KR20230021674A - 가스 혼합물을 분배하기 위한 시설 및 방법 - Google Patents
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Abstract
가스 혼합물을 분배하기 위한 설비가 개시되고, 이러한 설비는 제1 가스의 공급원(1), 제2 가스의 공급원(2), 제1 가스 공급원(1)에 그리고 제2 가스 공급원(2)에 유체적으로 연결된 혼합 장치(3)로서, 하나의 배출구(33)에서 제1 가스 및 제2 가스를 포함하는 가스 혼합물을 생산하도록 구성되는, 혼합 장치(3), 동작 시에, 혼합 장치(3)의 배출구(33)에서의 가스 혼합물의 생산 유량(DP)을 규정하는, 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)에서 혼합 장치(3)를 향해서 유동하는 제1 가스의 유량 및 상기 제2 가스의 유량을 각각 조절하도록 구성된 제1 유량 조절기 부재(41) 및 제2 유량 조절기 부재(42), 생산 유량(DP)에 대한 각각의 비율에 따라 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)을 조정하기 위해서 제1 및 제2 유량 조절기 부재(41, 42)를 제어하도록 구성된 제어 유닛(5)으로서, 각각의 비율은 제1 가스 및/또는 제2 가스의 가스 혼합물 내의 적어도 하나의 목표 함량(C1, C2)에 따라 결정되는, 제어 유닛(5), 한편으로 혼합 장치(3)의 배출구(33)에 그리고 다른 한편으로 분배 라인(6)에 유체적으로 연결된 버퍼 탱크(7)로서, 분배 라인(6)은, 가스 혼합물의 가변적인 소비를 나타내는 소비 유량(DC)으로, 가스 혼합물을 소비 유닛(10)에 분배하도록 구성되는, 버퍼 탱크(7), 물리적 양을 측정하고 물리적 양의 제1 측정 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 측정 센서(8)로서, 물리적 양의 변동은 분배 라인(6)에 의해서 분배되는 소비 유량(DC)의 변동을 나타내는, 측정 센서(8)를 포함하고, 제어 유닛(5)은 측정 센서(8)에 연결되고 제1 측정 신호를 이용하여 제1 제어 신호를 생성하도록 구성되고, 유량 조절기 부재(41, 42)는 제1 제어 신호에 응답하여 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)을 조정하도록 구성된다.
Description
본 발명은 가스 소비 유닛에 의해서 사용되도록 의도된 가스 혼합물을 전달하기 위한 플랜트에 관한 것이다. 이러한 플랜트는 혼합물을 사용 장소로 직접 전달할 수 있으며, 또한 소비 유닛에 의해서 소비되는 유동에 따라 플랜트에 의해서 생산되는 혼합물의 유량을 조정할 수 있다. 본 발명은 또한 그러한 플랜트를 이용하여 혼합물을 전달하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
특히, 본 발명에 따른 플랜트 및 프로세스는 순수 가스의 혼합물 또는 가스 예비-혼합물을 전달하기 위한 것이며, 특히 질소, 아르곤, 산소, 헬륨, 수소, 탄화수소, 예를 들어 프로판과 같은, 공기로부터 추출된 가스의 혼합물을 전달하기 위한 것이다.
"가스 소비 유닛"이라는 표현은 하나의 소비 유닛 및 가스 혼합물에 의해서 병렬로 공급되는 몇 개의 개체, 특히 분지 상자(branch box)의 하류에 배치된 몇 개의 개체 모두로 확장될 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
일반적으로, 가스 혼합물은 압축되거나 액화된 형태로 가스 실린더 내에 포장된다. 가스 실린더의 충진은 순차적인 모드로 실행되고, 혼합물의 성분들은 차례로 실린더 내로 도입된다. 각각의 구성에 대해서, 실린더 내로 도입되는 가스의 양에 대한 체크가, 성분의 도입 중에 그리고 이후에 실린더 내의 압력을 모니터링하는 것에 의해서, 또는 성분의 도입 중에 실린더의 중량을 측정하는 것에 의해서 실행된다. 가스 혼합물을 포장하기 위한 그러한 플랜트가 특히 문헌 WO 2010/031940 A1에 기술되어 있다.
가스 소비 유닛에 의해서 제공되는 성능 및/또는 결과에 관한 신뢰성 및 재현성을 사용자에게 보장하기 위해서, 각각의 성분의 농도에 대한 큰 정확도를 제공하는 가스 혼합물을 생산할 필요가 있다. 적용 분야에 따라, 목표 값에 대한 농도의 실제 값의 변동에 대한 최대 공차는 10%(상대적%) 또는 5% 또는 심지어 그 미만일 수 있다. 성분의 수가 많을수록 및/또는 그 내용물이 적을수록, 그러한 공차를 만족시키는 것이 더 어렵다.
요구되는 정확도에 따라, 현재의 포장 방법은 불충분할 수 있다. 특히, 압력의 제어에 의한 압력에 따른 포장(manometric packaging)은, 압력 센서의 정확도에 의해서 그리고 가스의 양의 계산에 영향을 미치는 온도의 변동에 의해서 본질적으로 제한되는 정확도를 제공한다. 생산되는 가스 혼합물의 농도 값과 관련된 불확실성에, 상이한 실린더들 내에 포장되는 혼합물들 사이의 농도 차가 더해진다. 그러한 차이는 소비 유닛에 의해서 생성되는 결과가 각각의 실린더 교환에 따라 실질적으로 달라지게 할 수 있다.
성분들의 무게를 측정하는 중량 포장은 혼합물의 조성과 관련된 더 높은 정확도를 제공하지만, 여전히 실린더를 충진하는 단계적 프로세스를 필요로 한다.
그러나, 실린더의 이용은 가스 혼합물의 소비가 변화될 때 예측하기 어려운 전달의 중단으로 인해서 사용자의 자율성을 제한하는 결과를 초래한다. 가스 혼합물의 리드 타임(lead time)이 비교적 길 수 있기 때문에, 사용자는 그 생산 연속성을 보장하기 위해서 실린더들의 재고를 관리하여야 한다.
또한, 혼합물로 실린더를 충진하는 것은 이러한 유형의 동작을 위해서 특별히 설비된 포장 센터에서 이루어진다. 이어서, 실린더는 그 사용 장소로 운반되어야 하고, 이는 전용 물류를 필요로 한다. 가연성, 발화성, 독성 및/또는 무산소(anoxic) 성분을 포함하는 가스 혼합물을 운송하는 문제에 있어서, 위험한 상품의 운반과 연계된 제약이 또한 존재한다.
또한, 실린더들을 연결/분리하는 동작은 사용자에게 번거롭고, 가스 혼합물이 주변 공기로 오염될 위험을 높인다. 실린더는 또한, 충전 전에, 세정, 부동태화 등의 단계를 포함하는 특정 준비를 필요로 한다.
본 발명의 목적은, 특히 혼합물의 소비 지점에서의 요건에 따라, 전달의 연속성 및 유연성을 제공하면서, 혼합물의 조성을 정확하게 제어할 수 있는 가스 혼합물을 전달하기 위한 플랜트를 특히 제안함으로써, 전술한 단점의 전부 또는 일부를 극복하는 것이다.
이러한 목적을 위해서, 본 발명의 해결책은 가스 혼합물을 전달하기 위한 플랜트로서,
- 제1 가스의 공급원,
- 제2 가스의 공급원,
- 제1 가스의 공급원에 그리고 제2 가스의 공급원에 유체적으로 연결된 혼합기 장치로서, 배출구에서, 제1 가스 및 제2 가스를 포함하는 가스 혼합물을 생산하도록 구성되는, 혼합기 장치,
- 동작 시에, 혼합기 장치의 배출구에서의 가스 혼합물의 생산 유량을 규정하는, 제1 유량 설정점 및 제2 유량 설정점에 따라 혼합기 장치를 향해서 유동하는 제1 가스의 유동 및 제2 가스의 유동을 각각 조절하도록 구성된 제1 유동 조절기 부재 및 제2 유동 조절기 부재,
- 제1 유량 설정점 및 제2 유량 설정점을 생산 유량에 대한 각각의 비율로 조정하기 위해서 제1 및 제2 유동 조절기 부재를 제어하도록 구성된 제어 유닛으로서, 상기 각각의 비율은 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 목표 함량에 따라 결정되는, 제어 유닛,
- 한편으로 혼합기 장치의 배출구에 그리고 다른 한편으로 전달 라인에 유체적으로 연결된 버퍼 탱크로서, 전달 라인은, 가스 혼합물의 가변적인 소비를 나타내는 소비 유량으로, 가스 혼합물을 소비 유닛에 전달하도록 구성되는, 버퍼 탱크,
- 물리적 양을 측정하고 상기 물리적 양의 제1 측정 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 측정 센서로서, 상기 물리적 양의 변동은 전달 라인에 의해서 전달되는 소비 유량의 변동을 나타내는, 측정 센서를 포함하고, 제어 유닛은 측정 센서에 연결되고 제1 측정 신호로부터 제1 제어 신호를 생성하도록 구성되며, 유동 조절기 부재는 상기 제1 제어 신호에 응답하여 제1 유량 설정점 및 제2 유량 설정점을 조정하도록 구성된다.
