DE4127083C1

DE4127083C1 - Controllable device for dosing liq. vapours - has base member with vaporisation chamber

Info

Publication number: DE4127083C1
Application number: DE4127083A
Authority: DE
Inventors: Ladislav Dr. Pressburg/Bratislava Cs Grno; Ondrej Dr. Trencin Cs Brychta; Karol Dr. Pressburg/Bratislava Cs Kalig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1991-08-16
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2011-08-17

Abstract

A controllable device for dosing liq. vapours includes a base member with a vaporisation chamber. The vaporisation chamber contains a carrier which is thermally insulated with respect to the base member, and which has a resistor. The chamber joins into a mixing area, and the inlet channel connects onto the mixing chamber. The inlet channels have at least two channels connected to them from a storage area. ADVANTAGE - The device is simple and does not suffer from wear.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for dosing Liquids according to the preamble of the claim 1.

Vorrichtungen zum Erzeugen und genauen Dosieren von Dämpfen verdampfbarer Flüssigkeiten können grundsätzlich auf zwei verschiedene Arten verwirklicht werden. Im ersten Falle wird der Dampf der Flüssigkeit in einem getrennten Dampfgenerator kontinuierlich generiert, wobei der Dampf einem Trägermedium durch eine Regulierungseinrichtung beigemischt wird. Im zweiten Falle wird die direkt verdampfbare Flüssigkeit in fein zerstäubter Form dosiert, und zum eigentlichen Verdampfen kommt es erst im Mischraum, und zwar auf Kosten der Wärmeenergie des Trägermediums. Als Beispiel für einen kontinuierlichen Generator kann die Problematik der Atemwege - Befeuchtung bei unterstützter künstlicher Lungenventilation - angegeben werden. Herkömmliche Befeuchtungseinrichtungen erzeugen den erforderlichen Dampf in getrennter Befeuchtungskammer, und zwar durch Erwärmen von Wasser. Der Wasserdampf wird hierbei von dem eingeatmeten Gasgemisch des Atmungskreislaufs mitgerissen. Einzelne technische Generatorlösungen unterscheiden sich hierbei voneinander im wesentlichen nur durch die Art der Vergrößerung der Verdampfungsfläche. Als grundsätzlicher Nachteil der getrennten Befeuchtungskammer wird die Existenz eines toten Raumes zwischen dieser Befeuchtungskammer und den Atemwegen empfunden. Die problematische Steuerung der Befeuchtung in diesem toten Raum ist insbesondere bei kleinen Atmungsinhalten kritisch. Durch Vergrößerung des Abstandes der Befeuchtungskammer von den Atemwegen kommt es zum Verlust der Feuchtigkeit durch Kondensation. Als Nachteil dieser Befeuchtungseinrichtungen wird auch die Tatsache empfunden, daß sie bei Hochdruckatmungssystemen, z. B. Hochfrequenzdüsenventilation, nicht verwendbar sind.Devices for the generation and precise metering of vapors vaporizable liquids can basically be divided into two different types can be realized. In the first case the vapor of the liquid is separated Steam generator generates continuously, the steam a carrier medium by a regulator is added. In the second case it becomes direct vaporizable liquid dosed in finely atomized form, and the actual evaporation only occurs in the mixing room, at the expense of the thermal energy of the carrier medium. As an example of a continuous generator can the problem of the respiratory tract - humidification assisted artificial lung ventilation - specified will. Generate conventional humidifiers the required steam in a separate humidification chamber, by heating water. The water vapor will here from the inhaled gas mixture of Breathing circuit swept away. Individual technical Generator solutions differ from each other essentially only by the type of enlargement of the Evaporation surface. As a fundamental disadvantage of separate humidification chamber becomes the existence of a dead space between this humidification chamber and the Airways felt. The problematic control of the Humidification in this dead space is particularly common small respiratory contents are critical. By enlarging the Distance of the humidification chamber from the airways loss of moisture due to condensation. As The disadvantage of these humidifiers is also Felt the fact that in high pressure breathing systems, e.g. B. high-frequency nozzle ventilation, are not usable.

