DE69836254T2

DE69836254T2 - Gassteuervorrichtung und Verfahren zur Gasversorgung

Info

Publication number: DE69836254T2
Application number: DE69836254T
Authority: DE
Inventors: Dao Hong Zheng; John "Midways" Irven; Mark A. George
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: US20010039961A1; EP0916891A2; KR19990062571A; US6314986B1; CA2254101C; US20010029979A1; EP0916891A3; US6648021B2; US20020124883A1; ES2274558T3; US20020023677A1; EP0916891B2; JP3732662B2; ES2274558T5; KR100303226B1; EP0916891B1; DE69836254D1; CA2254101A1; US6527009B2; GB9724168D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gassteuervorrichtung zur Verwendung mit einem Zylinder für komprimiertes Gas.
Der Begriff Gas umschließt sowohl ein permanentes Gas als auch einen Dampf aus einem verflüssigten Gas. Permanente Gase sind Gase, die nicht durch Druck allein verflüssigt werden können und zum Beispiel in Zylindern bei Drücken bis zu 300 bar g geliefert werden können. Beispiele sind Argon und Stickstoff. Dämpfe von verflüssigten Gasen sind in einem Zylinder für komprimiertes Gas über der Flüssigkeit vorhanden. Gase, die sich unter Druck verflüssigen, wenn sie zum Füllen in einen Zylinder komprimiert werden, sind keine permanenten Gase und werden genauer als verflüssigte Gase unter Druck oder als Dämpfe von verflüssigten Gasen beschrieben. Als ein Beispiel wird Salpeteroxid in einem Zylinder in flüssiger Form bei einem Dampf-Ausgleichsdruck von 44,4 bar g bei 15°C geliefert. Solche Dämpfe sind keine permanenten oder echten Gase, da sie durch Druck oder Temperaturen um die Umgebungsbedingungen herum verflüssigbar sind.
Der herkömmliche Ansatz zur Handhabung von Gas aus Hochdruckzylindern ist die Verwendung einer Anzahl von diskreten bzw. getrennten Komponenten, die an der Außenseite des Zylinders angebracht sind, um solche Funktionen wie Druck, Strömung, das Absperren des Gases und den Sicherheitsüberdruck zu steuern. Solche Anordnungen sind komplex und bringen Probleme wie undichte Stellen, ungenutzter Raum und zahlreiche Verbindungen mit sich, wobei Schwierigkeiten bei der Produktqualität und -reinheit verursacht werden. Häufig muss die Baugruppe in einem Gasgehäuse eingeschlossen werden, das groß und daher kostspielig sein kann.
Zylinder für komprimiertes Gas werden in einem breiten Absatzbereich verwendet. Im preisgünstigen, allgemeinen industriellen Markt sind gegenwärtige Standard-Zylinderventile sehr preisgünstig, wobei es aber eine Anforderung für zusätzliche Funktionen gibt, die in das Ventil eingebaut werden, um dem Kunden zusätzliche Vorteile wie eine direkte Drucksteuerung und Strömungssteuerung bei medizinischen Anwendungen zu bieten. Am kostspieligeren Ende wie elektronischen Anlagen gibt es einen Bedarf, die mit Korrosion, Verunreinigung und dem Kontakt mit Menschen beim Herstellen und Unterbrechen von Verbindungen zum Gaszylinder verbundenen Probleme, wenn korrosive, toxische und selbst entzündliche elektronische Spezialgase mit hoher Reinheit verwendet werden, zu beseitigen.
Ein Beispiel dieser Schwierigkeiten entsteht beim Nachfüllverfahren für einen Gaszylinder. Normalerweise enthalten Zylinder Hochdruckgase, die in der Regel durch ein einfaches Zylinder-Absperrventil (in den USA mit einer eingebauten Bruchscheibe) gesteuert werden. In der Regel wird das Gas bei einem Druck verwendet, der wesentlich niedriger ist als der des Zylinders, wobei der Anwender in dem Kreislauf eine Druckreduzierungsanordnung wie ein Entspannungsventil anschließen wird. Wenn es einen Bedarf gibt, den Gaszylinder nachzufüllen, wird das Absperrventil am Zylinder geschlossen, wobei der Hochdruck-Kreislauf getrennt wird. Dieses "Make and Brake" und Unterbrechen bei dem hohen Druck des Zylinders verursacht die Möglichkeit einer undichten Stelle und einer Verunreinigung. Es wurden Versuche unternommen, dieses durch Nachfüllen zu überwinden, ohne die Hochdruck-Unterbrechung herzustellen.
In der EP-A-0 275 242 (AGA AKTIEBOLAG), veröffentlicht am 20. Juli 1988, ist eine integrierte Zylinderventil-Steuerungsvorrichtung offenbart, die für die Anwendung hauptsächlich in der Gastherapie vorgesehen ist und dazu dient ist, um dauerhaft mit einem Gaszylinder verbunden und von einer Schutzkappe umgeben zu sein, die fest am Zylinder befestigt ist. Das Ventil hat ein Ventilgehäuse mit einer Verbindungshülse für den Gaszylinder und einem Restgasventil und einem Rückschlagventil. Die Steuerungsvorrichtung weist des Weiteren einen Regler, der im Ventilgehäuse angeordnet und wirksam ist, um den Zylinderdruck auf einen geeigneten Arbeitsdruck zu reduzieren, ein Absperrventil für das Gas, eine Schnellkupplungsvorrichtung für den Anschluss einer Verbrauchsleitung, eine Vorrichtung für den Anschluss einer Gas-Nachfüllleitung zum Zylinder und eine Vorrichtung zur Anzeige des Gasinhalts im Zylinder auf.
In der EP-A-0 308 875 (Union Carbide Corporation), veröffentlicht am 29. März 1989, ist eine Ventil-Regler-Baugruppe offenbart, um eine Hochdruck-Gasquelle mit einer Niederdruck-Anlage kompatibel zu machen, wobei der Ventilregler versiegelt werden kann oder von der Hochdruck-Gasquelle entfernt ist und ein Wiederauffüllen bei hohem Druck ermöglicht wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein einziger Auslass für einen Niederdruck-Auslass verwendet, nachdem der Druck durch einen Regler reduziert wurde, wobei der gleiche Auslass mit einem Adapter verwendet wird, um den Zylinder wieder aufzufüllen. Wenn der Adapter verwendet wird, bewegt die Verschlussanordnung auf dem Adapterstopfen den Regler in eine feste Stellung, die die Gasströmung von der Hauptleitung ohne Beachtung des Gasdrucks, der ansonsten auf den Regler wirkt, abdichtet. Das Wiederauffüllen des Zylinders findet durch den Adapter statt. Dies ermöglicht ein vollständiges Absperren des Hochdruckgases vor dem Wiederauffüllen, um so das Herstellen und Unterbrechen bei hohem Druck zu vermeiden.
Eine ähnliche Vorrichtung ist in der US-A-5 033 499 (Patel et al), veröffentlicht am 23. Juli 1991, offenbart. Ein Druckreduzierungsventil ist direkt an einem Hochdruck-Gaszylinder befestigt. Wenn ein Standard-Adapter in den Auslass eingesetzt und ein Steuerungshandrad geöffnet wird, steht am Auslass Gas mit einem erforderlichen niedrigen Druck, zum Beispiel ein maximaler Druck von 200 Bar, zur Verfügung. Wenn ein spezieller Fülladapter in den Auslass eingesetzt wird, kann der Zylinder auf seinen maximalen Druck von 300 Bar nachgefüllt werden. Der spezielle Fülladapter hat eine Dichtung, die die Gasströmung von einer Kammer in der Ventilbaugruppe über einen Durchgang in der Baugruppe zur umgebenden Atmosphäre hemmt. Dies hemmt wiederum einen Kolben, sich nach unten zu bewegen, um den Einlass des Druckreduzierungsventils zu schließen, wie es beim normalen Service der Fall sein würde.
Diese früheren Offenbarungen stellen jedoch nur eine begrenzte Funktion im Körper der Baugruppe bereit, nämlich die normale Niederdruck-Regelung durch manuelle Steuerung und/oder die Fähigkeit zum Nachfüllen. Weitere Funktionen, die vom Anwender gefordert werden, werden durch diskrete bzw. getrennte Komponenten zur Verfügung gestellt, die auf übliche Weise mit dem Niederdruck-Auslass verbunden werden.
Es wurden Versuche unternommen, um für eine Anzahl von unterschiedlichen Funktionen zu sorgen, die durch Komponenten ausgeführt werden, die direkt am Kopf des Zylinders für komprimiertes Gas befestigt sind. In der US-A-5 086 807 (Lasnier et al/L'Air Liquide), veröffentlicht am 11. Februar 1992, ist ein Druckminderer offenbart, der einen Druckmindererkörper mit entgegengesetzt angeordneten Bohrungen zum Befestigen von Einlass- und Auslass-Verbindungsvorrichtungen aufweist, wobei das äußere Ende einer weiteren Bohrung eine Hochdruck-Kammer definiert, in der das Regulierventil befestigt ist. Der Druckmindererkörper ist angepasst, um eine Verbindungsvorrichtung für ein Hochdruck-Manometer aufzunehmen, das eine Auflage für eine Feder eines Regulierventils definiert, das eine ringförmige, verkürzte Auskleidung aufweist, die durch Presspassung mit einer Verbindungsstange zwischen dem Regulierventil und dem Kolben in Eingriff kommt, der die Niederdruck-Kammer begrenzt. Diese Erfindung schlägt einen industriellen Druckminderer mit einer vereinfachten Ausführung vor, der ein Hochdruck-Manometer und ein Niederdruck-Manometer aufweist.
in der US-A 5 127 436 (Campion et al/L'Air Liquide), veröffentlicht am 7. Juli 1992, sind ein Gasverteilungsadapter und eine Druckreduziervorrichtung für einen Hochdruck-Gaszylinder offenbart. Die Vorrichtung umfasst eine Baugruppe, die auf einem Verschlussventil eines Hochdruck-Gaszylinders befestigt werden soll und eine manuelle Steuervorrichtung umfasst, die ein Verteilungsventil bedient, bei der das stromaufwärts gelegene Ende mit dem Verschlussventil, einem Druckminderer und einer Sicherheitsvorrichtung gegen Überdruck zwischen dem Verteilungsventil und einem Auslass für die Verbindung mit einem Anwender-Kreislauf sowie einem Manometer kommuniziert, das den Druck stromaufwärts zu dem Verteilungsventil misst.
Die Anzahl von Funktionen, die in diesen am Zylinderkopf befestigten Vorrichtungen zur Verfügung gestellt werden, ist jedoch wiederum begrenzt, wobei eine weitere erforderliche Funktionalität durch herkömmliche Komponenten zur Verfügung gestellt wird, die mit dem Auslass der Zylinderkopf-Steuervorrichtung verbunden sind.
In der US-A-5 163 475 (Gregoire/Praxair Technology, Inc.), veröffentlicht am 17. November 1992, ist eine Mikro-Bedienungstafel für die Zuführung von Gas aus einem Zuführungszylinder zu einem Geräte-Ort offenbart, die eine Anordnung aus Ventilen, Druckregler und damit verbundenen Komponenten umfasst, die angepasst sind, um die Reinheit des gelieferten Gases und die Sicherheit der Gaszuführungs-Bedienungstafel zu erhöhen. Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikro-Bedienungstafel mit reduzierter Größe zur Verfügung zu stellen, die für die Steuerung von gefährlichen Gasen mit extrem hoher Reinheit angepasst ist. Die Komponenten der Bedienungstafel werden so angeordnet und gehalten, dass der Gasströmungspfad vorzugsweise gerade durchfließend mit einem Minimum an Biegungen und stockenden Gastaschen ist. Die Komponenten der Mikro-Bedienungstafel sind so angeordnet, dass die Teile des Gasdurchgangs darin im Wesentlichen in der gleichen Ebene ausgerichtet sind. Ein einzelner oder einheitlicher Block aus Metall, zum Beispiel rostfreier Stahl, kann so bearbeitet werden, dass er Fluid-Durchgangsöffnungen für die Verbindung der Ventile und Druckregler-Komponenten miteinander zur Verfügung stellt. Obwohl die Größe der Mikro-Bedienungstafel reduziert ist, bleibt jedoch die Komplexität einer Gas-Bedienungstafel einer normalen Größe erhalten und enthält zahlreiche Verbindungen zwischen den einzelnen bzw. getrennten Komponenten. Außerdem sind die durch die Bedienungstafel zur Verfügung gestellten Funktionen in der Anzahl begrenzt, und wenn weitere Funktionen erforderlich sind, werden diese durch zusätzliche, herkömmliche Komponenten zur Verfügung gestellt. Wenn es des Weiteren gewünscht wird, den Zylinder für komprimiertes Gas nachzufüllen, wird ein herkömmliches Herstellen und Unterbrechen im Hochdruckteil des Kreislaufs vorgenommen, um den Zylinder zum Nachfüllen zu entfernen.
In einem Artikel mit dem Titel "A Revolutionary Actuator For Microstructures" in SENSORS, Februar 1993 von Helmers Publishing, Inc., wo Produkte von Redwood MicroSystems, Inc. beschrieben werden, wird ein Festkörper-Druckregler erläutert, der aus einem mikrobearbeiteten Drucksensor und einer elektronischen Rückkopplungsschleife besteht und mit einem thermopneumatischen Stellglied kombiniert ist, das durch die Handelsmarke "Fluistor" bekannt ist. In einem Siliziumsubstrat wird ein Hohlraum eingeätzt und mit einer Steuerflüssigkeit gefüllt. Wenn diese Flüssigkeit erwärmt wird, biegt sich die Siliziummembran nach außen über den Ventilsitz. Die Siliziummembran biegt sich nach außen, um auf einen zweiten Wafer zu treffen, der mit der Unterseite verbunden ist, die genaue Kanäle und Löcher enthält, die so ausgeführt sind, dass sie die Strömung des zu steuernden Fluides lenken. Das Mikroventil kann mit einem mikrobearbeiteten Druck- oder Strömungssensor und einer elektronischen Rückkopplungsschaltung kombiniert werden, um ein kleines, genaues und kosteneffektives Steuerungssystem mit geschlossener Schleife zu erzeugen. Das Ventil kann für eine proportionale Steuerung von Gasströmungsraten von Mikrolitern pro Minute bis zu Litern pro Minute verwendet werden. Das Integrieren des Mikroventils mit einem Drucksensor oder einem Strömungssensor und der elektronischen Rückkopplungsschaltung stellt eine geschlossene Schleife, einen programmierbaren Druckregler oder einen Strömungsregler zur Verfügung. Da der Regler durch digitale oder analoge Signale gesteuert werden kann, können Druck und Strömung mit einem Personalcomputer oder einem bestehenden Steuerungssystem gesteuert werden. Solche Komponenten finden bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung besondere Anwendung.
