DE4139735C3 - Entgasungsgerät - Google Patents
EntgasungsgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Entgasungsgerät gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Insbesondere betrifft sie ein computergesteuertes
Entgasungsgerät mit sehr geringen Abmessungen, das
geeignet ist, sehr kleine Flüssigkeitsmengen zu behan
deln in Zusammenhang mit analytischen Einrichtungen,
Prüfeinrichtungen, Experimentaleinrichtungen und der
gleichen.
Im Bereich der analytischen Einrichtungen, medizini
schen Einrichtungen und dergleichen ist es allgemein
bekannt, Verfahren anzuwenden, bei denen ein Rohr,
das aus einem permeablen Material (Film, Folie) be
steht, in einer Vakuumkammer anzuordnen, die durch
eine Vakuumpumpe evakuierbar ist und wobei die zu
entgasende Flüssigkeit durch das Rohr fließt und das
Gas aus der Flüssigkeit entfernt wird, durch das Hin
durchtreten durch die Wand des Rohres. Als Beispiele
seien genannt die DE 31 16 672 A1, DE 21 41 570 A1
und die DE 21 41 607 A1. Beschrieben ist diese Entga
sungstechnik auch in "Chem.-Ing.-Tech." 58, 1986, Nr. 4,
S. 322/23.
Derartige bekannte Geräte haben jedoch insgesamt
große Abmessungen, da sie mit Vakuumpumpen ver
bunden sind, die eine sehr hohe Leistung erbringen, ver
glichen zu dem Volumen des hindurchtretenden Gases
bzw. der kleinen Flüssigkeitsmenge, die untersucht wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Entgasungsgerät der eingangs genannten Art so auszu
bilden, daß es hinsichtlich der Abmessungen klein ist
und dennoch zuverlässig und beständig arbeitet.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den
Merkmalen im Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Ei
ne vorzugsweise Weiterbildung ergibt sich aus dem An
spruch 2.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt ein Entgasungs
gerät, das nicht nur beständig und zuverlässig arbeitet,
sondern in seinen Abmessungen erheblich verkleinert
ist. Dabei können kleinere Vakuumpumpen zur Anwen
dung kommen, und die Zeitspanne, die notwendig ist,
eine gleichmäßige Arbeitsweise des Gerätes zu errei
chen, läßt sich wesentlich verringern, insbesondere da
durch, daß verhindert wird, daß die Leistung der Vaku
umpumpen dadurch wesentlich reduziert wird, daß
Flüssigkeit durch das permeable Material hindurchtritt.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand der Zeich
nungen erläutert werden.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Entgasungsgerä
tes gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Ventil,
Fig. 3 die zeitlichen Zusammenhänge der einzelnen
Vorgänge und
Fig. 4 eine schematische Ansicht der Bewegung des
Kolbens der Vakuumpumpe.
In der Fig. 1 ist mit 1 der Einlaß für die Flüssigkeit und
mit 2 der Auslaß für die Flüssigkeit sowie mit 3 das Rohr
aus permeablem Material (Film, Folie) bezeichnet. Die
Wandoberfläche des Rohres 3 wirkt als permeabler
Film, d. h. das Gas wird aus der Flüssigkeit in dem Rohr
3 abgezogen, dadurch, daß es durch die Wandoberfläche
hindurchtritt. Dieses Rohr 3 befindet sich in einer Vaku
umkammer 4, deren Druck über ein Vakuummeßgerät 5
angezeigt wird. Ein permeables Material 6 liefert eine
minimale Luftmenge in die Kammer 4 von der Außen
seite her. Die Kammer 4 ist mit der Umgebung durch ein
Lufteinlaßventil 7 verbunden. Die Vakuumpumpe ent
hält die Elemente, die mit den Bezugszeichen 8 bis 17
bezeichnet sind. Die Primärseite der Vakuumpumpe ist
über ein Lufteinlaßventil 18 an die Atmosphäre ange
schlossen. Ein nicht gezeigtes Steuergerät wird dazu
benutzt, das Ein- und Ausschalten des elektrischen An
triebes sowie die Koordination der Lufteinlaßventile 7
und 18 und der Vakuumpumpe 8 bis 17 in Abhängigkeit
von einem Signal des Vakuummessers 5 zu regeln.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein Rückschlagventil 8, 12
und 15, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Figur zeigt
auch den Gaseinlaß 19, den Gasauslaß 20, den Ventilsitz
21, das Ventil 22 und die Feder 23. Wenn auf das Ventil
22 eine größere Kraft einwirkt als die Kraft der Feder
23, aufgrund des Unterschiedes zwischen dem Druck am
Einlaß 19 und am Auslaß 20, dann bewegt sich das Ventil
22, auf die Figur bezogen, nach rechts, so daß der Durch
fluß geöffnet wird, während das Ventil 22 sich nach links
bewegt, wenn die Druckdifferenz kleiner ist als die
Kraft der Feder 23, so daß es dann in Kontakt mit dem
Ventilsitz 21 kommt und den Durchgang schließt.