Als weiterer Nachteil der bekannten Befeuchtungseinrichtungen wird schließlich auch das Erfordernis komplizierter Regulationselemente zur Steuerung der geforderten Feuchtigkeit des Atmungsgases sowie die ständige Energieabnahme empfunden. Als Beispiel zum Dosieren zerstäubter Flüssigkeit sei die Problematik der Bildung brennbarer Gemische bei Verbrennungsmotoren angegeben. Es ist allgemein bekannt, daß bei Verbrennungsmotoren der Wirkungsgrad der Wärmeenergienutzung, die im Kraftstoff enthalten ist, von der Vollständigkeit der Vermischung des Kraftstoffes und der Genauigkeit des Mischverhältnisses abhängig ist. Es sind verschiedene, relativ komplizierte Vorrichtungen bekannt, wo der Brennstoff durch Einspritzen vor das Saugventil dosiert wird. Als Nachteil dieser Art ist die Tatsache anzusehen, daß der Brennstoff im flüssigen Zustand dosiert wird, und seine Verdunstung erfolgt nachträglich und hat praktisch keinen gesteuerten Verlauf. Schließlich wird hierbei als Nachteil empfunden, daß die Dosierung der Flüssigkeit grundsätzlich im Analogsystem mit beschränkter Genauigkeit erfolgt. Another disadvantage of the known Humidifiers will eventually become that too The need for complicated regulatory elements for control the required humidity of the respiratory gas as well as the perceived constant decrease in energy. For example Dosing atomized liquid is the problem of Formation of flammable mixtures in internal combustion engines specified. It is common knowledge that at Internal combustion engines the efficiency of Use of thermal energy contained in the fuel the completeness of the mixing of the fuel and depends on the accuracy of the mixing ratio. They are various, relatively complicated devices known where the fuel by injecting before Suction valve is dosed. The disadvantage of this type is Consider the fact that the fuel is in the liquid state is dosed, and its evaporation occurs subsequently and has practically no controlled course. In the end is perceived as a disadvantage that the dosage of the liquid in the analog system limited accuracy.

In der DE 29 42 395 A1 ist eine Dosiervorrichtung für die Gaschromatographie beschrieben, die einen Dosierstößel aufweist, der axial zwischen einer Probeaufnahmestellung im Probenstrom und einer Abgabestellung in einem Probenverdampfungsraum bewegbar und mit einem Dosiervolumen in Form einer Ausnehmung im Stößelschaft versehen ist. Der das Dosiervolumen tragende Teil des Dosierstößels ist aus wärmeleitendem Material und kann aus einer Stromquelle direkt aufgeheizt werden. Dabei ist entweder im Inneren oder in der Wand des Dosierstößels eine elektrische Heizwicklung angebracht oder der das Dosiervolumen tragende Teil des Dosierstößels ist als elektrischer Heizwiderstand ausgebildet. Die Leistung der elektrischen Stromquelle wird impulsartig dem elektrischen Heizwiderstand zugeführt. Dadurch wird während des Aufheizimpulses eine Temperatur von bis zu 500°C erreicht, so daß die Probe fast schlagartig verdampft und mit Hilfe eines Trägergases aus dem Verdampfungsraum in eine Trennsäule gespült wird. Ein wesentlicher Nachteil dieser Dosiervorrichtung besteht in der Tatsache, daß sie aus einer Vielzahl von mechanisch bewegbaren Teilen besteht, die einem üblichen Verschleiß unterliegen. Daher sind wiederkehrende Kontrollen erforderlich. Durch die Vielzahl von Einzelteilen werden auch die Herstellungskosten erhöht, was ebenfalls unerwünscht ist.DE 29 42 395 A1 describes a metering device for gas chromatography described using a metering plunger has the axially between a sample recording position in the sample stream and a delivery position in one Sample evaporation room movable and with a dosing volume is provided in the form of a recess in the tappet shaft. The part of the dosing plunger that carries the dosing volume is made of thermally conductive material and can be made from a Power source can be heated directly. It is either inside or in the wall of the dosing plunger electric heating coil attached or the Dosing volume bearing part of the dosing plunger is as electrical heating resistor trained. The performance the electrical power source becomes that electrical heating resistor supplied. This will during of the heating impulse a temperature of up to 500 ° C reached so that the sample evaporates almost suddenly and with the help of a carrier gas from the evaporation space is rinsed into a separation column. A major disadvantage this metering device consists in the fact that them from a variety of mechanically movable parts exists, which are subject to normal wear. Therefore recurrent checks are required. Through the Variety of items are also the Manufacturing cost increases, which is also undesirable.

