用于生產(chǎn)動(dòng)態(tài)氣體混合物的方法和設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)和輸送具有由第一氣體和至少一種第二氣體組成的選擇組分的氣體混合物的方法和設(shè)備。所述方法包括下列步驟：a）在主管道（1）中提供包括所述第一氣體的主氣體流，b）將所述主氣體流分為多個(gè)第一次級(jí)氣體流，c）引導(dǎo)每個(gè)次級(jí)氣體流經(jīng)過(guò)次級(jí)管道（2），d）通過(guò)輸送管道（3）將至少一種第二氣體添加至各個(gè)次級(jí)管道（2）中的所述多個(gè)第一次級(jí)氣體流的至少一者中，所述輸送管道（3）突出到所述次級(jí)管道（2）中，e）將所述多個(gè)第一次級(jí)氣體流組合成所述氣體混合物。通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)教導(dǎo)，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)氣罐填充，其中第二氣體成分可具有從ppb至百分之幾的濃度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于生產(chǎn)動(dòng)態(tài)氣體混合物的方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)和輸送氣體混合物的方法和設(shè)備，該氣體混合物具有由第一氣體和至少一種第二氣體組成的選擇組分。具體地，本發(fā)明用于氣體混合物的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)態(tài)氣體混合用于以氣體混合物連續(xù)地填充氣瓶，該氣體混合物具有由第一(主)氣體和至少一種第二氣體組成的選擇組分。通常，在主管道中作為主要?dú)怏w流提供在氣體混合物中具有最高濃度的第一氣體，并且將第二氣體添加到主管道中，以便第一氣體和第二氣體摻雜/混雜并且形成氣體混合物流。第一氣體的流率和第二氣體的流率被設(shè)定為這樣的值，即使得生產(chǎn)具有近似期望組分的氣體混合物。
[0003]以選擇時(shí)間間隔或連續(xù)地，在氣體混合物穿過(guò)所選擇的點(diǎn)時(shí)，測(cè)量氣體混合物的流率和氣體混合物的組分。由此，確定流動(dòng)的氣體混合物中的每種氣體的當(dāng)前濃度。使用流率測(cè)量和氣體混合物分析結(jié)果，確定已穿過(guò)所選擇的點(diǎn)的氣體混合物總量的組分。如果已經(jīng)穿過(guò)給定點(diǎn)的氣體混合物的積累量中的成分已經(jīng)處于期望比例，就不需要對(duì)氣體混合物的任何成分的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。然而，如果氣體混合物具有超過(guò)預(yù)定組分限制的組分，信號(hào)就被發(fā)送回與將第一氣體和第二氣體進(jìn)給至主氣體管道中的氣體管路相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多流量控制裝置，從而導(dǎo)致流量控制裝置調(diào)節(jié)氣體流率，以便減小測(cè)量和目標(biāo)組分之間的差異。在填充活動(dòng)期間，頻繁地進(jìn)行分析和流率調(diào)節(jié)，以便氣體混合物的組分將被保持在窄范圍內(nèi)。
[0004]然后，氣體混合物被壓縮和充入多個(gè)平行對(duì)齊的氣罐中。此外，該設(shè)備可包括清洗閥和惰性氣體源，以便可在每次填充循環(huán)之后對(duì)設(shè)備清洗。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)US5，836，632公開(kāi)了一種以氣體混合物動(dòng)態(tài)填充氣瓶的方法。通過(guò)各個(gè)輸送管道在主管道的相同位置處將形成氣體混合物的各氣體單獨(dú)地引入主管道。所有氣體成分都被添加至主管道內(nèi)的相同空間中。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)US5，495，875公開(kāi)了一種連續(xù)填充多個(gè)氣瓶的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其中精確濃度的汽化液體成分被摻雜進(jìn)氣體或氣體混合物。不同的氣體成分可相對(duì)于主管道中的流動(dòng)方向在接續(xù)的位置中被添加至主管道中的主氣體流中。為了混合多種第二氣體，主管道必須具有特定長(zhǎng)度，以便可將所有氣體都添加到主管道中。
[0007]通過(guò)已知系統(tǒng)，不可能生產(chǎn)下列氣體混合物，該氣體混合物具有百分之幾濃度的成分，同時(shí)具有僅幾個(gè)ppm[百萬(wàn)分率],或甚至ppb[十億分率]濃度的成分。
