DE2113266A1

DE2113266A1 - Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluessigkeiten in einem bestimmten Verhaeltnis

Info

Publication number: DE2113266A1
Application number: DE19712113266
Authority: DE
Inventors: Lucien Budts; Christian Delarue; Jean-Claude Dubois; Mezec Claude Le; Jacques Lemaignen
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1970-03-20
Filing date: 1971-03-19
Publication date: 1971-10-07
Also published as: BE764345A; LU62809A1; FR2082619A5; NL7103633A

Description

101, Bd. Murat
Paris I6e/Frankreich

Unser Zeichen; T 1007

Vorrichtung zum Mischen von zwei Flüssigkeiten in einem bestimmten Verhältnis

Die Erfindung betrifft eine einfache, keine beweglichen Teile aufweisende Vorrichtung zum Mischen mehrerer Flüssigkeiten in einem bestimmten, einstellbaren Verhältnis.

Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei welchen Messpumpen benutzt werden, die jedoch schwer einzustellen und kostspielig sind. Ferner sind Vorrichtungen bekannt, bei welchen Becher von einer endlosen Kette angetrieben werden; diese Vorrichtungen weisen ähnliche Nachteile auf.

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Ziel der Erfindung ist es, diese Kachteile zu vermeiden.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Mischen von zwei oder mehreren Flüssigkeiten in einem bestirnten Verhältnis ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Flüssigkeiten unter Bedingungen, die eine laminare Strömung gestatten, jeweils verstellbare hydraulische Impedanzen durchqueren, und dass Einrichtungen vorgesehen sind, mit welchen die Durchsätze in jeder hydraulischen Impedanz auf einen festen Wert gebracht werden können.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Auf dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Impedanz mit geringem Durchsatz,

Fig. 3 und 4 einen Längs- bzw. Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Impedanz mit grossem Durchsatz,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Im-pedanz mit grossem Durchsatz,

Fig. 6 eine Einzelheit der auf Fig. 5 dargestellten Impedanz,

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Fig. 7,8 und 9 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der erfxndungsgemassen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, mit der zwei Flüssigkeiten gemischt werden können.

Von den beiden in einem bestimmten Verhältnis zu mischenden Flüssigkeiten A und C tritt die Flüssigkeit A über eine Leitung C^ und die Flüssigkeit G über eine Leitung 0_Q zu.

Vor Ankunft an der Mischstelle J, an welcher die beiden leitungen in eine Leitung G-g münden, durchqueren die Flüssigkeiten jeweils eine hydraulische Impedanz Z. bzw. Zq.

Wenn Q. und P. der Durchsatz und der Druck der Flüssigkeit am Eingang der Impedanz Z., P-g der gemeinsame Druck der beiden Flüssigkeiten bei J und Q_G und Ρ« dieselben Grossen bei der Flüssigkeit C sind, so gilt bei einer laninaren Strömung bekanntlieh folgende Formel:

P _ P Ό _ Ό

Q₁ = IA II j Q₀ =

Wenn o. der Koeffizient der Verdünnung der Flüssigkeit G in der Flüssigkeit A ist, so kann per definitionem geschrieben werden:

Oi = A ;

ferner

P_p %

P _ P

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Der Wert einer hydraulischen Impedanz in. Bereich laminarer Strömung wird durch die Formel

^Z"TT7

ausgedrückt, in welcher /u die Viskosität der Flüssigkeit und K, L, Σ. und D Grossen sind, die ausschliesslich von der geometrischen Form der Impedanz abhängen.

Der Koeffizient oo hängt also nur von den Vierten · der Drücke P. und Pq der Strömungsmittel A und 0 am Eingang der Impedanzen, von dem Druck P-g am gemeinsamen Ausgang, von der Viskosität der Strömungsmittel und von der geometrischen Form der Impedanzen ab.

lenn P. = Pq, so hängi^ ot-nur noch von der geometrischen Form der Impedanzen und der Viskosität der Strömungsmittel abs

0OC ^ZA

Das Vorhergehende gilt ausschliesslich für den Fall, in dem die Strömungen laminar sind.