In der US-A-5 409 526 (Zheng et al/Air Products and Chemicals Inc.), veröffentlicht am 25. April 1995, umfasst die Vorrichtung zum Zuführen von Gas mit hoher Reinheit einen Zylinder, der ein Ventil mit zwei internen Anschlüssen hat. Ein interner Anschluss wird verwendet, um den Zylinder zu füllen, während der andere mit einem Reinigungsgerät ausgestattet ist, das Partikel und Verunreinigungen aus dem Gas entfernt, wenn es aus dem Zylinder austritt. Das gereinigte Gas tritt aus dem Zylinder über das Ventil aus und gelangt nach dem Hindurchführen durch einen Regler, eine Strömungssteuervorrichtung und verschiedene Längen der Rohrleitung, die sich alle außen an der Vorrichtung und dem Zylinder befinden, durch ein herkömmliches Reinigungsgerät zum Nutzungspunkt. Das interne Reinigungsgerät reduziert die Belastung am externen Reinigungsgerät und mindert die Häufigkeit, mit der das Reinigungsgerät wieder aufgeladen werden muss. Die Bereitstellung von zwei internen Öffnungen und der internen Ventilsteuerung ermöglicht die Bereitstellung zum Füllen des Zylinders, ohne dass das Füllgas durch die interne Filtereinheit gelangt. Der Druckregler befindet sich jedoch außen an der Zylinderkopfeinheit, so dass das Wechseln des Zylinders zum Nachfüllen ein herkömmliches Herstellen und Unterbrechen bei hohem Druck stromaufwärts zu der vom Druckregler erzeugten Druckreduzierung einschließt. Außerdem sind funktionelle Komponenten wie der Druckregler durch eine herkömmliche Anordnung mit der Zylinderkopfeinheit verbunden und nicht am Zylinder befestigt. Diese Offenbarung ist ein Beispiel einer am Zylinder befestigen Steuervorrichtung, in der eine zusätzliche Funktionalität, die für den Anwender transparent ist, in der Zylinderpackung enthalten ist. Das Reinigungsgerät und die Filtrierungsmedien werden als Patronen bzw. Kassetten dem Zylinderventil hinzugefügt. Um die Unversehrtheit der Zylinderinhalte aufrechtzuerhalten, wurde ein Restdruckventil am Auslassanschluss des Zylinderventils einbezogen. Das Restdruckventil verhindert, dass der Zylinder durch atmosphärische Verunreinigungen oder durch fremde Gase vom Anwender verunreinigt wird. Um den Zylinder zu füllen und die Unversehrtheit des Reinigungsgerätes und der Zylinderpackung beizubehalten, wird der zweite interne Anschluss zur Verfügung gestellt und enthält ein zusätzliches Isolationsventil für Zylinderfüllungen.
In der US-A-5 440 477 (Rohrberg et al/Creative Pathways, Inc.), veröffentlicht am 8. August 1995, ist ein Kleinst-Gasverwaltungssystem mit einer kompletten Gasverteilung offenbart, die computergesteuerte Ventile, Stellelemente, Regler und Wandler aufweist. Das gesamte System befindet sich in einem Gehäuse, das auf dem oberen Ende eines herkömmlichen Gaszylinders sitzt, der normalerweise in einem Gasgehäuse eingeschlossen wäre. Außerhalb des Gehäuses enthält eine obere Steuerungs-Bedienungstafel eine LCD-Anzeige, wobei eine untere Steuerungs-Bedienungstafel eine Tastenblock-Steuerung, ein entfernbares Datenpaket, LED-Anzeigelampen und einen Not-Absperrschalter aufnimmt. Innerhalb des Gehäuses steht ein Hals vom Gaszylinder nach oben vor und stellt eine Verbindung für eine Zuführung von Gas darin zur Gasverteilung zur Verfügung. Die Gasverteilung ist eine Baugruppe aus Ventilen, Stellelementen, Druckreglern, geschweißten Formstücken und Wandlern. Das obere Ende des Gehäuses ist mit einem Verfahrensgas-Auslass, der von der Achse des Gaszylinders versetzt ist, einer Entlüftungsverbindung und einem Spülgas-Einlass ausgestattet. Die Vorrichtung versucht die Größe zu verringern, indem sie Schweißungen von Komponente zu Komponente aufweist, um die Anzahl der mechanischen Verbindungen zu reduzieren.
Obwohl die Offenbarung ein Konzept einer miniaturisierten Gas-Bedienungstafel zur Verfügung stellt, die an dem Zylinder befestigt ist, beabsichtigt das System immer noch, die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Gas-Bedienungstafel bei vollem Druck des Gaszylinders herzustellen und zu unterbrechen, wenn der Zylinder nachgefüllt wird. Das Konzept ist, dass die gesamte miniaturisierte Gas-Bedienungstafel vom Zylinder entfernt wird, wenn ein neuer Zylinder installiert und der alte Zylinder nachgefüllt wird. Damit werden das Herstellen und Unterbrechen bei dem relativ hohen Druck des Zylinders fortgesetzt. Obwohl des Weiteren die Anzahl der funktionellen Komponenten, die in der miniaturisierten Gas-Bedienungstafel zur Verfügung gestellt werden, größer ist als die, die herkömmlich am Gaszylinder befestigt sind, wird die erforderliche Kombination für die Gas-Bedienungstafel eingestellt oder durch herkömmliche Verbindungen und Schweißungen einzeln angefertigt. Wenn eine zusätzliche Funktionalität erforderlich ist, kann diese nur zur Verfügung gestellt werden, indem weitere diskrete bzw. getrennte Komponenten in einer herkömmlichen Weise verbunden werden.
In der FR-A-2 735 209 (L'Air Liquide), veröffentlicht am 13. Dezember 1996, ist eine Gassteuervorrichtung für die Verwendung mit einem Zylinder für komprimiertes Gas offenbart, die einen Halterungskörper mit einem Haupt-Gasdurchflussweg durch den Körper hat, wobei der Halterungskörper eine Eingang-Verbindungsanordnung hat, die den Körper am Zylinder für komprimiertes Gas befestigt und den Gasströmungspfad anschließt, um mit dem Gaszylinder zu kommunizieren. Im Halterungskörper ist ein Entspannungsventil ausgebildet, das eine Druckreduzierungsanordnung, um Gas im Durchflussweg bei einem ausgewählten Druck bereitzustellen, der wesentlich niedriger ist als der im Zylinder, und ein Hochdruck-Absperrventil im Haupt-Gasdurchflussweg stromaufwärts zu der Druckreduzierungsanordnung zur Verfügung stellt. Eine Ausgang-Verbindungsanordnung wird stromabwärts zu der Druckreduzierungsanordnung zur Verfügung gestellt, um den Haupt-Gasdurchflussweg mit einer nachfolgenden Vorrichtung zu verbinden, die das Gas nutzt. Der Halterungskörper der Gassteuervorrichtung hat eine Füllanordnung zum Füllen des Zylinders mit komprimiertem Gas durch die Eingang-Verbindungsanordnung mittels eines Durchlassweges, der von dem Durchlassweg getrennt ist, durch den der Haupt-Gasdurchflussweg mit dem unter Druck stehenden Gaszylinder kommuniziert. Ein Hochdruck-Messgerät wird stromaufwärts zu der Druckreduzierungsanordnung zur Verfügung gestellt, um eine Anzeige des Drucks im Zylinder für komprimiertes Gas bereitzustellen, wobei ein Niederdruck-Messgerät stromabwärts zu der Druckreduzierungsanordnung zur Verfügung gestellt wird. Das gezeigte Entspannungsventil befindet sich in einer geformten Abdeckung, die eine Zylinder-Handhabungshaube bildet, durch die der Gaszylinder bei der Nutzung manövriert werden kann. Die Ventil-Baugruppe befindet sich vorzugsweise vollständig innerhalb der Haube, die Zugangsöffnungen für verschiedene Baugruppeneinlässe und -auslässe hat.
Obwohl die offenbarte Gassteuervorrichtung zusätzliche Funktionen in einem einzigen, auf dem oberen Ende des Gaszylinders befestigten Körper zur Verfügung stellt, die vorher nicht zusammen bereitgestellt wurden, sind die zur Verfügung gestellten Funktionen auf ein Hochdruck-Absperrventil, eine Druckreduzierungsanordnung und Hoch- und Niederdruck-Messgeräte und das Füllen des Gaszylinders durch einen separaten Einlassweg begrenzt, während die Gassteuervorrichtung auf dem Gaszylinder befestigt ist. Jegliche anderen Funktionen, die für den Anwender erforderlich sind, werden durch herkömmliche Komponenten zur Verfügung gestellt, die in Reihe an der Auslass-Verbindung der Gassteuervorrichtung mittels diskreter bzw. getrennter Komponenten in der normalen Weise befestigt werden. Der Auslass der Hauptgasströmung durch die Steuervorrichtung ist im Allgemeinen rechtwinklig zur Richtung der Hauptgasströmung durch den Körper, wobei die mit Gewinde versehene Ausgangsverbindung eine herkömmliche Form für die Verbindung mit weiteren herkömmlichen Komponenten hat. Damit sind zusammenfassend die von der Vorrichtung zur Verfügung gestellten Funktionen begrenzt, wobei die Anordnungen zum Hinzufügen weiterer Komponenten durch das Hinzufügen diskreter bzw. getrennter Komponenten durch normale Verbindungsstellen herkömmlich sind. Zusätzliche Funktionen, die durch den Anwender des Zylinders für komprimiertes Gas erforderlich sein können, zum Beispiel Spülfunktionen, müssen durch herkömmliche Komponenten ausgeführt werden, die mit verschiedenen Anschlüssen der Steuervorrichtung separat verbunden sind. Es bleibt ein Bedarf, ein System zur Verfügung zu stellen, das zusätzliche Funktionen in einem kompakten Raum mit einer Flexibilität ermöglichen wird, um unterschiedliche Anforderungen für unterschiedliche Anwender der Zylinder für komprimiertes Gas zu erfüllen.
In einem Artikel mit dem Titel "Benefits Of A Minimalist Gas System Design" von Phillips und Sheriff in Solid State Technology, Oktober 1996, wird die Ausführung und der Aufbau einer Herstellungsanlage für elektronische Ausrüstung beschrieben, die ein Gassteuersystem aufweist. Das hauptsächliche neue Merkmal war, dass der Druck im Verteilungssystem für jedes Verfahrensgas durch einen einzigen Regler an der Gasquelle gesteuert wurde. Dies war ein Gegensatz zu herkömmlichen Anordnungen, in denen eine separate, örtliche Druckregelung in der Regel für jeden Gaskreislauf der Verfahrenskammern installiert wird, und Wechselwirkungen zwischen mehreren Gassystemen zu verhindern. Die vorliegende Erfindung findet Anwendung bei der Gassteuerung für Herstellungssysteme, wie sie im zitierten Artikel beschrieben sind.
In einem Artikel mit dem Titel "The Next Step In Process Gas Delivery: A Fully Integrated System" von Cestari, Laureta und Itafugi in Semiconductor International, Januar 1997, wird ein integriertes Gas-Zuführungssystem, das innere Volumen reduzieren und Einschlussbereiche eliminieren soll, um Verunreinigungen zu reduzieren, für die Verwendung bei Halbleiter-Herstellungsverfahren beschrieben. Der Artikel beschreibt den Bedarf zur Integrierung in das Gassteuersystem durch Konfigurieren eines Standardsatzes von modularen Komponenten in ein System, um jegliche Verfahrensanforderungen für die Gas-Zuführung zu erfüllen. Die Komponenten müssen ausgelegt sein, um miteinander direkt oder an einer gemeinsamen Sammelleitung ohne die Verwendung von Formstücken oder Schweißungen verbunden zu sein. Die Modularität und Austauschbarkeit der Komponenten erfordert einen Standard-Formfaktor für Ventile, Regler, Wandler, Filter, Massenströmungs-Steuergeräte und weitere Komponenten. Der Vorteil der austauschbaren modularen Komponenten soll der sein, dass sie ungeachtet der spezifischen Funktionen der Komponente in einem integrierten Gassystem in der gleichen Weise verbunden werden und in den gleichen Raum passen. Es wird der Vorteil zum Spülen des Gassteuersystems erwähnt, ohne die Notwendigkeit, die Gasleitung vom Gaszylinder zu trennen. Es wird der Bedarf erläutert, den herkömmlichen, gewundenen Gasdurchflussweg und das große Volumen im Gaszuführungssystem durch einen verbesserten Durchflussweg zu eliminieren. Die in dem Artikel beschriebenen Systeme setzen die Verwendung diskreter bzw. getrennter Komponenten jedoch fort und befassen sich kaum mit der Miniaturisierung von Verbindungen zwischen den diskreten bzw. getrennten Komponenten.
Die US-A-5 566 713 (Lhomer et al), veröffentlicht am 22. Oktober 1996, betrifft eine Gassteuerungs- und Verteilerbaugruppe, die mit einem Tank verbunden werden soll, der das Gas unter einem hohen Druck enthält, mit einem Niederdruck-Auslass und in Reihe zwischen dem Tank und dem Niederdruck-Auslass einem Absperrventil, das dem hohen Druck ausgesetzt ist, einer Druckreduzierungsanordnung, die mit dem Absperrventil gekoppelt ist, und einer Strömungs-Regleranordnung. Es soll die Aufgabe sein, eine Steuerungs- und Verteilerbaugruppe zur Verfügung zu stellen, die eine kompakte und ergonomische Einheitsform hat, typischerweise dauerhaft an dem Gastank oder der -flasche befestigt ist und alle sowohl für die Verteilung des Gases als auch zum Füllen des Tanks erforderlichen funktionellen und Sicherheitsmerkmale zur Verfügung stellt. Die Gassteuerungs- und Verteilerbaugruppe umfasst einen unteren Block, der an einer Gasflasche befestigt ist und ein Manometer und einen Füllverbinder aufweist und an dem eine Unterbaugruppe dauerhaft befestigt ist, die in Reaktion auf die Drehung eines röhrenförmigen Steuerungs- und Betätigungselements axial bewegbar ist, das die Unterbaugruppe umgibt, die einen Druckminderer und einen schaltbaren Strömungsregler enthält und einen Niederdruck-Auslass und einen Mitteldruck-Auslass hat.
Die EP-A-0 588 531 (Kabushiki Kaisha Neriki), veröffentlicht am 23. März 1994, betrifft eine Ventilbaugruppe, die angepasst ist, um an einem Gaszylinder befestigt zu sein, der ein komprimiertes Gas und ein verflüssigtes Gas zur Verwendung beim Ablassen und Auffüllen des Gases enthält. Ein Gaseinlass, ein Sperrventil, ein Druckreduzierungsventil und ein Gasauslass sind in Reihe in einem Ventilgehäuse angeordnet. Der Gasauslass und ein Auslass des Sperrventils kommunizieren miteinander durch einen Gas-Auffülldurchgang, der mit einem Rückschlagventil versehen ist. Der Gasauslass kommuniziert mit einem sekundären Sicherheitsventil durch einen Gas-Einführungsdurchgang. Wenn ein Gaszylinder mit einem Gas gefüllt wird, ist am Gasauslass ein Gasfüll-Ansatzrohr angebracht. Daraufhin wird ein Öffnungs- oder Schließteil, das im Gas-Einführungsdurchgang zur Verfügung gestellt wird, durch ein Betätigungsteil geschlossen, das im Ansatzrohr zur Verfügung gestellt wird. Dadurch wird das Hochdruck-Gas nicht vom sekundären Sicherheitsventil freigegeben.
Die EP-A-0 459 966 (GCE Gas Control Equipment AB), veröffentlicht am 4. Dezember 1991, betrifft eine Anordnung in einem Gasregler, die mit einem Gassammler verbunden werden soll, um die Verwendung des Reglers auch als Absperr- und Füllventil für den Gassammler zu ermöglichen. Der Regler ist vom Gleichstrom-Typ und enthält einen Differenzdruckkolben mit unterschiedlichen Querschnittsbereichen an dessen oberen und unteren Teil, wobei die Teile in Bezug auf das Reglergehäuse versiegelt sind. Zwischen dem oberen Teil des Kolbens und dem Reglergehäuse wird eine Feder zur Verfügung gestellt, die dazu neigt, den Kolben vom Ventilsitz weg zu bewegen. Der Kolben ist zum Ventilsitz durch ein Betätigungselement manuell verschiebbar, das auf den oberen Teil des Kolbens wirkt. Der Regler umfasst außerdem ein Sicherheitsventil.
Die WO-A-9 607 843 (L'Air Liquide; die der US-B-6 314 986 entspricht), veröffentlicht am 14. März 1996, offenbart eine Ventilbaugruppe ähnlich der, die in der vorliegenden Abbildung 9c diagrammatisch veranschaulicht ist. Die Vorrichtung umfasst einen zweiteiligen Körper, in dem es einen Ausström-Kreislauf gibt, der ein kombiniertes Sperr- und Druckreduzierungsventil aufnimmt und einen Hochdruckzylinder mit einem Niederdruck-Auslass verbindet. Der untere Teil des Körpers hat außerdem einen diskreten bzw. getrennten Gas-Ausströmkreislauf, der den Zylinder mit einem Rückschlag-Füllverbinder verbindet.
