DE19704868C1 - Manometrisches Füllverfahren - Google Patents
Manometrisches FüllverfahrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein manometrisches Füllverfahren zur Herstellung
von Gasgemischen in Druckgasbehältern.
Für die Befüllung von Gasflaschen sind als Befüllungstechniken das
dynamisch-volumetrische Verfahren, das gravimetrische Verfahren und
das manometrische Verfahren bekannt. Diese Verfahren werden in dem
Sonderdruck 23/94 aus Berichte aus Technik und Wissenschaft 69/1993
"Prüfgase - Präzisionsgemische zum Kalibrieren von Meßgeräten" von
Dr. K. Wilde und K. Studtrucker, Firma Linde - Technische Gase,
beschrieben.
Am häufigsten wird das manometrische Verfahren benutzt. Es beruht
auf der Messung der Druckänderung nach Zugabe der einzelnen
Gaskomponenten. Um die gewünschte Zusammensetzung der
Gasmischung zu erreichen, werden die Gaskomponenten nacheinander
bis zu einem definierten Druck in die Druckgasflasche gefüllt, wobei die
Druckerhöhung bei einem Füllschritt wenigstens mehrere bar beträgt.
Gasgemische mit einer Komponente im Spurenbereich werden mittels
Muttergemischen hergestellt, welche in der Druckgasflasche im
Überdruck vorgelegt und mit der Hauptkomponente bis zum Endruck
aufgefüllt werden.
Für die Herstellung mancher Gasgemische verbietet sich der Einsatz
von Muttergemischen. Dies ist bei Gasgemischen mit einer
Nebenkomponente mit einem niedrigen Dampfdruck der Fall, zum
Beispiel bei höheren Kohlenwasserstoffen.
In der Regel muß bei den Verfahren das Gasgemisch nach dem
Befüllen mit den Gaskomponenten in der Druckgasflasche
homogenisiert werden, da bei der Befüllung Schichtungen auftreten.
Das Homogenisieren geschieht gewöhnlich durch Rollen der
Druckgasflasche.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
rationellen Verfahrens zur Herstellung sehr reiner, komprimierter
Gasgemische und von komprimierten Gasgemischen mit mindestens
einer Gaskomponente von geringer Konzentration, ohne daß in dem
Verfahren höher konzentrierte, bevorratete Muttergemische eingesetzt
werden müssen.
Es wurde gefunden, daß die Einstellung eines Gasdruckes in einem
Druckbehälter, sehr genau durch Vorgabe eines höheren, groben
Wertes eines Gasdruckes (Grobdruck) und nachfolgende
Feinregulierung des Druckes auf einen Feindruck durch Anlegen eines
Vakuums erreicht wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von
Gasgemischen in Druckgasbehältern, wobei in mindestens einem Schritt
zunächst ein Grobdruck eines Gases vorgegeben wird und dann ein
kleinerer Feindruck in dem Druckgasbehälter mit Hilfe eines Vakuums
eingestellt wird.
Es handelt sich um ein Verfahren zur präzisen Einstellung eines
Partialdruckes eines Gases in einem Gasgemisch, vorzugsweise im
Unterdruck. Die Präzisionsgasgemische können als Prüfgas (z. B. bei
der Abgasuntersuchung), Kalibriergas (z. B. in der Meßtechnik zur
Eichung von Analysengeräten) oder Prozeßgas (z. B. Gasfüllungen für
Laser, Reaktionsgase bei chemischen Prozessen) verwendet werden.
Druckgasbehälter sind beispielsweise Druckgasflaschen.
Die eigentliche Dosierung eines Gases in dem Verfahrensschritt stellt
die Einstellung des Feindruckes mittels Vakuum dar.
Als Dosierdruck wird der einzustellende, der abzufüllenden Gasmenge
entsprechende Druck bei allen manometrischen Verfahren verstanden.
