AT396187B - Gasmischeinrichtung - Google Patents

Description

AT 396 187 B

Die Erfindung betrifft eine Gasmischeinrichtung zur Erzeugung konstanter Mischgasströme aus zwei Gaskomponenten, wobei je Gaskomponente ein Feindruckregler vorgesehen ist, welcher jeweils ausgangsseitig mit dem Eingang zumindest einer Lochblende verbunden ist und wobei jeweils zwei Lochblenden unterschiedlicher Feindruckregler ausgangsseitig zu einer Mischgasleitung verbunden sind, welche in eine 5 Entnahmeleitung mündet.

Eine Gasmischeinrichtung der eingangs genannten Art, welche eine extrem präzise Vermischung von Gasen ermöglicht, ist beispielsweise aus der DE-AS 21 23 961 bekanntgeworden. Die zu mischenden Gase aus zwei Gasflaschen werden durch je ein Reduzierventil auf einen Druck von > 4 bar gebracht und nach dem Passieren eines oder mehrerer Filter einem Feindruckregler zugeführt. Jeder der beiden Feindruckregler ist mit zwei, parallel 10 geschalteten Lochblenden unterschiedlicher Querschnitte verbunden, wobei jeweils zwei zu unterschiedlichen Gasquellen gehörende Lochblenden in einer Mischgasleitung zusammengeführt sind. Die durch diese Einrichtung erreichbare, hochpräzise Gasmischung beruht auf dem Prinzip, daß sich Druckschwankungen am Blendenausgang durch eine mit Schallgeschwindigkeit durchströmte Lochblende nicht fortpflanzen können. Damit das Gas in der Blende Schallgeschwindigkeit erreicht, muß lediglich dafür gesorgt sein, daß der Druck vor der Blende doppelt so IS groß oder größer ist, wie der ausgangsseitige Absolutdruck. Die Blenden bestehen aus dünnen Metallplättchen, mit Löchern in der Größenordnung von tausendstel Millimeter. Die Blenden können gemeinsam auf einem thermostatisierten Metallblock angeordnet sein, um Temperaturschwankungen auszugleichen.

Weiters ist es aus der DE-PS 871371 bekannt geworden, zwei Druckregler zu einem Differenzdruckregler zu . verbinden. Dabei werden zwei Steuerventile durch eine zwei Druckkammern trennende Membran gegensinnig 20 angetrieben. Dieses Prinzip ist allerdings nicht direkt auf Feindruckregler übertragbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasmischeinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine höhere Langzeitstabilität des Mischverhältnisses und auch eine rasche Stabilisierung der Gasgemische «reicht werden. Weiters soll der Gasverbrauch minimiert werden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die beiden Feindruckregler zu einem 25 Differenzdruckregler verbunden sind, und daß zumindest eine der Entnahmeleitungen ein Dreiwegventil auf weist, welches den Gasstrom in einer Stellung für den jeweiligen Anwendungsfall freigibt und in einer anderen Stellung mit einer Drossel verbindet, welche die Leckströme der beiden Feindruckregler des Differenzdruckreglers abführt, wobei der Durchfluß der Drossel wesentlich kleiner ist als der gemeinsame Durchfluß der beiden Lochblenden der Mischgasleitung. Durch die Verbindung der beiden Feindruckregler zu einem Differenzdruckregler wird sowohl die 30 Langzeitstabilität des Mischungsverhältnisses als auch die Stabilisierung der Gasgemische gegenüber ungekoppelten, separaten Feindruckreglem deutlich verbessert Während nämlich Absolutdruckschwankungenbei separaten Feindruckreglem einen großen Einfluß auf die Vermischung haben, reduziert sich dieser Einfluß bei Differenzdruckreglem beträchtlich, solange nur der Differenzdruck stabil gehalten wird.

