EP4127855A1 - Dosing unit for generating a mixed gas - Google Patents

Dosing unit for generating a mixed gas

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Publication number
EP4127855A1
EP4127855A1 EP21719025.5A EP21719025A EP4127855A1 EP 4127855 A1 EP4127855 A1 EP 4127855A1 EP 21719025 A EP21719025 A EP 21719025A EP 4127855 A1 EP4127855 A1 EP 4127855A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
line
mixed gas
main
mixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21719025.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Buchner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
Publication of EP4127855A1 publication Critical patent/EP4127855A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/38—Borides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/04—Pipe-line systems for gases or vapours for distribution of gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00—Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F17D3/12—Arrangements for supervising or controlling working operations for injecting a composition into the line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/065—Arrangements for producing propulsion of gases or vapours
    • F17D1/075—Arrangements for producing propulsion of gases or vapours by mere expansion from an initial pressure level, e.g. by arrangement of a flow-control valve
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D11/00—Control of flow ratio
    • G05D11/02—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D11/00—Control of flow ratio
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    • G05D11/13—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means
    • G05D11/131—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by measuring the values related to the quantity of the individual components
    • G05D11/132—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by measuring the values related to the quantity of the individual components by controlling the flow of the individual components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a metering unit for generating a mixed gas with a main gas source, a main gas secondary line via which the main gas can be conveyed from the main gas source and in which a first mass flow regulator is arranged, an additional gas source, an additional gas line via which additional gas can be conveyed, and in which a second Mass flow regulator is arranged, a storage container which is connected to the main gas secondary line and the additional gas line and in which a mixed gas from the main gas and the additional gas is stored, a vent line via which the mixed gas can be discharged from the storage container, a check valve or pressure relief valve with a defined Opening pressure which is arranged in the vent line and a mixed gas line via which the mixed gas can be conveyed from the storage container and in which a third mass flow regulator is arranged.
  • Such metering units are used, for example, to generate a mixed gas flow for testing fuel cells, in which one or more harmful gases are mixed with the hydrogen in order to then determine what effects the harmful gases have on the fuel cell stack.
  • This can also be used on the cathode side to simulate the effects of different gas compositions in the oxygen-containing air flow. For this purpose, a precisely metered, defined mass flow of the mixed gas is fed to the fuel cell stack.
  • Such a mixing unit is for example in CN 209406081 U for the production of a mixture of hydrogen and monophosphane described.
  • the monophosphane and the hydrogen are guided to a storage container in a controlled manner via a membrane valve, a check valve and a mass flow sensor and stored there.
  • a vent line in which a pressure relief valve is arranged, leads to the outside from the reservoir.
  • a line branches off from the storage container, in which a gas analyzer is arranged.
  • the object is therefore to always be able to mix the desired concentrations very precisely down to the ppm, ppb or ppt range, regardless of the proportion of the additional gas to be added. Furthermore, it should be possible to carry out measurements continuously and to be able to continuously generate correspondingly accurate mixtures. A change in the mixing ratio during the measurement is also desirable.
  • a metering unit for generating a mixed gas with the features of main claim 1.
  • the metering unit has a main gas source and at least one additional gas source, via which the gas to be admixed is supplied.
  • the main gas can be conveyed into a main gas line and a main gas secondary line in which a first mass flow regulator is arranged.
  • the additional gas can be conveyed into an additional gas line in which a second mass flow regulator is arranged.
  • the main gas branch line and the additional gas line either open individually into a storage container or are brought together in front of the storage container so that the mixed gas flows into the storage container, which is connected either directly or indirectly to the main gas branch line and the additional gas line and in which the mixed gas is made up of the main gas and the additional gas is stored.
  • the storage container is also fluidically connected to a ventilation line, via which the mixed gas can be discharged from the storage container, and in which a check valve or pressure relief valve with a defined opening pressure is arranged.
  • a mixed gas line via which the mixed gas can be conveyed from the storage container and in which a third mass flow regulator is arranged, leads from the storage container into a mixing zone.
  • the main gas line also opens into this mixing zone, so that at least the main gas from the main gas line and the mixed gas from the mixed gas line flow into the mixing zone and form at least part of a measurement gas which flows via an outlet line to a consumer, which is designed as a fuel cell, for example .
  • the metering unit has a two-stage structure, in which a first mixing ratio is established in a first stage and an additional dilution takes place in the second stage by adding the main gas. With these two stages, very precise mixing ratios can be achieved up to the ppt concentration range of the additional gas in the main gas. In this way, pure gases can also be used as additional gases, which are accordingly not diluted with nitrogen, since the low concentrations can be achieved on the dosing unit itself.
  • the pressure in the storage tank can always be kept constant by constantly discharging some mixed gas via the vent line.
  • a constant mass flow of the mixed gas is maintained and, on the one hand, a constant mixing ratio can be maintained in the mixing zone and, on the other hand, desired mixing ratios can be set and changed continuously during operation.
  • the non-return valve and the resulting continuous flow prevent the gases from segregating.
  • hydrogen and nitrogen or oxygen can be used as the main gas, to which carbon dioxide, carbon monoxide, noble gases or the like is added as an additional gas.
  • the mixing zone is preferably formed upstream of or in a buffer container in which the measurement gas is stored, whereby the desired mixed gas flows with the defined concentrations can still be continuously supplied to the outlet line even in the event of sudden changes in consumption.
  • the buffer tank cushions changes in consumption and must be designed so large that incorrect dosages occurring during a flow change due to the subsequent regulation remain negligible.
  • the buffer container is connected to a recirculation line, via which the measuring gas can be fed out of the buffer container and back in again and in which a gas analyzer for the additional gas is arranged, whereby the mixing accuracy can be additionally increased, since the proportion of Additional gas in the finished mixed gas can be determined and readjusted accordingly.
  • the flow prevents the gases from segregating in the buffer tank.
  • an outlet pressure regulator is arranged in the outlet line, so that the fuel cell is supplied with a mixed gas flow at a constant pressure and undesired pressure fluctuations or mass flow fluctuations resulting therefrom are avoided.
  • a check valve is arranged in the main gas line between the main gas source and the buffer container, so that a backflow of the mixed gas to the main gas source is prevented.
  • pure main gas is fed to the buffer tank and a necessary pressure difference is made available for the mass flow controller.
  • the metering unit has several main gas secondary lines, each with a first mass flow regulator and several additional gas lines, which are each connected to a different additional gas source and in each of which a second mass flow regulator is arranged, one of the main gas secondary lines and one of the additional gas lines in each case are connected to a storage container, which is connected to a vent line each, in which a check valve or pressure relief valve is arranged, via which the respective mixed gas can be discharged from the storage container, and is connected to a mixed gas line via which the respective mixed gas from the respective storage container can be conveyed and in each of which a third mass flow regulator is arranged, with all mixed gas lines opening into the mixing zone with the main gas line.
  • additional gases can thus be generated in parallel as premixed gases and fed to the main gas flow in the main gas line. Any number of additional gases can accordingly be added and, for example, different air compositions can also be mixed specifically. All mixed gases are generated continuously.
  • the main gas secondary lines are all connected to the one main gas source, so that several main gas sources are not required, but rather only several branches have to be provided.
  • a second storage container with a vent line is arranged between the mixing zone and the first storage container, in which a check valve or pressure relief valve is arranged and into which the first mixed gas line and a second main gas branch line open and which is connected to the mixing zone via a second mixed gas line .
  • This structure creates a third mixing stage so that extremely small concentrations of the additional gas can be produced in the mixed gas without having to use extremely finely regulating mass flow regulators, since its proportion in the main gas decreases with each stage. Any number of further stages can be connected downstream of this structure, with this third stage already making it possible to produce concentrations in the ppt range, so that the verifiable limits can already be reached.
  • a mass flow regulator is arranged in each of the second main gas branch line, the first mixed gas line and the second mixed gas line.
  • a vent line branches off from the mixing zone of the measurement gas, in which a non-return valve or pressure relief valve is arranged.
  • a check valve enables the dosing unit to operate continuously. This is of particular interest when the additional gas is added to an inexpensive main gas flow, for example on the oxygen side of the fuel cell unit, since losses of the main gas are justifiable there.
  • a buffer container can then be dispensed with and still has a very fast-reacting, maximum-precision operation with little space requirement.
  • a gas analyzer for each additional gas is arranged upstream of the check valve in the vent line, so that an exact analysis of the composition of the gas flow is also possible here.
  • an outlet pressure regulator is arranged in the main gas line between the main gas source and the buffer tank or the non-return valve, which regulates the pressure of the main gas source, for example by about 1 bar, so that there is a pressure reserve to fill the buffer tank in the event of jumps in consumption.
  • the outlet pressure regulator prevents pressure fluctuations in the main gas source from affecting the dosing unit.
  • a metering unit for generating a mixed gas is thus provided with which both very small concentrations of a gas to be admixed can be mixed in the main gas flow of down to below ppt (parts per trillion) and mixtures can be produced in amounts of the same order of magnitude.
  • These mixtures can consist of any number of different gases and, in preferred embodiments, can also be mixed continuously, with the proportions of the components being able to be changed continuously. Since very small amounts can be added in relation to the total amount, a pure gas source, which for example consists of a gas cylinder, can be used despite the possible continuous operation.
  • a mixed gas of constant composition can be continuously generated for subsequent measurement, even in the event of larger jumps in gas consumption.
  • FIG. 1 shows a flow diagram of a metering unit according to the invention.
  • FIG. 2 shows a flow diagram of a second alternative metering unit according to the invention.
  • FIG. 3 shows a flow diagram of a third metering unit according to the invention.
  • FIG. 4 shows a flow diagram of a fourth metering unit according to the invention.