Die WO-A-9 629 529 (Insync Systems), veröffentlicht am 26. September 1996, offenbart eine integrierte Gas-Bedienungstafel, in der mehrere Module zusammen mit verschachtelten Dichtungen gekoppelt sind. Jedes Modul hat Durchgänge, die abhängig von der Dichtung mit einem oder beiden Modulen verbunden sind, um einen gemeinsamen Durchgang zu bilden, oder mit einem Blindflansch versehen werden. In jedem Modul werden Gas-Einlasskreisläufe und -Auslasskreisläufe zur Verfügung gestellt und kommunizieren mit wenigstens einem der Durchgänge. In Verfahrens- und Edelgasmodulen erstrecken sich die Kreisläufe durch das Modul zur Verbindung mit einem jeweiligen Massenströmungs-Steuergerät (mass flow controller – MFC), wobei aber in Spülgas-Modulen ein derartiges Steuergerät nicht erforderlich ist. Isolationsventile und Spülventile steuern und lenken die Strömung in den Kreisläufen, wobei ein Druckregler in dem Einlass-Kreislauf aufgenommen werden kann.
Die EP-A-0 688 983 (Kabushiki Kaisha Neriki), veröffentlicht am 29. November 2000, offenbart in seiner weitesten Ausführungsform (siehe 2) eine an einem Hochdruck-Gaszylinder befestigte Ventilbaugruppe, die einen Körper mit einem Gas-Ausströmkreislauf umfasst, der ein Rückschlagventil aufnimmt und einen Gasauslass mit dem Hochdruck-Zylinder parallel mit einem Sperrventil im Gas-Ausströmkreislauf verbindet, der außerdem den Zylinder mit dem Auslass verbindet. Zwischen dem Sperrventil und dem Gasauslass kann ein Druckreduzierungsventil angeordnet sein.
Die JP-A-05 215 299 (Kabushiki Kaisha Neriki), veröffentlicht am 19. Februar 1993, offenbart (siehe 18) eine an einem Hochdruck-Gaszylinder befestigte Ventilbaugruppe, wie sie in 9b der vorliegenden Anmeldung diagrammatisch gezeigt wird. Speziell umfasst die Ventilbaugruppe einen Körper mit einem Ausströmkreislauf, der ein Sperrventil stromabwärts zu einem Druckreduzierungsventil aufnimmt und den Hochdruck-Zylinder mit einem Niederdruck-Gasauslass verbindet. Der Körper hat außerdem einen Gas-Auffüllkreislauf, der ein Rückschlagventil aufnimmt und einen speziell dafür vorgesehenen Hochdruck-Gaseinlass mit dem Ausströmkreislauf stromaufwärts zum Sperrventil verbindet.
Die JP-A-05 215 299 offenbart außerdem (siehe 13 & 14) eine Modifikation, in der der Auffüll-/Ausströmkreislauf und der Auffüllkreislauf diskret bzw. getrennt sind. In dem Ausströmkreislauf wird kein Druckreduzierungsventil gezeigt.
Die JP-A-05 039 898 (Kabushiki Kaisha Neriki), ebenfalls am 19. Februar 1993 veröffentlicht, offenbart (siehe 1 und 2) eine am Hochdruck-Gaszylinder befestigte Ventilbaugruppe, die einen Körper mit einem Ausströmkreislauf umfasst, der ein Sperrventil stromabwärts zu einem Druckreduzierungsventil aufnimmt und den Hochdruck-Zylinder mit einem Niederdruck-Gasauslass verbindet. Der Körper hat außerdem einen Gas-Auffüllkreislauf, der ein Rückschlagventil aufnimmt und einen speziell dafür vorgesehenen Hochdruck-Gaseinlass mit dem Ausströmkreislauf stromaufwärts zu dem Sperrventil verbindet.
Die JP-A-03 219 172 (Kabushiki Kaisha Neriki), ebenfalls veröffentlicht am 26. September 1991, offenbart (siehe 1, 2, 25 und 26) eine an einem Hochdruck-Gaszylinder befestigte Ventilbaugruppe mit einem Sperrventil stromaufwärts zu einem Druckreduzierungsventil in einem Ausströmkreislauf, von denen die meisten außerdem verwendet werden, um Gas in den Zylinder aufzufüllen. Der Auffüllkreislauf umgeht das Druckreduzierungsventil, um den Ausströmkreislauf stromabwärts zum Sperrventil wieder anzuschließen.
Die EP-A-0 588 531 (Kabushiki Kaisha Neriki), ebenfalls veröffentlicht am 23. März 1994, offenbart eine am Hochdruck-Gaszylinder befestigte Ventilbaugruppe, die einen Körper mit einem Gas-Auffüllkreislauf umfasst, der einen Gasauslass mit dem Zylinder parallel verbindet, wobei ein Druckreduzierungsventil in einem Gas-Ausströmkreislauf den Zylinder ebenfalls mit dem Auslass verbindet und ein Sperrventil stromaufwärts zu der Verbindungsstelle der zwei Kreisläufe aufweist. Da sich der Auffüllkreislauf mit dem Ausströmkreislauf stromabwärts zum Sperrventil verbindet, sind die zwei Kreislaufe nicht diskret bzw. getrennt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Gassteuervorrichtung zur Verwendung mit einem Zylinder für komprimiertes Gas mit einem diskreten bzw. einzelnen bzw. separaten "primären" Modul mit einem Körper zur Verfügung, mit:
einem Haupt-Gasdurchflussweg durch den Körper, wobei der Weg einen Hochdruck-Gasausgabeeinlass und einen Niederdruck-Gasausgabeauslass hat,
einem Hochdruck-Gasfüllweg durch den Körper, wobei der Weg einen Hochdruck-Gasfülleinlass und einen Hochdruck-Gasfüllauslass hat,
einer Eingang-Verbindungsanordnung zur Befestigung und Halterung des Körpers auf einem Zylinder für komprimiertes Gas und für die Verbindung des Zylinders mit dem Körper sowohl mit dem Hochdruck-Gasausgabeeinlass als auch mit dem Hochdruck-Gasfüllauslass, der mit dem Gaszylinder in Verbindung steht, um eine Strömung des Gases von dem Zylinder in den Hochdruck-Gasausgabeeinlass oder die Strömung des Gases von dem Hochdruck-Gasfüllauslass in den Zylinder zu ermöglichen,
einer Druckreduzierungsanordnung in dem Haupt-Gasdurchflussweg, um an den Niederdruck-Gasausgabeauslass Gas bei einem ausgewählten Druck zur Verfügung zu stellen, der wesentlich geringer als der Druck in dem Zylinder ist,
einem Hochdruck-Absperrventil für den Haupt-Gasdurchflussweg in dem Haupt-Gasdurchflussweg stromaufwärts zu der Druckreduzierungsanordnung, um den Durchlassweg selektiv zu öffnen und abdichtend zu schließen, und
einem Hochdruck-Absperrventil für den Hochdruck-Gasfüllpfad in dem Hochdruck-Gasfüllpfad, um den Durchlassweg selektiv zu öffnen und abdichtend zu schließen, und
einer Ausgang-Verbindungsanordnung, die mit dem Niederdruck-Gasausgabeauslass in Verbindung steht;
unter der Voraussetzung, dass, wenn die Ausgang-Verbindungsanordnung nicht angepasst ist, um direkt einen diskreten bzw. getrennten sekundären Modul mit einem Gas-Strömungspfad-Einlass auf dem primären Modul mit dem Niederdruck-Gasausgabeauslass des primären Moduls in Verbindung mit dem Gasströmungseinlass des sekundären Moduls zu befestigen, der Hochdruck-Gasfüllpfad von dem Haupt-Gasdurchflussweg diskret bzw. getrennt ist und der Hochdruck-Gasausgabeeinlass und der Hochdruck-Gasfüllauslass getrennt mit dem Gaszylinder in Verbindung stehen.
Ein diskreter bzw. getrennter sekundärer Modul mit einem Gasdurchflussweg-Einlass in Verbindung mit dem Niederdruck-Gasausgabeauslass für den primären Modul kann direkt an der Ausgang-Verbindungsanordnung des primären Moduls befestigt werden.
Der primäre Modul kann außerdem einen Spülgas-Durchflussweg mit einem Spülgas-Einlass, der mit dem Haupt-Gasdurchflussweg des primären Moduls stromaufwärts zu der Druckreduzierungsanordnung in Verbindung steht, um Spülgas zu dem Haupt-Gasdurchflussweg des primären Moduls zuzulassen, und ein Spülgasventil umfassen, um den Spülgas-Durchflussweg selektiv zu öffnen und abdichtend zu schließen.
Der sekundäre Modul umfasst vorzugsweise einen Körper mit:
einem Haupt-Gasdurchflussweg durch den Körper, wobei der Weg einen Gas-Ausgabeeinlass und einen Gasausgabe-Auslass hat,
einer Eingang-Verbindungsanordnung, die mit der Ausgang-Verbindungsanordnung des primären Moduls zusammenwirkt, um direkt den Körper an dem sekundären Modul auf dem primären Modul zu befestigen, wobei der Gasausgabeeinlass des sekundären Moduls mit dem Niederdruck-Ausgabeauslass des primären Moduls kommuniziert, um eine Strömung des Niederdruck-Gases von dem primären Modul zu dem sekundären Modul zu ermöglichen,
einer Ausgabe-Verbindungsanordnung, die mit dem Gas-Ausgabeauslass des sekundären Moduls kommuniziert, und
einer Kombination von wenigstens zwei funktionellen Komponenten für die Ausführung der Funktionen, die sich auf den Gasstrom durch den sekundären Modul beziehen.
Vorzugsweise umfassen die wenigstens zwei funktionellen Komponenten eine Anordnung zum Messen und/oder Ändern der Parameter der Gasströmung im sekundären Modulkörper und/oder zum Umschalten und/oder zum Ablassen und/oder zum Mischen der Gasströmung im sekundären Modulkörper.
Vorzugsweise ist jeder Körper von jedem Modul ein einzelner Körper aus einem Material, auf oder in dem die funktionellen Komponenten befestigt sind. Bei einigen Anordnungen kann der Modulkörper jedoch zwei oder mehrere untergeordnete Körper aufweisen, die miteinander befestigt sind, um den Modulkörper zu erzeugen, auf dem oder in dem die Komponenten befestigt sind. Bei einigen Anordnungen kann der Modulkörper aus Metall mit Öffnungen sein, die gebohrt oder anderweitig im Metall ausgebildet werden, um funktionelle Komponenten wie Ventile aufzunehmen. Bei weiteren Anordnungen kann die Vorrichtung jedoch in Übereinstimmung mit der Technologie für mikro-elektromechanische Systeme (micro electro-mechanical system – MEMS), zum Beispiel unter Verwendung eines thermopneumatischen Mikroventils, das in einem Körper aus Silizium ausgebildet ist, aufgebaut sein. Günstigerweise kann der gleiche Siliziumkörper dann verwendet werden, um ein Substrat für elektronische, gedruckte Schaltungen zur Verfügung zu stellen, die geeignete elektronische Steuerschaltungen zur Steuerung des Ventils definieren.
Es wird besonders bevorzugt, dass der Körper des primären Moduls strukturell auf dem Zylinder lediglich durch die Eingang-Verbindungsanordnung, zum Beispiel durch einen herkömmlichen Gewindeansatz, der in die herkömmliche Gewindeöffnung auf dem oberen Ende eines Zylinders für komprimiertes Gas eingesetzt wird, gehalten wird. Vorzugsweise weist jeder Modul ein Gehäuse auf, das den Modulkörper umgibt und im Abstand davon angeordnet ist, wobei das Gehäuse so geformt ist, dass es eine Anordnung zur Handhabung des Gaszylinders zur Verfügung stellt. Günstigerweise können Öffnungen im Gehäuse angefertigt sein, um den Zugang zu Öffnungen und Komponenten des Modulkörpers zu ermöglichen, wobei günstigerweise elastisches Material in dem Raum zwischen dem Modulkörper und dem Gehäuse zur Verfügung gestellt werden kann.
Es wird besonders bevorzugt, dass für jeden Modul der Haupt-Gasdurchflussweg durch den Modul im Allgemeinen wenigstens zum Teil (vorzugsweise wenigstens die Mehrheit) seiner Länge längs der Hauptachse des Halterungskörpers ausgerichtet ist, wobei sich die Hauptachse durch die Eingang-Verbindungsanordnung und die Ausgang-Verbindungsanordnung des Moduls erstreckt und die Hauptachsen der zwei Module koaxial sind. Wo der Gaszylinder ein herkömmlicher Gaszylinder ist, wird es bevorzugt, dass die Gassteuervorrichtung an dem Gaszylinder mit den Hauptachsen der Module koaxial mit der Achse des Zylinders befestigt ist.
Bei einigen Anordnungen kann der primäre Modulkörper auch eine Hochdruck-Anzeigevorrichtung stromaufwärts zu der Druckreduzierungsanordnung, um den Druck im Zylinder anzuzeigen, und eine Sicherheits-Überdruckvorrichtung haben, die eine Bruchscheibe oder ein Überdruckventil aufweist.
Vorzugsweise umfasst die Eingang-Verbindungsanordnung des primären Moduls einen ersten und einen zweiten Durchflussweg, wobei der erste Durchflussweg vom Zylinder zum Haupt-Gasdurchflussweg durch den Modulkörper führt und der zweite Durchflussweg vom Zylinder zum Gasfüllweg des Moduls führt. In einem derartigen Fall kann eine Reinigungsanordnung zur Verfügung gestellt werden, die in dem Gaszylinder positioniert und zwischen dem ersten Durchflussweg und dem Inneren des Zylinders angeordnet ist, um das Gas zu reinigen, das aus dem Zylinder austritt und in den Haupt-Gasdurchflussweg gelangt.
Im Allgemeinen kann dies bei den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, in denen die Vorrichtung eine Reinigungsanordnung aufweist, günstigerweise eine Einheit umfassen, die eine Substanz enthält, die aus Adsorptionsmitteln, Absorptionsmitteln und deren Gemischen ausgewählt wird, wodurch Verunreinigungen aus dem Gas entfernt werden, wenn es aus dem Zylinder durch die Einheit abgezogen wird. Die Einheit kann günstigerweise sein, wie in der US-A-5 409 526 (Zheng et al) beschrieben ist.
Der primäre Modul wird vorzugsweise Komponenten aufweisen, die weitere Funktionen ermöglichen, wobei bei einem bevorzugten Beispiel der primäre Modulkörper außerdem im Haupt-Gasdurchflussweg stromaufwärts zu der Druckreduzierungsanordnung eine Hochdruck-Sicherheitsüberdruckvorrichtung oder einen Hochdruck-Sicherheitsüberdruckbereich, der angepasst ist, um eine Struktur zum Befestigen einer Sicherheitsüberdruckvorrichtung zur Verfügung zu stellen, und/oder stromabwärts zu der Druckreduzierungsanordnung ein Niederdruck-Anzeigegerät oder einen Niederdruck-Anzeigebereich hat, der angepasst ist, um eine Struktur für ein Druck-Anzeigegerät zur Verfügung zu stellen, um den Druck im Haupt-Gasdurchflussweg stromabwärts zu der Druckreduzierungsanordnung anzuzeigen. Der primäre Modul hat außerdem vorzugsweise ein Hochdruck-Anzeigegerät stromaufwärts zu der Druckreduzierungsanordnung, um den Druck im Zylinder anzuzeigen. Die Sicherheitsüberdruckvorrichtung kann eine Bruchscheibe oder ein Überdruckventil sein. Die Struktur, die zum Befestigen einer funktionellen Komponente zur Verfügung gestellt wird, kann einen geformten Abschnitt des primären Modulkörpers umfassen, der angepasst ist, um während der Fertigung der Gassteuervorrichtung heraus gebohrt zu werden, wenn die funktionelle Komponente im Endprodukt erforderlich ist.
