JP3592527B2 - 微量標準ガス用圧力調整器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、高感度分析計に、標準ガスボンベの標準ガスを、低圧力，かつ，一定流量に調整して供給する微量標準ガス用圧力調整器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種圧力調整器は、一次圧室と二次圧室との間に、両圧室に連通した調圧室が設けられ、調圧室に設けられた一次側ダイヤフラムが一次側調整弁に連動することにより、一次圧室から調圧室へ流入するガス圧が調整され、二次圧室に設けられた二次側ダイヤフラムが二次側調整弁に連動することにより、調圧室から二次圧室へ流入するガス圧が調整され、一次圧室に接続された一次側流路から供給された高圧の標準ガスが二段階に減圧され、二次圧室に接続された二次側流路から低圧で一定流量の標準ガスが出力され、このガスが高感度分析計に供給される。
【０００３】
なお、圧力調整器の一次減圧機構の設定圧力は高圧で、二次減圧機構の設定圧力は低圧であり、両減圧機構の仕様は異なるが、コスト削減や構造の簡素化の為、両減圧機構に同一材質のダイヤフラムを使用するのが一般的である。
【０００４】
また、標準ガスは、数ｐｐｍ〜数１００ｐｐｍの微量成分ガス、例えばＳＯ₂ ，ＮＯ，ＮＨ₃ ，ＨＣなどが使用され、ガス吸着性が高く、汚染されやすい。このため、圧力調整器の性能要件として、ガス吸着性および汚染ガス発生の少ない微量成分ガスを長期間低圧力で安定して供給することが要求される。
【０００５】
さらに、圧力調整器の構成において、一次減圧機構の設定圧力が高圧であるため、高耐圧で、長期間気密性を保持する必要があり、二次減圧機構の設定圧力が低圧であるため、高い調圧精度が必要になり、定期的に圧力調整する必要がある。
【０００６】
そして、圧力調整器に自動校正装置が付加されている場合、ガスボンベの元栓が開放された状態で使用されるため、一次減圧機構は、ガス漏れを防止できる構造にする必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の前記圧力調整器は、一次および二次減圧機構の仕様が異なるにもかかわらず、両減圧機構に同一材質のダイヤフラムを使用しているため、一次側の耐圧性，気密性および二次側の圧力精度等の実用面で制限があり、ガス吸着性および汚染ガス発生の少ない微量成分ガスを長期間低圧力で安定して供給するのが困難であるという問題がある。
【０００８】
しかも、二次減圧機構は、定期的に圧力調整をする必要があるため、自動運転には不向きであるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の点に留意してなされたもので、その目的は、一次および二次減圧機構の仕様を満足し、ガス吸着性および汚染ガス発生の少ない微量成分ガスを長期間低圧力で安定して供給でき、自動運転に対応できる微量標準ガス用圧力調整器を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の微量標準ガス用圧力調整器は、一次圧室に接続された一次側流路から供給された高圧の標準ガスが二段階に減圧され、二次圧室に接続された二次側流路から低圧の標準ガスが出力されるよう構成された微量標準ガス用圧力調整器において、前記一次側流路に接続された一次圧室と、前記二次側流路に接続された二次圧室と、前記両圧室間に設けられ，前記両圧室間に連通した調圧室と、前記一次圧室から前記調圧室への流通を調整する一次側調整弁と、前記調圧室から前記二次圧室への流通を調整する二次側調整弁と、前記調圧室に設けられ，前記一次側調整弁に連動する，高圧力に耐えることができ、気密性が高く、ガス吸着性および汚染ガスの発生が少ない耐腐食性金属からなる一次側ダイヤフラムと、前記二次圧室に設けられ，この二次圧室の圧力が所定の圧力より高くなると、二次側弁口を閉塞するよう前記二次側調整弁の二次側弁体を移動させる一方、前記二次圧室の圧力が所定の圧力より低くなると、前記二次側弁口を開放するよう前記二次側弁体を移動させうる，二次側ダイヤフラムとを備え、更に、この二次側ダイヤフラムは、弾性を有しており、圧力精度を向上することができると共に、安定性が良く、ガス吸着性および汚染ガスの発生が少ない四フッ化エチレン樹脂からなるものである。
【００１１】
従って、調圧室に耐腐食性金属からなる一次側ダイヤフラムを設けたため、高圧力に耐えることができ、気密性が高く、ガス吸着性および汚染ガスの発生が少なく、しかも、金属膜であるため、ゴムや樹脂に見られる様な塑性変形による永久歪がないためシール部の締付けトルクの緩みがなく、長期の気密構造を維持することができる。
【００１２】
そして、二次圧室に四フッ化エチレン樹脂からなる二次側ダイヤフラムを設けたため、弾性を有しており、圧力精度を向上することができると共に、安定性が良く、定期的な圧力修正または再設定の必要がなく、圧力ゲージが不要になり、自動運転にも対応でき、しかも、ガス吸着性および汚染ガスの発生も少ない。