  • the inventive metering unit shown in FIG. 1 is used to mix hydrogen as the main gas with carbon monoxide as an additional gas, which is mixed with the hydrogen in small amounts in order to be able to assess its effect on a fuel cell stack as the consumer 10 to be tested.
  • the consumer 10 is fluidically connected via a main gas line 12 to a main gas source 14 in which the hydrogen is contained.
  • a mass flow measurement and pressure control unit 16 is arranged in the main gas line 12, in which the pressure of the main gas source 14 is regulated down to the constant pressure required for the consumer 10 designed as a fuel cell unit and a corresponding mass flow is made available for the anode side of the consumer 10.
  • the main gas source 14 is also via a main gas secondary line 18, which branches off from the main gas line 12, and in which a first Mass flow regulator 20 is arranged, connected to a storage container 22 which, in the present exemplary embodiment, is designed as a gas divider pipe and has a correspondingly small volume which, for example, can only correspond to the piping of the gas divider. Due to this very small volume, a change in composition is immediately available, while a storage tank that is too large would dampen a change in concentration and could possibly have a segregating effect.
  • the storage container 22 is additionally connected via an additional gas line 24 in which a second mass flow regulator 26 is arranged to an additional gas source 28 in which the gas to be admixed, for example carbon monoxide, is stored.
  • the mass flow controllers 20, 26 feed two regulated mass flows to the storage container 22, so that a mixed gas with a defined mixing ratio is fed to the storage container 22.
  • the mixed gas is conveyed into a first mixed gas line 34 via a third mass flow regulator 36 into a mixing zone 38 in which the mixed gas line 34 opens into the main gas line 12, where the main gas flow mixes with the mixed flow.
  • the check valve 32 is continuously open, so that the mixed gas flow that is not required is continuously discharged.
  • a two-stage dilution of the additional gas with the mixed gas is produced in order to generate the measurement gas.
  • This measurement gas is fed to the consumer 10, that is to say to the fuel cell unit in the present exemplary embodiment, via an outlet line 40 and can be fed into the main gas secondary line 18 and the additional gas line by changing the mass flows 24 can be changed continuously, with the use of a small storage volume of the storage container 22 this change can take place in very short time segments.
  • the check valve 32 is constantly open in this case, so that a small mixed gas flow is lost via the vent line, but a first mixed gas is always available at a constant pressure.
  • the first mass flow controller 20 is set to a volume flow of 101 / min and the second mass flow controller 26 to a volume flow of 1 ml / min, a mixed gas with an additional gas concentration in the storage container 22 of 100 ppm is produced. If a volume flow of this mixed gas of again 1 ml / min is now mixed with a main flow of 101 / min, a concentration of the additional gas in the range of about 10 ppb results.
  • a buffer container 42 is arranged in the main gas line 12 in front of the mass flow measurement and pressure control unit 16, in which the measurement gas is stored and which forms the mixing zone 38 .
  • the mixed gas line is connected directly to the buffer container 42 in the present exemplary embodiment.
  • an outlet pressure regulator 43 is arranged between the buffer container 42 and the main gas source 14 in the main gas line 12, via which the main gas flow is regulated down to a constant pressure so that no pressure fluctuations occur at the mass flow regulators.
  • the three mass flow controllers 20, 26, 36 can only react with a delay, as a result of which the composition of the measurement gas would briefly change significantly without a buffer container 42. Due to a sufficiently large design of this buffer container 42, a largely constant concentration is contained in the buffer container 42 over a certain period of time, even if too little or too much additional gas is added for a short time, because before the concentration in the buffer tank changes measurably, the mass flow controllers 20, 26, 36 react again so that the desired concentration is present in the buffer tank 42 by briefly adding a slightly larger or smaller amount of additional gas is added in order to then have the desired concentration in the buffer container 42 again.
  • the size of the buffer container 42 can be designed as a function of the maximum permissible deviation in the concentration.
  • FIG. 1 An expanded variant of the invention is shown in FIG.
  • the metering unit accordingly initially has three parallel first main gas secondary lines 18, 18 ', 18 "which are connected to the main gas source 14.
  • a first mass flow regulator 20, 20', 20" is arranged in each of these main gas secondary lines 18, 18 ', 18 "
  • the metering unit has three different additional gas lines 24, 24 ', 24 "which are connected to different additional gas sources 28, 28', 28" and in each of which a second mass flow regulator 26, 26 ', 26 "is arranged.
  • the dosing unit also has a further mixing stage.
  • three second main gas secondary lines 44, 44 ', 44 are connected to the main gas source 14, in each of which a fourth mass flow regulator 46, 46', 46" is arranged, each in an additional second Storage tank 48, 48 ', 48 "open into which one of the first mixed gas lines 34, 34', 34" opens, in each of which the third mass flow regulator 36, 36 ', 36 "is arranged.
  • This second storage tank 48, 48' , 48 is in turn connected again to a second vent line 50, 50 ', 50", in each of which a second check valve 52, 52', 52 "is arranged.
  • the buffer tank 42 and thus the mixing zone 38 in this embodiment is connected to the main gas source 14 via the outlet pressure regulator 43 and a further check valve 58 in the main gas line 12, the check valve 58 serving to prevent sample gas from flowing back from the buffer tank 42 in the direction of the Main gas source and into the main gas secondary lines 18, 18 ', 18 ", 44, 44', 44" flows.
  • a recirculation line 60 leads from the buffer store 42 via a pump 62 and a gas mixer 64 to three gas analyzers 66, 66 ', 66 ", which are each assigned to one of the additional gases and can determine their quantity chemically or physically in the measuring gas in a correspondingly highly sensitive manner.
  • the mixture of the measuring gas in the buffer container can be continuously checked and, if necessary, via the mass flow controllers 20, 20 ', 20 “, 26, 26', 26", 36, 36 ', 36 “, 46, 46', 46” , 56, 56 ', 56 "can be readjusted.
  • Downstream of the buffer container 42 is the mass flow measurement and pressure control unit 16, via which the consumer 10 is supplied with the measurement gas.
  • an adjustable throttle 57 is arranged in front of the check valve 58 in the main line 12, downstream of the branching of the main gas secondary flow line 18, which can be designed as a needle valve in order to be able to adjust the mass flow in the main line 12 so that there is no excessive mass flow via the Vent line 68 is lost.
  • a mass flow controller can also be used.
  • the gas analyzers 66, 66 ′, 66 ′′ are arranged in the vent line 68 upstream of the check valve 70.
  • This version is particularly suitable for main gas streams whose gas can be obtained inexpensively and is available in sufficient quantities.
  • the dosing unit can be regulated with a very short delay so that concentrations can be changed at short notice while the measuring operation is in progress. If there is a sufficiently large pressure gradient and thus a high amount of gas that is discharged via the non-return valve 70 and the vent line 68, jumps in consumption can also be compensated, so that a highly transient operation is achieved in which metering is as accurate as possible.
  • This is of interest, for example, on the cathode side, that is to say the air side of a fuel cell as consumer 10, since the air can be dosed cost-effectively as the main gas flow, so that the loss via the vent line 68 does not interfere.
  • such a dosing unit can be made very small, since the buffer container can also be dispensed with and therefore no larger ones in the dosing unit Containers are more required in which segregation could occur.
  • the recirculation line is also omitted
  • the described embodiments accordingly enable very precise metering of one or more additional gases into a main gas flow due to the multi-stage design, with clean gases being able to be mixed in.
  • the high level of accuracy can be achieved both for mixtures in which similar proportions are mixed with one another and when one or more additional gases are mixed in in the ppm, ppb or ppt range.
  • such a metering unit can be operated continuously, and the concentrations can be changed during operation. A concentration can also be kept largely constant in the case of rapidly changing consumption quantities. Separation of the measuring gas is also avoided.
  • check valves can also be replaced by overpressure valves that open when a defined pressure is reached. It is crucial that by using these valves in the ventilation lines there is always a mixed gas or measurement gas with sufficient pressure and thus in the desired amount without having to regulate the mass flow with a delay.
  • the number of circuits connected in series and the number of parallel circuits can be adjusted depending on the application.

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Abstract

Dosing units for generating a mixed gas, having a main gas source (14), having a main gas secondary line (18; 18'; 18''), via which main gas can be conveyed out of the main gas source (14) and in which a first mass-flow controller (20; 20'; 20'') is arranged, having an additional gas source (28; 28'; 28''), having an additional gas line (24; 24'; 24''), via which additional gas can be conveyed and in which a second mass flow controller (26; 26'; 26'') is arranged, having a storage vessel (22; 22'; 22''), which is connected to the main gas secondary line (18; 18'; 18'') and to the additional gas line (24; 24'; 24'') and in which a mixed gas composed of the main gas and the additional gas is stored, having a ventilation line (30; 30'; 30''), via which the mixed gas can be discharged from the storage vessel (22; 22'; 22''), having a check valve (32; 32'; 32'') or pressure relief valve, which has a defined opening pressure and which is arranged in the ventilation line (30; 30'; 30''), and having a mixed gas line (34; 34'; 34''), via which the mixed gas can be conveyed out of the storage vessel (22; 22'; 22'') and in which a third mass flow controller (36; 36'; 36'') is arranged, are known. In order to be able to produce very exact mixtures across large differences in concentration, it is proposed according to the invention that the mixed gas line (34; 34'; 34'') and a main gas line (12), via which the main gas can be conveyed, are fluidically connected to a mixing zone (38) into which the main gas from the main gas line (12) and the mixed gas from the mixed gas line (34; 34'; 34'') continuously flow and from which a measurement gas can be conducted via an outlet line (40) to a consumer (10).