Im Folgenden werden Vorrichtung, bei welchen P. gleich Pq ist, und anschliessend Vorrichtungen, bei welchen P., Pq und P,, konstant gehalten werden, beschrieben,

Fig. 2 zeigt aus ein AusfUhrungsbeispiel der Impedanz Zq, d.h. der Impedanz, der die zu verdünnende Flüssigkeit zugeführt wird.

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Als Beispiel sei der Fall beschrieben, bei welchem die beiden Flüssigkeiten aus einer konzentrierten Salzlösung G und Wasser A zur Bildung eines Dialysebades für künstliche Wieren bestehen. Die Durchsätze sind:

Q₀ = 23 cm⁵/Min
Q_A = 677 cm⁵/Min

Die auf Fig. 2 im Querschnitt dargestellte Impedanz enthält ein Kapillarrohr 1 aus Glas mit einer Länge von 67mm und einem Innendurchmesser von o,39 mm. Dieses Kapillarrohr ist mit Kunststoff 2 ummantelt, der von der durchströmenden Flüssigkeit nicht angegriffen wird. Diese Impedanz unterliegt einem Druckunterschied Δ P von 6oo mm Hg.

Die hydraulische Impedanz Z. ist auf Fig. 3 im Längsschnitt und auf Fig. 4 im Querschnitt dargestellt.

Da der Durchsatz Q,. verhältnismässig hoch ist, besitzt die Impedanz ein Bündel von Kapillarrohren 2o, die durch ein Harz miteinander verbunden sind und in einem metallischen Zylinder 1o angeordnet sind.

Ein beweglicher Schieber 5o kann durch ein Betätigungsorgan 7o geradlinig verschoben werden und bei seiner Bewegung in der Ebene 6o eine veränderliche Anzahl von Kapillarrohren sperren.

Die Enden 3o und 4o des Zylinders sind an eine Leitung angeschlossen, durch welche die Flüssigkeit A fliesst. Jedes Ende kann beliebig Eingang oder Ausgang der Impedanz sein.

Pig. 5 zeigt im Querschnitt eine andere Ausfüh-

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rungeform der Impedanz 25..

Ein Zylinder 1o1 enthält einen Kolben 1o2, an dessen Seitenfläche in Längsrichtung verlaufende Kanäle 1o3 vorgesehen sind.

Yon der Querebene 112 an besitzt der Zylinder 1o1 einen grösseren Durchmesser, so dass zwischen dem Zylinder 1o1 und dem Kolben 1o2 ein ringförmiger Raum freibleibt. Die Flüssigkeit A tritt über die Leitung 1o5 zu, füllt die Kammer 1o6 und tritt über die Leitung 1o8 aus.

Der Kolben wird von diesem Knopf 1o9 betätigt, der auf eine Stange 11o einwirkt.

Der Lastverlust ergibt sich aus der Strömung der Flüssigkeit A in dem zwischen der Vorderseite 111 des Kolbens und der Ebene 112 befindlichen Teil der Kanäle 1o3. Der Abstand 111 - 112 ist verstellbar, so dass die hydraulische Impedanz Z. reguliert werden kann.

Im Falle des oben beschriebenen Beispiels besitzt der Kolben 1o2 44 Kanäle mit einem Querschnitt in Form eines rechteckigen Dreiecks mit einer Tiefe von o,25 mm und einer Länge von 6o mm.

Fig. 6 zeigt den Kolben im Querschnitt.

Hierbei tritt bei einem an Z. angelegten Druckunterschied von 6oo mm Hg in jedem der Kanäle 1o3 eine laminare Strömung auf; der Durchsatz kann 667 cm /Min. erreichen.

