Verfahren und Anordnung zum Eintrag von Subtanzen oder Substanzgemischen in Gase oder FlüssigkeitenProcess and arrangement for introducing substances or mixtures of substances into gases or liquids
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Eintrag von Substanzen oder Substanzgemischen in gasförmige oder flüssige Transport- oder Prozessmedien.The invention relates to a method and an arrangement for introducing substances or substance mixtures into gaseous or liquid transport or process media.
Für technische Prozesse, sowie zur gezielte Stimulation biologischer Rezeptoren, ist es erforderlich, Substanzen in ein gasförmiges oder flüssige Transport- oder Prozessmedium einzutragen, wobei eine homogene Verteilung der in das Transport- resp. Prozessmedium einzubringenden Substanzen und eine Regelmöglichkeit für die eingetragenen Quantitäten erforderlich sind. Als Nebenbedingung, vor allem bei der Stimulation biologischer Rezeptoren, ist zudem ein Regelbereich der Quantität, der in ein Transport- oder Prozessmedium einzutragenden Substanzen über mehrere Größenordnungen, sowie die Möglichkeit zur Generierung auch kurzer Impulse der Substanz im Transport- resp. Prozessmedium erforderlich. Das Problem des Stoffeintrages in ein Transport- resp. Prozessmedium wird derzeit durch einfache Vermischung, Vernebelung über Düsensysteme oder Ultraschallver- nebelung aus der flüssigen Phase oder, für den Fall des Eintrages von Flüssigkeiten mit bei Arbeitstemperatur hinreichendem Dampdruck in Gase, über Verdunstungssysteme gelöst. Die Dosierung der Substanz und der Eintrag in das Transport- resp. Prozessmedium erfolgen hierbei in einem Schritt durch Ausnutzung eines einzigen physikalischen Effektes. Hierbei ist die Möglichkeit zum impulsartigen Eintrag von Substanzen in das Transport- oder Prozessmedium nicht, oder nur mit erheblichem nachfolgendem Steuer- und Regelaufwand gegeben.For technical processes, as well as for the targeted stimulation of biological receptors, it is necessary to enter substances in a gaseous or liquid transport or process medium, with a homogeneous distribution of the transport or. Substances to be introduced into the process medium and a control option for the quantities entered are required. As a secondary condition, especially when stimulating biological receptors, there is also a control range for the quantity of substances to be entered into a transport or process medium over several orders of magnitude, as well as the possibility of generating even short impulses of the substance in the transport or Process medium required. The problem of material input into a transport or. Process medium is currently solved by simple mixing, atomization via nozzle systems or ultrasonic atomization from the liquid phase or, in the case of the entry of liquids with sufficient vapor pressure into gases at working temperature, via evaporation systems. The dosage of the substance and the entry in the transport resp. Process media are carried out in one step by utilizing a single physical effect. In this case, the possibility of impulsive introduction of substances into the transport or process medium is not possible, or only with considerable subsequent control and regulation effort.
Der Nachteil bekannter Methoden zum Stoffeintrag in Medien besteht somit darin, daß eine instantane, quantifizierbare und reproduzierbare Vermengung über einen weiten Bereich von Mischungsverhältnissen 'per se' nicht, oder nur mit größerem meßtechnischen bzw. regeltechnischem Aufwand realisiert werden kann, da physikalische Wechselwirkungen zwischen der einzutragenden Substanz und dem Transport- resp. Prozessmedium (z.B. bei verschiedenen Temperaturen der Stoffe) sowie Veränderungen der Umgebungsbedingungen (bei Gasen z.B. Feuchte und Druck) einen störenden Einfluß auf das Mischungsverhalten ausüben können. Für eine näherungsweise quantitative Mischung müssen in der Regel die physiko- chemischen Parameter der einzutragenden Substanz und des Transport- resp.
Prozessmediums während der Substanzeinbringung erfasst werden, resp. eine entsprechende Vorrichtung muß vor dem Betrieb mit diesen Daten über den gewünschten Arbeitsbereich und für alle zu erwartenden Umgebungsbedingungen kalibriert werden.The disadvantage of known methods for introducing substances into the media is therefore that instantaneous, quantifiable and reproducible mixing over a wide range of mixing ratios cannot be achieved per se, or can only be achieved with greater measurement and control expenditure, since physical interactions between the substance to be entered and the transport resp. Process medium (e.g. at different temperatures of the substances) as well as changes in the ambient conditions (with gases e.g. humidity and pressure) can have a disruptive influence on the mixing behavior. For an approximately quantitative mixture, the physico-chemical parameters of the substance to be entered and the transport or Process medium are recorded during the substance application, respectively. a corresponding device must be calibrated with this data over the desired work area and for all expected environmental conditions before operation.