Description

B E S C H R E I B U N G DESCRIPTION
Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases Dosing unit for generating a mixed gas
Die Erfindung betrifft eine Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases mit einer Hauptgasquelle, einer Hauptgasnebenleitung, über die Hauptgas aus der Hauptgasquelle förderbar ist und in der ein erster Massenstromregler angeordnet ist, einer Zusatzgasquelle, einer Zusatzgasleitung, über die Zusatzgas förderbar ist, und in der ein zweiter Massenstromregler angeordnet ist, einem Speicherbehälter, der mit der Hauptgasnebenleitung und der Zusatzgasleitung verbunden ist und in dem ein Mischgas aus dem Hauptgas und dem Zusatzgas gespeichert ist, einer Entlüftungsleitung, über die das Mischgas aus dem Speicherbehälter abführbar ist, einem Rückschlagventil oder Überdruckventil mit einem definierten Öffnungsdruck, welches in der Entlüftungsleitung angeordnet ist und einer Mischgasleitung, über die das Mischgas aus dem Speicherbehälter förderbar ist und in der ein dritter Massenstromregler angeordnet ist. The invention relates to a metering unit for generating a mixed gas with a main gas source, a main gas secondary line via which the main gas can be conveyed from the main gas source and in which a first mass flow regulator is arranged, an additional gas source, an additional gas line via which additional gas can be conveyed, and in which a second Mass flow regulator is arranged, a storage container which is connected to the main gas secondary line and the additional gas line and in which a mixed gas from the main gas and the additional gas is stored, a vent line via which the mixed gas can be discharged from the storage container, a check valve or pressure relief valve with a defined Opening pressure which is arranged in the vent line and a mixed gas line via which the mixed gas can be conveyed from the storage container and in which a third mass flow regulator is arranged.
Solche Dosiereinheiten werden beispielsweise genutzt, um einen Mischgasstrom zum Testen von Brennstoffzellen zu erzeugen, bei denen dem Wasserstoff ein oder mehrere Schadgase zugemischt werden, um anschließend zu ermitteln, welche Auswirkungen die Schadgase auf den Brennstoffzellenstapel haben. Dies kann auch an der Kathodenseite genutzt werden, um die Auswirkung unterschiedlicher Gaszusammensetzungen des sauerstoffhaltigen Luftstroms zu simulieren. Hierzu wird dem Brennstoffzellenstapel ein genau dosierter definierter Massenstrom des Mischgases zugeführt. Such metering units are used, for example, to generate a mixed gas flow for testing fuel cells, in which one or more harmful gases are mixed with the hydrogen in order to then determine what effects the harmful gases have on the fuel cell stack. This can also be used on the cathode side to simulate the effects of different gas compositions in the oxygen-containing air flow. For this purpose, a precisely metered, defined mass flow of the mixed gas is fed to the fuel cell stack.
Eine solche Mischeinheit wird beispielsweise in der CN 209406081 U für die Herstellung einer Mischung von Wasserstoff und Monophosphan beschrieben. Das Monophosphan und der Wasserstoff werden dabei über ein Membranventil, ein Rückschlagventil und einen Massenstromsensor geregelt zu einem Speicherbehälter geführt und dort gespeichert. Vom Speicher führt eine Entlüftungsleitung, in der ein Überdruckventil angeordnet ist nach außen. Des Weiteren zweigt vom Speicherbehälter eine Leitung ab, in der ein Gasanalysator angeordnet ist. Such a mixing unit is for example in CN 209406081 U for the production of a mixture of hydrogen and monophosphane described. The monophosphane and the hydrogen are guided to a storage container in a controlled manner via a membrane valve, a check valve and a mass flow sensor and stored there. A vent line, in which a pressure relief valve is arranged, leads to the outside from the reservoir. Furthermore, a line branches off from the storage container, in which a gas analyzer is arranged.
Mit dem beschriebenen Aufbau sind lediglich recht ungenaue Mischungsverhältnisse zu erzielen, wobei ähnliche Mengenverhältnisse der beiden zu mischenden Komponenten vorhanden sind. Eine Mischung, bei der ein Hauptgas lediglich durch ein Schadgas im Bereich ppm oder sogar im ppT-Bereich gemischt wird, ist mit dieser Mischeinheit nicht erreichbar, da mit herkömmlichen Ventilen und Coriolis Sensoren keine Nanogramm dosiert werden können und somit keine ausreichend genaue Dosierungen möglich sind. Selbst bei Nutzung moderner mikroelektronischer Dosierer kann nur etwa 0,lml/Minute genau dosiert werden, während bei kleineren Mengen der Dosierfehler deutlich steigt. Umgekehrt ist es bei Verwendung kleinerer Dosierer nicht mehr möglich, größere Mengen zuzudosieren. Des Weiteren ist mit dem bekannten Aufbau kein kontinuierliches Dosieren und Messen möglich. Ein kontinuierliches Mischen mit einer Änderung der Konzentrationen im Betrieb ist ebenfalls nicht durchführbar. With the structure described, only very imprecise mixing ratios can be achieved, with similar quantitative ratios of the two components to be mixed. A mixture in which a main gas is only mixed by a harmful gas in the ppm or even in the ppT range cannot be achieved with this mixing unit, since conventional valves and Coriolis sensors cannot dose nanograms and therefore no sufficiently accurate dosages are possible . Even with the use of modern microelectronic dosing devices, only 0.1 ml / minute can be dosed exactly, while the dosing error increases significantly with smaller quantities. Conversely, when using smaller dispensers, it is no longer possible to add larger quantities. Furthermore, continuous dosing and measuring is not possible with the known structure. Continuous mixing with a change in the concentrations during operation is also not feasible.
Es stellt sich daher die Aufgabe, unabhängig vom zuzumischenden Anteil des Zusatzgases immer sehr genau gewünschte Konzentrationen bis in den ppm-, ppb- oder ppt-Bereich mischen zu können. Des Weiteren soll es möglich sein, Messungen kontinuierlich durchführen zu können und entsprechend genaue Mischungen kontinuierlich erzeugen zu können. Auch eine Änderung des Mischungsverhältnisses während der Messung ist wünschenswert. The object is therefore to always be able to mix the desired concentrations very precisely down to the ppm, ppb or ppt range, regardless of the proportion of the additional gas to be added. Furthermore, it should be possible to carry out measurements continuously and to be able to continuously generate correspondingly accurate mixtures. A change in the mixing ratio during the measurement is also desirable.
Diese Aufgabe wird durch eine Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Die Dosiereinheit weist eine Hauptgasquelle und zumindest eine Zusatzgasquelle auf, über welche das beizumischende Gas zugeführt wird. Das Hauptgas ist in eine Hauptgasleitung und eine Hauptgasnebenleitung, in der ein erster Massenstromregler angeordnet ist, förderbar. Das Zusatzgas ist in eine Zusatzgasleitung förderbar, in der ein zweiter Massenstromregler angeordnet ist. Die Hauptgasnebenleitung und die Zusatzgasleitung münden entweder einzeln in einen Speicherbehälter oder werden vor dem Speicherbehälter zusammengeführt, so dass das Mischgas in den Speicherbehälter strömt, der entsprechend entweder direkt oder indirekt mit der Hauptgasnebenleitung und der Zusatzgasleitung verbunden ist und in dem das Mischgas aus dem Hauptgas und dem Zusatzgas gespeichert wird. Der Speicherbehälter ist zusätzlich fluidisch mit einer Entlüftungsleitung verbunden, über die das Mischgas aus dem Speicherbehälter abführbar ist, und in der ein Rückschlagventil oder Überdruckventil mit einem definierten Öffnungsdruck, angeordnet ist. Des Weiteren führt aus dem Speicherbehälter eine Mischgasleitung, über die das Mischgas aus dem Speicherbehälter förderbar ist und in der ein dritter Massenstromregler angeordnet ist, in eine Mischzone. In diese Mischzone mündet auch die Hauptgasleitung, so dass in die Mischzone zumindest das Hauptgas aus der Hauptgasleitung und das Mischgas aus der Mischgasleitung strömen und ein zumindest einen Teil eines Messgases bilden, welches über eine Auslassleitung zu einem Verbraucher strömen, der beispielsweise als Brennstoffzelle ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass ein zweistufiger Aufbau der Dosiereinheit vorliegt, in der in einer ersten Stufe ein erstes Mischungsverhältnis hergestellt wird und in der zweiten Stufe eine zusätzliche Verdünnung durch Zugabe des Hauptgases erfolgt. Durch diese zwei Stufen sind sehr genaue Mischungsverhältnisse bis in den ppt-Konzentrationsbereich des Zusatzgases im Hauptgas erzielbar. Somit können auch Reingase als Zusatzgase verwendet werden, die entsprechend nicht mit Stickstoff verdünnt sind, da die geringen Konzentrationen an der Dosiereinheit selbst erzielt werden können. Durch die Verwendung des Rückschlagventils oder des Überdruckventils kann der Druck im Speicherbehälter immer konstant gehalten werden, indem stetig etwas Mischgas über die Entlüftungsleitung abgeführt wird. Hierdurch wird ein konstanter Massenstrom des Mischgases aufrechterhalten und damit kann einerseits ein konstantes Mischungsverhältnis in der Mischzone aufrechterhalten werden und andererseits kontinuierlich im Betrieb gewünschte Mischungsverhältnisse eingestellt und geändert werden. Zusätzlich wird durch das Rückschlagventil und die dadurch entstehende kontinuierliche Strömung eine Entmischung der Gase verhindert. Als Hauptgas kann je nach Anwendung sowohl Wasserstoff als auch Stickstoff oder Sauerstoff verwendet werden, denen Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Edelgase oder ähnliches als Zusatzgas zugemischt wird. This object is achieved by a metering unit for generating a mixed gas with the features of main claim 1. The metering unit has a main gas source and at least one additional gas source, via which the gas to be admixed is supplied. The main gas can be conveyed into a main gas line and a main gas secondary line in which a first mass flow regulator is arranged. The additional gas can be conveyed into an additional gas line in which a second mass flow regulator is arranged. The main gas branch line and the additional gas line either open individually into a storage container or are brought together in front of the storage container so that the mixed gas flows into the storage container, which is connected either directly or indirectly to the main gas branch line and the additional gas line and in which the mixed gas is made up of the main gas and the additional gas is stored. The storage container is also fluidically connected to a ventilation line, via which the mixed gas can be discharged from the storage container, and in which a check valve or pressure relief valve with a defined opening pressure is arranged. Furthermore, a mixed gas line, via which the mixed gas can be conveyed from the storage container and in which a third mass flow regulator is arranged, leads from the storage container into a mixing zone. The main gas line also opens into this mixing zone, so that at least the main gas from the main gas line and the mixed gas from the mixed gas line flow into the mixing zone and form at least part of a measurement gas which flows via an outlet line to a consumer, which is designed as a fuel cell, for example . This means that the metering unit has a two-stage structure, in which a first mixing ratio is established in a first stage and an additional dilution takes place in the second stage by adding the main gas. With these two stages, very precise mixing ratios can be achieved up to the ppt concentration range of the additional gas in the main gas. In this way, pure gases can also be used as additional gases, which are accordingly not diluted with nitrogen, since the low concentrations can be achieved on the dosing unit itself. Using the Non-return valve or the pressure relief valve, the pressure in the storage tank can always be kept constant by constantly discharging some mixed gas via the vent line. As a result, a constant mass flow of the mixed gas is maintained and, on the one hand, a constant mixing ratio can be maintained in the mixing zone and, on the other hand, desired mixing ratios can be set and changed continuously during operation. In addition, the non-return valve and the resulting continuous flow prevent the gases from segregating. Depending on the application, both hydrogen and nitrogen or oxygen can be used as the main gas, to which carbon dioxide, carbon monoxide, noble gases or the like is added as an additional gas.