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Fig. 7 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung, bei welcher die Drücke P^ und P_Q am Eintritt der Impedanzen Z. und Z„ gleich gehalten werden können. Diese Vorrichtung besitzt einen ersten Behälter 2o1, in dessen Inneren ein zweiter Behälter 214 angeordnet ist. Der zweite Behälter steht mit dein ersten über eine obere öffnung 216 in Verbindung. Die Flüssigkeit A wird dem Behälter 2o1 über eine Leitung 2o7 zugeführt, die beispielsweise mit dem Wasserleitungsnetz verbunden ist. In dieser Leitung ist ein Druckregler 21 ο und ein Magnetventil 2o9 vorgesehen.

Die Flüssigkeit C tritt in den Behälter 214 über die Leitung 2/>3 ein. Sie wird in diesen Behälter 214 von einer Pumpe 2o4 bis zu einem durch die Stellung eines Schwimmers 212 voreingestellten Stand gepumpt.

Die beiden Flüssigkeiten fliessen in die beiden Impedanzen Z,. und Z_ß über die Leitungen 2o6 und 211 ab.

Diese Vorrichtung arbeitet auf folgende Weise: Die Flüssigkeit A tritt in den Raum 213 bis zu dem Flüssigkeitsstand F ein und komprimiert die eingeschlossene Luft, bis ein Gleichgewicht der Drücke der beiden Flüssigkeiten und der Luft entsteht.

Die Luftdrücke in den beiden Behältern sind gleich. Infolgedessen sind auch die in Höhe der freien Oberflächen der Strömungsmittel A und C gemessenen Drükke dieser Strömungsmittel gleich.

Bei entsprechender Anordnung von Z. und Z„ werden auch die Drücke am Eingang der beiden Impedanzen gleich gross*

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—· O —'

Bei dieser Vorrichtung kann ferner ein Gleichgewicht der Temperaturen, erreicht werden, wodurch man eine grössere Stabilität des Lösungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur erhält.

Pig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei welcher P. = Pg ist.

Die beiden flüssigkeiten werden in zwei Behältern 3o1 und 3o2 zugeführt, die in ihrem oberen Teil durch eine Leitung 3o3 miteinander verbunden sind.

Eine wie im vorhergehenden Beispiel in der Leitung 3o6 angeordnete Pumpe 3o7 pumpt die Flüssigkeit C mit Hilfe eines Schwimmers 3o9 biB zum Flüssigkeitsstand 3o8.

Ebenso wird die Flüssigkeit A über ein Magnetventil 312 und einem Druckregler 311» die in der Leitung 31 ο angeordnet sind., bis zum Flüssigkeitsstand 313 gepumpt .

Diese Torrichtung arbeitet auf dieselbe Weise wie im vorhergehenden Fall.

Ein in den Leitungen 3o6 und 31 ο vorgesehener 7/ärmetauscher 316 gewährleistet ein Gleichgewicht der Temperaturen.

Fig. 9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei welchem P., P-g und P_Q konstant gehalten werden.

Die Flüssigkeit C befindet sich in dem Behälter 4o3» der über einen Siphon mit einem Behälter 4o1 in Verbindung steht.

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Dieser Behälter enthält einen Schwimmer 4o5, an welchem ein Verschlussorgan 4o6 befestigt ist und auf welchem ein Ventil 4o7 aufliegt, durch welches der Behälter mit der Aussenluft verbunden werden kann.

Dieae Vorrichtung arbeitet auf folgende Weisel Wenn der Behälter leer ist, ist das Ventil geschlossen. Eine unterhalb der beiden Impedanzen vorgesehene Pumpe 414- erzeugt einen Unterdruck und die Flüssigkeit fliesst durch den Siphon. Der Behälter füllt sich, bis der Schwimmer 4o5 mittels des Yerschlussorganes 4o6 den Siphon verschliesst. Zu diesen Zeitpunkt öffnet sich das Ventil und Luft mit atmosphärischem Druck tritt in den Behälter ein. Der Druck der Flüssigkeit C in Höhe ihrer freien Oberfläche ist gleich dem atmosphärischen Druck.

Der Behälter 4o2, der die flüssigkeit A enthält, besitzt einen Überlauf 4o8 und wird über ein Magnetventil 4o9 gespeist. Der Druck in dem Behälter 4o2 in Höhe 41 ο ist somit konstant.

