DE2123961A1

DE2123961A1 - Gasmischeinrichtung

Info

Publication number: DE2123961A1
Application number: DE19712123961
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. Graz Harnoncourt (Österreich)
Original assignee: Avl AG
Current assignee: Avl AG
Priority date: 1970-05-22
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1971-12-02
Also published as: AT300423B; DE2123961C3; DE2123961B2; FR2093653A5; CA942740A; JPS5040037B1; GB1322488A

Description

AVL AG., Schaffhausen (Schweiz)

Gasmisc-h.einrich.tuug

Die Erfindung betrifft eine Gasmischeinri-chtuiig zur Erzeugung konstanter Mischgasströme mit vor "be stimmt em Mischungsverhältnis, insbesondere von lüichgasen für Blutgasanalysiergerätc ^J·.

Es sind bereits Gasmischapparate bekannt, deren Arbeitsprinzip auf dem Hagen-Poiseulleschen Durchflußgesetz basiert. Danach ist die Durchflußgeschwindigkeit bei laminarer Strömung eines Gases durch ein Rohr direkt proportional dem Druckgefälle in diesem Rohr und umgekehrt proportional der Viskosität sowie der wirksamen Länge des Rohres. Zur Konstanthaltung eines Gasstromes muß daher laminare Strömung herrschen, müssen weiters der Eingangs- sowie der Ausgangsdruck konstant gehalten werden und dürfen schließlich keine Temperaturänderungen zugelassen werden, da die Viskosität sehr stark temperaturabhängig ist. Naturgemäß bereitet es nicht unerhebliche Schwierigkeiten, diesen hohen Anforderungen an die Mischanlage voll zu entsprechen. Die Konstanz der resultierenden Mischgasströme ist aber bei deren Anwendung bei Blutgasanalysiergeräten, wie dies bei der bekannten Gasmischeinrichtung der Fall ist, Grundvoraussetzung für die Brauchbarkeit der Untersuchungsergebnisse, da diese schon durch geringe Schwankungen des Entnahmedruckec und der Zusammensetzung der Eichgase maßgeblich beeinflußt werden.

Durch die vorliegende Erfindung sollen die Nachteile der bekannten Gasmischeinrichtung behoben werden. Hiezu

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ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß je Gaskomponente in an sich bekannter Weise ein eine Blendenanordnung mit vorge—. schaltetem Druckfeinregler aufweisendes, mit der Gaskomponente "beaufschlagbares Durchflußsystem vorgesehen ist, und daß die Blendenanordnung jedes Durchflußsysiems aus zwei eingangsseitig parallelgeschalteten Locliblenden "besteht, wobei die Ausgänge jeweils einer Lochblende von den vorhandenen Durchflußsystemen zu je einer einen Mischgasstrom liefernden Entnahmeleitung verbunden sind.

In der Gas-Chromatographie ist ein Durchflußkonstanthalter für Trägergas bekannt, welcher mit Hilfe je einer verstellbaren Drossel und einer dieser nachgeschalteten, aus vier wahlweise zuschaltbaren Lochblenden bestehenden Blendenanordnung konstante Gasdiirchflüsse zu erzielen gestattet. Die Wirkungsweise der bekannten Anla.ge beruht auf dem Prinzip, daß sich Änderungen des Ausgangsdruckes bei einer mit Schallgeschwindigkeit durchströmten Blende nicht auswirken können, da sich Störungen selbst nur höchstens mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzen.

Bei der «»rfindungsgemäßen Einrichtung ist dieses Prinzip dahingehend abgewandelt, daß der Gasstrom jedes Durchflußsystems in zwei Teilströme je über eine Blende geleitet wird_s worauf je ein Teilstrom aus den vorhandenen Systemen zu einem Mischgasstrom vereinigt werden. An den Entnahmeleitungen stehen daher zugleich mindestens zwei verschiedene Mischgasströme mit definiertem Mischungsverhältnis zur Verfügung, deren Konstanz allein durch die Einhaltung eines konstanten Blendenvordruckes mit Hilfe der Druckfeinregler gesichert ist. Die Gasmischeinrichtung nach der Erfindung eignet sich demnach speziell als Zusatzeinrichtung für Blutgasanalysiergeräte, bei denen stets zwei Gasströme verfügbar sein müssen, welche sich aus den Komponenten Kohlendioxyd und Luft oder Kohlendioxyd und Sauerstoff oder aus zwei andersπ Gaskomponenten

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in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen zusammensetzen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Blenden sämtlicher Durchflußsysteme an einem thermostatisierten Metallblock angeordnet: Auf diese Weise werden RaumtemperaturSchwankungen, welche eine Änderung der konstanten Gasströme verursachen könnten, ausgeschaltet. Wenn das Gerät als Zusatzeinrichtung für ein Blutgasanalysiergerät verwendet wird, kann vorteilhafterweise zur Einhaltung einer konstanten Temperatur des Metallbloc :es die an der Anlage vorhandene Thermostatisiereinrichtung hiezu herangezogen werden.