Vorzugsweise ist die Mischzone stromaufwärts eines oder in einem Pufferbehälter ausgebildet, in dem das Messgas gespeichert ist, wodurch auch bei plötzlichen Verbrauchsänderungen dennoch kontinuierlich die gewünschten Mischgasströme mit den definierten Konzentrationen der Auslassleitung zugeführt werden können. Der Pufferbehälter federt Verbrauchsänderungen ab und muss hierzu so groß ausgelegt werden, dass während einer Durchflussänderung auftretende Fehldosierungen aufgrund der nachfolgenden Regelung vernachlässigbar bleiben. The mixing zone is preferably formed upstream of or in a buffer container in which the measurement gas is stored, whereby the desired mixed gas flows with the defined concentrations can still be continuously supplied to the outlet line even in the event of sudden changes in consumption. The buffer tank cushions changes in consumption and must be designed so large that incorrect dosages occurring during a flow change due to the subsequent regulation remain negligible.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Pufferbehälter mit einer Rezirkulationsleitung verbunden ist, über welche das Messgas aus dem Pufferbehälter heraus und wieder hereinführbar ist und in der ein Gasanalysator für das Zusatzgas angeordnet ist, wodurch die Mischungsgenauigkeit zusätzlich erhöht werden kann, da der Anteil des Zusatzgases im fertigen Mischgas bestimmt werden kann und entsprechend nachgeregelt werden kann. Zusätzlich wird durch die Strömung eine Entmischung der Gase im Pufferbehälter verhindert. Des Weiteren ist in einer bevorzugten Ausführungsform in der Auslassleitung ein Auslassdruckregler angeordnet, so dass der Brennstoffzelle ein Mischgasstrom mit einem konstanten Druck zugeführt wird und ungewollte Druck- oder daraus resultierende Massenstromschwankungen vermieden werden. Furthermore, it is advantageous if the buffer container is connected to a recirculation line, via which the measuring gas can be fed out of the buffer container and back in again and in which a gas analyzer for the additional gas is arranged, whereby the mixing accuracy can be additionally increased, since the proportion of Additional gas in the finished mixed gas can be determined and readjusted accordingly. In addition, the flow prevents the gases from segregating in the buffer tank. Furthermore, in a preferred embodiment, an outlet pressure regulator is arranged in the outlet line, so that the fuel cell is supplied with a mixed gas flow at a constant pressure and undesired pressure fluctuations or mass flow fluctuations resulting therefrom are avoided.
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn in der Hauptgasleitung zwischen der Hauptgasquelle und dem Pufferbehälter ein Rückschlagventil angeordnet ist, so dass eine Rückströmung des Mischgases zur Hauptgasquelle verhindert wird. Entsprechend wird dem Pufferbehälter reines Hauptgas zugeführt und es wird eine notwendige Druckdifferenz für die Massenstromregler zur Verfügung gestellt. Furthermore, it is preferred if a check valve is arranged in the main gas line between the main gas source and the buffer container, so that a backflow of the mixed gas to the main gas source is prevented. Correspondingly, pure main gas is fed to the buffer tank and a necessary pressure difference is made available for the mass flow controller.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist die Dosiereinheit mehrere Hauptgasnebenleitungen mit jeweils einem ersten Massenstromregler und mehrere Zusatzgasleitungen auf, die mit jeweils einer anderen Zusatzgasquelle verbunden sind und in denen jeweils ein zweiter Massenstromregler angeordnet ist, wobei jeweils eine der Hauptgasnebenleitungen und eine der Zusatzgasleitungen mit einem Speicherbehälter verbunden sind, der mit je einer Entlüftungsleitung verbunden ist, in der ein Rückschlagventil oder Überdruckventil angeordnet ist, über welches das jeweilige Mischgas aus dem Speicherbehälter abführbar ist, und mit je einer Mischgasleitung verbunden ist, über die das jeweilige Mischgas aus dem jeweiligen Speicherbehälter förderbar ist und in der jeweils ein dritter Massenstromregler angeordnet ist, wobei alle Mischgasleitungen in die Mischzone mit der Hauptgasleitung münden. Es können somit mehrere verschiedene Zusatzgase als vorgemischte Gase parallel erzeugt und dem Hauptgasstrom in der Hauptgasleitung zugeführt werden. Entsprechend kann eine beliebige Anzahl an Zusatzgasen zugemischt werden und so beispielswiese auch unterschiedliche Luftzusammensetzungen konkret gemischt werden. Alle Mischgase werden dabei kontinuierlich erzeugt. Zur Vereinfachung des Aufbaus sind die Hauptgasnebenleitungen alle mit der einen Hauptgasquelle verbunden, so dass nicht mehrere Hauptgasquellen benötigt werden, sondern nur mehrere Abzweigungen vorgesehen werden müssen. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the metering unit has several main gas secondary lines, each with a first mass flow regulator and several additional gas lines, which are each connected to a different additional gas source and in each of which a second mass flow regulator is arranged, one of the main gas secondary lines and one of the additional gas lines in each case are connected to a storage container, which is connected to a vent line each, in which a check valve or pressure relief valve is arranged, via which the respective mixed gas can be discharged from the storage container, and is connected to a mixed gas line via which the respective mixed gas from the respective storage container can be conveyed and in each of which a third mass flow regulator is arranged, with all mixed gas lines opening into the mixing zone with the main gas line. Several different additional gases can thus be generated in parallel as premixed gases and fed to the main gas flow in the main gas line. Any number of additional gases can accordingly be added and, for example, different air compositions can also be mixed specifically. All mixed gases are generated continuously. To simplify the structure, the main gas secondary lines are all connected to the one main gas source, so that several main gas sources are not required, but rather only several branches have to be provided.
In einer weiterführenden Ausführungsform ist zwischen der Mischzone und dem ersten Speicherbehälter ein zweiter Speicherbehälter mit einer Entlüftungsleitung angeordnet, in der ein Rückschlagventil oder Überdruckventil angeordnet ist und in den die erste Mischgasleitung und eine zweite Hauptgasnebenleitung münden und der über eine zweite Mischgasleitung mit der Mischzone verbunden ist. Durch diesen Aufbau wird eine dritte Mischstufe geschaffen, so dass extrem kleine Konzentrationen des Zusatzgases im Mischgas hergestellt werden können, ohne hierfür extrem fein regelnde Massenstromregler verwenden zu müssen, da dessen Anteil im Hauptgas mit jeder Stufe geringer wird. Diesem Aufbau kann eine beliebige Anzahl weiterer Stufen nachgeschaltet werden, wobei bereits durch diese dritte Stufe Konzentrationen im ppt-Bereich herstellbar sind, so dass bereits die nachweisbaren Grenzen erreicht werden können. In a further embodiment, a second storage container with a vent line is arranged between the mixing zone and the first storage container, in which a check valve or pressure relief valve is arranged and into which the first mixed gas line and a second main gas branch line open and which is connected to the mixing zone via a second mixed gas line . This structure creates a third mixing stage so that extremely small concentrations of the additional gas can be produced in the mixed gas without having to use extremely finely regulating mass flow regulators, since its proportion in the main gas decreases with each stage. Any number of further stages can be connected downstream of this structure, with this third stage already making it possible to produce concentrations in the ppt range, so that the verifiable limits can already be reached.
Für ein zuverlässig einstellbares Mischungsverhältnis über alle drei Stufen, welches auch kontinuierlich geändert werden kann, ist in der zweiten Hauptgasnebenleitung, der ersten Mischgasleitung und der zweiten Mischgasleitung jeweils ein Massenstromregler angeordnet. For a reliably adjustable mixing ratio over all three stages, which can also be changed continuously, a mass flow regulator is arranged in each of the second main gas branch line, the first mixed gas line and the second mixed gas line.
Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn von der Mischzone des Messgases eine Entlüftungsleitung abzweigt, in der ein Rückschlagventil oder Überdruckventil angeordnet ist. Ein solches Rückschlagventil ermöglicht den kontinuierlichen Betrieb der Dosiereinheit. Dies ist vor allem interessant, wenn das Zusatzgas einem kostengünstigen Hauptgasstrom beigemischt wird, also beispielweise auf der Sauerstoffseite der Brennstoffzelleneinheit, da dort Verluste des Hauptgases vertretbar sind. Auf einen Pufferbehälter kann dann verzichtet werden und erhält dennoch einen sehr schnell reagierenden, maximal genauen Betrieb bei geringem Platzbedarf. Furthermore, it can be advantageous if a vent line branches off from the mixing zone of the measurement gas, in which a non-return valve or pressure relief valve is arranged. Such a check valve enables the dosing unit to operate continuously. This is of particular interest when the additional gas is added to an inexpensive main gas flow, for example on the oxygen side of the fuel cell unit, since losses of the main gas are justifiable there. A buffer container can then be dispensed with and still has a very fast-reacting, maximum-precision operation with little space requirement.
In einer weiterführenden Ausführungsform ist in der Entlüftungsleitung ein Gasanalysator für jedes Zusatzgas vor dem Rückschlagventil angeordnet, so dass auch hier eine genaue Analyse der Zusammensetzung des Gasstroms möglich ist. In a further embodiment, a gas analyzer for each additional gas is arranged upstream of the check valve in the vent line, so that an exact analysis of the composition of the gas flow is also possible here.
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn in der Hauptgasleitung zwischen der Hauptgasquelle und dem Pufferbehälter oder dem Rückschlagventil ein Ausgangsdruckregler angeordnet ist, der den Druck der Hauptgasquelle beispielweise um etwa 1 bar herunterregelt, so dass bei Verbrauchssprüngen eine Druckreserve zum Auffüllen des Pufferbehälters vorhanden ist. Der Ausgangsdruckregler verhindert, dass Druckschwankungen in der Hauptgasquelle auf die Dosiereinheit zurückwirken. For this purpose, it is advantageous if an outlet pressure regulator is arranged in the main gas line between the main gas source and the buffer tank or the non-return valve, which regulates the pressure of the main gas source, for example by about 1 bar, so that there is a pressure reserve to fill the buffer tank in the event of jumps in consumption. The outlet pressure regulator prevents pressure fluctuations in the main gas source from affecting the dosing unit.
Es wird somit eine Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases bereitgestellt, mit der sowohl sehr kleine Konzentrationen eines zuzumischenden Gases im Hauptgasstrom von bis unter ppt- (parts per trillion) Anteile gemischt werden können als auch Mischungen in Mengen gleicher Größenordnungen hergestellt werden können. Diese Mischungen können aus beliebig vielen verschiedenen Gasen bestehen und in bevorzugten Ausführungen auch kontinuierlich gemischt werden, wobei die Anteile der Komponenten kontinuierlich geändert werden können. Da sehr geringe Mengen bezogen auf die Gesamtmenge zugemischt werden können, kann trotz des möglichen kontinuierlichen Betriebes eine reine Gasquelle, die beispielsweise aus einer Gasflasche besteht, verwendet werden. Zusätzlich kann kontinuierlich auch bei größeren Verbrauchssprüngen des Gases ein Mischgas konstanter Zusammensetzung zur nachfolgenden Messung erzeugt werden. Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dosiereinheit zur Herstellung eines Mischgases wird im Folgenden anhand der Figuren beschrieben A metering unit for generating a mixed gas is thus provided with which both very small concentrations of a gas to be admixed can be mixed in the main gas flow of down to below ppt (parts per trillion) and mixtures can be produced in amounts of the same order of magnitude. These mixtures can consist of any number of different gases and, in preferred embodiments, can also be mixed continuously, with the proportions of the components being able to be changed continuously. Since very small amounts can be added in relation to the total amount, a pure gas source, which for example consists of a gas cylinder, can be used despite the possible continuous operation. In addition, a mixed gas of constant composition can be continuously generated for subsequent measurement, even in the event of larger jumps in gas consumption. An exemplary embodiment of a metering unit according to the invention for producing a mixed gas is described below with reference to the figures
Figur 1 zeigt einen Fließplan einer erfindungsgemäßen Dosiereinheit. FIG. 1 shows a flow diagram of a metering unit according to the invention.
Figur 2 zeigt einen Fließplan einer zweiten alternativen erfindungsgemäßen Dosiereinheit. FIG. 2 shows a flow diagram of a second alternative metering unit according to the invention.
Figur 3 zeigt einen Fließplan einer dritten erfindungsgemäßen Dosiereinheit. FIG. 3 shows a flow diagram of a third metering unit according to the invention.
Figur 4 zeigt einen Fließplan einer vierten erfindungsgemäßen Dosiereinheit. FIG. 4 shows a flow diagram of a fourth metering unit according to the invention.
Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Dosiereinheit dient zur Mischung von Wasserstoff als Hauptgas mit Kohlenmonoxid als Zusatzgas, welches in kleinen Mengen dem Wasserstoff zugemischt wird, um dessen Wirkung auf einen Brennstoffzellenstapel als zu testenden Verbraucher 10 beurteilen zu können. The inventive metering unit shown in FIG. 1 is used to mix hydrogen as the main gas with carbon monoxide as an additional gas, which is mixed with the hydrogen in small amounts in order to be able to assess its effect on a fuel cell stack as the consumer 10 to be tested.
Hierzu ist der Verbraucher 10 über eine Hauptgasleitung 12 mit einer Hauptgasquelle 14 fluidisch verbunden, in der der Wasserstoff enthalten ist. In der Hauptgasleitung 12 ist eine Massenstrommess- und Druckregeleinheit 16 angeordnet, in der der Druck der Hauptgasquelle 14 auf den für den als Brennstoffzelleneinheit ausgeführten Verbraucher 10 benötigten konstanten Druck heruntergeregelt und ein entsprechender Massenstrom für die Anodenseite des Verbrauchers 10 zur Verfügung gestellt wird. For this purpose, the consumer 10 is fluidically connected via a main gas line 12 to a main gas source 14 in which the hydrogen is contained. A mass flow measurement and pressure control unit 16 is arranged in the main gas line 12, in which the pressure of the main gas source 14 is regulated down to the constant pressure required for the consumer 10 designed as a fuel cell unit and a corresponding mass flow is made available for the anode side of the consumer 10.
Die Hauptgasquelle 14 ist zusätzlich über eine Hauptgasnebenleitung 18, die von der Hauptgasleitung 12 abzweigt, und in der ein erster Massenstromregler 20 angeordnet ist, mit einem Speicherbehälter 22 verbunden, der in vorliegendem Ausführungsbeispiel als Gasteilerrohr ausgebildet ist und ein entsprechend kleines Volumen aufweist, welches beispielsweise lediglich der Verrohrung des Gasteilers entsprechend kann. Durch dieses sehr kleine Volumen steht eine Zusammensetzungsänderung sofort zur Verfügung, während ein zu großer Speicherbehälter eine Konzentrationsänderung dämpfen würde und gegebenenfalls entmischend wirken könnte. The main gas source 14 is also via a main gas secondary line 18, which branches off from the main gas line 12, and in which a first Mass flow regulator 20 is arranged, connected to a storage container 22 which, in the present exemplary embodiment, is designed as a gas divider pipe and has a correspondingly small volume which, for example, can only correspond to the piping of the gas divider. Due to this very small volume, a change in composition is immediately available, while a storage tank that is too large would dampen a change in concentration and could possibly have a segregating effect.
Der Speicherbehälter 22 ist zusätzlich über eine Zusatzgasleitung 24, in der ein zweiter Massenstromregler 26 angeordnet ist, mit einer Zusatzgasquelle 28 verbunden, in der das beizumischende Gas, beispielsweise Kohlenmonoxid, gespeichert ist. Durch die Massenstromregler 20, 26 werden dem Speicherbehälter 22 zwei geregelte Massenströme zugeführt, so dass dem Speicherbehälter 22 ein Mischgas mit einem definierten Mischungsverhältnis zugeführt wird. The storage container 22 is additionally connected via an additional gas line 24 in which a second mass flow regulator 26 is arranged to an additional gas source 28 in which the gas to be admixed, for example carbon monoxide, is stored. The mass flow controllers 20, 26 feed two regulated mass flows to the storage container 22, so that a mixed gas with a defined mixing ratio is fed to the storage container 22.
