des überschüssigen Volumens durch die Düse 427. Als Regler wird dabei ein Zentrifugalgebläse eingesetzt, das von einem Synchron- oder Asynchronmotor angetrieben ist. Ein solches Gebläse hält von sich aus einen auf die Kapillarrohre einwirkenden Eingangsdruck ausreichender Konstanz aufrecht.

Da atmosphärische Luft Wasserdampf und Kohlendioxyd in unterschiedlichen Mengen enthält, ist es notwendig, diese Verunreinigungen mit Hilfe von PiItern zu entfernen, die entweder vor oder nach dem Differentialdruckregler eingesetzt werden können. Was die Pilterkapazität angeht, so ist es angebracht, die Pilter hinter dem Regler, aber vor der Einrichtung für die Anzeige der Druckdifferenz Null einzuschalten. Der Strömungswiderstand der Pilter sollte im Verhältnis zu den Widerstandsrohren vernachlässigbar sein. Bei Verwendung der Anordnung in Verbindung mit atmosphärischer Luft sollte außerdem ein Staubfilter vorgesehen sein, der vorzugsweise, in Strömungsrichtung gesehen, vor dem Null-Differentialdruckregler eingeschaltet

Patentansprüche

*) zu verwenden 109822/0074 —— '->-

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur fortlaufenden Mischung von Gas-Teilströmen in einem bestimmten Verhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilströme jeweils mindestens längs eines bestimmten Abschnittes in Form von Bahnen von im Verhältnis zum Querschnitt vergleichsweise großer Länge geführt und dabei längs dieser bestimmten Abschnitte jeweils Druckabfälle erzeugt werden, die den die bestimmten Abschnitte durchströmenden zeitlichen Gas-Durchflußmengen jeweils proportional sind, daß hierauf das Mischungsverhältnis für die einzelnen Teilströme in Abhängigkeit von den für die einzelnen Teilströme ermittelten Druckabfallwerten bestimmt wird und daß anschließend die· einzelnen Teilströme nach Durchlauf der bestimmten Abschnitte unmittelbar zu einem Gesamtstrom von bekanntem Mischungsverhältnis vereinigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall längs jedes von einem Teilstrom durchflosöenen bestimmten Abschnittes gesondert erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse von Länge zu Querschnitt für die einzelnen Bahnen längn der bestimmten Abschnitte

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entsprechend dem gewünschten Mischungsverhältnis der Teiletröme gewählt und an der Eintrittsseite der Teilströme in die zugeordneten bestimmten Abschnitte gleich große Drücke eingestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die gleich großen Drücke an den Eintrittsstellen der bestimmten Abschnitte unabhängig von der absoluten Größe der zeitlichen Durchflußmenge der Teilströme durch Regelung auf gleich hohem Niveau gehalten werden.

5. Anordnung zur fortlaufenden Mischung von G-as-Teilströmen in einem bestimmten Verhältnis, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein erstes und ein zweites zur Erzeugung eines Druckabfalles, der der zeitlichen Durchflußmenge proportional ist, geeignetes Widerstandsrohr (1, 2; 101; 102; 121, 122, 123; 401, 402, 403, 404) mit je einem Eintrittsstutzen für die einzelnen Gas-Teilströme sowie miteinander zu einem gemeinsamen Auslaß verbundenen Austrittsstutzen für den Gesamtstrom bekannten Mischungsverhältnisses sowie durch eine üruckmeßeinrichtung (8, 9; 220; 420) zur fortlaufenden Überwachung des zwischen den Druckabfallwerten der einzelnen Teilströme bestehenden Verhältnisses.

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b. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes 'v/iderstandsrohr (1, 2; 101; 102; 121, 122, 123; 401, 402, 403, 404) ein Rohr "bekannter tfiderstandszahl ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5'- 6, dadurch gekennzeichnet, daI3 jedem ',/iderstandsrohr (1, 2; 121, 122, 123) eine Druckmeßeinrichtung (8, 9; 103, 109, 110.) parallelgecchaltet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (102) mit Anschlußstutzen (134) für die Druckmeßeinrichtung (8, 9} 108, 109, 110) versehen ist, die mit einer kurz vor den Anschlußstutzen (133) für die Teilströme liegenden Stelle des Rohres (102) in Verbindung stehen.