Ein Verfahren zum quantitativen Eintrag von Substanzen in gasförmige oder flüssige Transport- oder Prozessmedien über einen weiten Bereich der Mischungsverhältnisse sowie mit der Möglichkeit den Substanzeintrag ohne großen gerätemäßigen Aufwand auch impulsförmig gestalten zu können ist für technische Prozesse sowie zur gezielte Stimulation biologischer Rezeptoren von großem Vorteil.A process for the quantitative entry of substances in gaseous or liquid transport or process media over a wide range of mixing ratios and with the possibility of being able to design the substance entry in a pulsed manner without great expenditure on equipment is of great advantage for technical processes and for the targeted stimulation of biological receptors.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The invention was based on the object of specifying such a method and an arrangement for carrying out the method.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Ausgestaltungen der Merkmale der Ansprüche 1 und 13 wieder.This object is achieved by the method with the features of claim 1 and the arrangement for carrying out the method with the features of claim 13. The subclaims give expedient refinements of the features of claims 1 and 13.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, daß der quantitative Eintrag und die Vermengung (mindestens) bimodal erfolgen. Es wird mittels mindestens einem Feindosiersystem (Injektor), in der Art wie es bei Piezo-D ruckköpfen, Heizelement- Druckköpfen oder Düsensystemen mit vorangeschaltetem Pumpsystem oder anderen Mikrodosierpumpen verwandt wird, die Menge der einzubringenden Substanz in definierten und reproduzierbaren Einheiten der kleinsten vorteilhaften Dosierschritte auf eine Vorrichtung (Homogenator) geleitet, welche die einzutragende Substanz homogen in dem Transport- resp. Prozessmedium verteilt.The method according to the invention is based on the quantitative entry and the mixing taking place (at least) bimodally. Using at least one fine metering system (injector), in the way it is used in piezo pressure heads, heating element print heads or nozzle systems with an upstream pump system or other microdosing pumps, the amount of the substance to be introduced is defined and reproducible units in the smallest advantageous metering steps a device (homogenizer) passed, the substance to be entered homogeneously in the transport resp. Process medium distributed.
Hierbei kann der Injektor von dem Homogenator getrennt sein, oder kann mit diesem eine Einheit bilden. Der Homogenator kann in Anpassung an die physikochemischen Erfordernisse der einzubringen Substanz bzw. des Transport- resp. Prozessmedium als (Ultra-) Schallschwinger, elektromagnetischer Strahler (z.B. Wärme, Mikrowellen, Licht), als Teilchenquelle oder als Kombination dieser mechanischen, elektromagnetischen und korpuskularen Anregung ausgelegt sein. Der physikalische Effekt des Energieeintrages des Homogenators kann auch durch eine chemische Reaktion mit dem Homogenator erfolgen. Hierbei „titriert" der Injektor das Reagenz in den Homogenator, wo erst das Produkt entsteht, welches in die Gasphase übergeht; das führt zu einem Verbrauch des reaktiven Homogenators.Here, the injector can be separated from the homogenizer or can form a unit with it. The homogenizer can be adapted to the physicochemical requirements of the substance to be introduced or the transport or. Process medium can be designed as an (ultra) sound transducer, electromagnetic radiator (e.g. heat, microwaves, light), as a particle source or as a combination of these mechanical, electromagnetic and corpuscular excitation. The physical effect of the energy input of the homogenizer can also be achieved by a chemical reaction with the homogenator. Here, the injector "titrates" the reagent into the homogenizer, where the product that passes into the gas phase is formed. This leads to a consumption of the reactive homogenizer.