Man wird erkennen, dass sich die Erfindung auf die Bereitstellung einer Gassteuervorrichtung erstreckt, in der bestimmte funktionelle Komponenten abhängig von den Anforderungen des Kunden nicht immer zur Verfügung gestellt werden. Für die Flexibilität und Einfachheit der Fertigung schließt die Erfindung jedoch Strukturen ein, in denen Vorkehrungen getroffen werden, um die weiteren funktionellen Komponenten zu liefern, falls und wenn sie erforderlich sind. Beispielsweise kann die Struktur, die zum Befestigen einer funktionellen Komponente zur Verfügung gestellt wird, einen geformten Abschnitt des primären Modulkörpers umfassen, der angepasst ist, um während der Fertigung der Gassteuervorrichtung heraus gebohrt zu werden, wenn die funktionelle Komponente im Endprodukt erforderlich ist.
Der sekundäre Modul kann durch die Anforderungen des Kunden aus einer Anzahl von kompatiblen sekundären Modulen ausgewählt werden. Bei einem Beispiel ist der sekundäre Modul ein Vakuum- bzw. Unterdruckmodul mit einer Entlüftungsöffnung und einer schaltbaren Ventilanordnung, um die sekundäre Modul-Eingang- und Ausgang-Verbindungsanordnung in einem Durchflussweg in der Weise zu verbinden, dass Gas vom Zylinder für komprimiertes Gas durch die Entlüftungsöffnung entlüftet wird und an der Ausgang-Verbindungsanordnung einen Unterdruck erzeugt, um ein weiteres Gerät zu evakuieren, das mit der Ausgang-Verbindungsanordnung des sekundären Moduls verbunden werden kann, wobei die Ventilanordnung schaltbar ist, um die Gasströmung von der Eingang-Verbindungsanordnung des sekundären Moduls entweder zur Entlüftungsanordnung oder zu der Ausgang-Verbindungsanordnung selektiv zu lenken. Bei einem weiteren Beispiel ist der sekundäre Modul ein Spülmodul mit einer schaltbaren Ventilanordnung, um Spülgas durch einen Spülgas-Einlass zuzulassen und das Spülgas durch den Modul, durch eine Auslass-Verbindungsanordnung heraus und von dort zum Spülen eines Benutzungsgerätes zu leiten. Bei einem weiteren Beispiel ist der sekundäre Modul ein Mischermodul mit einer steuerbaren Ventilanordnung zum Hinzufügen zu der Gasströmung durch den Haupt-Gasdurchflussweg des zweiten Moduls ein weiteres Gas, um an der Ausgang-Verbindungsanordnung ein Gemisch von Gasen zuzuführen, wobei bei einem Beispiel der sekundäre Modul eine Quelle des weiteren Gases aufweisen kann. Bei einem weiteren Beispiel kann der sekundäre Modul eine weitere Eingangsanordnung aufweisen, die angepasst ist, um mit einer Quelle des weiteren Gases außerhalb des sekundären Moduls verbunden zu werden.
Die Vorrichtung kann wenigstens zwei sekundäre Module aufweisen, wobei der zuerst erwähnte sekundäre Modul auf dem primären Modul befestigt ist und der oder jeder weitere sekundäre Modul so befestigt ist, dass er einen Stapel von sekundären Modulen einer über den anderen bildet.
Die modulare Gassteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung stellt außerdem einen Satz von Modulen zur Verfügung, die miteinander verbunden werden können, um die modulare Gassteuervorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei der Satz von Modulen den primären Modul und mehrere sekundäre Module aufweist, die jeweils angepasst sind, um auf dem primären Modul oder auf einem weiteren sekundären Modul befestigt zu werden, wobei jeder sekundäre Modul einen Halterungskörper mit einem Haupt-Gasdurchflussweg durch den Körper umfasst, wobei der Körper eine Eingang-Verbindungsanordnung zum Befestigen des Körpers auf dem primären Modul oder auf einem weiteren sekundären Modul und zum Verbinden des Haupt-Gasdurchflussweges des sekundären Moduls mit dem Haupt-Gasdurchflussweg des primären Moduls oder des weiteren sekundären Moduls und eine Ausgang-Verbindungsanordnung hat, um einen Auslass vom Haupt-Gasdurchflussweg des sekundären Moduls zur Verfügung zu stellen, wobei der Halterungskörper von jedem sekundären Modul eine Kombination von zwei oder mehreren funktionellen Komponenten zum Ausführen von Funktionen hat, die sich auf die Gasströmung beziehen.
Der primäre Modulkörper hat vorzugsweise außerdem ein Hochdruck-Spülgas-Einlassventil stromaufwärts zu der Druckreduzierungsanordnung, um Spülgas für die Haupt-Gasströmung zuzulassen.
Bei einigen Anordnungen hat der primäre Modulkörper außerdem ein Spülgas-Einlassventil stromaufwärts zu der Druckreduzierungsanordnung, um Spülgas für die Haupt-Gasströmung zuzulassen.
Es soll erkannt werden, dass die Positionierung der Ausgang-Verbindungsanordnung einer Gassteuervorrichtung entweder auf einer oberen Fläche oder einer seitlichen Fläche des Halterungskörpers eine Überlegung ist, die die Erfindung bei allen oben dargelegten Ausführungsformen beeinflusst. Im Allgemeinen ist es ein besonders bevorzugtes Merkmal, dass ein Modul mit einer nach oben gerichteten oder gewandten Ausgang-Verbindungsanordnung zur Verfügung gestellt werden kann, wenn es beabsichtigt ist, dass ein weiterer Modul mit der Gassteuervorrichtung mittels der nach oben gerichteten Ausgang-Verbindungsanordnung gekoppelt werden soll. Wo es jedoch beabsichtigt ist, dass der betreffende Modul einzeln auf dem oberen Ende eines Gaszylinders angebaut werden soll, ohne dass weitere Module involviert sind, oder wo es beabsichtigt ist, dass der Modul der oberste Modul einer Reihe von Modulen ist, die auf dem oberen Ende eines Gaszylinders befestigt werden, dann wird es bei derartigen Umständen bevorzugt, dass die Ausgang-Verbindungsanordnung seitlich von dem Modul gerichtet oder gewandt ist. Vorzugsweise liegt die Ausgang-Verbindungsanordnung seitlich horizontal vom Halterungskörper, obwohl bei bestimmten Umständen die Ausgang-Verbindungsanordnung in einem Winkel nach oben oder nach unten von einer Seitenfläche des Moduls gerichtet sein kann. Bei einer noch weiteren Variation kann die Ausgang-Verbindungsanordnung auf einer oberen Oberfläche des Moduls befestigt sein, kann aber so angeordnet sein, dass sie an ihrer Öffnung horizontal seitlich gerichtet ist, wenn sie nicht mit einer anderen Anlage verbunden ist.
Die bevorzugte Anordnung für einen einzelnen oder obersten Modul ist jedoch die, dass die Ausgang-Verbindungsanordnung auf einer Seitenfläche des Moduls befestigt ist und vom Modul horizontal seitlich liegt. Eine derartige Anordnung ergibt einen Vorteil bei der Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Verunreinigungen, die in die Ausgang-Verbindungsanordnung eindringen, wenn die Ausgang-Verbindungsanordnung nicht mit einer weiteren Anlage verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung, wenigstens bei deren bevorzugten Ausführungsbeispielen, stellt eine Anzahl von Vorteilen gegenüber früheren Gassteuervorrichtungen und -verfahren zur Verfügung. Anstatt eine Anzahl von diskreten bzw. getrennten Komponenten in ein kleineres Steuerungs-Bedienungstafelsystem nur zu verbinden, was bei einigen miniaturisierten Gas- Steuerungssystemen vorgeschlagen wurde, schließt die vorliegende Erfindung die Umgestaltung und Bearbeitung einer Gruppe von Komponenten direkt in einen einzigen Körper (für mechanische Einheiten) oder auf einen elektronischen Chip (zum Beispiel in mikro-elektromechanischen Systemeinheiten) ein. Die Erfindung kann eine Reihe von Modulen zur Verfügung stellen. Jeder von diesen ist unabhängig und hat unterschiedliche Funktionen. Durch das Kombinieren der Druckregelung mit anderen Modulen kann das System erweitert werden, um zusätzlichen Erfordernissen des Kunden wie Reinigung, Verdampfung, Erzeugung eines Gemisches usw. zu entsprechen. Bei bevorzugten Formen können alle Module elektrische Ausgangssignale zur Anzeige abgeben und elektrische Eingangssignale zur Steuerung empfangen. Es kann eine integrierte Ausführung erreicht werden, besonders mit den Haupt-Gasdurchflusswegen, die längs der Achse eines Zylinders für komprimiertes Gas ausgerichtet sind, um undichte Stellen zu minimieren, ungenutzten Raum und überflüssige Verbindungen zu beseitigen, um die Produktqualität und -reinheit zu verbessern, während die Kosten des Systems gesenkt werden.
Durch das Entwerfen einer Anzahl von unterschiedlichen Steuermodulen für unterschiedliche Anwendungen können die Module kombiniert werden, um verschiedenen Erfordernissen des Kunden und das Marktes zu entsprechen, die die folgenden Funktionen umfassen:

– eingebaute Restdrucksteuerung & Sicherheitsentlastung
– Druckmodul zum Regeln des Gasdrucks aus den Zylindern
– Strömungssteuerungsmodul
– Filtrations- und/oder Reinigungsmodul zur Steuerung von UHP-Gasen für elektronische Anlagen
– Venturi-Modul zur Evakuierung bei korrosiven, toxischen und selbst entzündlichen Anwendungen
– elektronische Steuerung der Druckregelung für elektronische Anlagen
– Verdampfermodul zum Umwandeln verflüssigter Produkte in Gas
– Analysatormodul zum Überwachen der Gasqualität
– Gemischmodul zur Erzeugung von Bezugsgasgemischen
– Gas-Vermengungsmodul zur Bearbeitung von Gasgemischen
– voll automatisierte Steuerungsfunktionen für elektronische Anlagen
– Ferndaten-Erfassung, -Speicherung und -Steuerung, z. B. Fernmesseinrichtung.

Die Erfindung findet besondere Anwendung bei der Fertigung von integrierten Schaltungen, die normalerweise die Verwendung eines Gasgehäuses zur Handhabung von toxischen, korrosiven und/oder selbst entzündlichen Gasen erfordern.
Es werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine diagrammatische Darstellung eines typischen bekannten Steuerungssystems für Zylinder für komprimiertes Gas in einer industriellen Anwendung;
2 eine diagrammatische Darstellung eines typischen Gasgehäuses, die die Konfiguration und Technik von Strömungskomponenten für ein gefährliches und/oder korrosives Gas zeigt;
3 eine diagrammatische Darstellung eines Gassteuersystems, das die vorliegende Erfindung verkörpert, um die Funktionen auszuführen, die in einem herkömmlichen Gasgehäuse nach 2 gezeigt werden;
4 eine diagrammatische Seitenansicht des physikalischen Aufbaus des Gassteuersystems nach 3;
5 eine diagrammatische dreidimensionale Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Gassteuervorrichtung für den primären Modul, die in 3 diagrammatisch gezeigt wird;
5a eine weitere diagrammatische dreidimensionale Ansicht, die die interne Anordnung nach 5 ausführlicher zeigt;
5b eine dreidimensionale diagrammatische Darstellung des Äußeren der Komponenten gemäß 5a, mit der Hinzufügung weiterer Komponenten an der Basis;
5c eine dreidimensionale Perspektivansicht der entfernten Seite der Vorrichtung gemäß 5b;
6 eine diagrammatische Darstellung einer alternativen Vorrichtung, die von der nach 3 modifiziert ist;
7a und 7b jeweils eine Seitenansicht und eine diagrammatische Darstellung einer Gassteuervorrichtung, die die Erfindung verkörpert, in der ein sekundärer Modul ein Mischermodul mit einer Gasquelle ist;
8 und 8a diagrammatische Darstellungen eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung zum Mischen von Gas mit einem zweiten Zylinder für komprimiertes Gas;
9a bis 9d eine Reihe von alternativen Füllsystemen, die in Verbindung mit beliebigen der hier dargelegten Ausführungsbeispiele verwendet werden können, wobei 9d speziell eine Füllanordnung zeigt, die eine Ausführungsform der Erfindung verkörpert;
10a bis 10m jeweils: einen Stapel von Modulen, die die Erfindung verkörpern, einen einzelnen Modul, der am oberen Ende eines Gaszylinders befestigt ist, der eine Ausführungsform der Erfindung verkörpert, und eine interne Schaltungsanordnung eines Beispiels eines derartigen Moduls: und zehn Ansichten von Beispielen von 10c;
11a bis 11c eine Reihe von Beispielen des Aufbaus von Komponenten, die in Verbindung mit Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden können, die in 3 und weiteren Abbildungen dieser Anmeldung gezeigt werden.
Als erstes werden zwei Beispiele von gegenwärtigen Anwendungen von Zylindern für komprimiertes Gas beschrieben. 1 zeigt einen grundlegenden Aufbau, der üblicherweise bei der Forschung, analytischen, medizinischen, Bildungs- und einigen anderen industriellen Anwendungen verwendet wird. 2 zeigt ein typisches Gasgehäuse, das häufig in Anlagen zur Halbleiterherstellung verwendet wird.
Nach 1 hat ein Zylinder 11 für komprimiertes Gas ein herkömmliches Zylinderventil 12 und eine Bruchscheibe 13, um eine Sicherheitsüberdruckanordnung zur Verfügung zu stellen. Eine Standardkupplung 14 entsprechend den Standards der Compressed Gas Association wird am Auslass des Zylinderventils 12 zur Verfügung gestellt und ist mit einem Druckregler 15 gekoppelt, der eine ausgewählte Druckreduzierung zur Verfügung stellt und ein Hochdruck-Messgerät 16 und ein Niederdruck-Messgerät 17 hat. Das Zylinderventil 12 und die Bruchscheibe 13 sind am Zylinder 11 befestigt, wobei aber alle nachfolgenden Komponenten nicht am Zylinder befestigt sind und durch herkömmliche Kupplungen oder geschweißte Verbindungen damit verbunden sind. Die Gasströmungsleitung setzt sich vom Druckregler 15 durch ein Isolationsventil 18, ein Rückschlagventil 19, ein Reinigungsgerät 20, einen Filter 21 und ein Isolationsventil 22 zu einem Ausgang 23 fort, der mit dem Gerät verbunden ist, das das Gas nutzt. Zwischen dem Isolationsventil 18 und dem Rückschlagventil 19 wird ein Niederdruck-Sicherheitsentlastungsventil 24 zur Verfügung gestellt.
In 2 stellt ein typisches Gasgehäuse 25 ein belüftetes Gehäuse zur Verfügung, das den Zylinder 11 und die Gassteuerkomponenten einschließt. Das Gasgehäuse ist als Erstes für den Einschluss irgendwelcher katastrophalen undichten Stellen der Zylinderinhalte vorgesehen. Das Gehäuse wird durch ein zentrales Entlüftungssystem am Punkt 26 abgepumpt. Abhängig von den Anwendungen kann das Entlüftungssystem vor dem Abpumpen in die Umgebung ein Gaswäschersystem zur wirksamen Entfernung der Zylinderinhalte aufweisen. Der zweite Zweck des Gasgehäuses ist es, eine wirksame Gasverwaltung zur Verfügung zu stellen, indem Funktionen wie Druck, Filtrierung, Zylinderpegel, periodisch wiederkehrende Spülung, Reinigung und Sicherheitsüberwachung gesteuert werden. Das elektronische Steuersystem des Gasgehäuses stellt eine Echtzeitrückkopplung für Verfahrensgeräte und Bediener mit Informationen bezüglich der Gasnutzung, der Arbeitsweise der Anlage, der Zylinderinhalte, des Verfahrensgasdrucks und des Sicherheitsalarmzustands zur Verfügung.