【００１３】
よって、一次および二次減圧機構の仕様を満足することができ、低圧力の微量成分ガスを長期間安定して供給することができ、耐圧やシール性の構造に特別な工夫もなく、小型で低価格になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の１形態につき、図１を参照して説明する。同図において、１は微量標準ガス用圧力調整器、２は調整器１の一次側流路であり、この流路２に標準ガスボンベからの標準ガスが供給される。３は一次側流路２に接続された一次圧室、４は一端にガス分析計が接続される二次側流路であり、他端に二次圧室５が接続されている。６は両圧室３，５間に設けられた調圧室であり、隔壁７により一次圧室３と調圧室６とが画成され、隔壁８により二次圧室５と調圧室６とが画成されている。９，１０は両隔壁７，８にそれぞれ形成された一次側および二次側弁口であり、両弁口９，１０を介して調圧室６が両圧室３，５に連通している。
【００１５】
１１は一次圧室３から調圧室６へのガスの流通を調整するための一次側調整弁、１２は一次側弁口９を開閉する調整弁１１の一次側弁体であり、隔壁７との間に介装された一次側小スプリング１３により閉方向、すなわち下方に付勢されている。１４は一次側弁体１２の，一次側弁口９側の面に形成されたシート、１５は調圧室６に設けられた小径の一次側ダイヤフラムであり、耐腐食性金属、例えばステンレス鋼からなり、一次側ダイヤフラム１５の一面の中央部が連結棒１６を介して一次側弁体１２に接続され、他面の中央部にばね受体１７が固着されている。１８は調整器１の下端部に気密に螺着した一次側調圧ねじであり、一端にハンドル１９が固着され、他端の押圧体２０と受体１７との間に一次側大スプリング２１が設けられている。
【００１６】
なお、連結棒１６は、隔壁７に形成された一次側弁口９にブッシュを介してシールが施された状態で摺動自在に貫挿されており、自由状態では、一次側大スプリング２１によって一次側弁体１２が一次側ダイヤフラム１５，連結棒１６を介して上方に付勢され、一次側弁口９が開放された状態になっている。そして、一次側大スプリング２１の付勢力は一次側調圧ねじ１８により調整される。
【００１７】
そして、一次側調整弁１１と同様に、調圧室６から二次圧室５へのガスの流通を調整する二次側調整弁２２の二次側弁体２３が二次側小スプリング２４により閉方向、すなわち上方に付勢され、二次圧室５に、四フッ化エチレン樹脂、例えばテフロン（商品名）をコーティングしたゴムからなる大径の二次側ダイヤフラム２５が設けられ、二次側弁体２３に連結棒１６を介して接続され、調整器１の上端部に二次側調圧ねじ２６が気密に螺着し、調圧ねじ２６の押圧体２０と二次側ダイヤフラム２５のばね受体１７との間に二次側大スプリング２７が設けられ、自由状態では、二次側大スプリング２７によって二次側弁体２３が二次側ダイヤフラム２５，連結棒１６を介して下方に付勢され、二次側弁口１０が開放された状態になっている。
【００１８】
そして、２８は二次側弁体２３のシート、２９は二次側調圧ねじ２６のハンドル、３０は調圧室６に設けられた圧力計である。
【００１９】
つぎに動作について説明する。一次側流路２から供給された標準ガスボンベの１５ＭＰａの標準ガスが一次圧室３，一次側弁口９を介して調圧室６に流入すると共に、二次側弁口１０を介して二次圧室５に流入する。この際、調圧室６の圧力が所定の圧力より高くなると、一次側大スプリング２１の弾発力に抗して一次側ダイヤフラム１５が下凸状に変形し、連結棒１６を介して一次側弁体１２が下方に移動し、一次側弁口９が閉塞され、調圧室６の圧力が所定の圧力より低くなると、一次側ダイヤフラム１５が元のフラットな形状に戻り、一次側弁体１２が上方に移動し、一次側弁口９が再度開放され、一次圧室３から調整室６へのガス圧が、例えば１５ＭＰａから１．５ＭＰａに減圧される。
【００２０】
一方、二次圧室５の圧力が所定の圧力より高くなると、二次側大スプリング２７の弾発力に抗して二次側ダイヤフラム２５が上凸状に変形し、連結棒１６を介して二次側弁体２３が上方に移動し、二次側弁口１０が閉塞され、二次圧室５の圧力が所定の圧力より低くなると、二次側ダイヤフラム２５が元のフラットな形状に戻り、二次側弁体２３が下方に移動し、二次側弁口１０が再度開放され、調圧室６から二次圧室５へのガス圧が例えば１．５ＭＰａから０．１５ＭＰａ〜０．０５ＭＰａに減圧される。このように、一次圧室３を介して供給された高圧の標準ガスが調圧室６，二次圧室５を経て二段階に減圧され、低圧で一定流量の標準ガスが二次側流路４から安定して出力される。
【００２１】
（実施例）
つぎに実施例について説明する。下記表１は一次および二次減圧機構の使用条件を示し、この条件に基づいて一次側および二次側に同一材質のダイヤフラムを使用してその選定を行う。
【００２２】
【表１】