Erfindungsgemäß ist weiters jeder Blende ein Sinterfilter vorgeschaltet, dessen Porengröße von derselben Größenordnung wie die Lochdurchmesser der Blenden ist. Durch diese Maßnahme werden die außerordentlich empfindlichen Blenden, deren Lochdurchmesser nur einige tausendstel Millimeter beträgt und die deshalb mit Laserstrahltechnik gebohrt werden, v/irksam vor Verunreinigungen geschützt.

Nach einem weiteren Srfindungsmerkmal ist das Mischungsverhältnis der Gaskomponenten mittels der Druckfeinregler fein einstellbar. Auf diese Weise können Abweichungen der Gaezusammensetzung vom vorbestimmten Mischungsverhältnis, die durch die unvermeidbaren F«3toleranzen der Lochblenden entstehen können, in' einfacher weise ausgeglichen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert· Es zeigen Fig. 1 das schematische Grundprinzip einer bekannten Gasmischeinrichtung, Fig. 2 das der Erfindung zugrundeliegende Strömungsprinzip, gleichfalls schematisGh und Fig. 3 eine schematische Darstellung der gesamten Gasmischeinrichtung nach der Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht den Längsschnitt eines Kapillarrohres 1, in dem ©ine laminare Gasströmung in Richtung des Pfeiles 2 herrscht. Die Rohrlänge ist mit 1 bezeichnet.

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21? ^q R1 - 4 -

Der Eintrittsdruck des Gases beträgt p₂ und der Austrittsdruck P₁. Nach dem Hagen-Poiseulleschen Gesetz ergibt sich für den Durchfluß die Beziehung:

^P2 - ^P1

7 . ι

worin ν den Durchfluß und^ die Viskosität des Gases bedeuten.

Soll nun der Durchfluß ν durch das Kapillarrohr 1 konstant gehalten werden, so bedeutet das, daß sowohl der Eintrittsdruck pp als auch der Austrittsdruck p., sowie die Viskosität π des Gases konstant gehalten werden müssen. Diese Forderungen sind aber nur sehr schwer zu verwirklichen. Das bekannte Gasmischgerät verfügt über zwei Paare solcher Kapillarrohre, wobei jeweils ein Rohr Jedes Paares mit reinem Sauerstoff und das andere icohr mit reinem Kohlendioxyd beaufschlagt ist. Am Ausgang des Gerätes stehen dann zwei Mischgasströme verschiedener Zusammensetzung zur Verfügung, welche jedoch den erwähnten Temperatursowie Druckschwankungen unterworfen sind.

Die erfindungsgemäße Gasmischeinrichtung benutzt hingegen zur Erzielung einer konstanten Gasströmung das aus Fig. 2 ersichtliche Prinzip. Mit 1' ist eine Rohrleitung bezeichnet, in der sich eine lochblende 3 befindet, \vird diese Lochblende 3 mit Schallgeschwindigkeit durchströmt, so verschwindet jeglicher Einfluß des Blendenausgangsdruckes P₁ auf die Gasströmung. Damit das Gas in der Blende Schallgeschwindigkeit besitzt, muß lediglich die Bedingung

P₁ i=^-2—

erfüllt sein. Für die Durchflußgeschwindigkeit ν ergibt sich dann die einfache Beziehung:

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2 1 / ? 9 R

_ 5 —

wobei F den Lochquerschnitt der Blende bedeutet.

Die erstere, zur Erzielung "der Schallgeschwindigkeit nötige Beziehung wird zumindest in jenen fällen, bei denen die austretenden Gasströme nur den Atmosphärendruck zu überwinden haben, immer erfüllt sein. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Gasmiscl^inrichtung zur Lieferung von Eichgasen für Blutgasanalysiergeräte benutzt wird.

