DE2408378B2

DE2408378B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Füllen eines Hochdruckbehälters mit einem geeichten Gasgemisch

Info

Publication number: DE2408378B2
Application number: DE2408378A
Authority: DE
Inventors: Daniel B. Troy Martin; Donny R. Waterford Strain
Original assignee: Scott Environmental Technology Inc Plumsteadville Pa (vsta)
Current assignee: Scott Environmental Technology Inc Plumsteadville Pa (vsta)
Priority date: 1973-02-22
Filing date: 1974-02-21
Publication date: 1978-05-24
Also published as: FR2219373A1; DE2408378A1; DE2408378C3; AT350821B; LU69469A1; ATA135974A; DD110699A5; BE811486A; US3948281A; IT1008274B; JPS5030589A; GB1449929A; NL7402477A; JPS5419277B2; FR2219373B1; SE407276B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen eines Hochdruckbehälters mit einem geeichten Gasgemisch laut Oberbegriff des Hauptanspruches und eine Vorrichtung zum Ausführen eines derartigen Verfahrens.

Geeichte Gasgemische werden in letzter Zeit in großem Umfang zur genauen Eichung oder Kalibrierung von zur Analyse von Gasgemischen bestimmten Instrumenten verwendet. Die Nachfrage nach solchen geeichten Gasgemischen ist vor allem als Folge der Notwendigkeit gestiegen, sowohl die Abgasemission

von Automobilen und anderen Verbrennungsmotoren als auch die Emission industrieller Quellen genau zu bestimmen, zu denen beispielsweise industrielle Schlote und Essen, chemische Prozeßströme und sonstige die Atmosphäre belastender Verursacher, wie öfen und dgl., zählen. Mit den zunehmenden staatlichen und sonstigen hoheitlichen Kontrollen zur Überwachung der Emission an Kohlenmonoxyd, Kohlenwasserstoffen und anderen Abgaskomponenten wurden Überwachungs- und Inspektionsverfahren entwickelt, um sicherzugehen, daß insbesondere Motorfahrzeuge den geforderten Emissionsnormen entsprechen. Es ist auch davon auszugehen, daß in aller nächster Zukunft alle hergestellten Automobile beim Verlassen des Fertigungsfließbandes überprüft werden müssen, um sicherzustellen, daß die erwähnten Abgasanteile innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen gehalten werden. Es ist auch zu erwarten, daß die bereits in Gebrauch befindlichen Automobile von Zeit zu Zeit überprüft werden müssen, um festzustellen, ob sie noch richtig eingestellt sind, um der gleichen oder einer ähnlich hohen Normenforderung zu entsprechen.

Bei den gegenwärtig angewandten Verfahren zur Gasanalyse wird ein Instrument benötigt, bei dem ein sogenanntes Eichgas verwendet wird, dessen Zusammensetzung bekannt und genau geeicht ist und das zur Gewinnung einer Instrumentenanzeige gemessen wird. Üblicherweise wird dies dadurch erreicht, daß das Eichgas in eine Zelle eingebracht wird, durch die ein Strahl ultraroten Lichts hindurchgeschickt wird. Die durch die Absorbtion der Ultrarotenergie angegebene Anzeige des Instruments bei Anwesenheit des Eichgases wird beobachtet und aufgezeichnet. Daraufhin wird das unbekannte Gas durch die Zelle geschickt und in ähnlicher Weise untersucht. Die Konzentration des unbekannten Gases läßt sich dann durch Beobachtung der Instrumentenanzeige im Vergleich zu der bei Verwendung des Eichgases gewonnenen Anzeige ermitteln.

