DE2053072C3 - Mischvorrichtung für Gase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für Gase zur Füllung eines Behälters mit einem Gemisch aus mindestens zwei Gasen in im voraus festgelegten Mengenteilen aus Quellen für diese Gase und zur Haltung des gefüllten Behälters zwischen einem festgelegten Mindest- und Höchstdruck, wobei für jedes Gas zwischen seiner Gasquelle und dem Behälter ein Druckminderventil vorgesehen ist, das mit einem Ventilteller versehen ist, durch einen Balg betätigt wird Und zwischen einer Entspannungskammer, die mit dem Behälter vermittels eines Organs zur Erzeugung eines Druckabfalles verbunden ist, und einem Dom angeordnet ist.

Es gibt diskontinuierliche Mischvorrichtungen, die stark schwankende durchschnittliche Strömungsmengen des Gemisches liefern* Sie eignen sich zur Gewinnung Von Gemischen, in denen ein Bestandteil nur in kleinem Anteil vorhanden ist. Jedes der zu vermischenden Gase kann selbst ein Gemisch aus mehreren Gasen in festliegender Zusammensetzung sein.

Falls der Regeldruck der Druckminderventile bei diesen bekannten Geräten nicht sehr viel höher als derjenige in dem Behälter ist, um zu vermeiden, daß die Entleerung der Gasquellen sehr unvollständig erfolgt, und um die für die Verteilung der Gase unter Druck üblichen Drücke auszunutzen, ist der Vergleich der Gasströmungsmengen schwierig: Die Anzeige jedes Strömungsmessers vermindert sich nach Maßgabe des Oberganges des Behälters von seinem Mindestdruck auf seinen Höchstdruck.

Zweck der Erfindung ist das Vermeiden dieser Mängel, obgleich nur ein schwaches Druckgefälle erforderlich ist, weil die einen Druckabfall erzeugenden Organe mit einer Druckdifferenz arbeiten, die gering bleiben kann, da sie konstant ist Wenn der Druck aufstromseitig von den Organen zur Erzeugung des Druckabfalles schwankt, so verändert sich die Anzeige der an dieser Stelle eingesetzten Strömungsmesser nicht, während sich der Druck in dem Behälter verändert, wenn diese Anzeige sich als die im Volumen und bei Luftdruck an dieser Stelle gemessene Strömungsmenge, multipliziert mit der Quadratwurzel des Druckes, verändert Es ist der Fall bei gewissen Durchflußmessern, z. B. solchen mit Schwimmern. Die Geschwindigkeit des Gases in dem Organ zur Erzeugung des Druckabfalles ist nämlich geringer als die Schallgeschwindigkeit in diesem Gas, was der Fall ist, wenn die Different- der Drücke beiderseits dieses Organes gegenüber dem aufstromseitigen Druck gering ist Die bei Luftdruck gemessene Strömungsmenge ist eine Funktion dieser Druckdifferenz, die konstant ist. und sie ist proportional der Quadratwurzel des aufstromseitigen Druckes, die derselbe Faktor wie für den betreffenden Durchflußmesser ist.

Aus der britischen Patentschrift 10 27 402 ist eine Einrichtung zur Regelung des Mengenverhältnisses zweier in Leitungen fließender Ströme bekannt, die speziell dann angewendet werden kann, wenn die beiden Ströme gemischt werden sollen. Eine solche bekannte Mischvorrichtung ist eingang'· schon teilweise beschrieben. Die Regler oder Druckminderer sind dabei mit den zur Erzeugung des Druckabfalles vorgesehenen Organen abstromseitig ".o verbunden, daß sie direkt unter dem Druck der Gase in den abstromseitigen Leitungen stehen.

