DE10315657A1

DE10315657A1 - Separating or mixing gas streams, comprises regulating partial stream quantities using flow resistance by control of electromagnetic valves

Info

Publication number: DE10315657A1
Application number: DE10315657A
Authority: DE
Inventors: Norbert Lenk; Georg Podelska; Bernhard Kochs
Original assignee: AJ IDC GERAETEENTWICKLUNGSGMBH
Current assignee: AJ IDC GERAETEENTWICKLUNGSGMBH
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2003-12-18

Abstract

Separating or mixing gas streams (1), where at least two streams are formed from a single stream or mixed to create a single stream, comprises regulating the partial stream quantity using flow resistance. The partial stream (2) quantity is controlled using electromagnetic valves (3) which are operated by an electronic switching unit (5). The length of the switching times is adjusted according to the desired ratio of the partial streams, and the impulse frequency is chosen so a quasi-stationary flow is achieved. The arrangement used to mix the gas streams has pipes which are connected together via branch sections (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Teilung oder Mischung von Gasströmen, bei dem in einem gewünschten Verhältnis zueinander aus einem Gasstrom zwei oder mehrere einzelne Teilströme erzeugt oder mindestens zwei Teilströme zu einem Gesamtstrom gemischt werden, indem die Mengen der Teilströme durch Flusswiderstände geregelt werden. The invention relates to a method and a device for division or Mixture of gas streams, in which in a desired ratio each other from a gas stream two or more individual partial streams produced or at least two substreams are mixed into a total stream by the quantities of the partial flows are regulated by flow resistances.

Die Erfindung ist bevorzugt in der Analysentechnik anwendbar. Sie kann aber auch vorteilhaft in vielfältigen anderen Gebieten eingesetzt werden, beispielsweise bei der Gasherstellung oder in Wasserstoffmotoren. The invention is preferably applicable in the analysis technique. But she can can also be used to advantage in a variety of other areas, for example, in gas production or in hydrogen engines.

Zum Teilen und zum Mischen von Gasströmen in einem definierten Verhältnis sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen durch Anordnung unterschiedlicher Düsen oder ähnlicher Flusswiderstände, aus einem Gasstrom zwei oder mehrere einzelne Gasströme im gewünschten Verhältnis zueinander erzeugt werden. Dabei ist es auch bekannt, verstellbare Düsen zu verwenden. For dividing and mixing gas streams in a defined ratio Various methods and devices are known in which Arrangement of different nozzles or similar flow resistance, from a gas stream two or more individual gas streams in the desired Ratio to each other are generated. It is also known, adjustable To use nozzles.

Bei diesen Vorrichtungen ist jedoch nachteilig, dass die Flusswiderstände durch Umgebungseinflüsse stark variieren können und sich damit das Flussverhältnis unkontrolliert verändern kann. In these devices, however, is disadvantageous that the flow resistances can vary greatly due to environmental influences and thus the River ratio can change uncontrollably.

Es sind ferner Anordnungen bekannt, bei denen in die Leitungen für die einzelnen Gasströme elektronisch oder mechanisch geregelte Flusswiderstände, so genannte Massflowcontroller eingesetzt werden. Arrangements are also known in which in the lines for the individual gas flows electronically or mechanically controlled flow resistances, so-called mass flow controllers are used.

Diese Vorrichtungen können aber wegen der Empfindlichkeit der Stellglieder nur für sehr saubere, partikelfreie und störgasfreie Medien eingesetzt werden. Sie sind darüber hinaus auch nur mit einem sehr hohen technischen und finanziellen Aufwand verbunden. However, these devices can because of the sensitivity of the actuators can only be used for very clean, particle-free and interference-free media. In addition, they are also only with a very high level of technical and associated financial expense.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die weitgehend unabhängig von Umgebungseinflüssen funktionssicher arbeitet und auch partikel- und störgasbehaftete Medien mischen und teilen kann. Die zugehörige Vorrichtung soll kostengünstig herstellbar sein. The invention is based on the object, a method and an apparatus specify the type mentioned, the largely independent of Environmental influences works reliably and also particle and mixing and dividing non-interfering media. The associated device should be inexpensive to produce.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und mit einer Vorrichtung, welche die in Anspruch 4 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst. According to the invention, the object is achieved by a method which comprises the in Claim 1 features and with a device which the in Claim 4 features specified solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments are in the respective subclaims specified.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können beliebige Gasströme geteilt und zusammengeführt werden, ohne dass an die Gase Anforderungen zur Reinheit gestellt werden müssen. Die Erfindung ist auch bei partikelhaltigen, unreinen oder korrosiven Gasen anwendbar und ist gegenüber bekannten Lösungen mit sehr geringem technischen Aufwand realisierbar. With the inventive method and the invention Device can be divided and merged any gas flows, without that requirements for purity must be made of the gases. The Invention is also in particulate, impure or corrosive gases applicable and is compared to known solutions with very low technical effort feasible.