Mit dem zunehmenden Bedarf für diese und ähnliche Instrumente stieg auch der Bedarf an derartigen Eichgasen in den letzten Jahren zu stark an. Solche Eichgase werden dem Verbraucher typischerweise in zylindrischen 43,6-1-Gefäüen geliefert, die unter einem Druck von etwa 105 bis 141 kg/cm² stehen. Bei derartig hohen Drücken ist jedoch ein einwandfreies Durchmischen der Einzelkomponenlen und somit die Herstellung einer genau geeichten Gasmischung unter Anwendung der bekannten geregelten Mischverfahren (beispielsweise nach DT-AS 15 23 655 bzw. DT-OS 22 33 013 der 21 14 122) nicht mehr möglich, denn bei diesen hohen Fülldrücken neigen die geregelt zugeführten Einzelgaskomponenten leicht zur Schichtbildung im Druckbehälter. Dies ergibt sich offenbar daraus, daß die mittlere freie Weglänge der verschiedenen Moleküle unter hohem Druck beträchtlich verkürzt ist und die einzelnen Gaskomponenten nicht leicht diffundieren können. Wenn beispielsweise die Einzelgaskomponenten des gewünschten Gasgemisches in den Dmckbehälter eingeleitet werden und anschließend das Trägergas, beispielsweise Stickstoff, unter Hochdruck eingeleitet wird, und so der gewünschte hohe Fülldruck erzeugt wird, wird eine mehr oder weniger homogene Mischung allenfalls dann erreicht, wenn sehr lange Mischzeiten von einigen Stunden in Kauf genommen werden und dabei der Behälter auch erwärmt und das Gasgemisch ständig bewegt wird. Ein solches zeitraubendes Mischverfahren ist sehr teuer. Ein anderes bekanntes

Mischverfahren, bei dem eine Wiegung des Mischgefäftes durchgeführt wird, ermöglicht zwar die Herstellung einer genauen Gasmischung, die hierfür nötige Wiegevorrichtung ist jedoch sehr teuer und empfindlich. Die bisher üblichen Herstellungsverfahren für Eichgase sind in »NON-DISPERSIVE INFRA-RED GAS ANALY-SiS«, D. W. H i 11 und T. P ο w e 11, Plenum Press, New York, N.Y„ 1968, näher beschrieben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren aufzuzeigen, nach welchem Hochdruckbehälter mit einem Gasgemisch von genauem Mischungsverhältnis rasch und im industriellen großtechnischen Maßstab gefüllt werden können und eine einfache Vorrichtung zum Ausführen eines solchen Verfahrens aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren laut Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Hauptanspruches gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine besonders einfache Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Mischung der Einzelgaskomponenten unter relativ niedrigem Druck von beispielsweise 2 at und nicht mehr als 3,5 kg/cm², also bei einem Druck, bei welchem sich die Einzelkomponenten sehr gut miteinander mischen lassen, da hier die Molekularbewegung noch nicht hemmend beeinflußt ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der gewünschte Hochdruck erst anschließend nach dem Mischen erzeugt, und gleichzeitig wird die Regelung der Zufuhr der Einzelgaskomponenten zur Niederdruck-Mischkammer in Abhängigkeit von dem Sollwert-Istwert-Vergleich des Hochdruckgemisches durchgeführt. Damit können sehr schnell im großtechnischen Maßstab Hochdruckgasbehälter mit stets genau gleichbleibendem vorbestimmten Mischungsverhältnis gefüllt werden, der Kunde erhält damit stets gleichbleibende Eichgasgemische, so daß beim Auswechseln einer Eichgasflasche am Meßinstrument keine Nacheichungen nötig sind. Die Mischung und anschließende Füllung der Druckbehälter kann in bekannter Weise vollautomatisch durchgeführt werden. Es sind die verschiedenartigsten Gasmischungen möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand sthematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Gasmischungsanlage mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig.2 die Prinzipdarstellung einer anderen Ausführungsform einer Gasmischungsanlage, bei der Merkmale nach der Erfindung verwirklicht sind, und

Fig.3 das Prinzip eines Doppelhebe-Infrarotanalyseinstruments, das besonders vorteilhaft in Verbindung mit der anhand von Fig.2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung einsetzbar ist.

Bei den im folgenden unter Bezug auf F i g. 1 gegebenen Erläuterungen wird die Herstellung und Mischung eines Zweikomponenten-Gasgemisches erläutert. Das zu beschreibende System weist zwei Speisequellen für die Komponenten eines Gasgemisches auf, die eine Mehrzahl von unter Druck stehenden Speichergefäßen IO umfassen, die mit Vorräten an verschiedenem Gas, wie Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Stickstoffoxyden und verschiedenen Kohlenwasserstoffen gefüllt sind, wobei vier derartige Gefäß in der

ίο

Zeichnung dargestellt sind. Die Gasgemische enthalten typischerweise wenigstens eines der eben erwähnten Gase, das dann mit einem Inertgas, etwa stickstoff- oder kohlenwasserstofffreier Luft gemischt wird, um das gewünschte Verhältnis zu erhalten. Obgleich die Erfindung unter Bezug auf ein binäres Gasgemisch erläutert ist, können selbstverständlich auch ternäre oder andere Vielkomponenten-Gemische hergestellt werden.

