JP3865813B2 - 流体混合装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
複数の流体混合装置に於いて、通常の工業計器、調節計と自動弁の組合せ等において、必要流量を確保する為に逐次、調節計の設定を変更するのでは無く、末端での使用流量の変更に自動的に対応し、決められた混合比の流体を連続的に供給可能な小型で簡便な流体混合装置。
【０００２】
【従来の技術】
従来の混合装置に於ては図３の様に流体の各流路に設置された流量計、自動弁、調節計，比率設定器で制御して得た流量をそのまま使用していた。その為この従来の混合装置に於ては、比率が調整された一種の定流量制御と考えられる。この為、末端での使用流量変更を変更する場合は比率制御を保ちつつ、供給量を変更しなければならず、この場合、調節計の設定を操作することとなる。しかも再設定を行っても消費流量が再々度変わった場合には再々度の設定と、その都度使用流量に合わせて設定をし直す必要が有った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
混合流体が一か所で使用される場合でも、状況によって使用流量が変更される場合が有る。ましてその混合された流体が分岐され、いろいろな場所で使用されるに及んでは供給すべき混合流体の量はいつも一定量では有り得ない。この様な場合でも末端での使用量に合わせて、調節計の設定値を、いちいち変更し供給流量を変更するのでは無く末端での使用流量の変更においても、一度設定された制御系を再設定しなくとも精度のよい混合流体を供給しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
上記，目的を達成する為、従来の流量制御系に加え圧力検出機構を設けその後流に緩衝を兼ねた圧力調整弁と混合流体の流量を測定するための流量計を付設した。流体を各々供給源に接続し流体を供給する。この時、各流路は混合流量がゼロの場合、混合流体用流量計の信号はゼロで、各調節計へ送られてくる信号も当然ゼロで有り、自動弁は閉じたままで当然混合流路に混合流体も無い事から混合流路流路圧力もゼロである。この場合、末端に流量を流そうとしても、混合流路の圧力もゼロ、流路に混合流体も無い事から必要流量を流す事は永久に出来ないこととなる。ここで最初に自動弁を開き流体を供給するためにも圧力検出機構が必要となる。もし混合流体の流路の圧力が設定した設定値以下（ゼロも含む）の場合、末端の使用流量に関わらず、圧力検出機構と演算部により調節計に一定流量を送る信号を与えるようにしておけば、運転初期や混合流体の圧力低下時においても、自動弁は開けられ、混合流体流路や各種機器を含む容量部総ての空間部の圧力が、設定されている圧力になるまで流量が流れやがて流路は設定圧力以上となる。この様な混合流体流路に圧力がある状態では、供給先のバルブ等で流体を流し始めると、混合流体流路から流体は流れ出る事となり、混合流体用流量計は流れ出ている分の信号を調節計に送る事となる。その結果、上記回路は、動作を始めると共にその信号は比率設定器の入力となり、比率を保ったまま、全体の必要流量に見合った流量を調節供給可能となる。
【０００５】
【作用】
末端で使用流量に変更が発生した場合でも、逐次、使用量に合わせて供給流量を流す為に調節計の設定値の変更をするのでは無く、末端での使用流量の変更においても、自動的に精度のよい混合流体を供給出来る。
【０００６】
【実施例】
本実施状況の条件として、流体に窒素、水素を使用した。以下、図１及び図２に示す実施例に基づき本発明を詳説する。演算部８の演算出力条件として、混合流路１０の圧力が設定圧力の範囲を外れた場合、混合流体用流量計４の出力、圧力スイッチ５部の圧力の大きさと演算部８により次のように演算部８から出力する。
圧力が下限以下の時 ：混合流体用流量計４の信号に一定値を加算した 信号
圧力が下限と上限の間 ：混合流体用流量計４の出力と同じ大きさの信号
圧力が上限を越えた時 ：混合流体用流量計４の信号から一定値減算した 信号
窒素ガスと水素の混合比率は比率設定器７の設定による。
【０００７】