Ausgehend von dem obigen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeitsdämpfen vorzuschlagen, die deutlich einfacher im Aufbau ist und praktisch keinem Verschleiß unterliegt. Based on the above prior art, the Invention based on the object to remedy this and a device for dosing liquid vapors propose that is much easier to set up and practically no wear.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved.

Die Erfindung besteht im wesentlichen in einer technischen Einrichtung zur Erzeugung und genauen Dosierung von Dämpfen verdampfbarer Flüssigkeiten, wie Kohlenwasserstoff, Alkohole, Wasser, flüssige Anästhetika usw. Die Nutzung einer solchen Einrichtung ist in Bereichen möglich, wo eine genaue Dosierung flüssiger Stoffe und deren Vermischung in Gasform oder Aerosolzustand wichtig ist, z. B. bei Verbrennungsmotoren zur Erzeugung optimalen Verbrennungsgemisches, in der Medizintechnik zur Befeuchtung von Atmungsgasen und Dosierung von Anästhetika, ferner in chemischer Industrie.The invention essentially consists in a technical Device for the generation and precise metering of vapors vaporizable liquids, such as hydrocarbon, Alcohols, water, liquid anesthetics, etc. Use such a facility is possible in areas where an exact dosage of liquid substances and their Mixing in gaseous or aerosol state is important e.g. B. in internal combustion engines to generate optimal Combustion mixture, in medical technology for Humidification of respiratory gases and dosing of anesthetics, also in the chemical industry.

Das Wesen der vorzugsweise digital steuerbaren Vorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeitsdämpfen besteht darin, daß im Grundkörper Verdampfungskammern ausgebildet sind, wobei jede Verdampfungskammer einen vom Grundkörper isolierten Träger mit mindestens einem Resistor aufweist. Alle Verdampfungskammern münden in einen Mischraum, mit dem sie mittels Eingangskanälen verbindbar sind. In jeden Eingangskanal münden mindestens zwei Kanäle eines Speichers mit verdampfbarer Flüssigkeit. Um die Temperatur des Trägers steuern zu können, ist es zweckmäßig, wenn der Träger einen Temperaturfühler aufweist. Um die Leistung der digital gesteuerten Dosiervorrichtung erhöhen zu können, sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vor, wenn der Grundkörper die Form einer Platte mit parallel verlaufenden Seiten und eine den Mischraum bildende Öffnung aufweist, wenn an den beiden Seiten der Platte den Speicher bildende Ausnehmungen vorgesehen sind und wenn die Ausnehmungen durch mindestens eine Öffnung miteinander verbunden sind. Ein solcher Grundkörper kann mechanisch verbunden und kaskadenartig zusammengebaut werden, woduch seine Leistung erhöht werden kann.The essence of preferably digitally controllable Device for dosing liquid vapors is that evaporation chambers are formed in the base body, each evaporation chamber one from the body isolated carrier with at least one resistor. All evaporation chambers open into a mixing room with to which they can be connected by means of input channels. In everyone The input channel leads to at least two channels of a memory with vaporizable liquid. To the temperature of the To be able to control the carrier, it is useful if the Carrier has a temperature sensor. To performance the digitally controlled dosing device increase can see an expedient embodiment of the invention before if the main body has the shape of a plate parallel sides and one the mixing room has forming opening when on both sides of the Plate provided the recesses forming the memory are and if the recesses by at least one Opening are interconnected. Such a basic body can be mechanically connected and assembled in a cascade become, whereby its performance can be increased.