Bei dieser Ausführungsform wird das inerte Trägergas, etwa Stickstoff, von einem mit Bezugszeichen 11 gekennzeichneten Speichergefäß für flüssigen Stickstoff geliefert Ein Verdampfer 12 sorgt dafür, daß der Stickstoff gasförmig zugeführt wird. Die Gaszuführvorrichtung weist außerdem vorzugsweise eine Einrichtung auf, um wahlweise Luft aus der Atmosphäre zuführen zu können und umfaßt einen Fühler oder Meßkopf 13 sowie einen Luftreiniger und eine Pumpe 14. Die Pumpe sollte vorzugsweise frei von kohlenwasserstoffhaltigen Materialien sein. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird eine Pumpe mit einer Förderkapazität von ca. 465 m³ pro Stunde und einem Förderausgangsdruck von 3,50 atü (kg/cm² über Atmosphärendruck) verwendet. Zur wahlweisen Zufuhr vcn Luft oder Stickstoff zur nachfolgend erläuterten Mischkammer ist ein Umschaltventil 15 vorgesehen.

leder der Gasspeicherbehälter ist mit einem Druckreduzierventil 16 versehen, so daß der Druck der gewählten Komponente auf den gewünschten Mischdruck reduziert werden kann, der als Druck definiert werden kann, bei dem die Gase sich ohne besondere mechanische Mischungshilfsmittel oder Erwärmung weitgehend augenblicklich sorgfältig durchmischen. Obgleich der Mischdruck bis zu 7,00 atü betragen kann, kommen als bevorzugte Mischdrücke solche von etwa 2 at infrage und der Mischdruck sollte im allgemeinen nicht etwa über 3,50 atü liegen.

Zur Auswahl der miteinander zu vermischenden Komponenten weist die Gaszuführeinrichtung Umschaltventile 17a bis 17d auf, die in Leitungsverzweigungen 18a bis 18dliegen.

Eine Leitung 19 führt von der Verbindungsleitung der Leitungsverzweigungen 18a — 18c/ ab und ist mit einstellbaren Zuführsteuermitteln versehen, die ein Strömungsüberwachungsventil 20 versehen, das den Zustrom der hinsichtlich seiner Komponenten durch die Einstellung der Umschaltventile 17a— i7d vorgegebenen Gasströme reguliert. Die Einrichtungen zur Betätigung des Strömungsüberwachungsventils werden weiter unten erläutert.

Stromab des Strömungsüberwachungsventils 20 ist die Leitung 19 mit einer Leitung 21 vom Umschaltventil 15 und damit von der Quelle für Stickstoff oder Luft verbunden. Stromab der Verbindungsstelle der Leitungen 19 und 21 erfolgt das Vermischen der gewählten Komponenten in einem Mischungsdurchlaß 22, der eine Kammer 23 aufweisen kann, in der die Komponenten bei relativ niedrigen Drücken sorgfältig durchmischt werden. Die auf relativ niedrigem Druck stehende Mischzone ist mit einem Druckmanometer 24 versehen, das, wie die Zeichnung zeigt, zwischen der Mischkammer 2.1 und einer Gaspumpe bzw. einem Kompressor 25 angeordnet ist.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird als Kompressor 25 eine mehrstufige Verdrängerpumpe zum Komprimieren des Gasgemisches verwendet Das Gas wird um einen typischen Wert zu nennen, beispielsweise auf !42 kg/cm² absolut komprimiert. Der

Ausgang des Kompressors 25 ist an eine Füll-Leitung 26 angeschlossen, die zu einem Verbindungsstück führt, über das ein bestimmter Speicherbehälter angeschlossen werden kann. Vier solcher Behälter sind in der Zeichnung mit Bezugszeichen 27a bis 27c/ dargestellt und jeder Behälter mit einem Ventil 28a bis 28c/ versehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Speicherbehälter 27a bis 27c/ relativ große Gefäße, beispielsweise mit einem Rauminhalt von etwa 1,4 m³. Diese Behältnisse können in der Fertigungsanlage des Kunden aufgestellt sein, so daß das Gas zur Benutzung in den Instrumenten des Kunden über geeignete Leitungsführungen zur Verfugung steht oder sie können auch in der Gasmischanlage verbleiben, in welch letzterem Fall die Umfüllung auf kleinere Zylinder zum Transport zu den Kunden angebracht sein wird. In jedem Fall weist jedes dieser Behältnisse eine Auslaßleitung 20a bis 29c/auf, die jeweils mit einem Druckbegrenzer und mit geeigneten Steuerventilen sowie mit nicht gezeigten Anschlüssen versehen sind.