上記条件で、図１に於て各流入口を供給ガス源に、流出口は排気ダクトへ接続し、手動弁１４，１４ｂを開きガスを供給する。圧力スイッチ１２，１２ｂの圧力は設定以上になり混合装置の電源の投入が可能となる。混合装置の流出口の手動弁１１を閉じた状態で電源を投入、更にスタートスイッチを投入し遮断弁１３，１３ｂを開ける。この時、混合流路１０の流量は圧力と共にゼロで演算回路８は圧力スイッチ５の下限の信号を受けて、調節計３へ更に比率設定器をへて、調節計３ｂに信号は送られ自動弁２，２ｂは全開で流体は流れ始める。この時、混合流体用流量計４が流量を感知し、流量信号と加算信号の両方で動作状態に入るか、圧力スイッチ４による加算された信号で動作するかは、この装置の混合流路１０を含む弁１１までの配管容量と制御系の応答速度による。しかし通常は配管容量が小さく制御系の応答が早い為、混合ガスが即座に弁１１に到達し混合流路１０の圧力も瞬時に上がり設定下限を越えると圧力スイッチ５は復帰し、混合流体用流量計４の信号はゼロであることから演算部８から調節計３への信号はやはりゼロで各流路の流量は、調節計３，３ｂにより流量ゼロに調整される。
【０００８】
ついで末端に流体を供給すべく弁１１を開くと流体は流れ始め混合ガスの流量計４は当然、流量に見合った信号を発生する、その信号は演算器８と圧力スイッチ５により混合流路１０の圧力ポジションを判断し，それに見合った信号の量で流量を供給し始める。今仮に連続的にガスを供給している状態で、何等かの外乱、流量計の精度、制御の偏差により混合流路１０の圧力が、圧力スイッチ５の下限の値より小さくなったとすると演算部８はそれを判断し混合流体用流量計４からの信号に一定信号を加算した信号を調節計３に送り、信号の増加分だけ余計に供給流量を増加する為の動作をする。やがて流量の加算分で混合流路１０の圧力が回復し圧力が設定値以内に戻ると、圧力スイッチ５による加算命令は解除され、演算部８から調節計３に与えられる信号は、混合流量の流量信号のみとなり、調節計３、３ｂは混合流量値に比例した調整動作を行う。
【０００９】
また混合流路１０の圧力が、圧力スイッチ５の上限の設定値より大きくなったとすると演算部８はそれを判断し混合流体用流量計４からの信号から一定値を減算した信号を調節計３に送り、信号の減算分だけ少なく調節計３，３ｂは供給流量を減算する為の動作をする。やがて、供給流量の減小で圧力が設定値以内に戻ると圧力スイッチ５による減算命令は解除され、演算部８から調節計３に与えられる信号は、混合流量の流量信号のみとなり、調節計３，３ｂは混合流量値に比例した調整動作を行う。以下これの繰り返し動作となるが、通常、混合流路部の圧力は設定範囲に止まり、混合流体用流量計４の出力と演算部８から出力の比は１の安定動作である。
【００１０】
また混合流路の圧力が設定圧力範囲外にあるとき、加算、減算信号をどの程度の大きさにするかは、末端での流量変更の大きさや外乱の大きさによる。本件においては、加算、減算信号の大きさを、演算部内の抵抗操作で、任意に可変出来る構造とした。
【００１１】
演算部８の演算出力条件圧力スイッチに、下限１と２を設けて、圧力が設定した範囲を越えた場合、演算部８をへて比率設定、調節計３に混合流量の一定倍を送る場合。圧力検出機構５のスイッチ部に更に下限に設定された，下限２を設け、混合流路の圧力が圧力検出機構５の下限２以下の場合は一定量の模擬流量信号を調節計３に与え、圧力検出機構５の下限１以下で圧力検出機構５の下限２以上の時は、混合流体用流量計４の信号の一定倍の信号を調節計３に与え、圧力が設定範囲にある時は、混合流体用流量計４の信号直接、調節計３に与え圧力が上限を越えた時は一倍以下の信号を調節計３に与える事で、制御の応答を早める事ができる。但し定数の選び形、方策によっては、制御回路自身が一種の発振を起こす事となり、配管容量やガス体等に於いては圧縮性を考えた応答速度との兼ね合いに注意する必要が有る。したがって、定量増加減方法にするか、定倍増加減方法するかは、制御回路の応答特性と配管容量やガスの圧縮性がもたらす応答特性により使い分ける事となる。（増加量や、倍率の設定は、各々の回路の応答速度による。）
【００１２】
