JP2002532800A - ガス流の圧力を調整するための装置および方法 - Google Patents

ガス流の圧力を調整するための装置および方法

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JP2002532800A
JP2002532800A JP2000588663A JP2000588663A JP2002532800A JP 2002532800 A JP2002532800 A JP 2002532800A JP 2000588663 A JP2000588663 A JP 2000588663A JP 2000588663 A JP2000588663 A JP 2000588663A JP 2002532800 A JP2002532800 A JP 2002532800A
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gas
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pressure regulating
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ベスト,ロナルド
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バリアン ビーブイ
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ガス流の圧力および(または)流量を調整するための装置に関し、該装置は、圧力調整室(4,104)が設けられているハウジング(9,109)を含み、該圧力調整室の壁の少なくとも一部は、ダイヤフラム(10,110)を含み、該ダイヤフラム(10,110)は、圧力調整室(4,104)から遠い側において、調整可能な予応力を加えられ、圧力調整室は、ガスのための入口開口(3,28,128)およびガスのための出口開口(5,29,129)を含み、開口(3/5,28/29,128/129)のうちの少なくとも一つは、ダイヤフラム(10,110)に接続されている変位可能な閉鎖部材(15,115)により、完全にあるいは部分的に閉鎖可能であり、その接続の仕方は、閉鎖部材が、ダイヤフラムの変位に左右される仕方である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 <発明の属する技術分野> 本発明は、ガス流の圧力および(または)流量を調整するための装置に関し、
該装置は、圧力調整室が設けられているハウジングを含み、該圧力調整室の壁の
少なくとも一部は、ダイヤフラムを含み、該ダイヤフラムは、圧力調整室から遠
い側において、調整可能な予応力を加えられ、圧力調整室は、ガスのための入口
開口およびガスのための出口開口を含み、開口のうちの少なくとも一つは、ダイ
ヤフラムに接続されている変位可能な閉鎖部材により、完全にあるいは部分的に
閉鎖可能であり、その接続の仕方は、閉鎖部材の位置が、ダイヤフラムの変位に
左右される仕方である。これは、ダイヤフラムが曲がる程度は、一方では、圧力
調整室内の瞬時圧力に左右され、また、他方では、予応力を加える手段により、
ダイヤフラムに加えられる応力に左右されることを意味し、ダイヤフラムは、ガ
スのための圧力室に能動的に接続されており、該圧力室には、予応力を加える目
的で、圧力室内の圧力を設定するための、ガスのための入口開口およびガスのた
めの出口開口が設けられている。
【0002】 <従来の技術> 上記のタイプの装置は、従来技術において既知である。この装置は、例えば、
比較的高い圧力から、より低い圧力までのガス流を調整するのに使用可能である
。閉鎖部材の位置は、ダイヤフラムの曲がりにリンクされている。したがって、
出口開口を通して、圧力調整室を離れるガス流の圧力は、始動位置におけるダイ
ヤフラムの位置で決まる。既知の装置は、ガス流の圧力を所望のレベルに落とす
のに使用できる。出口開口で圧力調整室を離れるガス流の圧力は、閉鎖部材によ
り開放状態のままで置かれる入口開口の大きさにより左右される。閉鎖部材が、
入口開口を閉鎖すればするほど、圧力調整室の出口開口から流出する圧力は、そ
れだけ低くなる。
【0003】 上記の装置は、US 4,798,521以来既知である。この文書以降、容器内で圧力を
調整するための装置が、既知となっている。上記の要素に加えて、既知の装置は
、圧力室と装置の出口開口における有り得る圧力差を測定する手段を含んでおり
、該圧力差を用いて、圧力室内の圧力が調整可能である。
【0004】 従来技術から知られる装置に関する重大な欠点は、ダイヤフラムの位置を正確
に設定することが、依然としてできないことである。実際、入口開口および出口
開口内の弁の切換時間は、微小ではない。常に、制御の正確さを限定する物理的
な限界がある。
【0005】 <発明の要約> 本発明の目的は、ダイヤフラムの位置を正確に設定できる、導入部で言及した
タイプの装置を提供することである。ダイヤフラムの位置が、ひとたびそれを設
定した後でも、比較的簡単なやり方で調整できることも望ましい。
【0006】 これら目的は、本発明においては、入口開口に流量絞弁を設けることで達成さ
れている。また、出口開口に流量絞弁を設けることも可能である。
【0007】 ガスを圧力下に保持する圧力室の使用により、始動位置におけるダイヤフラム
の位置、したがって、圧力調整室の入口開口における閉鎖部材の位置が、ガス圧
力により調整可能となる。圧力室内の圧力を増大あるいは低減することにより、
ダイヤフラムの位置が所望のそれに固定できる。
【0008】 入口開口および出口開口の両方に絞弁が存在するため、従来よりはるかに高い
正確さで、圧力室への流量および圧力室からの流量を制御することができる。
【0009】 本発明によれば、ダイヤフラムの、圧力調整室から遠い側が、圧力室に隣接し
ていることも可能である。また、圧力室の入口開口および出口開口に、遠隔制御
可能な閉止弁を設けることが可能である。
【0010】 また、ダイヤフラムの位置を、圧力調整室内の圧力を変えることにより、変更