Es ist wichtig, daß der Kompressor 25 vollkommen ölfrei ist und daß alle mit dem Gasstrom in Berührung kommenden Teile inert gegen Kohlwansserstoffe oder andere Konstituenten des zu mischenden Gases sind. « Für die Verdrängerpumpe kommen verschiedene auf dem Markt erhältliche Modelle in Frage. Ergänzend zu den oben gegebenen Erläuterungen sei noch darauf hingewiesen, daß die Niederdruckmischzone vollständig von der Hochdruckzone getrennt sein muß, so daß keine rückwirkenden Druckeffekte den Druck beeinflussen, bei dem die Durchmischung erfolgt.

Gemäß der Erfindung sind weiterhin Einrichtungen vorgesehen, um das Gasgemisch auf der Hochdruckseite der Pumpe abzutasten und zu analysieren. Obgleich auch andere Analysiervorrichtungen verwendet werden können, wird im Zusammehang mit der Erfindung vorzugsweise ein herkömmlicher streuungsfreier Infrarotanalysierer herkömmlicher Bauart verwendet, der in der Zeichnung durch Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist. Der Analysierer 30 weist eine Mehrzahl von Zellen auf, jeweils eine für eines der als Mischung herzustellenden Gase.

Der Analysierer 30 ist an die stromabliegende Hochdruckseite des Kompressors über eine Leitung 31 « angeschlossen, die zu einem Umschaltventil 32 führt. Über einen Druckregulator 33 wird der Druck etwa auf den bei der Herstellung des Gemischs angewendeten Druck erniedrigt. Stromab des Druckregulators 33 ist zur Strömungsregulierung ein Strömungsmesser mit eingebautem Ventil 34 vorgesehen.

Das Umschaltventil 32 ist üblicherweise ein manuell betätigbares Ventil mit vier Öffnungen und drei Positionen, wobei die gemeinsame öffnung mit dem Druckregulator 33 in Verbindung steht. Eine öffnung ^Γ·^Γ) des Ventils 32 ist über die Leitung 31 mit der FUlleitung 26 verbunden. Eine Probenleitung 35 ist an einen anderen Einlaß des Umschaltventils 32 angeschlossen und dient zur Zufuhr einer bekannten Gasprobe über ein weiteres Umschaltventil 36, dessen Einlaßöffnungen "» mit verschiedenen geeichten Probenmischungen verbunden sind. Eine Leitung 35a dient zur Zufuhr von Stickstoff oder Sauerstoff zu einer anderen Öffnung des Umschaltventils 32 und dient zum Ausspülen und zur Einstellung des Instruments auf Null-Abgleich. ><'>

In der FUlleitung stromab der Verbindur.gsstelle mit der Leitung 31 ist ein 180°-Dreiweghahn 38 angeordnet. Dieser Dreiweghahn 38 läßt sich von einer Sperrstellung, in der ein Durchfluß durch die Leitung 26 unterbrochen ist, in eine Stellung, in der ein Fluß durch die Leitung möglich ist oder in eine Belüftungsstellung bewegen, in der die von der Pumpe ausgehende Strömung über die Belüftungsleitung 39 zur Außenatmosphäre führt. In der Belüftungsleitung 39 liegt ein Druckregulator 39a, der so einstellbar ist, daß während des Anlaufs der Pumpendruck auf das jeweils zu füllende spezielle Behältnis 27a—27c/begrenzt werden kann.

Zusätzlich zu der Möglichkeit, dem Instrument über die Leitungen 35 und 35a Eichgase zuzuführen, kann eine Probe auch direkt von einem ausgewählten teilweise gefüllten Speicherbehältnis 27a—27t/oder aus den von Kunden erst teilweise verwendeten Zylindern entnommen werden.