경우에 따라, 본 발명은 이하에 기재된 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
플랜트는 제1 및 제2 유량 설정점으로부터 측정 센서에 의해서 제공되는 제1 측정 신호까지의 제1 피드백 루프를 포함하고, 상기 제1 루프는,
- 제어 유닛(5) 내에 배치되고 적어도 제1 오류 신호를 제1 측정 신호로부터 생성하도록 구성된 제1 비교기,
- 특히 비례, 적분 및 미분 유형의, 제어 유닛 내에 배치되고 제1 오류 신호로부터 제1 제어 신호를 생성하도록 구성된 제1 교정기,
- 제1 교정기에 연결되고, 제1 제어 신호를 수신하여 제1 및 제2 유동 조절기 부재를, 제1 유량 설정점 및 제2 유량 설정점이 제1 제어 신호와 일치되는, 각각의 위치로 이동시키도록 구성된, 제1 및 제2 유동 조절기 부재의 작동기를 포함한다.
측정 센서는 소비 유량을 측정하도록 구성된 유동 센서 또는 유량계를 포함한다.
제1 비교기는, 적어도, 소비 유량의 변동을 나타내는 제1 오류 신호를 생성하도록 구성되고, 제1 교정기는, 제1 및 제2 유량 설정점을 유량의 변동의 방향과 동일한 방향으로 변경하기 위해서 제1 및 제2 유동 조절기 부재의 이동을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하도록 구성된다.
측정 센서는 버퍼 탱크 내에 지배적인 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서를 포함한다.
제1 비교기는 버퍼 탱크 내의 압력의 변동을 나타내는 제1 오류 신호를 생성하도록 구성되고, 제1 교정기는, 적어도, 제1 및 제2 유량 설정점을 압력의 변동의 방향과 반대되는 방향으로 변경하기 위해서 제1 및 제2 유동 조절기 부재의 이동을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하도록 구성된다.
제1 비교기는, 적어도, 저압 문턱값, 고압 문턱값으로부터 선택된 적어도 하나의 매개변수와 제1 측정 신호의 비교로부터 제1 오류 신호를 생성하도록 구성된다.
제1 및 제2 유동 조절기 부재의 각각은 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이에서 이동될 수 있고, 폐쇄 위치에서 제1 유량 설정점 또는 제2 유량 설정점은 0이고, 완전 개방 위치에서 제1 유량 설정점 또는 제2 유량 설정점의 각각은 제1 최대 유량 값 또는 제2 최대 유량 값을 가지며, 제1 및 제2 유동 조절기 부재는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 적어도 하나의 중간 위치를 점유할 수 있고, 상기 중간 위치는 바람직하게는 그 각각의 제1 또는 제2 최대 값의 적어도 25%, 더 바람직하게는 적어도 35%와 동일한 제1 유량 설정점 또는 제2 유량 설정점에 상응한다.
버퍼 탱크는 플랜트의 최대 생산 유량의 적어도 절반과 동일한 내부 부피를 갖는다.
플랜트는, 버퍼 탱크의 하류에 배치되고 공급 라인에 의해서 전달되는 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 함량을 분석하도록 구성된 제1 분석 유닛을 포함한다.
플랜트는 혼합기 장치의 제1 배출구에서 생산되는 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 함량을 측정하고 결과적으로 적어도 제2 측정 신호를 제공하도록 구성된 제2 분석 유닛을 포함하고, 제어 유닛은 제2 분석 유닛에 연결되고 제2 측정 신호로부터 제2 제어 신호를 생성하고 상기 제2 제어 신호에 응답하여 생산 유량에 대한 제1 유량 설정점의 비율 및/또는 제2 유량 설정점의 비율을 수정하도록 구성된다.
플랜트는 생산 유량에 대한 제1 유량 설정점 및/또는 제2 유량 설정점의 각각의 비율로부터 제2 분석 유닛에 의해서 제공된 제2 측정 신호까지의 제2 피드백 루프를 포함하고, 제2 루프는,
- 제어 유닛 내에 배치되고, 제1 가스의 목표 함량, 제2 가스의 목표 함량으로부터 선택된 적어도 하나의 매개변수와 제2 측정 신호의 비교로부터 적어도 제2 오류 신호를 생성하도록 구성된 제2 비교기,
- 특히 비례, 적분 및 미분 유형의, 제어 유닛 내에 배치되고 제2 오류 신호로부터 제2 제어 신호를 생성하도록 구성된 제2 교정기,
- 제2 교정기에 연결되고, 제1 및/또는 제2 유동 조절기 부재를, 생산 유량에 대한 제1 유량 설정점 및/또는 제2 유량 설정점의 비율이 제2 제어 신호와 일치되는, 각각의 위치로 이동시키도록 구성된, 제1 및/또는 제2 유동 조절기 부재의 작동기를 포함한다.
제어 유닛은 인간-기계 인터페이스를 포함하고, 이러한 인터페이스는,
- 사용자가 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 목표 함량을 입력하도록 구성된 입력 인터페이스, 특히 터치 스크린,
- 상기 목표 함량으로부터, 생산 유량에 대한 제1 유량 설정점 및/또는 제2 유량 설정점의 미리 결정된 비율을 계산하기 위한 적어도 하나의 계산 규칙을 포함한다.
플랜트는 소비 유닛이 가스 혼합물을 이용하는 장소에 위치된다.
또한, 본 발명은 가스 혼합물을 전달하기 위한 프로세스에 관한 것으로서, 이러한 프로세스는 이하의 단계를 포함한다:
a. 제1 가스를 제1 유량 설정점으로 혼합기 장치에 전달하기 위해서, 제1 가스를 제1 유동 조절기 부재 내로 전달하는 단계,
b. 제2 가스를 제2 유량 설정점으로 혼합기 장치에 전달하기 위해서, 제2 가스를 제2 유동 조절기 부재 내로 전달하는 단계,
c. 혼합기 장치의 배출구를 통해서, 제1 가스 및 제2 가스를 포함하는 가스 혼합물을 생산 유량으로 생산하는 단계,
d. 제1 및/또는 제2 유동 조절기 부재의 제어를 통해서, 생산 유량에 대한 각각의 비율로 제1 유량 설정점 및 제2 유량 설정점을 조정하는 단계로서, 상기 각각의 비율은 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 목표 함량에 따라 결정되는, 단계,
e. 버퍼 탱크를 통해서, 단계 d)에서 생산된 혼합물을 전달 라인 내로 도입하고, 가스 혼합물을, 가스 혼합물의 가변적인 소비를 나타내는 소비 유량으로, 소비 유닛에 전달하는 단계,
f. 물리적 양을 측정하는 단계로서, 물리적 양의 변동은 전달 라인에 의해서 전달되는 소비 유량의 변동을 나타내는, 단계,
g. 단계 f)에서 취해진 측정으로부터, 적어도 제1 측정 신호를 생성하고, 제1 및 제2 유동 조절기 부재의 제어에 의해서, 상기 제1 측정 신호에 따라 제1 유량 설정점 및 제2 유량 설정점을 조정하는 단계.
이제 이하에 기술된 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 예시로서 제공되는 이하의 상세한 설명을 통해 본 발명이 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 플랜트의 동작을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제1 피드백 루프를 개략적으로 도시한다.
도 3은 버퍼 탱크 내에서 지배적인 압력의 시간에 걸친 변화의 그리고 플랜트의 생산 유량의 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 플랜트에 의해서 전달되는 가스 혼합물의 유량의 시간에 걸친 변화와 함께, 이러한 변화 중에 측정된 혼합물의 성분의 함량의 예를 도시한다.
도 5는 도 3으로부터 측정된 함량과 관련된 곡선의 확대를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제1 피드백 루프를 개략적으로 도시한다.
도 3은 버퍼 탱크 내에서 지배적인 압력의 시간에 걸친 변화의 그리고 플랜트의 생산 유량의 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 플랜트에 의해서 전달되는 가스 혼합물의 유량의 시간에 걸친 변화와 함께, 이러한 변화 중에 측정된 혼합물의 성분의 함량의 예를 도시한다.
도 5는 도 3으로부터 측정된 함량과 관련된 곡선의 확대를 도시한다.
도 1은 제1 가스(1)의 공급원 및 제2 가스(2)의 공급원을 포함하는 본 발명에 따른 플랜트를 나타낸다. 제1 가스(1) 및 제2 제2 가스(2)는 성질이 상이하다. 이들은 하나의 또는 혼합된 순수 물질, 또는 몇 개의 순수 물질의, 특히 하나의 순수 물질이 다른 물질로 희석된 예비 혼합물일 수 있다. 가스 공급원의 각각은 가스 실린더, 일반적으로 50 L 이하의 물 부피를 가질 수 있는 실린더, 서로 연결되어, 극저온 저장 탱크 또는 로리 트레일러 상에 배치된 탱크와 같은, 특히 용량이 1000 L 이하인, 더 큰 용량의 실린더들의 번들 또는 탱크를 형성하는 실린더들의 세트일 수 있다. 바람직하게는, 공급원은 유체를 기체 상태로 전달한다. 전달 전에, 유체는 기체 상태로, 액체 상태로, 즉 액화된 가스로, 또는 액체/가스 2-상 상태로 저장될 수 있다.
도 1은, 플랜트가 2개의 가스 공급원으로부터 2원계 가스 혼합물, 즉 2개의 성분을 포함하는 가스 혼합물을 생성하도록 구성된 경우를 도시한다. 물론, 본 발명에 따른 플랜트는 2개 초과의 가스의 공급원을 포함할 수 있고, 2개 초과의 성분을 포함하는 혼합물, 특히 3원계 또는 4원계 가스 혼합물을 생산할 수 있다.
