JP3863644B2 - 混合ガス供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合ガス供給装置に関し、詳しくは、複数の原料ガス供給系からそれぞれ供給される複数の原料ガスを所定の混合比率で混合した混合ガス、特に、酸素と窒素とを大気と略同等の割合になるように混合した合成空気を供給するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
病院等で使用されている医療用空気は、人工呼吸治療等の呼吸管理に利用されているが、その性格上、品質的に清浄であることが要求される。このような医療用空気を供給する方法として、圧縮機で得た圧縮空気をフィルターやドライヤー等で処理し、塵埃，臭気，油分，水分，有害菌等を除去して供給する方法がある。しかし、この方法では、圧縮機の電力消費が大きいため、停電時に備えて自家発電機等を別途準備しておく必要がある。
【０００３】
また、近年は、別途製造した酸素と窒素とを所定割合で混合して供給する合成空気供給設備が用いられるようになってきている。この設備においても、ガスの混合比や流量の制御、酸素濃度の管理等に電源が必要ではあるが、圧縮機の電気容量に比較すると非常に小さな電気容量で運転が可能になっている。
【０００４】
図３は、特公昭４８−６０５３号公報に記載された混合ガス供給方法を合成空気供給装置に適用した例を示すもので、酸素を供給する第１原料ガス供給経路１と、窒素を供給する第２原料ガス供給経路２とを備えている。両供給経路１，２には、圧力調整弁３ａ，３ｂ、遮断弁４ａ，４ｂ、流量調整弁５ａ，５ｂがそれぞれ設けられており、両供給経路１，２が合流するガス合流部６の下流には、生成した合成空気を貯留蓄圧するバッファータンク７と、供給遮断弁８を備えた混合ガス供給経路９とが設けられている。
【０００５】
第１原料ガス供給経路１からの酸素と、第２原料ガス供給経路２からの窒素とは、圧力調整弁３ａ，３ｂで二次側の圧力が略同等になるようにそれぞれ調整された後、流量調整弁５ａ，５ｂでそれぞれの流量が所定の混合比率、例えば酸素２２％、窒素７８％の割合になるように調整され、ガス合流部６で合流して合成空気となる。この合成空気は、バッファータンク７に蓄圧された後、供給遮断弁８を介して混合ガス供給経路９から使用先に供給される。
【０００６】
また、前記バッファータンク７には、タンク内の圧力を検出する圧力計（Ｐ）１０が設けられており、該圧力計１０の測定値があらかじめ設定されている上限圧力を超えると、圧力計１０からの信号で前記遮断弁４ａ，４ｂが閉じて合成空気の製造が停止し、タンク内の圧力が下限圧力より低くなると、圧力計１０からの信号で遮断弁４ａ，４ｂが開いて再び合成空気の製造が始まり、合成空気をバッファータンク７内に蓄圧するように形成されている。
【０００７】
このように、通常の使用時には、バッファータンク７内の圧力に応じて遮断弁４ａ，４ｂが自動的に開閉することにより合成空気の製造が間欠的に行われ、所定の混合比率の合成空気が所定の圧力で使用先に供給される。また、混合ガス供給経路９には、酸素濃度を測定する分析計（Ａ）１１が設けられており、酸素濃度が管理範囲から外れたときには、該分析計１１からの信号で供給遮断弁８を閉じて使用先に不良な合成空気が供給されないようにしている。なお、不良合成空気は、排気弁１２を開いて排気経路１３から排出するため、バッファータンク７内の酸素及び窒素は、そのまま無駄に排出されることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来のガス混合装置では、停電時に遮断弁４ａ，４ｂが閉じて合成空気の製造が停止するため、バックアップ用に合成空気ボンベを用意しておき、停電時には、この合成空気ボンベから合成空気を供給するようにしていた。したがって、短時間の停電ならば問題はないが、長時間の停電や大量の合成空気を必要とする場合は、合成空気が不足するおそれがあった。
【０００９】