Es wird nun die Gasdurchflussleitung aus dem Zylinder 11 beschrieben, wobei Komponenten, die denen in 1 entsprechen, durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet werden. Die Ausgabe des Zylinders 11 gelangt vom Zylinder-Absperrventil 12 durch ein Steuerventil 27 und einen Strömungsschalter 28 zu einem weiteren Ventil 29. Ein Hochdruck-Wandler 5 stromaufwärts zu dem Ventil 27 zeigt den Druck des Zylinders 11 an. Die Ausgabe des Ventils 29 gelangt durch ein weiteres Steuerventil 30 zu einem Druckregler 31, um eine ausgewählte Druckreduzierung zu erzeugen. Die Niederdruck-Ausgabe gelangt durch einen Strömungsschalter 32 und einen Filter 33 zu einem weiteren Ventil 34 und von dort durch weitere Steuerventile 35 und 36 zu einem Auslass 37, der zu einem Gerät 38 führt, das das Gas verwendet. Zwischen dem Druckregler 31 und dem Strömungsschalter 32 zeigt ein Niederdruck-Wandler 39 den niedrigen Druck in der Strömungsleitung an.
Die Steuerventile 40 und 41 führen jeweils von den Ventilen 29 und 34 zu einer gemeinsamen Druckleitung 42 durch eine Venturi-Pumpe 43 zum einen Venturi-Auslass 44. Ein Spülgas-Einlass 45 lässt Stickstoff durch die Ventile 46, 47 und 48 zur Venturi-Pumpe 43, um die Evakuierung des Hauptströmungskreislaufs zuzulassen. Die Wirkung des Venturi-Stickstoffs, der am Punkt 45 eintritt und am Punkt 44 austritt, ist es, einen Unterdruck zu erzeugen, um restliche Luft oder Verunreinigungen aus der Haupt-Verfahrensströmungsleitung zu entfernen. Zwischen dem Ventil 27 und dem Strömungsschalter 28 ist im Haupt-Durchflussweg ein Ventil 49 mit einem Hochdruck-Spülgaseinlass 50 angeschlossen, um Hochdruck-Stickstoff von extrem hoher Reinheit zur Spülung der Haupt-Durchflussleitung zuzulassen.
Während des Zylinder-Austausches vom verbrauchten Zylinder auf einen vollen Zylinder muss das Hochdruck-System wirksam vom Verfahrensgas gespült werden. Nach dem Spülen wird die Hochdruck-Anschlussleitungsverbindung zum Zylinder-Absperrventil 12 vom verbrauchten Zylinder getrennt und ein voller Zylinder angeschlossen. Die Gas-Bedienungstafel stellt die Ventilsteuerung und das durch Unterdruck unterstützte Spülen zur Verfügung, das notwendig ist, um die Anschlussleitungsverbindung wirksam zu reinigen. Der Unterdruck-Spülkreislauf wird durch aufeinander folgendes, gegenphasiges Öffnen und Schließen der Ventile 49 und 29 durchgeführt. Auf diese Weise wird das Verfahrensgas entfernt und durch das Spülgas, in diesem Fall Stickstoff von extrem hoher Reinheit, ausgetauscht, das von einer Zylinderquelle zur Verfügung gestellt werden könnte. Die Ventile der Gas-Bedienungstafel werden typischerweise automatisch über eine programmierbare logische Steuerungseinrichtung oder einen Mikroprozessor gesteuert. Die logische Steuerung gewährleistet, dass die Folgesteuerung der Ventile für den Zylinderaustausch folgerichtig ist, und verhindert Fehler des menschlichen Bedieners.
Während des Anschließens des vollen Zylinders entfernt eine ähnliche Folgesteuerung dieser Ventile atmosphärische Verunreinigungen. Die atmosphärische Verunreinigung bildet das größte Risiko für den Beginn der Korrosion oder der Bildung von schädlichen reaktiven Nebenprodukten, die die Wirkungsweise von Steuerungskomponenten stromabwärts nachteilig beeinflussen können. Bei vollem Zylinderdruck sind viele wichtige korrosive Gase sehr empfindlich gegenüber der einsetzenden Korrosion durch restliche atmosphärische Verunreinigungen. Zum Beispiel werden Säuregase wie HBr und HCl, die als Dämpfe zugeführt werden, eine Korrosion einleiten, wenn sich eine kondensierte Phase mit einem korrodierbaren Material in Kontakt befindet. Es folgt, dass, wenn die Hochdruck-Verbindung eliminiert werden kann, die Empfindlichkeit gegenüber atmosphärischen Verunreinigungen auf Grund des Trennens und des erneuten Anschließens des Zylinders gesenkt oder beseitigt werden kann.
Nun 3 zugewandt werden in diagrammatischer Form Gassteuervorrichtungen gezeigt, die die Erfindung verkörpern und angeordnet sind, um die Funktionen gemäß 2 auszuführen. Ein erster Zylinder 11 für komprimiertes Gas enthält Verfahrensgas, wobei ein zweiter Zylinder 111 für komprimiertes Gas Spülgas wie Stickstoff enthält. Jede Zylinder enthält ein eingebautes Reinigungsgerät 9 bzw. 109, die in der Weise angeordnet sind, die in der US-A-5 409 526 beschrieben ist und auf die sich oben bezogen wird. Auf den Zylindern 11 und 111 ist jeweils eine modulare Gassteuervorrichtung mit einem primären Modul 52 bzw. 152 befestigt. Die primären Module sind identisch, führen aber abhängig von der Funktionsweise der inneren Komponenten unterschiedliche Funktionen aus. Auf der oberen Seite des primären Moduls 152 ist ein sekundärer Modul 252 befestigt, der in diesem Fall ein Unterdruckmodul ist.
Betrachtet man anfänglich den primären Modul 52, umfasst dieser einen ersten Halterungskörper (in 3 diagrammatisch an 54 gekennzeichnet, aber vollständiger in 5 gekennzeichnet, wie nachfolgend beschrieben wird). Der Halterungskörper 54 hat einen ersten Haupt-Gasdurchflussweg durch den Körper, der im Allgemeinen an 55 gekennzeichnet ist. Es wird eine Eingang-Verbindungsanordnung 56 zur Verfügung gestellt, um den Körper 54 am Behälter 11 für komprimiertes Gas zu befestigen und den Gasdurchflussweg 55 anzuschließen, so dass er mit dem Gasbehälter 11 kommuniziert. Die Eingang-Verbindungsanordnung 56 umfasst einen ersten Verbindungs-Durchflussweg 57, der mit dem eingebauten Reinigungsgerät 9 über ein Restdruckventil 10 in Verbindung steht, wobei ein zweiter Verbindungs-Durchflussweg 59 zwischen dem Inneren des Zylinders 11 und einem Füllventil 60 im Halterungskörper 54 des primären Moduls 52 direkt in Verbindung steht. Das Füllventil 60 kommuniziert mit einem Fülleinlass 61. Außerdem ist mit dem zweiten Durchflussweg 59 ein Sicherheits-Freigabeventil oder eine Bruchscheibe 62 verbunden.
Der erste Durchflussweg 57 der Eingang-Verbindungsanordnung 56 verbindet den Zylinder 11 mit dem Haupt-Durchflussweg 55, indem er zuerst zu einem Haupt-Zylinderventil 64 geführt wird. Der Ausgang des Haupt-Zylinderventils 64 ist mit einem Filter 65 verbunden, der mit einem Druckregler 66 verbunden ist, um den Druck von etwa 200 Bar auf annähernd 0–20 Bar zu reduzieren. Zwischen dem Filter 65 und dem Druckregler 66 ist ein Hochdruck-Messgerät 67 angeschlossen. Dieses dient dazu, den Druck im Zylinder 11 anzuzeigen und damit den Zustand des Inhalts des Zylinders anzuzeigen, so dass der Zylinder gewechselt werden kann, wenn er leer ist. Der Auslass des Druckreglers 66 ist mit einem Druckschalter oder Strömungsschalter 68 verbunden, um die Niederdruck-Strömung zum Verfahrensgerät durch ein Isolationsventil 69 zu steuern, das zu einer Schnellverbindungs-Ausgabeverbindungsanordnung 70 führt. Der Druckschalter oder Strömungsschalter 68 kann zum Beispiel ein manuell bedientes Nadelventil oder Strombegrenzungsventil sein.
Ein Niederdruck-Messgerät 71 ist mit dem Druck-/Strömungsschalter 68 verbunden, um den Druck im Niederdruck-Abschnitt des primären Moduls 52 anzuzeigen. Der primäre Modul 52 hat außerdem ein Spülgas-Einlassventil 72, das mit dem Haupt-Durchflussweg 55 über ein Rückschlagventil 63 an einer Position stromaufwärts zum Druckregler 66, an einer Position zwischen dem Filter 65 und dem Zylinderventil 64 in Verbindung steht. Das Spülgasventil 72 ist mit einer Spülgas-Einlassanordnung 73 verbunden, die im vorliegenden Fall mit einer Spülleitung 74 verbunden ist, die nachfolgend vollständiger beschrieben wird.
4 ist eine diagrammatische Darstellung einer Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 3.
5, 5a, 5b und 5c zugewandt werden die Komponenten der Gassteuervorrichtung 52 ausführlich, aber in diagrammatischer Form in einer perspektivischen Seitenansicht der Vorrichtung, teilweise im Schnitt gezeigt. 5b und 5c sind dreidimensionale diagrammatische Darstellungen des Äußeren der Komponenten gemäß 5a, unter Hinzufügung weiterer Komponenten an der Basis.
Der Halterungskörper 54 der Gassteuervorrichtung 52 wird als ein länglicher Körper mit einer Hauptachse 51 gezeigt, die im Allgemeinen mit der Achse des Gaszylinders (nicht dargestellt) koaxial ist. Die Eingang-Verbindungsanordnung 56 hat eine innere Bohrung, die nach oben zu dem Haupt-Gasdurchflussweg durch den Körper 54 führt und äußerlich mit einem Gewinde versehen ist (nicht dargestellt), um mit einer herkömmlichen Gewindeöffnung im oberen Ende des Druckgas-Zylinders gekoppelt zu werden.
Das Haupt-Absperrventil 64 wird durch einen Steuerungsknopf 75 betätigt. Auf den Hochdruck-Wandler oder das Druck-Messgerät 67 hat man Zugang durch einen Querdurchgang 76. Der Spülanschluss 73, der mit dem Spülgas-Ventil 72 gekoppelt ist, ist an der entfernten Seite der Vorrichtung positioniert und wird in 5 nicht dargestellt. Das Niederdruck-Absperrventil 69 wird durch einen Steuerungsknopf betätigt. Auf den Füllanschluss 61 erhält man Zugang durch eine abdichtende Abdeckung (nicht dargestellt). Der Druckregler 66 wird durch einen Knopf 78 gesteuert. Der Druckregler besteht aus einem Entspannungsventil 66. Das Rückschlagventil, das in 5 nicht gezeigt wird, ist am oberen Ende des Haupt-Durchflussweges 55 positioniert, wobei jenseits davon eine Schnellverbindungs-Ausgabeverbindungsanordnung 70 zur Verfügung gestellt wird, die von einer abnehmbaren Abdeckung 79 bedeckt ist. Ein Metallgehäuse 50 umgibt den Halterungskörper 54. Auf der Oberseite des Gehäuses 50 ist ein Kunststoffring 48A aufgepasst, um einen äußeren Aufprall zu absorbieren, wobei die Verbindung zwischen dem primären Modul und dem sekundären Modul und die Handhabung geschützt werden.
Es wird nun die normale Funktionsweise des primären Moduls 52 beschrieben, wenn er als eine einzelne Gassteuervorrichtung während der normalen Zuführung des Verfahrensgases aus dem Zylinder 11 zum Benutzungsgerät (nicht dargestellt) verwendet wird.
Nach 3 wird das Spülgas-Ventil 72 normalerweise geschlossen sein, so wie das Füllventil 60 und das Sicherheits-Freigabeventil 62. Wenn Verfahrensgas angefordert wird, wird das Zylinderventil 64 geöffnet, wobei das Verfahrensgas an der Auslass-Verbindungsanordnung 70, gesteuert durch den einstellbaren Druckregler 66 und den Druck-/Strömungsschalter 68 und überwacht durch das Hochdruck-Messgerät 67 und das Niederdruck-Messgerät 71, zugeführt wird. Wenn der Zylinder 11 leer geworden ist, wird er an der Ausgang-Verbindungsanordnung 70 im Niederdruck-Teil des Durchflussweges bei einem Druck im Bereich von 0–20 Bar und an der Spüleinlass-Verbindungsanordnung 73 getrennt, wenn das Ventil 72 geschlossen ist. Die gesamte Einheit aus Zylinder 11 und Gassteuervorrichtung 52 wird dann zum Gasversorger zum Füllen zurückgeführt. Ein neuer gefüllter Gaszylinder wird zusammen mit seinem eigenen primären Modul 52 (wirkt als eine Gassteuervorrichtung), der bereits dauerhaft auf dem Zylinder befestigt ist, zur Verfügung gestellt, wobei der Haupt-Durchflussweg 55 durch die Gassteuervorrichtung 52 gespült wird (wie nachfolgend beschrieben wird) und der neue Zylinder und die Gassteuervorrichtung mit dem Benutzungssystem durch die Ausgang-Verbindungsanordnung 70 des neuen Gaszylinders und mit dem Spülsystem durch die Spüleinlass-Verbindungsanordnung 73 gekoppelt werden. Damit werden das Herstellen und Unterbrechen bei einem relativ niedrigen Druck im Bereich von 0–20 Bar ausgeführt. Die Verbindung zwischen der Gassteuervorrichtung 52 und dem Zylinder 11 wird durch den Anwender des Gaszylinders nicht unterbrochen. Das Nachfüllen des leeren Zylinders wird durch den Gasversorger nach der Rückführung des unversehrten Zylinders und der Steuervorrichtung durch eine versiegelte Eingangshaube ausgeführt, die durch den Anwender nicht entfernt werden kann. Das Füllen wird durch den Gasversorger durch den Füllanschluss 61 und das Füllventil 60 nach einer angemessenen Spülung durchgeführt.
Es wird nun die Struktur der verbleibenden Komponenten gemäß 3 beschrieben. Der Spülgas-Zylinder 111 und der primäre Modul 152 können den identischen Aufbau wie der Zylinder 11 und der primäre Modul 52 haben, wobei der Einfachheit halber gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszahlen mit der Vorziffer 1 gekennzeichnet werden. Auf der Auslass-Verbindungsanordnung 170 des primären Moduls 152 ist der sekundäre Modul 252 befestigt. Der sekundäre Modul umfasst einen zweiten Halterungskörper, der im Allgemeinen mit 254 gekennzeichnet ist und im Allgemeinen einen ähnlichen Charakter hat wie der Halterungskörper 54 gemäß 5. Der sekundäre Modul hat einen Haupt-Gasdurchflussweg 255 durch den Körper und eine zweite Eingang-Verbindungsanordnung 256 und eine zweite Ausgang-Verbindungsanordnung 270. Der Halterungskörper 254 ist an der Verbindung zwischen der zweiten Eingang-Verbindungsanordnung 256 und der Ausgang-Verbindungsanordnung 170 des primären Moduls 152 befestigt und wird dadurch gehalten.
Die Eingang-Verbindungsanordnung 256 ist längs des Haupt-Gasdurchflussweges 255 mit einem Rückschlagventil 280 und von dort mit einem Steuerventil 281 verbunden, dem ein Steuerventil 282 folgt, dessen Ausgang mit der Ausgang-Verbin dungsanordnung 270 verbunden ist. An der Verbindungsstelle zwischen den Steuerventilen 281 und 282 ist ein Steuerventil 283, das zu einer Eingang-/Ausgang-Verbindungsanordnung 284 führt, und außerdem ein Steuerventil 285 angeschlossen, das durch eine Venturi-Pumpe 286 zu deren Entlüftung 287 führt. Zwischen dem Steuerventil 285 und der Venturi-Pumpe 286 ist ein Wandler 288 positioniert. Die Einlass-Verbindungsanordnung 256 ist mit einem weiteren Gasdurchflussweg verbunden, der durch ein Steuerventil 289 zu einem Rückschlagventil 290 und von dort zu der Venturi-Pumpe 286 geführt wird. Die Ausgang-Verbindungsanordnung 270 ist durch eine Druck-/Unterdruckleitung 74 mit dem Spülgas-Einlass 73 des primären Moduls 52 verbunden.