Bei direkter manometrischer Dosierung einer reinen Gaskomponente
entspricht der Dosierdruck damit dem Partialdruck der Gaskomponente
in dem fertigen Gasgemisch. Erfolgt die Dosierung eines Gases gemäß
des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels Vakuum (ausgehend von
einem eingestellten Grobdruck), so wird der Dosierdruck als Feindruck
bezeichnet.
Die angegebenen Drucke sind Absolutdrucke (bezogen auf 15°C).
Gaskonzentrationen werden in Volumenanteilen (z. B. 1 vol.-% = 10000
ppm = 10000000 ppb), bezogen auf Normalbedingungen (15°C, 1 bar),
angegeben.
Das Verfahren zur Herstellung von komprimierten Gasgemischen hoher
Reinheit, insbesondere von komprimierten Gasgemischen mit
mindestens einer Gaskomponente im Spurenbereich, enthält folgende
Schritte:
- 1. gasartspezifische Konditionierung des Druckgasbehälters,
- 2. manometrische Gasdosierung mit Hilfe von Vakuum bei der Dosierung einer Gaskomponente und
- 3. darauffolgende Zugabe einer oder mehrerer Gaskomponenten, jeweils bei Gasdosierung ohne Vakuumeinsatz.
Die dem 3. Schritt folgende Dosierung von Gaskomponenten kann
manometrisch, gravimetrisch oder volumetrisch erfolgen. Bevorzugt wird
eine manometrische Dosierung bei allen Dosierungen.
Die einzelnen Verfahrensschritte werden im folgenden erläutert.
Die gasartspezifische Konditionierung wird im folgenden als
Konditionierung bezeichnet. Druckgasbehälter (z. B. Druckgasflaschen)
enthalten im allgemeinen vor der Befüllung ein Konservierungsgas wie
Stickstoff. Bei der Herstellung von Gasgemischen, die keinen Stickstoff
enthalten und eine hohe Reinheit aufweisen sollen, empfiehlt sich ein
Spülen des Druckgasbehälters mit dem Gas einer der
Gaskomponenten, die das Gasgemisch enthalten soll. Durch das
Spülen wird der Druckgasbehälter mit einer Gasart konditioniert. Das
Konditionieren dient zur Entfernung von Konservierungsgas und zum
Einstellen von einem stabilen Oberflächenzustand (z. B. Einstellung von
Gleichgewicht der Adsorptions- und Desorptionsschicht) im Inneren des
Druckgasbehälters. Das Spülen mit dem Gas kann auch dazu genutzt
werden, daß durch eine chemische Oberflächenreaktion eine stabile
Oberflächenschicht erzeugt wird (z. B. Passivierung der Oberfläche).
Durch das Konditionieren wird eine Langzeitstabilität der
Zusammensetzung des fertigen Gasgemisches im Druckgasbehälter
erreicht. Das Spülen kann mit einer Hauptkomponente oder einer
Nebenkomponente erfolgen, bevorzugt wird die Verwendung einer
Nebenkomponente als Spülgas, wenn dies wirtschaftlich vertretbar ist.
Das Spülen mit einer der Gaskomponenten, das heißt ein Spülvorgang,
beeinhaltet die Schritte a) Evakuieren des Druckgasbehälters und b)
Befüllen des Druckgasbehälters mit der Gaskomponente. Ein
Spülvorgang wird einmal, zweimal, dreimal oder mehrmals
durchgeführt, je nach Anforderung an die Reinheit des herzustellenden
Gasgemisches. Die Schritte a) und b) eines Spülvorganges erfolgen im
allgemeinen in einem Zeitraum von jeweils 1 Sekunde bis 1 Stunde,
bevorzugt in 1 bis 10 Minuten. Die Evakuierung bei Schritt a) erfolgt im
allgemeinen bis zu einem Innendruck im Bereich von 10-7 bis 800
millibar (mbar), bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 300 millibar und
besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 10 millibar. Eine
Erniedrigung des Druckes, d. h. eine Verbesserung des Vakuums,
bedeutet eine Verlängerung der Evakuierungszeiten, das gilt besonders
für sehr niedrige Drucke (hohe Vakua) wie Drucke unter 1 millibar. Zur
Vermeidung langer und damit unwirtschaftlicher Evakuierungszeiten
sollte daher statt der Anwendung hoher Vakua vorteilhaft die Anzahl der
Spülvorgänge erhöht werden. Die Spülschritte, Schritte a) und b),
erfolgen im allgemeinen bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 300°C,
bevorzugt im Bereich von 0 bis 50°C und besonders bevorzugt im
Bereich von 10 bis 30°C. Höhere Temperaturen begünstigen eine
Desorption von Konservierungsgas von der Innenwand des
Druckgasbehälters.
