JP2971002B2 - 加圧ガスの供給方法及び装置 - Google Patents

加圧ガスの供給方法及び装置

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JP2971002B2
JP2971002B2 JP6320506A JP32050694A JP2971002B2 JP 2971002 B2 JP2971002 B2 JP 2971002B2 JP 6320506 A JP6320506 A JP 6320506A JP 32050694 A JP32050694 A JP 32050694A JP 2971002 B2 JP2971002 B2 JP 2971002B2
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    • G01F11/00—Apparatus requiring external operation adapted at each repeated and identical operation to measure and separate a predetermined volume of fluid or fluent solid material from a supply or container, without regard to weight, and to deliver it
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パイプを介して略所定
の質量ｍの一団のガスを少なくとも所定の使用圧Ｐ０と
同じ圧力で送り出すための方法及び装置に関する。この
方法及び装置は、例えば、ポリマーのような粘性生成物
が供給される加圧ミキサー中に少量の窒素を注入する場
合に適用される。
【０００２】
【従来の技術】例えば２５０バール以上の高圧の少量の
ガス、典型的には０℃、１気圧に規格化された１ミリリ
ットルのガスを自動的に計量しながら供給するために、
質量流量計を用いることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような質量流量計
の原理は、例えば１０％のガスを抜き取るシャントをメ
インのガス流量ラインに接続することにある。ガスの温
度は、シャントの入口で計測され、次にシャント中のガ
スにジュール効果による公知の熱量が供給され、最後に
シャントの出口でガスの温度が計測される。そして、ガ
スの熱容量を知ることで、ラインから排出されるガスの
質量を計算することが可能となる。
【０００４】圧力が１００バールよりかなり高いガスの
質量を計測することが求められる時、市場でこのような
求めに応じられる装置は少なく、かつ高価である。
【０００５】本発明の目的は、所定の使用圧より高い高
圧で排出される少量のガスを低コストで供給することを
可能とする方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
による方法は、以下のステップからなることを特徴とす
る。 − 使用圧Ｐ０より著しく高い所定の初期高圧Ｐ１が得
られるまで所定の容積Ｖ０のベッセルにガスを注入し、
その後このベッセルを閉じること、 − ベッセル内のガスの温度Ｔを測定すること、 − この温度Ｔをメモリに記録すること、 − 式： Ｐ２ ＝ Ｐ１ − ｍＲＴ／Ｖ０ を用いて、
最終の平均圧Ｐ２を計算すること、及び − このベッセルに含まれるガスの圧力が平均圧Ｐ２に
達するまで、ベッセルを解放してパイプにガスの一部を
排出すること。
【０００７】一つの実施例において、上記のガスの注入
後、実際の初期高圧Ｐ’１がメモリに記録され、注入の
終了後、実際の最終平均圧Ｐ’２がメモリに記録され、
実際に排出されるガスの質量Ｍが式： Ｍ ＝ （Ｐ’１
− Ｐ’２） × Ｖ０／ＲＴを用いて計算される。
【０００８】本発明による方法は、１つ以上の以下の特
徴を含んでもよい。 − 所定の該使用圧Ｐ０は１００バールよりもかなり高
い圧力であること、 − ベッセルの所定の容積Ｖ０は、所定の質量ｍに相当
する容積よりずっと大きいこと、 − 周囲に対して熱交換器を形成するベッセルが使用さ
れること、及び − ベッセルは、外部の熱源と組み合わされているこ
と。
【０００９】このような方法を実行するための装置も、
本発明の主題を形成する。この装置は、入口弁及び出口
弁が取り付けられている所定の容積Ｖ０のベッセルと、
該使用圧Ｐ０より著しく高い所定の初期高圧Ｐ１が得ら
れるまでベッセルにガスを注入するための手段と、ベッ
セル中に含まれるガスの温度Ｔ及び圧力をメモリに記憶
