JP3592446B2 - 圧力調整器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧ガス容器などの高圧ガス供給部からのガスを減圧して二次側に供給する圧力調整器に関し、詳しくはガスを減圧する際に結露が発生しない圧力調整器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空気、酸素、窒素、水素、炭酸ガスおよびその他の毒性ガス、可燃性ガス、腐食性ガスなどのガスを、一次側と称される高圧側から、二次側と称される低圧側に減圧する圧力調整器が広く使われている。
図２は従来の圧力調整器を例示するものであり、この圧力調整器２０は、一次側ガス供給端が接続される一次側流路１ａと二次側ガス放出端が接続される二次側流路１ｂとを有する弁ケース１と、弁ケース１の二次側流路１ｂに面して設けられたダイヤフラム７と、弁ケース１内に設けられた弁体８と、ダイヤフラム７上面側に設けられたダイヤフラム変位手段１３と、このダイヤフラム変位手段１３の一部を囲む収納部３ａを備えた弁キャップ３とを備えて構成されている。
弁ケース１の一次側流路１ａと二次側流路１ｂとの間には、これらを隔てる弁座部材９が設けられており、この弁座部材９の上部の弁座９ａには、開孔部９ｂが形成されている。弁座部材９の一次側流路１ａ側には弁体８が設けられており、この弁体８は、その先端部であるスピンドル８ａを開孔部９ｂに上方に向けて挿通させ、テーパー状の接触面を介して該開孔部９ｂよりも径の大きな基部を開孔部９ｂの下方に位置させて設けられている。この弁体８は小スプリング１０によって上方に付勢されており、最も上方に位置したときに、上記テーパー状の接触面が弁座部材９に当接して開孔部９ｂを塞ぐようになっている。
この弁ケース１の上部には弁キャップ３が設けられており、これら弁ケース１と弁キャップ３との間には、弁ケース１と弁キャップ３とにその周縁を挟持された状態で上記ダイヤフラム７が配されている。このダイヤフラム７はＳＵＳ３０４などのステンレスや真鍮で形成されており、二次側流路１ｂ内のガス圧に応じてその中央が上下に変位可能に形成されている。
【０００３】
ダイヤフラム７上面側には、調圧バネ４、およびこの調圧バネ４を上下から挟持する上下バネ受け５、６を備えたダイヤフラム変位手段１３が設けられている。調圧バネ４の下側に配された下バネ受け６はダイヤフラム７の上面に接しており、ダイヤフラム７は下バネ受け６を介して調圧バネ４により下方に付勢されるようになっている。
これら調圧バネ４、および上下バネ受け５、６は上記弁キャップ３の収納部３ａ内に配設され、この収納部３ａを有する弁キャップ３は、その下端で弁ケース１に螺着固定されている。
また収納部３ａの上壁には、内面にネジが形成された挿通孔３ｃが形成され、この挿通孔３ｃには、操作ハンドル２を有するスピンドル２ａが、その先端を上バネ受け５上面に当接させた状態で螺着されている。
また、弁キャップ３の収納部３ａには、ダイヤフラム７に漏れが生じた場合、その漏れを検出するための開孔であるリ−クポ−ト３ｂが形成されている。なお、開孔部９ｂ近傍の二次側流路１ｂを、以下圧力解放部１ｃと呼ぶ。
【０００４】
この圧力調整器２０は次のように使用される。高圧ガス容器などの高圧ガス供給部からのガスを、上記圧力調整器２０の一次側流路１ａに通した際、二次側流路１ｂ内ガス圧が予め設定された設定範囲を下回っているときには、調圧バネ４に押圧されたダイヤフラム７が、小スプリング１０により付勢された弁体８の先端に当接し、該弁体８のスピンドル８ａを下方に押圧してこれを下方に移動させる。これにより弁体８は弁座部材９の弁座９ａから離れ、一次側のガスは弁体８と開孔部９ｂとの隙間から二次側流路１ｂに減圧膨張して流れる。そして二次側へのガス流入によって二次側流路１ｂ内ガス圧が上記設定範囲より高くなると、このガス圧によってダイヤフラム７は調圧バネ４の弾性力に抗して上方に変位し、これにともなって弁体８は上方に移動して弁座部材９の開孔部９ｂを塞ぎ、一次側から二次側へのガス流を遮断する。