Vorrichtung zur Konstanthaltung der IIöhe des Flüssigkeitsstandes in einem Vorratsgefäss.
In vielen Fällen besteht die Aufgabe, eine genau dosierte Flüssigkeitsmenge einem chemischen Prozess zuzuführen.
Üblich sind hiefür Dosierpumpen, die aber infolge der bewegten Teile leicht zu Anfälligkeiten, zum Beispiel Undichtigkeiten an Ventilen und Stopfbüchsen, neigen. Besonders können erhebliche Störungen bei stark korrodierenden Flüssigkeiten und Temperaturen der Flüssigkeiten nahe ihrem Verdampfungspunkt auftreten.
In solchen Fällen sind die bekannten Dosiereinrichtungen mittels Ausfluss oder Durchfluss von Blenden, Düsen oder Kapillaren von Vorteil. Hierbei ist aber Voraussetzung, dass der Druck, das heisst die Höhe der Flüssig keitssäule, vor dem Dosiergerät konstant gehalten wird, da bei freiem Ausfluss die Ausflussmenge von der Druckhöhe je nach Art der Dosiereinrichtung quadratisch oder linear abhängig ist.
Die Erfindung bezweckt die Konstanthaltung der Höhe des Flüssigkeitsstandes in einem Vorratsgefäss in bezug auf ein im Raum festliegendes Niveau. Dies wird gemäss Erfindung dadurch erreicht, dass das Vorratsgefäss von der Flüssigkeit, die in einem zweiten feststehenden Gefäss sich befindet, mindestens teilweise getragen wird, wobei die Abmessungen der Gefässe entsprechend den Dichten der beiden Flüssigkeiten so aufeinander abgestimmt sind, dass bei jeder beliebigen Änderung der Stoffmenge im Vorratsgefäss dessen Flüssigkeitsspiegel auf gleicher Höhe bleibt.
Grundsätzlich können die dabei verwendeten Gefässe beliebige Formen haben, sofern man sie entsprechend aufeinander abstimmt.
Praktisch ist es schon aus Herstellungsgrün- den zweckmässig, zylindrische Gefässe zu verwenden.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulieht.
Fig. 1 zeigt das erste Beispiel. Die zu dosierende Flüssigkeit von der Dichte Q1 befindet sich in dem zylindrischen Vorratsgefäss V vom Querschnitt F1, das mit dem zylindrischen Schwimmergefäss S vom Querschnitt F2 fest verbunden ist.
Dieses Gefäss S schwimmt in einer Flüssigkeit von der Dichte 82, von der eine vorgegebene Menge in das zylindrische Gefäss Z vom Querschnitt F2 eingebracht ist. Das Gefäss V wird also von der letzterwähnten Flüssigkeit getragen.
Wird das Gefäss V aufgefüllt, so taucht der Schwimmer S tiefer in die Flüssigkeit des Gefässes Z ein. Dadurch steigt aber der Flüssigkeitsspiegel H2 in dem Gefäss Z an und der Auftrieb des Schwimmers S wird grösser. Es lässt sich nun rechnerisch zeigen, dass der Flüssigkeitsspiegel im Gefäss V sich unabhängig von der in das Gefäss V eingefüllten Flüssigkeitsmenge immer auf die Höhe H, einstellt, wobei Ho hier die Höhe ist, gemessen vom Boden B, auf dem das Gefäss Z feststeht, wenn die Bedingung erfüllt ist:
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Der Boden B bildet hier das im Raum festliegende Bezugsniveau. Wie die Formel 1 zeigt, sind die Abmessungen der Gefässe und die Dichten der beiden Flüssigkeiten in be stimmter Weise aufeinander abgestimmt.
Aus dem Gefäss V kann Flüssigkeit über den Heber 4 in Gefäss 5 übertreten, in dem das Niveau mit dem Niveau in V übereinstimmt und dann durch die Messdüse 9 ausfliessen.
Die Anordnung nach Fig. 1 kann zu Schwierigkeiten führen, wenn die Flüssigkeit im Behälter Z zu hohen Dampfdruck hat und dadurch eine merkliche Verdunstung auftritt.
In diesem Falle nimmt die Flüssigkeitsmenge im Gefäss Z im Laufe der Zeit allmählich ab und die Höhe H0 ändert sich ganz langsam, sofern man nicht in gewissen Zeitabständen die Füllung nachprüft und nötigenfalls ergänzt.
Dieser Nachteil lässt sich vermeiden, wenn der Querschnitt des Gefässes Z unendlich gross ist. In Gleichung 1 verschwindet dann das zweite Glied und die Beziehung vereinfacht sich zu
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Ist das Gefäss Z im Durchmesser unendlich gross, so bleibt die Spiegelhöhe H2 konstant, wenn das Schwimmergefäss S endlichen Querschnitt hat.
Praktisch lässt sich dieser Fall auch bei endlichem Querschnitt des Gefässes Z verwirklichen, sofern man nur dafür dorgt, dass der Flüssigkeitsspiegel H2 durch einen Überlauf auf gleicher Höhe gehalten wird. Der Durchmesser des Gefässes Z kann dann beliebig gewählt werden.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für diesen Fall.
Hier sitzt das zylindrische Vorratsgefäss auf einem zylindrischen Schwimmer, der in dem mit dem Überlauf U versehenen Behälter in die in ihm enthaltene Flüssigkeit eintaucht.
Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnungen sind grundsätzlich für alle vorkommenden Fälle anwendbar, die Dichte 21 der zu dosierenden Flüssigkeit kann dabei grösser oder kleiner sein als ctie Dichte Q2 der Badflüssigkeit.
In manchen Fällen kann bei den Ausführungen nach Fig. 1 und 9 die hohe Schwerpunktlage der beiden miteinander verbundenen Gefässe V und S sich störend bemerkbar machen, indem das Schwimmersystem instabil wird. Man kann dann die Stabilität durch ein Gegengewicht Q wieder herstellen, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt wird. Dabei kann dann das Gegengewicht das Leergewicht der Behälter V lmd S ganz oder auch nur zum Teil ausgleichen. Hier wird also das Vorratsgefäss nur teilweise von der Flüssigkeit im Behälter Z getragen.
Für den Fall, dass die zu dosierende Flüssigkeit schwerer ist als die Flüssigkeit im Behälter Z, also Q1 > Q2, lassen sich zweckmässigere Anordnungen anwenden, die auch einen Gewichtsausgleich des Schwimmersystems unnötig machen.
Fig. 3 zeigt eine solche Anordnung, bei der der Schwimmer S wegfällt. Diese Ausführungsform lässt sich, wie Gleichung 3 ohne weiteres erkennen lässt, nur in Fällen anwenden, wenn in das Gefäss Z eine vorgegebene Menge Flüssigkeit von der Dichte Q2 eingefüllt wird. Man kann hier also nicht den durch Überlauf U konstant gehaltenen Flüssigkeitsspiegel H2 im Gefäss Z anwenden.
Der Spiegel der zu dosierenden Flüssigkeit von der Dichte Q1 bleibt unabhängig von der in das Gefäss V eingebrachten Menge dieser Flüssigkeit auf der konstanten Höhe H,, gemessen von der festen Unterlage für das Gefäss Z, wenn die Bedingung erfüllt ist: (3) F1 f 1 *) 1e2
F2 Q 1 0i
Bei dieser besonders einfachen, praktischen Ausführung des Erfindungsgedankens besteht aber bei leicht verdunstbaren Flüssig eiten im Behälter Z wieder die Gefahr einer allmählichen Änderung der Höhe H,. Diese kann man hier durch die folgende, in Fig. 4 gezeigte Anordnung vermeiden.
Das die zu dosierende Flüssigkeit von der Dichte Q1 enthaltende zylindrische Gefäss V vom Querschnitt, F1 ist mit einem Hohlschwimmer S fest verbunden, der sich zweckmässig als zylindrisches Mantelgefäss konzentrisch um das Gefäss V herumlegt. Das mit dem Schwimmermantel versehene Gefäss V schwimmt in dem Gefäss Z, das beliebigen Durchmesser hat und mit einer Flüssigkeit von der Dichte 82 gefüllt ist, deren Höhe durch einen Überlauf U konstant gehalten wird.
Wird in das Gefäss V Flüssigkeit von der Dichte el nachgefüllt, so hat es das Bestreben, tiefer in die Flüssigkeit von der Dichte 22 einzutauchen, gleichzeitig wird aber auch der mit dem Gefäss V fest verbundene Schwimmer S mit eintauchen und die Eintauchtiefe teilweise kompensieren.
Man kann nun die Abmessungen so wählen, dass unabhängig von der im Gefäss V befindlichen Menge die Spiegelhöhe H0 die gleiche bleibt. Die theoretischen Uberlegungen zeigen nach Gleichung 1, dass das der Fall ist, wenn
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Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausfüh rnngsbeispiele sind besonders dann brauchbar, wenn die zu dosierende Flüssigkeit im Gefäss V auf einer bestimmten, von der Umgebung abweichenden Temperatur gehalten werden muss. Das Gefäss V kann auch als Schmelzgefäss Verwendung finden, wobei der Stoff also in fester Form eingebracht wird und durch Wärmezufuhr von der Flüssigkeit des Behälters Z aus der festen in die flüssige Phase übergeführt wird.
Die zu dosierende Flüssigkeit von der Dichte 21 befindet sich in Fig. 4 in dem Speicherbehälter 1 und wird je nach Bedarf in grö sseren oder kleineren Zeitabständen durch Öffnen des Hahns 2 dem mit einem Schwimmermantel entsprechender Abmessungen versehenen Gefäss V zugeführt. Gefäss V und Schwimmer S schwimmen in der Flüssigkeit von der Dichte 8 2, zum Beispiel Wasser in dem Gefäss Z, dessen Spiegel durch den Überlauf 4 auf gleicher Höhe gehalten wird.
Die in dem Überlauf abfliessende Wassermenge wird durch den Zulauf 3 wieder ergänzt. Aus dem Schwimmergefäss 5 wird die Flüssigkeit mittels des Hebers 4 von reichlichem Durchflussquerschnitt in das Gefäss 5 gefördert, dessen Flüssigkeitsspiegel mit dem im Gefäss V kommuniziert. Am Boden 6 des Gefässes 5 befindet sich eine Messdüse 9, durch die infolge der kor xtanten Höhe H0 stets die gleiche Flüssigke; menge ausfliesst, in dem Trichter 7 aufgefangen und durch die Rohrleitung 8 dem Verbraucher zugeführt wird.
Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen können für alle Fälle der Mess- oder Regeltechnik, in denen es darauf ankommt, einen Flüssigkeitsspiegel unabhängig von Zuund Ablauf konstant zu halten, angewendet werden.