Die zu mischenden Teilströme werden mit Hilfe elektromagnetischer Ventile gesteuert, wobei die elektromagnetische Ventile über eine elektronische Schalteinheit in einem wählbaren Zeitraster geschaltet werden. Die Länge der Schaltzeiten kann in Abhängigkeit von dem gewünschten Mischungsverhältnis der Teilströme zueinander eingestellt. The partial streams to be mixed are using electromagnetic valves controlled, the electromagnetic valves via an electronic Switching unit can be switched in a selectable time grid. The length of the Switching times can vary depending on the desired mixing ratio Partial streams adjusted to each other.

Zur Erzeugung eines kontinuierlichen Gesamtstromes ist es vorteilhaft, die Schaltzeiten, in denen ein Ventil für einen Gastrom geöffnet ist, so zu wählen, dass immer nur jeweils ein Ventil geöffnet ist und die Ventile der einzelnen Gasströme zeitlich nacheinander geöffnet werden. To generate a continuous total current, it is advantageous that Switching times in which a valve is open for a gas stream, so to choose that only one valve is open and the valves of the individual Gas flows are opened one after the other in chronological order.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Impulsfrequenz zur Ansteuerung der Magnetventile so gewählt wird, dass sich für den jeweiligen Anwendungsfall ein quasistationäres Flussverhalten einstellt. A further advantageous embodiment provides that the pulse frequency for Control of the solenoid valves is selected so that for the respective Use case sets a quasi-stationary flow behavior.

Bei der zugehörigen Vorrichtung sind an einer Verzweigung eine Hauptleitung und mindestens zwei Teilstromleitungen angeschlossen. In jeder Teilstromleitung befindet sich ein elektromagnetisches Ventil, das von einer elektronischen Schalteinheit impulsförmig geschaltet wird. In the associated device are at a branch a main line and at least two partial flow lines connected. In each Partial current line is an electromagnetic valve that is controlled by an electronic Switching unit is pulsed.

Eine spezielle Ausführung dient zur Teilung eines Gesamtstromes in zwei Teilströme oder zum Mischen von zwei Teilströmen zu einem Gesamtstrom. Diese Ausführung enthält ein Drei-Zwei-Wegeventil, mit dem die Hauptleitung mit zwei Teilstromleitungen verbunden ist. A special embodiment serves to divide a total current into two Partial streams or for mixing two partial streams into a total flow. This version includes a three-way valve that connects to the main line is connected to two partial flow lines.

Die Erfindung wird im Folgendem an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: The invention will be closer in the following to an embodiment explained. In the accompanying drawings show:

Fig. 1 eine Vorrichtung, mit der ein Gesamtstrom in mehrere Teilströme aufgeteilt oder mehrere Teilströme zu einem Gesamtstrom gemischt werden, Fig. 1 shows a device with which divided a total current into streams or several partial streams are mixed to a total current,

Fig. 2 ein Diagramm der Impulsfolge zur Steuerung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, FIG. 2 is a diagram of the pulse sequence for controlling the arrangement shown in FIG. 1. FIG.

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Teilung oder Mischung von zwei Teilströmen mit Hilfe eines Drei-Zwei-Wegeventils und Fig. 3 shows a device for dividing or mixing of two partial streams by means of a three-two-way valve and

Fig. 4 ein Diagramm der Impulsfolge zur Steuerung der in in Fig. 3 dargestellten Anordnung. Fig. 4 is a diagram of the pulse train for controlling the arrangement shown in Fig. 3.