Bei einer solchen Anordnung ist es von Nachteil, daß das Steuersystem auf ein schwach ausgeprägtes Druckgefälle nicht mehr anspricht und die Gasquellen nicht weitgehend entleert werden können, d. h. nicht nahezu auf den Minuestdruck in dem zu füllenden Behälter. Im bekannten Fall sind die Kammern direkt mit den Kanälen über einfache Leitungen verbunden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend genannten Mangel eine Mischvorrichtung für Gase der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß in einem neuen Steuersystem die einen Druckabfall erzeugenden Organe bei einer Druckdifferenz arbeiten, die gering bleiben kann, wodurch man die Gasquellen nahezu auf oen Mindestdruck der zu füllenden Behälter entleeren kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Ventil in einen Kreislauf, der die gesamten Dome speist, eingefügt ist und durch den Drück im Behälter über einen Pressostaten, der auf den Druck des Gases im Behälter anspricht, regelbar ist.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dert Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 5.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, die Füllung eines Behälters mit einer Gasmisciiung in im voraus festgelegten Mengenanteilen zu ermöglichen, wobei durch das neue Steuersystem die verschiedenen Gase auf die Lieferung eines im wesentlichen gleichen abstromseitigen Druckes eingeregelt sind, insbesondere nämlich durch einen Dreiwegehahn und den Pressostaten.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin daß sie nur ein mäßiges Druckgefälle erfordert, und zwar sowohl in den Druckminderventilen als auch in den Organen zur Erzeugung des Druckabfalles. Daraus ergibt sich, daß man die Gasquellen nahezu auf den Mindestdruck des zu füllenden Behälters entleeren kann, wobei während des gesamten Füllens das Mischungsverhältnis mit einem genügenden Druck beibehalten werden kann. Dei der Füllung eines Behälters beispielsweise, dessen Mindest- und Höchstdrücke 4 Bar und 5 Bar betragen, genügt ein Druckgefälle von 0,5 Bar, um ein Gemisch mit einer sehr befriedigenden Genauigkeit zu gewinnen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit möglich, kontinuierlich ein Gasgemisch für versr.iiedene Anwendungszwecke herzustellen, insbesondere Gasgemische zum Schweißen und für thermische Behandlungen.

Das deutsche Gebrauchsmuster 18 29 553 beschreibt eine Vorrichtung, deren Aufbau sich von der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch unterscheidet, daß der Entspannungskammer des Druckminderventiles das N2O durch eine einfache Leitung zugeführt wird, während dem Dom des Druckminderventiles der Sauerstoff zugeführt wird. Lediglich der Dom des ersten Druckminderventiles steht mit dem Gas in Verbindung. Daraus folgt, daß das Druckminderventil des Sauerstoffes durch den Stromab-Druck des Druckminderventiles des N2O gesteuert wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen sind die beiden Druckminderventile voneinander unabhängig.

Die deutsche Patentschrift 4 80 986 beschreibt schließlich eine ι Regler für Gasgemische, in welchem die Druckminderventile durch den Druck einer der Leitungen gesteuert werden. Im bekannten FaI¹ wird weder die Verwendung einer Steuerleitung mit einem Ventil, das durch einen Pressostaten gesteuert wird, noch die Verwendung eines zusätzlichen Druckminderventils beschrieben, welches direkt durci. den Druck des Behälters geregelt wird.