そこで本発明は、停電時においても混合ガスの製造を自動的に継続することができ、安定した状態で所定の組成の混合ガスを供給することができる混合ガス供給装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の混合ガス供給装置は、圧力調整弁，遮断弁及び流量調整弁をそれぞれ有する複数の原料ガス供給経路と、各原料ガス供給経路から供給される複数の原料ガスを合流させて混合ガスとするガス合流部と、得られた混合ガスを蓄圧するバッファータンクと、バッファータンクに蓄圧した混合ガスを使用先に供給する混合ガス供給経路と、前記バッファータンク内の圧力を検出する圧力計と、該圧力計で検出した圧力に応じて前記遮断弁の開閉制御を行う制御器とを備えた混合ガス供給装置において、前記原料ガス供給経路の遮断弁を停電時に開弁させる開弁手段を設けるとともに、前記ガス合流部より下流側に、停電時に開弁する遮断弁と、一次側圧力を所定圧力に保つ圧力調整弁とを備えた混合ガス放出経路を設け、停電時には、原料ガス供給経路及び混合ガス放出経路の両遮断弁が開き、前記各原料ガス供給経路から原料ガスを供給して混合ガスの製造を行い、製造された混合ガスの過剰分を前記混合ガス放出経路から放出することにより前記流量調整弁の二次側圧力を所定圧力に保持するように形成したことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の混合ガス供給装置を合成空気供給用として使用した一形態例を示す系統図である。この混合ガス供給装置（合成空気供給装置）は、従来と同様に、圧力調整弁３ａ，３ｂ、遮断弁４ａ，４ｂ、流量調整弁５ａ，５ｂをそれぞれ有する第１原料ガス（酸素）供給経路１と第２原料ガス（窒素）供給経路２とを備えており、ガス合流部６で酸素と窒素とを混合して合成空気をするように形成されている。
【００１３】
また、本形態例に示す合成空気供給装置には、ガス合流部６とバッファータンク７との間に、補助タンク１４と分析計１１とが設けられるとともに、停電時に開弁する放出用電磁弁２１と一次側圧力を所定圧力に保つ圧力調整弁（保圧弁）２２とを有する混合ガス放出経路２３が設けられている。
【００１４】
前記遮断弁４ａ，４ｂは、作動ガスが供給されているときに開く形式のガス操作弁であって、この遮断弁４ａ，４ｂの開閉操作系統として、補助タンク１４から合成空気の一部を抜出す経路２４と、該経路２４に設けられた作動ガス用電磁弁２５と、該電磁弁２５を電気的に開閉する制御器２６とが設けられている。制御器２６には、前記圧力計１０及び分析計１１からの信号（圧力信号，濃度信号）が入力されており、バッファータンク７内の圧力及び合成空気の酸素濃度に応じて作動ガス用電磁弁２５を開閉するための電気信号Ｓが出力される。また、前記作動ガス用電磁弁２５は、前記原料ガス供給経路１，２の遮断弁４ａ，４ｂを停電時に開弁させる開弁手段として作用するものであって、制御器２６からの電気信号Ｓが無いときに開弁する形式の電磁弁が用いられており、制御器２６からの電気信号Ｓは、作動ガス用電磁弁２５を閉じるときのみに出力される。
【００１５】
すなわち、バッファータンク７内の圧力が低下した信号が圧力計１０から制御器２６に入力されると、制御器２６は、作動ガス用電磁弁２５を閉じておくための電気信号Ｓを切り、電気信号Ｓが無くなることによって作動ガス用電磁弁２５が開く。これにより、補助タンク１４内の合成空気の一部が経路２４，作動ガス用電磁弁２５，分岐経路２４ａ，２４ｂを通って両遮断弁４ａ，４ｂに供給され、該合成空気の圧力によって遮断弁４ａ，４ｂが開く。これにより、酸素及び窒素が所定流量で供給されて合成空気の製造が行われる。また、圧力計１０がバッファータンク７内の圧力の上昇を検出すると、制御器２６が電気信号Ｓを出力して作動ガス用電磁弁２５を閉じることにより遮断弁４ａ，４ｂへの合成空気の供給が遮断され、遮断弁４ａ，４ｂが閉じて合成空気の製造が停止する。
【００１６】
このように間欠的に製造されてバッファータンク７内に蓄圧された合成空気は、二次側圧力を所定圧力に保持する圧力調整弁２７を介して混合ガス供給経路９から使用先に送られる。
【００１７】
さらに、合成空気の酸素濃度が管理範囲から外れたことを分析計１１が検出すると、制御器２６は、作動ガス用電磁弁２５を閉じることによって間接的に遮断弁４ａ，４ｂを閉じ、合成空気の製造を停止する。このように、バッファータンク７に流入する前の経路に分析計１１を設けることにより、機器の不具合等で合成空気の酸素濃度に異常が発生したときに合成空気の製造を直ちに中止することができ、異常濃度の合成空気がバッファータンク７内に流入することを防止できる。
