MXPA01000430A - Aparato mezclador de gas. - Google Patents

Abstract

Esta invencion se dirige a un aparato mezclador de gas compacto para mezclar de manera precisa una pluralidad de gases. Este aparato comprende un panel de gas, valvulas de control de presion para regular presiones diferenciales, medidores de flujo y una camara mezcladora estatica. La pluralidad de gases puede ser un gas menor y un gas mayor, donde, por ejemplo, el gas mayor es nitrogeno, y el gas menor es aire u oxigeno. El gas mayor y dicho gas menor se mezclan, de preferencia, en una proporcion desde aproximadamente 100 ppm hasta aproximadamente 10,000 ppm de gas menor en el gas mayor, mas preferiblemente en una proporcion desde aproximadamente 500 ppm hasta aproximadamente 2,000 ppm de gas menor en el gas mayor.

Description

APARATO MEZCLADOR DE GAS Campo de la invención Esta invención está relacionada de manera general con un aparato para producir una mezcla gaseosa. De manera más específica, esta invención se refiere a un panel mezclador de gas, el cual habilita la creación de una atmósfera controlada para intensificar el desempeño del proceso de montaje electrónico en hornos de reflujo.

Antecedentes de la invención En general , se requiere una atmósfera controlada conteniendo una característica de gas específica para mejorar el desempeño del proceso de montaje electrónico en hornos de reflujo. Es deseable proporcionar un aparato económico y compacto, el cual puede producir una atmósfera controlada. La característica de gas específica en la atmósfera para desempeño de reflujo óptimo está preferiblemente desde entre aproximadamente 100 ppm y aproximadamente 10,000 ppm de un gas menor en un gas mayor, y más preferiblemente desde entre alrededor de 500 ppm hasta aproximadamente 2,000 ppm de un gas menor en un gas mayor. Para fines de esta invención, el gas menor puede ser oxígeno o aire, y el gas mayor puede ser nitrógeno. Se cree que la concentración de oxígeno o aire en nitrógeno entre este rango particular ayuda a reducir defectos, tales como, lapidación y salpicadura de soldadura y mejora la capacidad para soldado durante el proceso de montaje electrónico, particularmente en la fabricación de tableros de circuitos. Por debajo de alrededor de 100 ppm de oxígeno o aire en nitrógeno, pueden ocurrir ciertos defectos de oxígeno bajo, y por encima de aproximadamente 10,000 ppm de oxígeno o aire en nitrógeno, ocurren ciertos defectos de oxígeno alto. La concentración deseada de oxígeno o aire (normalmente entre aproximadamente 100 ppm y aproximadamente 10,000 ppm) en nitrógeno, que efectúa el desempeño óptimo de hornos de reflujo es conocida como la "mancha suave". Por lo tanto, es deseable proporcionar un aparato mezclador de gas, el cual ayudará a proporcionar una atmósfera controlada teniendo una característica gaseosa de entre aproximadamente 100 ppm y aproximadamente 10,000 ppm de oxígeno o aire en nitrógeno, de manera que el proceso de montaje electrónico puede ser conducido con una cantidad inferior o menor ocurrencia de defectos. La tecnología de mezcladores de gases tradicionales generalmente usa controladores de flujo de masa costosos y grandes tanques igualadores. Estos mezcladores tradicionales han sido usados para producir mezclas de gas en el rango de 1 % a 50% de oxígeno en nitrógeno y no han estado disponibles en el rango de ppm. Desarrollos recientes han conducido a la disponibilidad comercial de mezcladores de gases de mayor tamaño, los cuales son significativamente más costosos. Mejoras más recientes han conducido al desarrollo de mezcladores de gas menos costosos usando placas de orificio fijas para medir el flujo de gas, y entonces mezclar en un tanque igualador significativamente más pequeño. De manera adicional, se han desarrollado otros mezcladores tradicionales, los cuales están dirigidos a proporcionar de manera precisa ciertas composiciones de gas. También existen otros dispositivos mezcladores de gas en la técnica, los cuales también proporcionan composiciones de gases mezclados. La patente estadounidense no. 6,614,655 describe la combinación de un gas de prueba con un gas cero. El gas cero podría ser ya sea nitrógeno u oxígeno artificial; y el gas de prueba (gas de calibración) no está especificado. La patente '655 describe una reducción en el número de boquillas críticas necesarias para producir diferentes concentraciones de las corrientes de alimentación en el producto. La cámara de mezclado del dispositivo mezclador de gases en la patente '655 está conectada a las salidas de las boquillas críticas, las cuales aseguran que las presiones de salida están por encima de una cierta presión mínima. Cada boquilla crítica aumenta en proporción de 1 :2 desde una hasta la siguiente. Debido a que la presión de salida está siempre por encima de la presión crítica, el volumen de gas siempre es constante, dependiendo de la sección transversal de la boquilla únicamente. La boquilla crítica recibe ya sea el gas cero o de prueba. Las válvulas, teniendo dos entradas, son colocadas corriente arriba desde las boquillas críticas y las dos entradas son capaces de ser abiertas de manera alternativa. Las cuatro boquillas tienen secciones transversales con aberturas de 1 :2:4:8. La boquilla más grande es colocada opuesta a la salida del mezclador. Un microprocesador activa las válvulas y monitorea y regula las presiones del gas. El dispositivo mezclador de gas en la patente '655 obtiene dieciseis concentraciones linealmente graduadas del gas de prueba en el gas cero.