このようにして高圧の一次側ガスは上記圧力範囲に減圧されて二次側に至るようになっている。このような圧力調整器２０は半導体製造工場などで広く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような圧力調整器２０においては、一次側ガスを二次側流路へ減圧して流すとき、このガスが減圧膨張することにより低温となり、ダイヤフラム７や二次側流路１ｂの圧力解放部１ｃ近傍の弁ケース１が冷却され、さらには弁ケース１と接している弁キャップ３や、弁キャップ３の収納部３ａ内のバネ受け６、調圧バネ４、バネ受け５等が冷却される。このようにして圧力調整器２０の全体が冷却され、その結果、外気と接する圧力調整器外面が結露することがあった。このような圧力調整器２０を半導体工場のクリーンルーム内などに設けられたガス製造装置やガス配管に取り付けて使用する場合、この結露による水分がクリーンルーム内に侵入してその清浄環境を悪化させるおそれがある。
【０００６】
また、弁キャップ３の収納部３ａにはリ−クポ−ト３ｂが形成されているので、このリークポート３ｂから収納部３ａ内に湿気を含んだ外気が入り、これによって、圧力調整器２０の減圧操作により低温となった弁キャップ３の収納部３ａの内壁や調圧バネ４が結露し、その結果調圧バネ４やダイヤフラム７に錆が発生することがあり、クリーンルーム内に錆に由来する不純物が侵入して清浄環境を悪化させるおそれがある。
また、収納部３ａ内の結露水が凝固点以下まで冷却されて凍結した場合には、凍結水の付着により調圧バネの動きが悪くなりこの圧力調整器が作動不良を起こすおそれがある。
【０００７】
このような結露によるさまざまな弊害を防止するためには、バンドヒ−タ等によって圧力調整器２０を加温し、圧力調整器２０の温度と外気温との差を小さく保って結露を防ぐことが考えられるが、ヒータを使用した場合には、安全性確保の観点からこの圧力調整器を可燃性ガスに適用することができず、またヒ−タが故障したときのヒータ交換に手間がかかるという問題があった。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、ヒ−タを使用しなくても外面に結露による水分付着が起きず、しかも調圧バネやダイヤフラム等に結露水による錆が発生せず、また凍結結露水付着による作動不良が発生することがない圧力調整器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力調整器は、一次側ガス供給端が接続される一次側流路と、二次側ガス放出端が接続される二次側流路と、これら一次側流路と二次側流路とを隔てかつ開孔部が形成された弁座とを有する弁ケースと、該弁ケースの二次側流路に面して、該二次側流路内のガスの圧力に応じて変位可能に設けられたダイヤフラムと、前記弁ケースの弁座に、その先端を開孔部からダイヤフラム側に向けて突出させ、ダイヤフラムに近付く方向に付勢され、最もダイヤフラムに近付いたときに前記弁座の開孔部を塞ぐ弁体と、前記ダイヤフラムを弁体の先端に当接させまたは離間させるように変位させるダイヤフラム変位手段と、該ダイヤフラム変位手段のダイヤフラム当接側の少なくとも一部を囲む収納部とを備え、該収納部に、二次側流路内のガスより高温の熱交換用気体を収納部内に導く入口配管と、収納部内から熱交換用気体を排出する出口配管とからなる加温手段を設けたことを特徴とする。
また、前記収納部内に、前記ダイヤフラムに熱交換用気体の熱を伝熱させる熱交換部材が設けられた構成としてよい。
また、前記熱交換部材の外面に、熱交換用気体との接触面積を大きくする凹凸を形成した構成としてよい。