可能である。
【0011】 これらの方策は、圧力室内の圧力が、非常に簡単なやり方で増大あるいは低減
可能であることを保証する。遠隔制御可能な閉止弁により、圧力調整室内の圧力
の設定値が、例えば、装置内のどこか他の場所に収容されている測定手段に結合
可能となる。
【0012】 本発明によれば、装置に、ガス流の圧力を測定する手段を設け、該測定手段を
圧力調整室の出口開口の近傍に配設することが可能である。また、装置に、ガス
流の圧力を測定するための手段を設け、該測定手段は、圧力調整室の入口開口の
近傍に配設することが可能である。この場合、装置には、一方では、ガス圧力を
測定するための手段、また、他方では、圧力室の遠隔制御可能な閉止弁に能動的
に接続されている調整手段を設けるのが有利である。
【0013】 これらの方策は、圧力調整室から離れる/に流入するガス流の圧力または流量
が監視できることを保証する。この圧力測定を、遠隔制御可能な閉止弁に追加的
に結合することにより、ガス流の測定された圧力のいかなる偏差も、直接、ダイ
ヤフラムの位置の変化に翻訳することが可能である。
【0014】 本発明によれば、ダイヤフラムは、結合部材を通して、第二のダイヤフラムに
接続されており、前記第二のダイヤフラムは、圧力室に隣接し、かつ、ダイヤフ
ラムの、圧力調整室から遠い側は、第二の圧力室に隣接し、圧力調整室は、絞弁
を通して、ガスのための供給ラインと連絡しており、かつ、第二の圧力調整室は
、前記供給ラインと開放連絡していることも可能である。
【0015】 この方策は、本発明を用いて、両側がガス流のための供給ラインに隣接してい
るダイヤフラムを設定することを可能にする。ダイヤフラムの第一の側は、出口
開口を含み、かつ、絞弁を通して、供給ラインに接続されている閉鎖空間に隣接
している。ダイヤフラムの他の側は、供給ラインと自由連絡している閉鎖空間に
隣接している。絞弁を通して、供給ラインからダイヤフラムの第一の側の閉鎖空
間の出口開口に流れが起こると、絞弁が存在するため、ダイヤフラムの両側で圧
力差が生じることになる。この圧力差は、ダイヤフラムの位置、したがって、出
口開口が閉鎖される程度を決定する。前記圧力室により、上記の方策を用いて、
ダイヤフラムがそれに対して移動する平衡位置が設定でき、したがって、圧力室
の圧力が変えられる。圧力室の少なくとも一つの壁は、両側で供給ラインに接続
されているダイヤフラムに、結合部材を通して接続されている第二のダイヤフラ
ムにより、形成されている。
【0016】 本発明はまた、上記の装置が設けられたガスクロマトグラフにも関する。
【0017】 本発明による装置は、ガスクロマトグラフでの使用に特に適している。まず、
ダイヤフラムの両側にガスが存在するため、ダイヤフラムの材料を通しての拡散
は、最小限度に抑えられる。さらに、圧力調整室の入口開口と圧力室の入口開口
の両方を、一つの同じ供給ラインに接続することができる。これは、ダイヤフラ
ムの両側に、同じガスが存在することを意味する。ガスクロマトグラフでは、ガ
ス流の圧力が、比較的高い圧力から比較的低い圧力に低減された時、すなわち、
本発明による装置の下流で、調査すべき物質をガス流に加えることができる。そ
の結果、調査すべき物質の有り得る喪失が防止できることになる。
【0018】 別の局面では、本発明は、ガス流の圧力もしくは流量を調整するための方法に
関し、該方法においては、調整すべきガス流が、入口開口を通して、入口室から
圧力調整室に供給され、その壁の少なくとも一部は、ダイヤフラムにより形成さ
れており、圧力調整室内の圧力は、ダイヤフラムに能動的に接続されている閉鎖
部材により、圧力調整室の入口開口の大きさを調整することによって調整され、
その接続の仕方は、ダイヤフラムの変位のレベルの変化によって、閉鎖部材が入
口開口を閉鎖している程度に、変化が生じ、ダイヤフラムに、予応力が加えられ
、それにより、特定の位置が、ダイヤフラムに課せられる仕方である。
【0019】 本発明によるこの方法は、前記予応力は、圧力室内の与圧ガスによって加えら
れ、ダイヤフラムの始動位置は、圧力室内のガスの圧力を設定することによって
設定されることを特徴とする。
【0020】 本発明によれば、ガス流を、圧力調整室の出口開口から排出することが可能で
ある。この場合、ガス流の圧力は、圧力調整室の出口開口の近傍で、少なくとも
定期的に測定され、かつ、測定された値は、ダイヤフラムの始動位置に左右され
る所望の値と比較され、かつ、この比較を基に、圧力室内の圧力が、圧力室への
ガスの供給あるいは圧力室からのガスの排出によって増大あるいは減少するのが
有利である。
【0021】 この方策は、圧力調整室を離れるガス流内の圧力を、できるだけ所望の値に近
く保つことを可能にする。原理的には、装置は、ダイヤフラムの位置の変動によ
って生ずる、圧力調整室から出るガス流内での所望の圧力からのいかなる逸脱も
、装置それ自体によって排除できるように設計されている。いかなる望ましくな
い残留変動も、本発明による方法により、効果的に排除可能である。
【0022】 さらに、本発明によれば、ある体積のガスが、圧力室に供給され、該工程中あ
るいは該工程後に、異なる体積のガスが、圧力室から排出されることが可能であ
る。
【0023】 この方策の効果は、本発明による装置の使用中、いわゆるデッドスペースに関
する問題が起こらないことである。体積が不十分なガスが、圧力室に供給された
としても、ダイヤフラムは、このガスの追加に非直線的な仕方で反応するであろ
う。供給されるガスの体積が、常に、特定の閾値より大きく、かつ、この体積の
ガスの供給中あるいは供給直後に、ある体積のガスが排出されることを保証する
ことによって、バランス上、少量のガスが、圧力室に供給できる、言い換えれば
、圧力室内の圧力が、デッドスペースに関する問題無しに、非常に正確に調整で
きることが保証される。
【0024】 本発明によれば、圧力室内の圧力が、徐々に増大または減少することが許され
るならば、有利である。
【0025】 ある種の用途では、圧力調整室を離れるガス流の圧力を徐々に増大または低減
できるようにするのが有利である場合がある。例えば、ガスクロマトグラフの場
