JP5190787B2 - キャリアガス用減圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、キャリアガス用減圧弁に関し、詳しくはガスクロマトグラフに用いられるキャリアガス用減圧弁においてダイアフラムの亀裂により生じるキャリアガスの漏出状態を検出する手段を備えたキャリアガス用減圧弁に関する。

ガスクロマトグラフは、種々の有機化合物から構成される液体や気体を分析するときに有用な装置であり、分析する液体中に溶解している複数の物質を分離し、加えてその量を各々検出できるので、定性分析と定量分析が同時にできる。
このようなガスクロマトグラフは、分析対象の溶液を加熱して気体にしてこれをキャリアガスにより構造の異なる化合物を分離するカラム（固定層）を通過することにより分離され、カラムの出口に配置されている検出器によって、その各々の分量が計測される。
このような構成からなるガスクロマトグラフは、ガス状態の分析対象物を運ぶキャリアガスの流量、流速、圧力などの状態が分析をする度に変化していると、この分析によって得られた結果は再現性の低いものとなる。
このキャリアガスの状態を一定に保つキャリアガス圧力調整系は、キャリアガス用減圧弁とそれを調整する減圧弁調整系とから構成されている。

キャリアガス用減圧弁１１は、図７に示すように、キャリアガス供給流路１２を介してキャリアガスＣＧを流入する一次圧室１３と、一次圧室１３からのキャリアガスをパイロットユニット１４の開閉によって調整され、キャリアガス排出流路１５に連通している二次圧室１６と、二次圧室１６と背圧室１７を仕切るダイアフラム１８と、ダイアフラム１８に連動して動く第１の圧縮コイルばね１９及びダイアフラム１８に連結されているパイロットユニット１４の下部側に取り付けられている第２の圧縮コイルばね２０と、から大略構成されている。

そして、キャリアガス供給流路１２より送られてくるキャリアガスＣＧの圧力を所定圧Ｐｏに減圧する背圧室１７には一つの出入口２１を有し、この出入口２１はキャリアガス供給流路１２から分岐されキャリアガス排出流路１５に連通する背圧流路２２に分岐路２３を介して連通され、所謂、制御ガスが背圧室１７に流出入する構成になっている。
一方、背圧流路２２には分岐路２３を挟んでその上流側と下流側に位置する２つの電磁弁２４、２５が配置され、又、下流側電磁弁２５の下流側には減圧弁の２次側圧力Ｐｏを検出する圧力センサ２６が設けられている。

このような構成において、キャリアガスＣＧはキャリアガス供給流路１２を経て減圧弁１１の一次圧室１３側に一次側圧力Ｐｓとして送られるとともに、上流側電磁弁２４を開くと、背圧流路２２〜分岐路２３を通って背圧室１７にも背圧Ｐｎの制御ガスとして送られ、この背圧Ｐｎを、一次側圧力Ｐｓと第１の圧縮コイルばね１９及び第２の圧縮コイルばね２０のばね圧の和と対応させている。そして背圧Ｐｎは下流側電磁弁２５を開くと低下する。

２８は減圧弁１１を駆動してキャリアガス流量を任意の設定値に制御するためのキャリアガス流量コントローラで、圧力センサ２６からの検出信号と図示しないマイクロコンピュータからのキャリアガス流量設定信号とを比較して、その比較結果に基づいて２つの電磁弁２４、２５を開閉制御し、二次圧室１６の二次側圧力Ｐｏが常に設定圧となるように制御される。

先ず、圧力センサ２６の検出信号がキャリアガス流量設定信号の下限値以下の場合、二次側圧力Ｐｏは設定圧力より低い。このとき。キャリアガス流量コントローラ２８からの信号によって上流側電磁弁２４を開く一方、下流側電磁弁２５を全閉状態に保持し、背圧室１７に供給されるキャリアガスＣＧ（制御ガス）の流量を増加させる。すると、背圧Ｐｎが増大し、ダイアフラム１８を第１の圧縮コイルばね１９及び第２の圧縮コイルばね２０に抗して下方に変位させ、パイロットユニット１４を開く方向に動かす。

従って、一次圧室１３へ供給されるキャリアガスＣＧの流量が増加し、二次圧室１６の二次側圧力Ｐｏを増大させる。二次側圧力Ｐｏが増加して設定圧力と一致すると、圧力センサ２６で検出する検出信号がキャリアガス流量設定信号の範囲内に入るため上流電磁弁２４を閉鎖する。
ここで、外乱等により二次側圧力Ｐｏが設定圧力より大きくなると、圧力センサ２６で検出する検出信号の値がキャリアガス流量設定信号の上限値を超えることになり、今度は下流側電磁弁２５を開いて背圧Ｐｎを下げる。
すると、その分だけダイアフラム１８が上方に変位してパイロットユニット１４が上方に動き閉まり、二次側圧力Ｐｏが設定圧と一致すると、下流側電磁弁２５を閉鎖する。

