DE3690098C2 - Vorrichtung zum Einstellen der Durchflußmenge eines Gases - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen der Durchflußmenge eines Gases, das aus einer Druckgasquelle kommt, die oberhalb der Vorrichtung gelegen ist, wobei sich das Gas zu einer unterhalb der Vorrichtung gelegenen Zone geringeren Drucks bewegen kann, und wobei die Vorrichtung wenigstens zwei Kapillarröhren, die parallel zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite an­ geordnet sind, und eine Steuereinrichtung zur Freigabe oder Verhinderung der Zirkulation des Gases in jeder Ka­ pillare aufweist, die sich unterhalb der Kapillarröhren befindet.

Eine Vorrichtung dieser Art ist zum Beispiel in der FR-PS 2 172 493 gezeigt. Die Vorrichtung nach diesem früheren Dokument enthält einen Druckminderer, der aus einem Ka­ pillarrohr, aus einer Membran oder aus einem Nadelventil mit manueller Steuerung der Einstellung gebildet wird.

Die US-PS 4,420,009 betrifft einen Mischapparat für Fluide, bei dem keine Maßnahmen zur Verhinderung der Kondensation des strömenden Mediums getroffen sind. Bei der bekannten Vorrichtung sind die Steuerorgane stromaufwärts der Kapillaren, also auf der Hochdruckseite, angeordnet. Es handelt sich um eine Mischvorrichtung, die bereits an ihrer Eingangsseite eine aufwendige Regelung umfaßt, und deshalb für korrosive Gase wenig geeignet ist.

Die bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen zum Einstellen der Durchflußmenge, die mittels Membranen oder Nadelven­ tilen entsprechenden Drosselorganen arbeiten, weisen gewisse Nachteile auf, die damit zusammenhängen, daß das Gas bei seiner Entspannung in solchen Drosselorganen zur Abgabe von Kondensat neigt, besonders wenn es Wasserdampf enthält. Wenn sich solche Kondensate gebildet haben, er­ gibt sich eine Unsicherheit in der Durchflußmenge und, im Falle von Chlor oder einem ähnlichen Gas, ein sehr kor­ rosives Milieu, besonders durch die Bildung von unter­ chloriger Säure.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Vorrichtung zum Einstellen der Durchflußmenge eines Gases zu schaffen, die besser als bisher den diversen Anforderungen der Praxis entspricht, und die es insbesondere erlaubt, die Bil­ dung von Kondensaten zu vermeiden oder wesentlich herabzu­ setzen und die dennoch die Möglichkeit einer genauen Ein­ stellung der Durchflußmenge bietet.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Einstellen der Durchflußmenge eines Gases nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die bezeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert.

Die Gasquelle wird vorteilhafterweise durch einen Druck­ behälter gebildet, der bei der in Betracht kommenden Temperatur ein Gas/Flüssigkeits-Gleichgewichtsgemisch enthält, wobei der Behälter in einer Klimakammer auf konstanter Temperatur gehalten wird.

Vorzugsweise ist, wenn das verwendete Gas Chlor ist, der Innendurchmesser und die Länge der Kapillarröhren derart gewählt, daß der Druckgradient höchstens gleich 1 bar/mm ist.

In der Praxis liegt der Druckabfall ΔP zwischen 3 und 10 bar, während die Länge jeder Kapillare wenigstens einige Millimeter beträgt und im allgemeinen zwischen 10 mm und 200 mm liegt.

Die Steuereinrichtung kann durch Auf-Zu-Schieber gebildet werden, die insbesondere mit Polytetrafluoräthylen beschichtet sind.

Die Kapillaren haben im allgemeinen einen Innendurchmesser zwischen 0,1 mm und 0,2 mm.

Die Kapillarröhren sind wie die Leitungen aus einem gegen­ über dem korrosiven Gas inerten Material. Die Kapillar­ röhren können aus Glas hergestellt sein, während die Leitungen aus Polytetrafluoräthylen sind.

Die Kapillarröhren sind derart gewählt, daß für jede Ka­ pillare eine von den anderen Kapillaren verschiedene Durchflußmenge festgelegt ist, wobei insbesondere die Kapillarröhre mit jeweils höherem Rang eine Durchflußmenge auf­ weist, die das Doppelte der Durchflußmenge der Kapillare des nächstniedrigeren Ranges ist.

Die Vorrichtung kann vier parallel angeordnete Kapillaren aufweisen, wobei die Kapillare vom niedrigsten Rang oder der niedrigsten Bedeutung eine Durchflußmenge von 0,0625 l/min sichert, während die Durchflußmengen der folgenden Kapillaren 0,125 l/min, 0,25 l/min bzw. 0,5 l/min betragen.