Ein gewisses Problem, vor allem bei Verwendung teurer oder umweltschädlicher Gase, stellt der ungewollte 35 Leckstrom der beiden Feindruckregler des Differenzdruckreglers dar, welch« nicht einfach durch ein Sperrventil in der Entnahmeleitung völlig gestoppt werden kann, da die Unterbindung des Gasflusses eine Druckerhöhung im System bewirken würde. Als Folge davon wäre bei neuerlicher Gasentnahme - aufgrund der klein«) Durchmesser der Lochblenden - mit einer «heblichen Stabilisierungszeit im Minuten- bis Stundenbereich zu rechnen. Durch die Abfuhr der Leckströme der beiden Feindruckregler des Differenzdruckreglers über eine Drossel, deren 40 Durchfluß wesentlich kleiner ist als der gemeinsame Durchfluß der beiden Lochblenden der Mischgasleitung, kann d« Gasverbrauch auf einfache Weise verringert werden, da nur im Anwendungsfall der volle Gasstrom zur Verfügung gestellt wird und im Standby-Betrieb der Gasstrom derart gedrosselt wird, daß nur geringe Druckerhöhungen im System auftreten. Im Anwendungsfall steht dann jederzeit ohne lange Stabilisierungszeiten (Sekunden- bis Minutenbereich) ein präzises Gasgemisch zur Verfügung. 45 Obwohl prinzipiell zur Realisierung der nach dem Dreiwegventil angeordneten Drossel auch ein ausgedehnter Strömungswiderstand, z. B. eine entsprechend lange Rohrleitung mit kleinem Durchmess« verwendet werden könnte, ist es von Vorteil, die Drossel als Lochblende auszuführen.

In ein« Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Feindruckregl« des Differenzdruckreglers auf unt«schiedliche Druckniveaus eingestellt sind, wobei jener Feindruckregler, dem die Lochblende mit einem 50 kleineren Durchmesser nachgeschaltet ist, auf ein höheres Druckniveau eingestellt ist. Durch diese Maßnahme treten keine Druckänderungen im Druckregelsystem mehr auf und die Stabilisierungszeit beträgt nur noch Sekunden.

Schließlich kann zumindest eine weitere Lochblende ausgangsseitig mit einem der Feindruckregl« des Diff«enzdruckregl«s v«bunden sein und ausgangsseitig mit zumindest ein« Entnahmeleitung zusammengeführt 55 werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Zwei Feindruckregler (1) und (2) einer Gasmischeinrichtung zur Erzeugung konstant« Mischgasströme aus zwei Gaskomponenten sind zu einem Differenzdruckregler (12) gekoppelt. Beispielsweise können rein mechanische oder mechanischelektronische Differenzdruckregl« verwendet weiden. 60 In den Gaszuführungen zweier nicht dargestellter Gasquellen (z. B. Druckgasflaschen) sind vorteilhaft« Weise Filtersysteme (3) vorgesehen, die einen wartungsfreien Betrieb üb« Jahrzehnte erlauben. An den Ausgängen der Feindruckregler (1) und (2) des Differenzdruckreglers (12) befinden sich Lochblenden (4) und (5) bzw. (4') -2-

Claims (4)

