JP4033925B2

JP4033925B2 - 混合ガス供給装置

Info

Publication number: JP4033925B2
Application number: JP08151596A
Authority: JP
Inventors: 英俊太田; 直子竹内
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JPH09271657A

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を製造して供給する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数種類の単一成分ガスを所定の割合で混合した混合ガスとして、例えば、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が病院で用いられており、複数の特殊な成分を含む雰囲気ガスが、溶接や浸炭等の金属処理に用いられている。
【０００３】
図８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一例を示すもので、酸素を供給する第１原料ガス供給系１と、窒素を供給する第２原料ガス供給系２とを備えている。両供給系１，２には、圧力調整弁３ａ，３ｂ、遮断弁４ａ，４ｂ、ニードル弁５ａ，５ｂがそれぞれ設けられており、両供給系１，２が合流するガス合流部６から下流の混合ガス供給系７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８と、該バッファータンク８内のガス（合成空気）を使用先に供給する供給遮断弁９とが設けられている。
【０００４】
第１原料ガス供給系１からの酸素と、第２原料ガス供給系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、ニードル弁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、混合ガス供給系７のバッファータンク８に蓄圧された後、供給遮断弁９を介して混合ガス供給系７ａから使用先に供給される。
【０００５】
また、前記バッファータンク８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、下限圧力よりタンク内の圧力が低くなると、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８内に蓄圧するように形成されている。
【０００６】
このように、通常の使用時には、バッファータンク８内の圧力に応じて遮断弁４ａ，４ｂが自動的に開閉し、所定の混合比率の合成空気を所定圧力で供給するように形成されているが、何らかの異常事態により、例えば、圧力調整弁や遮断弁等の機器の経年劣化により、一方のガスの供給量が変化すると、合成空気の酸素濃度が所定の管理範囲から外れてしまうおそれがある。
【０００７】
このため、従来の合成空気供給装置では、バッファータンク８から使用先に供給する合成空気の酸素濃度を分析計（Ａ）１１で測定し、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９を閉じ、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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来装置では、バッファータンク８より下流側の合成空気の酸素濃度を測定しているため、酸素濃度に異常があったときには、バッファータンク８内の合成空気全体が既に不良品になっており、これを合成空気として使用することができなくなっている。このため、バッファータンク８の下流側に供給遮断弁９を設ける必要があるだけでなく、酸素濃度に異常が発生した場合には、バッファータンク８内のガス（合成空気不良品）を全てブロー弁１２から外部に放出しなければならず、相当量の酸素や窒素が無駄に廃棄されることになる。
【０００９】
また、通常、この種の装置には、濃度異常等の異常事態発生に備えるため、前記供給遮断弁９以降の混合ガス供給系７ａに、略同じ構成を有する予備系統（図示せず）を、上記本系統とは別に設けてはいるが、本系統に異常が発生したときには、本系統からの合成空気の供給が瞬時に止まってしまうため、予備系統に極短時間で切換えなければならなかった。
【００１０】
さらに、機器の修理等が完了した場合も、バッファータンク８内のガスが全て放出されているため、タンク内への蓄圧を内圧ゼロから始めなければならず、通常運転の状態まで回復するのに長時間を要していた。
【００１１】
そこで本発明は、混合ガスの組成に異常が発生したときには、直ちに混合ガスの製造を中止できるとともに、バッファータンク内の混合ガスはそのまま継続して使用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。
【００１２】