Tanto la patente estadounidense no, 5,671 ,767 como la no. 5, 544,674 describen mezclar dos gases juntos en proporciones controladas. Debido a que el aparato mezclador es para un respirador, los gases en estas patentes están dirigidas solamente a oxígeno y aire. El aparato mezclador logra una alta precisión de mezclado sin considerar la velocidad de flujo, de manera que el aparato puede ser usado para velocidades de flujo altas o bajas. La primera corriente de gas es controlada por un orificio de un área variable, que suministra el gas a la cámara de mezclado. Esto también es cierto para el segundo gas. Cuando la velocidad de flujo disminuye, el pistón se mueve hacia los miembros de las válvulas. Esto reduce el tamaño de cada orificio, al tiempo que mantiene la misma proporción entre las áreas de flujo de orificio. La ruta de paso o área de orificio para cada uno de los dos gases es incrementada o disminuida en la misma cantidad en cada válvula, de manera que las proporciones de los gases se mantienen. La patente japonesa no. 1 1 ,033,382 describe una unidad de mezclado de gas miniaturizada y simplificada. Esta patente usa un dispositivo ecualizador de presión para ajustar dos gases a la misma presión. Los dos gases se mezclan en un área de paso de gas con una proporción que corresponde a una proporción de mezclado predeterminada. La velocidad de flujo puede ser regulada mediante una válvula de ajuste. Aunque existe una variedad de aparatos que mezclan gas, se cree que ninguno es capaz de producir un aparato económico y compacto, el cual pueda mezclar gases para producir un producto de nitrógeno teniendo entre aproximadamente 100 ppm y 10,000 ppm de oxígeno. Por lo tanto, es deseable tener un aparato mezclador de gas teniendo tales características.

Breve descripción de la invención Un aspecto de esta invención se dirige a un aparato mezclador de gas compacto para mezclar de manera precisa una pluralidad de gases. Este aparato comprende un panel de gas, válvulas de control de presión para regular presiones diferenciales, medidores de flujo y una cámara mezcladora estática. La pluralidad de gases puede ser un gas menor y un gas mayor, donde, por ejemplo, el gas mayor es nitrógeno y el gas menor es aire u oxígeno. El gas mayor y el gas menor se mezclan, de preferencia, para lograr una mezcla de gas desde aproximadamente 100 ppm hasta aproximadamente 1 0,000 ppm de oxígeno en nitrógeno, más preferiblemente en una proporción desde alrededor de 500 ppm hasta aproximadamente 2,000 ppm de oxígeno en nitrógeno. Las válvulas de control de presión regulan el diferencial de presión hastav aproximadamente una columna de + 1 245.5 Pa. El aparato está integrado con un horno de reflujo. Como se usa en la presente, el oxígeno puede ser intercambiable con aire a veces. Se nota que el oxígeno constituye aproximadamente 20% del contenido en aire.