9. Anordnung nach Anspruch 5-6, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eintrittsseitig zwischen die Rohre (1, 2; 401, 402; 403, 404) eine zur Überwachung der Druckgloichheit zwischen den Eintrittsstellen geeignete Druckmeßeinrichtung (220; 420) geschaltet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 5-6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitungen zu den einzelnen Rohren (401, 402; 403, 404) mit einer zur Aufrechterhaltung der Druck-

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gleichheit zwischen den Eintrittsstellen der Rohre (401, 402} 403, 404) unabhängig von der absoluten zeitlichen Durchflußmenge der Teilströme geeigneten Regeleinrichtung (421) gekoppelt sind.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (421) ein Gehäuse mit einer durch eine Membran (423) unterteilten Kammer aufweist, deren eine Kammerhälfte über ein YerMndungsrohr (422) mit der Zuführleitung zu einem ersten Rohr (401, 403) und deren andere Kammerhälfte mit der Zuführleitung zu einem zweiten Rohr (402, 404) in Verbindung steht und daß an die zweite Kammerhälfte eine im Normalzustand der Membran (423) durch die Membran (423) verschlossene Düse (427) angeschlossen ist.

12. Anordnung nach Anspruch 5-11» dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßeinrichtungen in Durchflußmenge/Zeit-Einheiten geeichte Manometer (8, 9) sind.

13. Anordnung nach Anspruch 5-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1, 2; 101; 102; 121, 122, 123; 401, 402, 403» 404) eine Länge haben, die in den Widerstandsrohren einen Druckabfall gewährleistet, der wesentlich größer ist als die dynamische Druckänderung der Teilströme infolge Geschwindigkeitsänderung bei Eintritt der Teilströme in die Rohre bzw. bei Austritt aus den Rohren (1, 2| 101; 102; 121, 122, 123, 401, 402, 403, 404).

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14. Anordnung nach Anspruch 5 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme zu einem Gesamtstrom vereinigende Widerstandsrohre (101; 102} 121, 122, 123; 401, 402, 403, 404) wärmeleitend miteinander verbunden sind.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vereinigung von Teilströmen zu einem Gesamtstrom dienende Rohre in ein mit Wasser gefülltes Gefäß (119; i90; 419) getaucht sind.

16. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme zu einem Gesamtstrom vereinigende Widerstandsrohre (1, 2; 121, 122, 123; 401, 402, 403, 404) auf einen gemeinsamen Wickelkörper guter Wärmeleitfähigkeit gewickelt sind.

17. Anordnung nach Anspruch 14 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermostatische Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur der Rohre (102; 121, 122, 123*, 401 - 404) vorgesehen ist.

18. Anordnung nach Anspruch 5-17, dadurch gekennzeichnet, daß den Widerstandsrohren (1, 2; 121, 122, 123) zur Einstellung des Mischungsverhältnisses vorzugsweise von' Hand verstellbare Druckregulatoren (11, 12; 111, 112, 113; 211, 212) vorgeschaltet sind.

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19. Anordnung nach Anspruch 5-18, dadurch gekennzeichnet, daß den Widerstandsrohren (1, 2; 121, 122, 123; 401, 403) Vorwiderstände (116, 117, 118; 416; 424), die den Gas-Teilströmen einen im Verhältnis zum Strömungswiderstand der Rohre (1, 2; 121, 122, 123; 401, 403) hohen Strömungswiderstand entgegensetzen, vorgeschaltet sind.

20. Anordnung nach Anspruch 9-19» dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsrohr (101) in mehrfachen Windungen um einen spulenartigen Tragkörper (28) herumgelegt und mit seinen Enden jeweils an einen Verbindungsbloek (31) mit dem Anschlußstutzen (33) für die Teilstromleitung sowie dem Anschlußstutzen (34) für die Druckmeßeinrichtung angeschlossen ist.

21. Anordnung nach Anspruch 8, 12-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsrohr (102) sich als im wesentlichen geradliniger Abschnitt im Innern eines Gefäßes (119) erstreckt und mit den Anschlußstutzen (133) für die Teilstromleitung sowie mit den vor den Anschlußstutzen

(133) an das Rohr (102) angeschlossenen Anschlußstutzen

(134) für die Druckmeßeinrichtungen aus dem G.fäß (119) herausragt.

22. Anordnung nach Anspruch 5-21, dadurch gekennzeichnet, daß in den Weg der Teilatröme Schmutzfilter (32; 132) geschaltet sind.

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