(57)【要約】  本発明は、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの選択した組成を有するガス混合物を生成および搬送するための方法および装置に関する。その方法は、  ａ）前記第１のガスを含む主ガス流を主導管（１）に提供するステップと、  ｂ）主ガス流を第１の複数の副次的ガス流に分割するステップと、  ｃ）副導管（２）を通して各副次的ガス流をガイドするステップと、  ｄ）搬送導管（３）を通して各副導管（２）内の第１の複数の副次的ガス流のうちの少なくとも１つに少なくとも１つの第２のガスを添加するステップと、搬送導管（３）が副導管（２）中に突出しており、  ｅ）第１の複数の副次的ガス流をガス混合物に混ぜ合わせるステップと備える。本発明の技術的な教示により、第２のガス成分の濃度が数ｐｐｂから数パーセントでよいガスボトルの動的な充填が可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの選択した組成を有するガス混合物を生成および搬送する方法であって、
ａ）前記第１のガスを含む主ガス流を主導管（１）に提供するステップと、
ｂ）前記主ガス流を第１の複数の副次的ガス流に分割するステップと、
ｃ）副導管（２）を通して各副次的ガス流をガイドするステップと、
ｄ）搬送導管（３）を通して前記各副導管（２）内の前記第１の複数の副次的ガス流のうちの少なくとも１つに少なくとも１つの第２のガスを添加するステップと、前記搬送導管（３）が前記副導管（３）中に突出しており、
ｅ）前記第１の複数の副次的ガス流を前記ガス混合物に混ぜ合わせるステップと、
を備える方法。
【請求項２】
ｆ）前記ガス混合物を第２の複数の副次的ガス流に分割するステップと、
ｇ）副導管（２）を通して各副次的ガス流をガイドするステップと、
ｈ）搬送導管（３）を通して前記各副導管（２）内の前記第２の複数の副次的ガス流の少なくとも１つに少なくとも１つの他の第２のガスを添加するステップと、前記搬送導管（３）が前記副導管（３）中に突出しており、
ｉ）前記第２の複数の副次的ガス流を前記ガス混合物に混ぜ合わせるステップと、
をさらに備え、
ステップｈ）の前記少なくとも１つの他の第２のガスの量がステップｄ）の前記少なくとも１つの第２のガスの量よりも多い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第２のガスが前記副次的ガス流に各搬送導管（３）を通して前記副次的ガス流の中心に添加される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記搬送導管（３）内の前記第２のガスの流量が、前記第２のガスをある供給頻度で前記搬送導管（３）に供給することによって調節される、前記請求項の一項に記載の方法。
【請求項５】
前記搬送導管（３）内の前記第２のガスのガス流量が、第１のステップでバルブ（１０）の開度によって大まかに調節され、前記搬送導管（３）内の前記第２のガスのガス流量が、次のステップで前記バルブ（１０）の入口における圧力を変更することによって精密に調節される、前記請求項の一項に記載の方法。
【請求項６】
前記搬送導管（３）内の前記第２のガスの流量が、前記バルブ（１０）の入口につながる導管から前記第２のガスの一部を引き出すことによって精密に調節される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第２のガスが最初は流体であり、アトマイズガスによってアトマイズされ前記搬送導管（３）を通って進む、前記請求項の一項に記載の方法。
【請求項８】
第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの選択した組成を有するガス混合物を生成および搬送する装置（５）であって、第１のセクション（６）と第２のセクション（７）とを有する主導管（１）を備え、前記主導管（１）の第１のセクション（６）と前記第２のセクション（７）が第１の複数の副導管（２）によって互いに連結され、搬送導管（３）が前記第１の複数の副導管（２）のうちの少なくとも１つの内部で終端し、その中に突出している、装置（５）。
【請求項９】
第２の複数の副導管（２）によって前記主導管（１）の第２のセクション（７）に連結された前記主導管（１）の第３のセクション（８）を備え、搬送導管（３）が前記第２の複数の副導管（２）のうちの少なくとも１つの内部で終端し、前記第２の複数の副導管（２）のうちの少なくとも１つの内部で終端する前記搬送導管（３）の第２の内径が、前記第１の複数の副導管（２）のうちの少なくとも１つで終端する前記搬送導管（３）の第１の内径よりも大きい、請求項８に記載の装置（５）。
【請求項１０】