In Abhängigkeit der physikochemischen Parameter der einzutragenden Substanz, sowie des Transport- resp. Prozessmediums kann eine Beheizung der Wandungen
des Gefäßes oder Raumes, in dem der Eintrag erfolgt, vorgesehen sein, um einen Niederschlag an den Wandungen der Vorrichtung zu minimieren.Depending on the physicochemical parameters of the substance to be entered, as well as the transport resp. Process medium can heat the walls of the vessel or space in which the entry takes place, in order to minimize precipitation on the walls of the device.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Konzentration der einzutragenden Substanz im Transport- resp. Prozessmedium durch die Taktfrequenz des Injektors und/oder durch Rekrutierung weiter Injektoren gesteuert. Durch den gequantelten, digitalen Charakter dieser Steuerung ergibt sich eine besonders einfache Möglichkeit zur Anbindung dieses Verfahrens zum Eintrag von Substanzen in Gase oder Flüssigkeiten an digitale Steuersysteme. Der diskontinuierliche, gequantelte Substanzeintrag ermöglicht zudem in Abhängigkeit von der Grenzfrequenz des / der Injektoren die Generierung definierter, kurzer Substanzpulse im Trägermedium.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the concentration of the substance to be entered in the transport or. Process medium controlled by the clock frequency of the injector and / or by recruiting further injectors. The quantized, digital character of this control makes it particularly easy to connect this method for the entry of substances in gases or liquids to digital control systems. The discontinuous, quantized substance entry also enables the generation of defined, short substance pulses in the carrier medium depending on the cutoff frequency of the injectors.
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet den weiteren Vorteil, daß durch den bimodalen Charakter eine Veränderung der Parameter des Injektors oder des Homogenators möglich ist, ohne zwangsläufig auch die Parameter des Homogenators oder des Injektors verändern zu müssen. Hierdurch sind z.B. Anpassungen an wechselnde Umgebungsbedingungen (Temperatur, Druck, Viskosität) bei Beibehaltung der Quantitäten möglich.The method according to the invention has the further advantage that the bimodal character makes it possible to change the parameters of the injector or the homogenizer without necessarily also having to change the parameters of the homogenator or the injector. This means e.g. Adaptation to changing environmental conditions (temperature, pressure, viscosity) possible while maintaining the quantities.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens ist es möglich, durch den Homogenator oder in einem dem Homogenator nachgeschalteten Schritt die einzutragende Substanz in einer für die weitere Prozessierung vorteilhaften Weise zu aktivieren (z.B. Aktivierung durch ultraviolete Strahlung) oder z.B. durch Kühlung die ggf. durch den Homogenator aktivierte einzutragende Substanz wieder zu deaktivieren.In an advantageous embodiment of this method, it is possible to activate the substance to be introduced by the homogenator or in a step downstream of the homogenator in a manner which is advantageous for further processing (e.g. activation by ultraviolet radiation) or e.g. by cooling to deactivate the substance that may be activated by the homogenizer.
In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens ist es möglich, die Menge der eingetragenen Substanz mittels eines Sensors (z.B. für den Eintrag von Substanzen in Gase) zu quantifizieren und über eine geeignete, auf den/die lnjektor(en) rückwirkende Schaltung, einen präzisen Substanzeintrag zu verifizieren. Hierfür würde sich beispielsweise der in DE 44 23 289 beschriebene Gassensor eignen.In a further advantageous embodiment of this method, it is possible to quantify the amount of the substance introduced by means of a sensor (for example for the entry of substances in gases) and to provide a precise substance entry by means of a suitable circuit which is retroactive to the injector (s) to verify. For example, the gas sensor described in DE 44 23 289 would be suitable for this.
In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist es zudem möglich mit mehreren substanzspezifischen einzelnen Injektoren resp. Gruppen von derartigen Injektoren sowie einem für alle Injektoren resp. Gruppen von Injektoren wirksamen Homogenator oder mit unterschiedlichen, injektorspezifischen resp. für Gruppen von Injektoren spezifischen Homogenatoren definierte Gemische unterschiedlicher Substanzen in ein Transport- oder Prozessmedium einzubringen wobei auch in
diesem Fall eine subsequente Aktivierung der Substanzen in einer für die weitere Prozessierung vorteilhaften Weise erfolgen kann.In a further advantageous embodiment of the method, it is also possible to use several substance-specific individual injectors or. Groups of such injectors and one for all injectors. Groups of injectors effective homogenizer or with different, injector-specific resp. to introduce mixtures of different substances defined for groups of injectors into a transport or process medium, also in In this case, the substances can subsequently be activated in a manner which is advantageous for further processing.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind ein oder mehrere lnjektorsystem(e) und ein oder mehrere Homogenisator(en) in dem betreffenden Gefäß oder Raum angeordnet, wobei dem/den lnjektorsystem(en) die einzutragende(n) Sustanz(en) und dem Gefäß oder Raum das Transport- bzw. Prozeßmedium zugeführt wird/werden. In den Unteransprüchen sind verschiedene Ausführungsformen für den Injektor und für den Homogenator angegeben.In the arrangement according to the invention, one or more injector system (s) and one or more homogenizer (s) are arranged in the vessel or space in question, the injector system (s) the substance (s) to be entered and the vessel or space the transport or process medium is / are supplied. Various embodiments for the injector and for the homogenizer are specified in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Anordnung näher beschrieben.The method according to the invention is described in more detail with reference to the arrangement shown schematically in the drawing.
