DE2453512C3 - Dosiervorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten oder Gasen in ein Fluid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten oder Gasen in ein in einer Hauptleitung strömendes Fluid, insbesondere von gelösten Chemikalien in Brauch- oder Trinkwasser, mit einem in der Hauptleitung angeordneten, ein Druckgefälle erzeugenden Stauorgan, das gegen Federkraft verschiebbar ist, mit einem Dosiergefäß, daus dem das Dosiermedium unter Wirkung des Druckgefälles über eine Dosierleitung in das Fluid gefördert wird, wobei die Dosierleitung an eine von der Hauptleitung abgezweigte und mit einer Drossel versehene Teilstromleitung angeschlossen ist

Vorrichtungen dieser Gattung dienen dazu, einem Fluid, insbesondere Brauch- oder Trinkwasser, das in wechselnder Menge eine Hauptleitung durchströmt in vorbestimmtem Anteil ein Dosiermedium zuzusetzen. Dabei wird üblicherweise angestrebt daß unabhängig von der Strömongsintensität des Fluids die Dosierung, & h. das Mengenverhältnis von Dosiermedium zu Fluid, ihren vorbestimmten Wert möglichst genau beibehält Gattungsgemäße Vorrichtungen arbeiten grundsätzlich so, daß durch das Stauorgan ein Druckgefälie in der Hauptleitung erzeugt wird, wobei das Dosiergefäß über die Dosierleitung mit der Ober- und mit der Unterdruckseite in Verbindung steht Liegt das Dosiermedium in fester Form vor, so wird das Fluid durch eine im Dosiergefäß angeordnete Packung des Dosiermediums hindurchgeleitet und mit gelösten Feststoffen wieder in die Hauptleitung eingeleitet In flüssiger oder gasförmiger Form bereitgestellte Dosiermedien werden üblicherweise in einem im Dosiergefäß angeordneten flexiblen Beutel untergebracht der durch den oberhalb des Stauorgans herrschenden Überdruck unter Abgabe des Dosiermediums auf der Unterdruckseite komprimiert wird. In jedem Fall wird das Dosiermedium unter Wirkung des Druckgefälles in das Fluid gefördert Da ohne besondere Maßnahme mit abnehmender Strömungsgeschwindigkeit auch das Druckgefälie rasch abnimmt, wird bei gattungsgemäßen Vorrichtungen das Stauorgan gegen Federkraft verschiebbar angeordnet so daß sein Strömungswiderstand mit abnehmender Strömungsgeschwindigkeit zunimmt

Bekannte Dosiervorrichtungen lassen sich im wesentlichen in zwei Gruppen unterteilen. Bei einer Ausführungsform anderer als der eingangs beschriebenen Gattung (vgl. DE-PS 6 41986) mündet die vom Dosiergefäß kommende Dosierleitung direkt in die Hauptleitung ein. Zur Verbesserung der Dosiergenauigkeit wird mit einem Regelorgan in Form einer Düsennadel, die mit dem Stauorgan verbunden ist, der Querschnitt der Dosierleitung hinter der Dosiervorrichtung unmittelbar am Auslaß in die Hauptleitung gesteuert. Die Regelnadel müßte bei dieser Anordnung bei kleinen Dosiermengen von wenigen mg/1 sehr lang sein und dürfte eine nur sehr geringe Steigung aufweisen. Abgesehen von dem notwendigerweise sehr großen Hub einer solchen Regelnadel, der in Dosiervorrichtungen schon aus Platzgründen nicht zu beherrschen ist, lassen sich solche Rege.'nadeln mit so geringer Steigung und unter Umständen balliger Kontur fertigungstechnisch nicht mehr realisieren.

