DE60223592T2 - Vorrichtung zum lagern und mischen von zwei gasen - Google Patents

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Description

  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Lagern und Mischen von zwei Gasen oder zwei Gasgemischen unter Druck.
  • Die Herstellung und die Lagerung von Gemischen mit einem sehr niedrigen Gehalt, zum Beispiel von einigen Teilen je Billion Teile (ppb) oder Fraktionen von Teilen je Million Teile (ppm) an aktivem Gas, wie SO2 oder NO, oder NO2 in Verdünnungsgasen, wie etwa N2 ist relativ heikel und bringt häufig Probleme bei der Konservierung des Gemischs in dessen Lagerflasche und beim In-situ-Einsatz mit sich.
  • Aus diesem Grund wurde vorgeschlagen, diese Gemischarten mit Hilfe eines Dilutors zu erstellen. Für den Einsatz dieser Technik ist es notwendig, über eine Flasche für das zu verdünnende Gas und über einen Druckregler dafür, über eine Flasche für das Verdünnungsgas und einen Druckregler dafür, und über einen Mischer-Dilutor zu verfügen. Wird die Zeit berücksichtigt, die notwendig ist, um die Kreisläufe zu entleeren, die diese verschiedenen Bestandteile miteinander verbinden, und die Kosten dieser verschiedenen Bestandteile, dann ist das Bereitstellen des Gemischs mit sehr niedrigem Gehalt unerschwinglich. Ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Lagern und Mischen von zwei Gasen wird in dem Dokument EP1167863A (veröffentlicht am 02.01.2002) beschrieben.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bereitzustellen, die das Lagern und Mischen von zwei Gasen oder von zwei Gasgemischen ermöglicht, wobei die In-situ-Erstellung des fertigen Gemischs mit einer Genauigkeit des Gehalts der verschiedenen Bestandteile ermöglicht wird, die mindestens genauso gut ist wie auf dem Stand der Technik, und wobei sehr geringe Anteile bestimmter Gase, in der Größenordnung von einer ppm-Fraktion oder von einigen ppb, erlaubt sind.
  • Um dieses Ziel gemäß der Erfindung zu erreichen umfasst die Vorrichtung zum Lagern und zum Mischen von zwei Gasen oder Gasgemischen unter Druck:
    • – einen äußeren Behälter (15), der das erste Gas enthält und mit einer Öffnung (16) ausgestattet ist;
    • – einen inneren Behälter (17), der im Innern des äußeren Behälters, der das zweite Gas enthält, angebracht ist, und mit einer Öffnung (18) ausgestattet ist;
    • – einen Zweiwegehahn (19), umfassend: • einen Körper, der auf dichte Weise in der Öffnung des äußeren Behälters befestigt ist, • einen ersten Durchlass (20'), der ein inneres Ende (20'a), das an die Öffnung des inneren Behälters (18) angeschlossen ist, und ein äußeres Ende (20'b) hat, und zwischen diesen beiden Enden mit steuerbaren Verschlussmitteln (1') und mit einem Füllkanal (3') ausgestattet ist, • einen zweiten Durchlass (20), der ein inneres Ende (20a), das in den äußeren Behälter (15) mündet, und ein äußeres Ende (20b) hat, und mit steuerbaren Verschlussmitteln (1) und mit einem Füllkanal (3) ausgestattet ist,
    • – zwei Auslasskanäle (21, 21'), die jeweils mit einem äußeren Ende (20b, 20'b) jedes Durchlasses (20, 20') des Hahns (19) verbunden sind, die jeweils ein inneres Ende (21a, 21'a) und ein äußeres Ende (21b, 21'b) aufweisen, und nacheinander umfassen: • ein erstes und ein zweites Mittel zur Druckregelung (6, 6'), • mindestens eine steuerbare Durchflussmengen-Auswahltrommel (7, 7'), die mit einem der Mittel zur Druckregelung (6, 6') verbunden ist, wobei die Trommel (7, 7') die Auswahl von Öffnungen mit unterschiedlicher Größe (9, 9') für den Auslasskanal (21, 21') ermöglicht, der mit der Trommel ausgestattet ist,
    • – eine Mischkammer (10), in der die äußeren Enden (21b, 21'b) der Auslasskanäle (21, 21') münden.