Eine besonders interessante Anwendung einer solchen Vor­ richtung zum Einstellen der Durchflußmenge betrifft die Versorgung eines Reaktors für die Fixierung eines Gases an einem Festkörper, insbesondere für die Chlorierung von Scheibenwischer-Wischerblättern aus Elastomer. Ein solcher Reaktor und das Verfahren der entsprechenden Behandlung sind in der französischen Patentanmeldung FR 2 537 014 be­ schrieben, die am 6. Dezember 1982 im Namen der Anmelderin unter der nationalen Registriernummer FR 82 20405 eingereicht wurde.

Bei einer solchen Anwendung sieht man vorteilhafterweise elektromagnetische Schieber vor, um die Strömung des Gases in jeder Kapillare freizugeben oder zu verhindern, wobei die Steuerung dieser Elektroschieber von verschie­ denen Parametern wie der Durchlaufgeschwindigkeit des zu behandelnden Festkörpers, der Behandlungstemperatur, der Temperatur der Gasquelle usw. abhängig gemacht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 der Zeichnung ist ein Schema einer Einstellvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ist ein Schema einer Anwendung einer solchen Vorrichtung auf die Versorgung eines Reaktors für die Fixierung eines Gases an einem Festkörper.

Mit Bezug auf die Zeichnung, insbesondere auf die Fig. 1, ist eine Vorrichtung D zum Einstellen der Durchflußmenge eines Gases ersichtlich, wobei das Gas im betrachteten Beispiel Chlor ist, das aus einer Druckgasquelle 1 kommt, die stromauf der Vorrichtung D liegt. Die Druckgasquelle wird von einem Druckbehälter 2 gebildet, der ein Gas/Flüs­ sigkeits-Gleichgewichtsgemisch bei der in Betracht kommen­ den Temperatur enthält. Diese Temperatur ist demnach niedriger als die kritische Temperatur des Gases. Im Fall von Chlor wird der Behälter 2 vorteilhafterweise in einer Klimakammer E bei konstanter Temperatur gehalten, insbe­ sondere bei einer Temperatur von 13°C, bei der der Druck des Gas/Flüssigkeits-Gleichgewichtsgemischs 5,5 bar abso­ lut und somit 4,5 bar relativ beträgt.

Das Gas kann sich, der Richtung der Pfeile F folgend, zu einer Zone A bewegen, die stromab der Vorrichtung D liegt und sich auf einem Druckniveau befindet, das geringer ist als der Druck des Gases in der Quelle 1. Die Vorrichtung D befindet sich gleichermaßen auf einer Temperatur, die niedriger ist als die kritischen Tempe­ raturen des betrachteten Gases, im vorliegenden Beispiel Chlor, und der von diesem Gas transportierten Dämpfe, ins­ besondere des Wasserdampfes. Daraus resultiert, daß das Gas dazu neigt, bei der Entspannung von dem in der Quelle 1 herrschenden Druck auf den in der Zone A herrschenden Druck Kondensate zu bilden.

Die Vorrichtung D weist mehrere Kapillarröhren C1, C2, C3, C4 auf, die parallel zwischen der Hoch- und der Nieder­ druckseite angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbei­ spiel sind vier Kapillarröhren C1-C4 vorgesehen, es ist klar, daß bei Bedarf eine davon verschiedene Anzahl von Kapillarröhren verwendet werden kann.

Die Kapillarröhren C1-C4 sind in Leitungen t1, t2, t3, t4 angeordnet, wobei die Leitungen parallel mit einem transversalen Eintrittsrohransatz 3 verbunden sind, der durch ein Rohr 4 mit der Quelle 1 verbunden ist. An ihrem anderen Ende sind die Leitungen t1-t4 parallel mit einem weiteren transversalen Rohransatz 5 verbunden, der durch ein Rohr 6 mit der Gebrauchszone A des Gases verbunden ist.

Die Kapillarröhren C1-C4 sind vorzugsweise aus Glas, während die Leitungen t1-t4 aus Polytetrafluoräthylen sein können.

Der Innendurchmesser und die Länge der Kapillarröhren C1-C4 sind derart gewählt, daß der Druckgradient, der durch jedes Kapillarrohr hervorgerufen wird, hinreichend klein ist, um die Bildung von Kondensaten aus dem Gas zu vermeiden.

Man hat nämlich im Ergebnis festgestellt, daß für einen be­ stimmten Druckabfall ΔP die Bildung von Kondensaten redu­ ziert und sogar vollständig unterdrückt ist, wenn dieser Druckabfall ΔP über eine nicht vernachlässigbare Länge verteilt ist, derart, daß der Druckgradient nicht zu groß wird.

Wenn 1 die Länge einer Kapillare bezeichnet, dann ist der Druckgradient ΔP/l für Chlor höchstens gleich 1 bar/mm und vorzugsweise unter 0,5 bar/mm.