Alle Haupt-Eingang- und Ausgang-Verbindungsanordnungen sind in zwei Verbindungsformen standardisiert. Die Eingang-Verbindungsanordnungen 56 und 156 sind so hergestellt, dass sie an den Standard-Auslass eines Druckgaszylinders passen. Die Auslass-Verbindungsanordnungen 70, 170 und 270 haben alle den gleichen Aufbau und sind so angeordnet, dass sie mit der entsprechenden Eingang-Verbindungsanordnung 256 eines beliebigen sekundären Moduls zusammenpassen. Die Verbindung zwischen der Ausgang-Verbindungsanordnung 170 und der Eingang-Verbindungsanordnung 256 ist angeordnet, um eine strukturelle Halterung für den dadurch befestigten sekundären Modul zur Verfügung zu stellen und um eine Strömungsverbindung zwischen den Haupt-Gasdurchflusswegen der so verbundenen Module zur Verfügung zu stellen. Jede Ausgang-Verbindungsanordnung 70, 170 und 270 kann jedoch auch, wenn nötig, mit einer herkömmlichen Druckleitung wie der Leitung 74 zusätzlich dazu verbunden werden, dass sie mit einem sekundären oder einem weiteren sekundären Modul verbunden werden kann. Damit kann auf dem sekundären Modul 252 ein weiterer sekundärer Modul (nicht dargestellt) befestigt sein.
Die Funktionsweise des sekundären Moduls 252 wird nun in einer typischen Anwendung beschrieben. Es werden zwei Arten von Spülung ausgeführt, eine von ihnen bei relativ hohem Druck (zum Beispiel 200 Bar) durch den Gasversorger, und die andere bei relativ niedrigem Druck (zum Beispiel 0–20 Bar) durch den Anwender. Der Grund ist, dass es Luft im Zylinder geben wird, wenn der Zylinder und sein primärer Modul erstmalig zusammengebaut werden. Selbst wenn der Zylinder mit Unterdruck gespült wurde, wird dies nicht alle Verunreinigungen von den Auslasskomponenten entfernen, so dass die restliche Luft oder Feuchtigkeit darin reagieren und die Komponenten beeinträchtigen würde, wenn der Zylinder mit einem korrosiven oder entzündlichen Gas gefüllt ist und zugelassen wird, dass es durch den Auslasspfad herauskommt. Daher wird eine erste Hochdruck-Form der Spülung ganz am Anfang des Stadiums ausgeführt, wenn der Zylinder das erste Mal mit der Drucksteuervorrichtung zusammengebaut wird. Die Hochdruck-Spülung wird durch den Gasversorger am primären Modul auch beim Nachfüllen des Zylinders ausgeführt. Diese Hochdruck-Spülung wird ausgeführt, indem das Spülgas-Ventil 72 mit einer Quelle von Hochdruck-Spülgas (nicht dargestellt) verbunden wird, die dann durch den primären Modul 52 gespült wird. Dies wird nur durch den Gasversorger und nicht durch den Kunden ausgeführt.
Eine erste Form der Niederdruck-Spülung durch den Anwender wird in 3 gezeigt, wo der sekundäre Modul 252 eine Niederdruck-Spülung des primären Moduls 52 bei der Installation eines nachgefüllten Zylinders 11 ausführen soll. Anfänglich ist in dem sekundären Modul 252 das Ventil 281 geschlossen und die Ventile 289 und 285 geöffnet, so dass das Spülgas aus dem Zylinder 111 durch die Venturi-Pumpe 286 und die Venturi-Entlüftung 287 herausgeführt wird und stromaufwärts zu dem Ventil 282 einen Unterdruck erzeugt. Wenn das Ventil 282 geöffnet ist, findet die Unterdruck-Spülung des primären Moduls 52 durch die Spülleitung 74 statt. Nach der Unterdruck-Spülung werden die Ventile 285 und 289 des Venturi-Entlüftungskreislaufs geschlossen und das Ventil 281 im Haupt-Durchflussweg durch den sekundären Modul geöffnet. Das Spülgas aus dem Zylinder 111 wird dann bei niedrigem Druck durch die Spülleitung 74 geführt, um eine Niederdruck-Spülung zur Verfügung zu stellen. Die Spülleitung 74 wird über diesen Unterdruck/Spülungszyklus gereinigt. Das Ventil 72 wird geöffnet, um eine Niederdruck-Spülung des primären Moduls 52 zur Verfügung zu stellen.
Eine alternative Form der Niederdruck-Spülung wird in 6, einer Modifikation der Anordnung von 3, veranschaulicht. Die Zylinder 11 und 111 und die primären Module 52 und 152 sind in 6 und 3 gleich. Der Spülgas-Zylinder 111 hat keinen darauf befestigten sekundären Modul, wobei auf dem primären Modul 52 für das Verfahrensgas ein sekundärer Modul 352 mit einer vom sekundären Modul 252 abweichenden internen Ventilanordnung befestigt ist. Der Zweck der alternativen Spülanordnung von 6 ist es, die Notwendigkeit einer Venturi-Pumpe zu vermeiden.
Betrachtet man die Struktur und die Verbindungen der Anordnung von 6, wird die Eingang-Verbindungsanordnung 356 des sekundären Moduls 352 mit seiner Ausgang-Verbindungsanordnung 370 längs eines Haupt-Gasdurchflussweges 255 durch zwei Steuerventile 380 und 382 verbunden. Die Verbindungsstelle zwischen den Ventilen 380 und 382 wird zuerst durch ein Steuerventil 393 mit einem Spülgas-Einlass 394 und außerdem durch ein Steuerventil 395 mit dem Anschluss 396 verbunden. Der Spülgas-Einlass 394 wird mit einer Spülgas-Leitung 78 verbunden, die von der Ausgang-Verbindungsanordnung 170 des primären Moduls 152 führt. Die Auslassanordnung 370 des sekundären Moduls 352 wird durch die Verfahrensgasleitung 79 mit dem Verfahrensgerät (nicht dargestellt) verbunden. Wenn ein leerer Zylinder 11 in der Anordnung von 6 ausgetauscht wird, wird das Herstellen und Unterbrechen zwischen der Ausgang-Verbindungsanordnung 70 des primären Moduls 52 und der Eingang-Verbindungsanordnung 356 des sekundären Moduls 352 vorgenommen. Wenn der neue, gefüllte Zylinder zur Verfügung gestellt wird, wurde der primäre Modul 52 durch den Gasversorger mit Hochdruck gespült und wird mit Hochdruck-Spülgas gefüllt geliefert. Der neue Zylinder wird mit der Eingang-Verbindung 356 verbunden, wobei ein Niederdruck-Spülgas längs der Spülgas-Leitung 78 zugeführt wird, um den sekundären Modul 352 und die Verbindung zwischen dem Modul 52 und dem Modul 352 zu spülen. Nach dem Spülen wird das Spülgas-Ventil 393 geschlossen, wobei das Hochdruck-Spülgas im primären Modul 52 durch den sekundären Modul 352 durch Öffnen des Hauptzylinderventils 64 gezwängt wird, um Hochdruck-Verfahrensgas in den primären Modul zu lassen. Der Vorteil des alternativen Verfahrens gemäß 6 ist der, dass die Möglichkeit von Verunreinigungen während der Venturi-Spülung vermieden wird.
7a und 7b zeigen zwei Ansichten eines Gaszylinders 111 mit einem primären Modul 152 und einem weiteren sekundären Modul 452 zum Ausführen einer Mischerfunktion. In 7a wird die Baugruppe diagrammatisch in einer dreidimensionalen Seitenansicht gezeigt, wobei in 7b die Durchflusswege und Komponenten gezeigt werden. Der Zylinder 111 und der primäre Modul 152 sind mit dem gemäß 3 identisch, wobei gleiche Bezugszahlen verwendet werden.
Der sekundäre Modul 452 hat eine Einlass-Verbindungsanordnung 456 und einen Haupt-Durchflussweg 455, der zu einer Ausgang-Verbindungsanordnung 470 führt. Die Eingang-Verbindungsanordnung 456 ist mit einem Strömungs-Steuerventil 401 verbunden, dessen Ausgang erstens mit einem Mischerventil 402 und zweitens mit dem Eingang einer Dampfquelle 403 verbunden ist. Der Ausgang der Dampfquelle 403 ist ebenfalls mit dem Mischerventil 402 verbunden. Der Ausgang des Mischerventils 402 ist mit der Ausgang-Verbindungsanordnung 470 verbunden, die wiederum mit dem Verfahrensgerät längs einer Verfahrensgasleitung 479 verbunden ist. Die Quelle 403 ist ein kleiner Gemischgenerator, der ein Diffusionsrohr oder ein Permeations- bzw. Durchdringungsrohr sein könnte. Wenn das Verfahrensgas aus dem Zylinder 111 durch die Gasquelle 403 geführt wird, wird ein Gemisch aus dem zweiten Gas und dem Verfahrensgas erzeugt, das durch das Strömungs-Steuerventil 401 eingestellt werden kann, um ein Gemisch zu ergeben, das ein feines Gemisch in der Größenordnung von Teilen pro Million des zweiten Gases oder ein prozentuales Gemisch der Komponenten sein kann, um es dem Gasstrom hinzuzufügen. In diesem Fall bildet das Verfahrensgas aus dem Zylinder 111 ein Null-Bezugsgas, wobei die Schaltanordnung im Modul 452 die Bereitstellung für das Verfahrensgerät von entweder dem Null-Bezugsgas direkt aus dem Zylinder 111 oder dem ausgewählten Gemisch zulässt. Das Null-Bezugsgas muss für die Verfahrensleitung für Eichzwecke verfügbar sein. Die Quelle 403 kann günstigerweise ein Rohr mit aktiven Chemikalien, die darin in gasförmiger oder flüssiger Form versiegelt sind, mit einer halb durchlässigen Membran sein, durch die das Material relativ langsam in den Gasstrom aus dem Zylinder 111 dringen oder diffundieren kann.
Damit stellt, um zusammenzufassen, der sekundäre Modul 452 zwei Wege zur Verfügung. Einer wird es ermöglichen, dass das Gas direkt aus dem Zylinder zur Ausgang-Verbindungsanordnung 470 gelangt, wobei der zweite Weg das Gas durch die Quellenvorrichtung 403 führen wird. Die Dampfmenge, die von der Quelle 403 hinzugefügt wird, wird durch die Strömungsrate, die an der Strömungssteuerung 401 eingestellt wird, und den Dampfdruck der Quelle bestimmt, der von der Geometrie der Vorrichtung und der Temperatur der Quelle abhängt.
8a zeigt eine alternative Mischanordnung, in der zwei Verfahrensgase in den Zylindern 11 und 511 zur Verfügung gestellt werden. Auf jedem dieser Zylinder ist ein primärer Modul befestigt, der mit 52 und 552 gekennzeichnet ist, wobei die primären Module mit dem Modul 52 gemäß 3 identisch sind. Auf dem oberen Ende des Moduls 552 befindet sich ein sekundärer Modul 553 zum Mischen der Gase aus den zwei Zylindern. Wie in der eingesetzten Darstellung in 8a gezeigt wird, hat der sekundäre Modul 553 eine erste Eingang-Verbindungsanordnung 556, durch die der Modul 553 auf dem primären Modul 552 befestigt ist, und einen zweiten Gaseinlass an 584. Der sekundäre Modul 553 ist durch einen Halterungskörper ausgebildet, der im Allgemeinen an 554 gekennzeichnet ist, der zwei Durchflusswege dort hindurch hat, die jeweils von den Gaseingängen 556 und 584 zu einer Ausgang-Verbindungsanordnung 520 führen, die durch eine Verfahrensgasleitung 579 mit einem Benutzungsgerät (nicht dargestellt) verbunden wird.
Der Haupt-Gasdurchflussweg 555 führt von der Einlass-Verbindungsanordnung 556 durch ein variables Ventil 510 und einen Filter 511 zu einem Strömungsmesser 512 und von dort zu einem Mischventil 513. Der Auslass des Mischventils 513 ist mit der Ausgang-Verbindungsanordnung 520 verbunden. Der zweite Gaseinlass 584 ist durch ein variables Ventil 514, einen Filter 515, einen Strömungsmesser 516 mit dem Mischventil 513 verbunden. Der Gaseinlass 584 ist durch eine Gasleitung 530 mit der Ausgang-Verbindungsanordnung 70 des primären Moduls 52 verbunden. Bei Betrieb können die Gase aus den zwei Zylindern 11 und 511 in einem gewünschten Verhältnis durch Betätigung der variablen Ventile 510 und 514 gemischt werden. Im Vergleich mit dem mit Bezug auf 7a und 7b beschriebenen Verfahren ist diese Anordnung geeigneter, um Gemische auf prozentualer Ebene herzustellen, um zum Beispiel ein Zwei-Komponentengemisch aus Argon und Wasserstoff herzustellen, wenn in dem Argon-Wasserstoff-Gemisch ein Wasserstoffanteil von 10% gewünscht wird. Die Anordnung von 8a ermöglicht die Bereitstellung von zwei individuellen Zylindern, zum Beispiel für Wasserstoff und Argon, zum Mischen. Dieses Verfahren ist auch für die Herstellung von ppm- oder ppb-Gemischen (ppm für Teile pro Million und ppb für Teile pro Milliarde) geeignet, wenn einer der Zylinder ein geeignetes Gemisch und der andere das Ausgleichsgas enthält.
In einer Modifikation eines primären Moduls (nicht dargestellt) kann das Modul weitere Steuer- und Erfassungsvorrichtungen aufweisen, wobei zum Beispiel ein mit einem Sender verbundener Mikrochip mit einer Fernsteuerstation kommuniziert, so dass Schaltfunktionen innerhalb des primären Moduls durch Fernsteuerung ausgeführt werden können.
Wie erwähnt wurde, können die Komponenten innerhalb der Module durch die Verfahren von mikro-elektromechanischen Systemen hergestellt werden, wie sie zum Beispiel in dem in der Einführung erwähnten Dokument "A Revolutionary Actuator For Microstructures" SENSORS, Februar 1993 dargelegt wurden. Mikromechanische Vorrichtungen und Systeme sind von Natur aus kleiner, leichter, schneller und in der Regel genauer als ihre makroskopischen Gegenstücke. Zusätzlich wird die MEMS-Technologie die Kosten von funktionellen Systemen relativ zu herkömmlich bearbeiteten Systemen reduzieren, indem der Vorteil von Silizium verarbeitenden Technologien ähnlich denen übernommen wird, die bei integrierten Schaltungen verwendet werden. Die Entwicklung solcher Systeme ermöglicht: die Definition einer kleinen Geometrie, genaue Abmessungssteuerung, Ausführungsflexibilität und Schnittstellen mit der Steuerelektronik. Die Technologie kann mikrobearbeitetes Silizium verwenden, wo ein Bereich von unterschiedlichen Sensoren wie Druck, Position, Beschleunigung, Geschwindigkeit, Strömung und Kraft verwendet werden kann.
Es wird nun mit Bezug auf 9a bis 9d zusammen mit den vorhergehenden Zeichnungen eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die sich mit der Bereitstellung eines Füllkreislaufs in einer Gassteuervorrichtung beschäftigt, ob diese Vorrichtung für die Verwendung in einem modularen System geeignet ist oder nicht. 9a zeigt ein bekanntes System. 9d zeigt ein Füllsystem, das diese Ausführungsform der Erfindung verkörpert und dem System gemäß 3 und anderen früheren Abbildungen entspricht. Der Komponenten, die denen entsprechen, die in früheren Abbildungen gefunden wurden, werden mit ähnlichen Bezugszahlen nummeriert, beginnen aber mit der Bezugszahl 6. Die in 9a bis 9d gezeigten Füllsysteme werden jeweils als Systeme A bis D bezeichnet.