Vorteilhaft erfolgt die Befüllung und Dosierung zuerst mit der
Gaskomponente, die in dem herzustellenden Gasgemisch in der
geringsten Konzentration vorliegt, da der erste Dosierschritt in dem
erfindungsgemäßen Verfahren mit der größten Genauigkeit ausgeführt
werden kann.
Der gespülte, konditionierte und evakuierte Druckgasbehälter wird mit
der ersten Gaskomponente befüllt. Hier zeigt sich der Vorteil der
Verwendung der ersten Gaskomponente als Gas für das Spülen und die
Konditionierung des Druckgasbehälters: der Druckgasbehälter braucht
zur ersten Dosierung nicht evakuiert zu werden. Sollte sich das Spülen
mit der ersten Gaskomponente aus wirtschaftlichen Gründen verbieten,
so wäre es von Vorteil, wenn wenigstens der Spülschritt des letzten
Spülvorganges mit der ersten Gaskomponente erfolgt. Die Befüllung mit
der ersten Gaskomponente erfolgt zunächst bis zu einem Grobdruck,
der größer ist als der eigentliche Dosierdruck, durch den die Menge der
Gaskomponente bestimmt wird. Der Grobdruck liegt im allgemeinen bei
einem Druck im Bereich von 0,1 bis 10 bar, bevorzugt im Bereich von
0,1 bis 5 bar und besonders bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,5 bar, je
nach einzustellendem Feindruck. Der Feindruck und der Grobdruck
sollten so weit auseinanderliegen, daß eine Dosierung mittels Vakuum
gut durchgeführt werden kann. Das ist beispielsweise gegeben, wenn
der Feindruck etwa 10 Prozent unter dem Wert des Grobdruckes liegt.
Besonders wenn der Feindruck unter 100 millibar, insbesondere unter
10 millibar, liegt, erfolgt die Änderung des Druckes bei Anlegen des
Vakuums langsam, so daß der gewünschte Wert des Feindruckes sehr
genau eingestellt werden kann. Bei Feindrücken über 10 millibar kann
die Einstellung des Feindruckes durch eine Drosselung (Ventil) in der
Vakuumleitung erleichtert werden. Die Dosierung der weiteren
Gaskomponenten erfolgt additiv nach üblichem manometrischen
Verfahren durch Befüllung bis zu einem vorgegebenen Dosierdruck. Die
Befüllung mit der anteilig größten Gaskomponente (Hauptkomponente)
Wird vorteilhaft als letzter Schritt durchgeführt, dabei wird diese
Gaskomponente bis zu dem letzten Dosierdruck, das ist der Fülldruck
des Druckbehälters mit dem fertigen Gasgemisch, aufgefüllt.
Mit der Dosierung mittels Vakuum ist es nunmehr möglich,
kostengünstig und unter geringem, zeitlich akzeptablem Aufwand
Gasgemische, insbesondere mit Nebenkomponenten im
Konzentrationsbereich zwischen 10 ppb und 5000 ppm, sehr exakt zu
dosieren.
Es können sogar Gasgemische hergestellt werden, die eine
Komponente mit sehr geringem Dampfdruck enthält. Durch Einbringen
der schwerflüchtigen Komponente in ein Vakuum verdampft die
Komponente vollständig und der Partialdruck kann gemessen werden.