Die auf dem Markt befindlichen Kapillaren haben im allge­ meinen einen Innendurchmesser, der von 0,1 mm bis 0,2 mm variieren kann, mit einem mittleren Durchmesser von 0,15 mm. Die Länge der Kapillaren C1-C4 beträgt mehrere Millimeter. Diese Länge kann insbesondere für ein ΔP von 3 bis 10 bar für Chlor von 10 mm bis 200 mm variieren.

Des weiteren ist eine Steuereinrichtung B vorgesehen, um die Zirkulation des Gases in jeder Kapillare C1-C4 und dementsprechend in der entsprechenden Leitung t1-t4 freizugeben oder zu verhindern.

Diese Steureinrichtung B wird vorteilhafterweise durch Schieber v1-v4 gebildet, die jeder Leitung t1-t4 zugeordnet sind. Diese Auf-Zu-Schieber v1-v4 sind entweder ganz geöffnet oder ganz geschlossen. Diese Schieber v1- v4 können entweder manuelle Schieber sein oder, vorzugs­ weise, elektromagnetisch betätigt (Elektroschieber) sein, und sie sind insbesondere mit Polytetrafluoräthylen be­ schichtet. Die Schieber v1-v4 sind unterhalb der Kapil­ larröhren an jeder Leitung t1-t4 angeordnet. Zwischen den Kapillaren C1-C4 und den Schiebern v1-v4 befinden sich keine Drosselorgane.

Vorzugsweise sind die Durchflußmengen von jeder Kapillare C1-C4 verschieden. Vorteilhafterweise sind die Durch­ flußmengen derart gewählt, daß, wenn man die Kapillaren in der Reihenfolge der Zunahme ihres Durchflusses einteilt, die Kapillare mit jeweils höherem Rang die doppelte Durchflußmenge aufweist wie die Kapillare des nächstniedrigeren Ranges. Zum Beispiel kann die Kapillare C4 die Kapillare mit der kleinsten Durchflußmenge sein, während die Kapillaren C3, C2 progressiv zunehmende Durchflußmengen haben. Die Kapillare C3 sorgt für eine doppelt so große Durchflußmenge wie die Kapillare C4; die Kapillare C2 für eine doppelt so große wie C3, und das gleiche gilt für C1 gegenüber C2.

Mit vier parallel angeordneten Kapillaren, die mit den Auf-Zu-Schiebern geschaltet werden, ist eine natür­ liche Binärreihe mit vier Bits realisiert. Man erhält so sechzehn verschiedene eingebaute Durchflußmengen, wobei bei dieser Zählung der Durchfluß Null erhalten wird, wenn alle Kapillaren geschlossen sind.

Bei der beabsichtigten besonderen Anwendung für die Ver­ sorgung eines Reaktors zur Chlorierung von Scheibenwischer- Wischerblättern ist die erforderliche Maximal-Durchfluß­ menge an Chlor von der Größenordnung 1 l/min.

Man wählt vorteilhafterweise für die Kapillare C4, die dem niedrigsten Rang oder der geringsten Bedeutung entspricht, eine Durchflußmenge von 0,0625 l/min. Die Kapillaren C3, C2 und C1 haben dann Durchflußmengen von 0,125 l/min; 0,25 l/min bzw. 0,5 l/min.

Die so erhaltenen verschiedenen Durchflußmengen sind durch eine Menge von 0,0625 l/min getrennt.

Aus den vorhergehenden Erklärungen ist unmittelbar er­ sichtlich, daß die Einstellung der Durchflußmenge in einer Art numerischer Form bewirkt wird durch die Steuerung des Öffnens und Schließens der entsprechenden Schieber v1-v4, um den gewünschten Durchfluß zu erhalten.

Die Einstellung wird auf Grund des reduzierten Druck­ gradienten erhalten, ohne daß Kondensate auf dem Niveau der Kapillaren C1-C4 gebildet werden.

Die Fig. 2 zeigt summarisch die Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Versorgung eines schematisch dargestellten Reaktors 7 für die Chlorierung von Scheibenwischer-Wi­ scherblättern aus Elastomer, die in der Form eines konti­ nuierlichen Bandes 8 durchlaufen. Der Reaktor 7, wie er in der bereits zitierten FR-PS 2 537 014 beschrieben ist, wird beispielsweise aus einer leicht gegen die Vertikale geneigten Röhre gebildet, die an ihrem oberen Teil mit einer geeigneten Abdichtungseinrichtung 9 ausgestattet ist, die den Durchgang des Bandes 8 erlaubt. Mit ihrem unteren Teil taucht die Röhre 7 in einen Behälter 10 ein, der eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, enthält, um eine Flüssigkeitsdichtung zu bilden. Das Reaktionsgas, im betrachteten Beispiel Chlor, wird im unteren Teil des Reaktors 7 durch ein Rohr 11 eingeführt. Das Band 8, dessen Oberfläche im Reaktor 7 durch Reaktion mit dem Chlor behandelt worden ist, verläßt den Reaktor 7 durch Eintauchen in den Behälter 10, aus dem es dann wieder herausläuft.