前記搬送導管（３）が、バルブ（１０）と前記副導管（２）内の端部（１１）との間に形成されており、１ｃｍ3未満の体積を有する、請求項８または９に記載の装置（５）。
【請求項１１】
前記複数の副導管（２）が、連結用部品（１３）内の孔（１２）によって形成されており、前記連結用部品（１３）が、前記主導管（１）の第１のセクション（６）および第２のセクション（７）に連結されている、請求項８から１０の一項に記載の装置（５）。
【請求項１２】
ピエゾアクチュエーター（２０）によって動作するバルブ（１０）が前記搬送導管に連結されている、請求項８から１１の一項に記載の装置（５）。
【請求項１３】
前記ピエゾアクチュエーター（２０）が、コネクティングロッド（３４）によってバルブニードル（２１）に連結されている、請求項１２に記載の装置（５）。
【請求項１４】
ステップモーター（１４）によって動作するバルブ（１０）が前記搬送導管（３）に連結されている、請求項８から１１の一項に記載の装置（５）。
【請求項１５】
圧力調整器（１５）、具体的にはべローズ（１５）が、前記搬送導管（３）に連結されたバルブ（１０）の入口に連結されている、請求項８から１４の一項に記載の装置（５）。
【請求項１６】
第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの選択した組成を有するガス混合物を生成するダイナミックミキサー（１８）であって、請求項８から１５の一項に記載の装置（５）と、請求項１から７の一項に記載の方法によって当該ダイナミックミキサーを動作させる制御ユニット（１９）とを備えるダイナミックミキサー（１８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの選択した組成を有するガス混合物を生成および搬送する方法および装置に関する。具体的には、本発明は、ガス混合物の動的な生成のために用いられる。
【背景技術】
【０００２】
第１の（主）ガスおよび少なくとも１つの第２のガスの選択した組成を有するガス混合物でシリンダーを連続して充填するために、ガスの動的混合が用いられる。通常、第１のガスは、ガス混合物中で最も高い濃度を有し、主ガス流として主導管内に提供され、第２のガスはその主導管中に添加され、そのため、第１のガスと第２のガスとはブレンドされガス混合物流を構成する。第１のガスの流量および第２のガスの流量は、ほぼ所望の組成を有するガス混合物が生成されるような値に設定される。
【０００３】
選択した時間間隔でまたは連続して、ガス混合物の流量およびガス混合物の組成が、選択した点を通るときに測定される。それにより、流れているガス混合物中の各ガスのその時点での濃度が判定される。流量の測定結果およびガス混合物の分析結果は、選択した点を通ったガス混合物の全分量の組成を判定するために用いられる。所与の点を通ったガス混合物の累計の分量中の成分が所望の比である場合は、ガス混合物のどの成分の流れの調節も必要ない。しかし、ガス混合物の組成が所定の組成の限度を超える場合は、第１のガスと第２のガスとを主ガス導管中に送るガスラインと関連付けられた１つまたは複数の流れ制御デバイスに信号が戻されて、流れ制御デバイスがガスの流量を調節して、測定された組成と目標の組成との差を減少させる。充填中ずっと頻繁に分析および流量の調節が行われ、そのため、ガス混合物の組成は狭い範囲内に維持されることになる。
【０００４】
その後、ガス混合物は、平行に並べられた複数のガスボトル中に圧縮および挿入される。さらに、その装置は、パージバルブと不活性ガス源とを備えることができ、そのため、各充填サイクル後に装置をパージすることができる。
【０００５】
従来技術の文献、米国特許第５，８３６，６３２号には、ガスシリンダーをガス混合物で動的に充填する方法が開示されている。ガス混合物を構成するガスは、主導管の同じ位置で個々の搬送導管を通して主導管中に別々に導入される。全てのガス成分が主導管内の同じ空間に添加される。
【０００６】
従来技術の文献、米国特許第５，４９５，８７５号には、蒸発した液体成分が精密な濃度でガスまたはガス混合物にブレンドされる、複数のシリンダーを連続して充填する動的なシステムが開示されている。様々なガス成分を、主導管内の流動方向に関して連続した位置で主導管内の主ガス流に添加することができる。第２のガスを複数混合するためには、主導管は、全てのガスを主導管中に添加できるように一定の長さを有しなければならない。
【０００７】
既知のシステムでは、濃度が数パーセントの成分を有し、同時に、濃度がほんの数ｐｐｍ［１００万分の１］またはさらにｐｐｂ［１０億分の１］の成分を有するガス混合物を生成することは可能ではない。
【発明の概要】
【０００８】