このように、上下を第１の圧縮コイルばね１９及び第２の圧縮コイルばね２０で支持されたダイアフラム１８が、二次側圧力Ｐｏが設定圧力になるように調整する役割を担うのであり、第１の圧縮コイルばね１９及び第２の圧縮コイルばね２０のばね力と二次側圧力Ｐｏが釣り合うようにダイアフラム１８が変位して、下部に連結されたパイロットユニット１４が開閉して一次側からのガス供給量を調節する。
特開平６−４１４３号公報

しかしながら、従来技術で説明した減圧弁においては、二次側に急激な圧力変動（圧力減少）が生じた場合、二次側圧力Ｐｏを設定圧に戻そうとしてパイロットユニットを開くためにダイアフラムは大きく変位する。その二次側の圧力変動が周期的で変動幅が大きい場合、ダイアフラムはボディ接触部分から繰り返し応力を受けて亀裂が生じる。亀裂からガスが漏れてガスの消費を招くという問題がある。

従って、上記問題点を解決するために、ガス漏れを根本的に解決するのではなく、ダイアフラムの亀裂によってガスの漏れが生じた場合、早期に、つまり亀裂が大きくなり漏れ量が供給量を上回って二次圧が低下する前に、異常を発見できる手段を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明のキャリアガス用減圧弁は、次に示す構成にした。

（１）キャリアガス用減圧弁は、
キャリアガス供給流路を介して、キャリアガスを流入する一次圧室と、
前記一次圧室に流入されたキャリアガスをパイロットユニットの開閉制御により制御され流入され、且つキャリアガス排出流路に排出する二次圧室と、
前記パイロットユニットに連結され、前記二次圧室と背圧室とを仕切る位置に配設され、前記背圧室への制御ガスの流出入で変動するダイアフラムと、
前記背圧室に大気と連通する通風孔を備え、該通風孔に前記ダイアフラムの亀裂により前記背圧室側に漏入するキャリアガスの状態を検出するキャリアガス漏入検知手段と、
を備え、
前記キャリアガス漏入検知手段は、前記通風孔に弾性体膜を取り付け、この弾性体膜の変化を光学的に検出する光検知手段である。

本発明においては、キャリアガスの流量を一定に調整するためのダイアフラムで仕切られた背圧室にダイアフラムの亀裂により生じる背圧室側へのキャリアガスの漏れ状態を検出する手段を設けたことにより、ダイアフラムの亀裂が小さい段階、即ち、ダイアフラムからの漏れ量が調整するキャリアガスの供給量よりも少ない段階でキャリアガスの漏出状態を検出することができ、亀裂が大きくなり漏れ量がキャリアガスの供給量を上回って二次圧が低下する前に異常を検知できるため信頼性を保持できるという効果がある。

次に、本願発明に係るキャリアガス用減圧弁の実施例について図面を参照して説明する。

本願発明のキャリアガス用減圧弁は、従来技術で説明したガスクロマトグラフで使用される減圧弁と同じであり、相違するのは、減圧弁を構成する背圧室に通風孔を備え、この通風孔にダイアフラムの亀裂で生じる背圧室へのキャリアガスの漏出を早期に検知する検知手段を備えたことである。
以下、従来技術と同じものには同一符号を付与して、本願発明のキャリアガス用減圧弁につき説明する。

本願発明に係るキャリアガス用減圧弁は、図１に示すように、キャリアガス供給流路１２を介してキャリアガスＣＧを流入する一次圧室１３と、一次圧室１３からのキャリアガスＣＧをパイロットユニット１４の開閉によって調整され、キャリアガス排出流路１５に連通している二次圧室１６と、二次圧室１６と制御ガスを流出入する背圧室１７とを仕切るダイアフラム１８と、ダイアフラム１８に連動して動く第１の圧縮コイルばね１９及びダイアフラム１８に連結されているパイロットユニット１４の下部側に取り付けられている第２の圧縮コイルばね２０と、背圧室１７に設けた大気と連通する通風孔３１と、この通風孔３１に弾性体膜３２を取り付け、ダイアフラム１８の亀裂により生じる背圧室１７の圧力の変動を弾性体膜３２の膨張変動を検出することでキャリアガスＣＧの漏出状態を検知するキャリアガス漏入検知手段とを備えた構成になっている。

そして、キャリアガス供給流路１２より送られてくるキャリアガスＣＧの圧力を所定圧Ｐｏに減圧する背圧室１７には一つの出入口２１を有し、この出入口２１はキャリアガス供給流路１２から分岐されキャリアガス排出流路１５に連通する背圧流路２２に分岐路２３を介して連通され、所謂、制御ガスが背圧室１７に流出入する構成になっている。
一方、背圧流路２２には分岐路２３を挟んでその上流側と下流側に位置する２つの電磁弁２４，２５が配置され、又、下流側電磁弁２５の下流側には減圧弁の２次側圧力Ｐｏを検出する圧力センサ２６が設けられている。

