JP4526900B2 - 圧力調整器 - Google Patents
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Description
この圧力調整器50では、ベローズ56はチャンバー52内の圧力と圧力調整室55内に設定される圧力に見合った量だけ伸縮する。さらにベローズ56が伸縮すると、それに伴って該ベローズ56に直結されたポペット58も紙面左右方向の移動することができる。
次に、この状態で出口54側のガスを流すとチャンバー52内の圧力が低下して、ベローズ56は膨張する。
ベローズ56が膨張すると該ベローズ56に直結されたポペット58は紙面左方向に移動して、ポペット58の先端部58aがハウジング51の弁座部51aから離れるのでガス流路59が形成される。
ベローズ56が収縮すると、それに伴って該ベローズ56に直結されたポペット58は紙面右方向に移動して、ポペット58の先端部58aがハウジング51の弁座部51aに嵌り込み、弁座部51aが閉塞状態になる。
このようにして弁座部51aの開閉を繰り返すことにより、入口53から入った高圧ガスは減圧されて出口54を通して供給される。
入口73から供給された高圧ガスは、1次圧力調整器71で減圧されて連結管75を通して2次圧力調整器72に入り、所定の圧力まで減圧されて出口74から所望の行程に供給される。図中P1,P2,P3はそれぞれ圧力計であり、76は安全弁である。
このため圧力調整器50を使用中に周囲に環境温度が変化すると、この圧力調整室55内の気体が膨張・収縮してベローズ56の膨張・収縮量は可動圧力調整部材57の設定圧力のより定められた量からずれてしまう。従って正確な減圧圧力を得ることが困難となる問題がある。
また、図10に示す圧力調整器70では高圧ガスの入口73に対して横方向に長く、ガス流路を連結管75で接続する構造であるため、ますます横方向に長く大型の圧力調整器のなってしまい、各種製造工程に組み込むためには特別な部品を準備しなければならないという欠点があった。
また、本発明の圧力調整器では、前記ダイヤフラムプレートとキャップとで囲まれて内部にロードスプリングを有する調整バネ室内が真空に維持されているので、使用中に周囲に環境温度が変化しても、調整バネ室内には膨張・収縮する気体が無いので、ダイヤフラムの膨張・収縮量は可動圧力調整部材によって定められた設定圧力によって正確に規制されるので、正確な減圧圧力を得ることができる。また、減圧調整器が、コンパクトとなる。
また、前記流量調整機構は、前記ダイヤフラムにステイを介して連結された一端が円錐状の先端部を有するポペットを具備し、該ステイは弁座シートの中心部に設けられたロート状の弁座部を貫通しており、前記ダイヤフラムの膨張・収縮に伴ってポペット4も移動して、前記ポペットの先端部が弁座部に嵌合・解放することにより、高圧ガスが弁座シートを通過・停止可能となるように構成することが好ましい。
任意の広範囲な流量に対して安定した低ガス圧力を得るためである。
まず、本発明で使用するダイヤフラム式圧力調整器の作動原理を図を使用して説明する。
図5ないし図8は、ダイヤフラム式圧力調整器の一連の作動原理を説明する図である。 図5はダイヤフラム式圧力調整器40の構造を示す図であって、高圧ガス入口44と低圧ガス出口47を有するハウジング41に、頂部にキャップ状の押しネジ43を備えたキャップ42が嵌合させてある。ハウジング41の内部には、高圧ガス入口44から通じる1次室45と低圧ガス出口47に通じる2次室46があり、さらにハウジング41の中央部には、スリーブ49がねじ込んである。スリーブ49には第1の窪み25と第2の窪み26が設けてあり、第1の窪み25は前記1次室45とつながり、第2の窪み26は前記2次室46とつながっている。第1の窪み25と第2の窪み26との間は狭くなっていてガス通路34を形成し、先端に弁座27が設けられている。
スリーブ49の第1の窪み25内には、小スプリング28に支持されたポペット29があり、第2の窪み26内にはダイヤフラム35に接合されたステム36が挿入されており、該ステム36と前記ポペット29とはガス通路34を貫通したステイ37を介して連結されている。
