JP7483265B2 - 圧力発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の圧力を発生させるための圧力発生装置に関する。

例えば、大気圧に対して少し高い圧力である微圧を発生するときには、図２に示した装置が利用されている。図２は、従来の圧力発生装置の構成例である。圧力発生装置９００は、手動で容積が変更できるタンク３００とガス回路３１で接続された圧力計１４０とポート１５０を備える。ポート１５０には、検査対象物を含む外部のガス回路が接続される。検査対象物の検査には差圧センサが用いられることが一般的であり、外部のガス回路は閉じた空間を形成している。圧力発生装置９００は、圧力計１４０を確認しながら、タンク３００の容積を微妙に変更することで、外部のガス回路の圧力を大気圧よりも所定の圧力だけ高い状態に維持する。なお、図２の例の他にも、いろいろな目的でガスの圧力を制御する技術が存在し、例えば、特許文献１，２なども知られている。

特開昭６０－９８２７４号公報 特開２００４－１３８１０４号公報

図２に示した従来技術は、閉じた空間内の気圧を一定に保つ技術であるが、気温が変化すると気圧も変化してしまうため、気圧の制御が難しいという問題がある。さらに、外部のガス回路が差圧センサを備え、ポート１５０から供給するガスの圧力と大気圧との差圧を検出している場合、大気圧の変動に伴ってポート１５０から供給するガスの圧力も調整する必要があるが、この調整も難しかった。特に、供給するガスの圧力が微圧の場合は、調整が困難である。

本発明は、供給するガスの圧力と基準となる圧力との差圧を一定に保ちやすい圧力発生装置を提供することを目的とする。

本発明の圧力発生装置は、流量制御弁、一次圧設定部、整流器、層流管、圧力計、ポートを備える。流量制御弁は、ガスの流量を一定に保つ。一次圧設定部は、流量制御弁の一次側のガスの圧力をあらかじめ定めた一次圧に設定する。整流器は、流量制御弁の二次側に接続される。層流管は、整流器から出力されるガスを、基準となる圧力の空間に排出する。圧力計は、整流器と層流管との接続部分の圧力を計測する。ポートは、整流器と層流管との接続部分に形成され、外部のガス回路に接続される。

本発明の圧力発生装置は、流体抵抗が一定の層流管に一定の流量のガスを流す構造である。したがって、気温の変化、基準となる圧力の変化（大気圧の変化）の影響を受けることなく、供給するガスの圧力を一定に保てる。

本発明の圧力発生装置の構成例を示す図。 従来の圧力発生装置の構成例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

図１に本発明の圧力発生装置の構成例を示す。圧力発生装置１００は、流量制御弁１１０、一次圧設定部２００、整流器１２０、層流管１３０、圧力計１４０、ポート１５０を備える。ガス回路２２は一次圧設定部２００と流量制御弁１１０とを接続する。ガス回路２３は流量制御弁１１０と整流器１２０を接続する。ガス回路２４は、整流器１２０、層流管１３０、圧力計１４０、ポート１５０を接続する。

流量制御弁１１０は、ガスの流量を一定に保つ。流量制御弁１１０には、例えばニードルバルブを用いればよい。ニードルバルブであれば、流量制御弁の一次圧と二次圧は、流量が一定となる条件を満たすように設定すればよい。このように設定すれば、ガスの流量を一定にできる。流量制御弁１１０に、サーボバルブを利用してもよい。サーボバルブを利用する場合は、サーボバルブのオリフィスプレートの穴をできるだけ細くする方が望ましい。なお、サーボバルブに関しては、実開昭６２－８１１０９の記載を参考にすればよい。

一次圧設定部２００は、流量制御弁１１０の一次側のガスの圧力をあらかじめ定めた一次圧に設定する。一次圧設定部２００は、例えば、図１に示すように一次圧よりも高い圧力のガスを供給するガス供給源２１０、ガス圧を調整する調整弁２２０、一次圧を計測する圧力計２３０を備えればよい。ガス回路２１は、ガス供給源２１０と調整弁２２０を接続する。ガス回路２２は、調整弁２２０と圧力計２３０に接続されると共に、流量制御弁１１０に接続される。ただし、一次圧設定部２００は、その他の構成でも構わない。