1. AT396 187 B und (5'), die einen konstanten Gasfluß bei konstantem Vordruck ermöglichen, solange der Gegendruck kleiner als der halbe Vordruck ist (Absolutdruckwerte). Die Wirkungsweise basiert - wie eingangs erwähnt - darauf, daß sich Änderungen des Ausgangsdruckes bei einer mit Schallgeschwindigkeit durchströmten Blende nicht auswirken können, da sich Störungen selbst nur höchstens mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzen. Die an den Blenden austretenden Gase werden über Mischgasleitungen (6), (6') zusammengeführt und münden in Entnahmeleitungen (11), (11')- Es ist natürlich auch möglich, weitere Lochblenden mit unterschiedlichen Durchmessern varzusehen, welche über eine weitere Mischgasleitung zusammengeführt weiden. Am Ausgang der Mischgasleitung (6) bzw. der Entnahmeleitung (11) befindet sich ein Dreiwegventil (7), welches den Gasstrom für den jeweiligen Anwendungsfall freigeben oder im Standby-Betrieb auf eine weitere Lochblende (8) lenkt. Es ist somit ein Intervallbetrieb möglich, wodurch der Gasverbrauch der Gasmischeinrichtung entscheidend gesenkt wird. Der Durchmesser der Lochblende (8) ist so groß zu wählen, daß der ungewollte Leckstrom, der über die Feindruckregler (1) und (2) eintritt, abgeführt werden kann und somit die Vordrücke der Feindruckregler konstant bleiben. Auf der anderen Seite ist eine möglichst kleine Lochblende (8) zu wählen, um den Gasverbrauch im Standby-Betrieb soweit als möglich zu senken. Da der Leckstrom des Systems bereits über die Lochblende (8) abgeführt wird, kann die Entnahmeleitung (11') der Mischgasleitung (6') über ein normales Sperrventü (10) geschlossen werden. Um zu verhindern, daß bei unterschiedlichen Lochblenden die Blende mit dem kleineren Strömungswiderstand dominant ist, können die Feindruckregler des Differenzdruckreglers auf unterschiedliche Druckniveaus eingestellt werden. Geht man z. B. davon aus, daß die Lochblende (5) einen geringeren Strömungswiderstand als Lochblende (4) aufweist und daß der Strömungswiderstand in Lochblende (8) deutlich größer ist als der von der Lochblende (5) , so würde sich in der Mischgasleitung (6) der gleiche Druck wie im Feindruckregler (2) einstellen. Bei anfänglich gleichen Druckwerten in beiden Feindruckreglem des Differenzdruckreglers (12) würde, abhängig von der Höhe des Leckstromes von Feindruckregler (1), der Druckwert in diesem Regler solange ansteigen, bis über die Lochblende (4) gleichviel Gas abfließen kann, wie Leckstrom in den Feindruckregler (1) einströmt. Eine Abhilfe kann durch einen grundsätzlich höheren Vordruck im Feindruckregler (1) erreicht werden, d. h. der Differenzdruck der beiden Feindruckregler wird auf einen konstanten Wert ungleich Null eingestellt. Dieser Vordruck ist betragsmäßig so zu wählen, daß der Differenzdruck zwischen beiden Feindruckreglem ausreicht, um alle fertigungstechnisch bedingten Streuungen des Leckstroms zu kompensieren. Damit ist es möglich, die Druckwerte in beiden Feindruckreglem (1) und (2) im Standby-Betrieb stabü zu halten und einen Intervallbetrieb ohne lange Stabilisierungszeiten zu ermöglichen. Beispielsweise können bei Verwendung ein»- Lochblende (5) mit einem Gasfluß von 48 ml/min und einer Lochblende (4) mit einem Gasfluß von 2,8 ml/min bei Vorliegen einer dem Dreiwegventil (7) nachgeschalteten Lochblende (8) mit 2,8 ml/min um den Faktor 18 geringe Gasverluste im Intervallbetrieb erreicht werden. Der Druck im Feindruckregler (1) sollte für eine rasche Stabilisierung um 100 mbar höher sein als jener im Feindruckregler (2). Die Möglichkeit weitere Lochblenden an einen der Feindruckregler (1) oder (2) anzuschließen, ist gegeben und beeinflußt die beschriebenen Funktionen nicht. Der vom Sperrventil (10') fireigegebene Gasstrom kann mit dem Gasstrom aus einer der Entnahmeleitungen (11) oder (11') zusammengeführt werden, wodurch weitere unterschiedliche Mischungsverhältnisse zur Verfügung stehen. PATENTANSPRÜCHE 1. Gasmischeinrichtung zur Erzeugung konstanter Mischgasströme aus zwei Gaskomponenten, wobei je Gaskomponente ein Feindruckregler (1,2) vorgesehen ist, welcher jeweils ausgangsseitig mit dem Eingang zumindest einer Lochblende (4,4', 5,5') verbunden ist und wobei jeweils zwei Lochblenden unterschiedlicher Feindruckregler ausgangsseitig zu einer Mischgasleitung (6, 6') verbunden sind, welche in eine Entnahmeleitung (11, 11') mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Feindruckregler (1, 2) zu einem Differenzdruckregler (12) verbunden sind, und daß zumindest eine der Entnahmeleitungen (11) ein Dreiwegventil (7) aufweist, welches den Gasstrom in einer Stellung für den jeweiligen Anwendungsfall freigibt und in einer anderen Stellung mit einer Drossel (8) verbindet, welche die Leckströme der beiden Feindruckregler (1,2) des Differenzdruckreglers (12) abführt, wobei der Durchfluß der Drossel (8) wesentlich kleiner ist als der gemeinsame Durchfluß der beiden Lochblenden der Mischgasleitung (6).
2. 2. Gasmischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (8) als Lochblende ausgeführt ist -3- 10 AT 396 187 B
3. 3. Gasmischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Feindruckregler (1,2) des Differenzdruckreglers (12) auf unterschiedliche Druckniveaus eingestellt sind, wobei jener Feindruckregler (1), dem die Lochblende (4) mit einem kleineren Durchmesser nachgeschaltet ist, auf ein höheres Druckniveau eingestellt ist.
4. 4. Gasmischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine weitere Lochblende (9) eingangsseitig mit einem der Feindruckregler (1,2) des Differenzdruckreglers (12) verbündet ist und ausgangsseitig mit zumindest einer Entnahmeleitung (11,11') zusammenführbar ist Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-