제1 가스 및 제2 가스의 공급원의 각각은 제1 라인(21) 및 제2 라인(22)에 의해서 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 각각에 연결된다. 이들은 가스 혼합기 장치(3)를 향해서 유동하는 제1 가스 및 제2 가스의 유동을 조절하기 위해서 제공된다. 바람직하게는, 라인(21, 22)들이 혼합기 장치(3)의 상류에 위치된 연결 지점(31)에서 함께 결합되어, 혼합기 장치의 유입구(32)에 연결된 공유 라인 부분을 형성한다. 따라서, 제1 및 제2 가스의 혼합물이 장치(3)에 진입하여, 그 내부에서 더 혼합되고 균질화된다. 라인(21, 22)이 혼합기 장치(3)의 2개의 별도의 유입구(32a, 32b) 내로 각각 개방되는 것을 또한 생각할 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
바람직하게는, 라인(21, 22)의 각각은 압력-감소 밸브 및 압력 센서를 구비하고, 그에 따라 이러한 라인 내의 지배적인 압력을 측정 및 제어한다. 제1 및 제2 가스의 압력은, 일반적으로 1 내지 10 bar의 값에서, 일정하게 각각 유지될 수 있다.
각각의 유동 조절기 부재(41, 42)는, 희망 값에 가장 가까운 유량 값이 되도록 유체의 유량을 설정, 조절, 조정하도록 구성된 임의의 수단일 수 있다.
일반적으로, 유동 조절기 부재(41, 42)의 각각은, 밸브, 예를 들어 비례 제어 밸브와 같은 팽창 부재와 조합된, 유동 센서, 또는 유량계를 포함한다. 밸브는 공압형 또는 압전형, 아날로그형 또는 디지털형일 수 있다. 밸브는 이동 부분, 일반적으로 적어도 하나의 폐쇄 부재를 포함하고, 이러한 이동 부분은 유체의 유동 내에 배치되고 그 변위가 유동 면적을 변경할 수 있게 하고, 그에 따라 유동을 변경하여 이를 설정점 값이 되게 할 수 있다. 특히, 유동 조절기 부재(41, 42)는 질량 유동 센서 및 비례 제어 밸브를 포함하는 질량 유동 조절기일 수 있다. 조절이 유체의 질량의 측정을 기초로 하는 경우에도, 설정점 및 측정된 유동 값이 반드시 질량으로 표현되지 않는다는 것에 주목하여야 한다. 따라서, 부피 유동 설정점이 비례 제어 밸브의 백분율 개방으로 표현될 수 있고, 이러한 백분율 개방은 조절되는 부재의 제어 밸브에 인가되는 전압 값에 상응한다. 백분율 개방과 질량 또는 부피 유동 값 사이의 변환은 100% 개방에 대한 조절된 유동의 공칭 값을 아는 것에 의해서 달성된다.
하나의 유리한 실시형태에 따라, 밸브는 압전형이다. 이러한 유형의 밸브는 높은 정확도, 밸브에 인가되는 전압의 모니터링을 가능하게 하는 양호한 재현성을 제공한다. 그러한 밸브는 또한 자기장 및 무선-주파수 노이즈에 비교적 둔감하다. 그 에너지 소비는 낮고 최소의 열을 생성한다. 금속 제어 표면 상의 금속은 가스와의 반응을 감소시키거나 심지어 제거한다. 마지막으로, 특히 솔레노이드 밸브와 비교하여, 상대적으로 작은 유동 제어 공동 부피로 인해서, 가스의 신속한 교체 및 우수한 동적 응답을 가질 수 있다.
실제로, 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)는, 각각, 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)에 따라 혼합기(3)에 진입하는 제1 가스의 유동 및 제2 가스의 유동을 조절할 수 있게 한다. 혼합기 장치(3)의 배출구(33)에서, 가스 혼합물은, 2개의 가스 공급원을 갖춘 플랜트의 경우에, 제1 및 제2 가스의 2개의 유량(D1 및 D2)의 합에 상응하는 생산 유량(DP)으로 빠져 나온다. 플랜트가 예를 들어 제3 가스의 공급원을 포함하는 경우에, 유량(DP)은 혼합기 장치(3)의 방향으로 상응 유동 조절기 부재(41, 42, 43)에 의해서 조절되는 유량(D1, D2, D3)의 합이 될 것이다.
본 발명에 따른 플랜트는 제어 유닛(5)을 더 포함하고, 이러한 제어 유닛은 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)에 연결되어 그 동작을 제어하고, 특히 설정점 값(D1, D2)을 조정하여 이들이 플랜트의 동작 조건에 따라 결정된 그리고 적합한 값이 되게 한다.
이를 위해서, 유동 조절기 부재(41, 42)는 각각 유리하게는, 제어 유닛(5)에 의해서 유동 설정점이 주어지는 폐쇄-루프 시스템을 포함한다. 이러한 설정점은 이어서 폐쇄-루프 시스템에 의해서 유동 조절기 부재(41, 42)에 의해 측정된 값에 비교되고, 결과적으로 그 위치가 상기 시스템에 의해서 조정되어 D1, D2에 가능한 한 근접한 유동을 혼합기 장치(3)로 보낸다.
유리하게는, 제어 유닛(5)은 PLC(Programmable Logic Controller) 시스템으로도 지칭되는 프로그래밍 가능 제어기, 즉 감독을 위한 인간-기계 인터페이스 및 디지털 통신 네트워크를 포함하는 산업 프로세스용 제어 시스템을 포함한다. PLC 시스템은, 플랜트의 제어 하위-시스템 또는 장비를 제어하는 몇 개의 모듈형 제어기를 포함할 수 있다. 장비의 이러한 단편들은 각각: 적어도 하나의 측정 센서로부터의 데이터의 획득, 적어도 하나의 유동 제어 부재에 연결된 적어도 하나의 작동기의 제어, 매개변수의 조절 및 피드백, 시스템의 다양한 장비 단편들 사이의 데이터의 전송 중 적어도 하나의 동작을 보장하도록 구성된다.
그에 따라, 제어 유닛(5)은: 마이크로제어기, 마이크로프로세서, 컴퓨터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어 유닛(5)은 플랜트의 제어 장비의 다양한 단편에, 특히 유동 조절기 부재(41, 42), 센서(8)에 연결될 수 있고, 전기, 이더넷, 모드버스(Modbus) 등의 연결에 의해서 상기 장비의 단편과 통신할 수 있다. 예를 들어 무선 주파수, WIFI, 블루투스 등의 연결에 의해서, 플랜트의 장비의 전부 또는 일부에 대한 다른 연결 및/또는 정보 전송 모드를 생각할 수 있다.
첫 번째로, 전기 로직(5)은, 가스 혼합물 내의 제1 가스의 목표 함량(C1) 및/또는 가스 혼합물 내의 제2 가스의 목표 함량(C2)에 따라, 생산 유량(DP)에 대한 유량(D1)의 미리 결정된 비율 및/또는 DP에 대한 유량(D2)의 미리 결정된 비율, 즉 미리 결정된 D1/DP 및/또는 D2/DP 비율을 계산한다.
바람직하게는, 전기 로직(5)은 제2 가스의 목표 함량(C2)으로부터의 제2 가스 유량(D2)의 계산을 수행하지 않고, D1로부터의 추정에 의해서 D2를 설정한다. 이어서, D2는 D1을 뺀 DP에 상응한다. 바람직하게는, 전기 로직(5)은, 혼합물 중 적은 가스의 목표 함량인 목표 함량(C1)으로부터 DP에 대한 유량(D1)의 미리 결정된 비율을 계산한다.
예를 들어 3원계 혼합물에서, D1 및 D2는 각각의 목표 함량(C1, C2)으로부터 설정될 수 있을 것이고, 제3 가스의 제3 유량 설정점(D3)은 D1 및 D2의 값으로부터 추정된다는 것에 주목하여야 한다.
하나의 구현 가능성에 따라, 제어 유닛(5)은, 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 목표 함량을 사용자가 입력할 수 있게 하는 입력 인터페이스, 예를 들어 터치 스크린을 포함하는 인간-기계 인터페이스(300)를 포함한다. 예를 들어, 함량은 가스 혼합물 내에 존재하는 제1 가스 또는 제2 가스의 부피 백분율로서 표현될 수 있다. 더 일반적으로, 인간-기계 인터페이스(300)는 사용자가 명령어를 제어 유닛(5)에 제공하게 할 수 있다.
유동 조절기 부재(41, 42)는 제어 유닛(5)으로부터 명령을 수신하여, 제1 및 제2 가스의 유동을 가스 혼합물에 대한 목표 조성으로부터 결정된 각각의 설정점(D1, D2)으로 조절한다. 이러한 유량으로, 제1 가스 및 제2 가스가 혼합기 장치(3)에 진입한다.
일반적으로, 혼합기 장치(3)는 공통 혼합기 부피를 포함하고, 이러한 부피 내로 유입구 또는 유입구들 및 배출구(33)가 개방되고, 그 내부에서 혼합물이 균질화된다. 예를 들어, 혼합기에 진입하는 유체들의 연속적인 혼합을 가능하게 하는 정적 혼합기 유형의 혼합기(3)를 사용할 수 있다. 이러한 유형의 혼합기는 일반적으로, 유체의 유동을 방해할 수 있고, 압력 강하 및/또는 난류를 생성할 수 있으며, 그에 따라 유체의 혼합 및 그 균질화를 촉진할 수 있는, 플레이트, 파이프의 일부, 삽입체와 같은 적어도 하나의 방해 요소를 포함한다.