したがって、濃度が数百ｐｐｍ未満から数パーセントの第２のガスを含むガス混合物を生成する設備および方法が必要である。
【０００９】
本発明の一目的は、従来技術に関して論じられる問題を少なくとも部分的に解決することである。具体的には、第２のガス成分を高い精度で含むガス混合物を動的に生成できるようにする、選択した組成を有するガス混合物を生成および搬送する方法と装置とを提供することが求められる。本発明の他の目的は、１つの成分の濃度が数百ｐｐｍ未満であるガス混合物を生成することである。第１の成分の濃度が数百ｐｐｍ未満であり第２の成分の濃度が数パーセントであるガス混合物を生成することも本発明の一目的である。
【００１０】
前記目的は、独立請求項の特徴による方法および装置によって実現される。従属請求項は、本発明のさらに有利な実施形態を明示する。特許請求の範囲に個別に明示された特徴は、所望の技術的に妥当などんな形にも互いに組み合わせられ、本発明のさらなる実施形態を形成できることに留意されたい。明細書では、特に図と関連付けて、本発明をさらに説明し、本発明の特に好ましい変更形態を明示する。
【００１１】
具体的には、それらの目的は、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの、好ましくは少なくとも２つの第２のガスの選択した組成を有するガス混合物を生成および搬送する方法であって、
ａ）第１のガスを備える主ガス流を主導管に提供するステップと、
ｂ）主ガス流を第１の複数の副次的ガス流に分割するステップと、
ｃ）副導管を通して各副次的ガス流をガイドするステップと、
ｄ）搬送導管を通して各副導管内の第１の複数の副次的ガス流のうちの少なくとも１つに少なくとも１つの第２のガスを添加するステップであって、前記搬送導管が副導管中に突出している、添加するステップと、
ｅ）第１の複数の副次的ガス流をガス混合物に混ぜ合わせるステップと
を備える方法によって実現される。
【００１２】
第１のガスおよび第２のガスは、ガス成分が１つしかない純ガスでよいが、既知の組成のガス混合物でもよい。具体的には、第２のガスは成分が１つしかない純ガスである。主ガス流は、１つまたは複数の第２のガスがそれに添加される、単一の（主）導管を通って流れるガスとして定義される。好ましくは、主ガスの流量は１％未満変動する。１つまたは複数の第２のガスを主ガス流に添加するために、主ガス流は、方法ステップｂ）で分けられて、少なくとも２つ以上に分割された副次的ガス流になる。これは、各副次的ガス流が他の副次的ガス流から壁、膜などによって分割されることを意味する。方法ステップｂ）は具体的には方法ステップｃ）と同時に実行され、それにより、主ガス流の第１のガスを複数の副導管に分割およびガイドすることによって副次的ガス流が生成される。ここで副導管の量は複数の副次的ガス流を示す。副導管は、主ガス流の一部のみがその中でガイドされる導管である。
【００１３】
方法ステップｄ）では、第２のガスは各副次的ガス流に供給され、第２のガスの数は、最終のガス混合物内の少ない方のガス成分の所望の量に対応することができる。好ましくは、第１のガスは、ガス混合物の主成分であり、少なくとも２０ｍ3／ｈ［１時間当たりの立法メートル］またはさらに少なくとも６０ｍ3／ｈの高い流量で供給され、第２のガスはガス混合物の少ない方の成分である。
【００１４】
第２のガスは、各副導管内で副次的ガス流に供給される。第２のガスは搬送導管を通して供給される。搬送導管は、搬送導管のうちの副次的ガスのガス流を遮断できる点と副導管内の搬送導管の出口との間の部分の導管として定義される。ガス混合物内の第２のガスの濃度は、搬送導管内のガス流に応じて変わる。したがって、搬送導管内のガス流は精密に調節可能でなければならない。好ましくは、これは、第２のガスの所望の量に従って選択される搬送導管の内径が小さいことで実現される。さらに、搬送導管に供給される第２のガスの量を精密に制御できるバルブが好ましい。搬送導管のパラメータ、搬送導管の端部における副次的な流れのパラメータ、および搬送導管に連結された各バルブのパラメータに応じて、濃度がガス混合物のｐｐｂから数パーセントの第２のガスを添加することができる。
【００１５】
方法ステップｅ）では、第２のガスがそれに加えられる第１の複数の副次的ガス流を混ぜ合わせて、所望のガス混合物が形成される。第１の複数の副次的ガス流を混ぜ合わせることは、第２のガスがそれに添加された第２のガス流を各副導管の出口を通して再度主導管中に供給することによって実現することができる。
【００１６】