Präzise Gasgemische mit einer schwerflüchtigen Komponente konnten
bisher nur sehr aufwendig über eine gravimetrische Dosierung mit
separaten Probebehältern vorgenommen werden.
Konditionierung und Befüllung mit den Gaskomponenten können
gleichzeitig mit mehreren Druckgasbehältern (z. B. 1 bis 100
Druckgasbehälter) am Abfüllstand erfolgen. Auf die Bevorratung von
Muttergemischen sowie auf aufwendige gravimetrische Dosierungen
kann verzichtet werden, so daß Gasgemische mit Gaskomponenten
geringer Konzentration direkt hergestellt werden können.
Es wird die Herstellung eines binären Gasgemisches (Gasgemisch aus
Haupt- und Nebenkomponente) im folgenden beispielhaft beschrieben.
Eine Druckgasflasche, die thermisch konditioniert und mit einem Druck
bis zu 3 bar mit einem Konservierungsgas (z. B. Stickstoffgas) befüllt
wurde, wird durch Ablassen von Gas auf einen Innendruck von etwa
Atmosphärendruck gebracht. Anschließend wird die Druckgasflasche
mit einer Vakuumpumpe (z. B. ölfreie Membranpumpe) auf einen Druck
von etwa 10 millibar evakuiert. Das entspricht einer Drucksenkung um
ca. 2 Zehnerpotenzen. Die evakuierte Druckgasflasche wird mit dem
Gas der einzuspeisenden Nebenkomponente bis auf einen Druck im
Bereich von 800 bis etwa 1000 millibar geflutet. Zum Spülen der
Druckgasflasche mit der Nebenkomponente wird das Evakuieren und
Fluten mit dem Gas der Nebenkomponente zweimal, dreimal oder
mehrmals durchgeführt, je nach der Anforderung an die Reinheit und je
nach Zusammensetzung des Gasgemisches. Das Spülen wie auch die
nachfolgenden Schritte erfolgen bevorzugt bei Raumtemperatur (20 bis
25°C). Die Druckgasflasche ist nun mit dem Gas der Nebenkomponente
etwa bei Atmosphärendruck gefüllt und die innere Oberfläche mit dem
Gas der Nebenkomponente in ein Gleichgewicht gebracht. Die
Druckgasflasche ist damit konditioniert. Die eigentliche Dosierung der
Nebenkomponente erfolgt durch Evakuieren (Entnahme von Gas) auf
den gewünschten Feindruck, der dem Partialdruck der
Nebenkomponente in dem fertigen, komprimierten Gasgemisch
entspricht. Der notwendige Druck kann theoretisch (z. B. anhand einer
Gasgleichung wie ideales Gasgesetz oder anhand eines
Berechnungsmodells) oder empirisch (z. B. anhand von Gasanalysen)
ermittelt werden. Ist der Feindruck der Nebenkomponente eingestellt, so
ist die Dosierung der Nebenkomponente abgeschlossen. Auf diese
Weise können Nebenkomponenten zwischen 10-1 und 1000 millibar sehr
exakt vorgelegt werden. Die Hauptkomponente des Gasgemisches wird
nun auf den Enddruck (Fülldruck) in der Druckgasflasche,
beispielsweise 200 bar, aufgedrückt. Dies kann mittels eines
Kompressors oder durch Anschluß eines Vorratsbehälters einer
Gasversorgung (Gas der Hauptkomponente) mit höherem Druck (z. B.
350 bar) erfolgen. Das Auffüllen mit der Hauptkomponente kann auch
gravimetrisch kontrolliert werden.
1.) Nebenkomponente: Sauerstoff, Feindruck: 10 mbar
2.) Hauptkomponente: Stickstoff, Dosierdruck= Fülldruck: 200 bar
3.) Ergebnis: Gasgemisch von 0,005 vol.-% (50 ppm) Sauerstoff in
Stickstoff.