Fig. 3 zeigt den zeitlichen Ablauf der Arbeitsweise
der Vakuumpumpe 8 bis 17 sowie der Ventile 7 und 18.
Nachfolgend soll die Arbeitsweise des erfindungsge
mäßen Entgasungsgerätes beschrieben werden.
Wenn der elektrische Antrieb für das Gerät ange
schaltet wird, dann wird das Lufteinlaßventil 7 geschlos
sen, entsprechend einem Signal von dem nicht gezeigten
Steuergerät. Gleichzeitig öffnet auf Grund eines Signals
des Steuergerätes das Ventil 18, so daß der in der Fig. 3
mit A bezeichnete zeitliche Abschnitt abläuft. Die Vaku
umpumpe 8 bis 17 wird ebenfalls von einem Signal des
Steuergerätes angeschaltet und saugt die Luft von au
ßen in das Gerät und durch das Ventil 18 heraus. Durch
den Zeitschalter wird dann das Ventil 18 geschlossen
und das Ventil 8 (Primärventil) öffnet sich auf Grund der
Druckdifferenz zwischen dem Auslaß und dem Einlaß
und das Innere der Vakuumkammer 4 wird evakuiert.
Als nächstes öffnet sich das Ventil 18 wieder, und zwar
geschaltet durch den Zeitschalter, das Ventil 8 schließt
sich auf Grund der Druckdifferenz und die Vakuum
pumpe saugt die Luft aus dem Gerät ab. Dieses Verfah
ren wird wiederholt (entsprechend dem Öffnen und
Schließen des Ventiles 18 gemäß Bereich A der Fig. 3),
bis ein vorbestimmter Druck innerhalb der Vakuum
kammer aufgebaut worden ist, wobei dieser vom Vaku
ummeßgerät 5 dem Steuergerät mitgeteilt wird, und die
Vakuumpumpe wird angehalten (abgeschaltet) durch
ein entsprechendes Signal des Steuergerätes, wie es mit
dem Bereich B in Fig. 3 angedeutet ist.
An diesem Punkt gelangt die zu entgasende Flüssig
keit in den Einlaß 1 durch eine nicht gezeigte äußere
Pumpe und fließt durch das Rohr aus permeablem Ma
terial und tritt schließlich am Auslaß 2 wieder aus. Da
die Wand des Rohres 3 permeabel ist, kann Gas, das sich
in der Flüssigkeit befindet, durch die Wandoberfläche
hindurchtreten und wird durch die Druckdifferenz zwi
schen dem inneren Druck und dem äußeren Druck (d. h.
dem Innendruck in der Vakuumkammer 4) vom Rohr 3
eliminiert. Es tritt jedoch auch eine sehr kleine Menge
an Flüssigkeit durch das Rohr 3 mit dem Gas zusammen
aus, und es bildet sich Dampf (Gas). Das Vakuummeßge
rät 5 erkennt die Störung des Vakuums durch das aus
tretende Gas, und das Steuergerät wirkt damit wieder
auf die Vakuumpumpe ein, um den Druck in der Vaku
umkammer 4 zu regulieren, und zwar durch Öffnen und
Schließen des Ventiles 18 in der Weise, wie sie im Ab
schnitt A vorher beschrieben worden ist, wobei dieser
Abschnitt hier jetzt mit C in der Fig. 3 bezeichnet ist.