主ガス流を複数の副次的ガス流に分割することによって、各副次的ガス流のパラメータは、好ましくは副導管の形状、具体的には副導管の直径によって、独立に設定することができる。これは、具体的には、第２のガスが副次的ガス流に加えられるときの条件を各副次的ガス流ごとに独立に設定できることを意味する。具体的には、副次的ガス流の流速と、副次的ガス流の動圧および／または静圧とを、独立に設定することができる。第２のガスをガス流中に供給するための（２つの副次的ガス流に対応する）少なくとも２つの異なる条件があるので、本発明により精密な量の第２のガスを添加することが可能になる。これは、第２のガスを各副導管のガス流に正確に添加するのに好適な条件を各副導管において生成できるからである。複数の第２のガスを並行して添加することができ、ブレンドする時点ではそれら第２のガスはそれぞれ異なる条件を有する。
【００１７】
第１のガスおよび第２のガスの温度がほぼ周囲温度、具体的には１８℃［摂氏の温度］から２２℃であることが好ましい。搬送導管が副導管中に突出していることで、第２のガスがガス流の低速の境界層でなく、その流れの高速の部分に搬送されるので、第１のガスと第２のガスとを効率的に混合することが可能になる。通常、副導管の自由直径、および副導管の直径の合計は、主導管の自由直径よりも小さく、その結果、流れが加速され、流れのレイノルズ数が上昇し、そのため、通常、少なくとも副導管の中心領域に乱流ゾーンが発生する。したがって、搬送用導管が突出することで混合およびブレンドの質が改善される。そのため、下流に画定される混合用の導管を省略することができる。したがって、副導管の長さは従来技術から知られた解決策と比べて非常に短くすることができる。さらに、ブレンドまたは混合の結果を改善するために自由直径を連続的に拡大または縮小する必要ない。したがって、自由直径を断続的に変化させることが可能である。これは、具体的には、副導管として、単純な円筒形の通常のチューブまたは穿孔を使用できることを意味する。導管の円錐形の部品を設ける必要がない。
【００１８】
搬送用導管の突出部分は、好ましくは、第２のガスが副導管の主流動方向に対して直角にまたは副導管の主流動方向内に搬送されるように形状を設定することができる。これは、搬送用導管が副導管に直角に直線的に突出しているか、または副導管内で９０度曲がっていることを意味する。搬送用導管の突出部分が断面方向に長さを有し、副導管の長さと直径との比が０．３５から０．８、詳細には、０．４５から０．６２５の範囲にあることが好ましい。必要な場合は、ステップｅ）の後に下流でさらに混合することができる。
【００１９】
好ましくは、その方法は、
ｆ）ガス混合物を第２の複数の副次的ガス流に分割するステップと、
ｇ）副導管を通して各副次的ガス流をガイドするステップと、
ｈ）搬送導管を通して各副導管内の第２の複数の副次的ガス流の少なくとも１つに少なくとも１つの他の第２のガスを添加するステップであって、前記搬送導管が副導管中に突出している、添加するステップと、
ｉ）第２の複数の副次的ガス流をガス混合物に混ぜ合わせるステップと
をさらに備え、
ステップｈ）の少なくとも１つの他の第２のガスの量がステップｄ）の少なくとも１つの第２のガスの量よりも多い。
【００２０】
方法ステップｆ）からｉ）は方法ステップｂ）からｅ）に対応する。したがって、最終のガス混合物中の濃度がｐｐｍ未満の範囲にある第２のガスが、ガス混合物に最初に添加され、その後、濃度が数パーセントの範囲にあるガスが添加される。方法ステップｄ）中に添加されるガスは、第１の複数の副次的ガス流と第２の複数の副次的ガス流との間でガス混合物とブレンドされ、第２の複数の副次的ガス流によってさらにブレンドされる。前記第２のガスの均一なブレンドを実現できるように少ない方の濃度の第２のガスを最初に添加することが有利である。必要な場合は、ステップｉ）の後に下流でさらに混合することができる。
【００２１】
本発明の他の実施形態によれば、少なくとも１つの第２のガスが、副次的ガス流に各搬送導管を通して副次的ガス流の中心に添加される。これは、各搬送導管が副次的ガス流の中心で終端することを意味する。このように、少なくとも１つの第２のガスは、副次的ガス流の速度が最高の速度を有し第２のガス流の最大の乱流が存在する位置に添加され、そのため、第２のガスが副次的ガス流と均一にブレンドされる。この点で、第２のガスをそれぞれ、副次的ガス流の中心に並行して添加することができ、そのため、第２のガスをそれぞれ効率よくブレンドすることができる。したがって、第２のガスがそこで添加される長さは短い。
【００２２】
副次的ガス流がそれぞれ副次的な流動方向を有し、少なくとも１つの第２のガスが副次的な流動方向に本質的に平行な流動方向で副次的ガス流に添加されることがさらに好ましい。これは、副次的ガスが、速度成分が概して副導管内の副次的ガス流の方向にあるかまたはその方向に逆らう方向にある状態で搬送導管を出ることを意味する。このように、搬送導管の出口における静圧および動圧は、第２のガスを副次的ガス流中に精密に分配するのに有利である。このように、ガス混合物の成分の比の精密さをさらに上昇させることができる。