【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系からの複数の原料ガスをガス合流部で合流させて混合ガスとし、該混合ガスをバッファータンクに蓄圧した後に使用先に供給するとともに、前記バッファータンク内の圧力を圧力計で検出し、検出した圧力に応じて圧力計からの信号で前記遮断弁を開閉することにより、前記混合ガスを間欠的にバッファータンクに蓄圧するように構成した混合ガス供給装置において、前記ガス合流部とバッファータンクとの間に、混合ガスの組成を分析する分析計を設け、該分析計からの信号によって前記複数の原料ガス供給系の各遮断弁を閉塞可能に構成するとともに、前記遮断弁が前記圧力計からの信号によって閉じているときに、前記分析計による遮断弁の閉塞作動を切離す切換手段を備えていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面を参照してさらに詳細に説明する。図１は、混合ガス供給装置の第１参考例を示すもので、前記従来例と同様の合成空気供給装置に適用した例を示している。なお、以下の説明において、前記従来例と同一要素のものには同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００１５】
この合成空気供給装置は、従来と同様の、圧力調整弁３ａ，３ｂ、遮断弁４ａ，４ｂ及び流量調整弁であるニードル弁５ａ，５ｂをそれぞれ有する第１原料ガス（酸素）供給系１及び第２原料ガス（窒素）供給系２と、両供給系１，２の２種類のガス（酸素と窒素）が合流するガス合流部６の下流の混合ガス供給系７に設けられたバッファータンク８とを有するとともに、バッファータンク８内の圧力に応じて遮断弁４ａ，４ｂを開閉する圧力計１０と、バッファータンク８に流入する前の混合ガス（合成空気）の組成を分析して組成に異常が生じた際に遮断弁４ａ，４ｂを閉じる分析計（酸素濃度計）２０とを備えている。
【００１６】
すなわち、第１参考例においても、第１原料ガス供給系１からの酸素と、第２原料ガス供給系２からの窒素とは、それぞれ圧力調整弁３ａ，３ｂで二次側の圧力が略同等になるように調整され、ニードル弁５ａ，５ｂで所定の混合比率が得られる流量に調整された後、ガス合流部６で合流して所定の酸素濃度、例えば酸素２２％、窒素７８％の合成空気となる。生成した合成空気は、混合ガス供給系７の途中で分析計２０により酸素濃度を測定された後、バッファータンク８に蓄圧され、所要量が混合ガス供給系７ａから使用先に供給される。なお、ブロー弁１２は、機器のメンテナンス等の際に必要に応じてガスを放出するために用いられる。
【００１７】
通常の使用時には、前記同様に、圧力計１０で測定したバッファータンク８内の圧力変化に応じて遮断弁４ａ，４ｂが自動的に開閉し、合成空気の製造が間欠的に行われる。
【００１８】
そして、分析計２０で測定した合成空気の酸素濃度に異常が発生した場合は、該分析計２０からの信号により両供給系１，２の遮断弁４ａ，４ｂが遮断され、合成空気の製造が中止される。
【００１９】
このように、バッファータンク８に流入する前の混合ガス供給系７に分析計２０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は、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８内に流入して蓄圧されることを防止できる。
【００２０】
したがって、バッファータンク８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い。これにより、バッファータンク８の下流の遮断弁が不要になるだけでなく、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。
【００２１】
さらに、機器の修理等が完了して運転を再開した際に、バッファータンク８内に合成空気が残留していれば、バッファータンク８への蓄圧も、内圧ゼロから開始するのに比べて短時間で行うことができ、通常運転に復帰するまでの時間を短縮することができる。
【００２２】
なお、分析計２０による遮断弁４ａ，４ｂの遮断は、自動的に行ってもよいが、濃度異常の際に分析計２０から警報を発生させ、これによって手動で遮断弁４ａ，４ｂを閉じるようにしてもよい。
【００２３】
ここで、第１参考例においては、圧力計１０からの信号によって遮断弁４ａ，４ｂが閉じている状態でバッファータンク８内の合成空気が消費され、バッファータンク８内の圧力が低下すると、これに伴って混合ガス供給系７の圧力も低下し、遮断弁４ａ，４ｂとガス合流部６との間の配管に残留している両供給系１，２の酸素と窒素とがガス合流部６を経て混合ガス供給系７内に流入してくる。このとき、配管の容積等によっては、分析計２０のガス採取位置における酸素濃度が変化し、分析計２０から濃度異常信号が出力されることが考えられる。このように分析計２０から遮断弁４ａ，４ｂを閉じる信号が出力されると、圧力計１０から遮断弁４ａ，４ｂを開く信号が出ても遮断弁４ａ，４ｂが分析計２０からの信号で閉じられたままの状態になってしまうという問題がある。
【００２４】