Die Temperatur des Trägers wird so gesteuert, daß der Temperaturfühler an den Eingang des elektronischen Temperaturregulators angeschlossen ist, während der Resistor an seinen Ausgang angeschlossen ist.The temperature of the carrier is controlled so that the Temperature sensor at the input of the electronic Temperature regulator is connected during the Resistor is connected to its output.

Es ist vorteilhaft, wenn der Resistor einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist und gleichzeitig den Temperaturfühler bildet.It is advantageous if the resistor has one exhibits temperature-dependent resistance and at the same time forms the temperature sensor.

Aus der Sicht der Vereinfachung der Schaltungsstruktur ist es vorteilhaft, wenn der Temperaturregler ebenfalls auf dem Träger angeordnet ist. Aus der Sicht optimaler Raumverteilung der Wärmeenergieflußdichte bei Bildung des Dampfes ist es vorteilhaft, wenn der Resistor so ausgebildet und am Träger so angeordnet ist, daß die Flächendichte des Wärmeflusses vom Träger an die Umgebung von seiner Lage abhängig ist.From the point of view of simplifying the circuit structure it is advantageous if the temperature controller also is arranged on the carrier. More optimal from the point of view Spatial distribution of the heat energy flux density during formation of steam, it is advantageous if the resistor is like this trained and arranged on the carrier so that the Area density of the heat flow from the wearer to the environment depends on its location.

Aus der Sicht der Minimierung der Anzahl leitender Verbindungen mit externen Einrichtungen ist es vorteilhaft, wenn auf dem Grundkörper der digital gesteuerten Dosiereinrichtung dekodierte digitale elektronische Schaltungen direkt angeordnet sind. Die vorgeschlagene digital gesteuerte Dosiereinrichtung von Flüssigkeitsdämpfen arbeitet wie folgt:
In der Kammer mit verdampfbarer Flüssigkeit wird durch einen Wärmeenergieimpuls, der durch einen Stromimpuls im Resistor erzeugt wird, Verdampfung der Flüssigkeit bewirkt. Der hierdurch erzeugte Druckimpuls drückt die Mischung zerstäubter Flüssigkeit mit Dampf durch die Eingangskanäle in den Mischraum, wo es zur zusätzlichen Verdunstung der Restflüssigkeit kommt. Auf Grund des Energieimpulses und durch den Verlauf des flächigen Wärmeflusses vom Resistor ist es möglich, im Mischraum den Umwandlungswirkungsgrad der Flüssigkeit in Dampf zu beeinflussen. Nach Abklingen des Energieimpulses kondensiert der Restdampf in der Kammer, und durch den entstandenen Unterdruck füllt sich die Verdampfungskammer erneut mit Flüssigkeit. Freies Abfließen der Flüssigkeit vom Flüssigkeitsspeicher in den Mischraum durch ständig angeschlossenen Eingangs- und Ausgangskanal wird verhindert durch Adhäsionskräfte, die die Wahl eines geeigneten Durchmessers und Länge dieser Kanäle bestimmen. Ein elektronischer Temperaturregulator begrenzt mittels eines Temperaturfühlers die maximale Temperatur des Trägers, um ein mögliches Entzünden brennbarer Dämpfe zu verhindern sowie die Lebensdauer der Dosiervorrichtung zu erhöhen.From the point of view of minimizing the number of conductive connections to external devices, it is advantageous if decoded digital electronic circuits are arranged directly on the base body of the digitally controlled metering device. The proposed digitally controlled dosing device for liquid vapors works as follows:
In the vaporizable liquid chamber, a heat energy pulse, which is generated by a current pulse in the resistor, causes the liquid to evaporate. The pressure pulse generated in this way pushes the mixture of atomized liquid with steam through the inlet channels into the mixing room, where there is additional evaporation of the remaining liquid. Due to the energy pulse and the course of the flat heat flow from the resistor, it is possible to influence the conversion efficiency of the liquid into steam in the mixing room. After the energy pulse has subsided, the residual vapor condenses in the chamber, and the evaporation chamber fills again with liquid due to the negative pressure which has arisen. Free drainage of the liquid from the liquid store into the mixing chamber through permanently connected inlet and outlet channels is prevented by adhesive forces, which determine the selection of a suitable diameter and length of these channels. An electronic temperature regulator limits the maximum temperature of the carrier by means of a temperature sensor in order to prevent possible ignition of combustible vapors and to increase the service life of the metering device.