Breve descripción de los dibujos Ventajas adicionales de la presente invención se volverán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención cuando se lea en conjunción con el dibujo acompañante del cual la Fig. 1 es un diagrama esquemático general del aparato mezclador de gas utilizando un indicador de presión diferencial, medidores de flujo y una cámara mezcladora estática.

Descripción detallada de la invención Esta invención proporciona un aparato mezclador de gas compacto, el cual puede producir una mezcla de un gas menor y un gas mayor, preferiblemente oxígeno o aire, como el gas menor, y nitrógeno como el gas mayor, en una concentración desde aproximadamente 100 ppm hasta aproximadamente 1 0,000 ppm de oxígeno o aire en nitrógeno, y más preferiblemente, desde entre aproximadamente 500 ppm hasta aproximadamente 2,000 ppm de oxígeno o aire en nitrógeno usando una cámara mezcladora estática. Este aparato consiste de un deflector en línea, fijo, el cual provoca que los gases se corten y formen remolinos, proporcionando así una salida homogénea. Esta presente invención proporciona una concentración de oxígeno estable en una mezcla de gas, que es obtenida al mezclar nitrógeno y aire u oxígeno en un panel de mezclado, donde el diferencial de presión entre el suministro de nitrógeno y el suministro de oxígeno se mide y controla para variar por no más de aproximadamente 1 245.5 Pa. La mezcla es homogeneizada al pasarla a través de un mezclador espiral estático. La técnica es particularmente ventajosa donde la cantidad de oxígeno o aire mezclada en el nitrógeno es suficiente para dar una concentración de nitrógeno final de preferiblemente entre alrededor de 1 00 ppm y aproximadamente 10,000 ppm de oxígeno o aire en nitrógeno, más preferiblemente entre alrededor de 500 ppm y aproximadamente 2,000 ppm de oxígeno o aire en nitrógeno. Esta invención difiere de manera significativa del diseño de la técnica anterior, la cual mide dos corrientes de gas y mezcla las corrientes de gas en un tanque igualador. Las pequeñas fluctuaciones de presión entre los gases mayor y menor afectan de manera adversa la precisión de la mezcla. Para contener costos, se dejaron medidores de flujo no costosos en el diseño, pero se incorporó un indicador de presión diferencial para medir y controlar el diferencial de presión entre los gases mayor y menor a menos de aproximadamente 1245.5 Pa. La presente invención usa una cámara mezcladora estática. Tales cámaras mezcladoras estáticas consisten de deflectores en línea, fijos, los cuales provocan que los gases se corten y formen remolinos, proporcionando una salida homogénea. El uso de la cámara mezcladora estática compensa el costo del indicador de presión diferencial y contribuye enormemente al tamaño compacto del presente aparato mezclador de gas. Aqu í, los reguladores mecánicos se usan para controlar las corrientes de nitrógeno y oxígeno, y un indicador de presión diferencial se usa para asegurar que las dos corrientes de gas están dentro de 1 245.5 Pa. Los flujos de corriente de gas regulados son controlados usando un medidor de flujo, tal como un rotámetro, y se ajustan para entregar la mezcla de gas medido deseada. Las dos corrientes de gas se mezclan entonces en una cámara mezcladora estática, y la mezcla de gas final se entrega entonces a un horno de reflujo. La presente invención produce una mezcla de gas estable con una precisión de ± 1 ppm con una mezcla de gas de 1 00 ppm . Un indicador de presión diferencial simple produce una precisión de una amplia variedad de rangos de flujo y mezclas de gas de hasta aproximadamente ± 1 ppm. La precisión se mejoró al asegurar una presión de entrega idéntica de las dos corrientes de gas a ± 1245.5 Pa. La presión de entrega en esta invención ha sido medida hasta aproximadamente ± 74730 Pa. Como un ejemplo del panel de mezclado de gas de esta invención, se construyó un diseño de "placa plana" para facilitar una instalación in situ en el horno de reflujo, lo cual permite una instalación autoestable. La especificación del panel de mezclado de gas de esta invención es como sigue: Dimensión (61 cm cm de alto x 61 cm de largo x 30.5 cm de profundidad) Peso 29.2 kg Conexiones Entrada de nitrógeno: 1 .27 cm FPT Entrada de aire: 0.635 cm FPT Salida de mezcla de N2/aire: 1 .27 cm FPT Muestra de mezcla de N2/aire: 0.635 cm conexión rápida Requerimiento de gas Aire seco limpio 1 .416 m3/h estándares (7.03 kg manométricos/cm2) mínimo Nitrógeno grado 84.96 m3/h estándares (7.03 kg manométricos/cm2) comercial de Praxair mínimo La Fig . 1 proporciona una modalidad del esquema de flujo de esta invención. La corriente de nitrógeno 12 (7.93-79.29 m3/h std, 0.14 a 1 .41 m3/min std.) y la corriente de aire 14 (0.05 a 0.56 m3/h std) entran a 5.27 kg manométricos/cm2. El diferencial de presión entre las corrientes se mide mediante el indicador de presión diferencial 24. Si la diferencia de presión es demasiado alta, el regulador de presión 20 y 22 se ajustará hasta que las diferencias de presión estén dentro de aproximadamente ± 1 245.5 Pa. Las corrientes continúan a través de válvulas de liberación de presión 1 6 y 1 8 (fijadas a 7.03 kg/cm2) antes de pasar a través de los medidores de flujo de las corrientes que dependen de la composición particular elegida por la corriente final. Las válvulas check 36 y 38 regulan los gases de aire y nitrógeno antes de entrar al mezclador de gas 34, el cual es una cámara mezcladora estática. Los gases se mezclan y la corriente de producto 1 6 sale, teniendo un contenido de oxígeno dé entre aproximadamente 1 0 ppm y aproximadamente 10,000 ppm, dependiendo de la composición elegida. La válvula de muestra 40 conduce a gases de muestra que fluyen. Pueden intercambiarse varios aspectos de la presente invención . Por ejemplo, el indicador de presión diferencial con un arreglo regulador de piloto/esclavo puede ser colocado en los suministros de aire y nitrógeno puro. En este diseño, el regulador de nitrógeno controlaría la presión de nitrógeno entregada y proporcionaría una señal para pre-fijar el regulador de aire substancialmente a la misma presión que la presión de nitrógeno. Otra variación contemplada por esta invención es reemplazar la cámara mezcladora estática con un tanque igualador compacto y una boquilla difusora en la entrada del tanque igualador. La boquilla difusora proporcionaría el corte y formación de remolinos necesarios para mezclar apropiadamente las corrientes de nitrógeno y oxígeno. Características específicas de la invención se muestran en uno o más de los dibujos por conveniencia solamente, ya que cada característica puede combinarse con otras características de acuerdo con la invención, modalidades alternativas serán reconocidas para aquéllos expertos en la técnica y pretenden ser incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (10)