Bei einer solchen Verwendung werden die elektromagne­ tischen Schieber v1-v4 der Vorrichtung D zum Einstellen der Durchflußmenge vorteilhafterweise von einem Rechner 12 gesteuert, der Informationen über diverse Funktionspara­ meter erhält, wie die von einem Meßfühler 13 gemeldete Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes 8 und die von einer Temperaturmeßsonde 14 gemessene Temperatur im Inneren des Reaktors 7. Es können auch andere Parameter sein, die man zu erfassen wünscht. Aufgrund der von den diversen Meß­ fühlern und Sonden erhaltenen Informationen bestimmt der Rechner 12, zum Beispiel aufgrund eines vorbestimmten Programmes oder Gesetzes, die notwendige Durchflußmenge an Chlor und steuert dementsprechend das Schließen und Öffnen von jedem der Schieber v1-v4.

Es ist selbstverständlich, daß die in dieser Beschreibung gegebenen Zahlenbeispiele von Durchflußmengen nur bei­ spielhaft und nicht einschränkend angegeben sind. Die wichtigeren Durchflußmengen können mit verschiedenen Kombinationen von Kapillaren erhalten werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Einstellen der Durchflußmenge eines Gases, das aus einer stromauf der Vorrichtung gelegenen Druckgasquelle kommt und sich zu einer stromab der Vorrichtung gelegenen Zone geringeren Drucks bewegen kann, mit wenig­ stens zwei Kapillarröhren (C1, C2, C3, C4), die parallel zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite angeordnet sind, und einer Steuereinrichtung (B) zur Freigabe oder Verhinderung der Strömung des Gases in jeder Kapillare, die sich stromab der Kapillarröhren befindet, dadurch gekennzeichnet, daß im Hinblick auf ihre Verwendung zum Einstellen der Durchflußmenge eines korrosiven Gases, das bei seiner Entspannung um einen bestimmten Druckabfall (ΔP) zur Bildung von Kondensaten neigt, der Innendurchmesser und die Länge der Kapillarröhren derart gewählt sind, daß der Druck­ gradient, das heißt der über die Länge des Rohres ver­ teilte Druckabfall (ΔP) hinreichend klein ist, um die Bildung von Kondensaten aus dem Gas zu vermeiden, und daß die Kapillarröhren (C1, C2, C3, C4) direkt mit Steuereinrichtung (B) durch Leitungen (t1, t2, t3, t4) verbunden sind, die nicht mit irgendeinem anderen Drosselorgan, wie einem Regler, versehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckgasquelle (1) durch einen Druckgasbehälter (2) gebildet wird, der bei der in Betracht kommenden Temperatur ein Gas/Flüssigkeits- Gleichgewichtsgemisch enthält, wobei der Behälter (2) in einer Klimakammer auf konstanter Temperatur gehalten wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 für die Einstellung einer Durchflußmenge an Chlor, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innendurchmesser und die Länge der Kapillarröhren derart gewählt sind, daß der Druckgradient (ΔP/l) höchstens gleich 1 bar/mm ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein­ richtung (B) durch Auf-Zu-Schieber (v1-v4) gebildet wird, die insbesondere mit Polytetrafluoräthylen beschichtet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kapillare (C1-C4) eine Länge von wenigstens einigen Millimetern hat, insbesondere eine Länge von 10 mm bis 200 mm.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren einen Innendurchmesser zwischen 0,1 mm und 0,2 mm haben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kapillarröhren (C1-C4) aus Glas und die Leitungen (t1-t4) aus Polytetrafluoräthylen hergestellt und somit gegenüber dem korrosiven Gas inert sind.

8 Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarröhren derart gewählt sind, daß für jede Kapillare eine von den anderen Kapillarröhren ver­ schiedene Durchflußmenge festgelegt ist, wobei ins­ besondere die Kapillarröhre mit jeweils höherem Rang eine Durchflußmenge aufweist, die das Doppelte der Durchflußmenge der Kapillare des nächstniedrigeren Ranges ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie vier parallel angeordnete Kapillaren aufweist, wobei die Kapillare vom niedrig­ sten Rang eine Durch­ flußmenge von 0,0625 l/min sichert, während die Durch­ flußmengen der folgenden Kapillaren 0,125 l/min, 0,25 l/min bzw. 0,5 l/min betragen.