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Dosiervorrichtung für Gase In den verschiedensten Zweigen der Technik
ist die einwandfreie Dosierung von Gasmengen von großer Bedeutung, z. B. bei der
Sterilisierung und Reinigung von Wasser oder Abwasser, beim Bleichen in der Textil-
oder Zellstoffindustrie, bei der Reinigung von Flaschen, Fässern und Behältern in
Brauereien und Molkereien. Für die genannten Zwecke werden z. B. Chlor, Schwefeldioxyd,
Ammoniak u. dgl. oder deren wäßrige Lösungen verwendet. Die Dosierung des Gases
wird um so schwieriger, je kleiner die anzuwendenden Gasmengen, je aggressiver die
Gase und je größer die verlangten Genauigkeiten sind.
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Es gibt bereits verschiedene Vorrichtungen, die eine genaue Gasdosierung
ermöglichen, aber diese sind kompliziert und kostspielig und nicht immer betriebssicher.
Das ist besonders dann der Fall, wenn die zu dosierenden Gase aggressiv sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer möglichst
einfachen, betriebssicheren und genaue Dosierungen selbst aggressiver Gase ermöglichenden
Gasdosierungsvorrichtung, und diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Vorrichtung, in der die zu dosierenden Gase nur hydraulischen Einwirkungen unterworfen
werden, und zwar nach dem Verdrängungsprinzip unter Verwendung einer Flüssigkeit
als Betriebsmittel für die Dosierungsvorrichtung, im Gegensatz zu bekannten pulsometerartig
arbeitenden Dosierungsvorrichtungen für Chlor, bei denen das
Chlor
selbst bzw. der Chlordruck das Betriebsmittel und Wasser nur Sperrflüssigkeit ist.
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Die Dosierungsvorrichtung gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen
aus einem allseitig geschlossenen Gefäß, das mit der Gasquelle über einen den Rückstrom
von Gas zur Quelle verhindernden Verschluß in Verbindung steht und mit die Leistung
der Vorrichtung bestimmenden, geregelten oder regelbaren Einrichtungen zur fortlaufenden
oder intermittierenden Beschickung des Gefäßes mit Betriebsflüssigkeit sowie mit
selbsttätig und periodisch, unabhängig vom Gasdruck im Gefäß wirkenden Einrichtungen
zur intermittierenden Entfernung der Flüssigkeit aus dem Gefäß und mit selbsttätigen
und periodisch, unabhängig vom Gasdruck im Gefäß wirkenden Einrichtungen zur intermittierenden
Entfernung des angesaugten Gases versehen ist.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist kurz folgende: Durch die Entfernung
der Flüssigkeit aus dem Behälter wird Gas von der Quelle her angesaugt: und der
Behälter mit Gas gefüllt. Die Gaszufuhr kommt zum Stillstand, wenn die Flüssigkeit
aus dem Behälter entfernt ist, und beim dann einsetzenden Füllen des Behälters mit
Flüssigkeit wird die angesaugte Gasmenge entweder aus dem Behälter herausgedrückt
und der Verbrauchsstelle: zugeführt oder in der zugeführten Flüssigkeit gelöst,
in welch letzterem Fall das Gas gelöst in der Flüssigkeit bei der nach dem Füllen
des Behälters mit Flüssigkeit selbsttätig einsetzenden Entfernung der Flüssigkeit
aus dem Behälter entfernt wird. Während die Entfernung der Flüssigkeit aus dem Behälter
intermittierend ist, ist die Zufuhr von Flüssigkeit zum Behälter zweckmäßig fortlaufend.
Sie kann aber auch intermittierend sein. Durch Vergrößerung oder Verminderung der
Geschwindigkeit der Flüssigkeitszufuhr zum Behälter kann man den Abstand zwischen
den einzelnen Gasdosierungen vermindern oder vergrößern und damit die Leistung der
Vorrichtung in der Zeiteinheit erhöhen oder herabsetzen.
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Die Erfindung wird näher an Hand der Zeichnung erläutert, in der schematisch
drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt sind.