Vom Speicherbehälter 22 führt eine Entlüftungsleitung 30 nach außen, in der ein Rückschlagventil 32 angeordnet ist, so dass dem Speicherbehälter 22 kontinuierlich und unabhängig vom Verbrauch des Mischgases immer das Mischgas mit einem gleichen Massenstrom und einem konstanten Druck zugeführt werden kann. Das Mischgas wird in eine erste Mischgasleitung 34 über einen dritten Massenstromregler 36 in eine Mischzone 38 gefördert, in der die Mischgasleitung 34 in die Hauptgasleitung 12 mündet, wo sich der Hauptgasstrom mit dem Mischstrom mischt. Im Betrieb ist das Rückschlagventil 32 stetig geöffnet, so dass der nicht benötigte erzeugte Mischgasstrom stetig abgeführt wird. Entsprechend wird eine zweistufige Verdünnung des Zusatzgases mit dem Mischgas hergestellt, um das Messgas zu erzeugen. Dieses Messgas wird über eine Auslassleitung 40 dem Verbraucher 10, also im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Brennstoffzelleneinheit zugeführt und kann durch Änderung der Massenströme in der Hauptgasnebenleitung 18 und der Zusatzgasleitung 24 kontinuierlich verändert werden, wobei durch Verwendung eines kleinen Speichervolumens des Speicherbehälters 22 diese Änderung in sehr kurzen Zeitabschnitten erfolgen kann. Das Rückschlagventil 32 ist in diesem Fall stetig geöffnet, so dass ein geringer Mischgasstrom über die Entlüftungsleitung verloren geht, jedoch immer ein erstes Mischgas mit einem konstanten Druck zur Verfügung steht. A vent line 30, in which a check valve 32 is arranged, leads from the storage container 22 to the outside, so that the mixed gas can always be supplied to the storage container 22 continuously and independently of the consumption of the mixed gas with the same mass flow and a constant pressure. The mixed gas is conveyed into a first mixed gas line 34 via a third mass flow regulator 36 into a mixing zone 38 in which the mixed gas line 34 opens into the main gas line 12, where the main gas flow mixes with the mixed flow. During operation, the check valve 32 is continuously open, so that the mixed gas flow that is not required is continuously discharged. Correspondingly, a two-stage dilution of the additional gas with the mixed gas is produced in order to generate the measurement gas. This measurement gas is fed to the consumer 10, that is to say to the fuel cell unit in the present exemplary embodiment, via an outlet line 40 and can be fed into the main gas secondary line 18 and the additional gas line by changing the mass flows 24 can be changed continuously, with the use of a small storage volume of the storage container 22 this change can take place in very short time segments. The check valve 32 is constantly open in this case, so that a small mixed gas flow is lost via the vent line, but a first mixed gas is always available at a constant pressure.
Wird nun beispielsweise der erste Massenstromregler 20 auf einen Volumenstrom von 101/min eingestellt und der zweite Massenstromregler 26 auf einen Volumenstrom von lml/min so entsteht ein Mischgas mit einer Zusatzgaskonzentration im Speicherbehälter 22 von 100 ppm. Wird nun ein Volumenstrom dieses Mischgases von erneut lml/min einem Hauptstrom von ebenfalls 101/min zugemischt, entsteht eine Konzentration des Zusatzgases im Bereich von etwa lOppb. If, for example, the first mass flow controller 20 is set to a volume flow of 101 / min and the second mass flow controller 26 to a volume flow of 1 ml / min, a mixed gas with an additional gas concentration in the storage container 22 of 100 ppm is produced. If a volume flow of this mixed gas of again 1 ml / min is now mixed with a main flow of 101 / min, a concentration of the additional gas in the range of about 10 ppb results.
Um zusätzlich hochdynamisch auf Verbrauchsänderungen des Verbrauchers 10 reagieren zu können, wird, wie es in Figur 2 dargestellt ist, in der Hauptgasleitung 12 vor der Massenstrommess- und Druckregeleinheit 16 ein Pufferbehälter 42 angeordnet, in dem das Messgas gespeichert wird und der die Mischzone 38 bildet. Hierzu ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel die Mischgasleitung direkt mit dem Pufferbehälter 42 verbunden. Des Weiteren ist zwischen dem Pufferbehälter 42 und der Hauptgasquelle 14 in der Hauptgasleitung 12 ein Ausgangsdruckregler 43 angeordnet, über den der Hauptgasstrom auf einen konstanten Druck heruntergeregelt wird, so dass an den Massenstromreglern keine Druckschwankungen entstehen. In order to be able to react highly dynamically to changes in consumption of the consumer 10, as shown in Figure 2, a buffer container 42 is arranged in the main gas line 12 in front of the mass flow measurement and pressure control unit 16, in which the measurement gas is stored and which forms the mixing zone 38 . For this purpose, the mixed gas line is connected directly to the buffer container 42 in the present exemplary embodiment. Furthermore, an outlet pressure regulator 43 is arranged between the buffer container 42 and the main gas source 14 in the main gas line 12, via which the main gas flow is regulated down to a constant pressure so that no pressure fluctuations occur at the mass flow regulators.
Treten plötzliche Verbrauchssprünge des Verbrauchers 10 auf, können die drei Massenstromregler 20, 26, 36 lediglich verzögert reagieren, wodurch sich ohne Pufferbehälter 42 die Zusammensetzung des Messgases kurzzeitig deutlich verändern würde. Durch eine ausreichend große Auslegung dieses Pufferbehälters 42 ist im Pufferbehälter 42 über einen gewissen Zeitraum eine weitestgehend konstante Konzentration enthalten, auch wenn kurzzeitig zu wenig oder zu viel Zusatzgas zudosiert wird, denn bevor sich im Pufferbehälter die Konzentration messbar ändert, reagieren die Massenstromregler 20, 26, 36 wieder so, dass die gewünschte Konzentration im Pufferbehälter 42 vorliegt, indem kurzzeitig eine etwas größere beziehungsweise kleinere Zusatzgasmenge zudosiert wird um anschließend wieder die gewünschte Konzentration im Pufferbehälter 42 vorliegen zu haben. Entsprechend kann die Größe des Pufferbehälters 42 in Abhängigkeit der maximal zulässigen Abweichung der Konzentration ausgelegt werden. If there are sudden jumps in consumption by the consumer 10, the three mass flow controllers 20, 26, 36 can only react with a delay, as a result of which the composition of the measurement gas would briefly change significantly without a buffer container 42. Due to a sufficiently large design of this buffer container 42, a largely constant concentration is contained in the buffer container 42 over a certain period of time, even if too little or too much additional gas is added for a short time, because before the concentration in the buffer tank changes measurably, the mass flow controllers 20, 26, 36 react again so that the desired concentration is present in the buffer tank 42 by briefly adding a slightly larger or smaller amount of additional gas is added in order to then have the desired concentration in the buffer container 42 again. Correspondingly, the size of the buffer container 42 can be designed as a function of the maximum permissible deviation in the concentration.
In der Figur 3 ist eine erweiterte Variante der Erfindung dargestellt. In dieser Ausführung können mehrere verschiedene Zusatzgase dem Hauptgas zudosiert werden, indem mehrere Einheiten parallelgeschaltet werden. Die Dosiereinheit weist entsprechend zunächst drei parallele erste Hauptgasnebenleitungen 18, 18', 18" auf, die mit der Hauptgasquelle 14 verbunden sind. In jeder dieser Hauptgasnebenleitungen 18, 18', 18" ist jeweils ein erster Massenstromregler 20, 20', 20" angeordnet. Des Weiteren weist die Dosiereinheit drei verschiedene Zusatzgasleitungen 24, 24', 24" auf, die mit verschiedenen Zusatzgasquellen 28, 28', 28" verbunden sind und in denen jeweils ein zweiter Massenstromregler 26, 26', 26" angeordnet ist. Jeweils eine der Hauptgasnebenleitungen 18, 18', 18" und der Zusatzgasleitungen 24, 24', 24" münden in einen ersten Speicherbehälter 22, 22', 22" mit je einer Entlüftungsleitung 30, 30', 30", in der ein Rückschlagventil 32, 32', 32" angeordnet ist. Von jedem dieserAn expanded variant of the invention is shown in FIG. In this version, several different additional gases can be added to the main gas by connecting several units in parallel. The metering unit accordingly initially has three parallel first main gas secondary lines 18, 18 ', 18 "which are connected to the main gas source 14. A first mass flow regulator 20, 20', 20" is arranged in each of these main gas secondary lines 18, 18 ', 18 " Furthermore, the metering unit has three different additional gas lines 24, 24 ', 24 "which are connected to different additional gas sources 28, 28', 28" and in each of which a second mass flow regulator 26, 26 ', 26 "is arranged. In each case one of the main gas secondary lines 18, 18 ', 18 "and the additional gas lines 24, 24', 24" open into a first storage container 22, 22 ', 22 "each with a vent line 30, 30', 30" in which a check valve 32 , 32 ', 32 ". Of each of these
Speicherbehälter 22, 22', 22" strömt das Mischgas in jeweils eine erste Mischgasleitung 34, 34', 34", in der jeweils ein dritter Massenstromregler 36, 36', 36" angeordnet ist. Storage tank 22, 22 ', 22 ", the mixed gas flows into a first mixed gas line 34, 34', 34", in each of which a third mass flow regulator 36, 36 ', 36 "is arranged.
Die Dosiereinheit weist zusätzlich auch eine weitere Mischstufe auf. Hierzu sind mit der Hauptgasquelle 14 drei zweite Hauptgasnebenleitungen 44, 44', 44" verbunden, in denen jeweils ein vierter Massenstromregler 46, 46', 46" angeordnet ist, die jeweils in einen zusätzlichen zweiten Speicherbehälter 48, 48', 48" münden, in den auch jeweils eine der ersten Mischgasleitungen 34, 34', 34" mündet, in denen jeweils der dritte Massenstromregler 36, 36', 36" angeordnet ist. Dieser zweite Speicherbehälter 48, 48', 48" ist wiederum jeweils erneut mit einer zweiten Entlüftungsleitung 50, 50', 50" verbunden, in der jeweils ein zweites Rückschlagventil 52, 52', 52" angeordnet ist. The dosing unit also has a further mixing stage. For this purpose, three second main gas secondary lines 44, 44 ', 44 "are connected to the main gas source 14, in each of which a fourth mass flow regulator 46, 46', 46" is arranged, each in an additional second Storage tank 48, 48 ', 48 "open into which one of the first mixed gas lines 34, 34', 34" opens, in each of which the third mass flow regulator 36, 36 ', 36 "is arranged. This second storage tank 48, 48' , 48 "is in turn connected again to a second vent line 50, 50 ', 50", in each of which a second check valve 52, 52', 52 "is arranged.