【００２３】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、搬送導管内の第２のガスの流量は、第２のガスをある供給頻度で搬送導管に供給することによって調節される。これは、搬送導管内の第２のガスが不変の流量を有しないが、規則的に変化する流量、すなわち規則的に脈動するガス流を有することを意味する。したがって、流量は、ガスがある供給時間を有する供給サイクル中に流れる供給頻度によって特徴付けることができる。各供給サイクルの供給頻度および／または供給時間を変更することによって、副次的ガス流に添加される第２のガスの量を調節することができる。供給頻度および供給時間は概して、搬送導管に連結された各バルブの開放頻度および開放時間に対応する。この場合は、搬送導管を通って流れる第２のガスの量は、各バルブの正確な開放の程度に応じてのみ変わるのではなく、電気設備によって非常に精密に変更できる開放頻度および開放時間にも応じて変わる。このように、ガス混合物内の第２のガスの精密さをさらに上昇させることができる。
【００２４】
さらに、搬送導管内の第２のガスの流量がバルブをステップモーターで開放することによって調節されることが好ましい。これは、バルブが手動の動作でなく、電子制御可能なステップモーターによって開放されることを意味する。このように、バルブの開度はオペレーターの能力に左右されず、第２のガスの流量をより精密に設定することができる。
【００２５】
有利なことに、搬送導管内の第２のガスのガス流量は、第１のステップでバルブの開度によって大まかに調節され、後続のステップでバルブの入口における圧力を変更することによって精密に調節される。バルブの開度は、媒体がそれを通って流れる面積によって特徴付けられる。具体的には、第２のガスをバルブに導く導管内の圧力は、第２のガスの流量を精密に調節するために変更される。したがって、第２のガスの流量は非常に高い精度で設定することができる。
【００２６】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、搬送導管内の第２のガスの流量は、バルブの入口につながる導管から第２のガスの一部を引き出すことによって精密に調節される。これは、搬送導管内の第２のガスの流量が既知のバルブによってまたは前に説明したバルブによって大まかに設定され、その後、導管内をバルブに向かって流れる第２のガスの一部を能動的に引き出すことによって正確な流量が設定されることを意味する。能動的に引き出すことは例えばべローズによって行われる。あるいは、搬送導管内の第２のガスの流量は、いくらかの第２のガスをバルブにつながる導管に添加することによって、具体的にはべローズによって、精密に調節される。このように、高精度のガス混合物を得るための代替形態が与えられる。
【００２７】
第２のガスが最初は流体であり、その流体が、第１のガスの種類または第２のガスの種類のものとすることができるアトマイズガスによってアトマイズされ搬送導管を通って進むことも好ましい。これは、好ましくは、流体が流体リザーバーを出てアトマイズ点まで進み、そのアトマイズ点において、好ましくは、流体に直交する流速を有するアトマイズガスによって流体がアトマイズされることを意味する。このように、ガス混合物に高精度で流体を供給することができる。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、第１のセクションと第２のセクションとを有する主導管を備え、主導管の第１のセクションと第２のセクションが第１の複数の副導管によって互いに連結され、搬送導管が第１の複数の副導管のうちの少なくとも１つの内部で終端し、その中に突出している、ガス混合物を搬送する装置が提供される。その装置は、好ましくは、本発明の方法を実施するために使用される。
【００２９】
好ましくは、主導管の第１のセクションでは、第２のガスが第１の複数の副導管内でそれに添加される第１のガスが案内される。主導管の第２のセクションでは、第１のガスと第１の複数の副導管内で添加される第２のガスとのガス混合物が案内される。複数の副導管は、主導管の第１のセクション内の第１のガスを主導管の第２のセクションに案内するどんな種類のパイプ、チャネルなどでもよい。
【００３０】