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Bei der in Fig. I dargestellten Vorrichtung, die sich z. B. zur Dosierung
von Chlor für eine kleine Wasserreinigungsanlage eignet, wird- Chlorgas aus einer
nicht gezeigten Chlorflasche über ein Schwimmerventil I einer Glasglocke 2 zugeführt.
Die Glocke 2 steht in einer z. B. mit Wasser oder Salzlösung gefüllten Schale 3,
die mit geeigneten, nicht gezeigten Zusatzeinrichtungen, z. B. einem Schwimmerventil
für den Wasserzufluß zur Schale 3, einem Überlauf u. dgl. versehen ist, um den Wasserstand
in der Schale 3 auf einer gewollten Höhe zu halten. Aus der Glocke :2 tritt das
Rohr 4 in den geschlossenen Behälter 5 ein, der etwas Sperrflüssigkeit, z. B. Wasser
oder Salzlösung, enthält, in die das Rohr 4 eintaucht. Oben aus dem Behälter 5 führt
ein Rohr 6 zu dem allseitig geschlossenen Gefäß 7, dem Meßgefäß der Vorrichtung.
Dieses enthält an beliebiger Stelle z. B. oben oder unten, einen regelbaren Flüssigkeitszufluß
8, einen Heber 9, durch den die zugeflossene Flüssigkeit wieder ablaufen kann, und
über dem höchsten Flüssigkeitsniveau eine Gasableitung Io. Diese mündet in eine
Sperrflüssigkeit im Behälter II, aus dem oben aus einer Ableitung I2 das Chlorgas
der gewünschten Stelle, z. B. einem Absorptionsturm 13, zuströmen kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus den mit 4 bis I2 bezeichneten
Teilen und arbeitet wie folgt: Aus der Leitung 8 wird dem Gefäß 7 Flüssigkeit zugeführt.
Sobald das Flüssigkeitsniveau im Gefäß 7 bis zum Scheitelpunkt des Hebers 9 gestiegen
ist, schlägt dieser selbsttätig über. Durch die ablaufende Flüssigkeit entsteht
im Gefäß 7 ein Unterdruck, durch den aus dem Behälter 5 so lange Chlor angesaugt
wird, wie Flüssigkeit aus dem Gefäß 7 abläuft. Die Verbindungsleitung Io vom Behälter
II steht inzwischen unter Flüssigkeitsverschluß. Ist die Flüssigkeit aus dem Gefäß
7 durch den Heber 9 abgeflossen, so beginnt durch die aus der Leitung 8 zuströmende
Flüssigkeit der Füllungsvorgang des Gefäßes 7, bei dem das eingesaugte Chlor wieder
aus dem Gefäß 7 herausgedrückt wird über die Leitung Io in den Behälter i i und
aus diesem weiter über die Leitung i2 zum Absorptionsturm 13. Ein Rückströmen von
Chlorgas in den Behälter 5 und die Leitung 4 ist nicht möglich wegen des Flüssigkeitsverschlusses
im Behälter 5.
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Das unten in den Absorptionsturm 13 eintretende Chlor wird in einem
oben durch die Leitung 14 zugeführten, einregulierten Wasserstrom gelöst, und die
entstandene Lösung wird durch die Ableitung 15 der Verwendungsstelle zugeführt,
und zwar unter ihrem eigenen Gefälle oder mittels geeigneter, bekannter Einrichtungen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung entspricht einer Art Pumpe, bei
der die aus 8 zuströmende Flüssigkeit die Triebkraft, das Gefäß 7 mit seinen Einzelteilen
die Förderpumpe, die Teile 4 bis 6 das Saugventil und die Teile io bis 12 das Druckventil
darstellen. Die jeweils geförderte Chlormenge entspricht dem Inhalt des Gefäßes
7 zwischen Mindest- und Höchstflüss.igkeitsstand, wobei die geringen Druckunterschiede
beim Ansaugen und Herausdrücken des Chlors, die gewöhnlich nur wenige Zentimeter
Wassersäule ausmachen, fast immer außer acht bleiben können. Durch eine einfache
empirische Eichung kann man jedoch auch diese Druckunterschiede berücksichtigen.