図２の場合は、合流部直後に圧力調整器を持たず、末端の使用側に流量自動調整装置、圧力調整装置を有する場合を想定している。この場合、末端の使用側に流量自動調整装置または圧力調整装置を持たないと使用箇所は一か所に限られる。もし混合流体を多岐に別けて使用する場合は、緩衝的意味合いも含め流量自動調整装置または圧力調整装置が必要となる。
【００１３】
ガス体において、体積流量を測定するような混合ガス流量計を使用すると、圧力温度の自動補正を行わない限り、混合流体用流量計４には追従制御するものの、真の値は、流量計１，１ｂの取付け位置の圧力変動に左右される。この場合、方法として熱線式気体質量流量計またはこれに類する、質量流量計の採用が望ましい。
【００１４】
請求項３に記載された発明にあっては、本請求項１，２，３，の様に工業用計器、調節計、自動弁等を用い制御した場合、当然応答遅れが生じる、この場合の対処として、気体の圧縮を利用した緩衝動作により、流量制御による応答遅れを緩和した。
【００１５】
請求項４に記載された発明にあっては、請求項３にあって、ガス体の圧縮効果に、依存して、緩衝用タンクを用いたが、液体においては、圧縮係数は小さくこれを期待できない為、タンクの一部に隔膜を使用し、その膜を隔てた気体の圧縮性を応用した、緩衝用タンクが有用である。
【００１６】
請求項５に記載された発明にあっては、請求項１，２において同一管路に流れる、流量は、管路のどの位置で測定しても、同じ事であることに従った。
【００１７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな如く、従来の流量計、圧力調整弁、調節計等よる、単純な定値、定量制御的な混合流体の供給装置ではなく、逐次、使用流量の変動に自動的に対応し、且つ決められた濃度の混合流体の供給が可能な流体の混合装置が可能となった。
【００１８】
【図面の簡単な説明】
【図１】混合流体用流量計と圧力調整弁との間に、混合流体の圧力を保っ為の、圧力検出機構を付設した混合装置。
【図２】混合流体用の後流部に、末端部に必要な供給圧力を保持するべく、圧力変換機構を付設した混合装置。
【図３】従来の混合装置
【符号の説明】
１・１ｂ ……流量計
２・２ｂ ……自動弁
３・３ｂ ……調節計
４ ……混合流体用流量計
５ ……混合流体の圧力変換機構（圧力スイッチ）
６ ……圧力調整弁
７ ……比率設定器
８ ……演算部
９ ……合流部
１０ ……混合流路
１１ ……手動遮断弁
１２・１２ｂ……圧力変換機構（圧力スイッチ）
１３・１３ｂ……遮断弁
１４・１４ｂ……手動弁

Claims (2)

1. 複数種類の流体の供給源に接続された複数の流路と、上記複数の流路が接合されて流出口へ接続される混合流路とを有し、
   上記複数の流路に夫々配設され複数種類の流体の供給流量を個別に計測しうる流量計と、上記複数の流路に夫々配設され各流体の供給流量を制御しうる自動弁と、上記複数の流体の混合比率を任意に設定しうる比率設定器と、上記複数の流路に夫々配設され、上記比率設定器において設定された混合比率に基づき上記自動弁の作動を制御しうる調節計とを有し、複数の流体を所定の混合比率で混合して流出口へ連続して混合流体を供給する流体混合装置であって、
   上記混合流路には、混合流体の流量を計測し、計測値を出力しうる混合流体用流量計と、
   上限値と下限値とを有し、上記混合流体の圧力を計測して上限値及び下限値と異なる場合にはその旨の信号を出力しうる圧力スイッチ手段と、
   上記混合流体用流量計の出力と上記圧力スイッチ手段の出力に基づき上記調整計を制御しうる演算部とを備え、
   上記演算部は、混合流体の圧力が下限値以下の場合には混合流体用流量計の出力信号に一定値を加算した信号を上記調節計に出力し、圧力が下限と上限の間にある場合には混合流体用流量計の出力信号と同じ信号を上記調節計に出力し、圧力が上限を越えた場合には混合流体用流量計の信号の値から一定値減算した信号を上記調節計に出力するように構成されていることを特徴とする流体混合装置。
2. 上記混合流路には、圧力調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の流体混合装置。

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