Die Zeichnung erläutert schematisch und beispielshalber zwei Ausführungsformen der Erfindung zur Lieferung des Gemisches ai'% zwei Gasen.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist einen Behälter 4 mit Gasen, die durch die Leitungen 6 und 7 ankommen, auf. In jedem Gasweg sind Organe 8, 9 zur Erzeugung eines Druckabfalles, beispielsweise Nadelventile, vorgesehen. Auf der Aufsiromseite dieser Organe wird der Druck der Gase durch die Druckminderventile 10 und 12 vom Domtyp auf einen gleichen Wert gebracht. In diesem Domdruckminderventil ist ein Balg 14 bzw. 16 oder ein analoges Organ einerseits dem Druck des entspannten Gases und andererseits den kombinierten Einwirkungen einer Feder 16 bzw, 2Ö und des Druckes eines Steuergases ausgesetzt, das durch eine Leitung 22 bzw. 23 zutritt. Dieses Gas gelangt in die Dome 24 bzw. 25, d. h. in den Innenraum der Bälge. Der Druck des durch die Leitungen 22 und 23 ankommenden Gases kann als »Steuerdruck« des Druckminderventiles 10 bzw, 12 bezeichnet werdrrc.. Dies ist der Druck des Strömungsmittels, das auf die Fläche der Membran oder der analogen Einrichtung einwirkt, die derjenigen gegenüberliegt, auf der das entspannte Strömungsmittel einwirkt. Damit die Druckminderventile trotz der Schwankungen des Steuerdruckes abstromseitig denselben Druck liefern, dient in diesem Fall dasselbe Steuergas zur Einwirkung auf die beiden Druckminderventile. Dieses Steuergas stammt aus dem Behälter 4. Seine Speisung wird durch ein Dreiwegeventil 26 geregelt, das durch einen Pressostaten 28 betätigt wird.

Der Pressostat ist eine Art von Manometer. Im dargestellten Fall spricht er auf den Druck im Behälter an, mit dem er durch eine Leitung 30 verbunden ist Die durch den Pfeil 32 angedeutete bewegliche Ausrüstung dieses Manometers betätigt das Ventil 26. Der Eintrittsweg 34 des Ventils ist mit dem Behälter verbunden. Einer der Austrittswege 36 ist mit den Domen der Druckminderventile durch d'e Leitungen 22 und 23 verbunden. Der andere Weg 38 ist eine Abzugsöffnung. Anstelle eines Pressostaten dieser Art kann man auch andere Pressostaten verwenden, z. B. solche, die vermittels elektrischer Konta* <e wirken.

Wenn der Druck im Behälter das festgelegte Mindestmaß erreicht hat, stellt der Pressostat die ■ Verbindung zwischen den Wegen 34 und 36 her. Die Dome 24 und 25 stehen also unter dem Druck des Behälters *. Die Druckminderventile von gleicher Bauweise sind derart eingeregelt, daß die Wirkung dieses Druckes und der Federn 18 und 20 die Ventilteller 40 und 42 der Druckminderventile soweit öffnen, daß der Druck in den Entspannungskammern 44 und 46 den Steuerdruck des gewünschten Wertes nicht um die konstante Differenz zwischen der Aufstrom- und Abstromseite der Organe 8, 9 für die Erzeugung des Druckabfalles überschreitet. Man erreicht so diese Konstanz der Druckdifferenz. Da diese Differenz für die beiden Organe 8 und 9 dieselbe ist, hängt das Verhältnis der durch sie hindurchgehenden Strömungsmengen nur von dem äquivalenten Durchlaßquerschnitl ab. den man im voraus in Funktion der für das Gemisch gewünschten Prozentsätze eingestellt hat.

Sobald der Druck im Behälter den festgelegten Höchstwert erreicht, setzt der Pressostat die Wege 36 und 38 miteinander in Verbindung, wodurch die Dome 24 und 25 auf Umgebungsdruck gebracht werden. Da sich der Druck in diesen stark vermindert hit, schließen sich die Ventilteller 40 und 42, so daß gleichzeitig die Speisung mit den verschiedenen Gasen des Gemisches unterbrochen wird. Der Behälter 4 befindet sich dann unter seinem Höchstdruck. Wenn man beispielsweise durch eine Leitung 48 das Gemisch abzieht, sinkt der Druck, und in dem Augenblick, wenn er den festgelegten Mindestwert erreicht, stellt der Pressostat die Verbindung zwischen den Wegen 34 und 36 her, wie schon beschrieben wurde.

Die weite öffnung und Schließung der Ventilteller der Druckminderer erfolgt relativ langsam, d. h. im allgemeinen innerhalb einiger Zehntel Sekunden. Dadurch werden ruckartige Bewegungen der Durchflußmesser und der Bälge ausgeschaltet.