し、式： Ｐ２ ＝ Ｐ１ − ｍＲＴ／Ｖ０ を用いて圧力
Ｐ２を計算するための手段、及び該ベッセル内に含まれ
るガスの圧力がＰ２に達するまで出口弁を開くための手
段とからなることを特徴とする。
【００１０】本発明による装置は、１つ以上の以下の特
徴を含んでもよい。 − ベッセル内に注入されるガスが略一定の温度Ｔに保
たれるように、ベッセルが周囲に対して熱交換器を形成
すること、 − ベッセルは、外部の熱源と組み合わされているこ
と、 − ベッセルの所定の容積Ｖ０は、所定の質量ｍに相当
する容積よりずっと大きいこと、 − ベッセルはその容積Ｖ０を変化させるための手段か
らなること、 − ベッセルは、平行パイプ状のブロックからなり、該
ブロックには間隙を有して取り替え可能なフィンガ部が
収容されるブラインドボアが軸方向に設けられること、 − マイクロスロットル弁が、ガスの排出率を制御する
ために出口弁の下流に配されること、 − ベッセルは排出弁を含むこと。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例が、添付の図面を参照して以
下に説明される。図１に示される計測装置１は、その上
流では例えば窒素を含むボンベ２に、油圧空気圧式コン
プレッサ３及びライン４を介して接続されている。ま
た、計測装置１の下流では、ユーザー使用の器具、例え
ば窒素／ポリマー混合器に略所定の質量ｍの一団のガス
を、少なくとも所定の使用圧Ｐ０と同じ圧力で送り出す
ために、マイクロスロットル弁５がライン６によって接
続されている。
【００１２】計測装置１は、ベッセル８からなり、該ベ
ッセルにはガスの圧力センサ９、温度センサ１０、上流
開閉ソレノイド弁１１、下流開閉ソレノイド弁１２、排
出ライン１４に設けられた排出ソレノイド弁１３及びメ
モリの記憶、計算、制御手段１５が接続されている。該
手段１５は、圧力センサ９及び温度センサ１０に接続さ
れると共に、２つのソレノイド弁１１及び１２に接続さ
れている。
【００１３】ボンベ２から装置１、及び装置１から器具
７へのガスの流れる方向は、２つの矢印Ｆによって表さ
れる。計測装置１には、逆止め弁１６〜１８がコンプレ
ッサ３の入口と出口及びマイクロスロットル弁５の下流
に各々設けられ、ガスがライン４及び６を介して矢印Ｆ
の逆方向に流れるのを防ぐ。計測装置１には更にライン
１４中の排出弁１３の下流に配置される逆止め弁１９が
設けられ、排出弁１３を介して外部の不純物がベッセル
８に混入するのを防ぐ。
【００１４】ベッセル８の実施例を図２を参照して、以
下に述べる。該ベッセルは、平行パイプ状の金属ブロッ
ク２０からなり、該ブロックは熱均質化のための厚い壁
を有している。該ブロックにはその端面の１面からブラ
インドボア２１が軸方向に貫通され、そこにヘッド２４
を有する取り外し可能なフィンガ部２３が間隙を有して
収容される。該ヘッド２４は、ブラインドボア２１の直
径より幅が広く、端面２２に対して隣接する。この接触
は、ブロック２０の端面２２に対して隣接するヘッド２
４の面上に加工された溝に注入されたシール材２５を用
いて漏洩のないようになされる。熱電対２６がフィンガ
部２３中に軸方向に挿入される。弁１１及び１２を有す
るライン４及び６は、ブロック２０の側壁を貫通するこ
とによって穴部２１と２箇所で各々連通する。一方、排
出ライン１４は２つのライン４及び６の間で穴部２１と
連通する。ベッセル８の容積Ｖ０は、穴部２１中に挿入
しているフィンガ部２３の長さ及び直径によって決定さ
れる。該容積は、フィンガ部２３を異なる形状を有する
別のフィンガ部と置き換えることによって変更を加える
ことができる。
【００１５】計測装置１の作用が図１を参照して、以下
に説明される。ベッセル８は圧力Ｐ０で質量ｍのガスの
容積よりずっと大きい容積Ｖ０を有する。従って、少な
くとも２５０バール（Ｐ０）で、０℃、１気圧に規格化
された１ミリリットルのガスを送り出すためには、容積
Ｖ０は７．５ｃｍ3が選択されることができる。
【００１６】当初、ベッセル８は、圧力Ｐ０より略２０
バール程も高い圧力Ｐ２を有しており、弁１１及び１２
は記憶、計算、制御手段１５によって閉じられる。２０
バールの圧力のガスを含む窒素ボンベ２から、油圧空気
圧式コンプレッサ３にガスを送り出し、略３００バール
の所定の初期圧Ｐ１で窒素をライン４に供給する。
【００１７】この所定の初期高圧Ｐ１は記憶、計算、制
御手段１５のメモリ中に記憶されており、それはユーザ
ーの器具７によって用いられる際の圧力Ｐ０より略５０
バール程も高いかなりの高圧である。そのため、この圧
力でベッセル８は質量ｍよりずっと多量のガスを含む。