Zur Herstellung von Gasgemischen, z. B. mit mindestens einer
Gaskomponente im ppb-Bereich, kann zunächst ein Vorgemisch in dem
Druckgasbehälter, in dem auch das fertige Gasgemisch schließlich
vorliegt, hergestellt werden. Das bedeutet, daß die Herstellung des
Vorgemisches direkt in den Herstellprozeß des Gasgemisches integriert
ist und keiner besonderen zusätzlichen Einrichtungen wie
Vorratsbehälter oder Zwischenbehälter bedarf. Die Gaskomponente,
welche mit niedrigster Konzentration in dem Gasgemisch vorliegen soll,
wird Spurengas genannt. Die Herstellung des Vorgemisches dient zur
Verdünnung des Spurengases. Der Druckgasbehälter wird konditioniert.
Es empfiehlt sich die Konditionierung mit dem Spurengas
durchzuführen. Nach der Konditionierung liegt in der Gasflasche ein
Grobdruck des Spurengases von ca. 1 bar vor. Ausgehend von diesem
Grobdruck wird der Feindruck mittels Vakuum eingestellt. Der Feindruck
richtet sich danach, wie groß die Verdünnung des Spurengases in dem
Vorgemisch sein soll. Anschließend wird mit einem der Verdünnung
dienenden Gas (Verdünnungsgas), zum Beispiel mit der
Hauptkomponente des herzustellenden Gasgemisches, auf den
definierten Enddruck (Dosierdruck) des Vorgemisches aufgefüllt. Somit
ist ein Vorgemisch entstanden, das bedingt durch die
erfindungsgemäße Vorgehensweise homogenisiert ist. Das Vorgemisch
(mit dem Verdünnungsgas verdünntes Spurengas) liegt nun in der
Druckgasflasche vor. Ausgehend von diesem Vorgemisch kann
wiederum durch Evakuieren ein Feindruck eingestellt werden. Anhand
der Herstellung von Vorgemischen (Folgevorgemische) können
Verdünnungsreihen in situ hergestellt werden. Nach Herstellung von
dem Vorgemisch oder Folgevorgemischen kann wie üblich die
Dosierung restlicher Gaskomponenten erfolgen. Zum Beispiel kann die
Hauptkomponente bis zum Enddruck aufgegeben werden.
- 1. Herstellen des Vorgemisches: Evakuieren und Spülen der Druckgasflasche mit Sauerstoff. Füllen mit Sauerstoff auf etwa 1 bar. Evakuieren auf genau 10 mbar. Auffüllen mit Stickstoff auf genau 1000 mbar.
- 2. Herstellen des Folgevorgemisches: Evakuieren auf genau 10 mbar und Auffüllen mit Stickstoff auf genau 1000 mbar.
- 3. Auffüllen mit Stickstoff auf den Enddruck 100,0 bar.
- 4. Ergebnis: Gesamt-Verdünnung 1 : 100000000 (1 : 108), d. h. 10 ppb Sauerstoff in Stickstoff.
Es wird durch Spülen und Evakuieren auf den Feindruck (z. B. Druck
unter 1000 millibar) die erste Komponente im Druckgasbehälter
vorgelegt. Die zweite und folgenden Gaskomponenten werden additiv
bis zum Dosierdruck zugegeben. Die letzte Komponente (z. B.
Hauptkomponente) wird bis zum Enddruck aufgefüllt.
- 1. Konditionieren: Evakuieren und Füllen der Druckgasflasche mit der Komponente Sauerstoff auf Grobdruck von ca. 1 bar. Zwei Spülvorgänge folgen.
- 2. Erste Gasdosierung: Füllen mit Sauerstoff auf den Grobdruck von etwa 1 bar. Evakuieren auf den Feindruck von genau 100 mbar.
- 3. Additiv zudosieren von 100 mbar Argon auf den Dosierdruck von genau 200 mbar.
- 4. Auffüllen mit Stickstoff auf den Enddruck von genau 200,0 bar.