また、前記収納部の内壁に、熱交換用気体との接触面積を大きくする凹凸を形成した構成としてよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の圧力調整器の一実施形態を示すものである。なお、本実施形態の説明において、図２に示す従来例との共通部分については、同一符号を付してその説明を省略または簡略化する。
この圧力調整器３０は、一次側流路１ａと二次側流路１ｂとを有する弁ケース１と、弁ケース１の二次側流路１ｂに面して設けられたダイヤフラム７と、弁ケース１内に設けられた弁体８と、ダイヤフラム７上面側に設けられたダイヤフラム変位手段２３と、このダイヤフラム変位手段２３の一部を囲む収納部１１ａを備えた弁キャップ１１とを備えて構成されている。
【００１０】
弁ケース１と弁キャップ１１との間には、これら弁ケース１と弁キャップ１１とにその周縁を挟持された状態で上記ダイヤフラム７が配されており、ダイヤフラム７上面側には、調圧バネ４、および調圧バネ４を上下から挟持する上下バネ受け５、１２を備えたダイヤフラム変位手段２３が設けられている。調圧バネ４の下側に配された下バネ受け１２はダイヤフラム７の上面に接して設けられ、ダイヤフラム７は下バネ受け１２を介して調圧バネ４により下方に付勢されるようになっている。
【００１１】
これら調圧バネ４、および上下バネ受け５、１２は上記弁キャップ１１の収納部１１ａ内に配設され、この収納部１１ａを有する弁キャップ１１は、その下端で弁ケース１に螺着固定されている。
また収納部１１ａの上壁には、内面にネジが形成された挿通孔１１ｅが形成され、この挿通孔１１ｅには、操作ハンドル２を有するスピンドル２ａが、その先端を上バネ受け５上面に当接させた状態で螺着されている。上記ダイヤフラム変位手段２３は、このスピンドル２ａと、上記調圧バネ４と、上下バネ受け５、１２とを備えて構成されている。
【００１２】
図１に示す状態において、調圧バネ４はスピンドル２ａによって圧縮されず、ゆるめられており、ダイヤフラム７は自由状態（調圧バネ４によって押圧されていない状態）にある。この状態で、弁体８は最上昇位置にあり、そのテーパー状の接触面が弁座部材９に当接して開孔部９ｂを塞いでいる。
【００１３】
本実施形態の圧力調整器３０では、弁キャップ１１の収納部１１ａに、供給源（図示せず）から供給された熱交換用気体をこの収納部内に導く入口配管１１ｂと、収納部内から熱交換用気体を排出する出口配管１１ｃとからなる加温手段１４が設けられている。
この熱交換用気体としては、窒素、空気等が用いられる。また空気としては大気からそのまま、あるいは乾燥空気を使用するのが望ましい。また窒素としては、乾燥窒素を使用することが好ましい。またこの熱交換用気体は、少なくとも二次側ガスより高い温度、好ましくは室温程度とされる。この圧力調整器をクリーンルーム内で使用する場合、通常、熱交換用気体は屋外のガス源から配管により供給され、クリーンルーム等の室内で用いられる圧力調整器に到達するまでに室温近くまで上昇するので、この気体をヒータ等で特に加温する必要はない。
【００１４】
また、下バネ受け１２の上面には柱状体１２ａが立設されている。この柱状体１２ａは、下バネ受け１２と熱交換用気体との熱交換を促進させる熱交換部材であり、０℃において０．２５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の高い熱伝導率の材料、例えば真鍮、銅などで作製され、その軸心と下バネ受け１２の中心とを一致させて、溶接等により下バネ受け１２に一体に接合されている。この柱状体１２の径は、コイル状の調圧バネ４に接触しないように調圧バネの径よりも小さく形成される。また、この柱状体１２の長さは、調圧バネ４をゆるめた自由状態における調圧バネ４の軸方向の長さから、自由状態のダイヤフラム７と弁座部材９とで形成される隙間分の長さを減じた長さよりもやや短く形成される。
【００１５】