[0008]因此，需要用于生產(chǎn)含有從低于幾百ppm至百分之幾濃度的第二氣體的氣體混合物的設(shè)備和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目標(biāo)在于，至少部分解決關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)所討論的問(wèn)題。具體地，尋求提供一種用于生產(chǎn)和輸送具有選擇組分的氣體混合物的方法和設(shè)備，其允許動(dòng)態(tài)地生產(chǎn)包含具有高精度的第二氣體成分的氣體混合物。本發(fā)明的另一目標(biāo)在于生產(chǎn)一種氣體混合物，其中一種成分具有低于幾百PPm的濃度。本發(fā)明的目標(biāo)也在于生產(chǎn)一種氣體混合物，其中第一成分具有小于幾百PPm的濃度，并且第二成分具有百分之幾的濃度。
[0010]所述目標(biāo)通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的特征的一種方法和設(shè)備實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求指出了本發(fā)明的進(jìn)一步有利的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，本專(zhuān)利權(quán)利要求中單獨(dú)指出的特征可通過(guò)任何期望的技術(shù)合理方式彼此組合，并且形成本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例。說(shuō)明書(shū)，特別是與附圖組合，進(jìn)一步解釋本發(fā)明，并且指出本發(fā)明的特別優(yōu)選的變型。
[0011]具體地，該目標(biāo)通過(guò)一種用于生產(chǎn)和輸送氣體混合物的方法實(shí)現(xiàn),該氣體混合物具有由第一氣體和至少一種第二氣體、優(yōu)選至少兩種第二氣體組成的選擇組分，該方法包括下列步驟:
[0012]a)在主管道中提供包括第一氣體的主氣體流，
[0013]b)將主氣體流分為多個(gè)第一次級(jí)氣體流，
[0014]c)引導(dǎo)每個(gè)次級(jí)氣體流經(jīng)過(guò)次級(jí)管道，
[0015]d)通過(guò)輸送管道將至少一種第二氣體添加至各個(gè)次級(jí)管道中的所述多個(gè)第一次級(jí)氣體流的至少一者中，所述輸送管道突出到次級(jí)管道中，
[0016]e)將所述多個(gè)第一次級(jí)氣體流組合成氣體混合物。
[0017]第一氣體和第二氣體可以是具有僅一種氣體成分的純氣體，但是也可以是具有已知組分的氣體混合物。特別地，第二氣體是具有僅一種成分的純氣體。主氣體流被定義為流經(jīng)單一(主)管道的氣體流，第二氣體或多種第二氣體被添加至該氣體流中。優(yōu)選地，主氣體流率的波動(dòng)小于1%。為了將第二氣體或多種第二氣體添加至主氣體流，在方法步驟b)中，主氣體流被分為至少兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)的次級(jí)氣體流。這意味著，每個(gè)次級(jí)氣體流都通過(guò)壁、膜等等與其它次級(jí)氣體流分離。方法步驟b)特別地與方法步驟c)同時(shí)執(zhí)行，根據(jù)方法步驟C)，通過(guò)將主氣體流的第一氣體分離和引導(dǎo)到多個(gè)次級(jí)管道中生成次級(jí)氣體流，其中次級(jí)管道的量代表所述多個(gè)次級(jí)氣體流。次級(jí)管道是這樣的管道，其中僅引導(dǎo)一部分主氣體流。
[0018]在方法步驟d)中，第二氣體被供應(yīng)給每個(gè)次級(jí)氣體流，其中第二氣體的數(shù)量可相應(yīng)于最終氣體混合物中的次要?dú)怏w成分的期望量。優(yōu)選地，第一氣體是氣體混合物的主成分，并且以至少20m3/h [立方米/小時(shí)]或甚至至少60m3/h的高流率供應(yīng)，第二氣體是氣體混合物的次要成分。
[0019]第二氣體被供應(yīng)給相應(yīng)次級(jí)管道中的次級(jí)氣體流。通過(guò)輸送管道供應(yīng)第二氣體。輸送管道被定義為，在輸送管道中的下列點(diǎn)/位置和次級(jí)管道中的輸送管道出口之間的管道，在該點(diǎn)/位置處能夠切斷次級(jí)氣體的氣體流。氣體混合物中的第二氣體的濃度取決于輸送管道內(nèi)的氣體流量。因此，必須能夠精確調(diào)節(jié)輸送管道內(nèi)的氣體流量。優(yōu)選地，這通過(guò)輸送管道的小內(nèi)徑實(shí)現(xiàn)，根據(jù)第二氣體的期望量選擇該內(nèi)徑。此外，能夠精確地控制被供應(yīng)給輸送管道的第二氣體的量的閥是優(yōu)選的。取決于輸送管道的參數(shù)、輸送管道末端處的次級(jí)流的參數(shù)和連接至輸送管道的各個(gè)閥，能夠添加氣體混合物的濃度從PPb至百分之幾的第二氣體。
[0020]在方法步驟e)中，向其施加第二氣體的多個(gè)第一次級(jí)氣體流組合以形成期望的氣體混合物?？赏ㄟ^(guò)經(jīng)各個(gè)次級(jí)管道的出口將第二氣體流(第二氣體被添加至其中)再次供給到主管道來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)第一次級(jí)氣體流的組合。