그에 따라, 제1 및 제2 가스의 혼합물이 혼합기 장치(3)의 배출구(33)에서 생산 유량(DP)으로 생산된다. 유량(D1 및 D2)은 유량(DP)에 의해서 그리고 제1 및 제2 가스의 희망 함량(C1, C2)에 의해서 결정된다.
발생되는 하나의 문제는, 가스 혼합물의 수요가 달라지는 소비 유닛(10)으로의 가스 혼합물의 전달에 관한 것이다. 그로부터 가스 혼합물을 지점(10)으로 이송하기 위한 유량이 달라질 것이다.
혼합기 장치의 배출구에서 생산되는 가스 혼합물의 유량을 소비되는 가스의 유량에 맞추기 위해서, 본 발명은 혼합기(3)의 배출구(33)를 라인(23)을 통해서 버퍼 탱크(7)의 유입구에 연결하는 것을 제시한다. 전달 라인(6)은 버퍼 탱크(7)의 배출구에 유체적으로 연결되고, 동작 시에, 가스 혼합물을 소비 유닛(10)에 전달할 수 있게 한다.
플랜트는 과압의 경우에 사용되는 릴리프 밸브와, 그리고 가스 재프로세싱 유닛으로의 혼합물의 통과를 제어하는 밸브와 연관된 분출부(vent)(15)를 갖춘, 버퍼 탱크(7)에 유체적으로 연결된 분출 라인(25)을 포함할 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 밸브는, 소비 유닛으로의 전달을 시작하는 단계 중에, 플랜트의 라인들 및 버퍼 탱크(7)를 퍼지하게 할 수 있다.
그에 따라, 소비 유닛(10)으로의 가스 혼합물의 전달은, 소비 유닛(10)의 혼합물의 소비에 상응하는 소비 유량(DC)으로, 버퍼 탱크(7)로부터 발생된다. 유량(DC)이 전달 플랜트의 동작 중에 변화되는 경우에, 버퍼 탱크(7) 상류의 생산 유량(DP)은 혼합물에 대한 수요에 더 이상 상응하지 않을 수 있다. 버퍼 탱크(7)는, 유체 회로에 제공하는 보충 부피로 인해서, 유량(DP)에 상응하지 않는 경우에도, 유량(DC)에서의 전달을 보장할 수 있게 한다. 특히, DP가 DC보다 큰 경우에, 탱크(7)는 가스 혼합물이 전달 라인을 향해서 강제되는 것을 방지하고, 그에 따라 과다 생산을 흡수한다. 그리고 DP가 DC보다 작은 경우, 버퍼 탱크(7)는, 예를 들어 소비가 큰 소비 유량으로 너무 빨리 시작될 때, 사용자가 이용할 수 있는 혼합물의 저장부를 형성하고, 이는 저생산 상황에서도 유량(DC)으로 전달하는 것을 보장할 수 있게 한다.
또한, 플랜트는, 물리적 양을 측정하고 상응하는 제1 측정 신호를 제어 유닛(5)에 제공하는 측정 센서(8)를 포함하고, 물리적 양의 변동은 전달 라인(6) 내에서 유동하는 소비 유량(DC)의 변동을 나타낸다. 특히, 제1 측정 신호는 센서(8)에 의해서 취해진 몇 개의 연속적인 측정을 포함할 수 있다. 유닛(5)은 이를 수신하고 제1 제어 신호를 생성하며, 제1 제어 신호는 유동 조절기 부재(41, 42)에 전송되어 제1 제어 신호에 따라 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)을 조정한다.
따라서, 본 발명은 초기에 설정된 유량 설정점(D1, D2)을 재계산하여, 이들을 소비 유량(DC)의 변동에 그리고 그에 따라 사용자의 수요에 맞출 수 있게 한다. 혼합기 장치(3)는 혼합물 유동을 생성하고, 그 제어는 소비되는 유량과 관련된다.
동시에, D1/DP 및 D2/DP 비율이 가스 혼합물에 대해서 요구되는 제1 가스 및 제2 가스의 함량에 따르도록, 제어 유닛(5)이 D1/DP 및 D2/DP 비율을 계속 모니터링한다는 것에 주목하여야 한다.
본 발명에 따른 프로세스는 유리하게는, 소비가 이전에 검출되지 않았을 때, 소비 유닛에 의한 혼합물의 소비의 시작 중에, 시작 단계를 구현한다. 이러한 시작 단계 중에, 0의 생산 유량(DP)으로부터 미리 결정된 생산 유량(DP)의 제1 및 제2 가스의 혼합물의 생산으로 변경된다.
실제로, 시작 단계에서, 사용자는, 생산될 수 있는 최대 생산 유량의 미리 결정된 백분율에 상응하는 최소 "시작" 값으로 설정될 수 있는 미리 결정된 유량(DP)으로 가스 혼합물의 생산을 시작할 수 있다. 이러한 최대 생산 유량은, 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)가 전달하도록 설계된 제1 최대 유량 값 및 제2 최대 유량 값의 합에 상응한다. 유리하게는, 미리 결정된 백분율은 최대 생산 유량의 적어도 25%, 바람직하게는 적어도 35%, 그리고 더 바람직하게는 적어도 50%이다. 이는 D1, D2 유동 조절기를 그 최적의 그리고 가장 정확한 동작 범위에서 측정하는 센서를 이용할 수 있게 한다.
특히 혼합물의 조성이 목표 조성과 일치하지 않을 수 있는 경우에, 혼합물을 소비 유닛(10)에 전달하기 전에, 생산되는 가스 혼합물이 분출부(15)로 전달될 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
사용자는 선택적으로 먼저 예상 소비 유량(DC)보다 큰 생산 유량을 설정하여, 버퍼 탱크(7)를 충진할 수 있고 그 내부에서 혼합물의 저장부를 구성할 수 있다.
소비의 시작 단계 후에, 생산을 조절하는 단계가 이어지고, 이러한 생산 조절 단계 중에 생산 유량(DP)은 소비 유량(DC)에 따라 조정된다. 조절 단계 중에, 제어 유닛(5)은 측정 센서(8)로부터 수신된 측정을 통해서 소비 유량(DC)을 모니터링한다. 소비 유량(DC)의 변화가 검출되는 경우에, 제어 유닛(5)은, 라인 내로의 유량(DP)이 수정된 유량(DC)이 되도록 혼합기의 상류에 전달되는 유량(D1, D2)을 조정하기 위한 제1 제어 신호를 생성한다.
바람직하게는, 측정 센서(8)는 연속적으로 또는 준-연속적으로 측정을 수행한다. 바람직하게는, 제어 유닛(5)은, 제1 제어 신호의 생성 및/또는 유동 조절기 부재로의 제1 제어 신호의 전송이 특히 약 1 내지 60초의 미리 결정된 시간 간격으로만 이루어지도록, 구성된다. 다시 말해서, 이러한 시간 간격 중에, 제어 유닛(5)에 의해서 설정점의 조정이 명령되지 않고, 유량 설정점이 유지된다. 이는 유량(DC)의 우발적인 요동 후의 플랜트의 반응을 방지하게 할 수 있거나, 동작 오류를 발생시킬 수 있는 유량(DP)의 과다하게 급격한 변동을 생성하는 것을 방지하게 할 수 있다.
선택적으로, 유량(DC)의 변동의 진폭 및/또는 속력에 따라, 제어 유닛(5)은, 적어도 일시적으로, 생산 유량(DP)을 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 소비 유량(DC)이 증가되는 경우에, 소비 유닛(10)에 연결된 소비 유닛은 버퍼 탱크(7)를 이용하여 혼합기(3)의 저생산을 보상할 수 있다. 소비 유량(DC)이 감소되는 경우에, 버퍼 탱크(7)가 충진되어 혼합기(3)의 과다 생산을 흡수할 수 있다.
바람직하게는, 제어 유닛(5)은 센서(8)에 의해서 측정된 물리적 양이 0의 소비 유량(DC)을 나타낼 때 가스 스트림을 중단시키도록 구성된다. 따라서, 수요가 없을 때, 플랜트는 가스 혼합물을 생산하지 않는다. 제어 유닛(5)은 또한, 센서(8)에 의해서 측정된 물리적 양이 작은 소비 유량(DC), 즉 주어진 작은 유량 문턱값 미만을 나타내는 경우에, 가스 스트림을 중단시키도록 구성될 수 있고, 그에 따라 버퍼 탱크(7) 내의 과압을 방지할 수 있다. 제어 유닛(5)은 또한, 센서(8)에 의해서 측정된 물리적 양이 주어진 큰 유량 문턱값 초과의 소비 유량(DC)을 나타낼 때, 경보 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 플랜트는 제1 및 제2 유량 설정점(D1, D2)으로부터 제1 측정 신호까지의 제1 피드백 루프를 이용한다. "피드백 루프"는 일반적으로 프로세스를 모니터링하기 위한 시스템을 의미하는 것으로 이해되고, 여기에서 조절하는 양은 조절되는 양, 즉 피드백되는 양에 작용하고, 그에 따라 이를 가능한 한 신속하게 설정 값이 되게 하고 그러한 설정 값에서 유지되게 한다. 피드백의 기본적인 원리는 피드백되는 양의 실제 값과 달성하고자 하는 설정 값 사이의 차이를 연속적으로 측정하고, 이러한 차이를 가능한 한 신속하게 줄이기 위해서 하나 이상의 작동기에 적용하기 위한 적절한 명령을 계산하는 것이다. 이는 또한 폐쇄-루프 제어형 시스템으로서 지칭된다.