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Der Flüssigkeitszufluß zum Behälter 7 durch die Leitung 8 kann in
beliebiger Weise von Hand oder durch selbsttätige bekannte Einrichtungen geregelt
und damit bestimmten Bedingungen angepaßt werden, z. B. der zu reinigenden Wassermenge,
dem Verschmutzungsgrad des Wassersund dem dadurch bedingten Chlorbedarf.
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Als Betriebsflüssigkeit der Vorrichtung wird zweckmäßig Wasser gewählt,
das z. B. hinterher zur Beschickung des Absorptionsturmes verwendet werden kann.
Man kann aber auch mit anderen Betriebsflüssigkeiten, z. B. konzentrierte Schwefelsäure,
Salzlösungen
u. dgl., arbeiten, und in diesem Fall empfiehlt sich eine Kreislaufführung der Betriebsflüssigkeit.
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In gleicher oder ähnlicher Weise können auch andere Gase für die gleichen
oder beliebige andere Zwecke dosiert werden; bei anderen Gasen, z. B. bei Ammoniak,
kann man beispielsweise auch Petroleum oder Quecksilber als Betriebsflüssigkeit
verwenden, die sich für Chlor nicht eignen, weil sie damit reagieren. Die Betriebsflüssigkeit
wird in jedem Fall der Gasart angepaßt. Auch kann man an Stelle eines Hebers eine
andere, ähnlich wirkende Vorrichtung, z. B. eine Kipprinne, ein Schöpfrad oder mechanisch
betriebene, periodisch arbeitende Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtungen u. dgl.,
verwenden.
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Ferner kann man, was die Vorrichtung nach Fig. I vereinfacht, die
beiden Behälter 5 und II unter die Glasglocke 2 setzen und die Sperrflüssigkeit
in ihnen mit der Sperrflüssigkeit der Schale 3 kommunizieren lassen, wodurch gleichzeitig
ein gelegentlicher Ersatz etwa verdunsteter Sperrflüssigkeit in den Behältern 5
und II überflüssig wird. In ähnlicher Weise kann man die Behälter 5 und II auch
in das Gefäß 7 oder in den Absorptionsturm 13 einsetzen.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird die Betriebsflüssigkeitszufuhr
zur Vorrichtung mittels einer Kipprinne geregelt. Aus der Leitung 16 mit Ventil
17 kann der Kipprinne 18, die um die Achse I9 drehbar ist, und die sich in einem
Trichter 2o befindet, ein geregelter Flüssigkeitsstrom zugeführt werden. Ist die
eine Hälfte der Kipprinne 18 gefüllt, so kippt sie und entleert den Inhalt
dieser Hälfte in den Trichter 2o, während die andere Hälfte der Kipprinne 18 sich
zu füllen beginnt. Die aus dem Trichter 2o ablaufende Flüssigkeit fließt in das
Gefäß 21. Der Inhalt jeder Hälfte der Kipprinne 18 wird zweckmäßig so bemessen,
daß er das Gefäß 21 gerade bis etwas über den Scheitelpunkt des Hebers 22 zu füllen
vermag, so daß dieser nach Zuführung einer Kipprinnenhälfte überschlagen und das
Gefäß 2I wieder entleeren kann. Der Heber 22 ist in diesem Fall nur Entleerungsvorrichtung
und nicht, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. I, auch Regelvorrichtung.
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Bei der Entleerung des Gefäßes 21 wird Gas durch die Zuleitung 23,
die der Zuleitung 6 in Fig. I entspricht, in das Gefäß 21 eingesaugt, bei der Füllung
des Gefäßes 21 mit Flüssigkeit dagegen durch die Ableitung 24, die der Leitung Io
in Fig. I entspricht, wieder herausgedrückt.
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In Fig. 3 ist eine vereinfachte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt, die sich für die Dosierung von Gasen eignet, die in einem
gewissen Grade in der Sperrflüssigkeit löslich sind, z. B. Chlor oder Schwefeldioxyd
in Wasser, und die man in gelöster Form anzuwenden wünscht. Während man die oben
beschriebenen Vorrichtungen in bekannter Weise so zu konstruieren hat, daß im Gefäß
7 bzw. 2I die Berührungsflächen zwischen angesaugtem Gas und der Flüssigkeit möglichst
gering gehalten werden, damit sich hier möglichst wenig Gas löst, verfährt man mit
der Vorrichtung nach Fig. 3 gerade umgekehrt; das Gefäß dient nicht nur als Meßvorrichtung,
sondern auch als Absorptionsvorrichtung. Es fällt somit auch der Behälter II (Fig.