また柱状体１２ａには、その外側面から水平方向に突出した板状の柱状体突起１２ｂが柱状体長手方向に多段に形成されている。この柱状体突起１２ｂは柱状体１２ａの表面に凹凸を設けて熱交換用気体との接触面積を大きくし、熱交換用気体と柱状体１２ａとの熱交換の効率を高めるためのもので、その形状は図１に示す水平板状の横型フィンとすることが好ましい。なお、柱状体突起１２ｂの形状はこれに限らず、鉛直方向に沿う板状の縦型フィンや螺旋板状の螺旋型フィン、あるいはドット状の多数の突起としてもよい。
また弁キャップ１１の収納部１１ａの内壁面には、この壁面から内方に突出した板状の内壁突起１１ｄが鉛直方向に多段に形成されている。この内壁突起１１ｄは、この内壁表面に凹凸を設けて熱交換用気体との接触面積を大きくし、熱交換用気体と内壁との熱交換効率を高めるためのものである。なおこの内壁突起１１ｄの形状としては図１に示す横型フィンばかりでなく、縦型フィンや螺旋型フィン、あるいはドット状の多数の突起としてもよい。
【００１６】
この圧力調整器２０の使用の際には、高圧の一次側ガスを一次側流路１ａに通した状態で、操作ハンドル２によってスピンドル２ａを下方に移動させ、調圧バネ４を圧縮して調圧バネ４の下方付勢力を高め、これによってダイヤフラム７を下方に移動させ、ダイヤフラム７でスピンドル８ａを下方に押圧して弁体８と開孔部９ｂとを離間させる。これに伴って一次側流路１ａ内ガスは開孔部９ｂを通して二次側流路１ｂの圧力解放部１ｃに流れ込む。
一次側ガスが弁体８と開口部９ｂとの隙間から二次側流路１ｂの圧力解放部１ｃに流れる際に、このガスは減圧膨張によりその温度が低下する。この低温となったガスにより、ダイヤフラム７、弁ケ−ス１は冷却され、そのままにしておくと、熱伝導により弁キャップ１１、バネ受け６、調圧バネ４、バネ受け５、１２、柱状体１２ａ等、この圧力調整器３０全体が冷却される。
【００１７】
本実施形態による圧力調整器３０では、収納部１１ａに熱交換用気体を導入する入口配管１１ｂと、収納部内の熱交換用気体を排出する出口配管１１ｃとからなる加温手段１４を設けたことによって、収納部１１ａ内に、二次側のガス温度より高温の熱交換用気体を連続的に流し、この熱交換用気体を、二次側ガスで冷却された収納部１１ａ、および収納部内の調圧バネ４、下バネ受け１２、上バネ受け５などの部材と接触させ、これら部材を加温して結露発生を防止する。
【００１８】
この熱交換の際には、熱交換により収納部１１ａが得た熱は弁キャップ１１の上部から弁キャップ１１の下部に伝導し、さらに弁キャップ１１と接触している弁ケ−ス１に伝導する。このため弁キャップ１１および弁ケース１の温度が上昇する。また同時に、調圧バネ４、上下バネ受け５、１２、および柱状体１２ａが加温され、これら部材が得た熱は下バネ受け１２と接触しているダイヤフラム７に至る。このようにして上記熱が圧力調整器３０全体に伝導し、圧力調整器３０はその全体が加温される。
【００１９】
このように圧力調整器３０全体が加温されるので、圧力調整器３０と外気との温度差は小さく保たれる。このため圧力調整器３０外面の結露を起きにくくし、結露による水滴発生によるこの圧力調整器やその周囲の機器の腐食等を未然に防ぐことができる。また、圧力調整器全体の加温により、二次側の減圧膨張したガスが加温されるので、この圧力調整器３０では従来型の圧力調整器２０よりも多くの流量を安定して流すことができる。
また下バネ受け１２に柱状体１２ａを設けたので、下バネ受け１２と熱交換用気体との接触面積を大きくし、この圧力調整器と熱交換用気体との熱交換を促進し、二次側ガスによって冷却された圧力調整器３０を、二次側ガスより高温の熱交換用気体によって効率よく加温することができ、圧力調整器３０の結露を確実に防止することができる。
【００２０】
また柱状体１２ａの外面に、柱状体突起１２ｂを形成することにより、柱状体１２ａと熱交換用気体との接触面積を大きくし、熱交換用気体と柱状体１２ａとの熱交換効率を高めることができる。
また弁キャップ１１の収納部１１ａの内壁面に内壁突起１１ｄを形成することにより、熱交換用気体と収納部１１ａとの熱交換効率を高めることができる。