  • Andere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden bei der Lektüre der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besser verständlich, die als nicht beschränkendes Beispiel genannt wird.
  • Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügte Figur, die eine Querschnittsansicht des oberen Teils der Vorrichtung zum Lagern und Mischen ist.
  • Unter Bezugnahme auf die Figur wird die gesamte Vorrichtung zum Mischen und zum Lagern beschrieben. Diese Vorrichtung besteht zunächst aus einer äußeren druckbeständigen Flasche 15, die dazu dient, das Gas oder das Gasgemisch aus Verdünnungsgas zu enthalten. Die Flasche 15 umfasst eine obere Öffnung 16 in der ein Zweiwegehahn 19 eingeführt ist, dessen Körper auf dichte Weise in der Öffnung 16 befestigt ist. Der Zweiwegehahn 19 umfasst im Wesentlichen zwei Durchlässe 20 und 20', wovon ein erstes Ende 20a, 20'a in die Unterseite des Körpers des Zweiwegehahns mündet und wovon ein zweites Ende 20b, 20'b in den oberen Teil des Körpers des Zweiwegehahns mündet. Jeder Durchlass 20, 20' umfasst Verschlussmittel 1, 1' für die Durchlässe. Diese Verschlussmittel 1, 1' sind steuerbar. Sie bestehen im Allgemeinen aus Hochdruckventilen. Jeder Durchlass 20 und 20' umfasst auch einen Füllkanal 3, 3', der durch den Körper des Hahns gebohrt ist: Ein erstes Ende jedes Füllkanals 3 oder 3' mündet in einem Durchlass 20 oder 20' und das andere Ende außerhalb des Körpers des Hahns 19. Dieses letztgenannte äußere Ende kann, zum Anschluss an eine Gasquelle, auf einem Füllanschluss 2, 2' münden. Dieser Füllkanal ermöglicht es, die Behälter ohne Demontage des Zweiwegehahns 19 zu füllen. Ein Rückschlagventil 4, 4' kann auf jedem Füllkanal 3 und 3' des Hahns 19, genauer zwischen dem Füllanschluss und dem Füllkanal, angeordnet sein. Die Rückschlagventile 4, 4' können blockiert werden, um ein Entleeren der Behälter zu ermöglichen. Bevorzugt ist der Füllanschluss 2, 2' mit einer Sicherung gegen Falschanschluss ausgestattet, um die Einlässe der beiden Behälter nicht zu verwechseln und um gegebenenfalls zu verhindern, dass der Bediener die Behälter selbst füllen kann.
  • Im Innern des äußeren Behälters 15 ist eine innere druckbeständige Flasche 17 montiert, deren Öffnung 18 an das Ende 20'a des ersten Durchlasses des Zweiwegehahns im Allgemeinen durch eine Leitung angeschlossen ist.
  • Die äußeren Enden 20b, 20'b jedes Durchlasses 20 des Hahns 19 sind jeweils mit einem Auslasskanal 21, 21' verbunden. Diese Auslasskanäle umfassen Mittel zur Druckregelung 6, 6', die im Allgemeinen zweistufige Druckregler sind. Es versteht sich, dass andere Arten von Druckreglern verwendet werden können. Diese Mittel zur Druckregelung 6 und 6' sind geregelt, um einen Auslassdruck bereitzustellen, der bevorzugt für die beiden Gase identisch ist. Ein Restdruckventil 51, 51' und gegebenenfalls ein Rückschlagventil 52, 52' können ebenfalls zwischen dem äußeren Ende 20b, 20'b jedes Durchlasses 20, 20' des Hahns 19 und des inneren Endes 21a, 21'a jedes Auslasskanals 21, 21' angeordnet sein. Diese Ventile sind dann zwischen den Verschlussmitteln 1, 1' der Behälter und den Mittel zur Druckregelung 6, 6, und stromabwärts der Füllkanäle der Behälter 3, 3' angeordnet. Die Restdruckventile ermöglichen es, dass die Behälter nicht vollständig geleert werden müssen, wenn die Vorrichtung verwendet wird: Diese Ventile ermöglichen nämlich den Durchlass des Gases nur oberhalb eines bestimmten vorbestimmten Drucks. Jedes dieser Restdruckventile 51, 51' kann auch mit einem Rückschlagventil 52, 52' gekoppelt sein, das das Gas daran hindert, in den Behälter zurückzukehren, nachdem es in eines der Mittel zur Druckregelung 6, 6' geströmt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht es, zu verhindern, dass eine Verunreinigung in den Behälter zurückkehrt, sobald das Gas den Behälter verlassen hat. Dies verhindert auch, die Behälter durch eine Reihe von Verdichtungen und Entleerungen bei jeder neuen Füllung füllen zu müssen.