図２は、本発明の一形態例を示すもので、前記圧力計１０から遮断弁４ａ，４ｂを閉じる信号が出ているときには、前記分析計２０から遮断弁４ａ，４ｂに至る信号経路を切離すための切換手段であるスイッチ２１を設けた例を示している。
【００２５】
これにより、圧力計１０からの信号で遮断弁４ａ，４ｂが閉じている際には、スイッチ２１が開いているため、分析計２０から異常信号が出力されても遮断弁４ａ，４ｂに伝達されず、圧力計１０から遮断弁４ａ，４ｂを開く信号が出力されたときには、分析計２０の信号の種類にかかわらず、遮断弁４ａ，４ｂを開いて合成空気の製造運転を再開することができる。そして、運転再開後にも酸素濃度の異常を分析計２０が検出した場合は、分析計２０からの信号で遮断弁４ａ，４ｂが遮断され、この場合は、分析計２０の信号が優先して圧力計１０から遮断弁４ａ，４ｂを開く信号が出力されても遮断弁４ａ，４ｂを閉じ状態に保持するように形成されている。
【００２６】
図３は、第２参考例を示すもので、ガス合流部６と分析計２０のガス採取位置との間に、補助タンク２２を設けた例を示している。
【００２７】
これにより、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、補助タンク２２でその濃度変化を緩和することができ、補助タンク２２の容積を適当に設定することにより、分析計２０のガス採取位置に流れ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、分析計２０から濃度異常信号が出ることを防止できる。
【００２８】
なお、上記一形態例及び第２参考例では、圧力計１０からの信号で遮断弁４ａ，４ｂが閉じたときに酸素濃度が異なる合成空気が生成することになるが、その量は極僅かであり、バッファータンク８で通常運転時に蓄圧した所定濃度の大量の合成空気と混合されるので、使用先に供給する合成空気の酸素濃度に悪影響を与えることはほとんどない。
【００２９】
図４及び図５は、前述の問題に対して、遮断弁４ａ，４ｂが閉じているときでも、ガス合流部６での酸素と窒素との混合比率を所定の混合比率にできるように形成した参考例を示している。すなわち、図４に示す第３参考例では、両供給系１，２における遮断弁４ａ，４ｂからガス合流部６に至る配管１ａ，２ａの長さを変えたり、径を変えたりして、両配管１ａ，２ａの容積比率を、合成空気における酸素と窒素との混合比率に対応させるようにしている。
【００３０】
例えば、前述のように酸素２２％、窒素７８％の合成空気を製造する場合は、配管１ａと配管２ａとの容積比を２２：７８にすることにより、遮断弁４ａ，４ｂが閉じているときに配管１ａと配管２ａとから酸素と窒素とがそれぞれガス合流部６を介して混合ガス供給系７に流入しても、酸素及び窒素は、配管１ａと配管２ａとの容積比に応じて流れてくるので、混合ガス供給系７における酸素濃度を略２２％に保つことができる。
【００３１】
すなわち、配管１ａと配管２ａとの容積比が１：１の場合は、ガス合流部６で合流したときの酸素濃度は約５０％になるが、配管１ａと配管２ａとの容積比を２２：７８に設定することにより、合流後のガスの酸素濃度を約２２％にすることができる。
【００３２】
また、図５に示す第４参考例では、混合比率が高い方の配管、この場合は窒素側の配管２ａに適当な容積の補助タンク２３を設けることにより、遮断弁４ａ，４ｂとガス合流部６との間の両配管１ａ，２ａの容積比率を酸素と窒素との混合比率に対応させるようにしたものである。
【００３３】
なお、３種類以上、ｎ種類のガスを混合して所定の混合比率の混合ガスを製造する場合、混合ガスにおけるｎ種類のガスの組成割合が「Ｃ１：Ｃ２：……：Ｃｎ」のときには、各ガスの供給系における遮断弁とガス合流部との間のそれぞれの容積Ｑ１，Ｑ２，……，Ｑｎの関係を、Ｑ１：Ｑ２：……：Ｑｎ＝Ｃ１：Ｃ２：……：Ｃｎとなるように設定すればよい。
【００３４】
また、各配管に設ける補助タンク２３の容積を変更可能にすることにより、例えば補助タンク２３をシリンダーで形成してピストン位置を変えることにより、各配管の容積比率を任意の混合比率に対応させることが可能となる。
【００３５】
なお、上記形態例及び参考例において、各種機器は、その目的に応じて任意の構造のものを使用することが可能であり、例えば、前記圧力調整弁には、二次側圧力を一定に保持できるものであれば、自力式，他力式等の任意の圧力制御手段を用いることができる。また、遮断弁としても、流路を急速に開放・閉塞できるものであれば任意の形式の弁を用いることができ、一つの原料ガス供給系の任意の位置に２個の遮断弁を設け、圧力計の信号でその一方の弁を開閉し、分析計の信号で他方の弁又は両方の弁を閉じるようにしてもよい。さらに、流量調整弁には、上記ニードル弁以外のものも使用でき、流量調整弁は、流体に所定の抵抗を与える抵抗体の一種であるから、圧力や混合比率が決まっている場合には、オリフィスや細管等を用いることもできる。また、ガス合流部の下流側に、合流したガスを確実に混合させるための混合器を設けてもよい。
【００３６】
さらに、図６の第５参考例に示すように、前記遮断弁を各原料ガス供給系１，２にそれぞれ設けるのに代えて、ガス合流部６より下流の混合ガス供給系７に１個だけ遮断弁４を設けるようにしてもよい。