[0021]通過(guò)將主氣體流分為多個(gè)次級(jí)氣體流，能夠優(yōu)選通過(guò)次級(jí)管道的形狀、特別是直徑獨(dú)立地設(shè)置每個(gè)次級(jí)氣體流的參數(shù)。這尤其意味著，能夠?qū)γ總€(gè)次級(jí)氣體流獨(dú)立地設(shè)置將第二氣體施加至次級(jí)氣體流的條件。特別地，能夠獨(dú)立地設(shè)置次級(jí)氣體流的流速、次級(jí)氣體流的動(dòng)態(tài)和/或靜態(tài)壓力。由于存在用于將第二氣體供應(yīng)給氣體流內(nèi)的至少兩種不同條件(相應(yīng)于兩個(gè)次級(jí)氣體流)，所以本發(fā)明允許添加精確量的第二氣體。這是因?yàn)橄铝惺聦?shí)，即能夠在每個(gè)次級(jí)管道中生成下列條件，其有利地用于將第二氣體精確添加至相應(yīng)次級(jí)管道中的氣體流中?？刹⑿械靥砑佣喾N第二氣體，每種第二氣體都在摻雜點(diǎn)處具有不同條件。
[0022]優(yōu)選地，第一氣體和第二氣體的溫度約為周?chē)h(huán)境溫度，特別是在18°C [攝氏度]至22°C范圍內(nèi)。輸送管道突出到次級(jí)管道中允許有效地混合第一氣體和第二氣體，因?yàn)榈诙怏w不是被輸送至氣體流的緩慢邊界層，而是被輸送進(jìn)流體的較快速部分中。通常，次級(jí)管道的自由直徑和次級(jí)管道的直徑之和小于主管道的自由直徑，這導(dǎo)致流體加速，并且流體雷諾數(shù)的增大通常至少在次級(jí)管道的中心區(qū)域中生成湍流區(qū)。因此，輸送管道的突出改善了混合和摻雜的質(zhì)量。結(jié)果，能夠省略下游規(guī)定的混合管道。因此，與現(xiàn)有技術(shù)解決方案相比，次級(jí)管道的長(zhǎng)度能夠非常短。此外，不必提供自由直徑的連續(xù)加寬或減小以便改善摻雜或混合結(jié)果。因而可能提供自由直徑的不連續(xù)變化。這特別意味著，作為次級(jí)管道，能夠使用具有簡(jiǎn)單柱形幾何形狀的普通管或孔。不必提供錐形管道部分。
[0023]輸送管的突出部分能夠優(yōu)選這樣成形，即關(guān)于次級(jí)管道中的主流動(dòng)方向成直角或者沿次級(jí)管道中的主流動(dòng)方向輸送第二氣體。這意味著，輸送管道以直角筆直地突出到次級(jí)管道中，或者以90°角彎曲到次級(jí)管道中。優(yōu)選地，輸送管道的突出部分在截面方向上具有一定長(zhǎng)度，并且該長(zhǎng)度與次級(jí)管道的直徑的商處于0.35至0.8的范圍內(nèi)，優(yōu)選處于0.45至0.625的范圍內(nèi)。視需要，能夠在步驟e)之后在下游執(zhí)行進(jìn)一步混合。
[0024]優(yōu)選地，該方法還包括下列步驟:
[0025]f)將氣體混合物分為多個(gè)第二次級(jí)氣體流，
[0026]g)引導(dǎo)每個(gè)次級(jí)氣體流經(jīng)過(guò)次級(jí)管道，
[0027]h)通過(guò)輸送管道將至少一種其它的第二氣體添加至各個(gè)次級(jí)管道中的所述多個(gè)第二次級(jí)氣體流的至少一者中，所述輸送管道突出到次級(jí)管道中，
[0028]i)將多個(gè)第二次級(jí)氣體流組合為氣體混合物，其中步驟h)中的所述至少一種其它第二氣體的量大于步驟d)中的所述至少一種第二氣體的量。
[0029]方法步驟f)至i)對(duì)應(yīng)于方法步驟b)至e)。因此，在最終氣體混合物中的濃度處于PPm或更低范圍的第二氣體首先被添加至氣體混合物，然后添加濃度在百分之幾范圍內(nèi)的氣體。方法步驟d)期間添加的氣體與第一和第二多個(gè)次級(jí)氣體流之間的氣體混合物摻雜，并且進(jìn)一步被多個(gè)第二次級(jí)氣體流摻雜。首先添加具有較小濃度的第二氣體是有利的，以便能夠?qū)崿F(xiàn)所述第二氣體的均勻摻雜。視需要，能夠在步驟i)之后在下游執(zhí)行進(jìn)一步混
口 ο
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該至少一種第二氣體通過(guò)相應(yīng)的輸送管道被添加至次級(jí)氣體流，到達(dá)次級(jí)氣體流的中心。這意味著，各個(gè)輸送管道在次級(jí)氣體流的中心終止。通過(guò)這種方式，該至少一種第二氣體被添加至其中次級(jí)氣體流具有最高速度并且其中存在第二氣體流的最高湍流度的位置，以便第二氣體與次級(jí)氣體流均勻地?fù)诫s。在這方面，各種第二氣體都能夠被平行地添加至次級(jí)氣體流的中心，以便能夠以更高效率摻雜每種第二氣體。因此，其中添加第二氣體的長(zhǎng)度較短。
[0031]進(jìn)一步優(yōu)選地，各個(gè)次級(jí)氣體流具有次級(jí)流動(dòng)方向，所述至少一種第二氣體以基本上與該次級(jí)流動(dòng)方向平行的流動(dòng)方向被添加至次級(jí)氣體流。這意味著，第二氣體以具有大致沿次級(jí)管道內(nèi)的次級(jí)氣體流的方向或者逆著該方向的速度分量的方式流出輸送管道。通過(guò)這種方式，輸送管道出口處的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力有利地用于精確計(jì)量進(jìn)入次級(jí)氣體流的第二氣體。通過(guò)這種方式，能夠進(jìn)一步提高氣體混合物的成分比例的精確性。