【００１８】
したがって、バッファータンク７内の合成空気は、異常発生前に蓄圧された所定濃度の合成空気であるから、そのまま問題なく有効に利用することができ、従来のように廃棄する必要がなくなるとともに、予備の系統への切換えも余裕をもって行うことができる。
【００１９】
しかも、補助タンク１４を設けたことにより、ガス合流部６で所定の混合比率と異なった比率で酸素と窒素とが混合した場合でも、その濃度変化を補助タンク１４で緩和することができるので、補助タンク１４の容積を適当に設定することにより、バッファータンク７に送る合成空気の酸素濃度変化をある程度の範囲内に抑えることができる。したがって、補助タンク１４とバッファータンク７との間に設けた分析計１１における酸素濃度の分析も安定した状態で行うことができる。
【００２０】
また、上述の通常の運転状態（通電時）では、前記放出用電磁弁２１は閉じ状態に保持されている。この放出用電磁弁２１を閉じ状態に保持するための電源は、前記制御器２６を介して供給するようにしてもよく、電源部から直接供給するようにしてもい。
【００２１】
停電が発生すると、圧力計１０，分析計１１及びこれらの検出値により作動する制御器２６は、停電により機能を停止して作動ガス用電磁弁２５への電気信号Ｓも出力されない状態となり、放出用電磁弁２１への電源も切れる。したがって、両電磁弁２１，２５を閉じ状態に保持しているソレノイドへの通電が停電によって遮断されるため、スプリング等の作用で両電磁弁２１，２５が開き、作動ガス用電磁弁２５が開くことにより、補助タンク１４内の合成空気の一部が、経路２４，２４ａ，２４ｂを介して両遮断弁４ａ，４ｂに直接供給される状態になり、両遮断弁４ａ，４ｂが開いて酸素及び窒素の供給が行われ、合成空気が連続的に製造される状態となる。
【００２２】
この停電中は、両遮断弁４ａ，４ｂが開いたままになり、合成空気が連続的に製造されるため、使用先での合成空気使用量以上の合成空気が製造され、次第に系内の圧力が上昇してくるが、放出用電磁弁２１が開いていることにより保圧弁２２が作動し、過剰分の合成空気を混合ガス放出経路２３から放出して保圧弁２２の一次側圧力、すなわち、流量調整弁５ａ，５ｂの二次側圧力が所定圧力に保持された状態となる。流量調整弁５ａ，５ｂは、二次側圧力が所定圧力以上に上昇すると流量調整が行えなくなるため、両経路１，２からの酸素と窒素との流量割合が変化し、所定の合成空気が得られなくなるが、保圧弁２２によって流量調整弁５ａ，５ｂの二次側圧力が所定圧力以上に上昇することを防止することにより、流量調整弁５ａ，５ｂにおいて酸素及び窒素の流量を正確に制御することができ、所定の酸素濃度の合成空気を得ることができる。
【００２３】
なお、停電時の合成空気の酸素濃度の監視は、バッテリー式の酸素濃度計を用いることにより行うことができ、濃度異常が発生した際に酸素濃度計から警報を発生させ、これによって手動で遮断弁４ａ，４ｂ等を閉じるようにしてもよい。
【００２４】
また、本形態例では、遮断弁４ａ，４ｂとして作動ガスが供給されているときに開く形式のガス操作弁を、作動ガス用電磁弁２５として電気信号Ｓが無いときに開弁する形式の電磁弁を、それぞれ使用したが、これとは逆に、遮断弁４ａ，４ｂとして作動ガスが供給されないときに開く形式のガス操作弁を、作動ガス用電磁弁２５として電気信号Ｓが有るときに開弁する形式の電磁弁を、それぞれ使用することもできる。この場合、合成空気を製造する際には、制御器２６は、作動ガス用電磁弁２５への電気信号Ｓを切り、作動ガス用電磁弁２５は、電気信号Ｓが切られたことにより閉弁して遮断弁４ａ，４ｂへの作動ガス（合成空気の一部）の供給を停止し、遮断弁４ａ，４ｂは、作動ガスの供給停止により開弁するように作動する。また、合成空気の製造を停止する際には、制御器２６が電気信号Ｓを出力することにより作動ガス用電磁弁２５が開き、作動ガス用電磁弁２５を介して作動ガスが供給されることによって遮断弁４ａ，４ｂが閉じるように作動する。停電時は、電気信号Ｓが無くなることによって作動ガス用電磁弁２５が閉じ、作動ガスが止められることによって遮断弁４ａ，４ｂが開き、合成空気の製造が行われる。
【００２５】