- 5. Ergebnis: Gasgemisch mit 500 ppm (0,05 Vol.-% ) Sauerstoff und 500 ppm (0,05 Vol.-% ) Argon in Stickstoff.
Die durch Vakuumdosierung in einem Druckgasbehälter hergestellten
Gasgemische (z. B. binäre Gasgemische) sind homogen. Für eine gute
Durchmischung sorgen eine turbolente Strömung bei der Befüllung, die
Kompressionswärme beim Aufdrücken der nächsten Gaskomponente (z.
B. Hauptkomponente) führt zu Konvektion in dem Druckgasbehälter.
Vorteilhaft zur Erzeugung einer homogenen Gasmischung ist eine große
Druckdifferenz zwischen dem eingestellten Dosierdruck der
vorangegangenen Dosierung und dem einzustellenden Dosierdruck.
Das ist insbesondere der Fall, wenn eine Gaskomponente bei einem
Feindruck unter einem bar vorliegt und dann ein Gas mit einem
Dosierdruck im Bereich von einem oder mehreren bis mehreren hundert
bar aufgefüllt wird.
Die geringe Wechselwirkung zwischen den Gasmolekülen der
vakuumdosierten Gaskomponente ist mitverantwortlich für die gute
Durchmischung mit der darauffolgend zudosierten Gaskomponente.
Eine Schichtung in dem Druckgasbehälter ist dadurch ausgeschlossen.
Die direkt erfolgende Homogenisierung des Gasgemisches bei der
Vakuumdosierung ermöglicht eine direkte Probenahme oder eine
Gasanalyse vor Ort. Dies bringt wirtschaftliche Vorteile, da damit viele
sonst notwendige Vorgehensschritte wie die Entfernung des
Gasbehälters vom Füllstand zur nachträglichen Homogenisierung und
Spülen von Flaschenventilen und Leitungen bei Flaschenwechsel
während der Herstellung des Gasgemisches entfallen.
Auf einen Homogenisierungschritt für das sich in einer Druckgasflasche
befindliche Gasgemisch kann in der Regel verzichtet werden. Dadurch
kann eine Analyse der Zusammensetzung des
Druckgasflascheninhaltes direkt nach der Befüllung am Abfüllstand
durchgeführt werden. Da die Druckgasflaschen nicht mehr zur
Homogenisierung von dem Abfüllstand entfernt werden müssen, ist eine
Kontrolle der Gaszusammensetzung auch während der Befüllung (nach
jedem Dosierschritt) möglich.
Bei Kombination von Vakuumdosierung und mehr als einer additiven
(gewöhnlichen) Dosierung für die Herstellung von Gasgemischen (z. B.
bei ternären Gasgemischen) sind Bedingungen anzuwenden, die zu
einer guten Durchmischung führen (z. B. Erzeugung turbolenter
Strömung bei der Gasbefüllung bei hoher Druckdifferenz).
Zur Druckmessung eignen sich besonders gasartunabhängige
Druckmeßgeräte wie Kapazitätsmanometer (z. B. Gerät mit der
Bezeichnung 600 Barocel® der Firma Edwards, USA; Meßbereiche: 0-10,
0-100, 0-1000 mbar). Kapazitätsmanometer erlauben eine
Absolutdruckmessung.
Das Druckmeßgerät sollte in unmittelbarer Nähe zum zu befüllenden
Druckgasbehälter angeschlossen sein, um Druckabfälle in den
Rohrleitungen als Fehler bei der Messung auszuschließen.
Vorzugsweise wird das Druckmeßgerät parallel zum Druckgasbehälter
angebracht (in vergleicherbarer Position zum Druckgasbehälter), so daß
gleiche Druckbedingungen wie in dem Druckgasbehälter bei der
Messung vorliegen.
Die Zusammensetzung der Gasgemische wird beispielsweise anhand
von Massenspektrometrie oder FTIR-Spektrometrie (FTIR: Fourier
Transform Infrarot) ermittelt.