合は、圧力の変動の際に、本発明による装置に接続されたライン内に在るかもし
れないカラム内のガス流から、異なる要素を分離することが起こり得る。この場
合、圧力室内の圧力が、徐々に変化すれば、圧力調整室を離れるガス流の圧力も
変化する。この変化が、カラムの分離能力に利する場合がある。
【0026】 以下、七つの図を参照して、本発明を説明する。
【0027】 <発明の実施の形態> 図1は、ガス流の圧力が調整可能な装置1を示す。図1による装置は、従来技
術で既知である。
【0028】 図1による装置は、入口開口3を通して圧力調整室4に接続されたガス入口室
2を含んでいる。この圧力調整室は、入口開口3に加えて、出口開口5も含んで
いる。入口室2には、例えば、ガスラインを接続するための手段6が設けられて
いる通路が形成されている。手段6は、例えば、ナットを形成している。圧力調
整室4の出口開口5は、例えば、ガスラインを接続するための手段8が設けられ
ている通路7に接続されている。
【0029】 図に示した位置での上部側において、圧力調整室4は、可撓部材またはダイヤ
フラム10により閉鎖されている。その上部側において、ダイヤフラム10は、
ばね11に接続されている。ばね11は、ダイヤフラム10に応力を加えるのに
使用可能である。ばね11がダイヤフラム10に加える応力の程度は、ばね11
の(図に示した位置での)上部側に能動的に接続されている止めねじ12の設定
による。
【0030】 下側では、ダイヤフラム10は、閉鎖部材15に接続されている。閉鎖部材1
5は、ダイヤフラム10の曲がり具合で閉鎖部材15の位置が決まる仕方でダイ
ヤフラム10に結合されている。
【0031】 図1では、閉鎖部材15は、下側で、ばね17に接続されている。このばね1
7は、閉鎖部材15が、圧力調整室の出口開口3内で、ダイヤフラム10および
ばね17の相互作用により、正しく位置決めされることを保証する。
【0032】 従来技術による装置1は、下記のように動作する。
【0033】 ねじ12およびばね11は、ダイヤフラム10に対して特定のばね圧を設定す
るのに使用される。ダイヤフラム10に作用するばね圧は、供給開口3内の閉鎖
部材15の位置を設定する。次いで、入口室2は、比較的高い圧力のラインに接
続されている。通路7を通して、排出開口5は、ガス流の圧力を一定にしたいラ
インに接続可能である。入口室2から圧力調整室4へのガス流は、ダイヤフラム
10の下側に圧力を加える。一方では、圧力調整室4内に蓄積される圧力、およ
び、他方では、ばね圧力に加えられる圧力は、共に、ダイヤフラム10の位置を
決定する。この場合、圧力調整室10内の圧力が高ければ高いほど、ダイヤフラ
ム10と圧力調整室4の入口開口3との間の距離は、それだけ大きくなる。その
結果、閉鎖部材15は、上方に引かれ、したがって、入口開口3は、さらに閉鎖
される。通路がさらに閉鎖されるので、入口室2から圧力調整室4へのガス流は
、減少する。結果として、圧力調整室4内の圧力は、低下し、その結果、ダイヤ
フラム10は、やや下方に移動する。結果として、供給開口3内に形成されてい
る開口は、再び大きさが増大することになり、したがって、圧力調整室4内の圧
力は、再び増大可能となる。ダイヤフラム10が、閉鎖部材15に結合されれば
、圧力調整室4内で、自動的に平衡状態が確立されるのは、云うまでもない。圧
力調整室4内の、この平衡圧力のレベル、したがって、室4からの流量のレベル
は、止めねじおよびばね11により設定可能である。圧力調整室4内に平衡圧力
が行き渡れば、出口開口5および隣接通路7を通るガス流の圧力が本質的に一定
になる。
【0034】 従来技術によるガス流の圧力を調整するための装置1は、ガスクロマトグラフ
で使用可能である。この種のガスクロマトグラフを正しく動作させるには、分析
すべきガス流を、設定が容易な、かつ、一定の圧力で、例えば、カラムを通すこ
とができることが大切である。従来技術による装置1は、したがって、この種の
供給ラインに設置する。
【0035】 従来技術による装置1の重要な欠点は、ばね11により、ダイヤフラム10に
絶えず圧力を加えねばならないことである。さらに、ダイヤフラム10は、ばね
11および止めねじ12により、正確に設定できない。また別の欠点は、ダイヤ
フラム10は、拡散を引き起こす場合があることである。すなわち、加圧ガスは
、圧力調整室4内に存在するが、ダイヤフラム10の材質によっては、圧力調整
室4内のガスのある種の成分が、ダイヤフラム10を通って拡散する場合がある
。これは、これらの成分が、ガス流から消失し、圧力調整室を出口開口5を通し
て離れないことを意味する。従来技術による装置1を、例えば、ガスクロマトグ
ラフに使用する場合は、拡散の発生は、測定値が信頼できなくなることを意味す
る。
【0036】 図2は、本発明による、ガス流の圧力を調整するための装置20の代表的な一
実施形態を示す。装置20は、入口室2が組み込まれているハウジング9を含ん
でいる。この入口室2は、入口開口3を通して、圧力調整室4に接続されている
。(図に示した位置において)その上部側では、圧力調整室4は、可撓部材10
を通して、閉鎖されている。圧力調整室4は、出力開口5を通して、通路7に接
続されている。入口室2は、接続手段6により、例えば、ガスの接続ラインに接
続可能である。通路7は、接続手段8により、例えば、ガスの排出ラインに接続
可能である。本発明による装置は、ダイヤフラム10の上部側では、圧力室21
を含んでいる。この圧力室21は、入口開口22および出力開口23を含んでい
る。入口開口22および出力開口23は、それぞれ、ガスの供給ラインおよびガ
スの排出ラインに接続可能である。遠隔制御可能な閉鎖部材26および27は、
それぞれ、ライン24および25に配設可能である。装置20では、出口開口5
の近傍でガスの圧力を測定するのに使用可能な測定手段30が、出口開口5の近
傍に配設されている。これら圧力測定手段30は、制御ユニット31に能動的に
接続されている。この制御ユニットは、例えば、手段30により測定された値を
、所望の値あるいは設定値と比較する特徴を含んでいてよい。この制御ユニット