さらに、図１に破線で示すように、作動ガス用電磁弁２５に停電時に閉じ状態となる電磁弁を用い、これとは別に、停電時に開弁する補助電磁弁２８を備えた補助作動ガス供給経路２９を設けるようにしてもよい。停電時には、前記放出用電磁弁２１と同様にして補助電磁弁２８が開くことにより、補助タンク１４内の合成空気の一部が、経路２４及び補助作動ガス供給経路２９を介して両遮断弁４ａ，４ｂに直接供給され、両遮断弁４ａ，４ｂが開くことになる。
【００２６】
また、混合ガス放出経路２３に設ける遮断弁として電磁弁を使用し、ソレノイドへの通電の有無によって経路を直接開閉するようにしているが、遮断弁としてガス操作弁を使用するとともに、該ガス操作弁の作動ガス（合成空気の一部等を使用）を電磁弁で制御するように形成することもできる。さらに、停電時に開弁する形式の電磁弁を原料ガス供給経路の遮断弁として用いることにより、直接的に原料ガス供給経路の開閉を行うようにすることも可能である。
【００２７】
図２は、原料ガス供給系統に予備系統を設けた混合ガス供給装置に本発明を適用した例を示す系統図である。原料ガス供給系統は、主系統１０１と予備系統２０１とによって形成されており、主系統１０１には、前記形態例と同様に、圧力調整弁３ａ，３ｂ、遮断弁４ａ，４ｂ、流量調整弁５ａ，５ｂをそれぞれ有する第１原料ガス供給経路１と第２原料ガス供給経路２とが設けられており、予備系統２０１には、第１原料ガス供給経路１と並列の関係にある第１予備原料ガス供給経路５１と、第２原料ガス供給経路２と並列の関係にある第２予備原料ガス供給経路５２とが設けられている。第１予備原料ガス供給経路５１及び第２予備原料ガス供給経路５２は、主系統１０１における圧力調整弁３ａ，３ｂの上流側で分岐し、ガス合流部６の下流側で合流するように形成されており、両予備経路５１，５２には、主系統１０１と同様に、圧力調整弁５３ａ，５３ｂ、遮断弁５４ａ，５４ｂ、流量調整弁５５ａ，５５ｂがそれぞれ設けられ、ガス合流部５６の下流側で主系統１０１に合流する。
【００２８】
第１原料ガス供給経路１及び第２原料ガス供給経路２の遮断弁４ａ，４ｂは、ガス操作弁であって、作動ガスは、補助タンク１４内の混合ガスの一部が、経路６１，主電磁弁６２及び経路６３ａ，６３ｂを通って各遮断弁４ａ，４ｂに供給される。また、第１予備原料ガス供給経路５１及び第２予備原料ガス供給経路５２の遮断弁５４ａ，５４ｂにもガス操作弁が用いられており、前記経路６１から分岐した経路６４，予備電磁弁６５及び経路６６ａ，６６ｂを通って作動ガスが供給される。
【００２９】
主電磁弁６２及び予備電磁弁６５は、制御器２６からの電気信号によって作動し、停電時には、主系統１０１の遮断弁４ａ，４ｂを閉じるとともに、予備系統２０１の遮断弁５４ａ，５４ｂを開く弁開閉手段として作用するものであって、主電磁弁６２には、電気信号６２Ｓが有るとき（通電時）に開、無いときに閉となる形式のものが、予備電磁弁６５には、電気信号６５Ｓが有るとき（通電時）に閉、無いときに開となる形式のものが、それぞれ用いられている。
【００３０】
通常の運転時には、制御器２６から電気信号６５Ｓが送られて予備電磁弁６５及び遮断弁５４ａ，５４ｂは閉じ状態に保持されており、圧力計１０により検出したバッファータンク７内の混合ガスの圧力に応じて制御器２６から電気信号６２Ｓが主電磁弁６２に送られ、該主電磁弁６２の開閉による作動ガスの供給状態により遮断弁４ａ，４ｂが開閉し、第１原料ガス供給経路１及び第２原料ガス供給経路２からの原料ガスの供給が制御され、混合ガスの製造が間欠的に行われる。
【００３１】
主系統１０１の各種弁類の不具合等によりガスの混合比が変化し、分析計１１で混合ガスの組成に異常が検出されたときには、電気信号６２Ｓが遮断されて主電磁弁６２が閉じることにより遮断弁４ａ，４ｂが閉じ状態に保持されるとともに、電気信号６５Ｓによる予備電磁弁６５の開閉制御が始まり、圧力計１０の検出値に応じて遮断弁５４ａ，５４ｂが間接的に開閉し、第１予備原料ガス供給経路５１及び第２予備原料ガス供給経路５２からの原料ガスの供給が制御され、予備系統２０１による混合ガスの製造が間欠的に行われる。
【００３２】