Die Komponenten, die in 9a, 9b, 9c und 9d gemeinsam sind, sind wie folgt. Ein Zylinder 611 ist durch einen ersten Verbindungspfad 657 mit einer oberen Zylinder-Gassteuervorrichtung verbunden, die einen Halterungskörper 654 hat, der diagrammatisch angezeigt wird. Der Halterungskörper 654 wird auf dem Zylinder 611 durch eine Eingang-Verbindungsanordnung gehalten, die diagrammatisch an 656 angezeigt wird. Der Halterungskörper 654 hat einen Haupt-Gasdurchflussweg durch den Körper, der im Allgemeinen an 655 angezeigt wird. Die Eingang-Verbindungsanordnung 656 wird zum Befestigen des Körpers 654 auf dem Behälter 611 für komprimiertes Gas und zum Verbinden des Gasdurchflussweges 655 zur Verfügung gestellt, um mit dem Gasbehälter 611 zu kommunizieren. Das Füllen wird durch die Eingang-Verbindungsanordnung 656 durch einen Fülleinlass 661 ausgeführt. In jedem Fall wird das Füllen durch ein Füllventil ausgeführt. In den Systemen A, B und C ist das Füllventil ein Rückschlagventil 608, wobei im System D das Füllventil ein Hochdruck-Absperrventil 660 ist. Die Gassteuervorrichtung hat eine Ausgang-Verbindungsanordnung 670 zum Verbinden mit einem Benutzungsgerät. Der Haupt-Gasdurchflussweg 655 führt von der Eingang-Verbindungsanordnung 656 zur Ausgang-Verbindungsanordnung 670 durch das Haupt-Absperrventil 664 und einen Druckregler 666, um den Druck von etwa 200 Bar auf annähernd 0–20 Bar zu reduzieren. Es können weitere Komponenten zur Verfügung gestellt werden, wie im Allgemeinen in 3 und anderen Abbildungen dieser Anmeldung gezeigt wird.
Betrachtet man wieder das bekannte Füllsystem gemäß 9a, gibt es drei Problemfaktoren bei dieser herkömmlichen Füllanordnung für eine obere Zylinder-Baugruppe, die einen Druckminderer aufweist. Bei diesen Anordnungen kommuniziert der Füllanschluss 661 mit dem Benutzungskreislauf zwischen dem Hochdruck-Absperrventil 664 und dem Druckminderer 666. Der Füllanschluss 661 ist bei normaler Anwendung durch ein Rückschlagventil 608 geschlossen, durch das das Füllen stattfindet. Die drei Anforderungen sind:

(i) den Druckregler während des Füllvorgangs zu schützen;
(ii) ein funktionelles Element wie ein BIP (built-in purifier – eingebautes Reinigungsgerät), einen Filter oder ein Rückschlagventil zum Auslass des Gaszylinders bei normaler Anwendung hinzufügen zu können und noch durch die Baugruppe füllen zu können; und
(iii) den Gaszylinder zwangsläufig durch Absperrventile an allen Auslässen zu versiegeln, wenn er nicht verwendet wird (ohne die Notwendigkeit, während des Füllens zwei Absperrventile zu bedienen).

Gemäß 9b und 9c sind verschiedene Kombinationen möglich, um einige dieser Anforderungen zu erreichen, wobei aber die einzige Anordnung, die alle diese Anforderungen erfüllt, die gemäß 9d ist.
Mit ausführlicherem Bezug nun zu den vier Füllsystemen, zuerst in 9a, ist das System A eine bekannte Füllanordnung, die in medizinischen und Helium-Zylinder-Versorgungssystemen verwendet wird. Das Füllen geschieht durch das Rückschlagventil 608, das sich mit dem Haupt-Durchflussweg 655 zwischen dem Absperrventil 664 und dem Druckminderer 666 verbindet. Der Vorteil ist, dass das Absperrventil 664 den hohen Druck vom System und dem Bediener isoliert hält, bis er verwendet wird. Das Rückschlagventil 608 wird im Füllkreislauf verwendet, wobei dieser aber nicht den hohen Druck während der Nichtnutzung des Systems enthalten muss, da dieser durch das Absperrventil 664 behandelt wird. Der Nachteil des Systems A ist, dass während des Füllens des Zylinders 611 der Druckminderer 666 dem hohen Fülldruck ausgesetzt ist.
Im System B nach 9b verbindet sich der Füllkreislauf mit dem Haupt-Durchflussweg 655 stromaufwärts zum Absperrventil 664. Der Nachteil ist, dass das Rückschlagventil 608 im Füllkreislauf immer dem vollen Druck aus dem Zylinder 611 ausgesetzt ist, ob der Zylinder in Gebrauch ist oder nicht. Das Verschließen des Absperrventils 664 dichtet den Zylinder 611 nicht vollständig ab, so dass es eine gewisse Möglichkeit einer undichten Stelle durch das Rückschlagventil 608 gibt.
Nach 9c ist das System im Allgemeinen gemäß 3, außer dass das Rückschlagventil 608 an Stelle des Absperrventils 60 im Füllkreislauf von 3 gezeigt wird.
Nach 9d wird ein System D gezeigt, dass das bevorzugte System gemäß der Erfindung ist. Es gibt einen völlig separaten Füllkreislauf mit einem Absperrventil 660 anstatt des Rückschlagventils 608 im Füllkreislauf. Dies stellt ein erfinderisches Merkmal unabhängig von der Modularität zur Verfügung. Die Verbesserung hier ist die Kombination eines separaten Füllkreislaufs mit einem Absperrventil im Füllkreislauf anstatt des Rückschlagventils. Dies ergibt die Fähigkeit zum Füllen bei nur einem zu bedienenden Ventil und zur vollständigen Abdichtung des Zylinders durch die zwei Absperrventile, wenn er nicht in Gebrauch ist.
Es soll erkannt werden, das beliebige der Füllsysteme gemäß 9a bis 9d mit weiteren Merkmalen der Erfindung wie der Modularität verwendet werden können, um Ausführungsbeispiele der Erfindung in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung zur Verfügung zu stellen.
Eine besonders bevorzugte Form der Anordnung gemäß 9d ist die Anordnung gemäß 3 und weiterer Abbildungen, in denen ein eingebautes Reinigungsgerät 9 innerhalb des Zylinders 11 zur Verfügung gestellt wird, das mit dem ersten Verbindungs-Durchflussweg 57 durch das Druck-Rückhalteventil 10 verbunden ist.
Es wird nun eine Anzahl von Vorteilen der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung dargelegt.
Die Kombination des Absperrventils im Füllkreislauf und des Druckreglers am Zylinder stellt eine Anzahl von Vorteilen zur Verfügung. Das eingebaute Reinigungsgerät kann das Gas auf einen Standard von Teilen pro Milliarde von Verunreinigungen oder sogar Teilen pro Billion reinigen, was mit früheren Filtern nicht erreicht werden kann. Auf die herkömmliche Art erreicht das gereinigte Gas das Gerät im Benutzungskreislauf, indem es durch eine Reihe von diskreten bzw. getrennten Strömungs-Steuerkomponenten geführt wird, die miteinander über Ventile und Formstücke verbunden sind. Diese Art von Anordnung wird unvermeidlich große Oberflächen, die mit dem Gas in Kontakt kommen, undichte Stellen und ungenutzte Räume einführen, die das gereinigte Gas wieder verunreinigen werden. Das direkte Anordnen eines Druckreglers über dem eingebauten Reinigungsgerät in einer auf einem Zylinderkopf befestigten Gassteuervorrichtung mit verringertem Volumen und einer geringsten Anzahl von Verbindungen im stromabwärts gelegenen Pfad zum eingebauten Reinigungsgerät ist ein wirksamer Weg, um die Verunreinigungen zu minimieren.
Ein eingebautes Reinigungsgerät kann außerdem Partikel filtern, um eine sehr hohe Vorgabe von Zylindergasen zu erzielen, die normalerweise bei bekannten Zylinder-Gasprodukten nicht verfügbar war. Formstücke in den Gasströmungs-Kreisläufen erzeugen häufig Partikel. Aus diesem Grund reduziert das Konzept zum direkten Kombinieren eines Druckreglers mit einem eingebauten Reinigungsgerät ohne irgendwelche Verbindungen die Erzeugung von Partikeln.
Obwohl das eingebaute Reinigungsgerät Partikel wirksam entfernen kann, können Partikel stromabwärts erzeugt werden, wenn Hochdruck-Gas durch ein Reduzierstück wie einem Absperrventil plötzlich expandiert. Die Verwendung eines Druckreglers in Kombination mit einem eingebauten Reinigungsgerät reduziert den Ausgangsdruck und wird einige Partikelprobleme vermeiden und die Partikelmessung viel einfacher machen.
Einige korrosive Gase sind gegenüber dem Gas-Zuführungssystem bei einem niedrigeren Druck weniger korrosiv. Das eingebaute Reinigungsgerät kann Feuchtigkeit entfernen, um die Korrosivität des Gases zu reduzieren, wobei der Druckregler den Auslassdruck reduzieren kann, um die Korrosivität weiter zu reduzieren.
Bei dieser Anmeldung ist mit Reinigungsanordnung eine Anordnung zur Entfernung von gasförmigen und/oder festen Verunreinigungen gemeint. Ähnlich dazu kennzeichnet der Begriff Reinigungsgerät oder eingebautes Reinigungsgerät eine Reinigungsanordnung zur Entfernung von gasförmigen und/oder festen Verunreinigungen. Günstigerweise kann dies durch Adsorptionsmittel, Absorptionsmittel, Katalysatoren und/oder Filtermedien und/oder deren Gemischen erreicht werden.
Es wird nun mit Bezug auf 10a und 10b eine Modifikation der Auslass-Verbindungsanordnung einer modularen Gassteuervorrichtung beschrieben, die die Erfindung verkörpert. Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden bevorzugte Anordnungen beschrieben, in denen für jedes Modul der Haupt-Gasdurchflussweg für wenigstens einen Teil seiner Länge längs einer Hauptachse des Halterungskörpers ausgerichtet ist, wobei sich die Hauptachse durch die Eingang-Verbindungsanordnung und die Ausgang-Verbindungsanordnung des Moduls erstreckt. Es wurde auch ein bevorzugtes Merkmal beschrieben, in dem die Ausgang-Verbindungsanordnung eines Moduls auf oder an einer oberen Fläche des primären Moduls zum Befestigen eines sekundären Moduls über dem primären Modul positioniert ist. Unter gewissen Umständen kann es jedoch bevorzugt werden, dass das obere Modul einer Reihe von Modulen seinen Niederdruck-Auslass an einem Seitenanschluss anstatt an einem oberen Anschluss haben sollte. Der Vorteil davon ist es, den Eintritt von Verunreinigungen zu vermeiden, wenn die Auslassanordnung nicht mit einem Benutzungskreislauf verbunden ist, besonders bei industriellen Anwendungen. Damit wird entsprechend einer alternativen bevorzugten Form die Auslassanordnung von jedem einer Reihe von Modulen, die einer auf dem oberen Ende des anderen gestapelt sind, für jeden Modul auf oder an einer oberen Fläche des Moduls zur Verfügung gestellt, abgesehen vom obersten Modul, wenn die Auslassanordnung an einer Seitenfläche des Moduls zur Verfügung gestellt wird.
In 10a wird ein Zylinder 711 gezeigt, an dem zwei aufeinander folgende Module 752A und 752B befestigt sind. In jedem Fall ist die Ausgang-Verbindungsanordnung 770A bzw. 770B des Moduls auf oder an der oberen Oberfläche des Moduls koaxial mit der Achse des Zylinders 711 positioniert. Für das letzte gezeigte Modul 752C ist die Ausgang-Verbindungsanordnung 770C auf oder an einer Seitenfläche des Moduls positioniert. Typischerweise wird der erste Modul 752A einen Druckregler aufweisen und wird im Allgemeinen so sein, wie an 52 und 152 in 3 gezeigt wird. Ein derartiges Reglermodul kann mit einer Ausgang-Verbindungsanordnung 770A an der oberen Oberfläche gemäß 10a oder mit einer Ausgang-Verbindungsanordnung 770C an einer Seitenfläche gemäß 10b versehen sei. Günstigerweise können die zwei Module gemäß 10a und 10b 752A und 752D aus einem gemeinsamen Schmiedestück hergestellt sein. Die Auslässe können entweder auf der oberen Oberfläche oder an einer Seitenfläche ausgearbeitet werden, so dass sich die zwei Auslassformen ergeben, die in 10a und 10b gezeigt werden. Damit kann ein Druckreglermodul zwei Auslassarten, vertikal und horizontal, haben, die abhängig von ihren Anwendungsgebieten unterschiedlich angewendet werden. Die vertikale Auslassversion ist der Modul, der mit wenigstens einem Modul mehr in einem vertikalen Stapel verbunden wird. Die horizontale Auslassversion ist ein Modul, der der letzte Modul sein soll, wie ein industriell oder medizinisch integriertes Ventil, wo der einzige Modul ein Druckreglermodul sein wird.
In 10c wird die interne Schalttechnik eines typischen oberen Zylinder-Moduls wie das gemäß 10b diagrammatisch gezeigt. In 10c entsprechen die gezeigten Komponenten den Komponenten in der Vorrichtung 52 in 3. Die entsprechenden Komponenten werden durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet, wobei aber vor der Bezugszahl die Ziffer 7 hinzugefügt wird. Der Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel von 10c und dem von 3 ist der, dass die Auslassanordnung 70 von 3 von der oberen Oberfläche des Körpers 54 verschoben ist und in 10c als Auslassanordnung 770 an der Seitenfläche des Körpers 754 positioniert gezeigt wird.
Am bevorzugtesten liegt die Auslassanordnung 770 seitlich relativ zu dem Modul, vorzugsweise in eine horizontale Richtung gewandt. Wie erläutert wurde, ist der Vorteil der, dass besonders bei industriellen Anwendungen die Auslassanordnung 770 weniger wahrscheinlich durch herabfallende Verunreinigungen verunreinigt wird, wenn sie in einer Seitenfläche der Einheit, die zur Seite gewandt ist, anstatt in einer oberen Fläche, die nach oben gewandt ist, befestigt ist.
Bei Beispielen des Ausführungsbeispiels von 10c kann der Druckregler 766 ein fester Regler oder ein variabler Druckregler sein. Der Spülgas-Kreislauf 773, 772 und 763 ist optional und kann vollständig weggelassen werden. Ähnlich dazu ist das Isolationsventil 769 optional und kann vollständig weggelassen werden. Wo es enthalten ist, kann das Ventil 769 ein Absperrventil, wie es gezeigt wird, oder ein Nadelventil sein, das als Strömungs-Steuerventil anstatt als Absperrventil wirkt.
10a bis 10m zeigen jeweils: einen Stapel aus Modulen, die die Erfindung verkörpern (10a); ein einzelner Modul, der an dem oberen Ende eines Gaszylinders angebracht ist, der eine Ausführungsform der Erfindung verkörpert (10b); die interne Schalttechnik eines Beispiels eines derartigen Moduls (10c); und zehn Ansichten von Beispielen des Moduls gemäß 10c. Die zehn Ansichten bestehen aus den Ansichten gemäß 10d bis 10m. Die Ansichten in 10d bis 10i betreffen ein Beispiel der Vorrichtung gemäß 10c, wobei 10j bis 10m ein zweites Beispiel der Vorrichtung gemäß 10c zeigen.
Mit Bezug zuerst auf 10d bis 10g werden vier orthogonale Seitenansichten eines Beispiels der oberen Zylinder-Vorrichtung von 10c gezeigt. In diesem Beispiel werden fünf Funktionen in der Gassteuervorrichtung 752, nämlich das Absperrventil 764, das Inhalts-Messgerät 767, die Auslassverbindung 770, der Druckregler 766 und der Fülleinlass 761 zur Verfügung gestellt. 10h und 10i sind teilweise Schnittansichten, die denen von 10d und 10e entsprechen. Wie gezeigt wird, weist die Vorrichtung ein Gehäuse 750 auf, das den Haupt-Halterungskörper der Vorrichtung umgibt und davon beanstandet ist, wobei das Gehäuse eine Anzahl von Öffnungen hat, die einen Zugang oder eine Sicht auf verschiedenen Komponenten ermöglicht, die die aufgelisteten Funktionen ausführen. Günstigerweise kann das Gehäuse 750 so geformt sein, dass es eine Anordnung zur Handhabung des Gasbehälters zur Verfügung stellt, mit dem die Vorrichtung an der Einlass-Verbindungsanordnung 756 verbunden ist. (Der Griff und der Gaszylinder werden in 10d bis 10m nicht gezeigt.) Das Bedeutende von 10d bis 10i ist, dass eine bequeme Anordnung der Komponenten gezeigt wird, um einen Zugang und eine Sicht auf die Komponenten, die fünf Funktionen durchführen, durch vier orthogonale Löcher oder Öffnungen im Gehäuse 750 zu ermöglichen. Man wird erkennen, dass das Beispiel gemäß 10d bis 10i eines ist, in dem bestimmte Komponenten von 10c weggelassen werden können, zum Beispiel der Spülgas-Kreislauf 773, 772 und 763.