31は、続いて、遠隔制御可能な閉止弁26および27に能動的に接続されてい
る。
【0037】 本発明による装置20は、下記のように機能する。
【0038】 取付け手段6により、比較的高い圧力のガスを含むガスラインが、入口室2に
接続可能である。取付け手段6、8のそれぞれを使用して、ガスを排出するため
のガスラインが、通路7に取付け可能である。このラインでは、圧力が比較的一
定なガス流を発生することが可能である。ガス流は、入口室2および入口開口3
を通して、圧力調整室4に向かって流れる。ガス流は、次いで、通路7内の出口
開口5を通して、圧力調整室4を離れる。従来技術による装置の場合と全く同様
に、入口開口3は、ダイヤフラム10に能動的に接続されている閉鎖部材15に
より閉鎖可能である。この場合には、圧力調整室4内の圧力が高くなればなるほ
ど、そして、ダイヤフラム10がより多く変位すればするほど、入口開口3を通
して、入口室2から圧力調整室4に向かう自由流の通路は、それだけ小さくなる
。従来技術の場合と全く同様に、平衡圧、したがって、平衡流が、圧力調整室4
内に自動的に蓄積される。これは、圧力が本質的に一定なガス流が、出口開口5
を通して、圧力調整室4を離れることを意味する。本発明による装置20では、
圧力調整室4内で設定された圧力の平衡レベルは、ばね圧に左右されないで、ダ
イヤフラム10の反対側の圧力室21内に蓄積された圧力に左右される。これは
、ダイヤフラム10の圧力は、本質的に、一方では、圧力調整室4内の圧力によ
って、また、他方では、圧力室21内の圧力によって、決定されることを意味す
る。圧力室21には、圧力調整室4と同様、入口開口22および出口開口23が
設けられている。前述したように、入口開口22は、ガスライン24にも接続し
てよい。閉鎖部材26は、このガスライン24内に配設してよい。同様な配設は
、出口開口23にも応用でき、これには、ガスライン25が結合可能である。こ
のガスライン25には、閉鎖部材27が、配設可能である。
【0039】 圧力室21内の圧力を設定したい場合は、閉止弁26および27を、必要に応
じて開閉して、ガスライン24および25により、ガスを圧力室21に供給し、
また、それから排出する。
【0040】 使用に際しては、排出ライン7に行き渡るガスの圧力を、測定手段30により
、定期的にあるいは連続的に測定する。この測定情報は、制御ユニット31に伝
達される。制御ユニット31は、ライン24および25内の閉止弁26および2
7に能動的に接続されている。例えば、圧力調整室4から流れ出るガスの圧力が
、高過ぎることが、測定手段30により確定された場合は、圧力室21内の圧力
は、ライン25内の閉止弁27をある時間開いて、減らすことができる。結果と
して、ガスは、圧力室21から逃げることができ、その結果、新しい平衡圧力が
、圧力調整室4内に確立する。
【0041】 排出ライン25は、一般に、環境に自由に流出できることに注目されたい。
【0042】 本発明による装置20の利点は、ダイヤフラム10の位置は、比較的高程度の
正確さで調整できることである。所望なら、圧力室21の入口開口22を通るガ
ス供給により、圧力調整室4内の圧力が正確な値に達するまでガスを送ることが
可能である。この場合には、排出通路7内の圧力の定期的な測定値を、入力信号
として用いて、圧力室21内の圧力を調整することが可能である。
【0043】 別の利点は、圧力室21内の圧力は、定期的にあるいは徐々に変更できること
である。用途は、例えば、ガスクロマトグラフの場合が既知であり、この場合は
、クロマトグラフに送られるガス流の圧力が、例えば、増大あるいは減少するな
ら、有利である。圧力が変動する場合は、一般に、ガスクロマトグラフ(図示せ
ず)で使用されているカラムに結合されている検知手段により、異なる成分を分
離することが可能となる。クロマトグラフに送られるガスのこの圧力を定期的に
変えることにより、多数の精密な測定を行うことが可能である。
【0044】 図3は、ガスクロマトグラフで使用される、本発明による装置20の使用を図
式的に示す。ガス流は、供給源(図示せず)から、入口室2に向かって送られる
。図2で説明したように、入口室2は、閉鎖部材により、圧力調整室4から閉鎖
されている。ダイヤフラム10の下側で、圧力調整室4に蓄積される圧力、およ
び、ダイヤフラム10の上側で、圧力調整室4に蓄積される圧力は、共に、ダイ
ヤフラム10の位置、したがって、入口室2と圧力調整室4の間の入口開口3内
の、閉鎖部材15の位置を決定する。出口開口5を通して、圧力が本質的に一定
なガス流が、通路7を通して、流れる。一定な圧力が、保証される以上、ガス流
の体積も一定となる。このインジェクタにより、ガス流は、例えば、33で図式
的に示したカラムクロマトグラフに送られる。このカラムクロマトグラフは、例
えば、分離媒体が配設されている螺旋ガラス管を含んでよい。カラムから出るガ
ス流は、34で図式的に示した検知手段に送られる。検知手段は、PC35などの処
理ユニットに結合してよい。このPCは、例えば、クロマトグラフの温度調整の制
御に使用してよい。これは、ラインTにより、図式的に示してある。PC35は、圧
力室21内の圧力を調整するのに使用される制御ユニット31の制御にも使用で
きる。圧力調整室20内の圧力は、図2を参照して説明したように調整される。
【0045】 図3は、さらに、圧力調整室4には、圧力を逃がすための弁もしくは「圧力リ
リーフ弁」が設けられていることを示す。圧力調整室のエンド側の経路は、高い
(流量)制限を示す場合がある。その理由は、内径が小さな長いカラムの存在で
ある。この高い(流量)制限のため、比較的高い圧力から比較的低い圧力まで調
整する速度は、限定される。「圧力リリーフ弁」の存在のため、余分なガス流の
一部は、別の制限(器)により、制御可能に流去させることが可能である。
【0046】 圧力リリーフ弁はまた、圧力安全弁としても使用される。圧力調整室4内の圧
力が、誤動作あるいは漏れのため、異常に高くなる場合は、制御が反応して、圧
力リリーフ弁を解放する。したがって、システムへの損傷の可能性が防止できる
【0047】 さらに、図3は、入口室2に接続された注入口が、弁26に接続された注入口