Bei bekannten Dosiervorrichtungen der eingangs beschriebenen Gattung (vgl. DE-OS 15 42 294) ist die vom Dosiergefäß kommende Dosierleitung nicht unmittelbar an die Hauptleitung sondern an eine von dieser abgezweigten Teilstromleitung angeschlossen, in der ein Drosselorgan in Form einer Blende angeordnet ist. Dabei wird davon ausgegangen, daß das durch das Stauorgan in der Hauptleitung erzeugte Druckgefälle proportional in der Teilstromleitung vorliegt, so daß

theoretisch eine stetige Proportionalregelung gegeben wäre» In der Praxis zeigt sich dabei aber, daß eine genaue Dosierung auch bei kleinen Durchflußmengen nicht erreicht wird. Befindet das Stauorgan sich bei geringen Durchflußmengen noch in seiner Ruhelage, so erfolgt in der Teilstromleitung bereits eine Dosierung, ohne daß in der Hauptleitung eine Strömung besteht Infolgedessen, kommt es im Bereich kleiner Durchflußmengen zu einer starken Oberdosierung, Überdies ergibt sich über den gesamten Stellbereich des Stauorgans eine nicht lineare Abhängigkeit, da in der Hauptleitung ein veränderlicher Querschnitt, in der Teilstromleitung dagegen ein konstanter Querschnitt vorliegt Dies alles hat zur Folge, daß die Dosierung sich nur unzureichend kontrollieren und reproduzieren läßt und daß bei kleinen Durchflußmengen eine genaue Dosierung völlig unmöglich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung so weiterzubilden, daß eine eindeutige und repraduzierbare Dosierung insbesondere bei kleinen Dcoiermengen erreicht wird. Dabei wird in den meisten Fällen angestrebt, im gesamten Arbeitsbereich Proportionalität zwischen Fluid und Dosiermedium, also eine konstante Dosierung einzuhalten. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, daß mit Rücksicht auf den Chemismus, der durch die Dosierung eingeleitet werden soll, die vorbestimmte Dosierung von der Menge des Fluids abhängt

Diese Aufgabe wird bei einer Dosiervorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung durch die Vereinigung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Es beeinflußt somit die Regelnadel den Durchsatz sowohl in der Teilstromleitung als auch in der Dosierleitung, und zwar aufgrund der Verbindung mit dem Stauorgan entsprechend dessen momentaner Stellung nach Maßgabe der Strömungsverhältnisse in der Hauptleitung. Damit wird die Zugabe des Dosiermeuiums in die Hauptleitung nicht unmittelbar sondern Ober einen von der Hauptleitung abgezweigten und das Dosiermedium aufnehmenden Tsilstrom gesteuert Dies hat zur Folge, daß eine Fluidströmung unter allen Umständen und selbst bei kleinsten Durchsatzmengen gleichzeitig in Haupt- und Teilstromleitung besteht, wodurch eine außerordentlich genaue reproduzierbare und unkritische Einstellung der Zugabe des Dosiermediums selbst bei kleinsten Durchsztzmengen erreicht wird.

Praktische Versuche haben gezeigt daß mit einer in dieser Weise aufgebauten Dosiervorrichtung eine stetige u.id praktisch lineare Abhängigkeit zwischen Haupt- und Dosierstrom bis zu kleinsten Durchsatzmengen erreicht werden kann. Die im wesentlichen parabolische Außenkontur des Diffusors läßt sich aufgrund der gegenüber einer Nadel erheblich kürzeren Länge ohne weiteres herstellen. Als Stauorgan ist eine in Richtung der Strömungsachse verschiebbare Blende vorgesehen, die vorteilhafterweise umfangsseitig von einer an der Hauptleitung festgelegten Ringmembran geführt ist. Die Blende bewirkt eine ihrem freien Querschnitt verhältnisgleiche Änderung des Mündungsquerschnittes, so daß der freie Querschnitt der Blende bei gegebenem Differenzdruck vor und hinter der Blende die Teüstrommenge so festsetzt, daß an der Drosselstelle in der Teilstromleitung eine stetige und lineare Funktion gegji.en ist. Die bewegliche Blende bringt gegenüber bekannten Stauscheiben den Vorteil, daß wesentlich geringere Turbulenzen auftreten, die bei

der Formgebung des Diffusors berücksichtigt werden müßten. Vor und hinter der Blende herrscht ein im wesentlichen statischer Druck,

Vorzugsweise ist die Drossel der Teilstromleitung als Düse ausgebildet, in der die Dosierleitung mündet Die Regelnadel ist vorteilhafterweise exakt kegelförmig ausgebildet und ragt in die Austrittöffnung der Teilstromleitung hinein, wobei der Diffusor eine sich in Strömungsrichtung derart verjüngende Außenkontur aufweist, daß in Verbindung mit der Kegelkontur der Regelnadel die Dosiermenge der Durchflußmenge in der Hauptleitung direkt proportional ist Die exakt kegelförmige Kontur der Regelnadel läßt sich dabei ohne weiteres herstellen, zumal sie wegen der im Teilstrom verhältnismäßig großen Durchflußmenge eine ohne weiteres realisierbare Steigung aufweisen kann.