ダイヤフラム35が2次室46側に押し下げられると、ダイヤフラム35に連結してあるステム36とポペット29が連動して小スプリング28に抗して紙面下方に移動するので、ポペット29ば弁座27から離れてスリーブ49の弁座27を解放してガス通路34が貫通する。
ガス通路34が貫通すると高圧ガス入口44から入った高圧ガスは、1次室45からガス通路34を通って2次室46に入り、ダイヤフラム35を紙面上方に押し上げる。
図7は、2次室46の圧力が上がり、ダイヤフラム35を押し上げる力がロードスプリング9の圧縮力と釣り合って、弁座27にポペット29がおしつけられて1次室45から2次室46へのガスの流れが停止して2次室の圧力が安定した状態を示している。
このようにダイヤフラム35と連動するポペット29の働きに依って、低圧ガス出口47側のガス圧力は、ガスの流量にかかわらず設定値通りの安定した圧力を示すものとなる。
図1に、本発明の圧力調整器の断面構造を示す。また、図2には図1に示す本発明の圧力調整器1の第1段減圧装置の断面構造を拡大して示す。
本発明の圧力調整器1は、ダイヤフラム7を使用した直動式の第1段減圧装置2と第2段減圧装置3を直列に結合した二段式の圧力調整器であって、該第1段減圧装置2及び第2段減圧装置3はそれぞれダイヤフラム7,7とロードスプリング9,9からなる可動圧力調整機構21,31と、ポペット4,4と弁座シート5,5からなる流体の流れを選択的に調整するための流量調整機構22,32とを備えている。
そして本発明の圧力調整器1の前記第1段減圧装置2の高圧ガスの入口6から導入された高圧ガスは、前記第1段減圧装置2の可動圧力調整機構21によって制御された流量調整機構22を通して所定の圧力まで減圧された後、前記第2段減圧装置3に導入され、さらに前記第2段減圧装置3の可動圧力調整機構31によって制御された流量調整機構32を通して所定の圧力まで減圧されて、前記第2段減圧装置3の低圧ガスの出口33より排出されるように構成されている。
このように2段の減圧装置を直列に結合させることにより、より小型にしかも細い直線状にした圧力調整器とすることができる。
第1段減圧装置2と第2段減圧装置3の作動機構は同じなので、以下に第1段減圧装置2を中心にして説明する。
また、同様に、第2のハウジング24内に第2段減圧装置2が収納されている。
キャップ12には凹部16が形成されており、この凹部16の内部にダイヤフラムプレート8、ロードスプリング9及びスプリングボトム10が収納されていて、ロードスプリング9が伸縮可能になっている。
調整バネ室18の内部を真空にするには、組み立て時に真空に排気した後密封すればよい。
このように構成することにより、高圧ガスの流路がポペット4内部に確保できるので、装置を直線状に細く構成することができる。
ポペット4内部を通過した高圧ガスは前記流量調整機構22で減圧された後、前記ダイヤフラム7の表面に沿って形成された空間23を通って前記減圧ガスの流路30を流れていく。
減圧されたガスの流路をこのように確保することにより、装置全体を細く直線的に構成することができるので、よりコンパクトな形状の圧力調整器となり、特に第1のハウジング14及び第2のハウジング24を外形21mmとして構成すれば、一般に広く使用されている規格品である穴径22mmの一般工業用容器内にも組み込み可能な圧力調整器となる。
図2は、低圧ガスの使用を停止して減圧されたガスの流れを止め、ポペット4の先端部4aが弁座5aを閉塞させた状態でロードスプリング9の押圧が調整されて均衡を保っている場合を示している。
次に、低圧ガスの使用を開始して減圧されたガスの流れが生じると、図3に示すようにダイヤフラム7の紙面左側の空間23の圧力が低下するので、ダイヤフラム7は矢印で示すように紙面左側に向かって変位する。