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)以一供應(yīng)頻率將第二氣體供應(yīng)給輸送管道來(lái)調(diào)節(jié)輸送管道內(nèi)的第二氣體的流率。這意味著，輸送管道內(nèi)的第二氣體不具有恒定流率，而是具有規(guī)律變化的流率，即規(guī)律脈動(dòng)的流率。因此，該流率的特征為供應(yīng)頻率，其中氣體在供應(yīng)循環(huán)期間以一供應(yīng)時(shí)間流動(dòng)。通過(guò)改變每個(gè)供應(yīng)循環(huán)的供應(yīng)頻率和/或供應(yīng)時(shí)間，能夠調(diào)節(jié)被添加至次級(jí)氣體流的第二氣體的量。供應(yīng)頻率和供應(yīng)時(shí)間大致對(duì)應(yīng)于連接于輸送管道的相應(yīng)閥的開(kāi)啟頻率和開(kāi)啟時(shí)間。在該情況下，流經(jīng)輸送管道的第二氣體的量不是僅取決于相應(yīng)閥的精確開(kāi)啟程度，而是取決于能夠通過(guò)電子設(shè)備非常精確地改變的開(kāi)啟頻率和開(kāi)啟時(shí)間。通過(guò)這種方式，能夠進(jìn)一步提高氣體混合物中的第二氣體的精確度。
[0033]此外，優(yōu)選通過(guò)利用步進(jìn)馬達(dá)開(kāi)啟閥來(lái)調(diào)節(jié)輸送管道中的第二氣體的流率。這意味著，閥不是通過(guò)手動(dòng)操作開(kāi)啟，而是由可電子控制的步進(jìn)馬達(dá)開(kāi)啟。通過(guò)這種方式，閥的開(kāi)啟不取決于操作者的能力，并且能夠更精確地設(shè)定第二氣體的流率。
[0034]有利地，在第一步驟中通過(guò)閥的開(kāi)度粗略地調(diào)節(jié)輸送管道內(nèi)的第二氣體的氣體流率，并且在下一步驟中通過(guò)改變閥入口處的壓力精確地調(diào)節(jié)輸送管道內(nèi)的第二氣體的氣體流率。閥的開(kāi)度的特征在于介質(zhì)所流經(jīng)的面積。特別地，改變使第二氣體通往閥的管道內(nèi)的壓力，以便精確地調(diào)節(jié)第二氣體的流率。因此，能夠以非常高的精確度設(shè)定第二氣體的流率。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)從通往閥入口的管道中抽出一些第二氣體來(lái)精確地調(diào)節(jié)輸送管道中的第二氣體的流率。這意味著，通過(guò)已知閥或上述閥粗略地設(shè)定輸送管道內(nèi)的第二氣體的流率，并且隨后通過(guò)主動(dòng)抽取在管道中流向閥的第二氣體的一部分來(lái)設(shè)定精確流率。例如通過(guò)膜盒(伸縮軟管)完成主動(dòng)抽取。作為替換方式，通過(guò)將一些第二氣體添加至通往閥的管道(特別是通過(guò)膜盒)精確地調(diào)節(jié)輸送管道內(nèi)的第二氣體的流率。通過(guò)這種方式，給出一種用于獲得高精確度氣體混合物的替換方式。
[0036]另外優(yōu)選的是，第二氣體最初為流體，該流體被霧化氣體霧化并且前進(jìn)通過(guò)輸送管道，該霧化氣體的類(lèi)型可為第一氣體或第二氣體。這意味著，優(yōu)選地，流體從流體儲(chǔ)器流出至霧化點(diǎn)，在該霧化點(diǎn)處，流體被霧化氣體霧化，優(yōu)選地，該霧化氣體在霧化點(diǎn)處具有垂直于流體的流速。通過(guò)這種方式,能夠以高精確度將流體供應(yīng)給氣體混合物。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，建議一種用于輸送氣體混合物的設(shè)備，該設(shè)備包括具有第一部段和第二部段的主管道，其中主管道的第一部段和第二部段通過(guò)多個(gè)第一次級(jí)管道連接，其中輸送管道終止于多個(gè)第一次級(jí)管道的至少一者內(nèi)并且突出到其中。優(yōu)選地，該設(shè)備用于實(shí)施本發(fā)明的方法。
[0038]優(yōu)選地，在主管道的第一部段中引導(dǎo)第一氣體，第二氣體在多個(gè)第一次級(jí)管道內(nèi)被添加至第一氣體。在主管道的第二部段中引導(dǎo)第一氣體和在多個(gè)第一次級(jí)管道中添加的第二氣體的氣體混合物。所述多個(gè)次級(jí)管道可以是任何類(lèi)型的管、通道、導(dǎo)管等等，其中主管道的第一部段中的第一氣體被引導(dǎo)至主管道的第二部段。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，輸送管道的出口在多個(gè)第一次級(jí)管道的至少一者中終止并且突出到其中，以便能夠通過(guò)輸送管道添加第二氣體。次級(jí)管道可都具有相同形狀，特別是在內(nèi)徑和長(zhǎng)度方面，但是也可彼此不同。通過(guò)次級(jí)管道的形狀，能夠設(shè)定次級(jí)氣體流關(guān)于流速、流速分布、靜壓和/或動(dòng)態(tài)壓力的流動(dòng)特性，其中這些值也取決于所提供的第一氣體的量和壓力。通過(guò)這種方式，能夠這樣設(shè)定次級(jí)管道的形狀，即使得能夠以高精確度和不同的量將第二氣體添加至次級(jí)氣體流中。