と同じであることを示す。これは、室4と21の両方内の圧力を調整するのに使
用されているガスが、同じ供給源から来ることを意味する。ガスクロマトグラフ
として使用される場合は、一般に、安定したガス流が確立されてから、カラムの
上流で、調査すべき媒体が、ガス流に加えられる。
【0048】 図3は、さらに、各弁26および27と圧力室21との間には、流量絞弁41
、42が存在することを示している。これら弁(26および27)には、少なく
とも最小限のある決まった切換え時間が有り、したがって、弁が開いて、ある量
のガスが、弁を通して移送されている場合は、弁が、圧力室の容積に対して大き
すぎて、好適な制御特性が得られない場合が有る。しかし、圧力室21の入口開
口および出口開口の両方に絞弁を追加することにより、正確な制御が得られる。
【0049】 別法として、いわゆる「パディング」(図示せず)が使用可能である。このパ
ディングは、圧力室の入口または出口開口に接続されている弁の開口内に配置で
きる。弁のシールと絞弁の間の容積は、パディングの圧力により、部分的に満た
すことができる。したがって、比較的高い圧力を有するより少量のガスが、弁を
通して移送され、したがって、圧力制御の正確さが増大する。
【0050】 圧力調整室4内の圧力、したがって、装置20の通路7から案内されるガス流
の圧力を調整したい場合は、閉止弁26および27により、ガスを、圧力室21
から排出あるいは圧力室21に供給しなければならない。圧力室21内の圧力を
正確に調整したい場合は、少量のガスを圧力室21に供給あるいは圧力室21か
ら排出するのが望ましい。圧力室21それ自体の容積により、圧力室21には、
常にある一定の容積のデッドスペースが存在する。これは、少量のガスを、圧力
室21に供給あるいは圧力室21から排出しても、ダイヤフラム10の位置、し
たがって、圧力室4内の最終的な圧力は、いかなる影響も受けないことを意味す
る。図4に示した調整装置は、この「デッドスペース」の形成を防ぐのに使用で
きる。圧力室21内の圧力が増大すると、比較的大量のガスが、閉止弁26を通
して、圧力室に供給される。これは、ラインINにより示してある。同時に、僅
かにより少ない量のガスが、閉止弁26を通して、圧力室21から放出される。
これは、ラインOUTにより示してある。正味の結果として、比較的少量のガス
が、圧力室21に供給される。これは、ラインIN(結果)により示してある。
【0051】 まず、ある量のガスを、閉止弁26を通して導入し、かつ、ある量のガスを、
閉止弁27を通して、同時にではなく、引き続いて、取り出すことも、もちろん
、可能である。このやり方では、図5に示した回路と同じ効果を得ることができ
る。
【0052】 実際、例えば、圧力室21内の圧力を設定する場合、まず、閉止弁26を通し
て、数段階でガスを供給することを選択することが可能である。次いで、所望の
設定点の近くに来たら、図5に示した方法を用いて、圧力の設定値を精密にする
ことが可能である。
【0053】 図3を見ると、絞弁41が、閉止弁26と圧力室21の入口開口の間に配設さ
れていることが分かる。また、同様の絞弁42が、圧力室21の出口開口と閉止
弁27との間に配設されている。
【0054】 絞弁41および42は、ガス流の「遅延手段」と見なすべきである。圧力室2
1に供給されるガス流および圧力室21から排出されるガス流を、正しく、かつ
、正確に調整することができるためには、閉止弁26からのラインおよび閉止弁
27へのラインに、フィルター様の保持部材を配置するのが有利である。この保
持部材は、電気ラインの抵抗器に喩えてよい。絞弁41および42は、例えば、
焼結材料で形成してよい。ガス流は、焼結材料の多孔性スポンジ構造によって、
通過を許されるが、流れが遅延される。
【0055】 図4では、どのパラメータが、図3に示した「圧力制御コンピュータ」に送ら
れるかが、図解されている。入力信号としては、設定流量、ガス粘度、OUT出力
、周囲圧力、圧力制御室4に接続されているカラムの直径および長さ、および(
または)設定オーブン温度が、使用可能である。これらパラメータは全て、「圧
力制御コンピュータ」に送ることが出来、該コンピュータは、信号を制御弁に送
り、続いて、所要の圧力(Pset)を確立する。
【0056】 本発明による装置20は、特に、非常に小さな応用対象に適している。装置2
0の設計は、それが、比較的容易に超小形化できることを意味している。代表的
な一実施形態は、例えば、エッチング技術を用いて、シリコンから作られた装置
20である。
【0057】 図6では、入口室2は、ダイヤフラム10の上側に配置されている。図に示し
たラインは、実際、数ミクロンの厚さしか持たないであろう。圧力室21は、装
置20のダイヤフラム10の下側に配置されている。閉止弁26および27は、
それぞれ、図の左右に示した可撓性の閉鎖リップにより形成されている。
【0058】 本発明は、常に、圧力が比較的高い供給ガス流から、圧力が本質的に一定なガ
ス流を形成するための本発明による装置20の使用に言及する。しかしながら、
上に言及した図を参照して、既に論じた構造は、僅かな改造を施して、「背圧」
調整器として使用してもよい。これは、この場合、入口が、供給通路として働く
通路7により形成されることを意味する。通路7から、ガス流は、圧力調整室4
に流入する。この場合も、ダイヤフラム10の位置は、圧力調整室4および圧力
室21の両方に行き渡っている圧力により決定される。上に言及した図の説明で
は、常に、圧力調整室4内の圧力が増大するにつれて、大きさが減少する、通路
2と圧力調整室4との間の開口に言及している。図6を見ると、「背圧」調整器
を調整するよう意図された装置60では、圧力調整室4と通路2と間の出口開口
29は、圧力調整室4内の圧力が増大するにつれて、大きさが増大することが分
かる。実際、これは、ガス流が、通路7および出口開口28を通して供給される
場合、このガス流は、本質的に一定の圧力で、また、本質的に一定の流量で、圧
力調整室4に供給できることを意味する。上に論じた装置20と同様、装置60