【００２３】
下記表２は使用したダイヤフラムの種類と各ダイヤフラムの用途別特性を示している。
【００２４】
【表２】

【００２５】
上記表２において、まず、不織布入ネオプレンゴムは、一次減圧機構において、ばね定数が良好であるが、シール性に対して若干の問題があり、増締め等のメンテナンスが必要であり、二次減圧機構において、シール性およびばね定数は良好であるが、汚染ガスが発生するため使用できない。
【００２６】
つぎにテフロンコーティングをしたゴムは、一次減圧機構において、上記ネオプレンゴムと同様の性能を示しているが、二次減圧機構におけるシール性，ばね定数が良好で、ガスの吸着性および汚染ガスの発生がなく、二次減圧機構の性能仕様を満足できる。
【００２７】
つぎにテフロンシート／ステンレスの板は、一次および二次減圧機構において、シール性およびばね定数に若干の問題があり、増締め，定期的な圧力設定等のメンテナンスが必要であり、使用できない。
【００２８】
つぎにステンレス鋼板およびハステロイのいずれの場合も、一次減圧機構のシール性およびばね定数が良好で、瞬時最大２５ＭＰａの耐圧を持ち、長期間気密性を保持することができ、組立時の締付トルクの緩みの発生がなく、ガスの吸着性および汚染ガスの発生もなく、一次減圧機構の性能仕様を満足できる。
【００２９】
結果、一次減圧機構のダイヤフラムには、耐腐食性金属のステンレス鋼板またはハステロイが最適であり、二次減圧機構のダイヤフラムには四フッ化エチレン樹脂のテフロンコーティングをしたゴムが最適である。
【００３０】
【発明の効果】
上述したように、本発明の微量標準ガス用圧力調整器は、調圧室に耐腐食性金属からなる一次側ダイヤフラムを設けたため、高圧力に耐えることができ、気密性が高く、ガス吸着性および汚染ガスの発生が少なく、しかも、金属膜であるため、シール性の締付けトルクの緩みがなく、長期の気密構造を維持することができる。
【００３１】
そして、二次圧室に四フッ化エチレン樹脂からなる二次側ダイヤフラムを設けたため、弾性を有しており、圧力精度を向上することができると共に、安定性が良く、定期的な圧力修正または再設定の必要がなく、圧力ゲージが不要になり、自動運転にも対応でき、しかも、ガス吸着性および汚染ガスの発生も少ない。
【００３２】
従って、一次および二次減圧機構の仕様を満足することができ、低圧力の微量成分ガスを長期間安定して供給することができ、耐圧やシール性の構造に特別な工夫もなく、小型で低価格になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態の断面図である。
【符号の説明】
１…圧力調整器、２…一次側流路、３…一次圧室、４…一次側流路、５…二次圧室、６…調圧室、１１…一次側調整弁、１５…一次側ダイヤフラム、２２…二次側調整弁、２５…二次側ダイヤフラム。

Claims (1)

1. 一次圧室に接続された一次側流路から供給された高圧の標準ガスが二段階に減圧され、二次圧室に接続された二次側流路から低圧の標準ガスが出力されるよう構成された微量標準ガス用圧力調整器において、前記一次側流路に接続された一次圧室と、前記二次側流路に接続された二次圧室と、前記両圧室間に設けられ，前記両圧室間に連通した調圧室と、前記一次圧室から前記調圧室への流通を調整する一次側調整弁と、前記調圧室から前記二次圧室への流通を調整する二次側調整弁と、前記調圧室に設けられ，前記一次側調整弁に連動する，高圧力に耐えることができ、気密性が高く、ガス吸着性および汚染ガスの発生が少ない耐腐食性金属からなる一次側ダイヤフラムと、前記二次圧室に設けられ，この二次圧室の圧力が所定の圧力より高くなると、二次側弁口を閉塞するよう前記二次側調整弁の二次側弁体を移動させる一方、前記二次圧室の圧力が所定の圧力より低くなると、前記二次側弁口を開放するよう前記二次側弁体を移動させうる，二次側ダイヤフラムとを備え、更に、この二次側ダイヤフラムは、弾性を有しており、圧力精度を向上することができると共に、安定性が良く、ガス吸着性および汚染ガスの発生が少ない四フッ化エチレン樹脂からなることを特徴とする微量標準ガス用圧力調整器。

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