[0040]例如，通過(guò)次級(jí)管道的各自設(shè)計(jì)，主氣體流的流速能夠在次級(jí)氣體流中增大，以便在次級(jí)管道中獲得較低靜態(tài)壓力和較高動(dòng)態(tài)壓力。通過(guò)這種方式，與主氣體流相比，能夠以較高精確度將第二氣體添加到次級(jí)氣體流中。通過(guò)這種方式，能夠以不同條件并行地將多種第二氣體添加到氣體流中。其中能夠添加第二氣體的區(qū)域的軸向延伸被最小化。
[0041]根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的另一實(shí)施例，該設(shè)備包括主管道的第三部段，該第三部段通過(guò)多個(gè)第二次級(jí)管道連接至主管道的第二部段，其中輸送管道在多個(gè)第二次級(jí)管道的至少一者內(nèi)終止，其中終止于多個(gè)第二次級(jí)管道的至少一者中的輸送管道的內(nèi)徑大于終止于多個(gè)第一次級(jí)管道的至少一者中的輸送管道的內(nèi)徑，優(yōu)選為后者的兩倍或者甚至三倍。優(yōu)選地，較小內(nèi)徑不大于2mm[毫米]，特別是不大于1mm，較大內(nèi)徑至少為4mm，或者甚至至少為6_。通過(guò)這種方式，在最終氣體混合物中具有較低濃度的第二氣體在第一步驟中被添加到氣體流中，以便該第二氣體能夠在主管道中的更長(zhǎng)距離上摻雜。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，輸送管道在閥和次級(jí)管道內(nèi)的端部之間形成，并且所具有的容積小于lcm3[立方厘米]，并且更優(yōu)選地容積小于50mm3[立方毫米]。通過(guò)使用具有這種低容積的輸送管道，能夠以高精確度連續(xù)地添加具有PPb范圍的低濃度的第二氣體。
[0043]此外，優(yōu)選地，多個(gè)次級(jí)管道由連接件中的孔形成，該連接件連接至主管道的第一部段和第二部段，或者連接至主管道的第二部段和第三部段。優(yōu)選地，連接件的外徑類(lèi)似于主管道的外徑。此外，孔的總開(kāi)口面積小于主管道的內(nèi)部截面面積。通過(guò)這種方式，次級(jí)管道內(nèi)的氣體的速度大于主管道內(nèi)的氣體的速度。通過(guò)這種方式，能夠容易地生產(chǎn)多個(gè)次級(jí)管道。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)壓電致動(dòng)器操作的閥連接至輸送管道。獨(dú)立于本發(fā)明，通過(guò)壓電致動(dòng)器操作的閥可用于以高精確度控制氣體流。通常，閥是手動(dòng)操作的，其中閥針在閥殼體內(nèi)相對(duì)于閥座移位，以調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。閥通常包括具有入口和出口的閥殼體，其中閥座和閥針布置在閥殼體內(nèi)。現(xiàn)在建議，閥針通過(guò)電子控制的壓電致動(dòng)器操作。因此，閥的開(kāi)度以及因此使用時(shí)的氣體流率由壓電致動(dòng)器控制。
[0045]在另一實(shí)施例中，壓電致動(dòng)器代替膜片閥的膜片或起膜片閥的膜片的作用，以便膜片閥的開(kāi)度由壓電致動(dòng)器控制。尤其優(yōu)選的是，壓電致動(dòng)器連接至交流電壓源以便以交流電壓操作閥，從而閥在每個(gè)開(kāi)啟循環(huán)中周期性地以開(kāi)啟頻率和開(kāi)啟時(shí)間開(kāi)啟。
[0046]優(yōu)選地，壓電致動(dòng)器通過(guò)連接桿連接至閥針。通過(guò)這種方式，壓電致動(dòng)器不必直接連接至閥針，而是可被布置在閥殼體內(nèi)或閥殼體上。優(yōu)選地，連接桿穿過(guò)閥座從閥針延伸至壓電致動(dòng)器。此外優(yōu)選的是，閥針的外圓周相對(duì)于閥針的移位方向傾斜小于2°，特別是小于I。。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，通過(guò)步進(jìn)馬達(dá)操作的閥連接至輸送管道。步進(jìn)馬達(dá)可電子控制，從而與手動(dòng)操縱相比，填充過(guò)程的精確度更高并且可再現(xiàn)。
[0048]此外優(yōu)選的是，壓力調(diào)節(jié)器、特別是膜盒連接至閥的入口，該閥連接至輸送管道。膜盒用于抽取第二氣體或添加額外的第二氣體至輸送管道。在這種連接中，可通過(guò)閥設(shè)定對(duì)輸送管道內(nèi)的第二氣體的流率的粗略調(diào)節(jié)，并且可通過(guò)膜盒實(shí)現(xiàn)對(duì)流率的微調(diào)，膜盒抽取第二氣體或?qū)㈩~外的第二氣體添加至輸送管道。通過(guò)這種方式，能夠在氣體混合物中獲得更高精確度的第二氣體。
[0049]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，流體源、氣體源和輸送管道連接至閥。通過(guò)這種方式，來(lái)自流體源的流體可在閥處被來(lái)自氣體源的氣體霧化，并且可通過(guò)輸送管道施加到第二管道中。優(yōu)選地，閥的來(lái)自流體源的入口和來(lái)自氣體源的入口在閥中彼此相鄰。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，建議一種用于生產(chǎn)具有第一氣體和至少一種第二氣體的選擇組分的動(dòng)態(tài)混合器，其包括本發(fā)明的設(shè)備和控制單元，控制單元根據(jù)本發(fā)明的方法操作動(dòng)態(tài)混合器。動(dòng)態(tài)混合器還可包括用于第一氣體和第二氣體的氣體源、連接至控制單元的控制閥、用于分析氣體混合物組分的分析單元、和用于將氣體混合物填充到其中的氣罐。