제1 피드백 루프에서, 조절하는 양은 측정 센서(8)에 의해서 측정된 물리적 양이고, 조절되는 양은, 제1 및 제2 가스의 유량(D1 및 D2)의 조정을 통한, 생산 유량(DP)이다. 설정점은 혼합물의 소비 조건에 따라 달라질 수 있다.
센서(8) 외에도, 제1 피드백 루프는 제어 유닛(5) 내에 배치되고 적어도 제1 오류 신호를 제1 측정 신호로부터 생성하도록 구성된 제1 비교기(11A)를 포함한다. 제1 오류 신호는 측정된 물리적 양의 변동을 나타낼 수 있다. 이는 유리하게는 다른 순간에 실행된 적어도 하나의 상기 물리적 양의 측정과의 비교에 의해서 얻어진다.
또한, 제1 피드백 루프는 제어 유닛(5) 내에 배치되고 제1 오류 신호로부터 제1 제어 신호를 생성하도록 구성된 제1 교정기(12A)를 포함한다.
제1 교정기(12A)는 제어 신호를 제1 제어 신호에 응답하여 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 각각의 위치로의 이동을 제어하는 작동기에 송신하고, 이러한 각각의 위치는 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)이 제1 제어 신호에 따라 조정되는 위치이다. 일반적으로, 작동기는 조절기 부재 내의 이동 부품의 이동을 제어하고, 이는, 유량(DP)과 유량(DC) 사이의 차이를 감소시키는 경향이 있는 방향으로, 혼합기 장치(3)로 전달되는 유량(D1, D2)을 변경한다.
바람직하게는, 제1 교정기(12A)는, 3개의 조합된 작용: 비례 작용, 적분 작용, 미분 작용으로 인해서 피드백의 수행을 개선할 수 있게 하는, 비례, 적분 및 미분(PID) 유형이다.
바람직하게는, 그리고 전술한 바와 같이, 제1 피드백 루프의 교정 작용은 미리 결정된 시간 간격, 바람직하게는 1 내지 60 초, 더 바람직하게는 약 20초에서만 설정점(D1, D2)에 적용되고, 그에 따라 오류를 생성할 수 있는 생산 유량의 과다하게 급격한 변동을 방지한다. 이러한 시간 간격은 제1 교정기(12A)의 매개변수일 수 있다.
제1 교정기(12A)는 특히 마이크로 프로세서, 메모리 레지스터, 제1 오류 신호를 프로세스하고 수치 계산에 의해 피드백 루프의 비례, 적분 및 미분 항을 생성하기 위한 프로그래밍 명령어를 포함할 수 있다. 계산에 의해서 및/또는 실험적으로 결정될 수 있는 이러한 항들을 조합하여 조절기 부재(41, 42)를 위한 제어 신호를 제공한다. 미분 항은 선택적으로 0일 수 있다.
도 1은, 소비 유닛(10)에 전달되는 소비 유량(DC)을 직접적으로 측정하기 위해서 전달 라인(6) 상에 배치된, 유량계로도 지칭되는, 유량 센서(8)에 의해서 측정 신호가 얻어지는 실시형태를 도시한다. 수신되고 플랜트의 여러 요소로 송신되는 신호가 "A"로 표시된 쇄선에 의해서 개략적으로 도시되어 있다.
일반적으로, 유량(DC)이 증가되는 경우에, 제어 신호는 제1 및 제2 유량 설정점(D1, D2)의 증가를 명령하고, 유량(DC)이 감소되는 경우에 제1 및 제2 유량 설정점(D1, D2)의 감소를 명령한다.
본 발명의 맥락에서, 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 각각은 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이에서 이동될 수 있고, 폐쇄 위치에서 제1 유량 설정점(D1) 또는 제2 유량 설정점(D2)이 0이고, 완전 개방 위치에서 제1 유량 설정점(D1) 또는 제2 유량 설정점(D2)은 각각 제1 최대 유량 값 또는 제2 최대 유량 값을 갖는다는 것에 주목하여야 한다.
제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)는 선택적으로 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 적어도 하나의 중간 위치를 점유할 수 있다. 바람직하게는, 상기 중간 위치는, 제1 최소 유량 값 또는 제2 최소 유량 값 이상의 제1 유량 설정점(D1) 또는 제2 유량 설정점(D2)에 상응한다. 바람직하게는, 제1 최소 유량 값 및/또는 제2 최소 유량 값은 각각의 제1 또는 제2 최대 값의 적어도 25%, 더 바람직하게는 적어도 35%, 또는 적어도 50%이다. 이는, 조절기 부재(41, 42)의 정확도, 더 구체적으로 조절기 부재 내에서 사용되는 유량 센서의 정확도가 보다 양호한 유동 범위 내에서 작업을 할 수 있게 한다.
하나의 실시형태의 변형예에 따라, 플랜트는, 버퍼 탱크(7) 내의 지배적인 압력을 소비 유량(DC)을 나타내는 물리적 양으로서 측정하는 압력 센서(8)를 이용한다. 따라서, 소비 유량(DC)의 요동이, 버퍼 탱크(7) 내의 압력 요동의 결정을 통해서, 간접적으로 결정된다. 도 1로부터의 표현은, 측정 신호가 라인(6)에 연결된 센서(8)에 의해서가 아니라 버퍼 탱크에 연결된 센서(8)에 의해서 측정된다는 것을 제외하고, 여전히 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 플랜트가 2개의 센서(8), 즉 하나의 유량 센서 및 다른 압력 센서를 포함할 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 이러한 센서는 전술한 바와 같고, 각각의 제1 측정 신호를 각각 생성한다. 미리 결정된 선택 기준에 따라, 제어 유닛(5)은 센서(8) 중 하나 또는 다른 하나로부터 기원하는 측정 신호로부터 제1 제어 신호를 생성하도록 구성된다. 바람직하게는, 제어 유닛(5)은, 가장 큰 유량을 나타내는 물리적 양의 값을 측정하는 2개의 측정 센서(8) 중 하나로부터 기원하는 제1 측정 신호를 이용하도록 선택한다.
실제로, 소비 유닛(10)으로의 유량(DC)이 증가되는 경우에, 혼합기 장치(3)의 배출구에서 생산되는 생산 유량(DP)이 불충분해지기 시작할 것이다. 소비 유닛(10)에 연결된 소비 플랜트는 버퍼 탱크(7)를 이용하여 혼합기(3)의 저생산을 보상할 것이고, 그에 따라 탱크(7) 내의 압력 감소를 초래할 것이다.
압력 센서(8)는 제1 측정 신호를 제1 비교기(11A)에 송신하고, 제1 비교기(11A)는 압력 강하 정보에 상응하는 제1 오류 신호를 생성하고 이를 제1 교정기(12A)에 전송하며, 그에 따라 제1 교정기는 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)에 인가되는 제1 제어 신호를 계산하며, 그에 따라 제1 및 제2 유량 설정점(D1, D2)은 제1 제어 루프에 의해서 결정될 수 있는 적절한 인자(factor) 만큼 증가된다.
일 실시형태의 가능성에 따라, 제1 비교기(11A)는, 적어도, 저압 문턱값, 고압 문턱값으로부터 선택된 적어도 하나의 매개변수와 제1 측정 신호의 비교로부터 제1 오류 신호를 생성하도록 구성된다. 이러한 문턱값은 동작 조건, 플랜트의 특성 등에 따라 조정될 수 있다. 버퍼 탱크(7) 내의 압력이 저압 문턱값에 도달할 때, 제1 교정기는 유동 조절기 부재에 명령하여, 주어진 유량 설정점(D1, D2)에 따라 제1 및 제2 가스의 유동을 조절한다.
이러한 동작 모드는 조절 단계 중에 그리고 또한 소비의 시작 단계 중에 이용될 수 있다. 시작 단계의 경우에, 버퍼 탱크(7) 내의 압력이 저압 문턱값에 도달하자 마자, 유동 조절기 부재에 명령하여 제1 및 제2 가스의 유동을 조절하고, 그에 따라 시작 값으로 설정된 유량(DP)으로 가스 혼합물을 생산한다. 특히, 유량 설정점(D1, D2)은 제1 최소 유량 값 및 제2 최소 유량 값에 각각 상응할 수 있다. 유동 조절기 부재(41, 42)의 각각은, 버퍼 탱크(7) 내에서 높은 압력 문턱값이 얻어질 때까지, 시작 값과 동일한 유량(DP)으로 이어지는 최소 유량을 생산하기 시작한다.
하나의 가능성에 따라, 탱크(7) 내의 압력이 충분히 증가되지 않은 경우에, 특히 높은 압력 문턱값이 얻어 지지 않은 경우에, 또는 압력이 충분히 신속하게 증가되지 않은 경우에, 바람직하게는 PID 유형의 제1 교정기(12A)에 의한 조절 체계를 따름으로써 유량 설정점(D1, D2)이 증가되고, 여기에서 유량의 증가는 압력의 강하에 따라 달라진다.
탱크(7) 내의 압력이 높은 압력 문턱값을 획득한 경우에, 유동 조절기 부재(41, 42)는 그 각각의 폐쇄 위치를 향해서 이동될 수 있고, 이러한 폐쇄 위치에서 유량(D1, D2)은 0이다.