Während der Anfangsfüllung des Behälters 4 bleibt der abstromseitige Druck für beide Druckminderventile derselbe: Er hängt von der Einwirkung der federn 18 und 20 ab, die dieselbe ist, wenn Druckminderventile desselben Modells verwendet Werden und auf denselben abstromseitigen Druck fingeregelt worden sind, während die Steuerdrücke und die Wirkung des Gases in den Domen 24 und 25 gleich ist, wo derselbe

Steuerdruck herrscht.

Um die Verformungen der Bälge zu vermindern, kann mart den Weg 38 mit der Außenlüft nicht direkt, sondern über ein tariertes Ventil verbinden, das einen etwas kleineren Gegendruck als der Mindestdruck des Behälters liefert Man kann außerdem die Leckverluste dieses Ventils durch Gas kompensieren, das von einem Druckminderventil stammt, dessen Druck abstromseitig etwas kleiner ist, als der Druck, auf den das tarierte Ventil eingestellt ist.

F i g. 2 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fi g. 1. Hierbei ist das Gas, das die Druckminderventile 10 und 12 steuert, nicht das Gas aus dem Behälter 4, sondern ein von einem anderen Domdruckminderventil 50 geliefertes Gas. Die Bauteile, welche dieselbe Rolle spielen wie bei der Vorrichtung der Fig. 1, sind mit denselben Bezugsziffern versehen. Die Druckminderventile 10, 24 und 12, 25 sind der Übersichtlichkeit halber nur schematisch angedeutet.

Das Druckminderventil 50 wird durch den Druck im Behälter 4 gesteuert, an den es durch eine Leitung 52 angeschlossen ist. Zu der Wirkung des Steuerdruckes addiert sich der Druck einer Feder 54. Dieses Gerät entspannt beispielsweise das durch Leitung 7 ankommende Gas. Es wird so eingeregelt, daß es abstromseitig einen etwas höheren Druck als der im Behälter 4, jedoch um eine feste Größe von diesem verschiedenen Druck aufgrund seiner Steuerung durch das Gas des Behälters 4 ergibt. Der Druck des Steuergases der Druckminderventile 24 und 25 folgt dann mit einer konstanten Verschiebung dem Druck im Behälter. Dasselbe gilt für den abstromseitigen Druck dieser Druckminderventile, die Druckdifferenz zu beiden Seiten jedes der Organe 8 und 9 bleibt also konstant

Ein Vorteil dieser Vorrichtung gegenüber derjenigen nach F i g. 1 besteht in einer weit größeren Regelleichtigkeit: Wenn man die Gasströmungsmenge ohne Veränderung der Mengenverhältnisse abwandeln will, genügt es, die Kraft der Feder 54 statt der Federn 18 und 20 zu regeln, wobei man darauf achtet, daß die abstromseitigen Drücke der Druckminderventile 10 und 12 unter sich genau gleich bleiben.

Die beschriebenen Vorrichtungen können abgewandeii aixh zur Vermischung von mehr als zwei Gasen dienen, indem man eine Gruppe von Domdruckminderventil und Organ zur Erzeugung des Druckabfalles für jedes Gas Vorsieht. Der Druck der durch die Leitungen 6 und 7 ankommenden Gase kann durch Druckmindcr^ ventile geregelt Werden, um den Einfluß des aufstromseitigen Druckes auf den Druck auf der Abstromseite bei der üblichen Verwendung Von Druckminderern mit nicht ausgeglichener Klappe zu vermeiden. Schieber können hinzugefügt werden, um die Schließung durch die Druckminderventile 10 und 12 zu vervollkommnen, um diese Schieber können beispielsweise durch den Pressostaten gleichzeitig mit dem Schieberventil 26 betätigt werden.