[0051]優(yōu)選地，動(dòng)態(tài)混合器操作用于動(dòng)態(tài)填充氣罐，如US5，826，632中所述。也可在動(dòng)態(tài)混合器的下游設(shè)置另一靜態(tài)混合器。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)可轉(zhuǎn)移并且可適用于本發(fā)明的設(shè)備，反之亦然。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0053]現(xiàn)在將基于附圖，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的特別優(yōu)選的變型和【技術(shù)領(lǐng)域】。應(yīng)明白，附圖中所示的示例性實(shí)施例無(wú)意約束本發(fā)明，并且示意性地示出:
[0054]圖1:本發(fā)明設(shè)備的第一實(shí)施例，
[0055]圖2:本發(fā)明設(shè)備的第一實(shí)施例的截面圖，
[0056]圖3:由壓電致動(dòng)器操作的閥，
[0057]圖4:由步進(jìn)馬達(dá)操作的閥，
[0058]圖5:本發(fā)明設(shè)備的第二實(shí)施例，
[0059]圖6:本發(fā)明設(shè)備的第三實(shí)施例，和
[0060]圖7:根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)混合器。
【具體實(shí)施方式】
[0061]圖1示意性示出本發(fā)明設(shè)備5的第一實(shí)施例。設(shè)備5包括主管道1，其具有第一部段6、第二部段7和第三部段8。第一部段6和第二部段7以及第二部段7和第三部段8分別由連接件13連接。連接件13包括形成次級(jí)管道2的孔12。在每個(gè)次級(jí)管道2中都終止有輸送管道3，其末端11突出到各自的次級(jí)管道2中。溫度控制元件32被連接至連接件13，以便保持連接件13的溫度恒定地處于預(yù)定溫度。
[0062]在運(yùn)行中，在主管道I的第一部段6中提供第一氣體，其在附圖中作為主氣體流從頂部流動(dòng)至底部。主氣體流被分離到連接件13中的次級(jí)管道2中，形成具有次級(jí)氣體流方向4的多個(gè)第一次級(jí)氣體流。通過(guò)一個(gè)或更多輸送管道3，第二氣體被添加至次級(jí)管道2中的至少一部分次級(jí)氣體流中。由于孔12的整體截面小于主管道I的截面，所以次級(jí)管道2中的流速大于主管道I中的流速。所添加的第二氣體與次級(jí)氣體流摻雜，并且前進(jìn)到主管道I的第二部段7中。經(jīng)摻雜的氣體混合物再次被分離到下游連接件13的次級(jí)管道2中，形成多個(gè)第二次級(jí)氣體流。次級(jí)管道2的內(nèi)徑和在下游次級(jí)管道2中終止的輸送管道3的內(nèi)徑大于上游連接件13的各自部分的內(nèi)徑。通過(guò)這種方式，在下游連接件13中添加的最終氣體混合物中的第二氣體的濃度能夠大于在上游連接件13中添加的第二氣體的濃度。
[0063]在圖2中，示出穿過(guò)圖1中的實(shí)施例的連接件13的截面圖。連接件13包括孔12，其形成次級(jí)管道2。在六個(gè)外部次級(jí)管道2的每一個(gè)中都終止有輸送管道3，輸送管道3突出到次級(jí)管道2中，其中每個(gè)輸送管道3都從閥10延伸至次級(jí)管道2內(nèi)的輸送管道3的末端11。
[0064]圖3示意性地公開(kāi)了由壓電致動(dòng)器20操作的閥10。閥10包括閥針21，其被壓靠在閥座22上。工作氣體通過(guò)閥入口 23被引入，并且能夠繼續(xù)穿過(guò)閥10到達(dá)閥出口 24。閥座開(kāi)口 25被壓電致動(dòng)器20開(kāi)啟和閉合，以便被引導(dǎo)穿過(guò)閥10的氣體量能夠通過(guò)閥座開(kāi)口25的開(kāi)啟時(shí)間和開(kāi)啟頻率(也稱(chēng)為供應(yīng)頻率和供應(yīng)時(shí)間)調(diào)節(jié)。
[0065]在圖4中，示出高精度閥10。閥10由步進(jìn)馬達(dá)14調(diào)節(jié),步進(jìn)馬達(dá)操作閥針21,閥針21具有關(guān)于垂直方向的小于1°的傾斜。步進(jìn)馬達(dá)14可迫使閥針21遠(yuǎn)離閥座22，從而第二氣體可從閥入口 21前進(jìn)至閥出口 24。
[0066]圖5示意性示出設(shè)備5的第二實(shí)施例。設(shè)備5包括主管道1，其被連接至連接件13，在連接件13中形成次級(jí)管道2。輸送管道3在次級(jí)管道2中終止。第二氣體被至少一個(gè)輸送管道3引入次級(jí)管道2中。通過(guò)閥10調(diào)節(jié)由輸送管路3供應(yīng)的第二氣體的量的粗略調(diào)節(jié)。通過(guò)膜盒15調(diào)節(jié)經(jīng)輸送管路13輸送的第二氣體的量的精細(xì)調(diào)節(jié)，膜盒15連接至輸送管路3。通過(guò)經(jīng)由連接至輸送管道3的膜盒15抽出或添加第二氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道3中的第二氣體的流速的精細(xì)調(diào)節(jié)。