には、測定手段30が具備されており、該測定手段は、通路7内のガス流の圧力
を測定するのに使用可能である。これらの測定手段30は、制御手段31に能動
的に接続されており、閉止弁26、27は、該制御手段により、操作可能である
【0059】 図8は、圧力制御コンピュータの概観を模式的に示すもので、該コンピュータ
は、本発明による装置および方法で使用可能である。圧力制御コンピュータは、
シングルチップマイクロコントローラおよび高分解能A/Dコンバータなど、電子
装置を具備している。マイクロコントローラは、シリアルインタフェースにより
、いかなる他の装置とも通信可能である。このインタフェースにより、圧力制御
用のパラメータは、設定可能であり、また、圧力の実際の値が、確立できる。ど
の圧力制御コンピュータも、いくつかの圧力制御を、完全に独立的に監視可能で
ある。さらに、どの圧力制御コンピュータも、既知のアドレスを有し、したがっ
て、数個のモジュールを、同じインタフェースを用いて、並列的に監視すること
が可能である。
【0060】 装置を較正する際には、圧力検知を較正するための値を、圧力制御コンピュー
タに送れば、オフセット値が自動的に求まる。この較正は、いかなる基準圧力を
基準にしても実行できる。ソフトウェアは、これらの値を用いて、オフセット値
を自動的に補正し、正しい圧力値を算定することが可能である。
【0061】 圧力制御コンピュータに存在するソフトウェアは、ファジーロジック(FUZZY
LOGIC)の使用に基づく制御アルゴリズムを含んでいる。ファジー圧力制御装置
(FUZZY PRESSURE CONTROLLER)(FPC)用の入力としては、設定点に対する実際
の圧力の絶対値の変動および圧力変化の速度の両方が使用可能である。また、周
囲温度および周囲圧力等の他の入力も、入力として使用可能である。ファジー圧
力制御装置の出力は、弁をいかに制御すべきかを決定する。
【0062】 ファジー圧力制御装置の利点は、装置の挙動および全圧力範囲における弁の影
響の数学モデルを作る必要がないことである。実際、このような数学モデルを作
るのは、非常に厄介なことである。なぜなら、モデルは、周囲条件に強く左右さ
れ、実際の作用圧力が、システムの可変制限を凌駕してしまうからである。ファ
ジー圧力制御装置は、測定値および設定値の両方を区間で分割すると、それらが
オーバフローするという事実に基づいている。測定値は、ファジールールベース
により、調査されて、補正のための正しい値が生成され、その際、ファジー圧力
制御装置は、完全にアダプチブに動作する。これは、周囲条件、装置および弁の
非直線挙動は、ファジー圧力制御装置で自動的に補正され、したがって、全圧力
範囲内で所要の性能を得るための簡単な方法が確立される。これは、図9に図式
的に示してある。図9の中央には、ファジールールベースに接続されたファジー
圧力制御装置が示してある。ファジー圧力制御装置の入力信号としては、実際の
圧力および圧力設定点が使用される。さらに、他の入力も可能である。ファジー
圧力制御装置の出力としては、補正出力が、弁制御装置に送られる。そして、弁
制御装置から、弁を正しく制御するための弁信号が送られる。
【0063】 実際、弁の切換時間は、微小ではないように思える。それは、常に、物理的な
限界であり、したがって、制御の正確さには限度がある。この欠点は、弁を組み
合わせて制御することにより、最小限に抑えられる。これは既に、図5を参照し
て明らかにしてある。
【0064】 ファジー圧力制御装置は、入力および出力弁の他に、いわゆる逃し弁もしくは
圧力リリーフ弁を使用する。この逃し弁は、余分な出口開口であり、圧力を急速
に減らすのに使用できる。逃し弁は、設定点と実際の圧力の間の値の差が、ある
値を超えると、ファジー圧力制御装置により制御される。さらに、ファジー圧力
制御装置は、内部安全装置を含んでおり、それにより、圧力が、ある臨界値を超
えるのを防止する。許容最高圧力を超える実際の圧力が検知されるやいなや、出
口開口および逃し弁が開いて、圧力が急速に低下する。これは、下流のシステム
を保護するのに必要である。
【0065】 圧力制御モジュールは、スタンドアロンに動作し、プログラムされた一定流量
の調整を司る。圧力調整のためのいくつかのパラメータを、既知のメモリから読
み取り、あるいは、シリアルインタフェースにより導入することができる。所要
の圧力プロファイルが、自動的にあるいは外部インタフェースにより、開始可能
である。これは、上述の圧力調整装置との組合せで、「スタンドアロン」ユニッ
トを作成して、普遍的に使用可能な圧力・流量調整器を形成することができるこ
とを意味する。
【0066】 図10は、ガス流の流量を調整するのに使用できる装置100を示す。
【0067】 図10による装置100には、二つのダイヤフラム110、111が配設され
ている。第一のダイヤフラム110は、第二の圧力室112と圧力調整室もしく
は流量室104との間に配置されている。流量室104および第二の圧力室11
2は、共に、ガス流のための供給ライン107に接続されている。第二の圧力室
112は、この供給ライン107と開放連絡している。流量室104の流れ開口
は、絞弁108を通して、供給ライン107に接続されている。流量室104は
、出口開口109(これは、部材115により閉鎖可能)および入口開口128
を有している。ガスが、出口開口109から流出すると、流量室104内の圧力
よりも高い圧力が、第二の圧力室112内に行き渡る。その理由は、ガス流が、
絞弁内で遅延されるからである。第二の圧力室112および流量室104内に、
それぞれ行き渡る圧力は、共に、膜110の位置、したがって、出口開口102
に対する閉鎖部材115の位置を決定する。図1乃至6を参照して上述したのと
同じやり方で、部材115の位置は、平衡位置の周りで上下する。
【0068】 部材115(結合部品116を通してダイヤフラム110に結合されている)
の平衡位置は、第二のダイヤフラム111により、設定可能である。この第二の
ダイヤフラムは、ばね118により、第二の圧力室112の外壁に接続されてい
る。第二のダイヤフラム111は、圧力室121の壁を形成している。この圧力