10j bis 10m zeigen vier orthogonale Seitenansichten eines weiteren Beispiels der Vorrichtung von 10c. In diesen Abbildungen wird in dem Beispiel ebenfalls ein einstellbarer Druckregler 766A mit einem manuell bedienbaren Hebel, um den Druck einzustellen, und ein Niederdruck-Auslass-Messgerät 771 (777 in 10l) zur Verfügung gestellt, das verwendet werden kann, um die Strömung anzuzeigen. Damit zeigen 10j bis 10m, wie die Komponenten angesichts von sieben Funktionen in einer oberen Zylinder-Vorrichtung anzuordnen sind, so dass die Komponenten durch vier orthogonale Öffnungen zugänglich sind oder gesehen werden können.
Es werden nun mit Bezug auf 11a bis 11e Beispiele von Komponenten beschrieben, die in früheren Abbildungen durch diagrammatische Symbole gezeigt wurden.
In 11a wird eine diagrammatische Darstellung eines Beispiels eines Druckreglers 66 gemäß 3, auch als Druckreduzierungsanordnung und auch als Druck-Entspannungsventil bezeichnet, gezeigt. Das Beispiel nach 11a ist ein Druckregler 886 mit einem Einlassdurchgang 880 und einem Auslassdurchgang 881. Hochdruck-Gas, das in den Durchgang 880 eintritt, gelangt durch eine zentrale Öffnung in einem Kolben 882 in eine Kammer 883 und von dort zu einem Reduzierstück 884. Der Druck in der Kammer 883 bestimmt die Position des Kolbens 882. Wenn der Druck in der Kammer 883 über den erforderlichen Druck ansteigt, wird der Kolben 882 zur rechten Seite in der Abbildung gegen eine Feder 885 bewegt und engt den Spalt ein, durch den das Gas vom Einlassdurchgang 880 geführt wird. Das in 11a gezeigte Beispiel ist ein fester Druckminderer, obwohl es bei anderen Beispielen eine manuell einstellbare Druckreduzierung geben kann.
In 11b wird eine diagrammatische Darstellung eines Beispiels eines Absperrventils 64 gemäß 3, auch als das Haupt-Zylinderventil und als ein Hochdruck-Absperrventil bezeichnet, gezeigt. Die Komponente von 11b kann mit entsprechenden Modifikationen auch verwendet werden, um das Füllventil 60, das Isolationsventil 69 und die Steuerventile 281, 282, 285 und 289, ebenfalls gemäß 3, zur Verfügung zu stellen.
Bei dem Beispiel gemäß 11b hat ein Absperrventil 864 einen Einlassdurchgang 890 für Hochdruck-Gas und einen Auslassdurchgang 891. Ein bewegbares Ventilelement 892 ist in der Abbildung zur linken Seite, um das Ventil zu schließen, und zur rechten Seite in der Abbildung bewegbar, um das Ventil durch Steuerung einer manuell bedienbaren Spindel 893 zu öffnen.
In dieser Anmeldung ist mit Absperrventil ein steuerbares Ventil gemeint, das einen offenen Zustand und einen geschlossenen Zustand und eine Steuerungsanordnung zum Wechseln des Ventils zwischen den Zuständen hat.
11c ist eine diagrammatische Darstellung eines Beispiels des Rückschlagventils 63 gemäß 3. Das Beispiel gemäß 11c kann mit entsprechenden Modifikationen auch verwendet werden, um die Rückschlagventile 280 und 290 in 3 zu bilden.
Bei dem Beispiel gemäß 11c umfasst ein Rückschlagventil einen Einlassdurchgang 895, der an einem bewegbaren Ventilelement 896 vorbei zu einem Auslassdurchgang 897 führt. Das bewegbare Ventilelement wird auf einer Membran 898 gehalten und wird in der Abbildung in der offenen Position gezeigt, wenn Hochdruck-Gas im Einlassdurchgang 895 das Ventilelement 896 gegen den Druck der Membran 898 vom Ventilsitz 899 weg hält. Wenn der Druck im Einlassdurchgang 895 unter einen vorgegebenen Pegel fällt, spannt die Membran 898 das bewegbare Ventilelement 896 gegen den Sitz 899 vor, um das Ventil zu schließen.
Man wird erkennen, dass allgemein, wo ähnliche Komponenten in weiteren Ausführungsbeispielen gezeigt werden, die in 11a bis 11c angegebenen Beispiele verwendet werden können.

Claims

Gassteuervorrichtung zur Verwendung mit einem Zylinder für komprimiertes Gas mit einem diskreten bzw. einzelnen bzw. separaten "primären" Modul (152) mit einem Körper (154) mit: einem Haupt-Gasdurchflussweg (155) durch den Körper, wobei der Weg einen Hochdruck-Gasausgabeeinlass und einen Niederdruck-Gasausgabeauslass hat, einem Hochdruck-Gasfüllweg durch den Körper, wobei der Weg einen Hochdruck-Gasfülleinlass (161) und einen Hochdruck-Gasfüllauslass hat, einer Eingangs-Verbindungsanordnung (156) zur Befestigung und Halterung des Körpers (154) auf einem Zylinder (111) für komprimiertes Gas und für die Verbindung des Zylinders mit dem Körper sowohl mit dem Hochdruck-Gasausgabeeinlass als auch mit dem Hochdruck-Gasfüllauslass, der mit dem Gaszylinder in Verbindung steht, um eine Strömung des Gases von dem Zylinder in den Hochdruck-Gasausgabeeinlass oder die Strömung des Gases von dem Hochdruck-Gasfüllauslass in den Zylinder zu ermöglichen, einer Druckreduzierungsanordnung (166) in dem Haupt-Gasdurchflussweg (155), um an die Niederdruck-Gasausgabeauslass Gas bei einem ausgewählten Druck zur Verfügung zu stellen, der wesentlich geringer als der Druck in dem Zylinder (111) ist, weiterhin mit einem Hochdruck-Absperrventil (164) für den Haupt-Gasdurchflussweg in dem Haupt-Gasdurchflussweg (155), und einer Ausgangs-Verbindungsanordnung (170), die mit dem Niederdruck-Gasausgabeauslass in Verbindung steht; dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (164) für den Hochdruck-Haupt-Gasdurchflussweg sich stromaufwärts von der Druckreduzierungsanordnung (166) befindet, um selektiv den Durchflussweg (155) zu öffnen und abdichtend zu schließen, und dass ein Absperrventil (160) für den Hochdruck-Gasfüllpfad sich in dem Hochdruck-Gasfüllpfad befindet, um diesen Strömungspfad selektiv zu öffnen und abdichtend zu schließen, und dass unter der Voraussetzung, dass, wenn die Ausgangs-Verbindungsanordnung (170) nicht angepasst ist, um direkt einen diskreten bzw. getrennten sekundären Modul (252) mit einem Gas-Strömungspfad-Einlass auf dem primären Modul mit dem Niederdruck-Gasausgabeauslass des primären Moduls in Verbindung mit dem Gasströmungseinlass des sekundären Moduls zu befestigen, der Hochdruck-Gasfüllpfad von dem Haupt-Gasdurchflussweg (155) diskret bzw. getrennt ist und der Hochdruck-Gasausgabeeinlass und der Hochdruck-Gasfüllauslass getrennt mit dem Gaszylinder (111) in Verbindung stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Körper (152) des primären Moduls auch aufweist: einen Spülgas-Strömungspfad mit einem Spülgas-Einlass (173), der mit dem Haupt-Gasdurchflussweg (155) des primären Moduls stromaufwärts der Druckreduzierungsanordnung (166) in Verbindung steht, um Spülgas zu dem Haupt-Gasdurchflussweg des primären Moduls (155) zuzulassen, und ein Spülgasventil (172), um den Spülgas-Strömungspfad selektiv zu öffnen und abdichtend zu schließen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem stromaufwärts vor der Druckreduzierungsanordnung (166) angeordneten Hochdruck-Sicherheitsüberdruck-anordnung (165) oder einem Hochdruck-Sicherheitsüberdruckbereich, der angepasst ist, um eine Struktur für die Befestigung einer Sicherheitsüberdruckanordnung zur Verfügung zu stellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer stromabwärts zu der Druckreduzierungsanordnung (166) angeordneten Niederdruck-Anzeigeeinrichtung (171) oder einem Niederdruck-Anzeigebereich, der angepasst ist, um eine Struktur für einen Druckanzeiger zur Anzeige des Drucks in dem Haupt-Gasdurchflussweg (155) stromabwärts zu der Druckreduzierungsanordnung zur Verfügung zu stellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem der Hochdruck-Gasausgabeeinlass für den primären Modul gemeinsam mit dem Hochdruck-Gasfüllauslass des primären Moduls ist und der Haupt-Gasdurchflussweg (155) des primären Moduls und der Hochdruck-Füllpfad des primären Moduls einen gemeinsamen Pfad zu einer Stelle stromaufwärts zu der Druckreduzierungsanordnung (166) für den primären Modul haben.
Gassteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Restdruckventil an dem Hochdruck-Gasausgabeeinlass.
Gassteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Niederdruck-Gas-Hauptdurchflussweg-Absperrventil (169) stromabwärts zu der Druckreduzierungs-anordnung (166), um den Durchflussweg selektiv zu öffnen und abdichtend zu verschließen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hochdruck-Füllpfad diskret bzw. getrennt von dem Haupt-Gasdurchflussweg (155) ist und der Hochdruck-Gasausgabeeinlass und der Hochdruck-Gasfüllauslass getrennt mit dem Gaszylinder (111) kommunizieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ausgang-Verbindungsanordnung (170) angepasst ist, um direkt auf dem primären Modul (172) einen diskreten bzw. getrennten sekundären Modul (252) mit einem Gasströmungspfad-Einlass (256) mit dem Niederdruck-Gasausgabeauslass (170) für den primären Modul in Verbindung mit dem Gasströmungspfadeinlass (256) für den sekundären Modul zu befestigen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Ausgang-Verbindungsanordnung (170) eine Schnellverbindungs-Ausgabeverbindungsanordnung (70) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei der Hochdruck-Füllpfad diskret bzw. getrennt von dem Haupt-Gasdurchflussweg (155) ist, und der Hochdruck-Gasausgabeeinlass und der Hochdruck-Gasfüllauslass getrennt mit dem Gaszylinder (111) kommunizieren.
Gassteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 mit einem diskreten bzw. getrennten, direkt auf der Ausgang-Verbindungsanordnung (170) befestigten bzw. montierten sekundären Modul (252) mit einem Gas-Strömungspfadeinlass (256) mit dem Niederdruck-Gasausgabeauslass (170) für den primären Modul in Verbindung mit dem Gas-Strömungspfadeinlass (256) für den sekundären Modul.
Modulare Gassteuervorrichtung nach Anspruch 12, wobei der sekundäre Modul (252) einen Körper (254) aufweist mit: einem Haupt-Gasdurchflussweg (255) durch den Körper, wobei der Weg einen Gas-Ausgabeeinlass (256) und einen Gasausgabe-Auslass (270) hat, einer Eingang-Verbindungsanordnung (256), die mit der Ausgang-Verbindungsanordnung (170) des primären Moduls zusammenwirkt, um direkt den Körper (254) an dem sekundären Modul auf dem primären Modul (152) zu befestigen, wobei der Gasausgabeeinlass (256) des sekundären Moduls mit dem Niederdruck-Ausgabeauslass (170) des primären Moduls kommuniziert, um eine Strömung des Niederdruck-Gases von dem primären Modul (152) zu dem sekundären Modul (252) zu ermöglichen, und mit einer Ausgabe-Verbindungsanordnung (270), die mit dem Gas-Ausgabeauslass des sekundären Moduls kommuniziert, und mit einer Kombination von wenigstens zwei funktionellen Komponenten für die Ausführung der Funktionen, die sich auf den Gasstrom durch den sekundären Modul beziehen.
Modulare Gassteuervorrichtung nach Anspruch 13 für die Verwendung mit einem Zylinder für komprimiertes Gas mit einer Hauptzylinderachse, wobei jeder Modul eine Hauptachse hat, die durch seine Eingangs-Verbindungsanordnung und seine Ausgangs-Verbindungsanordnung verläuft, wobei der Haupt-Gasdurchflussweg jedes Moduls längs seiner Hauptachse für wenigstens einen Teil seiner Länge ausgerichtet ist, und die Hauptachse der Module, wenn sie zusammengebaut sind, im Wesentlichen koaxial mit der Haupt-Zylinderachse ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 mit wenigstens zwei sekundären Modulen (252), von denen ein sekundärer Modul auf dem primären Modul (152) befestigt ist und der oder jede weitere sekundäre Modul auf einem vorhergehenden sekundären Modul befestigt ist, um einen Stapel von sekundären Modulen einer über den anderen zu bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der sekundäre Modul wenigstens zwei funktionelle Komponenten hat, die aus einer Anordnung für die Messung der Gasströmung, einer Anordnung zur Änderung der Parameter der Gasströmung, einer Anordnung zur Umschaltung der Gasströmung, eine Anordnung zum Ablassen der Gasströmung, eine Anordnung zum Mischen der Gasströmung und einer Anordnung für irgendeine Kombination der obigen Funktionen ausgewählt sind.
Modulare Gassteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, zur Verfügung gestellt durch Verbinden eines Satzes von diskreten bzw. getrennten Modulen, wobei der Satz von Modulen den primären Modul (152) und mehrere sekundäre Module (252) aufweist, wobei die Eingang-Verbindungsanordnung (256) jedes sekundären Moduls (252) mit der Ausgang-Verbindungsanordnung (170, 270) eines primären Moduls (152) oder eines sekundären Moduls (252) zusammenwirkt, um den Körper (254) des jeweiligen sekundären Moduls direkt auf dem primären Modul (152) oder auf einem weiteren sekundären Modul (252) zu befestigen, wobei der Gasausgabeauslass des jeweiligen sekundären Moduls mit dem Gasausgabeauslass des primären Moduls oder des vorherigen sekundären Moduls kommuniziert.
Modulare Gassteuervorrichtung nach Anspruch 17, wobei wenigstens ein sekundärer Modul ein Vakuum- bzw. Unterdruckmodul mit einer Entlüftungsöffnung (287) und einer schaltbaren Ventilanordnung (289, 286) zur selektiven Umleitung der Gasströmung von dem jeweiligen Gasausgabeauslass (256) des primären Moduls ist, um durch die Auslassöffnung entlüftet zu werden, wodurch ein Unterdruck an dem jeweiligen Gasausgabeauslass (270) für den sekundären Modul erzeugt wird, um ein Gerät zu evakuieren, das mit der Ausgabeverbindungsanordnung (270) des jeweiligen sekundären Moduls verbunden ist.
Modulare Gassteuervorrichtung nach Anspruch 17, wobei wenigstens eine Ausgabeverbindungsanordnung für den sekundären Modul mit einem Spülgas-Eingang eines Benutzungsgerätes verbunden ist.
Modulare Gassteuervorrichtung nach Anspruch 17, wobei wenigstens ein sekundärer Modul ein Mischermodul mit einem Mischer-Gasströmungspfad, der mit dem jeweiligen Haupt-Gasdurchflussweg des jeweiligen sekundären Moduls kommuniziert, und einer steuerbaren Ventilanordnung ist, um der Gasströmung durch den Haupt-Gasdurchflussweg ein weiteres Gas hinzuzufügen, um so eine Mischung von Gasen an dem Gasausgabeauslass des jeweiligen sekundären Moduls zu liefern.