Vom jeweiligen zweiten Speicherbehälter 48, 48', 48" führt jeweils eine zweite Mischgasleitung 54, 54', 54", in der jeweils ein fünfter Massenstromregler 56, 56', 56" angeordnet ist, zum Pufferbehälter 42. Somit wird eine zusätzliche Mischstufe geschaffen, die es ermöglicht, das Zusatzgas in noch kleineren Konzentrationen dem Hauptgas zuzuführen und so einen Messgasstrom mit extrem kleinen Konzentrationen an Schadgas zu erzeugen. A second mixed gas line 54, 54 ', 54 ", in each of which a fifth mass flow regulator 56, 56', 56" is arranged, leads from the respective second storage tank 48, 48 ', 48 "to the buffer tank 42. This creates an additional mixing stage which makes it possible to feed the additional gas in even smaller concentrations to the main gas and thus to generate a measuring gas flow with extremely small concentrations of harmful gas.
Der Pufferbehälter 42 und damit die Mischzone 38 ist in diesem Ausführungsbeispiel über den Ausgangsdruckregler 43 und ein weiteres Rückschlagventil 58 in der Hauptgasleitung 12 mit der Hauptgasquelle 14 verbunden, wobei das Rückschlagventil 58 dazu dient zu verhindern, dass Messgas aus dem Pufferbehälter 42 zurück in Richtung der Hauptgasquelle und in die Hauptgasnebenleitungen 18, 18', 18", 44, 44', 44" strömt. Zusätzlich führt vom Pufferspeicher 42 eine Rezirkulationsleitung 60 über eine Pumpe 62 und einen Gasmischer 64 zu drei Gasanalysatoren, 66, 66', 66", die jeweils einem der Zusatzgase zugeordnet sind und diese entsprechend hochempfindlich chemisch beziehungsweise physikalisch im Messgas in ihrer Menge bestimmen können. Entsprechend kann die Mischung des Messgases im Pufferbehälter stetig überprüft werden und, falls notwendig, über die Massenstromregler 20, 20', 20", 26, 26', 26", 36, 36', 36", 46, 46', 46", 56, 56', 56" nachgeregelt werden. Stromabwärts des Pufferbehälters 42 ist die Massenstrommess- und Druckregeleinheit 16, über die der Verbraucher 10 mit dem Messgas versorgt wird. The buffer tank 42 and thus the mixing zone 38 in this embodiment is connected to the main gas source 14 via the outlet pressure regulator 43 and a further check valve 58 in the main gas line 12, the check valve 58 serving to prevent sample gas from flowing back from the buffer tank 42 in the direction of the Main gas source and into the main gas secondary lines 18, 18 ', 18 ", 44, 44', 44" flows. In addition, a recirculation line 60 leads from the buffer store 42 via a pump 62 and a gas mixer 64 to three gas analyzers 66, 66 ', 66 ", which are each assigned to one of the additional gases and can determine their quantity chemically or physically in the measuring gas in a correspondingly highly sensitive manner. Accordingly, the mixture of the measuring gas in the buffer container can be continuously checked and, if necessary, via the mass flow controllers 20, 20 ', 20 ", 26, 26', 26", 36, 36 ', 36 ", 46, 46', 46" , 56, 56 ', 56 "can be readjusted. Downstream of the buffer container 42 is the mass flow measurement and pressure control unit 16, via which the consumer 10 is supplied with the measurement gas.
Alternativ ist es möglich, wie dies in Figur 4 dargestellt ist, auf den Pufferbehälter 42 zu verzichten und die Mischzone 38 mit einer zusätzlichen Entlüftungsleitung 68 mit einem Rückschlagventil 70 zu verbinden, über die stetig in der Mischzone vorhandenes Messgas abgeführt wird. In diesem Fall ist vor dem Rückschlagventil 58 in der Flauptleitung 12 stromabwärts der Abzweigung der Flauptgasnebenstromleitung 18 eine verstellbare Drossel 57 angeordnet, die als Nadelventil ausgeführt sein kann, um den Massenstrom in der Flauptleitung 12 einstellen zu können, so dass kein zu großer Massenstrom über die Entlüftungsleitung 68 verloren geht. Alternativ kann auch ein Massenstromregler eingesetzt werden. Die Gasanalysatoren 66, 66', 66" sind in diesem Ausführungsbeispiel in der Entlüftungsleitung 68 stromaufwärts des Rückschlagventils 70 angeordnet. Alternatively, as shown in FIG. 4, it is possible to dispense with the buffer container 42 and to connect the mixing zone 38 with an additional vent line 68 with a non-return valve 70 via which measuring gas present in the mixing zone is continuously removed. In this case, an adjustable throttle 57 is arranged in front of the check valve 58 in the main line 12, downstream of the branching of the main gas secondary flow line 18, which can be designed as a needle valve in order to be able to adjust the mass flow in the main line 12 so that there is no excessive mass flow via the Vent line 68 is lost. Alternatively, a mass flow controller can also be used. In this exemplary embodiment, the gas analyzers 66, 66 ′, 66 ″ are arranged in the vent line 68 upstream of the check valve 70.
Diese Version eignet sich besonders für Flauptgasströme, deren Gas kostengünstig zu erhalten ist und in ausreichenden Mengen vorliegt. Ist dies der Fall kann die Dosiereinheit mit sehr geringer Verzögerung geregelt werden, so dass kurzfristig Konzentrationen im laufenden Messbetrieb geändert werden können. Bei ausreichend großem anliegenden Druckgefälle und somit hoher Gasmenge, die über das Rückschlagventil 70 und die Entlüftungsleitung 68 abgeführt wird, können auch Verbrauchssprünge ausgeglichen werden, so dass ein hochtransienter Betrieb erreicht wird, in dem maximal genau dosiert wird. Dies ist beispielsweise auf der Kathodenseite, also der Luftseite einer Brennstoffzelle als Verbraucher 10 interessant, da die Luft als Hauptgasstrom kostengünstig dosiert werden kann, wodurch der Verlust über die Entlüftungsleitung 68 nicht stört. Des Weiteren ist eine solche Dosiereinheit sehr klein ausführbar, da auch auf den Pufferbehälter verzichtet werden kann und somit in der Dosiereinheit keine größeren Behälter mehr erforderlich sind, in denen eine Entmischung entstehen könnte. Auch entfällt die Rezirkulatonsleitung. This version is particularly suitable for main gas streams whose gas can be obtained inexpensively and is available in sufficient quantities. If this is the case, the dosing unit can be regulated with a very short delay so that concentrations can be changed at short notice while the measuring operation is in progress. If there is a sufficiently large pressure gradient and thus a high amount of gas that is discharged via the non-return valve 70 and the vent line 68, jumps in consumption can also be compensated, so that a highly transient operation is achieved in which metering is as accurate as possible. This is of interest, for example, on the cathode side, that is to say the air side of a fuel cell as consumer 10, since the air can be dosed cost-effectively as the main gas flow, so that the loss via the vent line 68 does not interfere. Furthermore, such a dosing unit can be made very small, since the buffer container can also be dispensed with and therefore no larger ones in the dosing unit Containers are more required in which segregation could occur. The recirculation line is also omitted.
Die beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen entsprechend durch die mehrstufige Ausbildung sehr genaue Dosierungen eines oder mehrerer Zusatzgase in einen Hauptgasstrom, wobei Reingase zugemischt werden können. Die große Genauigkeit ist dabei sowohl für Mischungen erreichbar, in denen ähnliche Anteile miteinander vermischt werden als auch bei Zumischung einer oder mehrerer Zusatzgase im ppm, ppb oder ppt Bereich. Je nach Ausführungsform kann eine solche Dosiereinheit kontinuierlich betrieben werden, wobei die Konzentrationen im Betrieb geändert werden können. Auch kann eine Konzentration bei sich schnell ändernden Verbrauchsmengen weitestgehend konstant gehalten werden. Auch wird ein Entmischen des Messgases vermieden. The described embodiments accordingly enable very precise metering of one or more additional gases into a main gas flow due to the multi-stage design, with clean gases being able to be mixed in. The high level of accuracy can be achieved both for mixtures in which similar proportions are mixed with one another and when one or more additional gases are mixed in in the ppm, ppb or ppt range. Depending on the embodiment, such a metering unit can be operated continuously, and the concentrations can be changed during operation. A concentration can also be kept largely constant in the case of rapidly changing consumption quantities. Separation of the measuring gas is also avoided.
