DE202015000313U1

DE202015000313U1 - Gasmischeinrichtung

Info

Publication number: DE202015000313U1
Application number: DE201520000313
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2015-03-20
Anticipated expiration: 2025-01-14

Abstract

Vorrichtung zum Mischen von Reingasen oder Gasgemischen beliebiger Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere jeweils mittels herkömmlichen Durchflussreglern (1.#) geregelte Gasströme (2.#), im Weiteren als Rohgase genannt, über einen gemeinsamen Strömungswiderstand (4) zusammengeführt werden, wodurch sich auf allen Gasströmen der gleiche Druck, der Strömungsstau des Strömungswiderstandes, einstellt. Das Gasgemisch (6) welches durch den gemeinsamen Strömungswiderstand fließt wird im Weiteren als Abgas bezeichnet.

Description

Mischgase werden hauptsächlich zur Prüfung und Justierung bzw. Kalibrierung von Geräten und Systemen zur Messung von Gasen eingesetzt. Dabei ist die Genauigkeit und die Stabilität der Mischgase von hoher Bedeutung. Mischgase werden entweder verdichtet und in Druckbehälter abgefüllt (die Flaschengase) oder bei Bedarf gemischt. Eine allgemein verbreitete Methode zum Mischen von Gasen ist das Zusammenführen von definierten bzw. konstanten Gasströmen. Die Gasströme werden dabei durch Druck bzw. Differenzdruck über einen Strömungswiderstand geregelt. Es wurden bereits mehrere nach diesem Prinzip arbeitende Verfahren und Vorrichtungen beschrieben wie zum Beispiel:
Verfahren und Vorrichtungen mit Differenzdruck und Blenden, Düsen oder kritischen Düsen beschrieben in

– GB 0857927 A
– EP 056463 A2
– AT 0300423 B / DE 02123961 A
– AT 0396187B
– DE 00 0069 213 517 T2
– DE 00 0002 053 072 B2
– DE 01941669
– WO 01994020851 A1 / EP 06909851 B1
– WO 02011132049 A1 Verfahren und Vorrichtungen mit Differenzdruck und Kapillaren beschrieben in
– DD 00 0000 243 363 A1
– WO 02011132049 A1

Die stets steigende Genauigkeit und Auflösung der Messgeräte stellt immer höhere Anforderungen an die Stabilität der Mischgase. Mit den bekannten Mischvorrichtungen können diese Anforderungen nur noch bei recht hohem technischem Aufwand erfüllt werden. Das Problem betrifft hauptsächlich die Druckregelung; Strömungswiderstände wie z. B. Blenden, Düsen oder Kapillaren sind weitgehend langzeitstabile Bauteile, wodurch die Änderungen des Mischungsverhältnisses bedingt durch die Strömungswiderstände vernachlässigt werden können. Demgegenüber sind herkömmliche Druck- bzw. Differenzdruckregler wie z. B. Membrandruckregler deutlich ungenauer und mit einer relativ hohen Langzeitdrift behaftet. Druckregler mit der erforderlichen Stabilität sind komplexe Strukturen und benötigen regelmäßige Wartung und Justierung.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde eine einfache, kostengünstige und wartungsfreie Vorrichtung zum Mischen von Gasen oder Gasgemischen mit einer zeitlich unbegrenzten Stabilität des Mischungsverhältnisses zu schaffen. Für den erfindungsgemäßen Gasmischer sollen einfache Strömungswiderstände und herkömmliche bzw. handelsübliche Druckregler verwendet werden können, wobei die Schwankungen und die Langzeitdrift der Druckregler durch die erfindungsgemäße Struktur des Gasmischers kompensiert werden. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Schutzansprüchen zu entnehmen.
Beschreibung:
Nachfolgend wird ein Gasmischer für zwei Gase mit Bezug auf Zeichnungen beschrieben. Die Vorrichtung kann nach gleichem Funktionsprinzip für mehrere Gase erweitert werden. Die zu mischenden Gase können dabei Reingase oder Gasgemische mit beliebiger Zusammensetzung sein.
1 zeigt einen Gasmischer ausgelegt für 2 Gase, Gas 1 und Gas 2, mit einem festen Mischungsverhältnis.
Die zu mischenden Gase, „Gas 1” und „Gas 2”, werden bei einem entsprechenden Vordruck, „P1” bzw. „P2” auf jeweils einen herkömmlichen Durchflussregler „1.1” und „1.2” geschaltet. Die Durchflussregler regeln die Gasströme „2.1” und „2.2” in einem Verhältnis entsprechend dem gewünschten Mischungsverhältnis des Gasmischers. Die geregelten Gasströme werden über jeweils eine Rückdiffusionssperre „3.1” und „3.2” geleitet, zusammengeführt und anschließend über einen gemeinsamen Strömungswiderstand „4” abgeleitet. Dadurch baut sich auf allen Gasströmen der gleiche Druck auf, der Strömungsstau des Strömungswiderstandes „4”. Bei der Auswahl bzw. dem Dimensionieren der Rückdiffusionssperren müssen folgende Kriterien beachtet werden:

– Die Rückdiffusionssperren sollen das Vermischen der Gase durch Diffusion an der Zulaufseite der Rückdiffusionssperren (Punkt „A” bzw. Punkt „B”) vollständig verhindern.
– Der Strömungsstau auf den Rückdiffusionssperren soll möglichst klein und für alle Gase weitgehend gleich sein.

Von der Zulaufseite der Rückdiffusionssperren (d. h. von Punkt „A” bzw. von Punkt „B”) wird jeweils ein Teil der Gasströme „2.1” bzw. „2.2” abgezweigt, über jeweils einen Strömungswiderstand „5.1” bzw. „5.2” geleitet und anschließend zusammengeführt. Der somit gebildete Gasstrom „7” ist das Ausgangsprodukt des Gasmischers und wird im Weiteren als Mischgas bezeichnet. Das Mischungsverhältnis des Mischgases wird hauptsächlich vom Verhältnis der Strömungswiderstände „5.1” und „5.2” bestimmt. Andere Faktoren wie zum Beispiel der Vordruck („P1” und „P2”) auf den Gasleitungen, die Umgebungstemperatur oder der atmosphärische Druck haben keinen nennenswerten Einfluss auf das Mischungsverhältnis und somit auch nicht auf die Zusammensetzung des Mischgases. Die jeweiligen Reste der Gasströme „2.1” und „2.2” fließen über die Rückdiffusionssperren „3.1” bzw. „3.2” und über den gemeinsamen Strömungswiderstand „4” und bilden den Gasstrom „6”, im Weiteren als Abgas bezeichnet. Die Zusammensetzung des Abgases „6” folgt den Schwankungen der Durchflussregler „1.1” und „1.2” und ist somit ein Gasgemisch mit einer relativ niedrigen Stabilität entsprechend der Stabilität der Durchflussregler. Für praktische Anwendungen kann das Abgas „6” zur Funktionsprüfung und das Mischgas „7” zur Kalibrierung eines Analysators verwendet werden.
Die Langzeitstabilität bzw. Langzeitdrift des Gasmischers kann für jede Applikation gesondert und in Bezug auf das Mischungsverhältnis, die zu mischenden Gase, die Umgebungstemperatur und den atmosphärischen Druck berechnet werden. Zum Beispiel ergeben sich bei einem Gasmischer gemäß 1, ausgelegt zum Mischen von Methan und Luft im Verhältnis 1:49, bei einem Vordruck auf den Eingangsleitungen von 1 bis 3bar-ü, einem Temperaturbereich von 10 bis 35°C und einem atmosphärischen Druck von 1013.25 +/– 75 hPa folgende Werte:
Langzeitdrift für das Mischgas (7): < +/–200 ppm
Langzeitdrift für das Abgas (6): < +/–10%
Die Abweichungen sind Relativwerte bezogen auf den nominalen Methangehalt des Mischgases von 2.0 Vol%.
Das Mischungsverhältnis des Gasmischers kann durch das Zuschalten weiterer Strömungswiderstände oder das Umschalten von Strömungswiderständen verändert werden. Dabei bleibt das Mischungsverhältnis des Gasmischers bei jedem Mischungsverhältnis nach wie vor zeitlich unbegrenzt stabil.
2A und 2B zeigen jeweils eine Variante des Gasmischers mit umschaltbarem Mischungsverhältnis.
Bei der Variante dargestellt in 2A wird mit einem Absperrventil „200.2” ein zusätzlicher Strömungswiderstand „201.2” für Gas 2 zugeschaltet.
Bei der Variante dargestellt in 2B werden mittels Umschaltventilen „202” und „203” die Strömungswiderstände „204” und „205” zwischen Gas 1 und Gas 2 umgeschaltet.
Bezugszeichenliste