Es empfiehlt sich weiter, in der vom Dosiergefäß zu der in der Teilstromleitung v.:rgesehenen Düse führenden Dosierleitung eine regelbare Drosselstelle anzuordnen. Dabei kann zusätzlich die Außenkontur des Diffusors an den im Dosierbereich auftretenden Druckverlust der Drosselstelle angepaßt werden. An dieser regelbaren Drosselsteüe kann einerseits die absolute Dosiermenge, beispielsweise in mg/1 eingestellt andererseits aber auch das Gerät an unterschiedliche Viskositäten des Dosiermediums, beispielsweise an unterschiedliche Konzentrationen sngepaßt werden. Der Druckverlust der Strömung an der Drosselstelle wird durch die Außenkontur des Diffusors exakt kompensiert und zwar über den gesamten Dosierbereich. Die über die Drosselstelle zu dosierende Flüssigkeit steht also immer im gleichen Verhältnis zum Hauptstrom.

Nachstehend ist die Erfindung anhand einer in der Zeichnung im Querschnitt dargestellten Ausführungsform beschrieben.

Das Gerät weist eine Hauptleitung 1 auf, die von dem Fluid in Richtung der Pfeile 2 durchströmt wird. Die Hauptleitung 1 weist einen Zulaufstutzen 3 und einen Ablaufstutzen 4 auf, mittels der das Gerät an ein Rohroder Schlauchnetz angeschlossen wird. Mit der Hauptleitung 1 ist ein Behälter 5 verbunden, in dem ein das Dosiermedium enthaltendes Gefäß, z. B. ein elastischer Beutel 6 eingehängt ist, der beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel über einen Flansch 7 an die Hauptleitung 1 angeschraubt ist In dieser, und zwar in der Strömungsachse ist eine Teilstromleitung 8 angeordnet, an deren Einlauf 9 ein Sieb 10 befestigt ist und deren Auslaß als Diffusor It ausgebildet ist Der in der Teilstromleitung 8 vorhandene Kanal ist im mittleren Bereich zu einer Düse 12 verengt, in weiche eine Dosierleitung 13 aus dem Dosiergefäß 6 einmündet. In der Dosierleitung 13 ist eine Drosselsteile 14 vorgesehen, deren Querschnitt vorzugsweise regelbar ist Die zur Änderung des Querschnitts dienende Vorrichtung kann herkömmlicher Art sein, so daß aus Übersichtlichkeitsgründen au' ihre Darstellung verzichtet worden ist. Ferner sitzt in der Dosierleitung 13 ein Rückschlagventil 15.

In der Hauptleitung 1 ist im Bereich des Diffusors 11 ein Stauorgan in Form einer Blende 16 angeordnet, die umfangsseitig von einer Ringmembran 17 geführt ist, so daß sie axial verstellbar ist. Die Blende 16 ist stromabwärts von einer Feder 18 belastet. Ferner weist sie einen Bügel 19 auf, an dem eine Regelnadel 20 angeordnet und mittels einer Feder 21 gegen Verdrehen gesichert ist. Die Regelnadel 20 ragt in die vom Diffusor

11 umgebene Austrittsöffnung der Teilstromleitung hinein. Eine Bewegung der Blende 16 überträgt sich über den Bügel 19 auf die exakt kegelförmige Regelnadel 20, wodurch der Mündungsquerschnitt 22 der Teilstromleitung 8 variiert wird. ϊ

Die Öffnung 23 der Blende 16 umgibt den Diffusor 11 an einer Außenseite 24. Die Außenseite 24 des Diffusors

11 weist eine etwa parabolische Außenkontur auf, die dem Druckverlust, insbesondere in der Drossel 14 Rechnung trägt. ι ο