An die Leitung 26 ist außerdem eine weitere Belüftungsleitung 40 angeschlossen, die mit einem Entlüftungsventil 41 versehen ist. Dieses Ventil wird so eingestellt, daß es bei einem bestimmten oberen Grenzdruck etwa bei 177 kg/cm² absolut öffnet.

Die Leitung 26 ist stromab vom Ventil 38 mit einer Leitung 42 verbunden, in der ein manuell betätigbares 90°-Kugelventil 43, ein Druckmanometer 44 und ein 180°-Umschaltventil 45 liegt, um das Gas wahlweise einer Leitung 46 oder einer Belüftungsleitung über eine Leitung 47 zuzuführen. Die erwähnte Belüftungsleitung 39 weist ein einstellbares Rückschlagventil 39a auf. Die Leitung 46 führt auf der stromauf liegenden Seite des Ventils 38 zur FUlleitung 26 und bildet so einen Rückströmweg zum Analysen-Instrument, wenn das Ventil 38 geschlossen ist.

Eine Leitung 48 verbindet die FUlleitung 26 mit einer Vakuumpumpe 49, die eingeschaltet wird, wenn das System von einem bestimmten zuvor als Mischung hergestellten Gas gereinigt werden soll.

Wie erwähnt, umfaßt die Einrichtung zur Gasanalyse, die in der Zeichnung allgemein mit Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist, für eine typische Ausführungsform der Erfindung mehrere lichtstreuende Infrarot-Analysierer, von denen jeder mit einer Probenzelle zur Messung und zum Vergleichen der Konzentration einer der Komponenten des zu mischenden Gases ausgerüstet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind vier derartige Analysierer vorgesehen und jeder dient zur Messung der Konzentration von einer der vier Gaskomponenten im Speicherbehälter 10.

Die einzelnen Analysierer werden auswahlweise mittels einer geeigneten, in der Zeichnung schematisch dargestellten und mit Bezugszeichen 51a—51c/bezeichneten Schalteinrichtung mit einer Überwachungseinrichtung 50 verbunden. Diese Überwachungseinrichtung 50 ist Teil einer Servo-Vorrichtung, die unter anderem ein Stellglied 52 und einen Stellmotor 53 aufweist, der die relativen Konzentrationen der zu mischenden Komponenten in Abhängigkeit von durch den Analysierer ermittelten Schwankungen reguliert, so daß eine genaue Anpassung auf eine vorbestimmte Mischung erfolgt und aufrechterhalten wird.

Über Schalter 55a bis 55c/ kann eine geeignete Aufzeichnungsvorrichtung, beispielsweise ein Blattschreiber 54, angeschlossen sein.

Für den praktischen Gebrauch empfehlen sich zwei Verfahrensweisen. Liegt bereits eine Mischung in einem zu füllenden Speicherbehälter vor, etwa in einem der Behältnisse 27a—27c/, so wird der bestimmte Speicherbehälter an die FUlleitung 26 angeschlossen, wobei alle Ventile des Systems geschlossen sind. Dann wird das

dem gewählten Speicherbehälter zugeordnete Ventil 28a—TAd sowie das 90°-Kugelventil 43 geöffnet, und es wird der Behälterdruck am Druckmanometer 44 abgelesen. Sodann wird das 180°-Umschaltventil 45 in die Stellung umgelegt, in der etwas von dem ursprünglich in dem Speicherbehältnis befindlichen Gas über die Leitung 47 und die Leitung 39 ins Freie gelangt, so daß diese Leitungen gereinigt sind. Anschließend wird das 180°-Umschaltventil 45 in die entgegengesetzte Richtung umgeschaltet, so daß Gas von dem Behälter ι ο durch die Leitungen 26,42,46 das Umschaltventil 32 und den Druckbegrenzer 33 sowie den Strömungsregler 34 fließt. Damit strömt das Gas durch den Analysierer und die Anzeige des Instruments wird festgestellt. Anschließend wird das Ventil 43 geschlossen. ι s