P1, P2: Druck
1.1, 1.2: Durchflussregler
2.1, 2.2: Gasstrom
A, B: Gasverteiler
3.1, 3.2: Rückdiffusionssperre
4, 5.1, 5.2,: Strömungswiderstand
201.2, 204, 205: Strömungswiderstand
6: Abgas bzw. Abgasstrom
7: Mischgas bzw. Mischgasstrom
200.2: Absperrventil
202, 203: Umschaltventil (2/3-Wege-Ventil)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 0857927 A [0001]
EP 056463 A2 [0001]
AT 0300423 B [0001]
DE 02123961 A [0001]
AT 0396187 B [0001]
DE 000069213517 T2 [0001]
DE 000002053072 B2 [0001]
DE 01941669 [0001]
WO 01994020851 A1 [0001]
EP 06909851 B1 [0001]
WO 02011132049 A1 [0001, 0001]
DD 000000243363 A1 [0001]

Claims

Vorrichtung zum Mischen von Reingasen oder Gasgemischen beliebiger Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere jeweils mittels herkömmlichen Durchflussreglern (1.#) geregelte Gasströme (2.#), im Weiteren als Rohgase genannt, über einen gemeinsamen Strömungswiderstand (4) zusammengeführt werden, wodurch sich auf allen Gasströmen der gleiche Druck, der Strömungsstau des Strömungswiderstandes, einstellt. Das Gasgemisch (6) welches durch den gemeinsamen Strömungswiderstand fließt wird im Weiteren als Abgas bezeichnet.
Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass das Vermischen der zusammengeführten Rohgase (2.#) stromaufwärts des gemeinsamen Strömungswiderstandes (4) mittels Rückdiffusionssperren (3.#) verhindert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1. oder Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Teil der Rohgase (2.#) von der Zulaufseite der Rückdiffusionssperren (3.#) über jeweils einen Strömungswiderstand (5.#) geleitet und anschließend zusammengeführt werden. Das hierdurch gebildete Gasgemisch (7), im Weiteren Mischgas genannt, ist das Ausgangsprodukt des Gasmischers.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis bzw. die Zusammensetzung des Mischgases durch das Zuschalten von weiteren Strömungswiderständen eines Rohgases oder durch das Umschalten unterschiedlicher Strömungswiderstände verändert wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis des Mischgases durch das Umschalten eines Strömungswiderstandes zwischen 2 oder mehreren Rohgasen verändert wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die zu mischenden Gase mittels entsprechender Filterung gereinigt werden, wodurch eine Änderung des Mischungsverhältnisses durch Verschmutzung verhindert wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch das Zuschalten von weiteren Mischerstufen sowohl das Mischungsverhältnis als auch die Langzeitstabilität des Mischungsverhältnisses erhöht werden. Dabei dient der Ausgang einer Mischerstufe (das Mischgas dieser Stufe) als Rohgas für die nachgeschaltete Mischerstufe.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Langzeitstabilität des Mischungsverhältnisses durch das Regeln der Temperatur des Gasmischers bzw. der Rohgase auf eine konstante Temperatur erhöht wird.