【００１８】運転サイクルを開始するために、記憶、計
算、制御手段１５は先ず弁１１を開き、弁１２は閉じた
ままとする。圧力Ｐ１になるまで、窒素がベッセル８に
満たされ、次に弁１１が再び閉じられる。
【００１９】ベッセル８への窒素の注入中、ガスは膨張
するが、この膨張はベッセル８の構造が周囲に対し熱交
換を行うようになっている（図２参照）こと、及びサイ
クル毎に排出されるガスの量がベッセルの容積のごく微
量であることから実際上一定温度で発生する。
【００２０】弁１２を介して、ベッセル８から排出され
る窒素の質量ｍに基づいて、記憶、計算、制御手段１５
は排出後にベッセル８中で得られる最終圧Ｐ２を以下の
式を用いて計算する。 式： Ｐ２ ＝ Ｐ１ − ｍＲＴ／Ｖ０ （Ｒは、理想気
体定数）
【００２１】次にガスは、記憶、計算、制御手段１５を
用いて弁１２を開かせることによって排出される。更
に、ベッセル８内の圧力が継続的に測定され、この圧力
がＰ２に達したとき弁１２は再び閉じられる。
【００２２】窒素が排出されるとき、ライン６中のガス
の流速がマイクロスロットル弁５によって制御される。
マイクロスロットル弁５は、ガス排出時間を調節するた
めにも有用である。それにより、弁１２の作動時間と共
に測定器具９及び１０の反応時間が該排出時間と適合で
きる。
【００２３】実際に排出されるガスの質量であるＭは、
圧力Ｐ２に対する排出後のベッセル８中の実際の圧力
Ｐ’２と共に実際の初期高圧Ｐ’１をメモリに記憶する
ことによって、記憶、計算、制御手段１５によって再計
算される。記憶、計算、制御手段１５によって用いられ
る計算式は、以下の通りである。 Ｍ ＝ （Ｐ’１ − Ｐ’２） × Ｖ０／ＲＴ
【００２４】排出弁１３は、装置１が用いられていない
とき、弁１２が閉じられた状態で弁１２の不十分な密封
のため下流の装置７中に窒素がうっかりと侵入するのを
防ぐため、ベッセル８中のガスを追い出すことを可能に
する。
【００２５】
【発明の効果】本発明の方法及び装置により、所定の使
用圧より高い高圧で排出される少量のガスを低コストで
供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧ガス源が上流に接続され、ガスの排出質量
を用いる器具が下流に接続されている本発明による装置
の概略図である。
【図２】図１の装置のベッセルの実施例を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ 計測装置 ２ ボンベ ３ 油圧空気圧式コンプレッサ ４ ライン ５ マイクロスロットル弁 ６ パイプ ７ ユーザー使用の器具 ８ ベッセル ９ 圧力センサ １０ 温度センサ １１ 上流開閉ソレノイド弁 １２ 下流開閉ソレノイド弁 １３ 排出弁 １４ 排出ライン １５ 記憶、計算、制御手段 １６，１７，１８，１９ 逆止め弁 ２０ 金属ブロック ２１ ブラインドボア ２３ フィンガ部 ２４ ヘッド ２６ 熱電対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01F 11/28 F17C 13/00 301

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パイプ（６）を介して選択された略所
    定の質量ｍの一団の選択されたガスを、１００バールよ
    り実質的に高い所定の使用圧Ｐ０で、あるシステムに送
    り出すための方法において、 − 該使用圧Ｐ０より著しく高い所定の初期高圧Ｐ１が
    得られるまで所定の容積Ｖ０のベッセル（８）にガスを
    注入し、その後該ベッセルを閉じること、その際該ベッ
    セルの容積は該使用圧Ｐ０において該質量ｍの容積より
    実質的に大きいこと、 − ベッセル（８）内のガスの温度Ｔを測定すること、 − 該温度Ｔをメモリに記録すること、 − 式： Ｐ２＝Ｐ１−ｍＲＴ／Ｖ０ を用いて、該使
    用圧Ｐ０より実質的に大きい最終の平均圧Ｐ２を計算す
    ること、 − 該ベッセル（８）に含まれるガスの圧力が平均圧Ｐ
    ２に達するまで、ベッセルを解放してパイプ（６）にガ
    スの該質量ｍを排出し、一方ベッセル内のガスの該温度
    Ｔは略一定値に維持すること、及び − 該ベッセル（８）内のガスが計算された最終平均圧
    Ｐ２に達したとき、該ベッセルを閉じること、 からなることを特徴とする加圧ガスの供給方法。
  2. 【請求項２】 ガスの注入後、実際の初期高圧Ｐ’１が
    メモリに記録され、排出の終了後、実際の最終平均圧
    Ｐ’２がメモリに記録され、実際に排出されるガスの質