Nun wird der Dreiweghahn 38 in eine Stellung gebracht, in der der Kompressor-Ausgang über den Druckregler 39a ins Freie geleitet wird. Der Kompressor wird dann angelassen und der Druckregulator wird auf den im Speicherbehälter herrschenden Druck eingestellt. Sodann wird der Dreiweghahn 38 in eine Stellung gedreht, in der das Gemisch in den Speicherbehälter gepumpt wird, wobei selbstverständlich das Behälterventil 286 offensteht. Während des Füllens des Behälters wird der Ausgang des Kompressors durch den Analysierer 30 kontinuierlich überwacht, und die Überwachungseinrichtung 50 stellt das Ventil 20 stets so ein, daß im Behälter eine Mischung mit genau der ursprünglichen Konzentration eingefüllt wird. Bei einer zweiten möglichen Betriebsweise wird eine Eichprobe dem Instrument über das Umschaltventil 36, die Probenleitung 35 und das Umschaltventil 32 zugeführt. Dabei wird die Instrumentenanzeige überwacht und die Überwachungseinrichtung so eingestellt, daß die gewünschte Konzentration erzeugt wird. Sodann wird die Probenzelle gereinigt und die Mischvorrichtung zur Füllung des Speicherbehälters vorbereitet, wie zuvor beschrieben. Das Umschaltventil 32 wird dann in eine Stellung gebracht, in der die Fülleitung 26 mit dem Analysierer verbunden ist, so daß das vom Kompressor «> gelieferte Gas kontinuierlich überwacht wird.

Bei der anhand der Fig.2 und 3 erläuterten Ausführungsform der Erfindung weist der Analysierer 30 eine Mehrzahl einzelner Doppelhebel- oder DoppelbalkcRiRsirurncnte auf, die jeweils zur Messung eines <*5 der Gase, die als Mischung hergestellt werden sollen, abgestimmt ist. Eine für diesen Zweck geeignete Doppelhebel-Analysiervorrichtung ist in Fig.3 schematisch dargestellt Bei dieser Ausführungsform ist das Instrument mit einer einzigen Infrarotlichtquelle 30a so versehen. Die von der Quelle 30a abgestrahlte Infrarot-Energie tritt durch Zellen 306 und 30c nach Umlenkung durch Spiegel 3Od hindurch. Ein drehender Zerhacker oder Unterbrecher 3Oe bewirkt eine periodische Änderung der auf einen Detektor 30/ auftreffenden Energie. Gemäß der Erfindung wird eine Probe oder ein Bezugsgas in die Zelle 306 über ein noch zu erwähnendes Leitungssystem eingeleitet. Die Zelle 30c ist mit der stromabliegenden Hochdruckseite der Pumpe verbunden, so daß ihr das in der Mischzone 23 &o vermischte Gas zugeführt wird, nachdem dieses die Pumpe 25 passiert hat. Die durch die Zellen 306 und 30c hindurchgehende Infrarotstrahlung wird durch die Gasmoleküle in den Zellen absorbiert. Ist die Absorp tionscharakteristik in jeder der Zellen identisch, d. h. stimmt das hergestellte Gasgemisch genau mit der Probe oder dem Bezugsgas überein, so tritt kein Ausgangssignal auf. Weicht jedoch das erzeugte Gasgemisch von der Bezugsprobe ab, so erscheint ein Ausgangssignal, das den Servo-Schaltkreis steuert, um die Anteile der Komponenten des Gasgemischs so lange zu verändern, bis die Gase in den beiden Zellen übereinstimmen. Mit dem erfindungsgemäßen System läßt sich eine hohe Empfindlichkeit gegen Abweichungen des hergestellten Gasgemischs von der Bezugsmischung erreichen, da geringe Abweichungen von einem Null-Abgleich oder der Null-Bedingung wesentlich leichter festellbar sind als wenn ein Instrument mit Absolutanzeige vorgesehen und als Antriebseinheit für den Servo-Mechanismus verwendet wird. Es sei erwähnt, daß die Erfindung keineswegs auf die Verwendung von Infrarot-Analysierern begrenzt ist, vielmehr lassen sich auch andere Analyse-Instrumente einsetzen, die zur Messung von Konzentrationen eines Bezugsgases und eines herzustellenden Gasgemischs in der Lage sind und mit dem Prinzip des Null-Abgleichs arbeiten.

In den F i g. 2 und 2 sind die anhand der F i g. 1 bereits erläuterten entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Abschnitte werden daher bei der Beschreibung der F i g. 2 und 3 lediglich im Zusammenhang mit solchen Teilen erwähnt, die nicht identisch sind.