Dies geht so lange, bis das Vakuum auf einem vorbe
stimmten Wert stabilisiert ist.
Nachfolgend sollen nun die Bewegungen des Gases
innerhalb der Vakuumpumpe erläutert werden.
Wie in der Fig. 4 gezeigt, weist der Kolben 10 einen
Nockenkanal 30 auf, der in seinem mittleren Bereich
ausgeschnitten ist, und er bewegt sich vor und zurück
nach rechts bzw. links auf Grund des Zusammenspiels
des Nockenkanals 30 des exzentrischen Nockens 16 und
des Motors 17. Die Zylinder 9 und 14 liegen abgedichtet
mittels der Dichtungen 11 und 13 im Abstand vom Kol
ben 10 vor. Wenn sich der Kolben 10 nach rechts be
wegt, dann wird der Druck in dem Zylinder 9 (Primärzy
linder) abgesenkt. Wenn die Differenz zwischen dem
Druck in der Kammer 4 und dem Druck in dem Zylinder
9 höher ist als der Arbeitsdruck in dem Rückschlagventil
8, dann öffnet sich dieses Rückschlagventil 8, und das
Gas aus der Kammer 4 tritt in den Zylinder 9 ein. Wenn
entsprechend der Druck in dem Zylinder 14 höher wird
als der Arbeitsdruck des Rückschlagventiles 15, dann
wird das Gas aus dem Zylinder 14 über das Rückschlag
ventil 15 abgegeben. Wenn der Kolben 10 still steht,
dann wird die Druckdifferenz verringert, so daß sich die
Rückschlagventile 8 und 15 schließen.
Anschließend bewegt sich der Kolben 10 nach links
und der Druck in dem Zylinder 9 wird erhöht, während
er sich in dem Zylinder 14 verringert. Das Rückschlag
ventil 12 öffnet sich, und das Gas aus dem Zylinder 9 tritt
in den Zylinder 14 ein. Dies wiederholt sich, um den
Druck in der Kammer 4 auf ein Vakuum zu bringen, wie
dies allgemein bei Kaskadenpumpen üblich ist.
Wenn jedoch die Flüssigkeit, die zu entgasen ist, einen
niedrigen Siedepunkt und einen hohen Dampfdruck auf
weist, wie bei organischen Lösungsmitteln, dann wird,
wenn die Vakuumkammer 4 für längere Zeit auf einem
Vakuum gehalten wird oder wenn die Fließgeschwin
digkeit der Flüssigkeit gering ist, die Menge an Gas in
der Vakuumkammer 4 klein und nahezu die gesamte
Flüssigkeit wird in Lösungsmitteldampf überführt.
In einem solchen Fall wird Gas einschließlich des ge
bildeten Lösungsmitteldampfes in den Zylinder 9 beim
Ansaugen angesaugt und beim Ausstoßen komprimiert,
so daß der Lösungsmitteldampf auf Grund der Konden
sation zu Flüssigkeit wird. Daher wird der Druckanstieg
gering, und lediglich ein kleiner Teil bzw. kein Gas wird
durch das Ventil 12 abgegeben.