  • Die Vorrichtung umfasst ebenfalls auf mindestens einem der Auslasskanäle 21, 21', bevorzugt auf beiden, und stromabwärts der Mittel zur Druckregelung 6, 6' eine Durchflussmengen-Auswahltrommel 7, 7', die die Auswahl von Öffnungen unterschiedlicher Größe 9, 9' für den Auslasskanal (oder die Auslasskanäle) 21, 21' ermöglicht, der (die) mit der Trommel ausgestattet ist (sind). Die Auswahl der Öffnungen kann mittels jeder Art von Mittel zur manuellen Steuerung 8, 8' erfolgen. Die Trommeln ermöglichen die Auswahl des Durchmessers der Auslassöffnung für die Gase, die aus den Behältern austreten und somit der Durchflussmengen der Gase, die im äußeren Ende 21b, 21'b der Auslasskanäle 21, 21' zirkulieren. Die Trommeln 7 und 7' sind so ausgerichtet, dass die Öffnungen 9 und 9' gegenüber dem Ende der Mittel zur Druckregelung 6 und 6' angeordnet sind. Die Auswahl eines Steuerungspositionspaars der Trommeln oder der Steuerungsposition der einzigen Trommel (wenn nur ein Auslasskanal 21 oder 21 mit einem solchen Mittel zur Durchflussmengensteuerung ausgestattet ist) führt zur Auswahl einer gewünschten Konzentration des fertigen Gemischs. Bevorzugt umfassen diese Trommeln drei Positionen: eine geschlossene Position, die das Ausströmen des Gases nicht ermöglicht, und zum Beispiel zwei Positionen mit einem hälftigen Verhältnis der Durchflussmenge. Diese Trommeln mit drei Positionen ermöglichen es, das Ausströmen eines einzigen Gases zu erzeugen, insbesondere des Verdünnungsgases des äußeren Behälters, das dann zum Auslass der Vorrichtung strömt; diese Position ermöglicht es zum Beispiel, einen Bezugsnullpunkt beim Eichen eines Analysegeräts zu haben. Diese Trommeln ermöglichen es auch, am äußeren Ende der Auslasskanäle 21 und 21' über zwei Gaskonzentrationen zu verfügen, zum Beispiel mit einem Doppelverhältnis, und ein Messgerät eichen zu können, indem ein Eichpunkt am vollen Skalenausschlag und ein anderer Punkt an der Hälfte des vollen Skalenausschlags gesetzt wird. Diese Art von Trommel kann insbesondere der Trommel entsprechen, die in der Anmeldung WO 96/07843 beschrieben wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnungen 9, 9' der Trommeln 7, 7' mit einem Niederdruckteilchenfilter ausgestattet.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann einen Hochdruckteilchenfilter 12, 12' umfassen, der am äußeren Ende 20b, 20'b jedes Durchlasses 20, 20' des Hahns 19 angeordnet ist.
  • Die Vorrichtung kann Hochdruckmanometer 13, 13' umfassen, die auf jedem Auslasskanal 21, 21' stromaufwärts der Drucksteuerungsmittel 6, 6' angeordnet sind. Sie kann auch Niederdruckmanometer 14, 14' umfassen, die nach jedem Drucksteuerungsmittel 6, 6' angeordnet sind. Die Hochdruckmanometer 13, 13', die vor den Drucksteuerungsmitteln 6, 6' angeordnet sind, ermöglichen es, den Druck in jedem der Behälter abzulesen, und die Niederdruckmanometer 14, 14', die nach den Drucksteuerungsmitteln 6, 6' angeordnet sind, ermöglichen es dem Bediener der Vorrichtung, die Drucksteuerungsmittel 6, 6' auf den gewünschten Auslassdruck zu regeln.