室121内の圧力は、閉止弁126および入口開口122を通して、圧力室12
1にガスを選択的に流入させることにより、あるいは、出口開口123および閉
止弁127を通して、圧力室121からガスを逃すことにより、調整可能である
。ダイヤフラム110に取り付けられている部材115の平衡位置は、圧力室1
21内の圧力の関数として決定される。
【0069】 図10に示されている位置では、部材115の、出口開口102に対する位置
、したがって、この出口開口102を通る流量は、瞬時に調整可能である。この
目的のため、供給ライン107に圧力計130が配設されている。この圧力計1
30は、制御ユニット131に能動的に接続されている。この制御ユニット13
1は、続いて、閉止弁126および127を制御する。
【0070】 上記の装置20、60、および100は、ポータブルのクロマトグラフに特に
適している。その理由は、これら装置は、大きな電力を必要としないからである
。電力は、装置の設定点を変更しなければならない場合のみ必要であり、その場
合には、電力は、ガスを圧力室21に流入、あるいは、圧力室21から排出させ
るのに必要である。したがって、ダイヤフラム10を所定の位置に保持するため
の一定の電流は、不要である。
【0071】 さらに、多くの用途で、クロマトグラフで分析しようとするガスと同じガスを
用いて、圧力室21を充填することができる。これは、追加のガス供給手段の存
在が不要であることを意味する。
【0072】 上記の装置の別の利点は、弁が、原則として、閉鎖されることである。調整が
必要な場合のみ、すなわち、圧力室内の圧力を修正しなければならない場合のみ
、弁を動作させる電力が必要となる。これは、システムが、低い消費電力で機能
することができることを意味する。
【0073】 本発明による装置20、60、および100は、流量が0.1 ml/分から100 ml
/分までガス流に適している。使用される注入ガスの体積は、20 μl/分である
【0074】 本発明による装置20、60、および100は、カスケード接続により動作す
ることは、上記の説明から明らかであろう。閉止弁15が、ダイヤフラム10に機
械的に接続されている機構は、入口通路2と圧力乱流室4との間の開口の調整に
は、それ自体を平衡値に対して自動的に調整するアナログ調整が必要であること
を意味する。この平衡値それ自体は、閉止弁26および27を制御できる測定手
段31により設定可能である。
【0075】 一般に、圧力調整器の正確さは、圧力センサーそれ自体の正確さに等しい。装
置20、60、および100は、圧力調整室4内の圧力のアナログ調整により、
はるかにより正確である。因みに、従来技術で一般的な分解能は、±1 kPaであ
る。
【0076】 装置20、60、および100では、1/100 kPaの分解能を得ることが可能で
ある。本発明による装置20、60、および100では、設定点は、同様な程度
の正確さで設定可能である。本装置は、装置それ自体のアナログ制御により、設
定点に対して、1/100 kPaのレベルに到達可能な正確さで、自動調整される。
【0077】 これは、特に、ガスクロマトグラフで使用する場合に、重要な利点となる。使
用の際には、ガスクロマトグラフを通る所望のガス流量を正確に設定することが
、もちろん重要である。しかしながら、ガス流量を、ひとたびそれが設定された
後で一定に保持することは、ガスクロマトグラフを満足に動作させる上で、さら
により重要である。上述したように、この高レベルの正確さは、本発明による装
置20、60、および100を用いて、達成可能である。
【0078】 本発明による装置20、60の追加の利点は、ダイヤフラムの両側でガス圧が
維持されるため、ダイヤフラムを通るガスの拡散が最小限に抑えられることであ
る。ダイヤフラムの両側で同じガス圧が維持されれば、いかなる拡散も起こらな
い。用途によっては、ダイヤフラム用の適当な材料は、例えば、シリコーンゴム
でよい。
【0079】 ダイヤフラムの撓み特性が適切に発揮されるためには、ダイヤフラムは、僅か
に凹に設計してよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来技術による、ガスストリームの圧力または流量を調整するための装置を示
す。
【図2】 好適な設計による、ガス流の圧力を調整するための装置を示す。
【図3】 本発明による装置が配設されているガスクロマトグラフの図式的概観図を示す
【図5】 ガス流の、圧力室への供給を図式的に示す。
【図6】 本発明による装置の、可能な一実施形態を、超小形化された形で示す。
【図7】 本発明を「背圧」調整器の形で、図式的に示す。
【図10】 本発明による装置の、可能な変形例設計を示す。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年11月20日(2000.11.20)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス流の圧力を調整するための装置(20,60,100)
    であって、該装置(20,60,100)は、圧力調整室(4,104)が設け
    られているハウジング(9,109)を含み、該圧力調整室の壁の少なくとも一
    部は、ダイヤフラム(10,110)を含み、該ダイヤフラム(10,110)
    は、圧力調整室(4,104)から遠い側において、調整可能な予応力を加えら
    れ、圧力調整室(4,104)は、ガスのための入口開口(3,28,128)
    およびガスのための出口開口(5,29,129)を含み、開口(3/5,28
    /29,128/129)のうちの少なくとも一つは、ダイヤフラム(10,1
    10)に接続されている変位可能な閉鎖部材(15,115)により、完全にあ
    るいは部分的に閉鎖可能であり、その接続の仕方は、閉鎖部材(15,115)
    が、ダイヤフラム(10,110)の変位に左右される仕方であり、ダイヤフラ
    ム(10,110)は、ガスのための圧力室(21,121)に能動的に接続さ
    れており、該圧力室(21,121)には、予応力を加える目的で、圧力室(2