도 2는 PID 유형의 제1 교정기를 갖는 제1 피드백 루프의 효과의 예를 개략적으로 도시하고, 여기에서 D1 및 D2의 합에 상응하는 생산 유량(DP)이 버퍼 탱크(7) 내의 압력(P7)의 변동에 따라 교정된다. 제1 및 제2 최대 유량 값의 합에 상응하는, 플랜트의 최대 생산 유량(DP)이 100 sL/분(분당 표준 리터), 즉 6 Nm3/h(시간당 공칭 입방 미터)로 설정된다. 제1 및 제2 최소 유량 값의 합에 상응하는, 플랜트의 최소 생산 유량(DP)이 25 sL/분(분당 표준 리터), 즉 1.5 Nm3/h로 설정된다. 높은 그리고 낮은 압력 문턱값은 각각 4 bar 및 3.8 bar로 설정된다.
도 2는, 플랜트의 동작 중에 마주할 수 있는 다양한 시나리오를 개략적으로 나타낸다. DP = DC인 경우에, 압력은 4 bar에서 안정적으로 유지된다(도 2의 하단 우측의 회색 화살표). 그 후에, DC > 0 그러나 DP = 0을 가정하면, 버퍼 탱크 내의 압력은 3.8 bar까지 떨어질 것이다(회색 화살표를 따른 좌측으로의 변위). 이러한 압력은 유동 조절기의 시작 압력이다. 유량(DP)은 그 최소 시작 값, 즉 25 sL/분이다. 제어 유닛이 유량(DP < DC)을 생산하도록 유동 조절기에 명령하자 마자, 압력은, 플랜트의 최대 DP 유량, 즉 100 sL/분과 동일한 플랜트의 DC 유량이 얻어질 때까지, 강하될 것이다(회색 화살표를 따른 상향 변위). DC가 감소되자 마자, 즉 DP > DC이 되자 마자, 버퍼 탱크는 충진되기 시작하고 압력은 (검은색 쇄선의 화살표를 따르는 것에 의해서) 3.5 bar로부터 4 bar까지 증가된다. 4 bar는 버퍼 탱크의 충진이 중단되는 압력이다.
실제로 일어나는 것의 예가, 버퍼 탱크 내에서 지배적인 압력의 시간에 걸친 변화(쇄선 곡선) 및 생산 유량(DP)(실선 곡선)의 시간에 걸친 변화를 도시하는 도 3에 표시되어 있다. 그래프의 시작(구역(A))에서, 압력의 강하가 없는 경우에, 유량 설정점은 0에서 유지된다. 압력이 강하하자 마자(구역(B)), 유량 설정점이 유동 조절기(D1 및 D2)에 주어지고, 이는, 압력이 안정화되지 않은 경우에, 규칙적인 간격으로 증분만큼 증가된다. 압력이 안정화되자 마자, 버퍼 탱크의 충진이 중단된다(구역(C)). 압력이 다시 강하되는 경우에(구역(D)), 유동 조절기의 설정점이 희망 값으로 조정될 것이고, 그에 따라 소비(DC)를 제공할 수 있게 하고 버퍼 탱크의 압력을 안정적으로 유지할 수 있게 한다.
공칭 입방 미터는, 정상 온도 및 압력 조건(기준 프레임에 따라 0℃ 또는 15℃ 또는 일반적으로 20℃ 미만 및 1 atm, 즉 101 325 Pa) 하의 가스에서, 1 입방 미터의 부피의 함량에 상응하는 가스의 양을 측정하기 위한 단위라는 것에 주목하여야 한다. 순수 가스의 경우에, 1의 공칭 입방 미터는 약 44.6 mol의 가스에 상응한다.
버퍼 탱크가 유리하게는 플랜트의 최대 생산 유량(DP)의 적어도 절반과 동일한 내부 부피를 갖는다는 것에 주목하여야 한다.
이러한 최소 내부 부피의 준수는, DC의 우발적인 특성과 관련된 압력 변동을 흡수할 수 있게 한다. 버퍼 탱크는 적어도 1 L, 또는 적어도 50 L, 또는 심지어 1000 L 또는 그 초과의 내부 부피를 가질 수 있다. 바람직하게는, 버퍼 탱크의 내부 부피는 50 내지 400 L일 것이다. 탱크는 하나의 탱크 또는 서로 유체적으로 연결된 몇 개의 탱크로 형성될 수 있고, 이어서 버퍼 탱크의 내부 부피는 탱크들의 부피들의 합으로써 이해될 것이다.
도 1에서 확인되는 바와 같이, 플랜트는 공급 라인(6)에 의해서 전달되는 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 함량을 분석하도록 구성된 제1 분석 유닛(13)을 더 포함할 수 있다. 이는 특히, 플랜트의 시작 단계 중에, 가스 혼합물의 전달을 컨디셔닝(condition)할 수 있게 하고, 그에 따라 측정된 함량을 목표 함량과 일치시킬 수 있게 한다. 목표 함량(C1, C2)에 대한 0.1% 내지 5%(상대적 %)의 공차가 설정될 수 있다. 생산된 혼합물이 일치되지 않는 경우에, 생산이 선택적으로 중단될 수 있다. 바람직하게는, 제1 분석 유닛(13)은, 특히 가스 혼합물 내의 적은 가스일 수 있는 제1 가스의 함량을 분석하도록 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 플랜트는, 혼합기 장치(3)에 의해서 생산된 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 함량을 측정하기 위해서 버퍼 탱크(7)의 상류에 배치되는 제2 분석 유닛(14)을 포함할 수 있다. 제2 분석 유닛(14)은, 적어도, 제어 유닛(5)으로 향하는 제2 측정 신호를 결과적으로 제공하도록 구성되고, 제어 유닛은 제2 측정 신호로부터 제2 제어 신호를 생성한다. 제2 제어 신호를 이용하여, 유동 조절기 부재(41, 42) 중 하나 및/또는 다른 하나를 제어하고 그에 따라 생산 유량(DP)에 대한 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)의 비율들 중 하나 및/또는 다른 하나를 조정하며, 그에 따라 혼합기 장치(3)를 빠져나가는 가스 혼합물의 실제 조성은 함량(C1, C2)을 갖는 목표 조성에 접근한다(C2는 바람직하게는 C1으로부터 추정되고 측정되지 않는다). 혼합물 조성의 제어 맥락에서 수신되고 플랜트의 여러 요소로 송신되는 신호가 쇄선("B")에 의해서 개략적으로 도시되어 있다.
혼합기 장치에 의해서 생산된 혼합물의 함량의 이러한 제어는 유동 조절기 부재(41, 42)에 의해서 실제로 조절되는 유량과 그에 적용되는 유량 설정점(D1, D2) 사이의 발생 가능 오류를 보상할 수 있게 한다. 혼합기 장치의 배출구와 버퍼 탱크(7)의 유입구 사이에 위치된 샘플링 지점의 배치는 발생 가능한 함량의 변화를 검출할 수 있게 하고 그에 보다 신속하게 반응할 수 있게 하며, 그에 따라 버퍼 탱크(7) 내의 부적절한 혼합물을 소비할 위험을 방지한다.
혼합물을 샘플링하고 이를 분석 유닛으로 이송하는 라인이 유리하게는 가능한 한 짧은 길이를 가지고, 그에 따라 분석기는 실시간으로 또는 거의 실시간으로 매우 정확한 응답을 제공한다는 것에 주목하여야 한다. 바람직하게는, 혼합물이 그 샘플링 지점에서 샘플링되는 순간과 분석 유닛이 그 측정을 제공하는 순간 사이의 간격이 최소가 되도록, 일반적으로 30초 미만, 특히 1 내지 30초가 되도록, 라인이 위치된다.
바람직하게는, 제2 제어 신호는, 제1 가스 또는 제2 가스에 대한, 측정된 함량과 목표 함량 사이의 차이에 관한 적어도 하나의 정보의 단편을 포함하는 제2 오류 신호로부터 생성된다. 바람직하게는, 제1 가스의 함량만이 측정되고 그 목표 값에 비교되며, 제1 가스는 혼합물 중 적은 가스이다. 이러한 차이는 특히 다음과 같이 표현될 수 있고:
여기에서, M1은 제1 가스에 대해서 측정된 함량이다. 상대적인 차이(ΔC1)가 제1 유량 설정점(D1)에 대한 교정 인자로서 사용될 수 있다.
100 sL/분의 혼합기 장치(3)의 배출구에서의 생산 유량(DP)으로 2개의 가스의 혼합물을 생산하도록 구성된 플랜트의 예를 고려한다. 희망하는 가스 혼합물은 4%의 목표 함량(C1)을 갖는 제1 가스 및 나머지, 그에 따라 96%(부피 %)의 함량(C2)을 갖는 제2 가스로 형성된 혼합물이다. DP에 대한 4%의 비율에 상응하는 4 sL/분(0.24 Nm3/h)의 제1 유량 설정점(D1), 및 DP에 대한 96%의 비율에 상응하는 96 sL/분(5.76 Nm3/h)의 제2 설정점(D2)이 그에 따라 각각의 유동 조절기 부재(41, 42)에 적용된다. + 1% 또는 - 1%의 부재(41, 42)의 제어 정확도를 가정한다. D1에서 -1% 그리고 D2에서 +1%의 오류의 예를 취한다. 이는 3.96 sL/분의 제1 가스의 실제 유량, 96.96 sL/분의 제2 가스의 실제 유량, 및 100.92 sL/분의 실제 생산 유량을 초래한다. 3.92%의 제1 가스 함량이 혼합기 장치(3)의 배출구에서 측정되고, 이는 목표 함량(C1)에 대한 -2%(상대적 %)의 차이(ΔC1)에 상응한다. 제어 유닛(5)은, 유동 조절기 부재(41, 42)에서, 이러한 차이를 보상하기 위해서 DP에 대한 유량 비율(D1 및 D2)의 조정을 명령하는 제2 제어 신호를 생성한다. 그에 따라, 제1 설정점(D1)은 D1+2%, 즉 4.08 sL/분으로 조정된다.