Die Zelle 30c jedes Instruments im Anaylsierer 30 ist mit der stromabliegenden Hochdruckseite des Kompressors über eine Leitung 310 verbunden, die zum Ventil 320 führt. Ein Druckregler 330 erniedrigt den Druck auf etwa den bei der Herstellung der Mischung herrschenden Druck. Ein Strömungsmesser mit eingebautem Ventil 34 ist stromab des Druckreglers angeordnet, um die Strömung auf einen gewünschten Wert einzustellen.

Wie beim Ventil 32, entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1, wird das Umschaltventil 320 üblicherweise manuell betätigt und weist eine gemeinsame öffnung auf, die mit dem Druckregler 33 verbunden ist. Eine öffnung des Ventils 320 ist mit der Fülleitung 26 über die Leitung 310 verbunden.

Die Probenleitung 350 ist an eine Einlaßöffnung eines Umschaltventils 60 angeschlossen und dient zur Zuführung einer bekannten Probe oder eines Bezugsgases etwa einer NBS-Standard-Bezugsmischung vom Umschaltventil 36 aus, dessen Einlaßöffnung mit der Bezugsmischung in Verbindung stehen. Weiterhin führt eine Leitung 61 von der Leitung 26 zum Umschaltventil 60, so daß eine aus dem Kundenbehälter stammende Probe der Zelle 306 zugeführt werden kann. Stromab vom Umschaltventil 60 befindet sich ein Druckregler 62, der dafür sorgt, daß der Druck in der Zelle 306 auf gleichem Pegel wie in der Leitung 35a und dem Strömungsregler 63 gehalten wird. Um das Bezugsgas gewünschtenfalls in der entsprechenden Zelle 306 zu halten, ist ein Ventil 64 vorgesehen. Eine Leitung 35a führt zu einer anderen öffnung der Umschaltventile 320 und 60, um die Zufuhr von Stickstoff oder Luft zur Reinigung und zum Null-Abgleich des Instruments zuführen zu können.

Die Betriebsweise der in den F i g. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ähnelt der anhand der F i g. 1 erläuterten Funktionsweise. Nachdem die Leitungen in der beschriebenen Weise gereinigt sind, wird die Mischung, auf die eingestellt werden soll, vom Kunden-Speicherbehälter oder von einem Behälter für ein Standardgas über das Umschaltventil 60 dem Druckbegrenzer 62 und dem Strömungsregler 63 in den Analysierer geleitet. Die

Ventile 64 und 60 sind geschlossen und die Anzeige des Instruments wird Festgestellt.

Anschließend wird bei geschlossenem Ventil 43 der Dreiweghahn 38 in eine Stellung gedreht, in der der Kompressor-Ausgang über den Druckregulator 39a mit der Außenatmosphäre verbunden ist. Dann wird der Kompressor angelassen, und der Druckregler wird so eingestellt, daß der im Speicherbehälter herrschende Druck erhalten wird. Sodann wird der Dreiweghahn 38 in die Stellung gedreht, in der das Gemisch in den Speicherbehälter gepumpt wird, wobei das Behälterventil 28Z»offensteht. Beim Füllen des Behälters wird der Ausgang des Kompressors über das Umschaltventil 320 im Analysierer 30 kontinuierlich überwacht. Die Absorptionscharakteristiken der in den Zellen 306 und 30c enthaltenen Gase werden verglichen, und die Überwachungseinrichtung 50 stellt das Ventil 20 so ein, daß das Gemisch genau auf der Konzentration des Gemischs im Behälter gehalten wird.

Gemäß der anderen möglichen Betriebsweise wird eine Eichprobe in die Zelle 30b über das Umschaltventil 36, die Probenleitung 350 und das Umschaltventil 60 eingeleitet. Die Überwachungseinrichtung wird so eingestellt, daß Gase mit aufeinander abgestimmter Konzentration geliefert werden. Sodann wird das Umschaltventil 320 in die Stellung gebracht, in der die Fülleitung 26 mit dem Analysierer verbunden ist, so daß das durch den Kompressor gelieferte Gas kontinuierlich überwacht wird. Bei eingeschalteter Pumpe durchströmt das zu erzeugende Gasgemisch die Zelle 30c. Wie bereits oben erwähnt, erzeugen Unterschiede in den Absorptionscharakteristiken des Probengemischs und des herzustellenden Gemischs ein Ausgangssignal, das der Überwachungseinrichtung zugeführt wird, die das Ventil 20 nachstellt, bis das erzeugte Gemisch genau mit dem Bezugsgas übereinstimmt.