Bei der Vorrichtung nach Fig;2 brauchen die Druckminderventile 10 und 12 keine Feder 18 oder 20 zu besitzen, gegebenenfalls abgesehen von einer schwa-

J5 chen Feder, die den Druckausgleich aufstromseitig von den Organen 8 und 9 gestattet Man vermindert so das Druckgefälle in diesen Druckminderventilen.

Das Druckminderventil 50 kann so eingeregelt Werden, daß es auf der Abstromseite einen gleichen oder kleineren Druck als der Druck im Behälter liefert. Man muß dann die Druckminderventile 10 und 12 mit Federn 18 und 20 ausrüsten, damit der Druck aufstromseitig von den Organen 8 und 9 größer ist als im Behälter. Wenn das Druckminderventil 50 keine Feder 54 aufweist, kann man keine Regelung durch diese Feder vornehmen. Man bewahrt jedoch einen Vorteil der Vorrichtung nach Fig.2: Es geht das Gas aus der Leitung 7 in gewisse Bauteile und nicht das Gas des Behälters, d^s korrosiv oder sehr kostspielig sein kann.

Die Nadeischieber 8 und 9 können durch kalibrierte öffnungen ersetzt werden, die man auswechselt, wenn man die Zusammensetzung des Gemisches abwandeln will. Der Behälter kann ein Vorratsgefäß, eine Speiseleitung, ein Verbrauchsgerät usw. sein.

Die Vorrichtung nach der Erfindung gestattet dem Benutzer die Erzeugung eines Gemisches oder verschiedener Gemische unter Druck aus Vorratsbehältern oder Verdampfern für flüssiges Gas, weiche die Bestandteile enthalten. Man vermeidet so die Notwendigkeit, sich mit Gemischflaschen zu versorgen. Die Gasgemische werden beispielsweise für die Lichtbogenschweißung, für thermische oder thermochemische Metallbehandlungen, für die Frischung von geschmolzenen Metallen, tut* utc ruuüng VOn ciCrvtilSC

Fertigung von Halbleitern verwendet.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mischvorrichtung für Gase zur Füllung eines Behälters mit einem Gemisch aus mindestens zwei Gasen in im voraus festgelegten Mengenteilen aus Quellen für diese Gase und zur Haltung des gefüllten Behälters zwischen einem festgelegten Mindest- und Höchstdruck, wobei für jedes Gas zwischen seiner Gasquelle und dem Behälter ein Druckminderventil vorgesehen ist, das mit einem Ventilteller versehen ist, durch einen Balg (14, 16) betätigt wird und zwischen einer Entspannungskammer (44, 46), die mit dem Behälter (4) vermittels eines Organs zur Erzeugung eines Druckabfalls (8, 9) verbunden ist, und einem Dom (24, 25) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (26) in einen Kreislauf (30, 22, 23, 50, 22, 23), der die gesamten Dome (24, 25) speist, eingefügt ist und durch den Druck im Behälter (4) über einen Pressostaten (28), der auf den Druck im Behälter (4) anspricht, regelbar ist

2. Vorrichtung nach Ansprach !, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (26) sich in einem Kreislauf (30, 22, 22) befindet, der direkt mit dem Behälter (4) am Dom(24,25)(Fig. 1) verbunden ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein zusätzliches Druckminderventil (50) enthält, versehen mit einem Ventilteller, angetrieben durch einen Balg, abgegrenzt durch einen Dom, verbunden mit dem Behälter (4), wobei sich das Ventil (26) in einem Kreislauf befindet, der mit einer der penannten Quellen (7) der genannten Dome (24, 25) vermittels des obengenannten Ventiltellers des zusätzlichen L>ruckminderventils (50) (F i g. 2) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgenannte Ventil (26) sich in einem Dreiwegehahn befindet, wovon einer der Anschlüsse mit der umgebenden Atmosphäre verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pressostat auf dem Prinzip »volle öffnung oder Schließung« beruht.