바람직하게는, 제1 설정점(D1) 만이 제2 측정 신호에 따라 조정되고, 제어 유닛(5)은 D2의 유지를 제어한다. D2가 또한 제2 제어 신호에 응답하여 조정되는 것을 생각할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 전술한 예에서, D2는 95.04 sL/분으로 조정될 수 있다. 교정은 또한 교정 인자를 제어 유닛(5) 내에 이전에 기록된 목표 함량 중 적어도 하나에 적용하는 것에 의해 수행될 수 있고, 이러한 예에서는 0.03%의 인자에 의한 교정이 결과적으로 D1을 4.08 sL/분으로 조정하는 효과를 갖는다.
선택적으로, 플랜트는, 제1 분석 유닛 및/또는 제2 분석 유닛이 예상 공차 범위를 벗어난 함량을 검출하는 경우에 경보 신호를 방출하도록 구성된 경보부를 포함할 수 있다.
제1 분석 유닛(13) 및/또는 제2 분석 유닛(14)은 특히 이하의 유형의 검출기: 열전도도 검출기, 상자성 교번 압력 검출기, 촉매 흡착 검출기, 비-분산형 적외선 흡수 검출기, 적외선 분광계로부터 선택될 수 있다. 분석 유닛의 유형은 분석되는 가스의 특성에 따라 구성될 수 있을 것이다. 제1 분석 유닛(13) 및 제2 분석 유닛(14)은 선택적으로 교환될 수 있다. 바람직하게는, 제1 분석 유닛(13) 및 제2 분석 유닛(13)이 분출부(15)에 연결되어 분석된 가스 혼합물을 배기한다.
일 실시형태에 따라, 플랜트는 생산 유량(DP)에 대한 제1 유량 설정점(D1) 및/또는 제2 유량 설정점(D2)의 각각의 비율로부터 제2 분석 유닛(14)에 의해서 제공된 제2 측정 신호까지의 제2 피드백 루프를 포함할 수 있다.
제2 피드백 루프에서, 조절하는 양은 제2 분석 유닛(14)에 의해서 측정된 함량(들)이고, 조절되는 양은 비율(D1/DP, D2/DP) 중 하나 및/또는 다른 하나이다. 설정점은 측정된 실제 함량(들)에 따라 달라질 수 있다.
제2 루프는, 제어 유닛(5) 내에 배치되고, 제1 가스의 목표 함량(C1), 제2 가스의 목표 함량(C2)으로부터 선택된 적어도 하나의 매개변수와 제2 측정 신호의 비교로부터 적어도 제2 오류 신호를 생성하도록 구성된 제2 비교기(11B)를 포함한다. 제2 교정기(12B)는 특히 PID 유형의, 제어 유닛(5) 내에 배치되고 제2 오류 신호로부터 제2 제어 신호를 생성하도록 구성된다. 제2 제어 신호에 응답하여, 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 작동기는 각각의 위치로의 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 이동을 명령하고, 이러한 위치에서 DP에 대한 D1 및/또는 D2의 비율이 제2 제어 신호와 일치된다. 바람직하게는, D1의 비율만이 조정되고, 제어 루프는 D2를 고정 유지하도록 명령한다.
제1 비교기 및 제2 비교기가, 입력 데이터로서 센서(8)로부터의 그리고 제2 분석 유닛(14)으로부터의 측정 모두를 수신하고 출력으로서 적절한 오류 신호를 생성하도록 구성된 하나의 그리고 동일한 개체를 선택적으로 형성할 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 이는 제1 및 제2 교정기에서도 마찬가지다.
본 발명에 따른 플랜트는, 반도체, 광전지, LED 및 평면 스크린 산업과 같은 다양한 산업, 또는 광업, 제약, 우주 또는 항공 산업과 같은 임의의 다른 산업에서 사용되는 가스 혼합물을 전달하기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 플랜트는 적어도 하나의 가스 캐비넷을 포함하고, 이러한 가스 캐비넷 내에는 적어도 제어 유닛(5), 혼합기 장치(3), 유동 조절기 부재, 측정 센서(8), 버퍼 탱크(7)가 설치된다. 제1 및 제2 가스의 공급원은 캐비넷의 내부에 또는 외부에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 캐비넷이 합리적인 풋프린트(footprint)를 갖도록, 공급원은 캐비넷의 외부에 위치된다. 바람직하게는, 제어 유닛(5)은, 캐비넷의 벽 중 하나에 고정되는 것 또는 캐비넷으로부터 거리를 두고 배치되는 것에 의해서, 캐비넷의 외부에 배치된다.
가스 캐비넷은 후방 벽, 측방 벽, 전방 벽, 기부, 및 천장을 갖는 하우징을 포함할 수 있다. 하우징 내에, 하나 이상의 버퍼 탱크가 제공되고, 이는 기부 상에 서 있고 종래 기술에서 알려진 방식으로 하우징 내에 고정될 수 있다. 가스 도관의 시스템이 상기 하우징 내에, 바람직하게는 캐비넷의 기부에 대항하여(against) 배치된다. 캐비넷은, 가스의 전달, 특정 도관 또는 도관의 부분의 개방 또는 폐쇄, 가스 압력 관리, 퍼지 사이클 수행, 누출 테스트 등과 같은 동작을 수행할 수 있게 하는, 밸브, 압력-감소 밸브, 압력 측정 부재 등과 같은 가스 도관의 시스템을 제어 및/또는 유지하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
하우징은 제1 및 제2 가스의 공급을 위한 가스 유입 개구부, 및 가스 혼합물을 전달하기 위한 가스 배출 개구부를 포함한다. 전달 라인(6)은 배출 개구부에 연결된다. 동작 시에, 가스 캐비넷은 전달 라인(6)에 의해서 소비 유닛에 연결된다. 특히 퍼징 가스 또는 분석기를 보정하기 위한 가스 표준을 위한, 다른 가스 유입구가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 플랜트는 특히 이하의 조성을 갖는 가스 혼합물을 생산하기 위해서 이용될 수 있다.
- 질소(N2), 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성 가스 내의 수소(H2),
- 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스 내의 헬륨,
- 질소, 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성 가스 내의 이산화탄소(CO2),
- 질소, 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성 가스 내의 메탄(CH4),
- 질소, 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성 가스 내의 산소(O2).
바람직하게는, 제1 가스의 목표 함량(C1), 특히 H2, 헬륨, CO2, CH4, O2의 목표 함량은 0.0001% 내지 50%, 바람직하게는 0.1% 내지 20%이고, 나머지는 제2 가스이다.
본 발명에 따른 플랜트의 유효성을 설명하기 위해서, 제2 가스로서의 질소 내의 제1 가스로서의 수소를 포함하는 혼합물의 현장(on site)에서의 생산 및 전달을 실행하였다. 수소의 목표 함량(C1)은 4%(부피%)였다. 플랜트는 전술한 바와 같은 PID 유형의 제1 피드백 루프 그리고 선택적으로, 소비 유닛에 의해서 요구되는 정확도 요건에 따른, 제2 피드백 루프를 포함하였다.
도 4는 제2 피드백 루프를 포함하는 플랜트의 전달 라인에 의해서 전달된 가스 혼합물 유량(DC)의 기록을 도시하고, 이러한 기록 중에 수소 함량이 측정되었다.
도 5는 도 4의 함량의 기록에 대한 확대이다.
일반적으로 0 내지 150 sL/분 사이에서 변화되는 가스 혼합물 유량(DC)이, 제2 피드백 루프가 없이 약 3%의 그리고 제2 피드백 루프가 있는 상태에서 약 1%의 상대적 표준 편차를 특징으로 하는 함량의 안정성을 가지고 생산될 수 있었다.
본 설명이 2가지 성분을 포함하는 가스 혼합물을 설명하지만, 본 발명이 더 많은 수의 성분을 갖는 임의의 혼합물로 전환될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 예를 들어, 3원계 가스 혼합물의 경우에, 3개의 공급원이 제1 가스, 제2 가스, 및 제3 가스를 각각 전달한다. 유동 조절기 부재(41, 42, 43)는 제1 가스, 제2 가스, 및 제3 가스의 유동을 각각의 유량 설정점(D1, D2, D3)으로 조절하도록 하는 명령을 제어 유닛(5)으로부터 수신한다. 혼합기 장치는 D1, D2, D3의 합과 동일한 유량(DP)의 혼합물을 전달하도록 구성된다. DP에 대한 제1 가스, 제2 가스, 및 제3 가스의 비율은 가스 혼합물 내의 제1 가스, 제2 가스, 및 제3 가스 각각의 3개의 목표 함량(C1, C2, C3) 중 적어도 2개에 따라 결정된다. 2개의 가스를 함유하는 혼합물에 대해서 이미 설명된 특성의 전부 또는 일부가 3개 이상의 가스를 포함하는 이러한 혼합물로 전환될 수 있다.