Da das Durchmischen auf einem Druck erfolgt, bei dem keine Neigung der Einzelkomponenten zur Schichtbildung vorliegt, erfolgt die Durchmischung sorgfältig und im wesentlichen augenblicklich. Die gesamte Durchmischvorrichtung läßt sich in sehr kompakter Bauweise herstellen und der Benutzer erhält die Gewissheit, eine Gaskonzentration zu erhalten, die annähernd ein genaues Duplikat der zuvor eingesetzten Gaskonzentration darstellt. Das bisher erforderliche aufwendige mechanische Bewegen und Schütteln sowie das Erwärmen entfällt. Soweit die Mischung in den Hochdruckbehältnissen kontinuierlich gemessen wird, ergibt sich daraus ein Regel- oder Steuerparameter für die Niederdruckmischung.

Die soweit beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind leicht zu bedienen und zu warten, und es kommt als wesentlicher wichtiger Aspekt hinzu, daß das gesamte System auf einem Fahrzeug montiert werden kann, so daß es auf einfache Weise etwa zu den Produktions- oder Meßstellen eines Kunden gefahren werden kann, also dorthin, wo die Gasspeicherbehälter des Kunden angeordnet sind. Die Mischvorrichtung wird dann mit dem jeweiligen Speicherbehälter verbunden, das im Behälter enthaltene Gemisch wird analysiert und beim Wiederauffüllen kontinuierlich überwacht und jeweils angepaßt. Auf diese Weise hat der Kunde die Gewähr dafür, daß er stets ein Gasgemisch unveränderter Konzentration erhält, wobei selbst während des Mischvorgangs kontinuierlich Gas abgezogen werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Füllen eines Hochdruckbehälters mit einem geeichten Gasgemisch, bei dem das Mischungsverhältnis durch Steuern der Zufuhr der Einzelgaskomponenten in Abhängigkeit vom Vergleich der Soll- und Istzusammensetzung des Gasgemisches geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgaskomponenten in einer Niederdruck-Mischzone unter einem das Durchmischen nicht hindernden Druck gemischt werden, dieses Niederdruck-Gasgemisch anschließend auf den Fülldruck des Hochdruckbehälters komprimiert wird und hierbei der zur Steuerung der Einzelgaskomponenten-Zufuhr erforderliche Vergleich von Soll- und Istzusammensetzung beim Hochdruck-Gasgemisch durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollzusammensetzung für den Vergleich aus dem zu füllenden Hochdruckbehälter oder einer geeichten Bezugsmischungsquelle gewonnen wird.

3. Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens nach Anspruch I oder 2 mit einer Einrichtung zur gesteuerten Zufuhr wenigstens einer Einzelgaskomponente in eine Mischkammer und mit einem diese Einrichtung steuernden Gasanalysator zum Messen des Mischungsverhältnisses der Gasmischung, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkammer (22, 23) ein den Gasdruck auf einen das Durchmischen der Einzelgaskomponenten nicht hindernden Wert begrenzender Druckbegrenzer zugeordnet ist, diese Mischkammer (22, 23) mit einem Hochdruck-Gaskompressor (25) verbunden ist, an dessen Ausgang

(26) der zu füllende Hochdruckbehälter (27) anschließbar ist, und der Gasanalysator (30) über ein Ventil (32, 60, 320) wahlweise an den zu füllenden Hochdruckbehälter (27) oder eine Bezugsmischungsquelle (36) bzw. an den Ausgang des Kompressors (25) anschaltbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (25) eine mehrstufige Verdrängerpumpe ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasanalysator (30) ein Doppelkammeranalysator mit unmittelbarem Meßwertvergleich ist und das eine Meßkammersystem (30c) über ein Ventil (320) an den Ausgang (26) des Kompressors (25) anschaltbar ist und das andere Meßkammersystem (30b) über ein Ventil (60) wahlweise an den zu füllenden Hochdruckbehälter

(27) oder eine Bezugsmischungsquelle (36) anschaltbar ist.