Weiterhin wird, wenn der Dampf zu Flüssigkeit in
dem Zylinder 9 kondensiert und wenn der Druck in dem
Zylinder 9 beim anschließenden Saugschritt verringert
wird, die kondensierende Flüssigkeit zu Gas verdampft,
und damit steigt der Druck in dem Zylinder nicht we
sentlich an. Daraus folgt, daß auch, wenn das Ventil 8
sich öffnet, der Zylinder das Gas nicht aus der Kammer
4 absaugen kann. Um dieses Problem zu beseitigen, be
saßen die herkömmlichen Geräte Vakuumpumpen mit
sehr hohen Saugleistungen. Die erfindungsgemäße Lö
sung verhindert die Absenkung der Absaugleistung
bzw. Geschwindigkeit durch ein permeables Material 6
(Film, Folie) und das Lufteinlaßventil 18. Zunächst wird
zur Verhinderung der Bildung von Lösungsmitteldampf
in der Vakuumkammer 4 durch das permeable Material
6 eine geringe Luftmenge aus der Atmosphäre zuge
führt, und zwar auch dann, wenn die Flüssigkeit mit
geringer Geschwindigkeit fließt. Weiterhin wird auch,
wenn Dampf kondensiert in eine Flüssigkeit in dem Zy
linder 9, wenn das Ventil 18 auf Grund eines Steuerbe
fehls von dem Zeitschalter, wie vorstehend beschrieben,
öffnet, Außenluft in den Zylinder 9 durch das Ventil 18
gebracht, wenn die Pumpe arbeitet, und die Luft wird
zusammen mit dem Dampf über den Zylinder 14 und das
Rückschlagventil 15 abgegeben. Wenn die Flüssigkeit in
dem Zylinder 9 trocknet, wird das Ventil 18 geschlossen,
und zwar durch den Zeitschalter, so daß das Evakuieren
der Vakuumkammer 4 beginnt.
Wie vorstehend erläutert, wird das Ventil 18 durch
einen Zeitschalter gesteuert, wie dies sich aus dem Zeit
diagramm in Fig. 3 ergibt. Durch diese Anordnung kann
die Vakuumpumpe Gas mit einer Geschwindigkeit ab
ziehen, die äquivalent dem Fall ist, wo eine etwa 10mal
größere Pumpe eingesetzt wird.
Wenn die Vakuumkammer 4 nach dem Abschalten
der Vakuumpumpe ein Vakuum behält, dann tritt konti
nuierlich Dampf durch die Rohrwand in die Vakuum
kammer 4 ein, bis der Druck des Gases und des Dampfes
ausgeglichen ist. Wenn sich die Raumtemperatur wäh
rend des Verfahrens ändert, dann kann Dampf konden
sieren und in Flüssigkeit überführt werden in der Vaku
umkammer 4 und somit bei dem nächsten Arbeitsschritt
zu einer Beeinträchtigung führen. Um diesen Nachteil
zu beseitigen, ist ein weiteres Lufteinlaßventil 7 vorge
sehen. Dieses Ventil kann geöffnet werden, um eine An
gleichung des Innendruckes der Kammer 4 an den at
mosphärischen Druck zu ermöglichen, so daß damit ver
hindert wird, daß Dampf durch die Rohrwand hindurch
tritt (dies entspricht den Abschnitten X und Y in Fig. 3).
Claims (1)
1. Entgasungsgerät bestehend aus
- 1. einer Vakuumkammer (4) mit einem sich darin befindenden Rohr (3) aus permeablem Material,
- 2. einer mit der Vakuumkammer (4) verbundenen Vakuumpumpe (9, 10, 17), und
- 3. einem zwischen der Vakuumkammer (4) und der Vakuumpumpe (9, 10, 17) angeordneten ersten Ventil (8),
- 1. die Vakuumkammer (4) ein Fenster (6) aus permeablem Material aufweist,
- 2. die Vakuumkammer (4) zum Belüften derselben durch ein zweites Ventil (7) mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung bringbar ist, und
- 3. ein zwischen dem ersten Ventil (8) und einem Primärzylinder (9) der Vakuumpumpe (9, 10, 17) angeordnetes drittes Ventil (18) vorhanden ist, durch das die Vakuumpumpe (9, 10, 17) zum Belüften derselben mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung bringbar ist, wobei sich im Betrieb der Vakuumpumpe (9, 10, 17) und bei geschlossenem zweiten Ventil (7) das dritte Ventil (18) periodisch öffnet und schließt.
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