Die Gesamtmenge des Dampfes, der in den Mischraum injektiert wird, ist elektronisch gesteuert und durch die Anzahl aktivierter Verdampfungskammern bestimmt. Durch Erhöhen der Gesamtzahl der Verdampfungskammern ist somit eine gewünschte Feinheit der Dosierung erreichbar. Die vorgeschlagene digitale Dosiervorrichtung kann durch eine Technologie verwirklicht werden, wie sie bei der Herstellung monolithischer und hybrider Halbleiterelemente üblich ist. Ihre minimalen Maße ermöglichen es, sie in unmittelbarer Nähe des Aplikationsraumes zu installieren. Dadurch wird der tote Raum zwischen der Injektionsstelle und der Verwendungsstelle minimiert, so daß auch der Verlust erzeugter Dämpfe durch Kondensation minimiert wird. Durch die Anbringung von Teilen steuernder elektronischer Schaltungen direkt auf dem Grundkörper ist es möglich, die Menge der elektrischen Leiter, die für ihre Funktionsfähigkeit erforderlich sind, zu minimieren. Dies ist insbesondere bei Anwendung auf kleinsten oder schwer zugänglichen Räumen, z. B. in der Medizin, im Motorblock oder dergleichen, vorteilhaft.The total amount of steam coming into the mixing room is injected, is electronically controlled and by determines the number of activated evaporation chambers. By Thus increasing the total number of vaporization chambers a desired fineness of the dosage can be achieved. The Proposed digital metering device can by a Technology can be realized, as in the Manufacture of monolithic and hybrid semiconductor elements is common. Their minimal dimensions allow them to be in to be installed in the immediate vicinity of the application room. This creates the dead space between the injection site and the point of use minimized, so that the Loss of generated vapors through condensation is minimized becomes. Controlling by attaching parts electronic circuits directly on the body it is possible to determine the amount of electrical conductors that are required for their functionality minimize. This is especially true when applying on smallest or difficult to access spaces, e.g. B. in the Medicine, in the engine block or the like, advantageous.

Im Hinblick darauf, daß die Injektion der Dämpfe in den Mischraum unter Druck erfolgt, ist es möglich, die vorgeschlagene Dosiervorrichtung auch in Drucksystemen anzuwenden. Als Vorteil der digital gesteuerten Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung wird auch eine hohe Steuergeschwindigkeit des erzeugten Dampfes angesehen, wodurch eine Steuerung nach momentanem Durchflußwert durch Dämpfe gesättigten Mediums möglich ist.In view of the fact that the injection of the vapors into the Mixing room takes place under pressure, it is possible to proposed dosing device also in printing systems to apply. As an advantage of the digitally controlled Dosing device according to the invention also becomes a high control speed of the steam generated, whereby a control based on the current flow value Vapors of saturated medium is possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is in the drawing is shown schematically and is described in more detail below explained.

Die Zeichnung zeigt in perspektivischer Seitenansicht und teilweise geschnitten eine digital gesteuerte Dosiervorrichtung von Flüssigkeitsdämpfen, wobei die Steuerungselektronik nicht näher dargestellt ist.The drawing shows a perspective side view and partially cut a digitally controlled Dosing device of liquid vapors, the Control electronics is not shown.