REIVI NDICACIONES

1 . Un aparato mezclador de gas compacto para mezclar de manera precisa una pluralidad de gases, comprendiendo dicho aparato a) un panel de gas; b) válvulas de control de presión para regular presiones diferenciales; c) medidores de flujo; y d) una cámara mezcladora estática.

2. El aparato de la reivindicación 1 , en donde dicho aparato mezcla un gas menor y un gas mayor.

3. El aparato de la reivindicación 2, en donde dicho gas mayor es nitrógeno y dicho gas menor es aire.

4. El aparato de la reivindicación 2, en donde dicho gas mayor es nitrógeno y dicho gas menor es oxígeno.

5. El aparato de la reivindicación 2, en donde dicho aparato mezcla dicho gas mayor y dicho gas menor para lograr una mezcla de gas desde aproximadamente 100 ppm hasta aproximadamente 10,000 ppm de oxígeno en nitrógeno.

6. El aparato de la reivindicación 2, en donde dichas válvulas de control regulan la presión diferencial a aproximadamente ± 1245.5 Pa.

7. El aparato de la reivindicación 1 , en donde dicho aparato está integrado con un horno de reflujo.

8. El aparato de la reivindicación 1 , en donde dicha cámara mezcladora estática comprende deflectores en línea fijos.

9. El aparato de la reivindicación 1 , en donde dicho medidor de flujo es un rotámetro.

10. El aparato de la reivindicación 1 , en donde dicha cámara mezcladora estática es reemplazada por un tanque ¡guiador y una boquilla difusora.