  • Die äußeren Enden der Auslasskanäle 21, 21' sind mit einer Mischkammer 10 verbunden, deren Auslass ihrerseits mit einem einzigen Auslass verbunden ist, der mit einem Auslassventil 11 abgeschlossen wird. Diese Kammer hat bevorzugt eine besondere Geometrie, die es ermöglicht, die beiden Gase oder Gasgemische, die aus jedem der Rohre kommen, zu mischen, um das Gemisch zu homogenisieren, während es in diesem Raum zirkuliert.
  • Gemäß der Erfindung kann das zu verdünnende Gasgemisch im inneren Behälter bereits in akzeptablem Umfang, zum Beispiel in einer Größenordnung von einigen ppm, verdünnt sein, während der äußere Behälter das Verdünnungsgas enthält. Unter Berücksichtigung der Verdünnungsrate der aktiven Gase in dem inneren Behälter, kann diese anfangs auf einfache Weise und mit Genauigkeit erstellt werden, und deren Lagerung wirft keine besonderen Probleme auf. Bei der Verwendung des fertigen Gemischs ist es möglich, dieses in situ zu erstellen, indem die beiden Behälter geöffnet werden und indem die Position der Durchflussmengen-Regelungstrommel gewählt wird, die es ermöglicht, die Verdünnungsrate der beiden Gase festzulegen: Am Auslass der gesamten Vorrichtung wird das Gemisch mit dem gewollten Gehalt an aktiven Gasen mit der gewollten Durchflussmenge und mit dem gewollten Druck, dank der Gegenwart der Druckregler und der gewählten Trommelöffnungen erhalten. Bevorzugt haben die Gasgemische oder Gase, die in den beiden Behältern enthalten sind, den gleichen Druck und das Verhältnis der Volumina der beiden Behälter ist gleich dem Verhältnis der zu entnehmenden Mengen an Gas oder Gasgemischen in den beiden Behältern, um das fertige Gemisch zu erhalten. Es ist ebenfalls zu betonen, dass, nach der Anordnung des inneren Behälters und des Zweiwegehahns im Innern des äußeren Behälters, die Konditionierung und das Füllen der beiden Behälter mittels des Zweiwegehahns problemlos durchgeführt werden kann.
  • Bevorzugt hat der innere Behälter ein Volumen in der Größenordnung von 1/100 des Volumens des äußeren Behälters, sodass die Verdünnungsrate die der kalibrierten mittleren Öffnung auf jedem der beiden Auslasskanäle entspricht, impliziert, dass sich die beiden Behälter mit der gleichen Geschwindigkeit leeren. Die beiden Restdruckventile können entweder mit einem Alarm verbunden sein, der dem Bediener anzeigt, dass einer der Behälter leer ist, oder untereinander verbunden sein, so dass das Schließen von einer von ihnen zum Schließen des zweiten führt, und so jede Entnahme aus einem einzigen der beiden Behälter verhindert, wenn nur eine geleert wird. Die Abmessungen der beiden Behälter zueinander sind jedoch nicht auf dieses Verhältnis festgelegt, es ist das Verhältnis ihrer Volumina, das zur mittleren Gasverdünnungsrate führt.
  • Die Verwendung der Vorrichtung, die unter Bezugnahme auf die Figur beschrieben wurde, erscheint klar. In einer ersten Phase wird der innere Behälter 17, der auf dem Zweiwegehahn 19 befestigt ist, im Innern des äußeren Behälters 15 angeordnet, und der Körper des Zweiwegehahns wird auf dichte Weise in der Öffnung 16 des äußeren Behälters befestigt. Mit Hilfe der Durchlässe 20 und 20' wird die Konditionierung und die erste Füllung des inneren Behälters 17 und des äußeren Behälters 15 durchgeführt. Nach dieser Konditionierung und dieser Füllung gewährleisten die Verschlussmittel 1 und 1', das die beiden Behälter geschlossen sind. In diesem Zustand können die Gase oder Gasgemische, die in den Behältern 15 und 17 enthalten sind, für den gewünschten Zeitraum gelagert werden. Es versteht sich, dass der innere Behälter 17 bevorzugt Querschnittsabmessungen haben muss, die kleiner sind als der Querschnitt der Öffnung 16 des äußeren Behälters 15, um dessen Anordnung im Innern des Behälters 15 zu ermöglichen.