[0067]圖6示出設(shè)備5的第三實(shí)施例，其類(lèi)似于圖5中所示的設(shè)備。在該實(shí)施例中，流體源16連接至一個(gè)輸送管道3。流體源16中的流體可被加壓。流體前進(jìn)至流體源16之下的閥10，在此處流體被通過(guò)連接至氣體源17的供應(yīng)管道9供應(yīng)的氣體霧化。氣體使來(lái)自流體源16的流體霧化，并且使霧化流體前進(jìn)至次級(jí)管道2。溫度控制元件32連接至輸送管道3，以便保持其溫度恒定，否則溫度將被蒸發(fā)的流體降低。
[0068]圖7示出具有幾個(gè)本發(fā)明設(shè)備5的動(dòng)態(tài)混合器18。來(lái)自進(jìn)給管路30的氣體能夠經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器26作為第一氣體被施加給設(shè)備5，因而在設(shè)備5中形成主氣體流。作為替換方式，由進(jìn)給管路30供應(yīng)的氣體能夠作為第二氣體被引導(dǎo)至設(shè)備5，因而根據(jù)本發(fā)明的方法定量供給。此外，氣罐31中的第二氣體可被施加給設(shè)備5，以便根據(jù)本發(fā)明添加至主氣體流。取決于輸送管道3和次級(jí)管道2中的次級(jí)氣體流動(dòng)特性，氣體可作為具有介于ppb和百分之幾之間濃度的第二氣體供應(yīng)。氣體混合物被進(jìn)一步引導(dǎo)至混合器28。分析器27采集氣體混合物的樣品，以估計(jì)氣體混合物中各氣體的濃度。氣體混合物進(jìn)一步在壓縮機(jī)29中被壓縮,并且被填充到氣罐中。能夠由溫度傳感器33測(cè)量氣體混合物的溫度。
[0069]控制單元19被連接至分析器27、設(shè)備5、溫度傳感器33和進(jìn)給管路30。控制單元19操作這些元件，從而生產(chǎn)將被填充到氣罐中的、具有預(yù)定組分的氣體混合物。通過(guò)持續(xù)地分析氣體混合物和重置被添加氣體的量實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，使得最終氣體組分具有期望組分。
[0070]通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)教導(dǎo)，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)氣罐填充，其中第二氣體成分可具有從ppb至百分之幾的濃度。
[0071]附圖標(biāo)記列表
[0072]I主管道
[0073]2次級(jí)管道
[0074]3輸送管道
[0075]4次級(jí)流方向
[0076]5設(shè)備
[0077]6第一部段
[0078]7第二部段
[0079]8第三部段
[0080]9供應(yīng)管道
[0081]10閥
[0082]11末端
[0083]12孔`
[0084]13連接件
[0085]14步進(jìn)馬達(dá)
[0086]15膜盒
[0087]16流體源
[0088]17氣體源
[0089]18動(dòng)態(tài)混合器
[0090]19控制單元
[0091]20壓電致動(dòng)器
[0092]21閥針
[0093]22閥座
[0094]23閥入口
[0095]24閥出口
[0096]25閥座開(kāi)口
[0097]26蒸發(fā)器
[0098]27分析器
[0099]28混合器
[0100]29壓縮機(jī)
[0101]30進(jìn)給管路
[0102]31氣罐
[0103]32溫度控制元件
[0104]33溫度傳感器
[0105]34連接桿
【權(quán)利要求】
1.一種用于生產(chǎn)和輸送具有由第一氣體和至少一種第二氣體組成的選擇組分的氣體混合物的方法，包括下列步驟: a)在主管道(I)中提供包括所述第一氣體的主氣體流， b)將所述主氣體流分為多個(gè)第一次級(jí)氣體流， c)引導(dǎo)每個(gè)次級(jí)氣體流經(jīng)過(guò)次級(jí)管道(2)， d)通過(guò)輸送管道(3)將至少一種第二氣體添加至各個(gè)次級(jí)管道(2)中的所述多個(gè)第一次級(jí)氣體流的至少一者中，所述輸送管道(3)突出到所述次級(jí)管道(3)中， e)將所述多個(gè)第一次級(jí)氣體流組合成所述氣體混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括下列步驟: f)將所述氣體混合物分為多個(gè)第二次級(jí)氣體流， g)引導(dǎo)每個(gè)次級(jí)氣體流經(jīng)過(guò)次級(jí)管道(2)， h)通過(guò)輸送管道(3)將至少一種其它的第二氣體添加至各個(gè)次級(jí)管道(2)中的所述多個(gè)第二次級(jí)氣體流的至少一者中，所述輸送管道(3)突出到所述次級(jí)管道(3)中， i)將所述多個(gè)第二次級(jí)氣體流組合成所述氣體混合物，其中 步驟h)中的所述至少一種其它 的第二氣體的量大于步驟d)中的所述至少一種第二氣體的量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述至少一種第二氣體通過(guò)相應(yīng)的輸送管道(3)被添加至所述次級(jí)氣體流，到達(dá)所述次級(jí)氣體流的中心。