キャリアガス漏入検知手段は、上述したように背圧室１７に設けた通風孔３１に弾性体膜３２を取り付け、平常時はダイアフラム１８の振動により背圧室１７内にランダムに圧力変動が生じ、その変化に追従して弾性体膜３２もランダムに変化するが、ダイアフラム１８に亀裂が生じてキャリアガスＣＧが背圧室１７側に漏出すると、背圧室１７の圧力が高まり、弾性体膜３２は膨張する。この膨張状態を光の検出状態で検知する光検知手段がキャリアガス漏入検知手段である。

光検知手段は、図１に示すように、発光部及び受光部からなる発光部・受光部ユニット３３と、この発光部・受光部ユニット３３に接続され、弾性体膜３２の上部位置に配置された光ケーブルからなる受発光部３４から構成される。光検知手段は、受発光部３４から弾性体膜３２の表面に光を照射し、その照射した光の反射状態を受発光部３４で受光して、図示しない制御部で弾性体膜３２の膨張状態を検出する。

図２は、弾性体膜３２が膨張変化していないときに、弾性体膜３２の上部位置から光を照射した状態を示したものである。照射された光は略垂直方向に反射するため、受光強度は強い。
図３は、弾性体膜３２が膨張変化してはいるが、その膨張状態が許容範囲内であるときに、弾性体膜３２の上部位置から光を照射した状態を示したものである。照射された光は受発光部３４の受光面で略受光することができるため、受光強度は強い。
図４は、弾性体膜３２が膨張変化し、その膨張状態が許容範囲外であるときに、弾性体膜３２の上部位置から光を照射した状態を示したものである。照射された光は受発光部３４の受光面で受光できる光が少なくなり、受光強度は弱いものとなる。

このようにして、受発光部３４で受光した光信号の強弱により反射光の比を強度比とすると、図５に示すように、正常時（図２及び図３の状態）ならば弾性体膜３２がある程度の振幅内でランダムに振動するので強度比もそれに追従する。異常時（図４の状態）は弾性体膜３２の膨張に従い光が散乱するため反射光が散乱し強度比が小さくなる。この強度比に閾値を設けておけば異常を自動で検知できるのである。

異常状態が検知できれば、図６に示すように、ダイアフラム１８に亀裂が入りガスが漏れ出すと、その漏れを検知できるため、亀裂が小さい段階、即ち、漏れ量が供給量よりも少ない場合でも亀裂の発生を検知できるため、制御不能に陥る以前に亀裂状態を把握してしかるべく対処できる状態となる。

このようなキャリアガス漏入検知手段（実施例においては光検知手段）を備えた減圧弁においては、先ず、キャリアガスＣＧはキャリアガス供給流路１２を経て減圧弁１１の一次圧室１３側に一次側圧力Ｐｓとして送られると共に、上流側電磁弁２４を開くと、背圧流路２２〜分岐路２３を通って背圧室１７にも背圧Ｐｎの制御ガスとして送られ、この背圧Ｐｎを、一次側圧力Ｐｓと第１の圧縮コイルばね１９及び第２の圧縮コイルばね２０のばね圧の和と対応させてダイアフラム１８を下方向（開方向）に変位させる。
このとき、ダイアフラム１８に亀裂が生じているならば、ダイアフラム１８の亀裂によって背圧室１７にキャリアガスＣＧが流入することで背圧室１７の背圧Ｐｎが膨張し、弾性体膜３２が通常と比べて異常に膨張突出する（図４の状態）。この状態を光検知手段で検知することで、制御動作に影響を与えない初期段階でキャリアガスの調整状態の異常を検知することができる。

さて、キャリアガスＣＧの調整制御について説明すると、先ず、図１に示す、２８は減圧弁を駆動してキャリアガス流量を任意の設定値に制御するためのキャリアガス流量コントローラで、圧力センサ２６からの検出信号と図示しないマイクロコンピュータからのキャリアガス流量設定信号とを比較して、その比較結果に基づいて２つの電磁弁２４、２５を開閉制御し、二次圧室１６の二次側圧力Ｐｏが常に設定圧となるように制御される。

先ず、圧力センサ２６の検出信号が図示しないマイクロコンピュータからのキャリアガス流量設定信号の下限値以下の場合、二次側圧力Ｐｏは設定圧力より低い。このとき。キャリアガス流量コントローラ２８からの信号によって上流側電磁弁２４を開く一方、下流側電磁弁２５を全閉状態に保持し、背圧室１７に供給されるキャリアガスＣＧ（制御ガス）の流量を増加させる。すると、背圧Ｐｎが増大し、ダイアフラム１８を第１の圧縮コイルばね１９及び第２の圧縮コイルばね２０に抗して下方に変位させ、パイロットユニット１４を開く方向に動かす。このときも、上述したように光検知手段により弾性体膜３２の膨出状態を検出することで、ダイアフラム１８に亀裂が生じてガス漏れが生じているかどうかを確認することができるのである。