  • Die Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich vor allem zur Herstellung einer Mischung aus CO und Luft aus einer Mischung aus CO und N2, die im inneren Behälter gelagert ist, und aus einer Mischung aus Luft und O2, die im äußeren Behälter gelagert ist. Das CO kann eine Konzentration im Bereich zwischen 1 und 10.000 ppm in N2 haben.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Lagern und Mischen von zwei Gasen oder Gasgemischen unter Druck, umfassend: – einen äußeren Behälter (15), der das erste der Gase enthält und mit einer Öffnung (16) ausgestattet ist; – einen inneren Behälter (17), der im Inneren des äußeren Behälters, der das zweite Gas enthält, angebracht ist, und mit einer Öffnung (18) ausgestattet ist; – einen Zweiwegehahn (19), umfassend: • einen Körper, der auf dichte Weise in der Öffnung des äußeren Behälters befestigt ist, • einen ersten Durchlass (20'), der ein inneres Ende (20'a), das an die Öffnung des inneren Behälters (18) angeschlossen ist, und ein äußeres Ende (20'b) hat, und zwischen seinen beiden Enden mit steuerbaren Verschlussmitteln (1') und mit einem Füllkanal (3') ausgestattet ist, • einen zweiten Durchlass (20), der ein inneres Ende (20a), das in den äußeren Behälter (15) mündet, und ein äußeres Ende (20b) hat, und mit steuerbaren Verschlussmitteln (1) und mit einem Füllkanal (3) ausgestattet ist, – zwei Auslasskanäle (21, 21'), die jeweils mit einem äußeren Ende (20b, 20'b) jedes Durchlasses (20, 20') des Hahns (19) verbunden sind, die jeweils ein inneres Ende (21a, 21'a) und ein äußeres Ende (21b, 21'b) aufweisen, und nacheinander umfassen: • ein erstes und ein zweites Mittel zur Druckregelung (6, 6'), • mindestens eine steuerbare Durchflussmengen-Auswahltrommel (7, 7'), die mit einem der Mittel zur Druckregelung (6, 6') verbunden ist, wobei die Trommel (7, 7') die Auswahl von Öffnungen mit unterschiedlichen Größen (9, 9') für den Auslasskanal (21, 21') ermöglicht, der mit der Trommel ausgestattet ist, – eine Mischkammer (10), in der die äußeren Enden (21b, 21'b) der Auslasskanäle (21, 21') münden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Verschlussmittel (1, 1') aus Hochdruckventilen bestehen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (4, 4') auf jedem Füllkanal (3 und 3') des Hahns (19) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Restdruckventil (51, 51') zwischen dem äußeren Ende (20b, 20'b) jedes Durchlasses (20, 20') des Hahns (19) und dem inneren Ende (21a, 21'a) jedes Auslasskanals (21, 21') angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (52, 52') zwischen dem äußeren Ende (20b, 20'b) jedes Durchlasses (20, 20') des Hahns (19) und dem inneren Ende (21a, 21'a) jedes Auslasskanals (21, 21') angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochdruckteilchenfilter (12, 12') am äußeren Ende (20b, 20'b) jedes Durchlasses (20, 20') des Hahns (19) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochdruckmanometer (13, 13') auf jedem Auslasskanal (21, 21') stromaufwärts der Drucksteuerungsmittel (6, 6') angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niederdruckmanometer (14, 14') nach jedem Drucksteuerungsmittel (6, 6') angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Öffnung (9, 9') der Trommeln (7, 7') mit einem Niederdruckteilchenfilter ausgestattet ist.
  10. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung einer Mischung aus CO und Luft, wobei eine Mischung aus CO und N2 im inneren Behälter gelagert ist, und eine Mischung aus Luft und O2 im äußeren Behälter gelagert ist.
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