Es sollte deutlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist, sondern verschiedene Modifikationen möglich sind. So können die Rückschlagventile auch durch Überdruckventile ersetzt werden, die ab einem definierten Druck öffnen. Entscheidend ist, dass durch die Verwendung dieser Ventile in den Entlüftungsleitungen immer ein Mischgas beziehungsweise Messgas mit einem ausreichenden Druck und damit in gewünschter Menge vorliegt, ohne den Massenstrom erst mit Verzögerung regeln zu müssen. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Kreise und der parallelen Kreise ist je nach Anwendung anpassbar. It should be clear that the present invention is not limited to the exemplary embodiments described, but that various modifications are possible. The check valves can also be replaced by overpressure valves that open when a defined pressure is reached. It is crucial that by using these valves in the ventilation lines there is always a mixed gas or measurement gas with sufficient pressure and thus in the desired amount without having to regulate the mass flow with a delay. The number of circuits connected in series and the number of parallel circuits can be adjusted depending on the application.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases mit einer Hauptgasquelle (14), einer Hauptgasnebenleitung (18; 18'; 18"), über die Hauptgas aus der Hauptgasquelle (14) förderbar ist und in der ein erster1. Dosing unit for generating a mixed gas with a main gas source (14), a main gas secondary line (18; 18 '; 18 ") through which the main gas can be conveyed from the main gas source (14) and in which a first
Massenstromregler (20; 20'; 20") angeordnet ist, einer Zusatzgasquelle (28; 28'; 28"), einer Zusatzgasleitung (24; 24'; 24"), über die Zusatzgas förderbar ist, und in der ein zweiter Massenstromregler (26, 26', 26") angeordnet ist, einem Speicherbehälter (22; 22'; 22"), der mit der Hauptgasnebenleitung (18; 18'; 18") und der Zusatzgasleitung (24; 24'; 24") verbunden ist und in dem ein Mischgas aus dem Hauptgas und dem Zusatzgas gespeichert ist, einer Entlüftungsleitung (30; 30'; 30"), über die das Mischgas aus dem Speicherbehälter (22; 22'; 22") abführbar ist, einem Rückschlagventil (32; 32'; 32") oder Überdruckventil mit einem definierten Öffnungsdruck, welches in der Entlüftungsleitung (30; 30'; 30") angeordnet ist, einer Mischgasleitung (34; 34'; 34"), über die das Mischgas aus dem Speicherbehälter (22; 22'; 22") förderbar ist und in der ein dritter Massenstromregler (36; 36'; 36") angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischgasleitung (34; 34'; 34") und eine Hauptgasleitung (12), über die das Hauptgas förderbar ist, mit einer Mischzone (38) fluidisch verbunden sind, in die das Hauptgas aus der Hauptgasleitung (12) und das Mischgas aus der Mischgasleitung (34; 34'; 34") strömen und aus der ein Messgas über eine Auslassleitung (40) zu einem Verbraucher (10) führbar ist. Mass flow regulator (20; 20 '; 20 ") is arranged, an additional gas source (28; 28';28"), an additional gas line (24; 24 '; 24 ") through which additional gas can be conveyed, and in which a second mass flow regulator ( 26, 26 ', 26 "), a storage container (22; 22';22") which is connected to the main secondary gas line (18; 18 '; 18 ") and the additional gas line (24; 24';24") and in which a mixed gas composed of the main gas and the additional gas is stored, a vent line (30; 30 '; 30 ") via which the mixed gas can be removed from the storage container (22; 22';22"), a check valve (32; 32 '; 32 ") or overpressure valve with a defined opening pressure, which is arranged in the vent line (30; 30';30"), a mixed gas line (34; 34 '; 34 ") through which the mixed gas from the storage container (22 ; 22 '; 22 ") can be conveyed and in which a third mass flow regulator (36; 36';36") is arranged, characterized in that the mixed gas line (34; 34 '; 34 ") and a Hauptgasleitu ng (12), via which the main gas can be conveyed, are fluidically connected to a mixing zone (38) into which the main gas from the main gas line (12) and the mixed gas from the mixed gas line (34; 34 '; 34 ″) and from which a measurement gas can be guided to a consumer (10) via an outlet line (40).
2. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischzone (38) in oder stromaufwärts eines Pufferbehälters (42) ausgebildet ist, in dem das Messgas gespeichert ist. 2. Dosing unit for generating a mixed gas according to claim 1, characterized in that the mixing zone (38) is formed in or upstream of a buffer container (42) in which the measurement gas is stored.
3. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbehälter (42) mit einer Rezirkulationsleitung (60) verbunden ist, über welche das Messgas aus dem Pufferbehälter (42) heraus und wieder hereinführbar ist und in der ein Gasanalysator (66, 66', 66") für das Zusatzgas angeordnet ist. 3. Dosing unit for generating a mixed gas according to one of claims 1 or 2, characterized in that the buffer container (42) is connected to a recirculation line (60) via which the measurement gas can be fed out of the buffer container (42) and in again and in which a gas analyzer (66, 66 ', 66 ") is arranged for the additional gas.
4. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auslassleitung (40) ein Auslassdruckregler (43) angeordnet ist. 4. Dosing unit for generating a mixed gas according to one of the preceding claims, characterized in that an outlet pressure regulator (43) is arranged in the outlet line (40).
5. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hauptgasleitung (12) zwischen der Hauptgasquelle (14) und dem Pufferbehälter (42) ein Rückschlagventil (58) angeordnet ist. 5. Dosing unit for generating a mixed gas according to one of the preceding claims, characterized in that a check valve (58) is arranged in the main gas line (12) between the main gas source (14) and the buffer container (42).
6. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit mehrere Hauptgasnebenleitungen (18, 18', 18") mit jeweils einem ersten Massenstromregler (20, 20', 20") und mehrere Zusatzgasleitungen (24, 24', 24") aufweist, die mit jeweils einer anderen Zusatzgasquelle (28, 28', 28") verbunden sind und in denen jeweils ein zweiter Massenstromregler (26, 26', 26") angeordnet ist, wobei jeweils eine der Hauptgasnebenleitungen (18, 18', 18") und eine der Zusatzgasleitungen (24, 24', 24") mit einem Speicherbehälter (22, 22', 22") verbunden sind, der mit je einer Entlüftungsleitung (30, 30', 30") verbunden ist, in der ein Rückschlagventil (32, 32', 32") oder Überdruckventil angeordnet ist, über welches das jeweilige Mischgas aus dem Speicherbehälter (22, 22', 22") abführbar ist, und mit je einer Mischgasleitung (34, 34', 34") verbunden ist, über die das jeweilige Mischgas aus dem jeweiligen Speicherbehälter (22, 22', 22") förderbar ist und in der jeweils ein dritter Massenstromregler (36, 36', 36") angeordnet ist, wobei alle Mischgasleitungen (34, 34', 34") in die Mischzone (38) mit der Hauptgasleitung (12) führen. 6. Dosing unit for generating a mixed gas according to one of the preceding claims, characterized in that the dosing unit has several main gas secondary lines (18, 18 ', 18 ") each with a first mass flow regulator (20, 20', 20") and several additional gas lines (24, 24 ', 24 "), which are each connected to a different additional gas source (28, 28', 28") and in which a second mass flow regulator (26, 26 ', 26 ") is arranged in each case, one of the main secondary gas lines (18, 18', 18") and one of the additional gas lines (24, 24 ', 24 ") having a storage tank (22, 22 ', 22 ") are connected, each of which is connected to a vent line (30, 30', 30") in which a check valve (32, 32 ', 32 ") or pressure relief valve is arranged, via which the respective mixed gas from the Storage container (22, 22 ', 22 ") can be removed and is connected to a respective mixed gas line (34, 34', 34") via which the respective mixed gas can be conveyed from the respective storage container (22, 22 ', 22 ") and in each of which a third mass flow regulator (36, 36 ', 36 ") is arranged, all mixed gas lines (34, 34', 34") leading into the mixing zone (38) with the main gas line (12).
7. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptgasnebenleitungen (18, 18', 18") alle mit der einen Hauptgasquelle (14) verbunden sind. 7. Dosing unit for generating a mixed gas according to claim 6, characterized in that the main gas secondary lines (18, 18 ', 18 ") are all connected to the one main gas source (14).
8. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mischzone (38) und dem ersten Speicherbehälter (22, 22', 22") ein zweiter Speicherbehälter (48, 48', 48") mit einer Entlüftungsleitung (50, 50', 50") angeordnet ist, in der ein Rückschlagventil (52, 52', 52") oder Überdruckventil angeordnet ist und in den die erste Mischgasleitung (34, 34', 34") und eine zweite Hauptgasnebenleitung (44, 44', 44") münden und der über eine zweite Mischgasleitung (54, 54', 54") mit der Mischzone (38) verbunden ist. 8. Dosing unit for generating a mixed gas according to one of the preceding claims, characterized in that between the mixing zone (38) and the first storage container (22, 22 ', 22 ") a second storage container (48, 48', 48") with a Ventilation line (50, 50 ', 50 ") is arranged in which a check valve (52, 52', 52") or pressure relief valve is arranged and in which the first mixed gas line (34, 34 ', 34 ") and a second main gas secondary line ( 44, 44 ', 44 ") open and which is connected to the mixing zone (38) via a second mixed gas line (54, 54', 54").
9. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Hauptgasnebenleitung (44, 44', 44"), der ersten Mischgasleitung (34, 34', 34") und der zweiten Mischgasleitung (54, 54', 54") jeweils ein Massenstromregler (36, 36', 36", 46, 46', 46", 56, 56', 56") angeordnet ist. 9. Dosing unit for generating a mixed gas according to claim 8, characterized in that in the second main gas secondary line (44, 44 ', 44 "), the first mixed gas line (34, 34', 34") and the second mixed gas line (54, 54 ', 54 ") each have a mass flow regulator (36, 36', 36") , 46, 46 ', 46 ", 56, 56', 56") is arranged.
10. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Mischzone (38) des Messgases eine Entlüftungsleitung (68) abzweigt, in der ein Rückschlagventil (70) oder Überdruckventil angeordnet ist. 10. Dosing unit for generating a mixed gas according to one of the preceding claims, characterized in that a vent line (68) branches off from the mixing zone (38) of the measuring gas, in which a check valve (70) or pressure relief valve is arranged.
11. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Entlüftungsleitung (68) ein Gasanalysator (66, 66', 66") für jedes Zusatzgas angeordnet ist. 11. Dosing unit for generating a mixed gas according to claim 10, characterized in that a gas analyzer (66, 66 ', 66 ") is arranged for each additional gas in the vent line (68).
12. Dosiereinheit zur Erzeugung eines Mischgases nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hauptgasquelle (14) und dem Rückschlagventil (58) in der Hauptgasleitung (12) ein Auslassdruckregler (43) angeordnet ist. 12. Dosing unit for generating a mixed gas according to one of the preceding claims, characterized in that an outlet pressure regulator (43) is arranged between the main gas source (14) and the check valve (58) in the main gas line (12).
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