Eine Anordnung zum Eintrag von Duftstoffen (ätherische Öle) in Luft verfügt über mindestens einen Injektor 1 zur Dosierung der einzutragenden Duftstoffe aus einem Substanzreservoir 2, sowie einen Homogenator 3 zur homogenen Verteilung der einzutragenden Substanz 4 im Transportmedium Luft 5. Eine Steuereinheit 6 erzeugt die mit den gewünschten Substanzkonzentrationen korreiierende Ansteuerfrequenz für den Injektor 1. Bei der Verwendung mehrerer Injektoren (z.B. bei der Komposition mehrerer Duftstoffe resp. komplexer Gerüche) verfügt die Vorrichtung über eine übergeordnete Steuereinheit 7, welche vor Erreichen der Grenzfrequenz eines einzelnen Injektors 1 die erforderliche Frequenz zur Erreichung einer gewünschten Substanzkonzentration auf mehrere Steuereinheiten 6 und deren zugehörige Injektoren, bzw. die zur Generierung komplexer Gerüche erforderlichen Substanz-Mischungsverhältnisse als Steuerbefehl an die Steuereinheit verteilt. Die Steuereinheiten 6,7 können auch als Steuerprogramm zur Ansteuerung von Treiberstufen für die Injektoren ausgeführt sein. Bei Verwendung mehrerer Injektoren 1 kann auch eine spezielle Steuereinheit resp. ein Steuerprogramm die Rekrutierung der Injektoren gezielt gestalten.An arrangement for the entry of fragrances (essential oils) in air has at least one injector 1 for metering the fragrances to be introduced from a substance reservoir 2, and a homogenizer 3 for the homogeneous distribution of the substance 4 to be entered in the transport medium air 5. A control unit 6 also generates the the control frequency for the injector 1, which corrects the desired substance concentrations. When using several injectors (for example when composing several fragrances or complex smells), the device has a higher-level control unit 7 which, before the limit frequency of an individual injector 1 is reached, the frequency required to achieve it distributes a desired substance concentration to a plurality of control units 6 and their associated injectors, or distributes the substance mixture ratios required to generate complex odors to the control unit as a control command. The control units 6, 7 can also be designed as a control program for controlling driver stages for the injectors. When using several injectors 1, a special control unit or. a control program specifically designed the recruitment of the injectors.
Die Anordnung verfügt optional über einen Detektor 8, der in dem Gemisch 9 von einzutragender Substanz im Transport- resp. Prozessmedium eine Konzentrationsbestimmung der einzutragenden Substanz vornimmt und bei Abweichung vom vorgesehenen Wert unmittelbar auf die Ansteuerung 6,7 des Injektors bzw. der Injektoren einwirkt.The arrangement optionally has a detector 8, which in the mixture 9 of substance to be introduced in the transport or. Process medium makes a concentration determination of the substance to be entered and, if there is a deviation from the intended value, acts directly on the control 6.7 of the injector or injectors.
Es kann desweiteren eine Aktivierungseinheit 10 vorgesehen sein, die in dem Gemisch 9 von einzutragender Substanz im Transport- resp. Prozessmedium eine weitere Aktivierung der eingetragenen Substanz, z.B. durch Bestrahlung, Kühlung oder Erwärmung, vornimmt.
An activation unit 10 can also be provided, which in the mixture 9 of substance to be introduced in the transport or. Process medium a further activation of the registered substance, e.g. by radiation, cooling or heating.