ダイヤフラム7が変位するのに伴ってダイヤフラム7に連結されているポペット4も矢印で示すように紙面左側に向かって変位して、ポペット4の先端部4aは弁座5aから離反する。すると弁座部分にガス流路20が形成され、ポペット4から排出されたガスは弁座5aを通過して、ダイヤフラム7と端末キャップ13との間に形成された狭い空間を流れ、図3に示す矢印に沿ってキャップ12とハウジング14の間に形成された減圧ガスの流路30を流れて行く。
第2段減圧装置3では所定の低圧まで減圧された後、第2の減圧ガスの流路30を流れて低圧ガスの出口33から排出されている。
図1に示すように第2段減圧装置3では中程度に減圧されたガスが引き続き第2のポペット4に導入され、可動圧力調整機構31及び流量調整機構32でさらに減圧されて、第2のハウジング24の一端に設けられた低圧ガスの出口33から排出されている。
図4は、図1に示した圧力調整器1を使用して、第1段減圧装置2の高圧ガス入口6に3.7MPaの高圧窒素ガスを減圧した場合の、第2段減圧装置3の低圧ガス出口33の圧力を示したものである。ここで、第1段減圧装置2での減圧圧力は0.6〜0.8MPaに設定した。
図に示すように流通開始直後には急激に圧力が低下するものの、流量が1NL/minを越える頃から流量が4NL/min迄は圧力がほぼ安定し、ガス流量の精密制御に充分耐えうるものであった。
本発明の圧力調整器においては、ダイヤフラムとして厚さ50μmのものを使用することで、大気圧から負圧に至るまでの範囲で圧力を精密に制御することができる。
Claims (3)
- ダイヤフラムを使用した直動式の第1段減圧装置と第2段減圧装置を直列に結合した二段式の圧力調整器であって、高圧ガスの入口を有する円盤状の端末キャップに円筒状の第1のハウジングを嵌合させて接続し、さらに該第1のハウジングの他端に減圧ガスの出口を有する円筒状の第2のハウジングを嵌合させて接続したものであって、
前記第1のハウジング内に収納された第1段減圧装置及び前記第2のハウジング内に収納された第2段減圧装置は、
ダイヤフラムとロードスプリングからなり、前記ダイヤフラムとキャップとで囲まれた調整バネ室内に前記ロードスプリングを有する可動圧力調整機構と、
ポペットと弁座シートからなる流体の流れを選択的に調整するための流量調整機構とを備えるとともに、
前記調整バネ室内は、周囲の温度変化による前記調整バネ室内の気体の体積変化が前記ダイヤフラムの変位量に影響を及ぼすことがないように真空に維持し、前記第1段減圧装置2の高圧ガス入口から導入された高圧ガスが前記第1段減圧装置の可動圧力調整機構によって制御された流量調整機構を通して所定の圧力まで減圧された後、前記第1段減圧装置の前記キャップと第1のハウジングの間を通って前記第2段減圧装置に導入され、前記第2段減圧装置の可動圧力調整機構によって制御された流量調整機構を通して所定の圧力まで減圧されて、前記第2段減圧装置のキャップと第2のハウジングの間を通って前記第2段減圧装置の低圧ガス出口より排出されるように構成されてなることを特徴とする圧力調整器。 - 前記可動圧力調整機構は、キャップの開口端にダイヤフラムを取付け、該ダイヤフラムの背面にダイヤフラムプレートを介してロードスプリングを配置して、該ロードスプリングの他端をスプリングボトムで抑え、さらに前記キャップの他端中心部にねじ込んだアジャスティングスクリューを前記スプリングボトムに当接させ、該アジャスティングスクリューを回転させることによりロードスプリングを伸縮させて、前記ダイヤフラムが膨張・収縮する変位量を調整可能に構成されてなることを特徴とする請求項1に記載の圧力調整器。
- 前記流量調整機構は、前記ダイヤフラムにステイを介して連結された一端が円錐状の先端部を有するポペットを具備し、該ステイは弁座シート5中心部に設けられたロート状の弁座部を貫通しており、前記ダイヤフラムの膨張・収縮に伴ってポペットも移動して、前記ポペットの先端部が弁座部に嵌合・解放することにより、高圧ガスが弁座シート5通過・停止可能となるように構成されてなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧力調整器。
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