Die Behälter 4o2 und 4o1 aind mit den beiden Impedanzen über zwei Leitungen 41q und 411 verbunden, die vor den Impedanzen einen Wärmetauscher 412 durchqueren. Die beiden Impedanzen sind bei 413 dargestellt.

Hinter den beiden Impedanzen befindet sich in der gemeinsamen Leitung die bereits erwähnte Pumpe 414.

In dieser herrschte ein Druck P_B, der für beide Flüssigkeiten gleich i3t. Wenn die Impedanzen in geeigneten Höhen angeordnet sind, so sind die Drücke an ihren Eingängen jeweils konstant. Man erhält somit die erfin-

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- 1o -

- 1o -

dungsgemäase Betriebsweise, da P., P-g und Pq konstant sind. .

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Claims

Pat entanspriiehe

^Γ1 J Vorrichtung zum Verdünnen von zwei oder mehreren

Flüssigkeiten in einem bestimmten Verhältnis, die Leitungen in einer der Anzahl der zu mischenden Flüssigkeiten entsprechenden Zahl besitzt, in denen diese Flüssigkeiten laminar strömen und in eine gemeinsame Leitung zusammenfliessen, dadurch gekennzeichnet, dass vor der gemeinsamen Leitung (0«) in jeder Leitung (G_A, G^, 2o6, 211, 4-1o, 411) eine hydraulische Impedanz (Z,., Z„, 413) vorgesehen ist und dass Einrichtungen (2o1 bis 216; 3o1 bis 3135 4o1 bis 412, 4U) vorgesehen sind, mit welchen bei den einzelnen Flüssigkeiten (A, C) in jeder hydraulischen Impedanz konstante Lastverluste bewirkt werden können.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass diese Einrichtungen (4o1 bie 412, 414) so ausgebildet sind, dass eie an den Eingängen der Impedanzen (413) und an ihrem gemeinsamen Ausgang konstante Drücke (P., Ρ_β, Pq)erzeugen.
3. Vorrichtung nach Anspruch "1, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtungen (2o1 bi3 216j 3o1 bis 313) so ausgebildet sind, dass sie an den Eingängen der hydraulischen Impedanzen (Z^, Z„) gleich grosse Drücke (P., P_ß)erzeugen·
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtungen (2o1 bis 216, 3o1 bis 313) jeder Flüssigkeit (A, C) zugeordnete Behälter besitzen, die jeweils teilweise gefüllt

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sind und in ihrem oberen Teil miteinander in Verbindung stehen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass zwei Behälter (2o1, 2o2) vorgesehen sind,"deren einer (2o2) sich in der Mitte des anderen (2o1) befindet, und dass die Höhe des Flüssigkeitsspiegels in diesem Behälter durch ein mechanisches Organ (212) steuerbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die Behälter (3o1, 3o2) nebeneinander angeordnet sind und dass ein mechanisches Organ (3o9) die Höhe der Flüssigkeit in einem (3o2) der Behälter st eue rt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine hinter dem Treffpunkt der Leitungen (41o, 411) vorgesehene Pumpe (414) und durch vor den Impedanzen (413) vorgesehenen Behälter (4o1, 4o2, 4o3),die Organe (4o4 bis 4o8) aufweisen, mit welchen der atmosphärische Druck auf der freien Oberfläche dieser Flüssigkeiten bei einem voreingestelIten Stand der Flüssigkeiten und damit konstante Drücke an den Eingängen und am Ausgang der hydraulischen Impedanzen beibehalten werden können.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass einer (4o1) der Behälter (4o1, 4o2_r 4o3) über einen Siphon (4o4) gespeist wird und dass ein von einem Schwimmer (4o5) betätigtes Ventil (4o7) bei einem voreingestellten Flüssigkeitsstand den Eintritt von Luft bewirkt.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass der Flüssigkeitsstand in einen anderen Behälter (4o2) durch einen Überlauf (4o8) voreingestellt wird.

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