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過(guò)以一供應(yīng)頻率將所述第二氣體供應(yīng)給所述輸送管道(3)來(lái)調(diào)節(jié)所述輸送管道(3)中的所述第二氣體的流率。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在第一步驟中，通過(guò)閥(10)的開(kāi)度粗略地調(diào)節(jié)所述輸送管道(3)中的所述第二氣體的氣體流率，并且其中在下一步驟中，通過(guò)改變所述閥(10)的入口處的壓力精確地調(diào)節(jié)所述輸送管道(3)中的所述第二氣體的氣體流率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過(guò)從通往所述閥(10)的入口的管道抽取一部分所述第二氣體來(lái)精確地調(diào)節(jié)所述輸送管道(3)中的所述第二氣體的流速。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中第二氣體最初為流體，通過(guò)霧化氣體被霧化并且前進(jìn)通過(guò)所述輸送管道(3 )。
8.一種用于生產(chǎn)和輸送具有由第一氣體和至少一種第二氣體組成的選擇組分的氣體混合物的設(shè)備(5)，包括具有第一部段(6)和第二部段(7)的主管道(1)，其中所述主管道(I)的所述第一部段(6)和所述第二部段(7)通過(guò)多個(gè)第一次級(jí)管道(2)連接，其中輸送管道(3)終止于所述多個(gè)第一次級(jí)管道(2)的至少一者內(nèi)并且突出到其中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備(5)，包括所述主管道(I)的第三部段(8)，所述第三部段(8)通過(guò)多個(gè)第二次級(jí)管道(2)連接至所述主管道(I)的所述第二部段(7)，其中輸送管道(3)終止于所述多個(gè)第二次級(jí)管道(2)的至少一者內(nèi)，其中終止于所述多個(gè)第二次級(jí)管道的至少一者中的輸送管道(3)的第二內(nèi)徑大于終止于所述多個(gè)第一次級(jí)管道(2)的至少一者中的輸送管道(3)的第一內(nèi)徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備(5)，其中所述輸送管道(3)在閥(10)和所述次級(jí)管道(2)內(nèi)的末端(11)之間形成，并且具有小于Icm3的容積。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(5)，其中所述多個(gè)次級(jí)管道(2)由連接件(13)中的孔(12)形成，所述連接件(13)連接至所述主管道(I)的所述第一部段(6)和第二部段(7)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(5)，其中通過(guò)壓電致動(dòng)器(20)操作的閥(10)連接至所述輸送管道。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備(5)，其中所述壓電致動(dòng)器(20)通過(guò)連接桿(34)連接至閥針(21)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(5)，其中通過(guò)步進(jìn)馬達(dá)(14)操作的閥(10)連接至所述輸送管道(3)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8-14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(5)，其中壓力調(diào)節(jié)器(15)、特別是膜盒(15)連接至閥(10)的入口，所述閥(10)連接至所述輸送管道(3)。
16.一種用于生產(chǎn)具有由第一氣體和至少一種第二氣體組成的選擇組分的氣體混合物的動(dòng)態(tài)混合器(18)，包括控制單元(19)和根據(jù)權(quán)利要求8-15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(5)，所述控制單元(19)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法操作所述動(dòng)態(tài)混合器。
【文檔編號(hào)】B01F3/02GK103813850SQ201280045716
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】J·蓬格拉茲, D·基漢布, T·杰克希爾, D·穆勒 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開(kāi)發(fā)液化空氣有限公司