本発明によれば、搬送導管の出口は、第１の複数の副導管の少なくとも１つの内部で終端し、その中に突出しており、そのため、搬送導管を通して第２のガスを添加することができる。副導管は、具体的には内径および長さに関して、全てが同じ形状を有することもできるが、互いに異なる形状でもよい。副導管の形状によって、流速、流速の分布、静圧および／または動圧に関する副次的ガス流の流れの特性を設定することができ、それらの値は提供される第１のガスの量および圧力に応じて変えることができる。このように、副導管の形状は、高精度でかつ様々な量で第２のガスを副次的ガス流に添加できるように設定することができる。
【００３１】
例えば、副導管の各設計によって、低い静圧および高い動圧が副導管内で優勢になるように副次的ガス流内で主ガス流の流速を増大させることができる。このように、第２のガスを主ガス流と比べてより高い精度で副次的ガス流中に添加することができる。このように、複数の第２のガスを異なる条件で並行してガス流に添加することができる。第２のガスを添加できる領域の軸方向の広がりが最小限に抑えられる。
【００３２】
本発明の装置の他の実施形態によれば、その装置は、第２の複数の副導管によって主導管の第２のセクションに連結された主導管の第３のセクションを備え、搬送導管が、第２の複数の副導管のうちの少なくとも１つの内部で終端し、第２の複数の副導管のうちの少なくとも１つで終端する搬送導管の内径が、好ましくは、第１の複数の副導管のうちの少なくとも１つで終端する搬送導管の内径よりも２倍またはそれどころか３倍大きい。好ましくは、小さい方の内径は、２ｍｍ［ミリメートル］以下であり、具体的には１ｍｍ以下であり、大きい方の内径は、少なくとも４ｍｍまたはそれどころか少なくとも６ｍｍである。このように、最終のガス混合物内でより低い濃度を有する第２のガスは、第１のステップでガス流に添加され、そのため、主導管内でより長い距離にわたってブレンドすることができる。
【００３３】
本発明の他の実施形態によれば、搬送導管は、バルブと副導管内の端部との間に形成されており、体積が１ｃｍ3［立方センチメートル］未満、より好ましくは５０ｍｍ3［立方ミリメートル］未満である。このように体積の小さい搬送導管を使用することによって、ｐｐｂの範囲の低濃度の第２のガスを連続して高い精度で添加することができる。
【００３４】
さらに、複数の副導管が連結用部品内の孔によって形成されており、その連結用部品が、主導管の第１のセクションと第２のセクションとを、または第２のセクションと第３のセクションとを互いに連結することが好ましい。好ましくは、連結用部品の外径は主導管の外径と同様である。さらに、孔の開口面の合計は主導管の内側の断面よりも小さい。このように、副導管内のガスの速度は主導管内のガスの速度よりも大きい。このように、複数の副導管を簡単に生成することができる。
【００３５】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、ピエゾアクチュエーターによって動作するバルブが搬送導管に連結されている。本発明とは関係ないが、ピエゾアクチュエーターによって動作するバルブは、ガス流を高い精度で制御するために使用することができる。通常、バルブは手動で動作し、バルブニードルが、バルブの開度を調節するためにバルブハウジング内でバルブシートに対して変位する。バルブは通常、入口と出口とを有するバルブハウジングを備え、バルブシートとバルブニードルとがバルブハウジング内に配置されている。ここで、バルブニードルが、電子制御されるピエゾアクチュエーターによって動作することが提案されている。したがって、使用の際のバルブの開度、したがってガス流量は、ピエゾアクチュエーターによって制御される。
【００３６】
他の実施形態では、メンブレンバルブの開度がピエゾアクチュエーターによって制御されるように、ピエゾアクチュエーターはメンブレンバルブのメンブレンの代わりに用いられるかまたはそれを作動させる。ピエゾアクチュエーターがバルブを交流電圧で動作させるように交流電源に接続されており、そのため、各開放サイクルの開放頻度および開放時間でバルブが周期的に開くことが特に好ましい。
【００３７】
ピエゾアクチュエーターがコネクティングロッドによってバルブニードルに連結されていることが好ましい。このように、ピエゾアクチュエーターをバルブニードルに直接連結してはならないが、バルブハウジング内にまたはその上に配置してよい。好ましくは、コネクティングロッドは、バルブシートを通ってバルブニードルからピエゾアクチュエーターまで延在する。バルブニードルの外周がバルブニードルの変位方向に対して２度未満、詳細には１度未満傾斜していることも好ましい。
【００３８】
本発明の別の実施形態では、ステップモーターによって動作するバルブが搬送導管に連結されている。ステップモーターは電子制御可能であり、そのため、手動の取り扱いに比べて充填プロセスの精度が高くなり再現可能になる。
【００３９】