従って、一次圧室１３へ供給されるキャリアガスＣＧの流量が増加し、二次圧室１６の二次側圧力Ｐｏを増大させる。二次側圧力Ｐｏが増加して設定圧力と一致すると、圧力センサ２６で検出する検出信号がキャリアガス流量設定信号の範囲内に入るため上流側電磁弁２４を閉鎖する。
ここで、外乱等により二次側圧力Ｐｏが設定圧力より大きくなると、圧力センサ２６で検出する検出信号の値がキャリアガス流量設定信号の上限値を超えることになると、今度は下流側電磁弁２５を開いて背圧Ｐｎを下げる。
すると、その分だけダイアフラム１８が上方に変位してパイロットユニット１４が上方に動き閉まり、二次側圧力Ｐｏが設定圧と一致すると、下流側電磁弁２５を閉鎖する。

このように、第１の圧縮コイルばね１９及び第２の圧縮コイルばね２０で支持されたダイアフラム１８が、二次側圧力Ｐｏが設定圧力になるように調整する役割を担うのであり、第１の圧縮コイルばね１９及び第２の圧縮コイルばね２０のばね力と二次側圧力Ｐｏが釣り合うようにダイアフラム１８が変位して、下部に連結されたパイロットユニット１４が開閉して一次側からのガス供給量を調節する。
このときに、ダイアフラム１８に生じた亀裂によるキャリアガスの露出を、背圧室１７への異常なキャリアガスＣＧの流入を弾性体膜３２の異常な膨出状態を検知することで、ダイアフラム１８によるキャリアガスの調整制御が不能になる前にダイアフラム１８の亀裂を検知することができるのである。

尚、本願発明において、弾性体膜の膨出状態を光の照射で検知するようにしたが、これに限定されることなく、電気信号や無線によっても可能である。さらに、膨出する状態を光の遮蔽によって検出するようにしてもよい。

キャリアガスの流量を一定に調整するためのダイアフラムで仕切られた背圧室にダイアフラムの亀裂により生じる背圧室側へのキャリアガスの漏れ状態を検出する手段を設けたことにより、ダイアフラムの亀裂が小さい段階、即ち、ダイアフラムからの漏れ量が調整するキャリアガスの供給量よりも少ない段階でキャリアガスの漏出状態を検出することができるキャリアガス用減圧弁を提供する。

本願発明のキャリアガス漏入検知手段を備えたキャリアガス用減圧弁を略示的に示した説明図である。 同、キャリアガス漏入検知手段のみを抜粋して示す説明図である。 同、キャリアガス漏入検知手段の正常動作を示す説明図である。 同、キャリアガス漏入検知手段の異常動作を示す説明図である。 同、ダイアフラムに亀裂が発生したときの様子をグラフで表した説明図である。 同、ダイアフラムに亀裂が発生したときの光による変化をグラフに示した説明図である。 従来技術におけるキャリアガス用減圧弁を略示的に示した説明図である。

符号の説明

１１ 減圧弁
１２ キャリアガス供給流路
１３ 一次圧室
１４ パイロットユニット
１５ キャリアガス排出流路
１６ 二次圧室
１７ 背圧室
１８ ダイアフラム
１９ 第１の圧縮コイルばね
２０ 第２の圧縮コイルばね
２１ 出入口
２２ 背圧流路
２３ 分岐路
２４ 電磁弁
２５ 電磁弁
２６ 圧力センサ
２８ キャリアガス流量コントローラ
３１ 通風孔
３２ 弾性体膜
３３ 発光部・受光部ユニット
３４ 受発光部

Claims (1)

1. キャリアガス供給流路を介して、キャリアガスを流入する一次圧室と、
   前記一次圧室に流入されたキャリアガスをパイロットユニットの開閉制御により制御され流入され、且つキャリアガス排出流路に排出する二次圧室と、
   前記パイロットユニットに連結され、前記二次圧室と背圧室とを仕切る位置に配設され、前記背圧室への制御ガスの流出入で変動するダイアフラムと、
   前記背圧室に大気と連通する通風孔を備え、該通風孔に前記ダイアフラムの亀裂により前記背圧室側に漏入するキャリアガスの状態を検出するキャリアガス漏入検知手段と、
   を備え、
   前記キャリアガス漏入検知手段は、前記通風孔に弾性体膜を取り付け、この弾性体膜の変化を光学的に検出する光検知手段であることを特徴とするキャリアガス用減圧弁。

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