Zusammenfassend ergeben sich folgende Vorteile bei der
Gasdosierung im Vakuum:
- 1. Binäre Gasgemische können über einen sehr großen Konzentrationsbereich auf einfachste Weise, mit hoher Genauigkeit, Flexibilität und Wirtschaftlichkeit, auch bei kleinen Stückzahlen, hergestellt werden. Es entstehen direkt homogene Gemische.
- 2. Das direkte Herstellverfahren der Gasgemische macht Muttergemische überflüssig.
- 3. Selbst Flüssigkeiten wie höhere Kohlenwasserstoffe können durch den Einsatz von Vakuum genau und direkt in den Druckgasbehälter dosiert werden.
- 4. Durch Konditionierung des Druckgasbehälters werden Gasgemische von hoher Reinheit und Langzeitstabilität hergestellt.
- 5. Die direkte Homogenisierung bei der Herstellung des Gasgemisches erlaubt eine online-Analytik der Gaszusammensetzung direkt am Abfüllstand.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Gasgemischen in Druckgasbehältern,
dadurch gekennzeichnet,
daß in mindestens einem Schritt zunächst ein Grobdruck eines
Gases vorgegeben wird und dann ein kleinerer Feindruck in dem
Druckgasbehälter mit Hilfe eines Vakuums eingestellt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feindruck im Bereich von 0,1 bis 1000 mbar, bezogen auf
15°C, liegt.
3. Verfahren zur Herstellung von Gasgemischen in einem
Druckgasbehälter,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckgasbehälter mit Gas der Gasart einer Gaskomponente
des herzustellenden Gasgemisches konditioniert wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Gas der Gaskomponente mit der kleinsten Konzentration
in dem herzustellenden Gasgemisch konditioniert wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Präzisionsgasgemischen in einem
Druckgasbehälter,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Vorgemisch in dem Druckgasbehälter mit Hilfe von Vakuum
hergestellt wird.
6. Verwendung des durch ein Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 5
hergestellten Gasgemisches als Prüfgas, Kalibriergas oder
Prozeßgas.
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|---|---|---|---|
| DE1997104868 DE19704868C5 (de) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | Manometrisches Füllverfahren |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE1997104868 DE19704868C5 (de) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | Manometrisches Füllverfahren |
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|---|---|
| DE19704868C1 true DE19704868C1 (de) | 1998-08-20 |
| DE19704868C5 DE19704868C5 (de) | 2004-02-19 |
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ID=7819739
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1997104868 Expired - Lifetime DE19704868C5 (de) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | Manometrisches Füllverfahren |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19858366B4 (de) * | 1998-12-17 | 2006-02-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zum Herstellen und Abfüllen von quantitativ definierbaren Gasgemischen mit Komponenten in sehr geringer Konzentration |
| EP0992732A3 (de) * | 1998-10-08 | 2006-05-03 | Air Liquide Deutschland GmbH | Herstellung von Gasgemischen in grossen Mengen |
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| DE19915779B4 (de) * | 1999-04-08 | 2007-10-31 | Air Liquide Deutschland Gmbh | Abfüllstand zur Herstellung von Präzisionsgasgemischen |
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-
1997
- 1997-02-10 DE DE1997104868 patent/DE19704868C5/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0992732A3 (de) * | 1998-10-08 | 2006-05-03 | Air Liquide Deutschland GmbH | Herstellung von Gasgemischen in grossen Mengen |
| DE19858366B4 (de) * | 1998-12-17 | 2006-02-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zum Herstellen und Abfüllen von quantitativ definierbaren Gasgemischen mit Komponenten in sehr geringer Konzentration |
| DE19915779B4 (de) * | 1999-04-08 | 2007-10-31 | Air Liquide Deutschland Gmbh | Abfüllstand zur Herstellung von Präzisionsgasgemischen |
| DE10037955B4 (de) * | 2000-08-03 | 2006-10-19 | Air Liquide Deutschland Gmbh | Vorrichtung für die vertikale Gasabfüllung |
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