圧力調整器、具体的にはべローズが、搬送導管に連結されたバルブの入口に連結されていることも好ましい。べローズは、追加の第２のガスを搬送導管から引き出すかまたはそれに添加するために使用される。これに関しては、搬送導管内の第２のガスの流量の大まかな調節はバルブによって設定することができ、流量の微細な調節は、追加の第２のガスを搬送導管から引き出すかまたはそれに添加するべローズによって実現することができる。このように、ガス混合物内の第２のガスの精度の高さを実現することができる。
【００４０】
本発明の別の好ましい実施形態では、流体源、ガス源、および搬送導管がバルブに連結されている。このように、流体源からの流体は、バルブにおいてガス源からのガスによってアトマイズすることができ、搬送導管を通して第２の導管に加えることができる。好ましくは、バルブの流体源からの入口とガス源の入口とはバルブ内で互いに隣り合っている。
【００４１】
本発明の別の態様によれば、本発明の装置と本発明の方法に従ってダイナミックミキサーを動作させる制御ユニットとを備える、第１のガスおよび少なくとも１つの第２のガスの選択した組成を生成するダイナミックミキサーが提案されている。ダイナミックミキサーはさらに、第１のガスおよび第２のガスのガス源と、制御ユニットに連結された制御バルブと、ガス混合物の組成を分析するための分析ユニットと、ガス混合物をその中に充填するためのガスボトルと備えることができる。
【００４２】
ダイナミックミキサーは、好ましくは、米国特許第５，８２６，６３２号に記載されているようにガスボトルを動的に充填するように動作する。ダイナミックミキサーの下流にスタティックミキサーをさらに設けることも可能である。
【００４３】
本発明による方法の利点は本発明の装置に移転可能かつ適用可能であり、逆も同様である。
【００４４】
次に、本発明の特に好ましい変更形態と技術分野も、図に基づいてより詳細に説明する。図に示した例示的な実施形態は本発明を限定するものではなく、概略的に示されていることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の装置の第１の実施形態を示す図。
【図２】本発明の装置の第１の実施形態の断面図。
【図３】ピエゾアクチュエーターによって動作するバルブを示す図。
【図４】ステップモーターによって動作するバルブを示す図。
【図５】本発明の装置の第２の実施形態を示す図。
【図６】本発明の装置の第３の実施形態を示す図。
【図７】本発明によるダイナミックミキサーを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１に本発明の装置５の第１の実施形態を概略的に示す。装置５は、第１のセクション６と、第２のセクション７と、第３のセクション８とを有する主導管１を備える。第１のセクション６と第２のセクション７、ならびに第２のセクション７と第３のセクション８は、連結用部品１３によってそれぞれ互いに連結されている。連結用部品１３は副導管２を形成する孔１２を備える。各副導管２内では、それぞれの副導管２中に突出した端部１１を有する搬送導管３が終端している。連結用部品１３の温度を所定の温度で一定に保つために温度制御要素３２が連結用部品１３に連結されている。
【００４７】
動作の際には、第１のガスが、主導管１の第１のセクション６に提供され、主ガス流として図中の上から下に流れる。主ガス流は、副次的ガス流の方向４を有する第１の複数の副次的ガス流を形成する、連結用部品１３の副導管２中に分割される。１つまたは複数の搬送導管３を通して副導管２内の副次的ガス流の少なくとも一部に第２のガスが添加される。孔１２の断面の合計は主導管１の断面よりも小さいので、副導管２内の流速は主導管１内の流速よりも大きくなる。添加された第２のガスは、副次的ガス流とブレンドされ、主導管１の第２のセクション７に進む。ブレンドされたガス混合物は、再度、第２の複数の副次的ガス流を形成する下流の連結用部品１３の副導管２に分割される。副導管２の内径および下流の副導管２内で終端する搬送導管３の内径は、上流の連結用部品１３の各部分の内径よりも大きい。このように、下流の連結用部品１３に添加される、最終のガス混合物内の第２のガスの濃度は、上流の連結用部品１３に添加される第２のガスの濃度よりも大きくすることができる。
【００４８】
図２では、図１の実施形態の連結用部品１３を通る断面図が示されている。連結用部品１３が、副導管２を形成する孔１２を備える。６つの外側の各副導管２内では、副導管２中に突出する搬送導管３が終端し、各搬送導管３はバルブ１０から副導管２内の搬送導管３の端部１１まで延在する。
【００４９】