整流器１２０は、流量制御弁１１０の二次側に接続される。整流器１２０は、流量制御弁１１０から出力されるガスの流れを整流する役割を果たす。

層流管１３０は、整流器１２０から出力されるガスを、基準となる圧力の空間に排出する。基準となる圧力としては、大気圧を想定している。しかし、大気圧でなくても本発明の効果は得られる。層流管１３０は一定の流体抵抗を有するので、層流管１３０に一定の流量のガスを流すと、ガス回路２４内の圧力と基準となる圧力との差圧を、あらかじめ定めた圧力に維持できる。したがって、気温の変化、基準となる圧力の変化（大気圧の変化）の影響を受けることなく、供給するガスの差圧を一定に保てる。

圧力計１４０は、整流器１２０と層流管１３０との接続部分の圧力を計測する。ポート１５０は、整流器１２０と層流管１３０との接続部分に形成され、外部のガス回路に接続される。外部のガス回路は、正常なときは閉じた空間であり、基準となる圧力との差圧を検出する差圧センサを利用するガス回路にすればよい。「正常なとき」とは、例えば外部のガス回路で検査する対象物に亀裂などの穴がない状態を意味している。

閉じた空間の場合は、気温が変化するとボイルシャルルの法則により、気圧が変化してしまう。しかし、圧力発生装置１００によれば、層流管１３０を介して基準となる圧力の空間（例えば、大気）とつながっている。そして、層流管１３０には一定の流量のガスが流れるので、気温に関わらず、層流管１３０の整流器１２０側と基準となる圧力の空間側との差圧を一定にできる。したがって、気温の変化、基準となる圧力の変化（大気圧の変化）の影響を受けることなく、供給するガスの圧力を基準となる圧力に対して一定に保てる。

実際に圧力発生装置１００を構成して実験した。実験では、一次圧を大気圧に対して約１００ｋＰａ高い圧力とし、ポート１５０の圧力（流量制御弁１１０にニードルバルブを用いて層流管１３０の整流器１２０側の圧力）が大気圧よりも５００Ｐａ高い状態とした。約３分の計測時間では、ポート１５０の大気圧との差圧の変化の最大値を０．５Ｐａ未満に抑えることができた。

２１、２２、２３、２４、３１ ガス回路
１００、９００ 圧力発生装置
１１０ 流量制御弁 １２０ 整流器
１３０ 層流管 １４０、２３０ 圧力計
１５０ ポート ２００ 一次圧設定部
２１０ ガス供給源 ２２０ 調整弁
３００ タンク

Claims (5)

1. ガスの流量を一定に保つ流量制御弁と、
   前記流量制御弁の一次側のガスの圧力をあらかじめ定めた一次圧に設定する一次圧設定部と、
   前記流量制御弁の二次側に接続された整流器と、
   前記整流器から出力されるガスを、基準となる圧力の空間に排出する層流管と、
   前記整流器と前記層流管との接続部分の圧力を計測する圧力計と、
   前記整流器と前記層流管との接続部分に形成された外部のガス回路と接続するためのポート
   を備え、
   前記外部のガス回路が閉じた空間を形成しているときは、前記層流管は、前記流量制御弁を通過するガスと同じ流量のガスを排出するように機能する
   ことを特徴とする圧力発生装置。
2. 請求項１記載の圧力発生装置であって、
   前記流量制御弁はニードルバルブであり、前記一次圧と前記流量制御弁の二次圧は、流量が一定となる条件を満たすように設定される
   ことを特徴とする圧力発生装置。
3. 請求項１記載の圧力発生装置であって、
   前記流量制御弁はサーボバルブである
   ことを特徴とする圧力発生装置。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の圧力発生装置であって、
   前記基準となる圧力とは大気圧である
   ことを特徴とする圧力発生装置。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の圧力発生装置であって、
   前記ポートは、正常なときは閉じた空間を形成しているガス回路に接続される
   ことを特徴とする圧力発生装置。
   

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