Die in Fig. 3 ersichtliche Gasmischeinrichtung nach der Erfindung benützt das Strömungsprinzip nach Fig. ?., Die Anlage umfaßt zwei Durchflußsysteme 4 und 4', von denen das erstere 4 mit Preßluft aus einer Gasflasche 5 und das andere 4' mit Kohlendioxyd aus einer Gasflasche 5' beaufschlagt ist. An jeder Gasflasche ist in an sich bekannter Weise ein Druckminderventil 6 bzw, 6' vorgesehen, dem ein Filter 7 bzw. 7' nachgeschaltet ist. Der Entnahmedruck aus beiden Flaschen 5, 5' wird durch die Druckminderventile 6, 6' je auf etwa 6 atü reduziert. Anschließend erfolgt eine Vorreinigung der Gase in den Filtern 7, 7', welche als Sinterfilter mit einer Silicageleinlage ausgeführt sind, welch letztere zur Gastrocknung dient, um Korrosionen im anschließenden Leitungssystem zu vermeiden. In je einem nachgeschalteten Sinterfilter 8, 8' werden mitgerissene Silicagelspuren zurückgehalten. Die so gereinigten und reduzierten Gase gelangen direkt zu zwei Druckfeinreglern 9 bzw. 9'.

Die mit dem gleichen Eingangsdruck von 6 atü beaufschlagten, als Proportionalregler ausgebildeten Druckfeinregler 9, 9' halten den Blendenvordruck Pp beider Durchflußsysteme 4,4' konstant, und zwar jeweils auf den bei der Eichung eingestellten V/ert. Der Einfluß der Umgebungstemperatur beträgt nur etwa 0,3;?° Druckabweichung pro 10 Gr- d und kann daherjvernachlässigt werden.

Dem Druckregler 9 sind zwei Lochblenden 10,11 und dem Druckregler 9' zwei Lochblenden 12, 13 parallel nachge-

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2 1 -^; ^ ^ci R

schaltet. Die Lochquerschnitte dieser Blenden 10 "bis 13 verhalten sich wie 17 : 17 : 2 : 1, sodaß sich bei den vorhandenen gleichen Blendenvordrücken in den selben Verhältnissen stehende Durchflüsse ergeben. Die Blenden 10 bis 13 sind dünne Metallblättchen, in die mit Laserstrahltechnik Löcher von der Größenordnunge 0,001 mm gebohrt sind. Die Blenden sind gemeinsam an einem thermostatisierten Metallblock 14 angeordnet, um Schwankungen der Umgebungstemperatur auszugleichen.

Die Ausgänge jeweils einer Lochblende von beiden Durchflußsystemen 4*4' sind paarweise zu je einer Entnahmeleitung verbunden. Die Ausgänge der Blenden 11 und 12 sind zur Entnahmeleitung 15 und die Ausgänge der Blenden 10 und 13 zur Entnahmeleitung 16 zusammengefaßt. An den Entnahmeleitungen 15 und 16 steht daher je ein Zweikomponenten-Gasstrom vorbestimmter Zusammensetzung zur Verfügung. Bei dem oben angegebenen Verhältnis der Lochquerschnitte der Blenden 10 bis 13 ergibt sich beispielsweise an der Entnahmeleitung 15 ein Eichgas mit 5,55 io Kohlendioxydgehalt und an der Entnahmeleitung 16 ein zweites Eichgas mit 10,53 f° Kohlendioxydgehalt.

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ORiGiMAL INSPECTED

Claims

a te η t a η s ρ r ü c h e :__

1. GasmiScheinrichtung zur Erzeugung konstanter Mischgasströme mit vorbestimmt^; in Mischungsverhältnis, insbesondere von Eichgasen für JBlutgasanalysiergeräte, dadurch gekennzeichnet, daß je Gaskomponente in an sich bekannter V/eise ein eine Llendenanordnung mit vorgeschaltetem Druckfeinregler aufweisendes, mit der Gaakomponente beaufschlagba.res Durchflußsystem vorgesehen ist, und daß die Blendenanordnung jedes Durchflußsysterns aus zwei eingangseitig parallel geschalteten Lochblenden besteht, wobei die Ausgänge jeweils einer Lochblende von den vorhandenen Durchflußsystemen zu je einer einen Mischgasstrom liefernden Entnahmeleitung verbunden sind.

2. Gasmischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden sämtlicher Durchflußsysteme an einem thermostatisierten Metall b ^:.ock angeordnet sind.

3. Gasmischeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Blende ein Sinterfilter vorgeschaltet ist, dessen Porengröße von derselben Größenordnung wie die Lochdurchmesser der Blenden ist.

4. Gasmischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis der Gaskomponenten mittels der Druckfeinregler (9,9') feineinstellbar ist. -. ,-■

1. April 1971

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