停電が発生すると、制御器２６からの信号が途絶えるため、主電磁弁６２は閉じ状態となり、予備電磁弁６５が開き状態となる。したがって、主系統１０１の遮断弁４ａ，４ｂが閉じるとともに、補助タンク１４内の混合ガスの一部が、経路６１，経路６４，予備電磁弁６５及び経路６６ａ，６６ｂを通って遮断弁５４ａ，５４ｂに供給され、遮断弁５４ａ，５４ｂが開いて原料ガスの供給が行われ、ガス合流部５６で合流して所定の混合ガスとなり、補助タンク１４，バッファータンク７，圧力調整弁１８を経て混合ガス供給経路９から使用先に供給される。
【００３３】
また、この停電時には、混合ガス放出経路２３に設けた電磁弁２１が開き、圧力調整弁２２が作動して系内の圧力、すなわち、予備系統２０１の流量調整弁５５ａ，５５ｂの二次側圧力を所定圧力に保持するので、各原料ガスの流量が正確に制御される。
【００３４】
なお、本例において、停電時に開く電磁弁を主系統１０１側の主電磁弁６２にすることも可能であり、前記形態例と同様に、停電時に閉じる電磁弁や、作動ガスが供給されないときに開弁するガス操作弁を、両系統に適宜組合わせて形成することもできる。
【００３５】
また、作動ガス用電磁弁（図２においては主電磁弁及び予備電磁弁）は、通常は、作動ガスをガス操作弁のシリンダー内に供給する流路と、ガス操作弁のシリンダー内から作動ガスを放出する流路とを、ソレノイド及びスプリングの作用により切換えるように作動する三方弁（例えばシングルソレノイド・スプリングオフセット形の３ポート２ウェイバルブ）を用いるが、作動ガス用電磁弁を作動ガス供給専用とし、これとは逆に開閉するガス抜き専用の電磁弁を別に設けることもできる。
【００３６】
さらに、図１，２の両例では、２成分の混合ガス（特に、酸素と窒素とを混合した合成空気）を製造供給する場合を例示して説明したが、３成分以上の混合ガスを供給する場合でも同様に適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の混合ガス供給装置によれば、停電時においても所定の組成の混合ガスを安定した状態で製造供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の混合ガス供給装置の一形態例を示す系統図である。
【図２】 本発明の混合ガス供給装置の一形態例に予備系統を設けた例を示す系統図である。
【図３】 従来の混合ガス供給装置の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
１…第１原料ガス供給経路、２…第２原料ガス供給経路、３ａ，３ｂ…圧力調整弁、４ａ，４ｂ…遮断弁、５ａ，５ｂ…流量調整弁、６…ガス合流部、７…バッファータンク、９…混合ガス供給経路、１０…圧力計、１１…分析計、１４…補助タンク、２１…放出用電磁弁、２２…圧力調整弁（保圧弁）、２３…混合ガス放出経路、２５…作動ガス用電磁弁、２６…制御器、２７…圧力調整弁、２８…補助電磁弁、２９…補助作動ガス供給経路５１…第１予備原料ガス供給経路、５２…第２予備原料ガス供給経路、５４ａ，５４ｂ…遮断弁、６２…主電磁弁、６５…予備電磁弁、１０１…主系統、２０１…予備系統

Claims (1)

1. 圧力調整弁，遮断弁及び流量調整弁をそれぞれ有する複数の原料ガス供給経路と、各原料ガス供給経路から供給される複数の原料ガスを合流させて混合ガスとするガス合流部と、得られた混合ガスを蓄圧するバッファータンクと、バッファータンクに蓄圧した混合ガスを使用先に供給する混合ガス供給経路と、前記バッファータンク内の圧力を検出する圧力計と、該圧力計で検出した圧力に応じて前記遮断弁の開閉制御を行う制御器とを備えた混合ガス供給装置において、前記原料ガス供給経路の遮断弁を停電時に開弁させる開弁手段を設けるとともに、前記ガス合流部より下流側に、停電時に開弁する遮断弁と、一次側圧力を所定圧力に保つ圧力調整弁とを備えた混合ガス放出経路を設け、停電時には、原料ガス供給経路及び混合ガス放出経路の両遮断弁が開き、前記各原料ガス供給経路から原料ガスを供給して混合ガスの製造を行い、製造された混合ガスの過剰分を前記混合ガス放出経路から放出することにより前記流量調整弁の二次側圧力を所定圧力に保持するように形成したことを特徴とする混合ガス供給装置。

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