Die Teilströme werden dadurch zusammengemischt, dass in den Rohrführungen aller Teilströme elektromagnetische Ventile angeordnet sind. The partial flows are mixed together in that in the Pipe guides of all partial flows electromagnetic valves are arranged.

oder im Fall der Teilung ein Drei-Zwei-Wegeventil für zwei Gasströme angebracht sind. Diese Ventile öffnen die jeweiligen Teilströme in einem Zeitverhältnis, das dem gewünschten Teilungsverhältnis entspricht. Bei einer hinreichend hohen Schaltfrequenz entsteht in allen Teilströmen ein quasi stationärer Fluss. Die Flussgröße ist proportional zu der Öffnungszeit der Ventile. or in the case of division, a three-way valve for two gas flows are attached. These valves open the respective partial flows in one Time ratio corresponding to the desired division ratio. At a sufficiently high switching frequency arises in all partial flows a quasi stationary river. The flow size is proportional to the opening time of the valves.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung enthält eine Hauptleitung 1, in der der Gesamtstrom GS fließt und mehrere Teilstromleitungen 2.1 bis 2.n, in denen die Teilströme geführt werden. Die Hauptleitung 1 und die Teilstromleitungen 2.1 bis 2.n sind an der Verzweigung 4 miteinander verbunden. In jeder Teilstromleitung 2 sind elektromagnetische Ventile 3.1 bis 3.n angebracht, die von einer elektronische Schalteinheit 5 impulsförmig geschaltet werden. The apparatus shown in Fig. 1 includes a main line 1 , in which the total current GS flows and a plurality of partial flow lines 2.1 to 2 .n, in which the partial flows are performed. The main line 1 and the partial flow lines 2.1 to 2 .n are connected to each other at the junction 4 . In each partial flow line 2 , electromagnetic valves 3.1 to 3 .n are mounted, which are switched pulse-shaped by an electronic switching unit 5 .

Fig. 2 erläutert die Steuerung der Ventile an einem Beispiel, bei dem drei Teilströme zu einem Gesamtstrom gemischt werden die Länge der Schaltzeiten, in denen die einzelnen Magnetventile geöffnet sind, entspricht dem gewünschten Verhältnis der Teilströme zueinander. Die Öffnungszeiten liegen zeitlich nacheinander, so dass jeweils immer nur ein Ventil geöffnet ist. Dabei kann die Impulsfrequenz so gewählt werden, dass sich für den jeweiligen Anwendungsfall ein quasistationäres Flussverhalten einstellt. Das obere Ablaufschema zeigt die Steuerung für den Teilstrom TS1, dessen Ventil 3.1 impulsförmig im Zeitraum t1 geöffnet ist. Das darunter gezeichnete Ablaufschema zeigt die Steuerung für den Teilstrom TS2. Das Ventil 3.2 für diesen Teilstrom ist im Zeitraum t2 geöffnet, der sich an den Zeitraum t1 anschließt. Im unteren Ablaufschema ist die Steuerung für den Teilstrom TSn dargestellt, dessen Ventil 3.n öffnet, wenn das Ventil des vorhergehenden Teilstromes geschlossen hat und damit die Ventile aller übrigen Teilströme geschlossen sind. Nach dem Schließen des Ventils 3.n öffnet wieder das Ventil 3.1 und der Zyklus beginnt erneut. Fig. 2 illustrates the control of the valves in an example in which three partial flows are mixed into a total flow, the length of the switching times in which the individual solenoid valves are opened, corresponds to the desired ratio of the partial flows to each other. The opening times are consecutive, so that only one valve is open at a time. In this case, the pulse frequency can be selected so that sets a quasi-steady flow behavior for each application. The upper flow diagram shows the control for the partial flow TS1, the valve 3.1 is open pulse-shaped in the period t1. The flowchart drawn below shows the control for the partial flow TS2. The valve 3.2 for this partial flow is opened in the period t2, which follows the period t1. In the lower flow diagram of the control for the partial flow TSn is shown, the valve opens 3 .n, when the valve of the previous partial stream has closed and thus the valves of all other sub-streams are closed. After closing the valve 3 .n, the valve 3.1 opens again and the cycle starts again.