また、収納部１１ａ内に乾燥気体を流通させることによって、収納部１１ａ内の水蒸気圧を低く保ち、収納部１１ａ内の結露を防ぐことができる。従ってこの結露によるダイヤフラム等の錆の発生を防ぐことができる。また凍結結露水によってこの圧力調整器が作動不良を起こすのを未然に防ぐことができ、この圧力調整器を常に良好に動作させることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の圧力調整器は、一次側流路と二次側流路と弁座とを有する弁ケースと、該弁ケースの二次側流路に面して設けられたダイヤフラムと、該弁ケース内に設けられた弁体と、ダイヤフラムを弁体に当接させまたは離間させるように変位させるダイヤフラム変位手段と、該ダイヤフラム変位手段のダイヤフラム当接側の少なくとも一部を囲む収納部とを備え、該収納部に、二次側流路内のガスより高温の熱交換用気体を収納部内に導く入口配管と、収納部内から熱交換用気体を排出する出口配管とからなる加温手段を設けた構成としたので、減圧膨張時に低温となった二次側ガスによって冷却された収納部を熱交換用気体で加温することができる。この加温された収納部が得た熱が熱伝導により圧力調整器全体に伝導することによって、この圧力調整器は全体に亙って加温される。したがってこの圧力調整器外面と外気との温度差を小さく保ち、この圧力調整器外面の結露を防止することができる。
また、収納部内に熱交換用気体として乾燥気体を流通させることによって、収納部内水蒸気圧を低く保ち、収納部内の結露を防ぐことができる。従ってこの結露によるダイヤフラム等の錆の発生を防ぐことができる。また凍結結露水によるこの圧力調整器の作動不良を未然に防ぐことができ、この圧力調整器を常に良好に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力調整器の一実施形態を示す断面図である。
【図２】従来の圧力調整器の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・弁ケース
１ａ・・・一次側流路
１ｂ・・・二次側流路
７・・・ダイヤフラム
８・・・弁体
９ａ・・・弁座
１１ａ・・・収納部
１１ｄ・・・内壁突起（凹凸）
１２ａ・・・柱状体（熱交換部材）
１２ｂ・・・柱状体突起（凹凸）
２３・・・ダイヤフラム変位手段
１４・・・加温手段
２０，３０・・・圧力調整器

Claims (4)

1. 一次側ガス供給端が接続される一次側流路と、二次側ガス放出端が接続される二次側流路と、これら一次側流路と二次側流路とを隔てかつ開孔部が形成された弁座とを有する弁ケースと、
   該弁ケースの二次側流路に面して、該二次側流路内のガスの圧力に応じて変位可能に設けられたダイヤフラムと、
   前記弁ケースの弁座に、その先端を開孔部からダイヤフラム側に向けて突出させ、ダイヤフラムに近付く方向に付勢され、最もダイヤフラムに近付いたときに前記弁座の開孔部を塞ぐ弁体と、
   前記ダイヤフラムを弁体の先端に当接させまたは離間させるように変位させるダイヤフラム変位手段と、
   該ダイヤフラム変位手段のダイヤフラム当接側の少なくとも一部を囲む収納部とを備えた圧力調整器において、
   該収納部に、二次側流路内のガスより高温の熱交換用気体を収納部内に導く入口配管と、収納部内から熱交換用気体を排出する出口配管とからなる加温手段を設けたことを特徴とする圧力調整器。
2. 前記収納部内に、前記ダイヤフラムに熱交換用気体の熱を伝熱させる熱交換部材が設けられたことを特徴とする請求項１記載の圧力調整器。
3. 前記熱交換部材の外面に、熱交換用気体との接触面積を大きくする凹凸を形成したことを特徴とする請求項２記載の圧力調整器。
4. 前記収納部の内壁に、熱交換用気体との接触面積を大きくする凹凸を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の圧力調整器。

Images