【００３７】
但し、この場合は、ガス合流部６を介して原料ガス供給系１，２が連通した状態になるので、原料ガス供給系１，２の原料ガス源の圧力（圧力調整弁３ａ，３ｂの一次側圧力）が異なる場合、圧力調整弁３ａ，３ｂに不具合が発生すると、遮断弁４が閉じているときに、一方の原料ガス供給系のガスが、ニードル弁５ａ，５ｂ及びガス混合部６を経て他方の原料ガス供給系に流入するおそれがある。
【００３８】
例えば、原料ガス供給系１の原料ガス源の圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ²で、原料ガス供給系２の原料ガス源の圧力が５０ｋｇｆ／ｃｍ²であって、圧力調整弁３ａ，３ｂの二次側設定圧力が７ｋｇｆ／ｃｍ²の場合、原料ガス供給系２の圧力調整弁３ｂに不具合を生じて弁座の閉め切りが不十分になると、該圧力調整弁３ｂを通過して圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ²ガスが弁二次側に流れ、二次側圧力が次第に上昇する。そして、この状態が長く続いて二次側圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ²を超えると、圧力調整弁３ａを逆流して原料ガス供給系２のガス、例えば窒素が原料ガス供給系１のガス、例えば酸素の原料ガス源側に流入することになる。そして、原料ガス供給系１から他の使用用途の配管１ｂが分岐している場合は、この分岐するガスに他のガスが混入してしまうこともある。
【００３９】
したがって、第５参考例は、各原料ガス源の圧力が略同一の場合や、圧力調整弁３ａ，３ｂの信頼性が極めて高い場合、あるいは原料ガス供給系に逆止弁を有する場合に特に有効である。
【００４０】
また、図７の第６参考例に示すように、ニードル弁５の下流に遮断弁４を設けることもできる。この場合、遮断弁４が閉じたときにニードル弁５の一次側と二次側とが圧力調整弁３で設定した圧力になるため、応答性が低下するおそれがある。
【００４１】
すなわち、ニードル弁５の上流に遮断弁４を設けた場合は、遮断弁４が閉じたときにニードル弁５の一次側と二次側とがガス合流部６側の圧力と同一となり、遮断弁４が開いたときにニードル弁５の一次側が直ちに圧力調整弁３で設定した圧力となって所定流量のガスの供給が円滑に行われるのに対し、本形態例のように、ニードル弁５の一次側と二次側とが圧力調整弁３で設定した圧力になっている場合は、遮断弁４が開いた後、ニードル弁５の二次側がガス合流部６側の圧力に下がるまでの間は、通常時よりも流量が少ない状態になり、混合状態が悪化することがある。
【００４２】
但し、第６参考例では、遮断弁４とガス合流部６との間の容積を小さくできるので、前述の遮断弁４が閉じたときの濃度異常ガスの発生量を少なくすることができる。
【００４８】
【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、製造した混合ガスの組成に異常が発生した場合に、直ちに混合ガスの製造を停止させることができるとともに、バッファータンクに蓄圧した混合ガスをそのまま使用できるので、原料ガスの無駄が無くなる。また、異常発生時にも、バッファータンク内の混合ガスを使用できるので、異常に対する対処も余裕をもって行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】混合ガス供給装置の第１参考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を示す系統図である。
【図３】混合ガス供給装置の第２参考例を示す要部の系統図である。
【図４】同じく第３参考例を示す要部の系統図である。
【図５】同じく第４参考例を示す要部の系統図である。
【図６】同じく第５参考例を示す要部の系統図である。
【図７】同じく第６参考例を示す要部の系統図である。
【図８】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原料ガス供給系、２…第２原料ガス供給系、３ａ，３ｂ…圧力調整弁、４ａ，４ｂ…遮断弁、５ａ，５ｂ…ニードル弁、６…ガス合流部、７…混合ガス供給系、８…バッファータンク、１０…圧力計、２０…分析計、２１…スイッチ

Claims

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系からの複数の原料ガスをガス合流部で合流させて混合ガスとし、該混合ガスをバッファータンクに蓄圧した後に使用先に供給するとともに、前記バッファータンク内の圧力を圧力計で検出し、検出した圧力に応じて圧力計からの信号で前記遮断弁を開閉することにより、前記混合ガスを間欠的にバッファータンクに蓄圧するように構成した混合ガス供給装置において、前記ガス合流部とバッファータンクとの間に、混合ガスの組成を分析する分析計を設け、該分析計からの信号によって前記複数の原料ガス供給系の各遮断弁を閉塞可能に構成するとともに、前記遮断弁が前記圧力計からの信号によって閉じているときに、前記分析計による遮断弁の閉塞作動を切離す切換手段を備えていることを特徴とする混合ガス供給装置。