Das Verhältnis der Impulslängen der Teilströme TS1 bestimmt das Mischungsverhältnis des Gesamtstromes. Bevorzugt sind die Impulse eines Teilstromes gleich lang gewählt, es sind aber auch variable Steuerungen möglich. The ratio of the pulse lengths of the partial currents TS1 determines the Mixing ratio of the total flow. The pulses of a partial flow are preferred chosen the same length, but there are also variable controls possible.

Mit der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Teilung des Gesamtstromes GS in zwei Teilströme TS1 und TS2 oder eine Mischung von zwei Teilströmen TS1 und TS2 zu einem Gesamtstrom GS. Hierzu ist die Hauptleitung 1 mit den zwei Teilstromleitungen 2 durch ein Drei-Zwei-Wegeventil 3.4 verbunden. With the embodiment shown in FIG. 3, the division of the total current GS into two partial streams TS1 and TS2 or a mixture of two partial streams TS1 and TS2 to form a total flow GS. For this purpose, the main line 1 is connected to the two partial flow lines 2 through a three-two-way valve 3.4 .

Das zugehörige Steuerungsdiagramm zeigt Fig. 4. Das obere Ablaufschema zeigt die Steuerung für den Teilstrom T1. Das Zweiwege-Ventil 3-2 steuert hierbei beide impulsförmig Teilströme. Für den Zeitraum t1 ist die Teilstromleitung 2.1 geöffnet. Das untere Ablaufschema zeigt die Steuerung für den Teilstrom T2. Für diesen Teilstrom öffnet das Ventil im Zeitraum t2, wobei sich der Zeitraum t2 an den Zeitraum t1 anschließt. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Hauptleitung
2 Teilstromleitung
3 elektromagnetisches Ventil
3.1. . .3.n Ventile der Teilstromleitungen TS1. . .TSn
3.4 Drei-Zwei-Wegeventil
4 Verzweigung
5 elektronische Steuereinheit
GS Gesamtstrom
TS Teilstrom
TS1. . .TSn Teilströme 1 bis n
The associated control diagram is shown in FIG. 4. The upper flowchart shows the control for the partial flow T1. The two-way valve 3-2 controls both pulse-shaped partial flows. For the period t1, the partial flow line 2.1 is opened. The lower flow chart shows the control for the partial flow T2. For this partial flow, the valve opens in the period t2, wherein the period t2 is followed by the period t1. REFERENCE LIST 1 Main line
2 partial flow line
3 electromagnetic valve
3.1. , .3n valves of partial flow lines TS 1 . , .tsn
3.4 Three-way valve
4 branch
5 electronic control unit
GS total current
TS partial flow
TS1. , .TSn substreams 1 to n

Claims

1. A process for the division or mixing of gas streams ( 1 ), wherein in a desired ratio to each other from a gas stream two or more individual partial streams generated or at least two partial streams are mixed to form a total stream by the amounts of the partial streams are controlled by flow resistances, characterized in that the volumes of the partial flows (2) are controlled by means of electromagnetic valves (3) by the electromagnetic valves (3) are switched by an electronic switching unit (5) in a selectable time raster, wherein the length of the switching times as a function of the desired ratio of the partial flows is set to each other and the pulse frequency is chosen so that sets a quasi-steady flow behavior for each application.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Switching times in which a valve is open for a gas stream, in time lie one after another and always only one valve is open.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Switching times for the intervals in which the valves for the partial flows (TS) are open, between 20 ms and 1 s.

4. Apparatus for carrying out the method according to any one of claims 1 to 3, are arranged with a housing in the pipelines for guiding gas flows, which are interconnected by branches ( 4 ) and in which flow resistors are mounted, characterized in that the Branching a main line and at least two partial flow lines are connected and in each partial flow line ( 2 ) an electromagnetic valve ( 3 ) is mounted, which is pulsed by an electronic switching unit ( 5 ).

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the device for dividing a total flow into two partial streams (TS1, TS2) or a mixture of two partial streams (TS1, TS2) is a total flow (GS) and the main line ( 1 ) with the two partial flow lines ( 2.1 , 2.2 ) is connected by a three-two-way valve ( 3.4 ).