図３に、ピエゾアクチュエーター２０によって動作するバルブ１０を概略的に開示する。バルブ１０は、バルブシート２２に押圧されるバルブニードル２１を備える。バルブ入口２３を通して作動ガスが導入され、その作動ガスを、バルブ１０を通してバルブ出口２４に案内することができる。バルブシート開口部２５がピエゾアクチュエーター２０によって開閉され、そのため、バルブ１０を通してガイドされるガスの量を、供給頻度および供給時間とも呼ばれるバルブシート開口部２５の開放時間および開放頻度によって調整することができる。
【００５０】
図４には高精度のバルブ１０が示されている。バルブ１０は、垂直方向の傾斜が１度未満のバルブニードル２１を動作させるステップモーター１４によって調節可能である。ステップモーター１４によりバルブニードル２１をバルブシート２２から離すことができ、そのため、第２のガスがバルブ入口２１からバルブ出口２４まで進むことができる。
【００５１】
図５に装置５の第２の実施形態を概略的に示す。装置５は、副導管２が内部に形成された連結用部品１３に連結された主導管１を備える。搬送導管３は副導管２内で終端する。搬送導管３のうちの少なくとも１つによって第２のガスが副導管２中に導入される。搬送ライン３によって供給される第２のガスの量の大まかな調節は、バルブ１０によって調節される。搬送ライン１３を通して搬送される第２のガスの量の微細な調節は、搬送ライン３に連結されたべローズ１５によって調節される。導管３内の第２のガスの流量の微細な調節は、搬送導管３に連結されたべローズ１５によって第２のガスを引き出すことまたは添加することによって実現される。
【００５２】
図６に、図５に示す装置と同様の装置５の第３の実施形態を示す。この実施形態では、搬送導管３の１つに流体源１６が連結されている。流体源１６内の流体に圧力をかけることができる。流体は、流体源１６の下方にあるバルブ１０まで進み、そこで、ガス源１７に連結された供給導管９を通して供給されるガスによってアトマイズされる。そのガスは、流体源１６からの流体をアトマイズし、アトマイズされた流体を副導管２まで前進させる。温度制御要素３２が、流体の温度を一定に保つために搬送導管３に連結されている。そうしないと蒸発する流体によって温度が低下してしまう。
【００５３】
図７に、本発明の装置５を複数有するダイナミックミキサー１８を示す。フィードライン３０からのガスを、蒸発器２６を介して第１のガスとして装置５に加えることができ、したがって、装置５内に主ガス流が形成される。あるいは、フィードライン３０によって供給されるガスを、第２のガスとして装置５に案内することができ、したがって、本発明の方法に従って分配される。さらに、ガスボトル３１内の第２のガスを、装置５に加えて、本発明に従って主ガス流に添加することができる。それらのガスを、副導管２内の搬送導管３および副次的ガス流の特性に応じてｐｐｂからパーセントの間の濃度を有する第２のガスとして供給することができる。ガス混合物はさらにミキサー２８にガイドされる。ガス混合物のサンプルをガス混合物中のガスの濃度を評価するアナライザー２７によって取り出す。ガス混合物はさらにコンプレッサー２９内で圧縮され、ボトルに充填される。ガス混合物の温度は、温度センサー３３によって測定することができる。
【００５４】
制御ユニット１９が、アナライザー２７、装置５、温度センサー３３、およびフィードライン３０に連結されている。制御ユニット１９は、ボトルに充填される所定の組成を有するガス混合物を生成するようにそれらの要素を動作させる。これは、最終のガスの組成が所望の組成になるように、ガス混合物を常時分析し添加されるガスの量を再設定することによって実現される。
【００５５】
本発明の技術的な教示により、第２のガス成分がｐｐｂからパーセントの濃度を有することができるガスボトルの動的な充填が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１  主導管
２  副導管
３  搬送導管
４  副次的な流動方向
５  装置
６  第１のセクション
７  第２のセクション
８  第３のセクション
９  供給導管
１０  バルブ
１１  端部
１２  孔
１３  連結用部品
１４  ステップモーター
１５  べローズ
１６  流体源
１７  ガス源
１８  ダイナミックミキサー
１９  制御ユニット
２０  ピエゾアクチュエーター
２１  バルブニードル
２２  バルブシート
２３  バルブ入口
２４  バルブ出口
２５  バルブシート開口部
２６  蒸発器
２７  アナライザー
２８  ミキサー
２９  コンプレッサー
３０  フィードライン
３１  ガスボトル
３２  温度制御要素
３３  温度センサー
３４  コネクティングロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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