    1,121)内の圧力を設定するための、ガスのための入口開口(22,122
    )およびガスのための出口開口(23,123)が設けられている装置において
    、圧力室(21,121)の入口開口(22,122)には、流量絞弁(41)
    が設けられていることを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 圧力室(21,121)の出口開口(23,123)には、
    流量絞弁(42)が設けられていることとする請求項1に記載の装置(20,6
    0,100)。
  3. 【請求項3】 ダイヤフラム(10)の、圧力調整室(4)から遠い側が、
    圧力室(21)に隣接していることとする請求項1または請求項2に記載の装置
    (20,60)。
  4. 【請求項4】 圧力室(21,121)の入口開口(22,122)および
    出口開口(23,123)には、遠隔制御可能な閉止弁(26,126;27,
    127)が設けられていることとする請求項1、請求項2または請求項3に記載
    の装置(20,60,100)。
  5. 【請求項5】 装置(20)には、ガス流の圧力を測定するための手段(3
    0)が設けられており、該測定手段(30)は、圧力調整室(4)の出口開口(
    5)の近傍に配設されていることとする請求項1ないし請求項4のうちのいずれ
    か一つに記載の装置(20)。
  6. 【請求項6】 装置(60,100)には、ガス流の圧力を測定するための
    手段(30)が設けられており、該測定手段(30)は、圧力調整室(4,10
    4)の入口開口(28,128)の近傍に配設されていることとする請求項1な
    いし請求項4のうちのいずれか一つに記載の装置(60,100)。
  7. 【請求項7】 装置(20,60,100)には、一方では、ガス圧力を測
    定するための手段(30)、また、他方では、圧力室(21,121)の遠隔制
    御可能な閉止弁(26,126;27,127)に能動的に接続されている調整
    手段(31)が設けられていることとする上記請求項のうちのいずれか一つに記
    載の装置(20,60,100)。
  8. 【請求項8】 ダイヤフラム(110)は、結合部材(116)を通して、
    第二のダイヤフラム(111)に接続されており、前記第二のダイヤフラム(1
    11)は、圧力室(121)に隣接し、かつ、ダイヤフラム(110)の、圧力
    調整室(104)から遠い側は、第二の圧力室(112)に隣接し、圧力調整室
    (104)は、絞弁(108)を通して、ガスのための供給ライン(107)と
    連絡しており、かつ、第二の圧力調整室(112)は、前記供給ライン(107
    )と開放連絡していることとする請求項1、請求項3、請求項4、請求項6また
    は請求項7のうちのいずれか一つに記載の装置(100)。
  9. 【請求項9】 圧力室(21,121)および圧力調整室(4,104)両
    方の入口開口は、一つのガス供給ラインに接続されていることとする上記請求項
    のうちのいずれか一つに記載の装置(20,60,100)。
  10. 【請求項10】 ガスクロマトグラフであって、該ガスクロマトグラフには
    、上記請求項のうちのいずれか一つによる装置(20,60,100)が設けら
    れていることを特徴とするガスクロマトグラフ。
  11. 【請求項11】 ガス流の圧力を調整するための方法であって、該方法にお
    いては、調整すべきガス流が、入口開口(30)を通して、入口室(2)から圧
    力調整室(4,104)に供給され、その壁の少なくとも一部は、ダイヤフラム
    (10)により形成されており、圧力調整室(4,104)内の圧力は、ダイヤ
    フラム(10)に能動的に接続されている閉鎖部材(15)により、圧力調整室
    (4,104)の入口開口(3)の大きさを調整することによって調整され、そ
    の接続の仕方は、ダイヤフラム(10)の変位のレベルの変化によって、閉鎖部
    材(15)が入口開口を閉鎖している程度に、変化が生じ、定義された位置が、
    ダイヤフラム(10)に課せられる仕方である方法において、前記予応力は、圧
    力室(21,121)内の与圧ガスによって加えられ、ダイヤフラム(10)の
    始動位置は、圧力室(21,121)内のガスの圧力を設定することによって設
    定されることを特徴とする方法。
  12. 【請求項12】 ガス流は、出口開口(5)を通して、圧力調整室(4,1
    04)から排出される、請求項11に記載の方法において、ガス流の圧力は、圧
    力調整室(4,104)の出口開口(5)の近傍で、少なくとも定期的に測定さ
    れ、かつ、測定された値は、ダイヤフラム(10)の始動位置に左右される所望
    の値と比較され、かつ、この比較を基に、圧力室(21,121)内の圧力が、
    圧力室(21,121)へのガスの供給あるいは圧力室(21,121)からの
    ガスの排出によって増大あるいは減少することを特徴とする方法。
  13. 【請求項13】 ある体積のガスが、圧力室(21,121)に供給され、
    該工程中あるいは該工程後に、異なる体積のガスが、圧力室(21,121)か
    ら排出されることとする請求項11または請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項14】 圧力室(21,121)内の圧力は、徐々に増大または減
    少することが許されることとする請求項11ないし請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項15】 ガスクロマトグラフ内のガス流量は、上記請求項11ない
    し請求項14のうちのいずれか一つにより調整されることを特徴とするガスクロ
    マトグラフを動作させるための方法。
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