Claims (15)
- 가스 혼합물을 전달하기 위한 플랜트로서,
- 제1 가스(1)의 공급원,
- 제2 가스(2)의 공급원,
- 상기 제1 가스(1)의 공급원에 그리고 제2 가스(2)의 공급원에 유체적으로 연결된 혼합기 장치(3)로서, 배출구(33)에서, 상기 제1 가스 및 제2 가스를 포함하는 가스 혼합물을 생산하도록 구성되는, 혼합기 장치(3),
- 동작 시에, 상기 혼합기 장치(3)의 배출구(33)에서의 가스 혼합물의 생산 유량(DP)을 규정하는, 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)에 따라 혼합기 장치(3)를 향해서 유동하는 상기 제1 가스의 유동 및 상기 제2 가스의 유동을 각각 조절하도록 구성된 제1 유동 조절기 부재(41) 및 제2 유동 조절기 부재(42),
- 상기 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)을 상기 생산 유량(DP)에 대한 각각의 비율로 조정하기 위해서 상기 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)를 제어하도록 구성된 제어 유닛(5)으로서, 상기 각각의 비율은 상기 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 목표 함량(C1, C2)에 따라 결정되는, 제어 유닛(5),
- 한편으로 상기 혼합기 장치(3)의 배출구(33)에 그리고 다른 한편으로 전달 라인(6)에 유체적으로 연결된 버퍼 탱크(7)로서, 상기 전달 라인(6)은, 상기 가스 혼합물의 가변적인 소비를 나타내는 소비 유량(DC)으로, 상기 가스 혼합물을 소비 유닛(10)에 전달하도록 구성되는, 버퍼 탱크(7),
- 물리적 양을 측정하고 상기 물리적 양의 제1 측정 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 측정 센서(8)로서, 상기 물리적 양의 변동은 상기 전달 라인(6)에 의해서 전달되는 소비 유량(DC)의 변동을 나타내는, 측정 센서(8)
를 포함하고,
상기 제어 유닛(5)은 상기 측정 센서(8)에 연결되고 상기 제1 측정 신호로부터 제1 제어 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 유동 조절기 부재(41, 42)는 상기 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)을 조정하도록 구성되는, 플랜트. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유량 설정점(D1, D2)으로부터 상기 측정 센서(8)에 의해서 제공되는 제1 측정 신호까지의 제1 피드백 루프를 포함하고, 상기 제1 루프는,
- 상기 제어 유닛(5) 내에 배치되고 적어도 제1 오류 신호를 제1 측정 신호로부터 생성하도록 구성된 제1 비교기(11A),
- 특히 비례, 적분 및 미분(PID) 유형의, 상기 제어 유닛(5) 내에 배치되고 상기 제1 오류 신호로부터 상기 제1 제어 신호를 생성하도록 구성된 제1 교정기(12A),
- 상기 제1 교정기(12A)에 연결되고, 상기 제1 제어 신호를 수신하여 상기 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)를, 상기 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)이 상기 제1 제어 신호와 일치되는, 각각의 위치로 이동시키도록 구성된, 상기 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 작동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 측정 센서(8)는 상기 소비 유량(DC)을 측정하도록 구성된 유동 센서 또는 유량계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 비교기(11A)는, 적어도, 상기 소비 유량(DC)의 변동을 나타내는 제1 오류 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제1 교정기(12A)는, 상기 제1 및 제2 유량 설정점(D1, D2)을 상기 유량(DC)의 변동의 방향과 동일한 방향으로 변경하기 위해서 상기 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 이동을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 측정 센서(8)는 상기 버퍼 탱크(7) 내에 지배적인 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 비교기(11A)는 상기 버퍼 탱크(7) 내의 압력의 변동을 나타내는 제1 오류 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제1 교정기(12A)는, 적어도, 상기 제1 및 제2 유량 설정점(D1, D2)을 상기 압력 변동의 방향과 반대되는 방향으로 변경하기 위해서 상기 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 이동을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 제1 비교기(11A)는, 적어도, 저압 문턱값, 고압 문턱값으로부터 선택된 적어도 하나의 매개변수와 상기 제1 측정 신호의 비교로부터 제1 오류 신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 각각은 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이에서 이동될 수 있고, 상기 폐쇄 위치에서 상기 제1 유량 설정점(D1) 또는 제2 유량 설정점(D2)은 0이고, 상기 완전 개방 위치에서 상기 제1 유량 설정점(D1) 또는 제2 유량 설정점(D2)의 각각은 제1 최대 유량 값 또는 제2 최대 유량 값을 가지며, 상기 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)는 상기 폐쇄 위치와 상기 개방 위치 사이의 적어도 하나의 중간 위치를 점유할 수 있고, 상기 중간 위치는 바람직하게는 그 각각의 제1 또는 제2 최대 값의 적어도 25%, 더 바람직하게는 적어도 35%와 동일한 제1 유량 설정점(D1) 또는 제2 유량 설정점(D2)에 상응하는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버퍼 탱크(7)는 상기 플랜트의 최대 생산 유량의 적어도 절반과 동일한 내부 부피를 가지는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버퍼 탱크(7)의 하류에 배치되고 상기 공급 라인(6)에 의해서 전달되는 상기 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 함량을 분석하도록 구성된 제1 분석 유닛(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합기 장치(3)의 제1 배출구(33)에서 생산되는 상기 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 함량을 측정하고 결과적으로 적어도 제2 측정 신호를 제공하도록 구성된 제2 분석 유닛(14)을 포함하고, 상기 제어 유닛(5)은 상기 제2 분석 유닛(14)에 연결되고 상기 제2 측정 신호로부터 제2 제어 신호를 생성하고 상기 제2 제어 신호에 응답하여 상기 생산 유량(DP)에 대한 상기 제1 유량 설정점(D1)의 비율 및/또는 제2 유량 설정점(D2)의 비율을 수정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제11항에 있어서,
상기 생산 유량(DP)에 대한 상기 제1 유량 설정점(D1)의 및/또는 상기 제2 유량 설정점(D2)의 각각의 비율로부터 상기 제2 분석 유닛(14)에 의해서 제공된 상기 제2 측정 신호까지의 제2 피드백 루프를 포함하고, 상기 제2 루프는,
- 상기 제어 유닛(5) 내에 배치되고, 상기 제1 가스의 목표 함량(C1), 상기 제2 가스의 목표 함량(C2)으로부터 선택된 적어도 하나의 매개변수와 상기 제2 측정 신호의 비교로부터 적어도 제2 오류 신호를 생성하도록 구성된 제2 비교기(11B),
- 특히 비례, 적분 및 미분(PID) 유형의, 상기 제어 유닛(5) 내에 배치되고 상기 제2 오류 신호로부터 상기 제2 제어 신호를 생성하도록 구성된 제2 교정기(12B),
- 상기 제2 교정기(12B)에 연결되고, 상기 제1 및/또는 제2 유동 조절기 부재(41, 42)를, 상기 생산 유량(DP)에 대한 제1 유량 설정점(D1) 및/또는 제2 유량 설정점(D2)의 비율이 상기 제2 제어 신호와 일치되는, 각각의 위치로 이동시키도록 구성된, 상기 제1 및/또는 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 작동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 유닛(5)은 인간-기계 인터페이스(300)를 포함하고, 상기 인터페이스는,
- 사용자가 상기 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 목표 함량(C1, C2)을 입력하도록 구성된 입력 인터페이스, 특히 터치 스크린,
- 상기 목표 함량으로부터, 상기 생산 유량(DP)에 대한 상기 제1 유량 설정점(D1) 및/또는 제2 유량 설정점(D2)의 미리 결정된 비율을 계산하기 위한 적어도 하나의 계산 규칙을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 플랜트, 및 상기 가스 혼합물을 소비하는 소비 유닛(10)을 포함하는 가스 혼합물을 전달하기 위한 조립체로서, 상기 플랜트 및 상기 소비 유닛(10)이 전달 라인(6)을 통해서 유체적으로 연결되는, 조립체.
- 가스 혼합물을 전달하기 위한 방법으로서,
a) 제1 가스(1)를 제1 유량 설정점(D1)으로 혼합기 장치(3)에 전달하기 위해서, 제1 가스(1)를 제1 유동 조절기 부재(41) 내로 전달하는 단계,
b) 제2 가스(2)를 제2 유량 설정점(D2)으로 상기 혼합기 장치(3)에 전달하기 위해서, 제2 가스(2)를 제2 유동 조절기 부재(42) 내로 전달하는 단계,
c) 상기 혼합기 장치(3)의 배출구(33)를 통해서, 상기 제1 가스 및 제2 가스를 포함하는 가스 혼합물을 생산 유량(DP)으로 생산하는 단계,
d) 상기 제1 및/또는 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 제어를 통해서, 상기 생산 유량(DP)에 대한 각각의 비율로 상기 제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)을 조정하는 단계로서, 상기 각각의 비율은 상기 가스 혼합물 내의 제1 가스 및/또는 제2 가스의 적어도 하나의 목표 함량(C1, C2)에 따라 결정되는, 단계,
e) 버퍼 탱크(7)를 통해서, 단계 d)에서 생산된 상기 혼합물을 전달 라인(6) 내로 도입하고, 상기 가스 혼합물을, 상기 가스 혼합물의 가변적인 소비를 나타내는 소비 유량(DC)으로, 소비 유닛(10)에 전달하는 단계,
f) 물리적 양을 측정하는 단계로서, 상기 물리적 양의 변동은 상기 전달 라인(6)에 의해서 전달되는 소비 유량(DC)의 변동을 나타내는, 단계,
g) 단계 f)에서 취해진 상기 제1 측정으로부터, 적어도 제1 측정 신호를 생성하고, 상기 제1 및 제2 유동 조절기 부재(41, 42)의 제어에 의해서, 상기 제1 측정 신호에 따라 상기제1 유량 설정점(D1) 및 제2 유량 설정점(D2)을 조정하는 단계
를 포함하는, 방법.
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