I) mit seinen Einrichtungen zur Weiterleitung des Gasstromes in nur einer Richtung
und Verhinderung des Rückstromes fort.
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Die Teile 4 bis 6 der Fig. I sind bei der Ausführungsform gemäß Fig.
3 in das Gefäß 25 eingebaut. Sie bestehen nur aus dem nach unten führenden Zuleitungsrohr
26, dessen untere Öffnung unterhalb der Öffnung des Heberrohres 29 mündet und daher
stets in Betriebsflüssigkeit im Gefäß 25 hineinragt. Durch die mit einem Ventil
versehene, oben in das allseitig geschlossene Gefäß 25 einmündende Betriebsflüssigkeitszuleitung
28 wird durch eine Düse, einen Injektor od. dgl. ein scharfer Flüssigkeitsstrahl
eingeleitet, der imstande ist, sich wirkungsvoll mit dem in das Gefäß 25 eingesaugten
Gas zu mischen und es so zu absorbieren. Infolge der Gasabsorption steigt der Flüssigkeitsspiegel
im Gefäß, bis der Heber 27 überschlägt, und die Entleerung des Gefäßes 25 beginnt.
Dieser Heber 27 ist zweckmäßig so eingerichtet, daß er das Gefäß 25 möglichst schnell
entleert. Während des Entleerungsvorganges wird durch die Leitung 26 wieder Gas
angesaugt.
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In Fig. 3 ist gleichzeitig eine für alle gezeigten Ausführungsformen
der neuen Vorrichtung besonders vorteilhafte Heberform gezeigt. Der Heber 27 besteht
aus einem unten offenen, oben geschlossenen Rohr 29, dessen Inneres durch unten
angebrachte fußartige Ansätze, untere seitliche Öffnungen od. dgl. frei mit der
Flüssigkeit im Gefäß 25 kommunizieren kann. Im Rohr 29 befindet sich das Ablaufrohr
3o, das ein einfaches senkrechtes Rohr darstellt, das oben eine gewisse, zweckmäßig
nur kurze Strecke nach abwärts gebogen ist, und das in senkrechter Richtung verschiebbar
ist. Der Scheitelpunkt des Hebers ist das obere Ende dieses Rohres 3o. Durch dessen
Verschiebung in senkrechter Richtung kann somit das Gasfassungsvermögen des Gefäßes
25 in weiten Grenzen geändert und damit die jeweils angesaugte Gasmenge geregelt
werden. Eine weitere Regelmöglichkeit liegt in der Stärke des jeweils zugeführten
Flüssigkeitsstromes, für die ebenfalls die beschriebene Heberform sehr vorteilhaft
ist. Hierbei spielt die Umbiegung am oberen Ende des Ablaufrohres 3o, die auch eine
beliebige andere Form haben kann, eine besondere Rolle, indem sie mit der angestiegenen
Betriebsflüssigkeit einen Flüssigkeitsverschluß bildet, über dem im Rohr 29 ein
Gaspolster abgesperrt wird, das bei der beim weiteren Füllen zunehmenden Kompression
eine gewisse Federkraft besitzt. Diese Federkraft wirkt sich auf das zuverlässige
Überschlagen des Hebers unabhängig von der Zuflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit
günstig aus, so daß damit eine weitere Regelmöglichkeit für die angesaugte Gasmenge
in weiten Grenzen gegeben ist. Während nämlich bei Hebern gewöhnlicher oder auch
der in Fig. 3 beschriebenen Bauart, jedoch ohne die obere Umbiegung des
Rohres
3o, bei sonst gleichen Arbeitsbedingungen, die Grenzen der Zuflußmengen, innerhalb
deren der Heber zuverlässig überschlägt, für das Minimum und Maximum ein Verhältnis
von etwa I : 3 kaum überschreiten, konnte mit der gezeigten Umbiegung ein Verhältnis
von über I : 16 erhalten werden, ohne daß untersucht wurde, ob dieses die äußerste
Grenze darstellte.