Im Grundkörper 1 sind Verdampfungskammern 2 ausgebildet. In jeder Verdampfungskammer 2 ist ein Träger 3 angeordnet, der von den Wänden der Verdampfungskammer thermisch isoliert ist. Auf dem Träger 3 sind ein Resistor 4 sowie ein Temperaturfühler 5 angeordnet. Alle Verdampfungskammern 2 münden in einen Mischraum 6, mit dem sie durch Eingangskanäle verbunden sind. In jeden Eingangskanal 7 münden jeweils zwei senkrecht zu ihm verlaufende Kanäle 8 eines Speichers 9 mit Verdampfungsflüssigkeit. Der Speicher 9 ist durch an den Stirnseiten des Grundkörpers 1 angeordnete Ausnehmungen gebildet. Beide Ausnehmungen sind durch eine Öffnung 10 miteinander verbunden.Evaporation chambers 2 are formed in the base body 1 . A carrier 3 is arranged in each evaporation chamber 2 and is thermally insulated from the walls of the evaporation chamber. A resistor 4 and a temperature sensor 5 are arranged on the carrier 3 . All evaporation chambers 2 open into a mixing space 6 , to which they are connected by input channels. In each input channel 7 two channels 8 of a memory 9 with evaporation liquid run perpendicular to it. The memory 9 is formed by recesses arranged on the end faces of the base body 1 . Both recesses are connected to one another by an opening 10 .

Die vorgeschlagene Dosiervorrichtung kann in Mengen als Konstruktionselement zur Erzeugung und zum modularen Zusammenbau von Einrichtungen hergestellt werden, in denen eine genaue Dosierung von Flüssigkeitsdämpfen, z. B. bei Verbrennungsmotoren, in Respirations- und anästhetischen Einrichtungen der medizinischen Technik usw., erforderlich ist.The proposed metering device can be in quantities as Construction element for generation and modular Assembling facilities are manufactured in which an exact dosage of liquid vapors, e.g. B. at Internal combustion engines, in respiratory and anesthetic Medical equipment, etc. required is.

Claims

1. Controllable device for dosing liquid vapors with a base body having at least one evaporation chamber, characterized in that in the evaporation chamber ( 2 ) is arranged a thermally insulated carrier ( 3 ) with at least one resistor ( 4 ) from the base body ( 1 ) that the Chamber ( 2 ) opens into a mixing chamber ( 6 ), to which it is connected by means of an inlet channel ( 7 ), and that at least two channels ( 8 ) of at least one reservoir ( 9 ) with evaporation liquid open into the inlet channel ( 7 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that at least two, preferably three or four vaporization chambers ( 2 ) are provided.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier ( 3 ) has a temperature sensor ( 5 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the base body ( 1 ) has the shape of a plate with parallel sides and an opening forming the mixing space ( 6 ), that on both sides of the plate the memory ( 9 ) forming recesses are provided and that the recesses are connected to one another by at least one opening ( 10 ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized by a plurality of interconnectable base bodies ( 1 ), wherein the mixing chambers ( 6 ) or storage ( 9 ) can be operatively connected to one another and combined to form a common mixing chamber or a common storage.

6. Device according to one of claims 1 to 5 with an electrical temperature controller, characterized in that the temperature sensor ( 5 ) to the input and the resistor ( 4 ) are connected to the output of the temperature controller ( 11 ).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the resistor ( 4 ) has a temperature-dependent resistor and at the same time forms the temperature sensor ( 5 ).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the temperature controller ( 11 ) is carried by the carrier ( 3 ).

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the resistor ( 4 ) is formed and arranged on the carrier ( 3 ) so that the surface density of the heat flow from the carrier ( 3 ) to the environment depends on its location .

10. Device according to one of claims 1 to 9 with digital control, characterized in that the control circuits of the control are arranged on the base body ( 1 ).