Bei Betrieb des Gerätes stellt sich aufgrund der als Stauorgan wirkenden Blende 16 stromaufwärts derselben ein Überdruck ein, während stromabwärts der Blende ein Unterdruck herrscht. Der Überdruck herrscht weiterhin auf der Außenseite des Beutels 6. π Dieses Druckgefälle liegt ferner vor und hinter der Düse

12 in der Teilstromleitung 8 vor. Bei Änderung der Durchflußmenge in der Fluid-Leitung 1 nimmt die Blende 16 eine andere Stellung ein. Mit der Blende 16 bewegt sich auch die Regelnadel 20, so daß einer Änderung des freien Querschnitts 23 eine proportionale Änderung des Querschnitts 22 entspricht. Diese Proportionalität bleibt über den gesamten Verstellbereich der Blende 16 erhalten.

Durch die Anordnung der Teilstromleitung 8 in der Strömungsachse des Hauptstroms wird das vorgemischte Dosiermedium auch in der Achse eingegeben, wodurch eine schnelle und gute Durchmischung gewährleistet ist, was bei den bekannten Geräten, bei denen der Teilstrom als Bypaß ausgeführt ist, nicht der Fall ist. Dies ist insbesondere in der Wasseraufbereitung beim Impfen mit Polyphosphaten von Bedeutung, da sich diese nur sehr schlecht in Wasser lösen. Durch die Zugabe in der Strömungsachse findet eine sehr schnelle Durchmischung statt, so daß die gemischte Konzentration schon unmittelbar hinter der Impfstelle gleichmäßig vorliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Dosiervorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten oder Gasen in ein in einer Hauptleitung strömendes Fluid, insbesondere von gelösten Chemikalien in Brauch- oder Trinkwasser, mit einem in der Hauptleitung angeordneten, ein Druckgefälle erzeugenden Stauorgan, das gegen Federkraft verschiebbar ist, mit einem Dosiergefäß, aus dem das Dosiermedium unter Wirkung des Druckgefalles über eine Dosierleitung in das Fluid gefördert wird, wobei die Dosierleitung an eine von der Hauptleitung abgezweigte und mit einer Drossel versehene Teilstromleitung angeschlossen ist, gekennzeichnetdurchdie Vereinigung der Merkmale, daß der freie Querschnitt der Teilstromleitung (8) durch eine Regelnadel (20) steuerbar ist, die in den Auslaß der Teilstromleitung (8) hineinragt und mit dem Stauorgan (16) verbunden ist, daß die Teiistromieitung (8) in der Strömungsachse der Hauptleitung (1) angeordnet ist und daß das Stauorgan als axial verschiebbare Blende (16) ausgebildet ist und mit einer Öffnung (23) einen am Austrittsende (22) der Teilstromleitung (8) vorgesehenen Diffusor (11) umgibt

2. Dosiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel als Düse (12), ausgebildet ist, in der die Dosierleitung (14) mündet

3. Dosiergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelnadel (20) exakt kegelförmig ausgebildet ist "nd in die Austrittsöffnung (22) der Teilstromleitung (8) hineinragt, und daß der Diffusor (11) eine sich in Strömungsrichtung derart verjüngende AuBenkontur (24) aufweist, daß in Verbindung mit der Kegelkontur der Regelnadel (20) die Dosiermenge der Durchflußmenge in der Hauptleitung (1) direkt proportional ist.

4. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß in der Dosierleitung (13) eine regelbare Drosselstelle (14) angeordnet ist

5. Dosiergerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (24) des Diffusors (11) zusätzlich an den im Dosierbereich auftretenden Druckverlust der Drosselstelle (19) angepaßt ist.

6. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Außenkontur (24) des Diffusors (11) etwa parabolisch ist

7. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Blende (16) w umfangsseitig von einer an der Hauptleitung (1) festgelegten Ringmembran (17) geführt ist.

8. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (16) stromabwärts einen die Regelnadel (20) tragenden Bügel (19) aufweist.

9. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dosierleitung (13) vor der Düse (12) ein Rückschlagventil (15) angeordnet ist. t>o

10. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstromleitung (8) vor ihrem Einlaß (9) ein Sieb (10) aufweist.