    量Ｍが式： Ｍ ＝ （Ｐ’１ − Ｐ’２） × Ｖ０／Ｒ
    Ｔ を用いて計算されることを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 所定の該使用圧Ｐ０は１００バールより
    もかなり高い圧力であることを特徴とする請求項１又は
    ２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 ベッセル（８）の所定の容積Ｖ０は、所
    定の質量ｍに相当する容積よりずっと大きいことを特徴
    とする請求項１乃至３の何れかの項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 周囲に対して熱交換器を形成するベッセ
    ル（８）が使用されることを特徴とする請求項１乃至４
    の何れかの項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ベッセル（８）は、外部の熱源と組み合
    わされていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか
    の項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 パイプ（６）を介して選択された略所
    定の質量ｍの一団の選択されたガスを、１００バールよ
    り実質的に高い所定の使用圧Ｐ０で、あるシステムに送
    り出すための装置において、 − 入口弁（１１）及び該パイプを通る通路を制御する
    ために接続された出口弁（１２）が取り付けられている
    所定の容積Ｖ０のベッセル（８）、 − 該使用圧Ｐ０より高い所定の初期高圧Ｐ１が得られ
    るまでベッセル（８）に選択されたガスを注入するため
    の手段（２，３，４，１１）、 − ベッセル（８）内のガスの温度Ｔ及び圧力を測定す
    るための手段（９，１０）、 − ベッセル（８）の容積は該使用圧Ｐ０において該質
    量ｍの容積より実質的に大きく、該初期高圧Ｐ１は該使
    用圧Ｐ０より大きく保たれる状態の下で、式： Ｐ２＝
    Ｐ１−ｍＲＴ／Ｖ０ を用いて圧力Ｐ２を計算し、ベッ
    セル中に含まれるガスの測定された温度Ｔ及び計算され
    た圧力Ｐ２をメモリに記憶するための手段（１５）、及
    び − 該ベッセル（８）内に含まれるガスの圧力が該Ｐ２
    に達するまで出口弁（１２）を開き、該Ｐ２に達したと
    き出口弁を閉じるための手段（１５）、及び − 該出口弁（１２）が開いているときはベッセル内の
    ガスの該温度Ｔを略一定値に維持するための手段（１
    ５）とからなることを特徴とする加圧ガスの供給装置。
  8. 【請求項８】 ベッセル（８）内に注入されるガスが略
    一定の温度Ｔに保たれるように、ベッセル（８）が周囲
    に対して熱交換器を形成することを特徴とする請求項７
    に記載の装置。
  9. 【請求項９】 ベッセル（８）は、外部の熱源と組み合
    わされていることを特徴とする請求項７乃至８に記載の
    装置。
  10. 【請求項１０】 ベッセル（８）の所定の容積Ｖ０は、
    所定の質量ｍに相当する容積よりずっと大きいことを特
    徴とする請求項７乃至９の何れかの項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 ベッセル（８）はその容積Ｖ０を変化
    させるための手段（２３）からなることを特徴とする請
    求項７乃至１０の何れかの項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 ベッセル（８）は、平行パイプ状のブ
    ロック（２０）からなり、該ブロックには間隙を有して
    取り替え可能なフィンガ部（２３）が収容されるブライ
    ンドボア（２１）が軸方向に設けられることを特徴とす
    る請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 マイクロスロットル弁（５）が、ガス
    の排出率を制御するために出口弁（１２）の下流に配さ
    れることを特徴とする請求項７乃至１２の何れかの項に
    記載の装置。
  14. 【請求項１４】 ベッセル（８）は排出弁（１３）を含
    むことを特徴とする請求項７乃至１３の何れかの項に記
    載の装置。
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